Уводзіны
Страчаны воск Інвестыцыйнае ліццё з'яўляецца адным з найстарэйшых у свеце дакладных працэсаў металафармавання, паходжанне якога налічвае каля 5000 гадоў.
У гэтым метадзе, падрабязны васковы ўзор (часта пчаліны воск у старажытныя часы) ашаляваны пластамі тонкага вогнетрывалага матэрыялу; пасля таго, як воск расплавіцца («страчаны»), расплаўлены метал запаўняе атрыманую керамічную форму.
Сучаснае ліццё па выплавляемых мадэлях грунтуецца на гэтай традыцыі, з выкарыстаннем сучасных воскаў, вогнеўпораў і сплаваў для дасягнення высокая дакладнасць і складаныя формы.
Важным новаўвядзеннем стала распрацоўка калоідна-кремнезем (золь кремнезема) звязальныя рэчывы для керамічнай абалонкі.
Калоіднай кремнезем, водная нанаразмерная дысперсія SiO₂, утварае пастаянныя высокатэмпературныя сувязі, якія ствараюць магутныя, высокатрывалыя снарады.
З 1980-х гг, золь кремнезема стаў звязальным рэчывам выбару ў дакладным ліцці, замена гаручых этилсиликатных сістэм.
Абалонкі з золю крэмнія можна дэпарафінізаваць пры дапамозе флэш-абпальвання, а не загартоўкі вадой, і вытрымаць ~2000°C падчас выгарання.
Гэтыя ўласцівасці даюць выключная аздабленне паверхні, Шчыльныя допускі, і падрабязна, што робіць адліўку з кремнезема ідэальнай для кампанентаў высокага класа.
Што такое ліццё па выплавляемым мадэлям Silica Sol
Сілакзолевае ліццё па выплавляемым мадэлям - гэта варыянт ліцця па выплаўленым воску, дзе керамічная форма цалкам складаецца з кремнеземно-золевая сувязная суспензія і тонкія вогнетрывалыя парашкі (часта цырконавай мукі або гліназёму).
На практыцы, васковыя ўзоры ўводзяць і збіраюць у «дрэва,», а потым некалькі разоў пакрываюць калоідам з дыяксіду крэмнія і атынкоўваюць вогнетрывалай мукой для стварэння керамічнай абалонкі.
Як толькі шкарлупіна дасягне неабходнай таўшчыні, вузел сушаць і дэпарафінізуюць (часта ў паравым аўтаклаве або печы), пакідаючы полую форму.
Затым форма спекается пры высокай тэмпературы (>1000 ° С), і ўліваецца расплаўлены метал. Пасля астуджэння, керамічная абалонка адламаная, каб выявіць дэталі дакладнага ліцця.
У адрозненне ад іншых метадаў інвеставання, злучныя рэчывы кремнеземного золя выкарыстоўвайце калоідны дыяксід крэмнія на воднай аснове, а не шчолачныя або арганічныя звязальныя рэчывы.
Гэта дазваляе ствараць звыштонкія вогнетрывалыя пакрыцця (памеры часціц ~10-20 мкм) і практычна бясшвовыя абалонкі.
Працэсы дыяксіду золя цяпер з'яўляюцца галіновым стандартам для патрабавальных прыкладанняў высокая габарытная дакладнасць і якасць паверхні, ад турбінных лапатак да хірургічных імплантатаў.
Хімія злучнага золя кремнезема & Materials
Тыповым злучным золем кремнезема з'яўляецца ан водны калоіднай дыяксід крэмнія рэцэптура (Наначасціцы SiO₂ у вадзе), часта ~30-40 мас.% цвёрдых рэчываў.
Часціцы кремнезема маюць дыяметр прыкладна 10-50 нм і нясуць павярхоўныя зарады (pH стабілізуецца шчолаччу).
Камерцыйныя звязальныя дадаткова мадыфікуюцца дадаткамі для аптымізацыі прадукцыйнасці.
Напрыклад, гідраксід натрыю або сілікат натрыю могуць рэгуляваць pH для стабільнасці, у той час як альгінаты або солі алюмінія забяспечваюць дадатковы кантроль гелеутворення.
Палімерныя дабаўкі (напрыклад ПВА, латекс, або гумка велан) могуць быць уключаны (~0–3%) для павышэння трываласці ў мокрым стане, глейкасць злучнага геля, і гнуткасць абалонкі.
Гэтыя кампаненты дапамагаюць утрымліваць часціцы дыяксіду крэмнія ва ўзважаным стане, забяспечыць паслядоўную наладу, і прадухіліць парэпанне падчас высыхання.
Атрыбуты прадукцыйнасці крэмнія-золь злучных ўключаюць:
- Высокая трываласць склейвання: Пры сушцы/абпале, калоідны дыяксід крэмнія ўтварае цвёрдую шкляную матрыцу SiO₂, якая моцна злучае вогнетрывалыя збожжа. Такім чынам атрымліваюцца абалонкі з высокай механічнай трываласцю (і зялёныя, і абпаленыя).
- Тэрмастабільнасць: Аморфны дыяксід крэмнія супрацьстаіць дэфармацыі да тэмпературы размякчэння (~1200 °C) і нават сціпла спекаецца пры больш высокіх тэмпературах, дапамагаючы ракавіне падтрымліваць форму падчас ліцця.
- Кантроль гелеобразования: Хімічны склад настроены такім чынам, каб суспензія заставалася вадкай падчас апускання, але раўнамерна жэліравалася падчас сушкі. Такія дадаткі, як невялікая колькасць латекса або мадыфікаванага крухмалу, могуць запаволіць час геля або палепшыць гнуткасць.
- Чыстае выгаранне: Так як звязальнае сродак на воднай аснове, гаручай арганікі няма. Падчас дэпарафінізацыі/выгарання, не вылучаюцца таксічныя пары (у адрозненне ад звязальных на спіртавой аснове.
Адносна сумяшчальнасць, васковыя сплавы, якія выкарыстоўваюцца для ўзораў (звычайна складаныя сумесі парафіна, микрокристаллический воск, пластмасу) не павінна ўтрымліваць міграцыйных дабавак, якія шкодзяць абалонцы.
Распрацоўшчыкі воску гарантуюць, што раздзяляльныя сродкі для формы не перашкаджаюць склейванню дыяксіду крэмнія.
Для спецыяльных выпадкаў (e.g. высокарэакцыйныя сплавы), крамянёвай абалонкі можна пазбягаць, але для большасці сталей і сплаваў, няма ніякай праблемы забруджвання.
Вогнетрывалыя дабаўкі:
Акрамя крамянёвай мукі (кварц) у кашыцу, інэртныя напаўняльнікі, як сілікат цырконія (цыркону) мукі і гліназём з'яўляюцца агульнымі.
Цырконавай мука (звычайна 200–350 меш ZrSiO₄) забяспечвае выдатную вогнетрывалую стабільнасць і адпавядае цеплавому пашырэнню звязальнага кремнезема.
Яго шчыльны, дробныя часціцы дапамагаюць спакаваць абалонку і пераносіць цяпло, і яны дапамагаюць кашыцы «намачыць» дробныя дэталі без адукацыі асадка.
Гліназём (таблічны Al₂O₃, ~50–325 меш) можа быць дададзены для далейшага павышэння трываласці абалонкі і ўстойлівасці да цеплавога ўдару.
Напрыклад, таблічны аксід алюмінію нерэактыўны, дабаўка высокай шчыльнасці, якая недарагая і зніжае сітаватасць.
Некаторыя працэсы нават выкарыстоўваюць збожжа карбіду крэмнія для захавання цяпла ў форме. У суме, хімія золю дыяксіду крэмнія распрацавана для атрымання трывалага, тонкая сітаватая абалонка, якая адпавядае тэхнічным патрабаванням дэталі.
Працэс цячы & Тэхнічныя параметры
1. Вытворчасць васковых узораў:
Металічныя штампы выкарыстоўваюцца для ліцця пад ціскам васковых копій дэталі (або 3D-друкаваныя ўзоры смалы могуць замяніць).
Складаныя дэталі могуць выкарыстоўваць некалькі васковых сегментаў, злучаных разам. Узоры захоўваюцца ў высокай чысціні і дакладнасці памераў.
2. Сход & Gating:
Васковыя ўзоры збіраюцца на дрэве з варотамі, бегуны і кубак для разліву. Кампаноўка варотаў распрацавана для забеспячэння раўнамернага патоку металу і мінімізацыі турбулентнасці.
Некалькі частак (часта <0.1– па 50 кг) адліваюцца на кожнае дрэва.
3. Пакрыццё абалонкі (Акунанне і ляпніна):
Васковае дрэва акунаюць у суспензію злучнага крэмнезоля так, каб уся паверхня была змочанай. Затым пыліцца («ляпніна») з дробнай цырконавай і/або крэмневай мукой (звычайна 200–325 меш).
Суспензія запаўняе дэталі паверхні, а мука ўкладваецца ў злучнае. Гэты працэс паўтараецца: пасля высыхання, наносяцца дадатковыя пласты звязальнага і вогнеўпораў.
Тыповая паслядоўнасць - адно "паліто для твару" (ультрадисперсная завісь + тонкая ляпніна) пасля чаго ідуць 4–8 «задніх слаёў» паступова больш грубага збожжа.
Кожнаму слою даюць гелеобразовать, а затым часткова высахнуць на паветры перад наступным акунаннем. У некаторых крамах, печы або пакоі з кантраляванай вільготнасцю паскараюць высыханне паміж пластамі.
Колькасць слаёў залежыць ад памеру дэталі, метал заліты, і неабходнай таўшчыні абалонкі.
Гатовая абалонка звычайна мае паверхню з зерняў памерам 10–20 мкм (для вельмі гладкай аздаблення) агульнай таўшчынёй парадку 5-10 мм.
4. Сушка:
Пасля фінішнага пакрыцця, шкарлупіну старанна прасушваюць (часам на ноч пры ~60–120 °C) каб уся вада была выдалена.
Правільная сушка вельмі важная: гэта дазваляе кремнезему раўнамерна гелеобразовать і прадухіляе паравыя выбухі падчас дэпарафінізацыі. Цалкам высушаныя шкарлупіны спраўляюцца з тэрмічнымі нагрузкамі наступнага этапу дэпарафінізацыі.
5. Падаекванне:
Абалонка ў зборы пераносіцца ў камеру депарафинизации. У крэмнезолевых працэсах, гэта часта а паравой аўтаклаў або печ з гарачым паветрам (200–300 °C).
Воск звадкаваны і/або выпараецца і выліваецца з формы. Таму што кераміку папярэдне разаграваюць, амаль увесь воск хутка выдаляецца.
Дэпарафінізацыя ў аўтаклаве пераважней для вялікіх або складаных дрэў, так як пара пад ціскам можа здабываць воск з глыбокіх стрыжняў і тонкіх зрэзаў.
(Запіска: некаторыя іншыя працэсы выкарыстоўваюць апусканне ў кіпячую ваду («дэпарафінізацыя вады»), але гэта звычайна не выкарыстоўваецца з цвёрдымі абалонкамі з дыяксіду крэмнія).
6. Абпальванне/Папярэдні разагрэў:
З воскам знік, абалонкі падвяргаюцца цыклу высокатэмпературнага абпалу, каб выпаліць рэшткі злучнага рэчыва і спекаць дыяксід крэмнія.
Звычайна гэта робіцца ў газавых або электрычных печах, нарастаючы да ~800–1100 °C на працягу некалькіх гадзін. Папярэдні нагрэў умацоўвае абалонку і выдаляе арганічныя рэшткі.
Правільны абпал таксама выдаляе вільгаць і карбанат, пакідаючы жорсткі, чыста керамічная форма. Гэты крок можна падзяліць на два этапы (e.g. 300 °C трымаць, затым канчатковы ст 1000 ° С).
7. Наліць:
Непасрэдна перад заліваннем, шкарлупіну даводзяць да тэмпературы (часта 200–600 °C) у разагрэтай духоўцы, каб забяспечыць стабільнасць памераў.
Расплаўлены метал (сталь, суперсплаў, і г.д.) рыхтуецца ў тыглях або індукцыйных печах і пераграваецца вышэй за ліквідус.
Для крытычных сплаваў (на аснове ні, тытан), Для мінімізацыі уключэнняў выкарыстоўваюцца вакуумныя плаўкі або паддоны для інэртнага газу.
Затым метал заліваецца ў гарачую форму (з дапамогай сілы цяжару або вакууму) з кантраляванай хуткасцю.
Гарачая абалонка дапамагае накіраваць застыванне ўнутр, павышэнне дакладнасці. Негабарытныя літнікі/палазы («стаякі») падавайце адліўку па меры яе ўсаджвання.
Тыповыя тэмпературы залівання могуць быць парадку 1450-1600 °C для сталі або 1500-1700 °C для Ni-сплаваў. Падчас залівання, вентыляцыя паблізу абалонкі дазваляе бяспечна выходзіць газам, якія выгараюць, або воску.
8. Астуджэнне і ўстрэсванне:
Пасля таго, як форма запоўненая, металу даюць застыць і астыць (часта ад дзесяткаў хвілін да гадзін, у залежнасці ад масы).
Адліўкі па выплавляемых мадэлях звычайна адносна хутка астываюць праз тонкія профілі. Пасля цвёрдага, керамічная форма разбураецца (вібраваў або выбіваўся).
Вялікія дрэвы часта падвяргаюць дробеструйной апрацоўцы, каб выдаліць кераміку, і адліўкі, аддзеленыя ад варот з дапамогай распілоўвання, стамескі або сколы. Прымацаваныя заглушкі засаўкі зразаюцца як мага бліжэй да адліўкі.
9. Уборка і аздабленне:
Затым чарнавыя адліваныя дэталі чысцяцца і правяраюцца. Пры шліфоўцы або механічнай апрацоўцы выдаляюцца рэшткі засаўкі і любыя рэбры паверхні.
Канчатковая памерная апрацоўка, паліроўка або пакрыццё вырабляецца па меры неабходнасці. Калі спатрэбіцца, цеплавыя працэдуры (e.g. раствор адпалу, загартаваць узростам) прымяняюцца на гэтай стадыі для дасягнення канчатковых механічных уласцівасцяў.
На працягу ўсёй плыні, асцярожны кантроль працэсу важна. Напрыклад, глейкасць завісі, хуткасць падачы ляпніны, крывыя сушкі, і профілі стральбы кантралююцца для падтрымання паслядоўнасці.
Аптымізаваныя канструкцыя варот і параметры залівання (часта з дапамогай мадэлявання) каб пазбегнуць сітаватасці і забяспечыць поўнае запаўненне формы.
У выніку атрымліваецца працэс ліцця, здольны ператвараць складаныя васковыя ўзоры ў металічныя дэталі высокай цэласнасці.
Металургічныя наступствы & Механічныя ўласцівасці
Надзейная керамічная абалонка з крэмнезолю адлівае ярка выяўленыя цеплавыя градыенты падчас застывання.
Інтэрфейс з гарачай абалонкай хутка адводзіць цяпло, таму метал каля сценак формы першым астывае і ўтварае дробназярністую, часта колонновидная структура расце ўнутр.
Такое накіраванае зацвярдзенне можа даць пажаданыя структуры збожжа (e.g. раўнавосевыя стрыжні і столбчатые краю) якія ўзмацняюць сілу.
У цэлым, адліўкі па выплавляемых мадэлях маюць мікраструктуру, параўнальную з каванымі або каванымі эквівалентамі, хоць дэталі залежаць ад сплаву і хуткасці астуджэння.
Тыповыя механічныя ўласцівасці спецыфічныя для сплаву, але выплавляемых літых сплаваў часта дасягаюць трываласць на разрыў парадку ад некалькіх сотняў да больш за тысячу Мпа.
Напрыклад, адліваная нержавеючая сталь (як AISI 316L/CF8M) можа паказаць мяжу трываласці на расцяжэнне ~500–700 Мпа пры падаўжэнні 20–40%, у той час як дисперсионно-цвярдзельныя сталі або суперсплавы Ni могуць перавышаць 900-1200 МПа пасля тэрмічнай апрацоўкі.
Цвёрдасць таксама адпавядае нормам сплаву (e.g. ~HRC 15–30 для літой сталі).
Алюмініевыя або медныя сплавы дакладнага ліцця забяспечваюць пластычнасць (e.g. Al адліўкі па выплавляемых мадэлях ~300 МПа UTS) з добрымі паказчыкамі стомленасці, калі памеры збожжа кантралююцца.
Ключавой перавагай ліцця з дыяксіду золя з'яўляецца яго ўздзеянне на цэласнасць. Таму што снарады абпальваюцца пры высокай тэмпературы і дэпарафінізуюць спальваннем, ўтрыманне вільгаці (і выніковая сітаватасць) зводзіцца да мінімуму.
Такія тэхналагічныя дысцыпліны, як вакуумная плаўка, поролоновые фільтры, і жорсткі кантроль залівання яшчэ больш памяншае ўключэння і пары.
На практыцы, кваліфікаваныя адлітыя дэталі часта дэманструюць вельмі нізкую сітаватасць (<0.5%) пры правільным адліванні.
Неразбуральныя выпрабаванні (Ndt) напрыклад, рэнтгенаўскае або ультрагукавое даследаванне выкарыстоўваюцца для праверкі ўнутранай цэласнасці. Калі адбываецца ўсаджванне або сітаватасць, гэта звычайна ў ізаляваных месцах стаяка, а не ў крытычна тонкіх участках.
Шкляныя ўключэнні мікрасфер практычна адсутнічаюць у крэмнезолевых абалонках, у адрозненне ад некаторых працэсаў вадашкла.
Увесь, дэталі, адлітыя ў формы для вылівання з дыяксіду кремнезема, дасягаюць Механічныя характарыстыкі на адным узроўні з поковками або каванымі вырабамі з таго ж сплаву, асабліва пры тэрмічнай апрацоўцы.
На расцяжэнне, выхад, і ўдарныя значэнні звычайна адпавядаюць адпаведным стандартам для кожнага сплаву. (Напрыклад, інвестыцыйна-літ 17-4 Сталь PH можа дасягаць 1300–1500 МПа пры расцяжэнні пасля старэння, падобны да каванага.)
У рэзюмэ, тонкі кантроль абалонкі і чыстыя ўмовы плаўлення ліцця з золю кремнезема даюць дэталі з выдатнай трываласцю, пластычнасць і трываласць.
Дакладная дакладнасць & Якасць паверхні
Славіцца ліццё па выплавляемым мадэлям з кремнезема жорсткія допускі і тонкая аздабленне. Тыповы як адліты лінейныя допускі знаходзяцца ў ISO 8062 Дыяпазон CT5-CT6.
Напрыклад, адзін ліцейны адзначае, што вялікія памеры (да ~300 мм) трымаюцца з дакладнасцю ±0,1 мм (Ct5).
Незалежная крыніца пацвярджае, што адліўкі з вадзянога шкла працуюць на CT7-CT8, у той час як адліўкі з кремнезема звычайна дасягаюць CT5-CT6.
На практыцы, гэта азначае, што найбольш важныя памеры на крэмнезолевай дэталі можна давяраць у межах некалькіх дзесятых міліметра без механічнай апрацоўкі.
Многія кампаніі прыводзяць дабаўкі на апрацоўку <0.2 мм для адліваных дэталяў, і ў высокадакладнай працы, Індэксы Cp/Cpk >1.33 часта нацэлены на ключавыя памеры.
Шурпатасць паверхні таксама выдатна. Літы Ra звычайна складае парадку 3–6 мкм (125–250 мікрацаляў), які супернічае з фрэзераванай аздабленнем.
Дасведчаныя крамы паведамляюць пра 60–200 мкцаляў (1.5–5,1 мкм) у большасці раёнаў. З найлепшымі ляпнымі сумесямі (уніз да 325 сетка цыркон) і павольнае апусканне, можа быць дасягнута гладкая паверхня 0,4–1,6 мкм Ra.
Гэта амаль люстраное якасць часта ліквідуе (або значна памяншае) неабходнасць пасля адліўкі механічнай апрацоўкі або паліроўкі.
Правілы геаметрычнага праектавання расслабленыя ў параўнанні з, сказаць, пясчанае ліццё. Тонкія керамічныя сценкі і нізкі ўзровень скажэнняў дазваляюць атрымаць вельмі тонкія секцыі і вострыя куты.
Для большасці металаў мінімальная таўшчыня сценкі складае 1-3 мм (нават да ~0,5 мм у асаблівых выпадках).
Пераважны мінімальны радыус кута ~1 мм або больш, хоць мінімальныя радыусы аснасткі (нават вострыя куты) можа быць адліта, так як абалонка вырываецца з такіх функцый.
Інструкцыі па дызайне рэкамендуюць буйное філе і радыусы ўсюды, дзе гэта магчыма, каб паменшыць канцэнтрацыю напружання і дапамагчы цэласнасці абалонкі.
У адрозненне ад пясочных формаў, нахільныя куты звычайна не патрэбныя; насамрэч, правілы дызайну часта дазваляюць нуль або амаль нулявая цяга на вертыкальных гранях, так як воск сціскаецца дастаткова, каб вызваліцца ад плашкі.
(На практыцы, невялікая цяга 0,5–1° па-ранейшаму выкарыстоўваецца на складаных дэталях для палягчэння выдалення воску, але гэта значна менш, чым у іншых відах цвілі.)
У рэзюмэ, інжынеры могуць чакаць, што інвестыцыйныя дэталі выйдуць амаль чыстая форма, з дакладнасцю памераў у дыяпазоне 0,02-0,1 мм, і аздабленне паверхні да Ra 2–6 мкм без механічнай апрацоўкі.
Канчатковыя дапушчальныя допускі (e.g. IT7–IT9 паводле ISO) дасягаюцца звычайна на большасці функцый.
Quality Control & Неразбуральнае тэставанне
Забеспячэнне якасці ліцця па выплавляемым мадэлям прадугледжвае шматразовыя праверкі як абалонкі, так і канчатковай адліўкі.
Перад наліваннем, важныя абалонкі могуць быць правераны мікраскапічна або з дапамогай ультрагукавых сканараў для выяўлення ўнутраных пустэч або расколін.
Падчас распрацоўкі працэсу, абалонкі ўзораў часта адкрываюць, каб праверыць аднастайнасць і таўшчыню пакрыцця.
Пасля ліцця, мерная інспекцыя (звычайна з дапамогай ШМ або дакладных датчыкаў) правярае выкананне крытычных допускаў.
Напрыклад, ліцейныя заводы рэгулярна выкарыстоўваюць каардынатна-вымяральныя машыны (CMMS) каб захапіць дакладную геаметрыю і параўнаць з мадэлямі САПР. Паверхні таксама візуальна правяраюцца на дэфекты.
Многія вытворцы ўказваюць індэксы магчымасці працэсу Cp/Cpk для ключавых памераў; дасягненне Cp ≥1,33 (з Cpk ≥1,0) з'яўляецца агульным эталонам для забеспячэння пастаяннай дакладнасці.
Для ўнутраных дэфектаў, неразбуральны кантроль (Ndt) важна, асабліва ў бяспецы- або важныя для прадукцыйнасці часткі.
Для выяўлення расколін або ўключэнняў на паверхні выкарыстоўваюцца тэсты на пранікненне вадкасці або магнітныя часціцы.
Рэнтгенаграфічны (Рэнтгенаў прамень) або ультрагукавое сканаванне правярае падпаверхневыя пустэчы, сітаватасць, або ўключэнняў.
На вытворчым кантролі, крытэрыі прыёмкі (ASTM або стандарты заказчыка) дыктаваць максімальна дапушчальную сітаватасць або памер уключэнняў.
Як прыклад, Кампанія Impro Precision рэгулярна выкарыстоўвае ультрагук і рэнтген для пацверджання ўнутраных дэфектаў (e.g. Усаджванне паражніны) знаходзяцца ніжэй за межы выяўлення.
Паралельна правяраецца склад матэрыялу і тэрмічныя апрацоўкі.
Хімічны аналіз (іскра-OES або WDS) правярае легіруючыя элементы, у той час як выпрабаванні на цвёрдасць і расцяжэнне ўзораў пацвярджаюць механічныя ўласцівасці.
Для аэракасмічных частак, драбначыстка, фарбавальнік пенетрант, таксама часта сустракаюцца строгія металаграфічныя праверкі.
Карацей кажучы, ліццё па выплавляемых мадэлях праходзіць строгі кантроль якасці і кантролю якасці: праверкі цэласнасці абалонкі, поўная праверка памераў (Смм, суппорты), датчыкі аздаблення паверхні, і НК (пенетрант, гідрастатычны, ультрагукавы, Рэнтгенаў прамень).
Гэта гарантуе, што высокія чаканні ад прэцызійных адлівак - шчыльная форма і допускі на пасадку без унутраных дэфектаў - апраўдаюцца.
Эканамічны аналіз & Драйверы выдаткаў
Ліццё па выплавляемым мадэлям - гэта адносна працаёмкасць і працаёмкасць працэс, што адлюстроўваецца на яго кошту.
Да першасных відаў выдаткаў адносіцца аснастка (васковыя плашкі), расходныя матэрыялы (воск, завісь, ляпніна і злучнае рэчыва), энэргія (выгаранне і заліванне), і працы (будаўніцтва абалонкі / сушка).
Грубая разбіўка часта паказвае сыравіну (метал плюс абалонка) на ~60–70% ад агульнага кошту, энергія/накладныя выдаткі ~15–25%, і праца астатняе.
Выдаткі на звязальнае і вогнетрывалы матэрыял:
Само звязальнае крэмнія-золь - гэта сур'ёзны матэрыяльны выдатак. Калоідны дыяксід крэмнія і мука з цыркону высокай чысціні значна даражэй, чым звычайны пясок або вадзяное шкло.
Адзін ліцейны блог спасылаецца на выдаткі на матэрыялы для формы каля $6.8/кг для сілікатна-цырконавых ракавін, у параўнанні з ~2,5$/кг для вадкага шкла і ~1,5$/кг для формаў з зялёнага пяску.
Такія дадаткі, як дробны аксід алюмінію або спецыяльныя дыспергатары, яшчэ больш павялічваюць кошт. Аднак, гэтыя прэміі купляюць дакладнасць і якасць паверхні, якія забяспечвае кремнезем.
Праца і час:
Зборка і сушка шкарлупіны - працаёмкае. Кожны цыкл акунання/штукатуркі можа заняць 15–30 хвілін практычнага часу плюс гадзіны сушкі.
Поўнае нарошчванне абалонкі можа заняць 4–8 слаёў і часта патрабуе дзён часу сушкі. Адна крыніца ліцця па выплавляемым матэрыялам адзначае, што звычайна патрабуецца 7 дні ад васковага малюнка да гатовай дэталі.
Кожны пласт абалонкі дадае каля 1-2 гадзін працы (раскладванне жыжкі, пасыпанне ляпнінай, і інспекцыя). Больш паліто (для больш тоўстых абалонак або гарачых сплаваў) азначае больш працы і больш працяглы цыкл.
Ёсць кампраміс: даданне дадатковых слаёў павялічвае трываласць абалонкі (менш адмоваў абалонкі) але таксама павышае кошт дэталі і павялічвае час выканання.
Эканомія ад маштабу:
У той час як фіксаваныя выдаткі на выраб васковай плашкі могуць быць высокімі (часта $5K–$50K у залежнасці ад складанасці), выдаткі на адзінку падаюць з аб'ёмам.
Для вялікіх прабегаў (сотні частак), ліццё па выплавляемым мадэлям можа быць эканамічным. Аднак, для вельмі невялікіх серый (<25 штук), у сабекошце адзінкі пераважае амартызацыя аснасткі.
Рашэнне часта зводзіцца да таго, ці кампенсуе кошт амаль чыстай формы і чыстага аздаблення кошт ліцця?” – у многіх галінах з высокім коштам гэта так.
Параўнальныя выдаткі:
У параўнанні з ліццём вадзянога шкла, кремнезем-золь каштуе значна больш матэрыялаў і больш павольных цыклаў.
Напрыклад, адна справаздача паказвае, што адліўкі з кремнезема могуць быць скончаны два-тры разы цана ліцця з вадкага шкла (матэрыялы і праца разам узятыя).
Аднак, калі ўлічваюцца больш жорсткія допускі і эканомія аздаблення, агульны кошт працэсу можа апраўдаць яго для важных частак.
Іншыя фактары:
Навакольнае асяроддзе і рэгуляванне могуць дадаць ускосныя выдаткі; золь кремнезема не выкарыстоўвае небяспечных растваральнікаў, магчымае зніжэнне платы за перапрацоўку адходаў (у адрозненне ад спіртавых сістэм).
З боку фліп, тым даўжэй час выканання (і капітал, звязаны ў WIP) ліцця з дыяксіду крэмнія - гэта нізкі кошт, які трэба ўлічваць.
У рэзюмэ, драйверы выдаткаў у крэмнезолевае ліццё ўключаюць дарагія злучныя/вогнеўпоры і інтэнсіўную працу па будаўніцтве абалонкі.
Планіроўшчыкі праекта павінны збалансаваць колькасць слаёў (кошт/час) супраць ураджайнасці (адмовы абалонкі), і матэрыяльных выдаткаў у параўнанні з дасягнутай дакладнасцю.
Навошта выкарыстоўваць Silica Sol?
Калі прыкладанне патрабуе найвышэйшай дакладнасці, ліццё па выплавляемым мадэлям з кремнезема прапануе неперасягненыя перавагі:
- Тонкая аздабленне паверхні: Ультратонкі вогнетрывалы ў абалонках з дыяксіду крэмнія амаль бездакорна прайгравае дэталі формы.
Адлітыя дэталі ўзнікаюць з больш гладкія паверхні чым любы іншы працэс ліцця. Тыповая шурпатасць ліцця складае парадку 3–6 мкм Ra, чаго часта хапае без апрацоўкі.
У выніку, другасная механічная апрацоўка можа быць зведзена да мінімуму або выключана, эканомія часу і захаванне чыстай формы. - Шчыльныя допускі: Формы з кремнезема вельмі жорсткія і стабільныя ў памерах падчас залівання і астывання. Гэта дазваляе амаль сеткаватай формы вытворчасць з мінімальным прыпускам на апрацоўку.
Магчымасці талерантнасці (КТ5–6) па сутнасці, на мяжы для адліванага металу. Кліенты атрымліваюць выгаду ад памяншэння лому і больш прадказальнай пасадкі. - Складанасць і дэталізацыя: Ліццё з дыяксіду крэмнія можа рэалізаваць надзвычай складаныя геаметрыі. Тонкія сценкі (<1 мм), невялікія адтуліны/стрыжні і вострыя вуглы могуць быць дасягнуты.
Такія функцыі, як літары, лагатыпы або далікатныя рэбры астуджэння з'яўляюцца ў канчатковым метале гэтак жа, як яны былі ў воску.
Дызайнеры амаль вольныя ад скразнякоў і абмежаванняў, якія перашкаджаюць іншым метадам ліцця. - Высокотэмпературныя сплавы: Так як крэмнева-цырконавыя абалонкі вытрымліваюць ~2000 °C, можна адліваць нават тугаплаўкія або суперсплавы.
Высокатэмпературная здольнасць прадухіляе спяканне або дэфармацыю абалонкі падчас высокай тэмпературы.
Гэта робіць золь кремнезема незаменным для аэракасмічных сплаваў на аснове Ni, высокохромистые сталі і іншыя сплавы, якія выкарыстоўваюцца ў экстрэмальных умовах. - Бяспека і навакольнае асяроддзе: Будучы на воднай аснове і негаручы, кремнезем золь злучных пазі няма ЛОС або небяспекі выбуху. Падчас нарошчвання шкарлупіны або дэпарафінізацыі няма таксічных выпарэнняў.
Гэта не толькі бяспечней для работнікаў, але і спрыяе захаванню экалагічных патрабаванняў.
У параўнанні з этилсиликатом (гаручы спірт) або сілікат натрыю (высокашчолачныя), калоіднай дыяксід крэмнія дабраякасны. Водныя звязальныя рэчывы таксама ствараюць адносна простыя ў звароце адходы (вады і крэмневага шлама). - Сталасць і надзейнасць: Саставы калоіднага дыяксіду крэмнія аднастайныя і стабільныя пры правільным захоўванні.
Ўласцівасці абалонкі (моц, усталяваны час, пранікальнасць) можа жорстка кантралявацца вытворцам.
Такая прадказальнасць павышае першапачатковы выхад пры ліцці, што можа пераважыць некалькі больш высокія выдаткі на матэрыялы ў дакладных прыкладаннях.
Па сутнасці, выбіраецца адліўка золю кремнезема кожны раз, калі патрабуецца "прэміум" якасць: вельмі гладкія паверхні, вострыя, як іголка, рысы, і практычна без паверхневых дэфектаў.
Гэта па змаўчанні для важных частак у аэракасмічнай галіне, энергетыка і медыцына.
Трохі большы кошт часта кампенсуецца за кошт адмены драбнення і атрымання дэталяў, якія адпавядаюць спецыфікацыям, адразу з формы.
Прыкладанне & Тэматычныя даследаванні
Ліццё з дыяксіду крэмнія па выплавляемым мадэлям знаходзіць прымяненне ў розных галінах прамысловасці для вырабу дэталяў прадукцыйнасць і дакладнасць маюць першараднае значэнне:
- Аэракасмічная: Бліскучы, лопасці турбіны, лопасці і канструкцыйныя кранштэйны звычайна адліваюць па выплавляемых мадэлях з золем дыяксіду крэмнія.
Гэтыя дэталі часта маюць складаныя каналы астуджэння і жорсткія патрабаванні да балансіроўкі.
Напрыклад, лапаткі турбіны са складанай формай крыла і ўнутранымі каналамі плёнкавага астуджэння звычайна адліваюць у суперсплавах з выкарыстаннем крэмнеземных формаў.
Магчымасць вырабляць танкасценных, высокатэмпературныя кампаненты з дробнымі дэталямі аэракрыла з'яўляюцца ключавой перавагай тут.
Важныя для палёту дэталі, такія як кампаненты ракетных або рэактыўных рухавікоў, таксама выкарыстоўваюць паслядоўнасць ліцця па выплавляемым мадэлям. - Медычны прылады: Хірургічныя імпланты (сцеблы сцягна, каленныя суставы) і інструменты адліваюцца з дапамогай працэсу кремнеземного золя, таму што гэта біясумяшчальныя сплавы (316L, CoCr, Аб) можна выкарыстоўваць, і дэталі патрабуюць чыставой аздаблення.
Медыцынскія імплантаты павінны мець дакладныя памеры і вельмі гладкія паверхні; гэтага дасягае ліццё па выплавляемым мадэлям з дыяксідам крэмнія.
Такім метадам вырабляюць маналітныя хірургічныя інструменты і складаныя касцяныя шрубы або заціскі. Яго паўтаральнасць забяспечвае жорсткія допускі, неабходныя для імплантатаў. - Прамысловыя помпы, Клапаны & Турбакампрэсары: Крытычныя кампаненты патоку (працоўныя, дапрацоўкі, помпа спіралі, Целы клапана) перавага ліцця з кремнезема.
Для гэтага часта патрэбныя ўстойлівыя да карозіі або высокалегаваныя сталі, і маюць складаную ўнутраную геаметрыю.
Напрыклад, працоўныя колы помпы высокага ціску, адлітыя з нержавеючай або дуплекснай сталі гэтым працэсам, могуць мець краю ляза <<1 мм таўшчынёй і гладкімі гідраўлічнымі паверхнямі.
Спецыялізаваныя кампаненты турбамашын (як накіроўвалыя лопасці сопла ў турбінах) вырабляюцца аналагічным чынам. - Аўтамабільны & Энэргія: У той час як многія дэталі аўтамабіляў адлітыя пад ціскам або пяском, высокапрадукцыйныя або малааб'ёмныя прыкладанні (e.g. турбакампрэсары гоначных аўтамабіляў, картэры рэдуктараў, распродаж) выкарыстоўваць ліццё па выплавляемым мадэлям.
Колы турбін і кампрэсараў для аўтамабільных турбакампрэсараў (часта вырабляюцца са сплаваў Ni або Ti) адліваюць у крэмневыя формы.
Ліццё з дыяксіду крэмнія таксама выкарыстоўваецца для клапанаў і фітынгаў у алеі&газавае і электрастанцыйнае абсталяванне, дзе цэласнасць літога металу і аздабленне маюць вырашальнае значэнне. - Мастацка-архітэктурны: Хаця часта забываюць, выдатныя скульптурныя і архітэктурныя элементы могуць выкарыстоўваць ліццё па выплавляемым мадэлям з кремнезема.
Бронзавыя або сталёвыя скульптуры з звыштонкімі дэталямі вырабляюцца шляхам нанясення воску ў суспензію кремнезема.
Архітэктурнае абсталяванне (дэкаратыўныя парэнчы, прыстасаваныя фітынгі, мастацкія інсталяцыі) можна зрабіць з працэсам, дастаўляючы адліўкі, настолькі вытанчаныя, што патрабуецца невялікая аздабленне.
(Такія прыкладанні выкарыстоўваюць дакладную аздабленне паверхні і захаванне дэталяў формаў з дыяксідам абалонкі.) - Даследаванне/прыклад справы: Адным з тэматычных даследаванняў з'яўляецца Rolls-Royce, які выкарыстоўваў 3D-друкаваныя стрыжні з дыяксіду крэмнія для лопасцяў турбін, каб значна скараціць час выканання работ.
Іншы прыклад - кампанія па вытворчасці медыцынскіх імплантатаў, якая перайшла з ліцця пад ціскам на ліццё па выплавляемым мадэлям з дыяксіду золя для лепшага кантролю памераў невялікіх алюмініевых артапедычных прылад.
У кожным выпадку, рашэнне залежала ад здольнасці кремнезема вырабляць комплекс, каштоўныя дэталі без пераробкі.
Гэтыя прыклады ілюструюць, што ўсюды складанай формы, жорсткая талерантнасць, і якасць матэрыялу сыходзяцца, ліццё з кремнезема - гэта рашэнне выбару.
Параўнальны аналіз
- Кремнезем супраць. Інвестыцыі ў фасфаты: Фасфатныя лепкі выкарыстоўваюцца ў асноўным для стаматалагічнага ліцця для каляровых сплаваў, не ў адліўках цяжкага машынабудавання.
(Яны ўсталёўваюцца шляхам хімічнай рэакцыі фасфатаў, не прымяняецца да вялікіх сталёвых частак.) Для прамысловага дакладнага ліцця, водныя звязальныя правілы.
Так, золь дыяксіду крэмнія не параўноўваюць непасрэдна з фасфатам у большасці ліцейных кантэкстаў. - Кремнезем супраць. Вада-шклянка (Сілікат натрыю): Як адзначалася, шкляное ліццё (шчолачнае звязальнае вадкае шкло) стварае больш грубую паверхню і патрабуе дэпарафінавання вадой.
Ліццё з золю крэмнія, наадварот, дэпарафінізацыі ў печы («ўспышка агню») і дае значна больш гладкую аздабленне.
Ракавінкі з вадкага шкла танней і хутчэй у зборцы, так што яны падыходзяць больш, менш важныя часткі.
Эмпірычнае правіла: выкарыстоўвайце золь дыяксіду крэмнія для атрымання драбнюткіх дэталяў і максімальнага допуску; выкарыстоўвайце вадкае шкло, калі кошт мае вырашальнае значэнне, а геаметрыя прасцей.
(Напрыклад, вадкага шкла можа быць дастаткова для вялікіх корпусаў помпаў, дзе патрабуецца толькі ўмераная дакладнасць, у той час як тая ж частка ў форме з больш тонкімі сценкамі можа патрабаваць золь дыяксіду крэмнія.) - Кремнезем супраць. 3D-друкаваныя формы для інвеставання: Апошнія дасягненні дазваляюць 3D друк васковых узораў або нават цэлых керамічных форм.
3Выкрайкі, надрукаваныя на D-друку (смалы або воскоподобные палімеры) ліквідаваць неабходнасць у васковых штампах, рэзкае скарачэнне часу і выдаткаў на стварэнне прататыпаў.
Напрыклад, друк шаблону лопасці турбіны можа заняць дзень замест гэтага 8 тыдняў апрацоўкі.
Керамічныя формы або стрыжні з прамым друкам забяспечваюць надзвычай тонкія рысы (0.2 мм сцен, ўнутраныя каналы) і допускі CT4.
Аднак, 3Друкаванае абсталяванне і матэрыялы дарагія, так што для масавай вытворчасці традыцыйны працэс воск + абалонка часта выйграе па кошце адзінкі.
З'яўляюцца гібрыдныя стратэгіі: выкарыстоўвайце 3D-друкаваныя ядра або ўзоры з крэмнезолем. - Крытэрыі рашэння:Калі выбраць золь дыяксіду крэмнія: выкарыстоўваць яго кожны раз, калі дызайн складанасці, якасць паверхні або ўласцівасці матэрыялу маюць першараднае значэнне.
Золь дыяксіду крэмнія ідэальна падыходзіць для дробных і сярэдніх дэталяў (скажам, 0,01–100 кг) са складанымі дэталямі (тонкія зрэзы, глыбокія паражніны) і дзе допускі CT5–CT6 або вышэй.
Калі выбіраць альтэрнатывы: Калі патрэбна толькі ўмераная дакладнасць, вада шклянка або іншыя метады могуць быць танней.
Для вельмі вялікіх, простыя адліўкі, пясок або ракавінка (фенольныя без выпечкі) можа быць больш эканамічным.
І для хуткага прататыпавання або звышскладаных ядраў, 3Друк можа дапаўняць абалонкі з дыяксіду крэмнія.
У канчатковым рахунку, выбар балансуе дакладнасць супраць. кошт / час выканання: ліццё з дыяксіду крэмнія знаходзіцца на самым высокім канцы спектру.
Conclusion
Рэшткі ліцця з крэмнезоля па выплаўленым воску стратэгічны працоўны конік у сучаснай вытворчасці кожны раз, калі якасць дэталі не можа быць парушана.
Спалучаючы прынцыпы тысячагоддзяў з перадавымі матэрыяламі (золі наначасціц дыяксіду крэмнія, 3D воскадрук, і г.д.), ён дае літыя кампаненты сапраўды высокай дакладнасці.
Абалонкі з кремнезема забяспечваюць найлепшы кантроль над аздабленнем паверхні і геаметрыяй у любым працэсе ліцця металу, забяспечваючы амаль чыстае вытворчасць сплаваў, пачынаючы ад нержавеючай сталі і заканчваючы суперсплавамі і тытанам.
Чакаю наперад, працэс становіцца яшчэ больш разумным. Кампутарнае мадэляванне (мадэлі запаўнення і зацвярдзення формы) звычайна выкарыстоўваецца для аптымізацыі канструкцыі засаўкі і таўшчыні корпуса.
Робататэхніка і аўтаматызаваныя машыны для вырабу абалонак паскараюць цыклы нанясення пакрыццяў. Пашыраны НК (3D КТ, аўтаматызаваная аптычная метралогія) далейшае забеспячэнне цэласнасці адліўкі.
Паляпшэнні навакольнага асяроддзя (аднаўленне звязальнага рэчыва, вільготная чыстка) таксама інтэгруюцца.
У суме, ліццё па выплавляемым мадэлям з дыяксіду золя дазваляе выкарыстоўваць інавацыі ў лічбавым дызайне і вытворчасці, захоўваючы сваю асноўную перавагу: беспрэцэдэнтная дакладнасць.
Для інжынераў і вытворцаў, ліццё з дыяксіду крэмнія - гэта спелая, але развіваецца тэхналогія, якая працягвае вызначаць, што магчыма ў вытворчасці складаных металічных кампанентаў.
Гэтае гэта ідэальны выбар для вашых вытворчых патрэбаў, калі вам патрэбна якасная Сілікатны золь Ліццё па выплавляемым мадэлям служба.
