لماذا تختار صب السيليكا سول الاستثمار?

مقدمة

خاسر الشمع صب الاستثمار هي واحدة من أقدم عمليات تشكيل المعادن الدقيقة في العالم, مع الأصول التي تمتد مرة أخرى ~ 5000 سنة.

في هذه الطريقة, نمط شمع مفصل (في كثير من الأحيان شمع العسل في العصور القديمة) مغلف في طبقات من المواد الحرارية الدقيقة; بعد ذوبان الشمع ("ضائع"), يملأ المعدن المنصهر القالب السيراميك الناتج.

الاستثمار الحديث يعتمد على هذا التقليد, باستخدام الشمعات المتقدمة, الحراريات والسبائك لتحقيقها دقة عالية والأشكال المعقدة.

كان الابتكار الحرج هو تطوير غرواني سيليكا (السيليكا سول) المجلدات لقذيفة السيراميك.

السيليكا الغروية, تشتت sio₂ nanoscale المائي, يشكل روابط دائمة عالية الحرارة, قذائف عالية القوة.

منذ الثمانينات, أصبح السيليكا سول الموثق للاختيار في صب الدقة, استبدال أنظمة سيليكات إيثيل القابلة للاشتعال.

يمكن إزالة شمع قذائف السيليكا سول عن طريق إطلاق الفلاش بدلاً من تبريد الماء, وتحمل ~ 2000 درجة مئوية أثناء الإرهاق.

هذه الخصائص العائد الانتهاء من السطح استثنائي, التحمل الصارم, والتفاصيل, صنع السيليكا سول الصب المثالي للمكونات الراقية.

ما هو صب الاستثمار السيليكا سول

إن الاستثمار في السيليكا سول هو متغير من الصب الشمع المفقود حيث يتكون قالب السيراميك بالكامل من أ السيليكا سول الموثق الملاط ومساحيق حرارية غرامة (غالبًا ما يكون دقيق الزركون أو الألومينا).

في الممارسة العملية, يتم حقن أنماط الشمع وتجميعها في "شجرة,"ثم مغلفة مرارًا وتكرارًا مع السيليكا سول غرواني وجص مع دقيق حراري لبناء قذيفة من السيراميك.

بمجرد أن تصل القشرة إلى السمك المطلوب, تم تجفيف الجمعية وزيادة شمع (في كثير من الأحيان في Autoclave أو الفرن بالبخار), ترك قالب مجوف.

ثم يتم تلبيس القالب في درجة حرارة عالية (>1000 درجة مئوية), ويتم سكد المعدن المنصهر. بعد التبريد, تم كسر القشرة الخزفية للكشف عن الأجزاء الدقيقة.

على عكس أساليب الاستثمار الأخرى, المجلدات السيليكا سول استخدم السيليكا الغروية القائمة على الماء بدلاً من القلوية أو المجلدات العضوية.

هذا يتيح المعاطف الحرارية فائقة (أحجام الجسيمات ~ 10-20 ميكرون) وقذائف سلسة تقريبا.

أصبحت عمليات السيليكا سول الآن معيارًا للصناعة للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية الأبعاد وجودة السطح, من شفرات التوربينات إلى عمليات الزرع الجراحية.

كيمياء سول سول سول & مواد

الموثق النموذجي للسيليكا سول هو السيليكا الغروية المائية صياغة (الجسيمات النانوية sio₂ في الماء), في كثير من الأحيان ~ 30-40 ٪ بالوزن..

يبلغ قطر جزيئات السيليكا حوالي 10-50 نانومتر وتحمل شحنات السطح (استقرت الرقم الهيدروجيني من قبل القلويات).

يتم تعديل المجلدات التجارية مع إضافات لتحسين الأداء.

على سبيل المثال, قد يعدل هيدروكسيد الصوديوم أو سيليكات الصوديوم درجة الحموضة للاستقرار, في حين توفر الأملاح أو الأملاح الألومنيوم تحكمًا إضافيًا للتشجيع.

إضافات البوليمر (مثل PVA, مطاط, أو ويلان اللثة) يمكن تضمينها (~ 0-3 ٪) لتحسين القوة الرطبة, رابط جل المتانة, ومرونة الصدفة.

تساعد هذه المكونات في إبقاء جزيئات السيليكا معلقة, ضمان إعداد ثابت, ومنع التكسير أثناء التجفيف.

سمات الأداء تشمل مجلدات السيليكا سول:

• قوة الترابط العالية: على التجفيف/التكلس, تشكل السيليكا الغروية مصفوفة زجاجية صلبة تربط الحبوب الحرارية بإحكام. هذا ينتج قذائف ذات قوة ميكانيكية عالية (كلاهما أخضر واطلاق النار).
• الاستقرار الحراري: السيليكا غير المتبلور يقاوم التشوه حتى نقطة التليين (~ 1200 درجة مئوية) وحتى الخطيئة بشكل متواضع في درجات حرارة أعلى, مساعدة القشرة على الحفاظ على الشكل أثناء الصب.
• السيطرة على الجيل: يتم ضبط الكيمياء بحيث تظل الملاط سائلاً أثناء الغمس ولكن المواد الهلامية بشكل موحد أثناء التجفيف. يمكن للمواد الإضافية مثل كميات صغيرة من اللاتكس أو النشا المعدل إبطاء وقت الهلام أو تحسين المرونة.
• الإرهاق النظيف: لأن الموثق يعتمد على الماء, لا توجد عضوية قابلة للاشتعال. أثناء إزالة شمع/الإرهاق, لا يتم إطلاق أبخرة سامة (على عكس المجلدات القائمة على الكحول.

متعلق التوافق, سبائك الشمع المستخدمة للأنماط (عادة ما يمزج معقدة من البارافين, الشمع microcrystalline, البلاستيك) يجب ألا تحتوي على إضافات للهجرة التي تضر بالقشرة.

تضمن صالات الشمع أن عوامل إطلاق العفن لا تتداخل مع الترابط السيليكا.

للحالات المتخصصة (على سبيل المثال. سبائك شديدة التفاعل), قد يتم تجنب قذائف السيليكا, ولكن بالنسبة لمعظم الفولاذ والسبائك, لا توجد مشكلة تلوث.

المضافات الحرارية:

بالإضافة إلى دقيق السيليكا (كوارتز) في الملاط, مواد حشو خاملة مثل سيليكات الزركونيوم (الزركون) دقيق و الألومينا شائعة.

دقيق الزركون (عادة 200-350 شبكة Zrsio₄) يوفر ثباتًا حراريًا ممتازًا ويتطابق مع التمدد الحراري لثوب السيليكا.

كثيف, تساعد الجسيمات الدقيقة في حزم القشرة وتحمل الحرارة, وهم يساعدون التفاصيل الدقيقة "الرطبة" بدون ترسيب.

الألومينا (الجدولي al₂o₃, ~ 50-325 شبكة) يمكن إضافتها لزيادة قوة قذيفة ومقاومة الصدمة الحرارية.

على سبيل المثال, الألومينا الجدولية غير تفاعلية, مضافة عالية الكثافة غير مكلفة وتقلل المسامية.

حتى أن بعض العمليات تستخدم حبيبات كربيد السيليكون للاحتفاظ بالحرارة في القالب. باختصار, تم تصميم كيمياء السيليكا سول لإنتاج دائمة, قذيفة الدفعة الدقيقة التي تتطابق مع المتطلبات الفنية للجزء.

تدفق العملية & المعلمات الفنية

1. إنتاج نمط الشمع:

يتم استخدام وفاة المعادن لحقن نسخ الشمع المعدلة من الجزء (أو أنماط الراتنج المطبوعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تحل محل).

قد تستخدم الأجزاء المعقدة مقاطع شمع متعددة مرتبطة ببعضها البعض. يتم الحفاظ على الأنماط نظيفة للغاية ودقيقة الأبعاد.

2. حَشد & البوابات:

يتم تجميع أنماط الشمع على شجرة مع بوابات, المتسابقين وكأس صب. تم تصميم تصميم البوابات لتعزيز تدفق المعادن الموحد وتقليل الاضطراب.

أجزاء متعددة (غالباً <0.1-50 كجم لكل منهما) يتم تصويرها لكل شجرة.

3. طلاء قذيفة (غمس وجص):

يتم غمس شجرة الشمع في ملاط ​​موثق السيليكا سول بحيث يتم ترطيب السطح بأكمله. ثم يتم غباره ("الجص") مع الزركون الناعم و/أو دقيق السيليكا (عادة 200-325 شبكة).

يملأ الملاط تفاصيل السطح والدقيق يدمج في الموثق. تتكرر هذه العملية: بعد التجفيف, يتم تطبيق معاطف إضافية من الموثق والحرارة.

التسلسل النموذجي هو "معطف الوجه" (الملاط الفائق + الجص الجيد) تليها 4-8 "معاطف الظهر" من الحبوب الخشنة تدريجيا.

يُسمح لكل معطف بالهلام ثم جافًا جزئيًا قبل الانخفاض التالي. في بعض المتاجر, أفران أو غرف الرطوبة التي يتم التحكم فيها تسريع التجفيف بين الطبقات.

يعتمد عدد الطبقات على حجم الجزء, سكب المعدن, وسمك الصدفة المطلوب.

عادة ما يكون للقشرة النهائية سطحًا من 10 إلى 20 ميكرون (لإنهاء سلس للغاية) بسمك إجمالي بترتيب 5-10 مم.

4. تجفيف:

بعد المعطف النهائي, تم تجفيف القشرة تمامًا (في بعض الأحيان بين عشية وضحاها في ~ 60-120 درجة مئوية) لضمان إزالة جميع المياه.

التجفيف الصحيح أمر بالغ الأهمية: يسمح للسيليكا بالهلام بشكل موحد ويمنع الانفجارات البخارية أثناء النزعة. تعالج الأصداف المجففة بالكامل الضغوط الحرارية لخطوة Dewax القادمة.

5. إزالة شمع:

يتم نقل مجموعة الصدفة إلى غرفة إزالة شمع. في عمليات السيليكا سول, هذا غالبًا ما يكون أ البخار أوتوكيلاف أو فرن الهواء الساخن (200-300 درجة مئوية).

الشمع مسال و/أو تبخير وتجفيفه من القالب. لأن السيراميك يمتد مسبقًا, تتم إزالة جميع الشمع تقريبًا بسرعة.

يفضل إزالة شمع الأوتوكلاف للأشجار الكبيرة أو المعقدة, نظرًا لأن البخار المضغوط يمكنه استخراج الشمع من النوى العميقة والأقسام الرقيقة.

(ملحوظة: تستخدم بعض العمليات الأخرى الانغماس في الماء المغلي ("Dewax Water"), ولكن هذا لا يستخدم بشكل عام مع قذائف السيليكا الصلبة).

6. إطلاق النار/التسخين:

مع ذهب الشمع, تخضع الأصداف لدورة إطلاق درجات الحرارة العالية لحرق أي موثق متبقي وتلبس السيليكا.

يتم ذلك عادة في أفران تعمل بالغاز أو الأفران الكهربائية, تصل إلى حوالي 800-1100 درجة مئوية على مدار عدة ساعات. يسخن التسخين القشرة ويزيل المخلفات العضوية.

إطلاق النار المناسب يزيل الرطوبة والكربونات, ترك بشدة, قالب سيراميك بحت. قد تنقسم هذه الخطوة إلى مرحلتين (على سبيل المثال. 300 ° C Hold, ثم النهائي في 1000 درجة مئوية).

7. صب:

قبل أن تتدفق, تم إحضار القشرة إلى درجة الحرارة (في كثير من الأحيان 200-600 درجة مئوية) في فرن مسخن لضمان استقرار الأبعاد.

المعدن المذاب (فُولاَذ, Superalkoy, إلخ.) تم تحضير.

للسبائك الحرجة (استند ني, التيتانيوم), يتم استخدام ذوبان الفراغ أو صواني الغاز الخاملة لتقليل الادراج.

ثم يتم سكب المعدن في القالب الساخن (عن طريق الجاذبية أو مساعدة الفراغ) بمعدل خاضع للرقابة.

تساعد القشرة الساخنة على التصلب المباشر إلى الداخل, تحسين الدقة. الراتينج/المتسابقين ("الناهضين") إطعام الصب كما يتقلص.

قد تكون درجات الحرارة النموذجية عند ترتيب 1450-1600 درجة مئوية للولادة أو 1500-1700 درجة مئوية لألواح NI. أثناء صب, يتيح التهوية بالقرب من القشرة أي غازات محترقة أو فلاش الشمع للهروب بأمان.

8. التبريد والهز:

بعد ملء القالب, يُسمح للمعادن بالتصلب والبرد (في كثير من الأحيان على مدار عشر دقائق إلى ساعات, اعتمادا على الكتلة).

عادةً ما تكون عمليات الاستثمار تبرد بسرعة نسبية من خلال الأقسام الرقيقة. مرة واحدة صلبة, تم تدمير قالب السيراميك (اهتزت أو خرجت).

غالبًا ما يتم تصوير الأشجار الكبيرة لإزالة السيراميك, والسباق مفصولة عن البوابات باستخدام النشر, الأزاميل أو الرقائق. يتم قطع كعب البوابة المرفقة في أقرب وقت ممكن من الصب قدر الإمكان.

9. التنظيف والتشطيب:

ثم يتم تنظيف أجزاء المصبوب الخشنة وتفتيشها. الطحن أو الآلات يزيل كعب البوابة المتبقية وأي زعانف سطحية.

الآلات الأبعاد النهائية, يتم التلميع أو الطلاء كما هو مطلوب. إذا لزم الأمر, المعالجات الحرارية (على سبيل المثال. الحل الصلب, العمر هاردين) يتم تطبيقها في هذه المرحلة لتطوير الخصائص الميكانيكية النهائية.

طوال التدفق, حذر التحكم في العملية أمر ضروري. على سبيل المثال, اللزوجة الملاهي, معدل تغذية الجص, منحنيات التجفيف, وتتم مراقبة ملفات تعريف إطلاق النار للحفاظ على الاتساق.

تم تحسين تصميم البوابات ومعلمات صب (في كثير من الأحيان عن طريق المحاكاة) لتجنب تقليص المسامية وضمان ملء العفن الكامل.

والنتيجة هي عملية صب قادرة على تحويل أنماط الشمع المعقدة إلى أجزاء معدنية عالية الدقة.

الآثار المعدنية & الخواص الميكانيكية

إن قذيفة السيراميك القوية من سول السيليكا سول تقدم وضوحا التدرجات الحرارية أثناء التصلب.

الواجهة مع مستخلصات القشرة الساخنة تسخين بسرعة, لذا فإن المعدن القريب من جدران القالب يبرد أولاً ويشكل حبيباتًا ناعمة, غالبًا ما ينمو البنية العمودية إلى الداخل.

هذا التصلب الاتجاه يمكن أن ينتج عنه هياكل الحبوب المرغوبة (على سبيل المثال. النوى المعادلة والحواف العمودية) التي تعزز القوة.

على العموم, تصبفة الاستثمار لها هياكل مجهرية مماثلة لمكافئات مزورة أو مطاربة, على الرغم من أن التفاصيل تعتمد على سبيكة ومعدل التبريد.

الخصائص الميكانيكية النموذجية خاصة بالأسبائك, لكن سبائك الاستثمار يلقي في كثير من الأحيان تحقق قوة الشد بترتيب عدة مئات إلى أكثر من ألف ميجا باسكال.

على سبيل المثال, يلقي الفولاذ المقاوم للصدأ (مثل AISI 316L/CF8M) قد تظهر نقاط قوة الشد النهائية ~ 500-700 ميجا باسكال مع استطالة 20-40 ٪, في حين يمكن أن يتجاوز فولاذ تصلب هطول الأمطار أو Ni-Superalloys 900-1200 ميجا باسكال بعد المعالجة الحرارية.

تتبع صلابة معايير سبيكة بالمثل (على سبيل المثال. ~ HRC 15-30 للولادة الصبغة).

دقة ألومنيوم أو سبائك النحاس تسفر عن سلوك الدكتايل (على سبيل المثال. AL الاستثمارات ~ 300 ميجا باسكال UTS) مع أداء التعب الجيد إذا تم التحكم في أحجام الحبوب.

ميزة رئيسية لصب السيليكا سول هي تأثيرها على نزاهة. لأن القذائف تُطلق في درجة حرارة عالية وزيادة شمعها عن طريق الحرق, انحراف الرطوبة (والمسامية الناتجة) يتم تصغيره.

تخصصات العملية مثل ذوبان الفراغ, مرشحات رغوة السيراميك, وضوابط صب ضيقة تقلل من الادراج والمسام.

في الممارسة العملية, غالبًا ما تظهر الأجزاء المؤهلة للاستثمار مسامية منخفضة للغاية (<0.5%) عندما يلقي بشكل صحيح.

الاختبارات غير المدمرة (NDT) مثل الأشعة السينية أو الفحص بالموجات فوق الصوتية يتم استخدامها للتحقق من سلامة داخلية. في حالة حدوث أي انكماش أو مسامية, وعادة ما يكون في مواقع Riser المعزولة وليس في أقسام رقيقة حرجة.

شوائب المجهرية الزجاجية غير موجودة بشكل أساسي في قذائف السيليكا سول, على عكس بعض عمليات الزجاج المائي.

إجمالي, أجزاء يلقي في قوالب الاستثمار السيليكا سول الأداء الميكانيكي على قدم المساواة مع المطروق أو المخزون المطاوع من نفس السبائك, خاصة عند علاج الحرارة.

الشد, أَثْمَر, وقيم التأثير بشكل عام تلبي المعايير ذات الصلة لكل سبيكة. (على سبيل المثال, استثمار 17-4 يمكن أن تصل الصلب الرقم الهيدروجيني إلى 1300-1500 ميجا باسكال بعد الشيخوخة, على غرار المطاوع.)

في ملخص, مكافحة القشرة الناعمة وظروف ذوبان نظيفة من أجزاء العائد على سول السيليكا بقوة ممتازة, ليونة ومتانة.

دقة الأبعاد & جودة السطح

يشتهر صب الاستثمار السيليكا سول التحمل الضيق والتشطيبات الدقيقة. نموذج النموذجي التحمل الخطي في ISO 8062 نطاق CT5-CT6.

على سبيل المثال, يلاحظ واحد مسبك أبعاد كبيرة (يصل إلى 300 مم ~) يتم عقدها إلى ± 0.1 مم (CT5).

يؤكد مصدر مستقل أن مصبوبات الزجاج المائي تعمل في CT7-CT8, في حين أن المسبوكات السيليكا سول تحقق بشكل روتيني CT5-CT6.

من الناحية العملية, هذا يعني أن معظم الأبعاد الأهمية على جزء السيليكا سول يمكن الوثوق بها في غضون عدد قليل من الملليمترات دون تصنيع.

العديد من الشركات تقتبس بدلات الآلات <0.2 MM لقطع الغيار الاستثمارية, وفي العمل عالي الدقة, مؤشرات CP/CPK من >1.33 غالبًا ما يتم استهدافها على الأبعاد الرئيسية.

خشونة السطح ممتاز أيضا. عادة ما يكون الصبغ على ترتيب 3-6 ميكرون (125-250 microinch), الذي ينافسه لمسة نهائية.

تقرير المتاجر ذات الخبرة 60-200 μinch (1.5-5.1 ميكرون) في معظم المناطق. مع أرقى الجصين خلطات (وصولاً إلى 325 شبكة الزركون) والغمس البطيء, يمكن تحقيق أسطح ناعمة من 0.4-1.6 ميكرومتر.

هذه الجودة القريبة من الملا (أو يقلل إلى حد كبير) الحاجة إلى تصنيع ما بعد الصب أو التلميع.

قواعد التصميم الهندسي استرخاء مقارنة مع, يقول, صب الرمل. تتيح الجدران الخزفية الرقيقة والتشويه المنخفضة أقسام رقيقة جدًا وزوايا حادة.

الحد الأدنى لسمك الجدار هو بترتيب 1-3 مم لمعظم المعادن (حتى إلى حوالي 0.5 مم في الحالات الخاصة).

يفضل الحد الأدنى لركن الزاوية من ~ 1 مم أو أكثر, على الرغم من الحد الأدنى من نصف قطر الأدوات (حتى الزوايا الحادة) يمكن أن يتم إلقاؤها لأن القشرة تنفصل عن هذه الميزات.

إرشادات التصميم يوصي شرائح كبيرة و Radii حيثما أمكن تقليل تركيزات الإجهاد ومساعدة سلامة قذيفة.

على عكس قوالب الرمل, مسودة الزوايا غير مطلوبة عمومًا; في الحقيقة, غالبًا ما تسمح قواعد التصميم صفر أو مسودة قريبة من الصفر على الوجوه الرأسية, منذ أن يتقلص الشمع بما يكفي لإطلاق سراحه من الموت.

(في الممارسة العملية, لا يزال يستخدم مسودة صغيرة من 0.5-1 ° على أجزاء معقدة لإزالة الشمع أسهل, لكنها أقل بكثير من أنواع العفن الأخرى.)

في ملخص, يمكن للمهندسين توقع ظهور قطع غيار الاستثمار شكل شبه شبكة, مع دقة الأبعاد في نطاق 0.02-0.1 مم, ويشهد السطح منخفضًا يصل إلى RA 2–6 ميكرون بدون تصنيع.

التسامح النهائي المسموح به (على سبيل المثال. it7 - it9 من حيث ISO) يتم تحقيقها بشكل روتيني على معظم الميزات.

ضبط الجودة & الاختبار غير المدمر

يتضمن ضمان الجودة في الاستثمار إجراء عمليات تفتيش متعددة على كل من الصدفة والصب النهائي.

قبل أن تتدفق, قد يتم فحص القذائف الحرجة مجهريًا أو مع الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية للكشف عن الفراغات أو الشقوق الداخلية.

أثناء تطوير العملية, غالبًا ما يتم كسر قذائف العينة للتحقق من توحيد الطلاء وسمكه.

بعد الصب, التفتيش الأبعاد (عادة بواسطة CMM أو مقاييس الدقة) يتحقق من استيفاء التسامح الحرجة.

على سبيل المثال, المسابك تستخدم بانتظام آلات قياس الإحداثي (CMMs) لالتقاط الهندسة الدقيقة ومقارنة نماذج CAD. يتم تفتيش الأسطح أيضًا بصريًا للعيوب.

يحدد العديد من الشركات المصنعة مؤشرات قدرة عملية CP/CPK للأبعاد الرئيسية; تحقيق CP من 1.33 (مع CPK ≥1.0) هو معيار شائع لضمان دقة ثابتة.

للعيوب الداخلية, الاختبار غير المدمر (NDT) أمر ضروري, خاصة في الأمان- أو الأجزاء الناقدة للأداء.

يتم استخدام اختبارات اختراق السائل أو الجسيمات المغناطيسية على السطح للكشف عن الشقوق أو الادراج.

الأشعة (الأشعة السينية) أو تفتيش المسح بالموجات فوق الصوتية للفراغات تحت السطحية, المسامية, أو الادراج.

في التحكم في الإنتاج, معايير القبول (معايير ASTM أو العميل) إملاء الحد الأقصى المسموح به من المسامية أو التضمين.

كمثال, تستخدم دقة Impro بشكل روتيني الموجات فوق الصوتية والأشعة السينية لتأكيد تلك العيوب الداخلية (على سبيل المثال. تجاويف الانكماش) أسفل الحدود القابلة للاكتشاف.

يتم فحص تكوين المواد والمعالجات الحرارية بالتوازي.

التحليل الكيميائي (الشرارة أو WDS) يتحقق عناصر صناعة السبائك, بينما تؤكد اختبارات الصلابة والشد على العينات الخصائص الميكانيكية.

لقطع غيار الفضاء, طلقة, اختراق صبغة, وعمليات التفتيش المعدنية الصارمة شائعة أيضًا.

باختصار, تخضع المسبوكات الاستثمارية لخطوات QA/QC صارمة: شيكات سلامة شل, التحقق الأبعاد الكاملة (سم, الفرجار), مقاييس السطح, و NDT (اختراق, الهيدروستاتيكي, بالموجات فوق الصوتية, الأشعة السينية).

هذا يضمن أن التوقعات العالية للسباق الدقيق - الشكل الضيق والتحملات الملائمة مع عدم وجود عيوب داخلية -.

التحليل الاقتصادي & سائقي تكلفة

صب الاستثمار نسبيا كثيفة العمالة وتستغرق وقتا طويلا عملية, الذي ينعكس في تكلفته.

تتضمن عناصر التكلفة الأساسية الأدوات (يموت الشمع), المواد الاستهلاكية (الشمع, ملاط, الجص والوثق), طاقة (الإرهاق والسكب), والعمل (مبنى الصدفة/التجفيف).

غالبًا ما يظهر الانهيار الخشن المواد الخام (المعادن زائد شل) في حوالي 60-70 ٪ من التكلفة الإجمالية, الطاقة/النفقات العامة ~ 15-25 ٪, وعملية الباقي.

تكاليف الموثق والحرارة:

رابط السيليكا سول نفسه هو مصروفات مادية رئيسية. السيليكا الغروية ودقيق الزركون عالي النقاء أكثر ثباتًا من الرمال التقليدية أو الزجاج المائي.

يستشهد مدونة مسبك واحدة تكاليف مواد العفن بحوالي $6.8/كجم لقذائف السيليكا الزركون, بالمقارنة مع ~ 2.5 دولار/كيلوغرام لقذائف الزجاج المائي و ~ 1.5 دولار/كجم لقوالب الرمال الخضراء.

تضيف إضافات مثل الألومينا الدقيقة أو المشتتات المتخصصة في إضافة تكلفة. لكن, هذه الأقساط تشتري الدقة وجودة السطح التي توفرها السيليكا سول.

العمل والوقت:

بناء قذيفة وتجفيفها شاقة. قد تستغرق كل دورة تراجع/جص 15-30 دقيقة من الوقت التدريجي بالإضافة إلى ساعات من التجفيف.

يمكن أن يستغرق مبنى القشرة الكامل من 4 إلى 8 معاطف وغالبًا ما يتطلب أيام من وقت التجفيف. يلاحظ مصدر واحد لصق الاستثمار أنه يتطلب عادة 7 أيام من نمط الشمع إلى الجزء النهائي.

تضيف كل طبقة من شل حوالي 1-2 ساعات من العمل (انتشار الملاط, الجص الرش, والتفتيش). المزيد من المعاطف (للقذائف السميكة أو السبائك الأكثر سخونة) يعني المزيد من المخاض ودورة أطول.

هناك مفاضلة: إضافة معاطف إضافية تزيد من متانة القشرة (عدد أقل من حالات فشل قذيفة) ولكن يرفع التكلفة لكل جزء ويطيل وقت الإنتاجية.

وفورات الحجم:

في حين أن التكلفة الثابتة لصنع الشمع يمكن أن تكون مرتفعة (في كثير من الأحيان 5 آلاف دولار - 50 ألف دولار اعتمادا على التعقيد), تنخفض التكاليف لكل وحدة مع حجم.

للجري الكبيرة (مئات الأجزاء), يمكن أن يكون صب الاستثمار اقتصاديًا. لكن, لركض صغير جدا (<25 قِطَع), تهيمن تكلفة الوحدة على إطفاء الأدوات.

غالبًا ما ينخفض ​​القرار إلى "القيام بقيمة الشكل شبه الشبكة وتعويض التكاليف في التكلفة?"-في العديد من الصناعات ذات القيمة العالية.

التكاليف المقارنة:

بالمقارنة مع صب الزجاج المائي, تكاليف السيليكا سول أكثر بكثير في المواد ودورات أبطأ.

على سبيل المثال, يشير أحد التقارير إلى أن المسبوكات السيليكا سول قد تنتهي مرتين إلى ثلاث مرات سعر المسبوكات الزجاجية المائية (المواد والعمل مجتمعة).

لكن, عندما يتم النظر, يمكن أن يبرر إجمالي تكلفة العملية للأجزاء الحرجة.

عوامل أخرى:

يمكن للبيئة والتنظيم إضافة تكاليف غير مباشرة; لا تستخدم السيليكا سول أي مذيبات خطرة, يحتمل أن يقلل من رسوم معالجة النفايات (على عكس الأنظمة القائمة على الكحول).

على الجانب الآخر, كلما أطول من المهلة (وربط العاصمة في WIP) من صب السيليكا تكلفة ناعمة للنظر فيها.

في ملخص, سائقي تكلفة في صب السيليكا سول تشمل الموثق/الحراريات باهظة الثمن والعمل المكثف لبناء القشرة.

يجب على مخططو المشروع توازن عدد الطباعات (التكلفة/الوقت) ضد العائد (إخفاقات الصدفة), وتكاليف المواد مقابل قيمة الدقة التي تحققت.

لماذا تستخدم السيليكا سول?

عندما يتطلب التطبيق أعلى دقة, تقدم الاستثمار في السيليكا سول مزايا لا مثيل لها:

• تشطيب سطحي ناعم: إن الحرارية الفائقة في قذائف السيليكا تتكاثر تفاصيل العفن بلا عيب تقريبًا.
  تظهر الأجزاء المصبوب مع أسطح أكثر سلاسة من أي عملية صب أخرى. الخشونة النموذجية AS تترتيب من 3 إلى 6 ميكرومتر را, الذي غالبا ما يكفي دون أي تصنيع.
  نتيجة ل, يمكن التقليل أو القضاء على الآلات الثانوية, توفير الوقت والحفاظ على الشكل الصافي.
• التسامح ضيق: قوالب السيليكا سول قاسية للغاية ومستقرة الأبعاد أثناء صبها وبارد. وهذا يتيح شبه الشكل الإنتاج مع الحد الأدنى من الآلات.
  قدرات التسامح (CT5–6) هي أساسا في الحد الأقصى للمعادن الصب. يستفيد العملاء من انخفاض الخردة والنوبات التي يمكن التنبؤ بها أكثر.
• التعقيد والتفاصيل: يمكن أن يدرك صب السيليكا سول لأقصى حد الهندسة المعقدة. الجدران الرقيقة (<1 مم), يمكن تحقيق جميع الثقوب/النوى الصغيرة والزوايا الحادة.
  ميزات مثل الحروف, تظهر الشعارات أو زعانف التبريد الحساسة في المعدن النهائي تمامًا كما كانت في الشمع.
  المصممون خاليون تقريبًا من المسودة والقيود التي تعوق أساليب الصب الأخرى.
• سبائك درجات الحرارة العالية: منذ أن صمدت قذائف السيليكا والزركون ~ 2000 درجة مئوية, يمكن أن يتم إلقاء حتى العالي أو الفائقة.
  تمنع القدرة عالية درجة الحرارة على تلبيد القشرة أو تشوه أثناء سكب الحرارة العالية.
  هذا يجعل السيليكا سول لا غنى عنه لسبائك الفضاء NI, الفولاذ العالي الكروم والسبائك الأخرى المستخدمة في البيئات القاسية.
• السلامة والبيئة: كونه قائمًا على الماء وغير قابل للارتداد, المجلدات السيليكا سول تشكل لا يوجد VOC أو خطر متفجر. لا توجد أبخرة سامة أثناء تراكم الصدفة أو إزالة شمع.
  هذا ليس فقط أكثر أمانًا للعمال ولكن أيضًا يقلل من الامتثال البيئي.
  بالمقارنة مع سيليكات إيثيل (الكحول القابل للاشتعال) أو سيليكات الصوديوم (عالي الأسر), السيليكا الغروية حميدة. تولد المجلدات المائية أيضًا نفايات سهلة الاستخدام نسبيًا (حمأة الماء والسيليكا).
• الاتساق والموثوقية: تركيبات السيليكا الغروية متسقة ومستقرة إذا تم تخزينها بشكل صحيح.
  خصائص شل (قوة, ضبط الوقت, نفاذية) يمكن أن تسيطر عليها الشركة المصنعة بإحكام.
  هذه القدرة على التنبؤ تعزز العائد لأول مرة في الصب, التي يمكن أن تفوق تكاليف المواد المرتفعة قليلاً في التطبيقات الدقيقة.

في جوهره, تم اختيار صب السيليكا سول كلما كانت جودة "قسط" مطلوبة: أسطح ناعمة للغاية, ميزات الإبرة, ولا توجد عيوب تحت السطحية تقريبًا.
إنه الافتراضي للأجزاء الحرجة في الفضاء, توليد الطاقة والمجالات الطبية.
غالبًا ما يتم تعويض التكلفة الأعلى قليلاً عن طريق القضاء.

التطبيقات & دراسات الحالة

اكتشاف الاستثمار في السيليكا سول يستخدم عبر الصناعات لقطع الغيار حيث الأداء والدقة هي paramount:

• الفضاء الجوي: مدون, شفرات التوربينات, عادة ما يتم استثمار الدوارات والأقواس الهيكلية مع السيليكا سول.
  غالبًا ما يكون لهذه الأجزاء مقاطع تبريد معقدة ومتطلبات موازنة ضيقة.
  على سبيل المثال, توربينات التوربينات ذات الأشكال المعقدة للهوية وقنوات تبريد الأفلام الداخلية يتم تصويرها بشكل روتيني في Superalloys باستخدام قوالب السيليكا.
  القدرة على إنتاج جدران رقيقة, مكونات درجة الحرارة العالية مع تفاصيل الهواطيل الدقيقة هي ميزة أساسية هنا.
  كما أن أجزاء الرحلة الحرجة مثل مكونات الصواريخ أو المحرك النفاث تستفيد أيضًا من اتساق الاستثمار.
• طبي الأجهزة: يزرع الجراحة (ينبع الورك, مفاصل الركبة) والأدوات التي تم إلقاؤها بواسطة عملية Silica Sol لأن سبائك متوافقة حيوياً (316ل, Coucr, ل) يمكن استخدامها وتتطلب الأجزاء إنهاء جيد.
  يجب أن يكون للزراعة الطبية أبعاد دقيقة وأسطح ناعمة للغاية; الاستثمار في السيليكا يحقق ذلك.
  يتم صنع الأدوات الجراحية المتجانسة ومسامير العظام المعقدة أو المشابك من هذه الطريقة. تكرارها يضمن التحمل الضيق اللازم للزرع.
• المضخات الصناعية, الصمامات & التوربينات: مكونات التدفق الحرجة (الدفاعات, المساكن, مضخة volutes, أجسام الصمامات) الاستفادة من صب السيليكا سول.
  غالبًا ما تتطلب هذه الفولاذ المقاومة للتآكل أو الفولاذ العالي, ولديك هندسة داخلية معقدة.
  على سبيل المثال, يمكن أن يكون لأصحاب المضخات عالي الضغط في الصلب غير القابل للصدأ أو المزدوج في هذه العملية حواف شفرة <<1 السطوح الهيدروليكية سميكة وسلسة.
  مكونات التوربينات المتخصصة (مثل فوهة دليل دوارات في التوربينات) يتم إنتاجها بالمثل.
• السيارات & طاقة: في حين أن العديد من قطع غيار السيارات مصبوبة أو صمخ الرمل, تطبيقات عالية الأداء أو منخفضة الحجم (على سبيل المثال. سباق الشاحن التوربيني, علب العتاد, أعمدة الكامات) استخدام صب الاستثمار.
  عجلات التوربينات وعجلات الضاغط لشاحن توربيني السيارات (في كثير من الأحيان مصنوعة من سبائك Ni أو Ti) يلقي في قوالب السيليكا.
  يستخدم صب السيليكا سول أيضًا للصمامات والتجهيزات في الزيت&معدات الغاز والزرع حيث تعتبر سلامة المعادن المصبوب والتشطيب أمرًا بالغ الأهمية.
• الفنية والمعمارية: على الرغم من التغاضي عنها في كثير من الأحيان, يمكن أن تستخدم العناصر النحتية والمعمارية الدقيقة استثمار السيليكا سول.
  يتم إنتاج منحوتات من البرونز أو الصلب مع التفاصيل الفائقة عن طريق طلاء أسياد الشمع في ملاط ​​السيليكا سول.
  الأجهزة المعمارية (درابزين ديكور, تركيبات مخصصة, المنشآت الفنية) يمكن أن تصنع مع العملية, تسليم المسبوكات المكررة بحيث لا يلزم عمل الانتهاء قليلاً.
  (هذه التطبيقات تستفيد من الانتهاء من السطح الدقيق والاحتفاظ بالتفاصيل لقوالب السيليكا.)
• مثال البحث/الحالة: دراسة حالة واحدة هي Rolls-Royce, التي استخدمت نوى السيليكا المطبوعة ثلاثية الأبعاد لشفرات التوربينات لخفض المهلة بشكل كبير.
  مثال آخر هو شركة زراعة طبية تحولت من صوب القالب إلى الاستثمار في السيليكا سول لتحكم أفضل في الأبعاد على أجهزة العظام الألومنيوم الصغيرة.
  في كل حالة, قرار يتوقف على قدرة السيليكا سول على إنتاج مجمع, أجزاء عالية القيمة دون إعادة صياغة.

توضح هذه الأمثلة ذلك أينما شكل معقد, تسامح ضيق, وجودة المواد تتقارب, صب السيليكا سول هو الحل المفضل.

التحليل المقارن

• السيليكا سول ضد. استثمار الفوسفات: تستخدم الاستثمارات المربوطة بالفوسفات بشكل أساسي في صب الأسنان للسبائك غير الحديدية, ليس في المسبوكات ذات الهندسة الثقيلة.
  (وضعوا بتفاعل كيميائي للفوسفات, لا ينطبق على أجزاء الصلب الكبيرة.) لالتقاط الدقة الصناعية, المجلدات المائية قاعدة.
  هكذا, لا تتم مقارنة السيليكا سول مباشرة بالفوسفات في معظم سياقات المسبك.
• السيليكا سول ضد. الزجاج المائي (سيليكات الصوديوم): كما لوحظ, صب الزجاج المائي (موثق زجاجي سائل قلوي) ينتج أسطحًا خشنًا ويتطلب عودة ماء.
  السيليكا سول صب, على النقيض من ذلك, شهادات في الفرن ("فلاش نار") ويخوض الانتهاء أكثر سلاسة.
  قذائف الزجاج المائي أرخص وأسرع للبناء, لذلك يناسبون أكبر, أجزاء أقل أهمية.
  قاعدة من الإبهام: استخدم السيليكا سول للحصول على أرقى التفاصيل وأرقى التسامح; استخدم زجاج الماء عندما تكون التكلفة حاسمة والهندسة أكثر بساطة.
  (على سبيل المثال, قد تكون زجاج الماء كافيًا لأجسام المضخة الكبيرة حيث تكون هناك حاجة إلى دقة معتدلة فقط, في حين أن الجزء نفسه في شكل أرق جدران قد يتطلب السيليكا سول.)
• السيليكا سول ضد. 3قوالب الاستثمار المطبوعة: التطورات الحديثة تسمح 3الطباعة د من أنماط الشمع أو حتى قوالب السيراميك بأكملها.
  3أنماط مطبوعة (البوليمرات الشبيهة بالراتنج أو الشمع) التخلص من الحاجة إلى وفاة الشمع, خفض الوقت بشكل كبير والتكلفة في النماذج الأولية.
  على سبيل المثال, يمكن أن تستغرق طباعة نمط شفرة التوربينات يومًا بدلاً من 8 أسابيع الآلات.
  تسمح قوالب أو النوى السيراميك المطبوعة مباشرة بميزات رائعة للغاية (0.2 جدران مم, القنوات الداخلية) و CT4 التحمل.
  لكن, 3معدات الطباعة والمواد باهظة الثمن, لذلك بالنسبة للإنتاج الضخم ، غالبًا ما تفوز عملية الشمع+شل في تكلفة الوحدة.
  الاستراتيجيات الهجينة ناشئة: استخدم النوى أو الأنماط المطبوعة ثلاثية الأبعاد مع قذيفة السيليكا سول.
• معايير القرار:متى تختار السيليكا سول: استخدمه كلما كان تصميم تعقيد, جودة السطح أو خاصية المواد أمر بالغ الأهمية.
  السيليكا سول مثالية للأجزاء الصغيرة إلى المتوسطة (قل 0.01-100 كجم) مع تفاصيل معقدة (أقسام رقيقة, تجاويف عميقة) وحيث تكون التسامح CT5 - CT6 أو أفضل.
  متى تختار البدائل: إذا كانت هناك حاجة إلى دقة معتدلة فقط, قد تكون الزجاج المائي أو الطرق الأخرى أرخص.
  كبيرة جدا, المسبوكات البسيطة, الرمال أو الصدفة (الفينول لا بيك) قد يكون أكثر اقتصادا.
  وللنزفات الأولية السريعة أو النوى المعقدة فائقة, 3يمكن للطباعة د أن تكمل قذائف السيليكا سول.
  أخيرًا, أرصدة الاختيار الدقة مقابل. التكلفة/المهلة: يجلس صب السيليكا سول في نهاية الطيف العالي.

خاتمة

لا يزال صب السيليكا سول ضائع الشمع أ العمود الفقري الاستراتيجي في التصنيع الحديث عندما لا يمكن المساس بجودة جزء.
من خلال الجمع بين مبادئ آلاف السنين والمواد المتطورة (الجسيمات النانوية السيليكا sols, 3د الطباعة الشمع, إلخ.), إنه يعطي مكونات الإخلاص العالي حقًا.
توفر قذائف السيليكا سول أفضل تحكم على الانتهاء من السطح والهندسة في أي عملية صب معدنية, تمكين إنتاج شبه الشبكة من السبائك التي تتراوح من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى superalloys وتيتانيوم.

نتطلع, أصبحت العملية أكثر ذكاءً. محاكاة الكمبيوتر (نماذج ملء العفن والتصلب) يستخدم بشكل روتيني لتحسين تصميم البوابة وسمك الصدفة.
الروبوتات وآلات بناء القشرة الآلية تسرع دورات الطلاء. المتقدمة NDT (3د التصوير المقطعي, القياس البصري الآلي) مزيد من التأكيد على سلامة الصب.
التحسينات البيئية (استرداد الموثق, التنظيف الرطب) يتم دمجها أيضًا.
باختصار, تم وضع استثمار السيليكا سول في وضع لاستجواب التصميم الرقمي وتصنيع الابتكارات مع الحفاظ على ميزته الأساسية: دقة لا مثيل لها.
للمهندسين والمصنعين, صب السيليكا سول هي تقنية ناضجة ولكنها متطورة تستمر في تحديد ما هو ممكن في إنتاج المكونات المعدنية المعقدة.

هذا هو الخيار الأمثل لاحتياجات التصنيع الخاصة بك إذا كنت بحاجة إلى جودة عالية سيلكا سول الاستثمار الصب خدمات.

اتصل بنا اليوم!