יציקה בשעווה נאבדת

February 20, 2018

 

רקע

 

יציקת שעווה נאבדת, נקראת גם יציקה בשעווה נעלמת, investment casting, lost wax casting

 

טכנולוגית יציקה זו היא בעלת שורשים עתיקים מאוד, ממצאים מהתקופה הכלכותית (תקופת האבן והנחושת) אשר נמצאו ב"מערת המטמון" הנקראים "מטמון נחל משמר" במדבר יהודה אשר התגלו בשנת 1961 מכילים חפצי נחושת אשר נוצקו בטכנולוגית שעווה נאבדת, בין הממצאים נמצאו שרביטים, קנים, ראשי אלות, נסים מעוטרים וכלי קיבול שונים, המטמון מתואך לשנת 3500-4500 לפני הספירה.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                מצד ימין חלק מהפריטים מ"מטמון נחל משמר", מצד שמאל שרביט היעלים

 

במקומות רבים בעולם נמצאו חפצים שונים אשר נוצקו בשיטת יציקה זו: צלמיות מאזור הודו (2000-2500 לפנה"ס), חפצים מהקבר של תות ענח' אמון (1333-1324 לפנה"ס) וגם בתרבויות נוספות מאזור מסופוטמיה, אזור מרכז אמריקה, אפריקה ועוד תרבויות נוספות נמצאו חפצים שנוצקו בשעווה נאבדת.

 

שלבי תהליך היציקה:

בשלב הראשון יש לייצר תבנית אב, תבנית זו תשמש לייצירת דגמי שעווה, תבנית האב יכולה להיות מגולפת מעץ, להיות מוזרקת מפלסטיק או להיות עשויה מחימר או ממתכת.  את תבנית האב ניתן לייצר על גבי חלק מתכתי שאותו נרצה לשכפל.

בתעשייה תבנית האב עשויה בדרך כלל מפלדה או אלומיניום.

 

בשילוב של טכנולוגית הדפסה תלת ממדית ניתן להדפיס את תבנית האב מחומרים שונים, שילוב של טכנולוגית הדפסה עם יציקת שעווה נאבדת הוא כלי רב עוצמה שחוסך עבודת מחקר ופיתוח רבה.

המאפיין של תבנית אב הוא היכולת להשתמש בה מספר רב של פעמים – תבנית כזו תיהיה מורכבת ממספר חלקים שניתן להפריד בניהים על-מנת לשלוף את דגם השעווה שנכין בתוך התבנית.

                                                                                            תבנית האב עם דגם שעווה

 

בשלב השני יוצרים חלק שעווה: לתוך תבנית האב מחדירים שעווה, אם על-ידי שפיכת שעווה מותכת לתבנית ומילוייה ע"י שימוש בגרוויטציה או על-ידי הזרקת שעווה במצב צבירה של נוזל צמיג בלחץ לתוך תבנית מתכת.

לאחר התקררות והתמצקות השעווה פותחים את התבנית ושולפים את חלק השעווה מתוך תבנית האב, לעיתים נרצה להעביר את דגם השעווה למתקן קירור על מנת למנוע התכווצות נוספת בשעווה עקב הקירור, מתקן כזה יאלץ את השעווה לשמור על מידות מסויימות.

 

בשלב השלישי מחברים את חלק השעווה לאשכול שמורכב ממספר חלקים (לא תמיד מבצעים את שלב זה, אם מדובר ביציקה של חלק בודד, בדרך כלל בתחומים כמו יציקת תכשיטים)

אשכול יורכב בסופו של דבר ממספר קורות ועורקי הזנה איליהים יחוברו חלקי השעווה שקיבלנו בשלב הקודם וכן משפך, תפקיד הקורות, העורקים והמשפך הוא לכוון בשלב היציקה את זרימת המתכת כך שהיא תגיעה באופן שווה לכל חלקי השעווה המחוברים לאשכול, כמו כן תכנון נכון של אשכול יתחשב גם בכיוון ההתמצקות של המתכת ויתוכנן כך שהחלקים יתמצקו ראשונים והקורות ועורקי ההזנה יתמצקו אחרונים (פעולה זו מונעת היווצרות של חללים בתוך הדגם הסופי)

בתכנון אשכול בתעשייה יש צורך להתחשב גם בגורמים נוספים כגון החיתוך של הדגמים מתוך הקורות ומניעת כניסה של זיהומים וחלקים זרים לתוך הדגם הסופי.

 

בשלב הרביעי לאחר שהאשכול מוכן ונקי בונים סביבו תבנית מחומר קיראמי (חומר עמיד בטמפרטורה גבוהה), ניתן למרוח גבס ישירות על גבי האשכול בצורה ידינית (בדרך כלל שמדובר בדגמים בעלי גיאומטריה פשוטה ושאינם בעלי דרישת איכות מחמירה), בתעשייה טובלים את האשכול (אם בצורה ידנית או בשימוש ברובוטים) בתוך תרחיפי קרמיקה שונים, לעיתים גם מצפים את תרחיף הקרמיקה בחול על מנת לחזק את תבנית הקרמיקה (כתלות בדרישות החלק הסופי ובפרמטרים שונים של האשכול כמו משקל, גאומטריה ועוד)

תהליך בניית התבנית יכול להיות מורכב משכבה אחת של חומר קיראמי ועד 10 או יותר של שכבות בעלי תכונות שונות.

 

דגש חשוב מאוד צריך לתת לייבוש החומרים הקיראמיים – קצב ייבוש ותנאי ייבוש, אם מדובר בחלקים בעלי דרישות איכות גבוה יש להקפיד על רמות לחות קבועה ונשלטת בזמן תהליך הייבוש של הקרמיקה.

ייבוש מהיר מידי יגרום לסידוק של התבניית הקיראמית ולשבר בזמן היציקה, ייבוש איטי מידי יכול לגרום לכך שהתבנית תיהיה לחה בזמן היציקה וחלשה יותר.

השכבה הראשונה של התבנית היא החשובה ביותר מיכוון שהיא באה במגע עם חלק השעווה והיא תקבע בסופו של דבר את טיב פני השטח של החלק היצוק.

 

בשלב החמישי לאחר סיום הכנת התבנית הקיראמית מפנים את השעווה מתוך התבנית, ניתן להפוך את התבנית כך שהפתח שלה מופנה כלפי מטה ולחמם אותה עד שכל השעווה מטפטפת מתוך התבנית הקיראמית החוצה, בתעשייה מתשמשים במכשור יותר מתקדם כגון תנורים נשלטים שונים כדי למנוע סידוק של התבנית הקיראמית וכן כדי למנוע שאריות של שעווה בתבנית.

 

השלב השישי הוא שלב היציקה, יש כמה פעולות שיש לבצע כפעולות מקדימות לשלב זה כגון שריפת התבנית לצורך הוצאה של לחות שעוד נשארה בתבנית הקיראמית, בדיקה ותיקון לסדקים ופגמים בתבנית,  לעיתים נרצה לשלוט בכיוון ההתמצקות וכלי עזר לשליטה כזו הוא שימוש בעטיפה מבד קיראמי אשר שומר על חום באזורים שנרצה שיתמקצו אחרונים. לבסוף יש צורך לחמם את התבנית הקיראמית לפני היציקה לטמפרטורה קרובה לזו של הנתך על מנת למנוע שבירה בזמן היציקה כתוצאה משוק תרמי.

 

היציקה עצמה יכול להתבצע ע"י שפיכת מתכת מותכת לתוך פתח התבנית באוויר הפתוח או באווירת ואקום (אם יש דרישת איכות מחמירה לחלק) אם יש בחלק אזורים צרים יהיה כדאי לחמם את המתכת לטמפרטורה גבוהה שתיהיהי נוזלית יותר ותזרום בצורה חלקה זמן רב.

 

 

 

                                                      החלק היצוק עם חיבור המשפך ועורקי ההזנה שכעט ממולאים גם הם במתכת

 

לאחר היציקה מניחים לדגם להתקרר, גם כאן יש חשיבות לקצב הקירור, קצב קירור גבוה מידי יכול לגרום לסדקים ולשברים בחלק המתכת עקב מאמצים תרמיים.

 

השלב השביעי הוא שלב שבירת התבנית הקיראמית, השבירה מתבצעת ביד על-ידי פטיש או באמצעות מכונות, לאחר השבירה חותכים את העורקים והקורות ומחלצים את החלקים הסופיים, בדרך כלל עדיין יהיו שאריות קרמיקה מהתבנית על החלקים והם ידרשו ניקיון נוסף אם בצורה של שטיפה או ע"י שימוש בתרכובות כימיות או בליטוש מכאני, בנוסף יש צורך להשחיז ולהסיר את האזורים שבהם החלקים חוברו לאשכול.

 

לפי דרישות האיכות של החלק בתעשיה בדרך כלל בודקים לראות אם ישנם פגמים בפני השטח ובעומק החלק ובודקים את המידות הסופיות, לפעמים החלקים עוברים ציפויים שונים.

 

 

 

                                                                                               החלק הסופי לאחר הסרת עורקי ההזנה וניקיון

 

יתרונות של יציקת חלקים בשעווה נאבדת

 

היתרון המשמעותי של טכנולוגית יציקה בשעווה נאבדת הוא היכולת לייצר חלקים בעלי גיאומטריה מסובכת בצורה פשוטה כגון תכשיטים, פסלים וחפצי אומנות ועד חלקים מורכבים למנועי סילון כגון להבים וטורבינות.

יתרון נוסף הוא היכולת לייצר בחומרים בעלי טווח גדול של טמפרטות התכה, החל מאלומיניום ועד נתכי ניקל, טיטניום ופלדות.

 

מהות הטכנולוגיה היא ייצור של חלק משעווה שתואם במידות לחלק הנדרש ממתכת – שעווה הוא חומר שקל מאוד לעצב אותו עקב התכונות שלו.

 

 דגם של להב למנוע סילון, מימין חלק שעווה ומשמאל חלק מתכת לאחר הסרת עורקי ההזנה וניקוי

 

לאחר שלב ייצור הדגם בשעווה כל שאר השלבים הם הכנה של התבנית ליציקה.

ייצור של אותו חלק בשיטות אחרות יאלץ שימוש במכשירי עיבוד יקרים וידרוש ידע רב לשם העיבוד או לחילופין יצריך שימוש בתבניות יציקה מחומרים יקרים מאוד שעמידים בטמפרטורת יציקה גבוה מאוד.

חלקי אלומיניום ניתן לייצר גם בטכנולוגיות יציקה אחרות כמו יציקת חול, יציקת לחץ אבל חלקי פלדה ונתכי על ניתן לייצר כמעט אך ורק באמצעות טנכולוגיה של שעווה נאבדת.

 

חסרונות של יציקת חלקים בשעווה נאבדת

 

החסרון העיקרי של טכנולוגיה זו הוא הצורך לייצר תבנית חדשה עבור כל חלק מכיוון ששוברים לאחר כל יציקה את התבנית.

חסרון נוסף הוא התהליך הארוך והשימוש במגוון חומרים כגון שעווה, קרמיקה, מתכת וכן תהליך עיבוד משלים ארוך יחסית של הסרת שאריות קרמיקה, חיתוך של עורקי הזנה ועוד...

 

 

Share on Facebook
Share on Twitter
Please reload

Featured Posts

I'm busy working on my blog posts. Watch this space!

Please reload

Recent Posts
Please reload

Archive