عملية صب الشمع المفقود

1. مقدمة

خاسر الشمع (استثمار) صب يحول أنماط الأضحية الدقيقة - الشمع تقليديًا - إلى أجزاء معدنية عبر غلاف خزفي.

نقاط قوتها الأساسية هي: تشطيب سطحي ممتاز, دقة أبعاد عالية, والقدرة على صب الأشكال الهندسية المعقدة والسبائك عالية الأداء.

متغيرات العملية (درجات الشمع, كيمياء القشرة والأساليب الأساسية) اسمح للمهندسين بتبادل التكلفة مقابل الإخلاص واختيار الطرق التي تناسب الفولاذ المقاوم للصدأ, سبائك النحاس, الحديد, و- مع احتياطات خاصة - سبائك التيتانيوم والنيكل الفائقة.

2. عملية صب الشمع المفقود

تسلسل نموذجي (مستوى عال):

1. نمط: اصنع الشمع (أو الراتنج castable) نمط(ق) - قطعة واحدة أو شجرة/مجموعة.
2. حَشد: قم بإرفاق الأنماط بالعدائين/البوابات لتكوين مجموعة.
3. يستثمر / بناء قذيفة: تراجع التجمع في الطين الموثق + الجص; كرر لبناء الصدفة.
4. دواء / جاف: هلام وقذائف جافة جزئيا بين المعاطف; التجفيف النهائي.
5. ديو شاكس: إزالة الشمع (البخار أو تذوب).
6. الإرهاق / إطلاق النار: منحدر لحرق المواد العضوية وتحقيق الاستقرار في القشرة.
7. صب: تذوب وتصب المعدن في قذيفة مسخنة.
8. هز & تنظيف: إزالة القشرة, قطع البوابات, ينظف.
9. ما بعد العملية: علاج الحرارة, خاصرة (إذا لزم الأمر), بالقطع, الانتهاء من السطح, تقتيش.

3. مواد النمط: قليل-, واسطة-, والشموع ذات درجة الحرارة العالية

ملحوظات & إرشاد

• اختر الشمع حسب حجم الجزء, عمر الأدوات وتسلسل الصدفة/البناء المتوقع. يعتبر الشمع ذو درجة الحرارة المنخفضة رائعًا للتفاصيل الدقيقة والحجم المنخفض ولكنه يعاني من الزحف للدورات الطويلة أو مناطق المتجر الدافئة.
  درجة الحرارة المتوسطة هي العمود الفقري للصب الهندسي. شمع ذو درجة حرارة عالية (والبوليمرات ذات النمط الهندسي) يتم استخدامها في حالة المناولة أو القشرة الطويلة التي تؤدي إلى تشويه المخاطر.
• إضافات الأنماط: الملدنات, المثبتات, تؤثر محسنات التدفق والملونات على سلوك الحقن, بقايا الشمع وتطور غاز الاحتراق - تحديد التركيبات المعتمدة من قبل المسبك.

4. إنتاج النمط: الأدوات, حقن الشمع, والأنماط المضافة

• صب الحقن: قوالب من الفولاذ/الألومنيوم للشمع - تكلفة منخفضة للقطعة الواحدة من حيث الحجم وجودة سطح عالية. يعتمد حجم تكلفة الأدوات على التعقيد.
• 3أنماط الشمع/الراتنج المطبوعة على شكل حرف D: جيش تحرير السودان, DLP, تعمل طابعات نفث المواد أو طابعات الشمع القابلة للصب على التخلص من الأدوات المستخدمة في النماذج الأولية وعمليات التشغيل الصغيرة.
  تقوم الراتنجات الحديثة المصبوبة بإزالة الشمع بشكل نظيف وتقترب من جودة سطح الشمع المحقون.
• تصميم نمط التشجير والبوابات: ترتيب الأنماط على ذرب مركزي للصب والتغذية بكفاءة; تشمل الناهضون المضحون لتقليص الأعلاف.
  استخدام المحاكاة لتوازن البوابات والتغذية للمجموعات الكبيرة.

5. أنظمة شل: السيليكا سول, ماء زجاجي, والقذائف الهجينة

يعد نظام الصدفة هو المتغير الأكثر أهمية الذي يحدد دقة السطح, المقاومة الحرارية, النفاذية / التنفيس, التوافق مع الفراغ وملاءمة السبائك في صب الشمع المفقود.

يتم استخدام ثلاث عائلات عملية في المحلات التجارية الحديثة:

• السيليكا سول (غرواني سيليكا) قذائف — القسط, طريق عالي الدقة.
• ماء زجاجي (سيليكات الصوديوم) قذائف - الاقتصادية, طريق قوي لأكبر / أعمال الصلب/الحديد.
• قذائف هجينة - الجمع بين الغرامة, طبقة داخلية مقاومة للمواد الكيميائية (سول السيليكا أو الزركون) مع طبقات خارجية من الزجاج المائي لتحقيق التوازن بين التكلفة والأداء.

قذائف السيليكا سول (السيليكا الغروية)

ما هو وكيف يعمل

تستخدم قذائف السيليكا سول أ تعليق الغروية من جزيئات السيليكا دون ميكرون كما الموثق.

المعاطف الأولى (غسيل جيد جدًا) استخدم الغروانية لحمل الجص متناهية الصغر الذي يسجل التفاصيل; تعمل الطبقات اللاحقة على زيادة سمكها ويتم توحيدها عن طريق التجفيف والحرق في درجات الحرارة العالية (تلبيد) التي تنتج كثيفة, قذائف قوية.

الخصائص الرئيسية:

• الإخلاص السطحي: أفضل ما هو متاح — كما يلقي رع عادة ~0.6-3 ميكرومتر مع غسل ناعم.
• الاستقرار الحراري / إطلاق النار: يمكن توحيد القذائف في 600-1000 درجة مئوية (تختلف ممارسة المتجر باختلاف الجص). يزيد إطلاق النار في درجات الحرارة العالية من قوة القشرة ومقاومة الصدمات الحرارية.
• التوافق مع الفراغ/الخامل:ممتاز - تتوافق أغلفة السيليكا-سول مع صب الفراغ والجو الخامل وهي الاختيار المعتاد للتيتانيوم, سبائك النيكل والكوبالت الفائقة.
• التحكم في النفاذية: يمكن ضبطها عن طريق تصنيف الجص وإطلاق النار لإعطاء تهوية يمكن التحكم فيها للحصول على قيمة عالية, المسبوكات الضيقة.
• حساسية التلوث:عالي — استقرار الغروانية يضطرب بسبب التلوث الأيوني (أملاح, الغرامات المعدنية) والمواد العضوية; الطين ونظافة النبات أمر بالغ الأهمية.
• الجص النموذجي للطبقة الأولى: أقل من 10 ميكرون منصهرة من السيليكا, الزركون أو الزركونيا للواجهات التفاعلية.
• حالات الاستخدام النموذجية: مكونات التوربينات الفضائية, superalloys, التيتانيوم المصبوب بالفراغ, يزرع الطبية, أجزاء صغيرة دقيقة.

قذائف زجاجية مائية (سيليكات الصوديوم)

ما هو وكيف يعمل

تستخدم الأصداف الزجاجية المائية الصوديوم المائي (أو البوتاسيوم) محلول السيليكات كما الموثق.

تتشكل المعاطف إلى شبكة تشبه السيليكا عن طريق غاز ثاني أكسيد الكربون أو المواد الصلبة الكيميائية (أملاح حمضية), إنتاج قشرة خزفية صلبة عند دمجها مع الجص الحراري المتدرج.

الخصائص الرئيسية:

• الإخلاص السطحي: جيد للهندسة العامة - عادةً ما يكون مصبوبًا Ra ~2.5-8 ميكرومتر اعتمادا على الغسيل والجص.
• إطلاق النار: استقر عادة عند ~400-700 درجة مئوية; لا يتم تلبيد الأصداف بنفس القدر مثل أنظمة السيليكا سول.
• التوافق مع الفراغ:محدود — ليست مثالية للصب الفراغي/الخامل أو السبائك الأكثر تفاعلًا.
• نفاذية / تنفيس: جيد بشكل عام للفولاذ/المكاوي; تميل النفاذية إلى أن تكون أكثر خشونة من قذائف السيليكا سول المحسنة.
• طريقة المعالجة:غاز ثاني أكسيد الكربون (التبلور السريع) أو مواد تقوية حمضية – بسرعة, مجموعة قوية على أرضية المحل.
• حساسية التلوث: معتدل - يؤثر التلوث الأيوني على التماسك والتماسك الهلامي ولكن الزجاج المائي أكثر تحملاً بشكل عام من محلول السيليكا.
• الجص النموذجي للطبقة الأولى: السيليكا المنصهرة الدقيقة; يمكن استخدام الزركون لتحسين حماية السطح.
• حالات الاستخدام النموذجية: أجسام الصمامات, مضخة العلب, أجزاء كبيرة من الفولاذ/الحديد, الأجهزة البحرية, المسبوكات الصناعية العامة.

قذائف هجينة (طبقة داخلية من السيليكا سول أو الزركون + المعاطف الخارجية من الزجاج المائي)

ما هو وكيف يعمل

تسوية اقتصادية مشتركة: أ معطف داخلي ممتاز (غسول السيليكا أو الزركون/الزركونيا) يتم تطبيقه أولاً لالتقاط التفاصيل وإنشاء حاجز مقاوم كيميائيًا, ثم المعاطف الخارجية من الزجاج المائي تم تصميمها لإعطاء قوة كبيرة بتكلفة أقل.

الخصائص الرئيسية:

• الإخلاص السطحي & حاجز كيميائي: يمنح سول السيليكا/الزركون الداخلي جودة سطح قريبة من سول السيليكا ويساعد على منع تفاعلات القشرة المعدنية في الواجهة المعدنية.
• يكلف & التعامل: تقلل طبقات الزجاج المائي الخارجية من إجمالي استخدام السيليكا سول وتجعل القشرة أكثر قوة في التعامل والأحجام الكبيرة.
• التوافق مع الفراغ: تحسين مقابل زجاج الماء النقي (بفضل المعطف الداخلي) ولكنها لا تزال غير مثالية مثل أصداف السيليكا سول الكاملة - وهي مفيدة للعديد من سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ وبعض سبائك النيكل إذا تم التحكم في أجواء الذوبان/الصب.
• الاستخدامات النموذجية: أجسام الصمامات ذات الأسطح المبللة عالية الجودة, أجزاء توربينية متوسطة القيمة حيث يلزم بعض التوافق مع الفراغ, التطبيقات التي يجب أن تكون فيها التكلفة مقابل الأداء متوازنة.

6. التقنيات الأساسية

• النوى القابلة للذوبان (نوى الشمع أو البوليمر المصممة للذوبان): إنتاج الممرات الداخلية (قنوات التبريد); إزالتها بالماء الساخن أو المذيبات.
• النوى الخزفية الموثقة (السيليكا, الألومينا, الزركون): مستقرة في درجات حرارة عالية للسبائك الفائقة; تتطلب التوافق مع shell-core.
• 3النوى المطبوعة D: تتيح النوى الخزفية الموثقة أو SLA الأشكال الهندسية الداخلية المعقدة بدون أدوات.

يجب أن يأخذ تصميم النوى بعين الاعتبار الدعم الأساسي, تنفيس, التمدد الحراري والتوافق الكيميائي مع المعدن المنصهر.

7. إزالة شمع, الإرهاق & إطلاق القذائف - جداول عملية ونقاط مراقبة

إزالة شمع

• إزالة الشمع بالبخار/الأوتوكلاف: شائع لأشجار الشمع التقليدية. درجة حرارة السطح النموذجية 100-120 درجة مئوية; دورة من دقائق إلى ساعات حسب حجم الشمع وحجم الشجرة.
• الشمع الحراري / ذوبان المذيبات: تستخدم في بعض البوليمرات - استخدم استخلاص المذيبات وضوابطها.

الإرهاق / جدول الإرهاق (مثال هندسي نموذجي)

• منحدر: قم بالإبطاء حتى درجة حرارة 100-200 درجة مئوية لإزالة بقايا الرطوبة/الشمع (يوصى بـ 3-5 درجة مئوية/دقيقة للأصداف السميكة لتجنب ظهور تقرحات بالبخار).
• يمسك 1: 150-250 درجة مئوية (1-4 ساعات) لطرد المواد العضوية منخفضة الغليان.
• منحدر 2: ~3 درجات مئوية/دقيقة إلى 350-500 درجة مئوية.
• عقد نهائي: 4-8 ساعات عند 350-700 درجة مئوية اعتمادًا على نظام القشرة والسبائك. قد يتم إطلاق قذائف السيليكا سول إلى 600-1000 درجة مئوية للتلبيد / القوة; عادةً ما تستقر الأصداف الزجاجية المائية عند درجة حرارة 400-700 درجة مئوية.
• الضوابط الرئيسية: معدل المنحدر, توافر الأكسجين (تجنب الأكسدة المفرطة للقذائف المعدنية التفاعلية), والإزالة الكاملة للمواد العضوية لتجنب تطور الغاز أثناء الصب.

سخن القشرة قبل صبها: يتم تسخين الغلاف مسبقًا إلى 200-800 درجة مئوية اعتمادًا على السبائك لتقليل الصدمة الحرارية وتحسين تدفق المعدن; على سبيل المثال, يصب الفولاذ المقاوم للصدأ عادة في درجة حرارة 200-450 درجة مئوية; تتطلب السبائك الفائقة نسبة أعلى اعتمادًا على الغلاف.

8. صب: ممارسة الذوبان, خيارات الفراغ/الخاملة ومعلمات الصب

• أفران الصهر: الحث أو المقاومة; التفريغ/الترشيح والتدفق للنظافة.
• لدرجات الحرارة (عادي):

• • سبائك الألومنيوم: 650-720 درجة مئوية
  • سبائك النحاس: 1000-1200 درجة مئوية
  • الفولاذ: 1450-1650 درجة مئوية
  • سبائك النيكل الفائقة: 1400-1600+ درجة مئوية (سبيكة تعتمد)

• فراغ وصب خامل: إلزامية للتيتانيوم والسبائك شديدة التفاعل; يقلل الفراغ من تفاعلات الأكسدة والقشرة المعدنية.
• للأزياء: صب الجاذبية مقابل مغرفة الصب السفلي مقابل المساعدة في الفراغ - اختر تقليل الاضطراب والغازات المحبوسة. استخدم المرشحات في البوابات للتحكم في التضمين.

9. المواد المصبوبة عادة & اعتبارات خاصة

• الفولاذ المقاوم للصدأ (300/400, دوبلكس): جيد مع كل من زجاج الماء & السيليكا سول; التحكم في نفاذية القشرة والتسخين النهائي.
• الكربون & سبائك الفولاذ منخفضة, الحديد الدكتايل: مناسبة تمامًا لأصداف الزجاج المائي; راقب التقشر وتآكل القشرة عند طاقات صب عالية.
• سبائك النحاس (برونزية, معنا): شائع; التحكم في الحرارة الزائدة لتجنب غسل القشرة.
• سبائك الألومنيوم: ممكن ولكن غالبًا ما يكون أرخص عن طريق طرق الصب الأخرى; ضمان التنفيس/النفاذية.
• التيتانيوم & أنت السبائك: رد الفعل - تفضل قذائف السيليكا سول, الطبقة الأولى من الزركون/الألومينا, يذوب الفراغ, والأجواء الخاملة. تجنب استخدام الزجاج المائي ما لم يتم استخدام طبقات عازلة وضوابط متخصصة.
• النيكل & سبائك الكوبالت الفائقة: استخدام قذائف السيليكا سول, إطلاق درجة حرارة عالية والتعامل مع الفراغ/الخامل عند الحاجة.

10. الأبعاد النموذجية, قدرات السطح والتسامح

• التسامح الأبعاد (نموذجي كما يلقي): ±0.1–0.3% من البعد الاسمي (على سبيل المثال, ±0.1–0.3 ملم 100 ميزة MM).
• الانتهاء من السطح (رع كما يلقي): سول السيليكا ~ 0.6-3.2 ميكرومتر; زجاج الماء ~ 2.5-8 ميكرومتر.
• بدل الانكماش الخطي: ~1.2–1.8% (سبيكة & مسبك تحديد الدقيق).
• الحد الأدنى من سمك الجدار العملي: المجوهرات/الأجزاء الدقيقة: <0.5 مم; الأجزاء الهندسية: 1.0– 1.5 ملم نموذجيًا; أقسام سمكا الهيكلية شائعة.
• التكرار: تنتج ممارسات المسبك الجيدة ±0.05–0.15% من التشغيل إلى التشغيل في المرجعيات الحرجة.

11. العيوب الشائعة, الأسباب الجذرية والعلاجات

12. عمليات ما بعد الصب

• هز & إزالة السيراميك: الطرق الميكانيكية أو الكيميائية.
• المعالجة الحرارية: علاج الحل, شيخوخة (T6), يصلب - يعتمد على السبائك. درجات الحرارة النموذجية للحل: سبائك آل ~520-540 درجة مئوية; الفولاذ أعلى.
• الضغط المتساوي الساخن (خاصرة): يقلل من مسامية الانكماش الداخلي للأجزاء الحساسة للتعب; تعتمد دورات HIP النموذجية على السبائك (على سبيل المثال, 100-200 ميجا باسكال و450-900 درجة مئوية).
• بالقطع & التشطيب: المملون الحرجة, وجوه الختم تشكيله للتسامح; تلميع, التخميل أو الطلاء المطبق على النحو المطلوب.
• NDT & اختبار: الهيدروستاتيكي, ضغط, اختبارات التسرب, الأشعة السينية/التصوير المقطعي, بالموجات فوق الصوتية, صبغ مخترق, الاختبارات الميكانيكية لكل المواصفات.

13. التحكم في العملية, تقتيش & مؤهل

• تسوق مقاييس مراقبة الجودة: المواد الصلبة الطينية, اللزوجة, وقت هلام, منحنيات الفرن, سجلات إزالة الشمع, مخططات منحدر الإرهاق, تذوب الكيمياء وسجلات التفريغ.
• كوبونات عينة: الشد, صلابة & كوبونات علم المعادن مصبوبة في البوابات للحصول على البنية المجهرية التمثيلية والخواص الميكانيكية.
• أخذ عينات NDT: التصوير الشعاعي والمسح المقطعي للمكونات الحيوية; تحديد مستويات القبول للمسامية (المجلد٪ أو الحد الأقصى لحجم العيب).
• مراقبة العمليات الإحصائية (توافق آراء ساو باولو): تنطبق على المدخلات الهامة (غسل المواد الصلبة, سمك القشرة, تذوب الهيدروجين) والمخرجات (تباين الأبعاد, التهم المسامية).

14. المفاهيم الخاطئة الشائعة & توضيحات

"صب الشمع المفقود مخصص للأجزاء عالية الدقة فقط"

خطأ شنيع. يعد صب الشمع المفقود المعتمد على الزجاج المائي فعالاً من حيث التكلفة بالنسبة للأجزاء متوسطة الدقة (± 0.3-0.5 مم) - 40% تستخدم مصبوبات الشمع المفقودة للسيارات هذا البديل.

"الشمع ذو درجة الحرارة المنخفضة أقل شأنا من الشمع ذو درجة الحرارة المتوسطة"

تعتمد على السياق. الشمع ذو درجة الحرارة المنخفضة أرخص ومناسب للدقة المنخفضة, أجزاء عالية الحجم (على سبيل المثال, الأجهزة) - الشمع ذو درجة الحرارة المتوسطة ضروري فقط لتحمل أكثر صرامة.

"سول السيليكا أفضل دائمًا من زجاج الماء"

خطأ شنيع. الزجاج المائي أرخص بنسبة 50-70% وأسرع في التطبيقات متوسطة الدقة - محلول السيليكا مبرر فقط للأجزاء الفضائية/الطبية التي تتطلب تحمل ±0.1 مم.

"يؤدي صب الشمع المفقود إلى ارتفاع معدلات الخردة"

خطأ شنيع. يحتوي صب الشمع المفقود من سول السيليكا على معدل خردة يصل إلى 2-5٪ (مماثلة ل يموت الصب) - كوب الماء يحتوي على 5-10% (لا يزال أقل من صب الرمل 10-15%).

"الطباعة ثلاثية الأبعاد تجعل صب الشمع المفقود أمراً عفا عليه الزمن"

خطأ شنيع. AM مثالي للنماذج الأولية/الحجم المنخفض, لكن صب الشمع المفقود أرخص بمقدار 5 إلى 10 مرات للحجم المتوسط ​​إلى العالي (>1,000 أجزاء) ويتعامل مع أجزاء أكبر (ما يصل الى 500 كجم).

15. خاتمة

تظل عملية صب الشمع المفقود هي الطريقة الأولى لإنتاج الشمع المعقد, مكونات معدنية عالية الدقة.

عند إقران الحق مادة النمط, كيمياء القشرة و ممارسة الذوبان/الغلاف الجوي مع مراقبة عملية منضبطة, يؤدي صب الشمع المفقود إلى إنشاء أجزاء قد تكون صعبة أو مستحيلة بوسائل أخرى.

التحسينات الحديثة (3أنماط مطبوعة على شكل حرف D, قذائف الهجين, صب الفراغ والورك) توسيع العملية لتشمل سبائك وتطبيقات جديدة، ولكنها تثير أيضًا الحاجة إلى مواصفات دقيقة, المحاكمة وضمان الجودة.

 

الأسئلة الشائعة

ما هو نظام الصدفة الذي يجب أن أختاره للتيتانيوم?

السيليكا سول (مع الطبقة الأولى من الزركون/الألومينا) + فراغ / ذوبان خامل وصب. الزجاج المائي غير مناسب بشكل عام بدون تدابير عازلة واسعة النطاق.

إلى أي مدى يمكن أن تكون الميزات جيدة مع صب الشمع المفقود?

سمات <0.5 مم ممكنة (المجوهرات/الدقة); في الأجزاء الهندسية تهدف ل ≥1 ملم لقوتها ما لم تثبت التجارب.

يمكنني توقع تشطيب سطحي نموذجي?

السيليكا سول: ~0.6–3.2 ميكرومتر رع; زجاج الماء: ~2.5–8 ميكرومتر رع. تعمل عمليات الغسيل الدقيقة وتلميع قوالب الشمع على تحسين اللمسة النهائية.

متى يوصى بـ HIP؟?

للتعب الحرجة, تحتوي على الضغط, أو أجزاء الفضاء الجوي حيث يجب تقليل المسامية الداخلية إلى الحد الأدنى - يمكن أن يؤدي HIP إلى تحسين عمر الكلال بشكل كبير.

هل يمكنني استخدام الأنماط المطبوعة ثلاثية الأبعاد بدلاً من أدوات الشمع؟?

نعم - راتنجات قابلة للصب والشمع المطبوع يقلل من وقت الأدوات وتكلفة النماذج الأولية/الأحجام المنخفضة. تأكد من التحقق من صحة خصائص شمع الراتنج وتوافق القشرة.