Šta je livenje vodenog stakla?

Odlivanje vodenog stakla (također poznat kao livenje natrijum silikata) je oblik livenja od izgubljenog voska koji koristi vezivo rastvorljivo u vodi natrijum silikat u keramičkoj ljusci.

Kao jedna od dvije glavne metode livenja (drugi je silicijum sol), pruža ravnotežu preciznosti i isplativosti.

Potječe iz tradicionalnih tehnika izgubljenog voska u Aziji i Europi, Lijevanje vodenog stakla steklo je industrijsku vuču u 20. stoljeću jer su ljevaonice tražile jeftiniju alternativu procesima koloidnog silicijuma.

Koristeći uobičajene materijale (kvarcni ili silikatni pijesak sa alkalnim silikatnim vezivom), ovaj proces je vrlo pogodan za srednju preciznost, dijelovi visoke složenosti gdje su budžeti manji.

Tipični odljevci od vodenog stakla kreću se od nekoliko stotina grama do 150 kg, sa maksimalnim dimenzijama oko 1m, što ga čini idealnim za veće, troškovno osjetljive komponente.

Šta je livenje vodenog stakla?

Lijevanje vodenog stakla je varijanta preciznog ulaganja (izgubljeni vosak) livenje u kojem natrijum silikat ("čaša za vodu") služi kao keramičko vezivo.

U praksi, vosak (ili plastike) šare se prave i sklapaju u stablo.

Obrasci se ponavljaju obložen u kašu finih vatrostalnih čestica vezanih u rastvoru natrijum silikata, zatim prekriven progresivno grubljim slojevima štukature kako bi se izgradila školjka.

Jednom kada se ljuska izliječi, vosak se rastopi ili iskuha, ostavljajući šupljinu kalupa. Molten metal (obično čelik ili legure željeza) se sipa u ovu keramičku školjku.

Nakon skrućivanja, školjka se razbije da bi se otkrio liveni dio. Ukratko, livenje vodenog stakla "ulaže" majstora voska u keramiku na bazi natrij-silikata kako bi se formirao kalup.

U poređenju sa silicijum-sol investicionim livenjem (koji koristi koloidni silicijum i pijesak na bazi cirkona), metoda vodenog stakla mijenja kvalitet površine za nižu cijenu materijala i jednostavniju obradu.

Zašto koristiti vodeno staklo?

Lijevanje vodenog stakla je popularno zbog toga smanjuje troškove i obradu u odnosu na druge precizne metode.

Natrijum silikatno vezivo i konvencionalni kremeni pijesak su jeftini i laki za rukovanje, tako da alati i materijali koštaju mnogo manje nego za školjke od koloidno-silicijum dioksida.

Na primjer, Sistemi vodenog stakla izbjegavaju visoke troškove silicijum-sola i specijalnog pijeska, što daje niže investicione troškove po delu.

Proces takođe eliminira mnoge sekundarne operacije: dijelovi izlaze gotovo u obliku mreže (često zahtevaju malo zavarivanja ili mašinske obrade).

U praksi, Odljevci od vodenog stakla mogu uhvatiti vrlo složene geometrije (sa podrezima i tankim mrežama) bez jezgara, pojednostavljivanje dizajna.

Prema industrijskim izvorima, ponuda livenja vodenog stakla “složen dizajn bez uglova propuha” i “veća preciznost u poređenju sa lijevanjem u pijesak”,

uz izbjegavanje skupih jezgara, kalupi, ili zavarenim elementima koji su potrebni mnogim velikim dijelovima livenim u pijesku.

Ova fleksibilnost ga čini privlačnim za male do srednje proizvodnje gdje se troškovi alata moraju svesti na minimum.

Istovremeno, dijelovi od vodenog stakla su općenito preciznije od livenja u pijesak.

Tipične tolerancije dimenzija su u opsegu ISO CT6-CT9, otprilike odgovaraju klasama tolerancije finog livenog u pijesku ili nižim klasama ulagačkog livenja.

Završne obrade površine su odgovarajuće umjerene: po nalogu Ra ~6-12 μm (One su 250–500 μt),

bolje od livenja u zeleni pesak, ali grublje od livenja u silicijum-solu.

Ukratko, lijevanje vodenog stakla se bira kada su potrebni složeni oblici i smanjeni sekundarni rad livenja od izgubljenog voska,

ali manji budžet ili veća veličina čine skuplji proces silicijum-sola nepraktičnim.

Pregled procesa

Lijevanje vodenog stakla slijedi opću proceduru izgubljenog voska s nekoliko razlika u materijalima kalupa:

Uzorak voska i montaža stabla.

Izrađuje se glavni uzorak (brizganjem, 3D Štampanje, ili ručno vajanje) i izrađena šablona/kalup ako je potrebno.
Od ovog majstora kreiraju se voštane replike dijela. Tada su višestruki uzorci voska sastavljen na zajedničku izvodnicu (formiranje "drveta") koristeći voštane kapije i hranilice.
Ova grupa voska će formirati mnogo odlivaka u jednom sipanju. Površine od voska su „obučene“ kako bi se uklonili šavovi ili nedostaci, dajući završnu obradu prema potrebi na svakom uzorku.

Zgrada školjke (Ceramic Coating).

Sklop voska se više puta uranja u vatrostalnu smjesu od vrlo finog pijeska ili cirkonskog brašna suspendiranog u razrijeđenom rastvoru natrijevog silikata.

Svaki umak oblaže vosak u tankom keramičkom sloju (često 0,5-1 mm) prije štukature krupnijim pijeskom.

Nakon oceđivanja viška kaše, a štukature (veće granule silikatnog peska) nanosi se izlivanjem ili fluidiziranim slojem kako bi se vezao za ljepljivu suspenziju.

Zatim se klaster ostavi da se stvrdne (često sušeni na vazduhu ili osušeni na niskoj temperaturi). Ovaj ciklus sušenja sloja se obično ponavlja 4–7 puta da postigne potrebnu debljinu ljuske (obično ukupno 5-15 mm).

Tokom ove sekvence, kasniji premazi koriste grublje i ponekad različite vatrostalne materijale (e.g. fini prvi slojevi od silicijum dioksida za detalje, krupni kvarcni pijesak u podlogama) za maksimalnu snagu i propusnost.

U procesima vodenog stakla, kvarcni/taljeni kremeni pijesak i aluminosilikat su uobičajeni vatrostalni materijali. Cijela školjka se na kraju temeljito osuši (ponekad u pećnicama s kontroliranom vlagom) za uklanjanje vlage.

Dewaxing i pucanje.

Stvrdnuta keramička školjka je devoskarana topljenje voska iz kalupa.

Za razliku od silicijum-sol školjki (koji obično sagorevaju vosak u peći za sagorevanje ili plamenom), školjke od vodenog stakla su često umočen u toplu vodu ili izloženi pari da se vosak otopi.

Svrha je da se vosak brzo očisti uz minimalno opterećenje ljuske (Školjke natrijum silikata su čvršće kada su hladne).

Nakon deparavanja, ljuska je otpušten (sinterovano) na visokoj temperaturi (često 800-1000 °C) za jačanje keramike i sagorevanje svih preostalih organskih materija.

Ovo također uzrokuje sinterovanje i djelomično ostakljenje veziva natrijum-silikata, formirajući krutu, plinopropusni kalup.

Metal Pouring.

Rastopljeni metal se ulijeva u prethodno zagrijanu školjku na uobičajen način. Zato što školjke od vodenog stakla koriste konvencionalni kremeni pijesak, njihov toplinski kapacitet i toplinska provodljivost su slični pješčanim kalupima.

Školjka podržava metal do skrućivanja (sa minimalnim šupljinama skupljanja ako se koriste usponi).

Uklanjanje ljuske i završna obrada.

Jednom čvrsta, keramička školjka se uklanja mehaničkim putem (e.g. sačmarenje, vibracija ili udaranje čekićem) da otkrije glumačke delove.

Preostali kvarcni pijesak se čisti. Stablo za livenje je odsečeno, a kapije i usponi su dotjerani.

Final završna obrada može uključivati ​​mljevenje, CNC obrada, i površinski tretmani po potrebi.

Zato što je početna završna obrada ljuske umjerena, Odljevci od vodenog stakla često zahtijevaju površinsko brušenje ili mašinsku obradu, ali manje nego odljevci od zelenog pijeska.

Presudno, Proces vodenog stakla razlikuje se od procesa silicijum-sol uglavnom u metoda veziva i devoska.

U livenju vodenog stakla, natrijum silikat (alkalni silikat) postavlja sušenjem i sušenjem, dok silicijum-sol (koloidni silicijum) ljuske stvrdnjavaju prvenstveno geliranjem.

Deparatizacija se vrši toplom vodom (a vlažni devosak) umesto plamena. Ove razlike utiču na vreme ciklusa i kvalitet.

Na primjer, wet-dewax je nježniji prema lomljivim školjkama, ali zahtijeva rukovanje otpadnim vodama. Također, školjke od vodenog stakla općenito imaju nižu termičku stabilnost od ljuski od silicijum-sola koje sadrže cirkon, kao što je objašnjeno u nastavku.

Sistem veziva

Vezivo u livenju vodenog stakla je rastvor natrijum silikata (obično Na₂O·nSiO₂). Hemijski, vodeno staklo je visoko alkalno (pH ~11–13) i napravljen sa određenim odnosom silicijum-soda.

Tipične formulacije se kreću od a 2:1 do 3.3:1 SiO₂:Na₂O težinski odnos (često izraženo modulom, e.g. M=2,0 znači oko 2.3 dijelovi SiO₂ po Na₂O).

Omjer i sadržaj čvrstih tvari kontroliraju ključna svojstva. Niži odnosi (više Na₂O) daju tečniju kašu i brže sušenje, ali i higroskopnije vezivo sa nižom vatrostalnošću.

Viši omjeri (više SiO₂) povećati otpornost na toplinu i smanjiti pH.

Staklo za vodu je tanak u vodi (viskozitet sličan vodi) i stvrdnjava isparavanjem i blagom toplinom. Kako se suši, formira krutu mrežu od amorfnog silikatnog stakla.

Vezivo je higroskopno, tako da se školjke moraju temeljito osušiti prije pucanja ili izlaganja vlažnom zraku ili vodi, ili mogu ponovo omekšati i degradirati.

U službi, Preostala vlaga može dovesti do parnih džepova ili poroznosti ako se metal sipa previše vruć. Faza stvrdnjavanja obično uključuje pečenje na 100-200 °C kako bi se ljuska potpuno stvrdnula i odvojila vlagu.

Prednosti natrijum-silikatnih veziva uključuju njihovu nisku cijenu, neograničen "rok trajanja", i jednostavnost upotrebe (nema toksičnih otapala ili kiselih katalizatora).

Učvršćuju se jednostavnim sušenjem (ili sa kurom od soli) i daju vrlo čvrste školjke.

Međutim, postoje ograničenja: njihova visoka alkalnost može napasti vatrostalna zrna ili metal (posebno aluminijuma, izaziva nakupljanje gasa), a njihova staklasta priroda daje nižu čvrstoću pri visokim temperaturama od ljuski od silicijum-sola.

Općenito, školjke od vodenog stakla omekšaju ako se zagreju iznad ~800–900 °C, tako da odgovaraju legurama čelika/gvožđa, ali su marginalne za legure za veoma vruće livenje.

Uprkos tome, natrijum silikat ostaje a dokazano vezivo u industriji. To je jedno od tri konvencionalna veziva (zajedno sa etil silikatom i koloidnim silicijumom) često citirani za izradu kalupa za ulaganja.

Materijali školjki i građevinske tehnike

Školjka za livenje vodenog stakla je gotovo u potpunosti izrađena od vatrostalni materijal na bazi silicijum dioksida. U praksi, primarni materijali su silicijum ili kvarcni pesak (fuzionisane ili kristalne), eventualno pomiješan sa alumino-silikatima.

Tipične veličine čestica za prajmer (u redu) slojevi mogu biti 100-200 mesh (75–150 μm) za snimanje detalja, dok rezervni premazi koriste krupniji pijesak (e.g. 30–60 mesh).

Cirkon se rijetko koristi u školjkama od vodenog stakla (za razliku od silicijum-sol školjki) zbog troškova – umjesto toga, koriste se jeftiniji kremeni pijesak.

Može se dodati finije brašno od glinice ili titanije kako bi se poboljšala otpornost na termički udar, ali baza je silicijum dioksid.

Kontrola pH vrijednosti je ključna u suspenziji. Vezivo natrijum silikata je veoma alkalno, tako često mala količina pufera ili soli (poput natrijum bikarbonata) se dodaje kako bi se prilagodilo vrijeme geliranja i spriječilo trenutno stvrdnjavanje.

Proizvođači prate pH suspenzije (često oko 11-12) i viskozitet kako bi se osigurala konzistentna debljina premaza. Previše visoka alkalnost može uzrokovati prerano geliranje prvog sloja na vosku.

U praksi, korištenje školjki od vodenog stakla 4 do 7 slojevi premaza (osnovni premaz plus nekoliko slojeva sa štukaturom).

Na primjer, nakon početnog potapanja u finu silicijsku smjesu slijedi malterisanje finim kvarcnim pijeskom (ovaj "primarni premaz" zaključava detalje uzorka).

Sljedeći premazi koriste progresivno krupniji pijesak za izgradnju čvrstoće. Svaki premaz se mora osušiti (često 1-2 sata na sobnoj temperaturi ili brže u pećnici na niskoj temperaturi) prije sljedećeg premaza.

Konačna debljina ljuske je obično reda veličine 5-15 mm.

Tokom sušenja, temperatura i vlažnost se pažljivo kontrolišu – prebrzo sušenje može da napukne ljusku, dok suviše sporo sušenje može uzrokovati trčanje ili izobličenje.

U poređenju sa školjkama od silicijum-sola, školjke od vodenog stakla imaju tendenciju da budu jaka ali manje vatrostalna.

Slojevi fuzionisanog silicijuma daju pristojnu toplotnu čvrstoću do ~900 °C, ali osim toga mreža natrijum silikatnog stakla može početi da omekšava.

Nasuprot tome, Silic-sol školjke često koriste slojeve cirkona i glinice koji ostaju stabilni iznad 1200 ° C.

Drugim riječima, Kalupi sa silicijum-solom mogu bolje izdržati više temperature izlivanja superlegura, dok su školjke od vodenog stakla obično ograničene na čelik i željezo.

Lijevanje metala i kompatibilnost

Lijevanje vodenog stakla ističe se kod uobičajenih legura željeza. Tipični čelici uključuju Carbon čelik, nisko- i srednje legiranih čelika, otporan na toplotu Nerđajući čelici, i manganskih čelika.

Liveno gvožđe (siva i duktilna) se takođe često bacaju. Ove legure se mogu sipati u rasponu od 1400-1600 °C bez katastrofalnog oštećenja ljuske silicijum dioksida (sa pravilnim rasporedom grijanja).

U stvari, vodeno staklo je posebno popularno za habajući delovi i teške komponente od čelika, gdje je dodatna snaga školjke (u poređenju sa livenim peskom) a kompleksnost se isplati.

Staklo za vodu je manje pogodan za reaktivne ili lake metale. Legure aluminijuma i magnezijuma, na primjer, zahtevaju veoma suvu, čiste školjke.

Bilo koja vlaga ili soda u ljusci mogu stvoriti poroznost vodika u aluminiju ili uzrokovati oksidaciju.

Titan i druge reaktivne legure obično zahtijevaju sisteme silika-sol ili keramičke školjke (ili taljenje u vakuumu) jer školjke od vodenog stakla nemaju potrebnu inertnost ili čistoću.

(Praktično, livenje titana u izgubljenom vosku radi se gotovo isključivo sa vatrostalnim cirkon/aluminijskim školjkama sistema, ne staklo za vodu.)

Dakle, metalurška kompatibilnost je ključno razmatranje: vodeno staklo se bira kada je liveni metal kompatibilan sa silicijum dioksidom (fero sistemi) a potrebna je procesna ekonomija.

U metalurškom smislu, školjke od vodenog stakla mogu uticati na kvalitet livenja.

Na primjer, ugljični čelici mogu biti podvrgnuti laganoj karburizaciji na granici ljuske ako se deparasiraju zakiseljenom vodom, pa se koristi neutralna voda.

Plinopropusnost keramike pomaže izbacivanju vodonika i plina; međutim, bilo koji neadekvatan devosak ili vlaga može proizvesti poroznost plina.

Poroznost skupljanja se upravlja putem uspona i ventilacijskih otvora kao i obično.

Općenito, odljevci od vodenog stakla ponašaju se metalurški kao i drugi precizni odljevci istog metala – hemija školjke ima minimalan efekat legiranja, ali može malo promijeniti dekarbonizaciju površine.

Pravilne kontrole procesa (kao u vakuumu ili izlivanju u inertnoj atmosferi za određene čelike) može se primijeniti po potrebi, ali su neovisni o vrsti veziva.

Preciznost dimenzija i završna obrada površine

Odlivci vodenog stakla postižu umjerenu preciznost. Dimenzionalno Tolerancije su tipično ISO CT7-CT9 za opšte dimenzije. (Za fine zidove, tolerancija se može smanjiti na CT9 ili CT10.)

Da ovo stavim u perspektivu, ISO CT7 na a 50 mm omogućava odstupanje od oko ±0,10 mm, dok bi CT6 bio ±0,06 mm.

U praksi, mali dijelovi i dobro kontrolirani procesi mogu se približiti CT6-CT7,

ali veći ili složeniji odljevci se često nalaze u rasponu CT8-CT9.

Ovo je uporedivo sa tolerancijama lijevanja u fini pijesak.

Nasuprot tome, vrhunski odljevci od silicijum-sola mogu doseći CT4-CT6 na malim dimenzijama, tako da je vodeno staklo manje precizno za otprilike jedan stepen tolerancije.

Prodavnice koje vode računa o kvaliteti će odrediti tolerancije na osnovu ISO 8062, često primjećujući “CT8” kao osnovu za procese vodenog stakla.

Površinska obrada je takođe grublja od silicijum-sola, ali glatkija od livenog peska. Tipičan hrapavost površine za odljevke od vodenog stakla je po narudžbini RA 6-12 μm (250–500 min).

Jedna livnica je izvijestila da odljevci od vodenog stakla dostižu otprilike Ra = 12.5 μm u uporednim testovima. U kontrastu, dijelovi silicijum-sola mogu postići Ra 3–6 μm.

Veća hrapavost vodenog stakla je zbog veće veličine zrna u ljusci i prirode natrijum-silikatnog veziva.

Faktori koji utječu na završnu obradu uključuju sadržaj krutih tvari, veličina zrna štukature, debljina ljuske, i kvalitet uzorka.

Na primjer, finiji osnovni premazi i dodatni osnovni slojevi mogu poboljšati kvalitet površine.

Ipak, dizajneri bi trebali očekivati ​​grublju početnu površinu: tipični odljevci često zahtijevaju lagano brušenje ili mašinsku obradu kako bi postigli glatkoću oko Ra 3-6 μm za kritične površine.

Za upravljanje preciznošću, koristi većina prodavnica dimenzionalni pregled (čeljusti, Cmm, mjerači) na prvim dijelovima i proizvodnim uzorcima.

Pošto voštani uzorak i drvo unose neke varijabilnosti, potreban je pažljiv raspored i kompenzacija skupljanja.

Koeficijenti termičke kontrakcije za čelik (o 1.6 mm/m·100 °C) koriste se za skaliranje uzoraka. Procesna dokumentacija definira faktore skupljanja i tolerancije po ISO.

Kontrola i inspekcija kvaliteta

Kontrola kvaliteta u livenju vodenog stakla odražava druge livničke discipline. Kritični koraci se provjeravaju u više faza:

• Inspekcija školjke: Prije ulijevanja, ljuske se ispituju na pukotine, plikovi, ili nepotpuni premaz.
  Izvođači često mjere debljinu školjke ultrazvučnim mjeračima i provjeravaju da li je svaki sloj ujednačen. Bilo koje raslojavanje ili rupice mogu uzrokovati defekte livenja.
  Kontejneri sa mokrom suspenzijom se prate na pH i čvrste materije; varijacije mogu proizvesti slabe ljuske. Pećnice za sušenje su provjerene za ravnomjernu raspodjelu topline.
• Provjere dimenzija: Nakon istresanja i završne obrade, odljevci se mjere prema projektnim dimenzijama.
  Dijelovi iz prvog artikla obično prolaze CMM inspekciju kako bi se potvrdile kritične dimenzije unutar specificirane klase tolerancije (e.g. ISO CT8).
  Za promjere rupa koriste se jednostavni mjerni blokovi ili čepovi. Zato što nagib stabla i skupljanje voska dodaju male greške, uobičajeno je prilagoditi dimenzije glavnog uzorka ako dođe do ispadanja.
• Defekt detekcija: Odljevci od vodenog stakla mogu imati defekte poput plinske poroznosti, uključivanja, ili defekti fuzije ljuske.
  Uobičajene metode inspekcije uključuju rendgen/radiografiju (za pronalaženje unutrašnjih šupljina ili inkluzija), fluorescentni penetrant (za površinske pukotine i poroznost), i ispitivanje magnetnim česticama (za željezne dijelove).
  Gdje je prikladno, Primjenjuju se tlačna ispitivanja ili testovi protoka. Metalurška analiza (macro etch, mikrografije) može se koristiti tokom razvoja procesa.
  Sva testiranja treba da se odnose na standarde (e.g. ASTM E165 za penetrant, ASTM E446 za radiografiju) da definiše prihvatanje.
• Procesna dokumentacija: Na odljevcima od vodenog stakla održava se stroga sljedivost. Zapisi uključuju omjere mješavine gnojiva, rasporedi lečenja, i vremena peći.
  Mnoge livnice koriste kontrolne liste u procesu (temperaturni dnevniki za peći za devosak, dnevniki vlage za prostorije za sušenje, i evidencije upotrebe veziva).
  Za dijelove visoke pouzdanosti (e.g. Aerospace komponente), potpuni kod za toplinu i kemijski/fizički certifikat prate dio.
  ISO 9001 ili Nadcap standardi mogu upravljati dokumentacijom u kritičnim industrijama.
  Sveukupno, Filozofija upravljanja je standardizirati svaki korak tako da se svaki neuspjeh u livenju može pratiti do njegovog osnovnog uzroka (e.g. nestabilna kaša ili propušten ciklus sušenja).

Ekonomska razmatranja

Odlivanje vodenog stakla od izgubljenog voska je cijenjeno ekonomičnost u odgovarajućim aplikacijama. Ključni ekonomski faktori uključuju materijalne troškove, rada, vrijeme ciklusa, i prinos:

• Materijali: Natrijum silikatno vezivo i kvarcni pesak su jeftini u poređenju sa koloidnim silicijumom i cirkonom.
  Na primjer, otopina natrijevog silikata može koštati nekoliko centi po kilogramu, dok koloidna veziva silicijum dioksida koštaju red veličine više.
  Korištene soli ili akceleratori su minimalni. Voštani uzorci (posebno ako se štampa 3D) dodati trošak, ali je prinos visok.
  Ima malo keramičkog otpada (slomljena školjka) ali se često može reciklirati kao pijesak. Sveukupno, potrošni materijal je jeftin.
• Rad i vrijeme obrade: Izgradnja školjke od vodenog stakla je radno intenzivna, zahtijevaju više ciklusa uranjanja i sušenja.
  Vremena ciklusa od 24–72 sata od drveta voska do izlijevanja su tipične (brži od visokotemperaturnog silicijum-sola koji može potrajati duže očvršćavanje).
  Korak vlažnog devoska je duži (uranjanje u odnosu na spaljivanje na otvorenom plamenu), ali ovo je obično namakanje preko noći. Potreban je rad za pripremu uzorka, operacije premazivanja/štukature, i shakeout.
  Uprkos tome, niži troškovi alata i smanjena obrada često nadoknađuju veći rad.
  U modelu troškova, Vodeno staklo može biti konkurentno kada količine dijelova prelaze nekoliko stotina godišnje, posebno za teške ili složene dijelove koji bi bili vrlo skupi za livenje u pijesak ili tlačno livenje.
• Propusnost: Jednonamjenski vodovi za vodeno staklo mogu raditi kontinuirano, ali svaka gradnja (učitavanje školjke, dewax, vatre, pour, nokaut) rukuje samo dijelovima na tom stablu.
  Propusnost je umjerena; nekoliko stotina kilograma odljevaka po seriji moglo bi biti normalno. Međutim, postoji automatizacija za ubrizgavanje voska i prskanje školjke.
  Ograničavajući korak je često deparatizacija i pečenje, koje mogu biti šaržne peći sa definisanim opterećenjem. Efektivno zakazivanje (slaganje stabala) može poboljšati korištenje.
• Prinos i otpad: Zato što je proces precizan, stope otpada mogu biti niske ako se kontrolišu. Međutim, svaka pukotina u školjki ili propuštanje metala dovodi do potpunog gubitka tog odlivaka.
  Kvarovi zbog oštećenja školjke (e.g. pucanje nakon devoska) su minimizirani strogom kontrolom procesa.
  U poređenju sa lijevanjem u pijesak, Vodeno staklo općenito ima veći prinos jer se dijelovi lakše čiste i imaju gotovo mrežasti oblik.
  U poređenju sa silicijum sol, prinos je sličan ili nešto manji (ljuske od silicijum-sola mogu više oprostiti problemima devoska).

A grubo poređenje troškova može pokazati da livenje vodenog stakla može biti 50–70% jeftinije po delu nego lijevanje silicijum-sola za čelične dijelove srednje preciznosti,

zbog niže cijene materijala i alata, iako sa skromnim gubitkom kvaliteta površine.

To je skuplje od jeftinog livenja u pijesak po jedinici, već zato što završni dijelovi zahtijevaju mnogo manje strojne obrade, The ukupna cijena gotovog dijela može biti konkurentan.

Ukratko, livenje vodenog stakla omogućava kompanijama da prebace troškove sa mašinskih sati na vreme procesa,

što je često korisno za dijelove koji su složeni ili dovoljno male zapremine da namjenski alat nije opravdan.

Industrijske aplikacije

Ulaganje vodenog stakla pronalazi svoju nišu teške i složene komponente u nekoliko industrija. Značajne aplikacije uključuju:

• Mašine i teška oprema: Komponente za rudarstvo, ulja & plin, a građevinske mašinerije često koriste livenje vodenog stakla.
  Na primjer, zupčanici, Kućišta pumpe, ventili, i impeleri u ovim sektorima imaju koristi od čvrstoće čelika i geometrijske slobode livenja.

  

• Poljoprivredni dijelovi: Dijelovi poput kućišta traktora, komponente pluga, a veze za tešku poljoprivrednu opremu su napravljene na ovaj način.
  Sposobnost livenja oblika od nodularnog gvožđa ili niskolegiranog čelika (e.g. dijelovi freze, ploče za sejanje) sa zamršenim profilima je ključna prednost.
• Automobilski: Iako nije uobičajeno za serijske automobilske dijelove, Lijevanje vodenog stakla koristi se u automobilskim ili kamionskim komponentama male zapremine (e.g. male serije zglobova upravljača, teške ruke ovjesa, komponente kočnica za specijalna vozila).
  Njegova preciznost nadmašuje livenje u pijesak za kritične dijelove, ipak ostaje isplativ za umjerene vožnje.
• Industrijski ventili i pumpe: Ventili od livenog gvožđa i čelika, tijela pumpe, a prirubnice često dolaze iz kalupa za ulaganje od vodenog stakla.
  Ovim dijelovima su potrebni složeni unutrašnji prolazi i dobra završna obrada površine (kako bi se izbjeglo curenje) – livenje vodenog stakla daje ventile spremne za mašinsku obradu bez jezgra.
• Građevinski i arhitektonski odljevci: Povremeno, dekorativni ili strukturni elementi od željeza/čelika (poput prirubnica, hardver, ili ukrašene potpore) liveni su preko vodenog stakla.
  Proces može uhvatiti fine umjetničke detalje uz korištenje pristupačnog pijeska, što ga čini pogodnim za specijalne odljevke (e.g. zamjena bronze u arhitektonskim elementima).
• Offshore i pomorske komponente: Kao što su spomenuli izvori iz industrije, dijelovi za prikolice, dizalice, i pomorske platforme koriste ovu metodu za izdržljivost u teškim okruženjima.

Sveukupno, Lijevanje vodenog stakla se bira u industrijama koje zahtijevaju robusni odljevci od željeza sa umjerenim detaljima po razumnoj cijeni.
Natječe se s lijevanjem u pijesak kada je potrebna veća preciznost ili detalji u obliku mreže, i natječe se s investicionim livenjem silicijum-sola kada velike veličine ili ograničenja budžeta čine ovo drugo preskupim.

Komparativna analiza

U poređenju sa drugim metodama livenja, livenje vodenog stakla zauzima srednje mesto:

Water Glass vs Silica-Sol Investment Casting:

Silica-sol (koloidno-silicijumsko vezivo sa cirkonskim brašnom) proizvodi najfinije detalje, najbolja završna obrada površine (Ra do 3–6 μm), i strože tolerancije (ISO CT4-CT6).
Međutim, jeste skuplji: rastvori silicijum-sola i cirkonski pesak koštaju znatno više, a proces zahtijeva izgaranje plamena i više temperature pečenja.
Lijevanje vodenog stakla, Suprotno tome, ima grublju završnu obradu (~Ra 6-12 μm) i šire tolerancije (CT6-CT9), ali koristi jeftine materijale i jednostavniji devosak.
Školjke od vodenog stakla također imaju tendenciju da budu jače pri rukovanju prije izlivanja (vrlo su kruti nakon sušenja) i može biti deblji, što pogoduje teškim sipanjima.
Ukratko, silika-sol je odabran za visoku preciznost, sitni dijelovi; vodeno staklo se bira za veće, čvrste komponente kod kojih se površinska obrada može žrtvovati.

Lijevanje vodenog stakla vs Pijesak Livenje:

Livenje pijeska (zeleni pijesak ili kemijski vezani) je najjeftiniji, najfleksibilnija izrada kalupa za velike dijelove.

Međutim, odljevci od pijeska imaju vrlo hrapave površine (Ra > 25 μm, često 50-100 μm) i labave tolerancije (ISO CT11 ili gore).

Lijevanje vodenog stakla daje znatno bolju površinu i preciznost (kao što je gore navedeno) po većoj cijeni.

Ako dio od lijevanog pijeska zahtijeva opsežnu mašinsku obradu ili popravku (kao zavarivanje u jezgri), možda je jeftinije koristiti vodeno staklo.

Također, određenih složenih oblika (tanki zidovi, unutrašnje praznine) su tvrdi ili nemogući u pijesku bez jezgra; vodeno staklo lako proizvodi takve oblike.

Kompromis je to što se livenje u pijesak bolje mjeri za ekstremno velike količine (kalupi ili kalupi koji se mogu koristiti mnogo puta),

dok je vodeno staklo ograničeno na oko 150 kg po kalupu i zahtijeva višednevne cikluse.

Čvrstoća školjke i termičko ponašanje:

Školjke vodenog stakla se sastoje od slojeva topljenog silicijum dioksida, koji su nešto manje vatrostalni od slojeva cirkona ili aluminijevog oksida koji se često koriste u školjkama od silicijum-sola.

To znači da školjke od vodenog stakla obično imaju nižu maksimalnu radnu temperaturu i mogu omogućiti više reakcije metal-ljuska pri vrlo vrućim izlijevanja.

U praksi, ipak, obje metode proizvode školjke koje lako podnose temperaturu izlijevanja čelika/gvožđa.

U smislu snage, i školjke od silicijum-sola i vodenog stakla su krute nakon pečenja, ali silicijum-sol može održati strukturni integritet na višim temperaturama.

Najbolji slučajevi upotrebe:

Sumiranje najbolje upotrebe, livenje vodenog stakla je idealno za srednje do velike čelične/gvozdene delove gde visoka preciznost nije kritična,

kao što su kućišta pumpi, zupčanici, delovi teške mašinerije, i bilo koju komponentu kod koje funkcije livenja štede zavarivanje.

Silika-sol je najbolji za mali do srednji dijelovi visoke preciznosti (Aerospace komponente, nakit, Medicinski implantati, malih nerđajućih delova).

Lijevanje u zeleni pijesak pobjeđuje za masivni teški delovi ili izuzetno velike količine gdje nisu potrebni detaljni detalji (e.g. velika kućišta, blokovi motora, kućišta pumpi na veliko).

Tabela ispod ističe nekoliko komparativnih metrika:

• Hrapavost površine (tipičan Ra): Silika-sol ~3–6 μm; vodeno staklo ~6–12 μm; zeleni pijesak >25 μm.
• Dimenzionalna tolerancija: Silika-sol ISO CT4–CT6; vodeno staklo ~CT6–CT9; zeleni pijesak CT11–CT12 (vrlo labav).
• Materijalni troškovi: Niska za pijesak, umjereno za vodeno staklo, visoko za silicijum-sol. Natrijum silikatno vezivo je veoma jeftino, dok je koloidno vezivo silicijum skupo.
• Shell Strength: Dobro za silicijum-sol pri visokoj T, umjereno za vodeno staklo. Školjke od cirkona/aluminijuma (silika-sol) imaju veću vatrostalnost.
• Production Scale: Staklo za vodu odgovara malim do srednjim količinama (desetine do hiljade godišnje), posebno kada su dijelovi teški. Silica-sol odgovara malim/preciznim serijama; pijesak odgovara velikim količinama.

Sveukupno, livenje vodenog stakla premošćuje jaz: nudi bolja kontrola i završna obrada od livenja u pesku, ali niža cijena od silicijum-sola.

Kada su zahtjevi za dizajnom umjereni, a budžeti ograničeni, to je često najekonomičnija precizna tehnika.

Zaključak

Staklo za vodu (natrijum silikat) investiciono livenje je a isplativ precizno livenje proces optimiziran za željezo, složene komponente.

Korišćenjem jeftinih veziva i peska, omogućava proizvođačima da postignu čelične i gvozdene delove skoro mreže sa razumnim tolerancijama (ISO CT7-CT9) i završava (Ra ≈6–12 μm) uz djelić cijene livenja silicijum-sola.

Prednosti procesa su njegova materijalna ekonomičnost, jaka krutost školjke, i sposobnost izrade složenih geometrija bez kolapsa jezgra.

Njegova glavna ograničenja su grublja obrada površine i niža stabilnost pri visokim temperaturama, koji ga ograničavaju na srednju preciznost, aplikacije za teške uslove rada.

Veseliti se, livenje vodenog stakla ostaje relevantno za aplikacije kao što su mašine, automobilski podsklopovi,

poljoprivredne i građevinske opreme, i sve dijelove koji imaju koristi od dobrog kompromisa detalja i cijene.

Stalna poboljšanja (kao što su optimizirane silikatne formulacije i automatizirano premazivanje školjke) može malo povećati njegovu preciznost.

Ipak, inženjeri bi trebali pažljivo uskladiti dijelove sa procesom: koristite čašu za vodu kada složenost i ekonomičnost čelika/gvožđa dominiraju zahtevima,

silika-sol kada ultra-fini detalji ili posebne legure su potrebni, i pijesak kada sam volumen ili veličina nadmašuju preciznost.

Sveukupno, livenje vodenog stakla je zrelo, dobro shvaćena tehnika.

Njegova kontinuirana upotreba je vođena globalnom potražnjom za robusnim, složeno oblikovani metalni dijelovi uz umjerene tolerancije i konkurentne cijene.

Pravilna primjena njegove hemije i kontrole procesa – i temeljita inspekcija – daje dosljedne, visokokvalitetni odljevci za širok spektar industrijskih potreba.

Ovo je savršen izbor za vaše potrebe za proizvodnjom ako vam je potreban visokokvalitetni livenje vodenog stakla usluge.

Kontaktirajte nas danas!