Працэс ліцця па выплаце воску

1. Уводзіны

Страчаны воск (інвестыцыя) ліццё ператварае дакладныя ахвярныя ўзоры - традыцыйна з воску - у металічныя часткі праз керамічную абалонку.

Яе асноўныя моцныя бакі: Выдатная аздабленне паверхні, высокая дакладнасць памераў, і здольнасць адліваць складаныя геаметрыі і высокапрадукцыйныя сплавы.

Варыянты працэсу (васковыя гатункі, хімія абалонкі і асноўныя метады) дазвольце інжынерам памяняць кошт супраць дакладнасці і выбраць маршруты, якія падыходзяць для нержавеючай сталі, медныя сплавы, праны, і - з асаблівымі мерамі засцярогі - суперсплавы тытана і нікеля.

2. Працэс ліцця па выплаце воску

Тыповая паслядоўнасць (высокі ўзровень):

1. Прыклад: зрабіць воск (або ліцейная смала) ўзор(с) — асобны кавалак або дрэва/кучка.
2. Сход: прымацуеце выкрайкі да бегункоў, каб сфармаваць кластар.
3. Інвеставаць / будаваць абалонку: акуніце зборку ў завісь звязальнага рэчыва + ляпніна; паўтарыце, каб пабудаваць абалонку.
4. Вылечыць / сухія: гель і часткова сухія абалонкі паміж пластамі; канчатковая сушка.
5. Дэпарафінізацыя: выдаліць воск (распарыць або расплавіць).
6. Выгаранне / стральба: пандус для спальвання арганікі і стабілізацыі абалонкі.
7. Наліць: расплавіць і заліць метал у разагрэтую абалонку.
8. SHIKOUT & ачыстка: выдаліць абалонку, выразаць вароты, чыстыя.
9. Постпрацэс: тэрмічная апрацоўка, Бядро (Пры неабходнасці), апрацоўванне, аздабленне паверхні, агляд.

3. Матэрыялы для выкрайкі: нізкі-, сярэдні-, і высокатэмпературныя воскі

Ноты & кіраўніцтва

• Выбірайце воск па памеры дэталі, тэрмін службы інструмента і чаканая паслядоўнасць абалонкі/зборкі. Воск з нізкай тэмпературай выдатна падыходзіць для дробных дэталяў і невялікіх аб'ёмаў, але церпіць поўзанне пры працяглых цыклах або цёплых памяшканнях крамы.
  Сярэдняя тэмпература з'яўляецца працоўным конікам для інжынернага ліцця. Высокатэмпературныя воскі (і сканструяваныя ўзорныя палімеры) выкарыстоўваюцца там, дзе апрацоўка або доўгая абалонка стварае рызыку дэфармацыі.
• Шаблонныя дадаткі: пластыфікатары, стабілізатары, паляпшальнікі цякучасці і фарбавальнікі ўплываюць на паводзіны ўпырску, астатак дэпарафінізацыі і вылучэнне газаў, якія выгараюць - укажыце зацверджаныя ліцейнымі складамі.

4. Выраб выкрайкі: інструмента, ін'екцыйны воск, і адытыўныя ўзоры

• Ліццё пад ціскам: сталёвыя/алюмініевыя плашкі для воску — нізкі кошт штукі ў аб'ёме з высокай якасцю паверхні. Кошта аснасткі залежыць ад складанасці.
• 3D друкаваныя ўзоры з воску/смалы, якія можна адліць: SLA, DLP, струйныя матэрыялы або васковыя друкаркі выключаюць інструменты для прататыпаў і невялікіх накладаў.
  Сучасныя ліццёвыя смалы чысцяць дэпарафінізацыяй і набліжаюцца да якасці паверхні ін'екцыйнага воску.
• Стварэнне шаблонаў і дызайн варот: арганізуйце ўзоры на цэнтральным літніку для эфектыўнай залівання і падачы; ўключаюць ахвярныя стаякі для ўсаджвання корму.
  Выкарыстоўвайце мадэляванне для варот і балансу харчавання для вялікіх кластараў.

5. Shell Systems: Крэмній-сол, Вадзянік, і гібрыдныя абалонкі

Сістэма абалонкі - гэта самая важная зменная, якая вызначае дакладнасць паверхні, тэрмічны супраціў, пранікальнасць / вентыляцыя, сумяшчальнасць з вакуумам і прыдатнасць сплаваў для ліцця па выплаўленым воску.

У сучасных цэхах выкарыстоўваюцца тры практычных сямейства:

• Крэмній-сол (калоідна-кремнезем) ракавіны — прэмія, маршрут высокай дакладнасці.
• Вадзянік (натрыева-сілікатны) ракавіны — эканамічны, надзейны маршрут для большага / сталь / жалеза працы.
• Гібрыдныя ракавіны — спалучыць штраф, хімічна ўстойлівае ўнутранае пакрыццё (кремнезема-золь або цыркону) з вонкавым пакрыццём з вадзянога шкла, каб збалансаваць кошт і прадукцыйнасць.

Крамянёва-золевыя абалонкі (коллоідавы крэмнія)

Што гэта такое і як гэта працуе

Кремнезолевые абалонкі выкарыстоўваюць а коллоідная завісь субмікронных часціц кремнезема у якасці злучнага рэчыва.

Грунтоўкі (вельмі тонкая мыццё) выкарыстоўвайце калоід для звыштонкай ляпніны, якая запісвае дэталі; наступныя пласты нарошчваюць таўшчыню і ўмацоўваюць сушкай і абпалам пры высокай тэмпературы (спяканне) што вырабляе шчыльны, моцныя снарады.

Асноўныя характарыстыкі:

• Вернасць паверхні: лепшы з даступных - як адліты Ra звычайна ~0,6–3 мкм з тонкай мыццём.
• Тэрмастабільнасць / стральба: снарады можна кансалідаваць ст 600–1000°C (крамная практыка вар'іруецца ў залежнасці ад ляпніны). Высокотэмпературны абпал павялічвае трываласць корпуса і ўстойлівасць да тэрмічнага ўдару.
• Вакуумная/інэртная сумяшчальнасць:выдатны — кремнеземно-золевые абалонкі сумяшчальныя з вакуумнай і інэртнай атмасферай і з'яўляюцца звычайным выбарам для тытана, нікелевыя і кобальтавыя суперсплавы.
• Кантроль пранікальнасці: can be tuned by stucco grading and firing to give controlled venting for high-value, tight castings.
• Contamination sensitivity:high — colloid stability is upset by ionic contamination (солі, metal fines) and organics; slurry and plant cleanliness are critical.
• Typical first-coat stucco: sub-10 µm fused silica, zircon or zirconia for reactive interfaces.
• Тыповыя выпадкі выкарыстання: aerospace turbine components, Суперліі, vacuum-poured titanium, медыцынскія імпланты, precision small parts.

Шкляныя ракавіны (натрыева-сілікатны)

Што гэта такое і як гэта працуе

Water-glass shells use an aqueous sodium (or potassium) silicate solution as binder.

Coats gel to a silica-like network by CO₂ gassing or chemical hardeners (acid salts), producing a rigid ceramic shell when combined with graded refractory stucco.

Асноўныя характарыстыкі:

• Вернасць паверхні: good for general engineering — as-cast Ra typically ~2.5–8 µm depending on wash and stucco.
• Стральба: usually stabilized at ~400–700°C; абалонкі не спекаюцца ў такой жа ступені, як сістэмы кремнезем-золь.
• Вакуумная сумяшчальнасць:абмежаваны — не ідэальна падыходзіць для вакуумнай/інэртнай разліўкі або найбольш рэакцыйных сплаваў.
• Пранікальнасць / вентыляцыя: у цэлым добра падыходзіць для сталі/жалеза; пранікальнасць, як правіла, больш грубая, чым у аптымізаваных крэмнезолевых абалонак.
• Метад отвержденія:Вылучэнне газу CO₂ (хуткае гелеобразование) або кіслотныя ацвярджальнікі — хутка, трывалы набор у цэху.
• Contamination sensitivity: умераны — іённае забруджванне ўплывае на схопліванне і аднастайнасць геля, але вадкае шкло звычайна больш устойлівае, чым золь крэмнія.
• Typical first-coat stucco: тонкі плаўлены крэмній; цыркону можна выкарыстоўваць для паляпшэння абароны паверхні.
• Тыповыя выпадкі выкарыстання: Целы клапана, корпусы помпы, вялікія сталёвыя/жалезныя дэталі, Марскае абсталяванне, агульнапрамысловыя адліўкі.

Гібрыдныя ракавіны (унутранае пакрыццё з кремнезема або цыркону + вонкавае пакрыццё з вадзянога шкла)

Што гэта такое і як гэта працуе

Агульны эканамічны кампраміс: а ўнутранае паліто прэміум-класа (крэмнія-золь або цыркон / цырконій мыць) наносіцца спачатку для ўлоўлівання дэталяў і стварэння хімічна ўстойлівага бар'ера, затым вонкавае пакрыццё з вадзянога шкла створаны для забеспячэння аб'ёмнай трываласці пры меншых выдатках.

Асноўныя характарыстыкі:

• Вернасць паверхні & хімічны бар'ер: унутраны золь кремнезема/цыркону забяспечвае якасць паверхні, амаль золь кремнезема, і дапамагае прадухіліць рэакцыі метал-абалонка на мяжы металу.
• Каштаваць & звязванне: вонкавае пакрыццё з вадзянога шкла зніжае агульнае выкарыстанне кремнезема і робіць абалонку больш трывалай для працы і вялікіх памераў.
• Вакуумная сумяшчальнасць: палепшанае супраць чыстага вадзянога шкла (дзякуючы ўнутранаму паліто) але ўсё яшчэ не такія ідэальныя, як поўныя крэмнезолевыя абалонкі - карысныя для многіх нержавеючых і некаторых нікелевых сплаваў, калі атмасферы плаўлення/ліцця кантралююцца.
• Тыповае выкарыстанне: корпуса клапанаў з высакаякаснымі змочваюцца паверхнямі, дэталі турбіны сярэдняга кошту, дзе патрабуецца некаторая сумяшчальнасць з вакуумам, прыкладанняў, дзе кошт і прадукцыйнасць павінны быць збалансаваны.

6. Асноўныя тэхналогіі

• Растваральныя ядра (васковыя або палімерныя стрыжні, зробленыя для растварэння): вырабляюць ўнутраныя праходы (каналы астуджэння); выдаляецца гарачай вадой або растваральнікам.
• Керамічныя стрыжні, абпаленыя звязальным рэчывам (дыяксід крэмнія, гліназём, цыркону): стабільны пры высокіх тэмпературах для суперсплавов; патрабуюць сумяшчальнасці ядра абалонкі.
• 3Ядра з D-друкам: Керамічныя стрыжні Binder-jet або SLA дазваляюць ствараць складаныя ўнутраныя геаметрыі без інструментаў.

Дызайн для ядраў павінен улічваць падтрымку ядраў, вентыляцыя, цеплавое пашырэнне і хімічная сумяшчальнасць з расплаўленым металам.

7. Падаекванне, выгаранне & стрэльбы снарадамі — практычныя графікі і пункты кіравання

Падаекванне

• Пара/аўтаклаў дэпарафінізацыя: звычайныя для звычайных васковых дрэў. Тыповая тэмпература паверхні 100–120 °C; цыкл ад хвілін да гадзін у залежнасці ад аб'ёму воску і памеру дрэва.
• Тэрмічны дэпарафін / растваральнік расплаву: выкарыстоўваецца для некаторых палімераў - выкарыстоўвайце аднаўленне растваральніка і кантроль.

Выгаранне / графік выгарання (тыповы інжынерны прыклад)

• Пандус: запаволіць да 100–200 °C, каб выдаліць рэшткі вільгаці/воску (Рэкамендуецца ≤3–5 °C/хв для тоўстых абалонак, каб пазбегнуць паравых бурбалак).
• Трымай 1: 150–250 °C (1– 4 гадзіны) адагнаць низкокипящую арганіку.
• Пандус 2: ~3 °C/мін да 350–500 °C.
• Фінальнае ўтрыманне: 4–8 гадзін пры 350–700 °C у залежнасці ад сістэмы абалонкі і сплаву. Абалонкі з дыоксидозоля могуць быць абпалены да 600–1000 °C для спякання/трываласці; абалонкі з вадкага шкла звычайна стабілізуюцца пры 400–700 °C.
• Ключавыя элементы кіравання: хуткасць нарошчвання, даступнасць кіслароду (пазбягайце празмернага акіслення для рэактыўных металічных абалонак), і поўнае выдаленне арганікі, каб пазбегнуць вылучэння газу падчас залівання.

Шкарлупіну перад заліваннем разагрэйце: папярэдні нагрэў абалонкі да 200–800 °C у залежнасці ад сплаву для мінімізацыі цеплавога ўдару і паляпшэння цякучасці металу; e.g., нержавеючая залівае звычайна 200–450 °C з папярэднім нагрэвам; суперсплавы патрабуюць большага ў залежнасці ад абалонкі.

8. Наліць: расплаву практыка, вакуумныя/інэртныя варыянты і параметры залівання

• Плавільныя печы: індукцыі або супраціву; дэгазацыя/фільтрацыя і флюсаванне для чысціні.
• Для тэмпературы (тыповы):

• • Алюмініевыя сплавы: 650–720 °C
  • Медныя сплавы: 1000–1200 °C
  • Сталі: 1450–1650 °C
  • Нікелевыя суперсплавы: 1400–1600+ °C (залежыць ад сплаву)

• Вакуумная і інэртная заліванне: абавязковы для тытана і высокарэактыўных сплаваў; вакуум памяншае акісленне і рэакцыі метал-абалонка.
• Для моды: гравітацыйная заліванне супраць ніжняга залівання каўша супраць вакууму - выбірайце мінімізацыю турбулентнасці і ўцягнутых газаў. Выкарыстоўвайце фільтры ў стробе для кантролю ўключэння.

9. Матэрыялы звычайна літыя & асаблівыя меркаванні

• Нержавеючая сталь (300/400, дуплекс): добра і з вадкім шклом & кремнезем-золь; кантроль пранікальнасці абалонкі і канчатковы падагрэў.
• Вуглярод & нізкалегаваныя сталі, пластычнае жалеза: добра падыходзяць да шкляных ракавін; сачыць за накіпам і эрозіяй абалонкі пры высокіх энергіях вылівання.
• Медныя сплавы (бронза, З намі): агульныя; кантраляваць перагрэў, каб пазбегнуць мыцця абалонкі.
• Алюмініевыя сплавы: магчыма, але часта танней іншымі метадамі ліцця; забяспечыць вентыляцыю/пранікальнасць.
• Тытан & Вы сплавы: рэактыўныя — аддаюць перавагу кремнеземные абалонкі, грунтоўныя пласты цыркону/аксіду алюмінія, вакуумныя плаўкі, і інэртныя атмасферы. Пазбягайце вадкага шкла, калі не выкарыстоўваць ахоўныя пласты і спецыяльныя сродкі кантролю.
• Нік & кобальтавыя суперсплавы: выкарыстоўваць кремнеземные абалонкі, высокатэмпературны абпал і вакуум / інэртная апрацоўка, дзе гэта неабходна.

10. Тыповы габарытны, паверхні і магчымасці допуску

• Памерны допуск (тыповы ас-літ): ±0,1–0,3% ад намінальнага памеру (e.g., ±0,1–0,3 мм на 100 мм функцыя).
• Аздабленне паверхні (Ра ас-ліць): кремнезем ~0,6–3,2 мкм; вадкае шкло ~2,5–8 мкм.
• Прыпуск на лінейную ўсаджванне: ~1,2–1,8% (сплаў & ліцейны укажыце дакладны).
• Мінімальная практычная таўшчыня сценкі: ювелірныя вырабы / мікра дэталі: <0.5 мм; інжынерныя часткі: 1.0-1,5 мм звычайна; структурныя больш тоўстыя ўчасткі агульныя.
• Паўтаральнасць: добрая ліцейная практыка дае ±0,05–0,15% ад серыі да серыі па крытычных паказчыках.

11. Агульныя дэфекты, першапрычыны і сродкі прававой абароны

12. Посткастынгавыя працэсы

• SHIKOUT & выдаленне керамікі: механічнымі або хімічнымі метадамі.
• Тэрмічная апрацоўка: лячэнне для раствора, старэнне (T6), адпал — залежны ад сплаву. Тыповыя тэмпературы раствора: Al сплавы ~520–540 °C; сталі вышэй.
• Гарачае ізастатычны націск (Бядро): памяншае ўнутраную сітаватасць дэталяў, адчувальных да стомленасці; тыповыя цыклы HIP залежаць ад сплаву (e.g., 100–200 МПа і 450–900 °C).
• Апрацоўванне & фініш: крытычныя свідравіны, ўшчыльняльныя грані, апрацаваныя з допускам; шмарка, пасівацыя або пакрыццё наносіцца па меры неабходнасці.
• Ndt & тэставанне: гідрастатычны, ціск, тэсты на герметычнасць, Рэнтген / КТ, ультрагукавы, фарбавальнік-пенетрант, механічныя выпрабаванні на спец.

13. Кантроль працэсаў, агляд & кваліфікацыя

• Купляйце метрыкі кантролю якасці: завісі цвёрдых рэчываў, глейкасць, час геля, духавыя крывыя, дэпарагінальныя лагі, графікі выгарання, хіміі расплаву і дэгазацыі часопісаў.
• Узоры купонаў: расцяжэнне, цяжкасць & металаграфічныя купоны, адлітыя ў строб, для прадстаўлення мікраструктуры і механічных уласцівасцей.
• Адбор проб НК: рэнтгенаграфія і КТ для крытычных кампанентаў; пазначыць ўзроўні прыняцця для сітаватасці (аб'ёмны% або максімальны памер дэфекту).
• Статыстычны кантроль працэсаў (SPC): прымяняюцца да крытычных уводаў (мыць цвёрдыя рэчывы, таўшчыня абалонкі, расплавіць вадарод) і выхады (варыяцыя памераў, сітаватасць разлічвае).

14. Распаўсюджаныя памылкі & Удакладненні

«Ліццё па фабрыцы прызначана толькі для высокадакладных дэталяў»

Хлусня. Ліццё па выплавляемых восках на аснове вадзянога шкла з'яўляецца эканамічна эфектыўным для дэталяў сярэдняй дакладнасці (±0,3–0,5 мм) - 40% аўтамабільных восковых адлівак выкарыстоўваюць гэты варыянт.

«Нізкотэмпературны воск саступае сярэдняй тэмпературы»

Кантэкстна-залежны. Нізкотэмпературны воск танней і падыходзіць для нізкай дакладнасці, шматтыражныя дэталі (e.g., абсталяванне) — сярэднетэмпературны воск неабходны толькі для больш жорсткіх допускаў.

«Крэмянёвы золь заўсёды лепш, чым вадзяное шкло»

Хлусня. Вадзяное шкло на 50–70 % танней і хутчэй для прымянення сярэдняй дакладнасці — золь дыяксіду крэмнія апраўданы толькі для аэракасмічных/медыцынскіх частак, якія патрабуюць допуску ±0,1 мм.

«Ліццё па выплаўленым воску мае высокі ўзровень лому»

Хлусня. Каэфіцыент лому пры ліцці з воску з дыяксіду крэмнія складае 2–5 %. (параўнальна з ліццём пад ціскам) — вадкае шкло мае 5–10% (усё яшчэ ніжэй, чым пясчанае ліццё на 10–15%).

«3D-друк робіць ліццё з воску састарэлым»

Хлусня. AM ідэальна падыходзіць для прататыпаў/малых аб'ёмаў, але восковае ліццё ў 5–10 разоў таннейшае для сярэдняга і вялікага аб'ёму (>1,000 часткі) і апрацоўвае больш буйныя дэталі (да 500 кг).

15. Conclusion

Працэс ліцця па выплаце воску застаецца галоўным метадам вытворчасці комплексу, металічныя кампаненты высокай дакладнасці.

Пры спалучэнні справа матэрыял выкрайкі, абалонка хім і практыка расплаву/атмасферы з дысцыплінаваным кантролем працэсу, восковае ліццё надзейна стварае дэталі, якія было б цяжка ці немагчыма зрабіць іншымі спосабамі.

Сучасныя ўдасканаленні (3Друкаваныя выкрайкі, гібрыдныя ракавіны, вакуумная заліванне і ХІП) пашыраюць гэты працэс на новыя сплавы і прыкладанні, але яны таксама выклікаюць неабходнасць дбайнай спецыфікацыі, выпрабаванні і забеспячэнне якасці.

 

FAQ

Якую сістэму абалонак выбраць для тытана?

Крэмній-сол (з першапачатковым пакрыццём з цыркону/аксіду алюмінія) + вакуумная/інэртная плаўка і заліванне. Вадкае шкло звычайна непрыдатна без шырокіх бар'ерных мер.

Наколькі выдатнымі могуць быць рысы ліцця з воску?

Асаблівасці <0.5 мм магчымы (ювелірныя вырабы / дакладнасць); у інжынерных частках імкнуцца ≥1 мм на трываласць, калі гэта не даказана выпрабаваннямі.

Я магу чакаць звычайнай аздаблення паверхні?

Крэмній-сол: ~0,6–3,2 мкм Ra; вадкае шкло: ~2,5–8 мкм Ra. Тонкая мыйка і паліроўка васковых штампаў паляпшаюць аздабленне.

Калі рэкамендуецца HIP?

Для стомленасці-крытычна, які ўтрымлівае націск, або дэталяў аэракасмічнай прамысловасці, у якіх унутраная сітаватасць павінна быць зведзена да мінімуму — HIP можа істотна павялічыць стойкасць да стомленасці.

Ці магу я выкарыстоўваць 3D-друкаваныя шаблоны замест васковых інструментаў?

так - адліўныя смалы і друкаваны воск скарачаюць час і кошт інструментаў для прататыпаў/малых аб'ёмаў. Пераканайцеся, што характарыстыкі дэпарафінізацыі смалы і сумяшчальнасць абалонкі пацверджаны.