Wachsausschmelzverfahren

1. Einführung

Lost-Wachs (Investition) Gießen wandelt präzise Opfermuster – traditionell aus Wachs – über eine Keramikhülle in Metallteile um.

Seine Kernstärken sind: Hervorragende Oberflächenfinish, hohe dimensionale Genauigkeit, und die Fähigkeit, komplexe Geometrien und Hochleistungslegierungen zu gießen.

Prozessvarianten (Wachssorten, Schalenchemie und Kernmethoden) Lassen Sie Ingenieure Kosten und Genauigkeit abwägen und Wege wählen, die für rostfreie Stähle geeignet sind, Kupferlegierungen, Eisen, und – mit besonderen Vorsichtsmaßnahmen – Titan- und Nickel-Superlegierungen.

2. Wachsausschmelzverfahren

Typischer Ablauf (hohes Niveau):

1. Muster: Wachs herstellen (oder gießbares Harz) Muster(S) — Einzelstück oder Baum/Bündel.
2. Montage: Befestigen Sie Muster an Läufern/Anschnitten, um einen Cluster zu bilden.
3. Investieren / Shell-Build: Tauchmontage in Bindemittelschlämme + Stuck; Wiederholen Sie diesen Vorgang, um die Shell zu erstellen.
4. Heilung / trocken: Gel und teilweise trockene Schalen zwischen den Schichten; Endtrocknung.
5. Dewax: Wachs entfernen (dämpfen oder ausschmelzen).
6. Burnout / Brennen: Rampe, um organische Stoffe zu verbrennen und die Schale zu stabilisieren.
7. Gießen: Schmelzen Sie das Metall und gießen Sie es in die vorgewärmte Schale.
8. Shakeout & Reinigung: Schale entfernen, Tore schneiden, sauber.
9. Nachbearbeitung: Wärmebehandlung, HÜFTE (falls erforderlich), Bearbeitung, Oberflächenbeschaffenheit, Inspektion.

3. Mustermaterialien: niedrig-, Medium-, und Hochtemperaturwachse

Notizen & Anleitung

• Wählen Sie Wachs nach Teilegröße, Werkzeuglebensdauer und erwartete Rohbau-/Baureihenfolge. Niedertemperaturwachs eignet sich hervorragend für feine Details und geringe Volumina, neigt jedoch bei langen Zyklen oder in warmen Werkstattbereichen zum Kriechen.
  Mittlere Temperaturen sind das Arbeitspferd für den technischen Guss. Hochtemperaturwachse (und technische Musterpolymere) werden dort eingesetzt, wo bei Handhabung oder langen Schalenaufbauten die Gefahr einer Verformung besteht.
• Musterzusätze: Weichmacher, Stabilisatoren, Fließverbesserer und Farbstoffe beeinflussen das Einspritzverhalten, Entparaffinierungsrückstände und Ausbrenngasentwicklung – geben Sie von der Gießerei zugelassene Formulierungen an.

4. Musterproduktion: Werkzeuge, Injektionswachs, und additive Muster

• Spritzguss: Stahl-/Aluminium-Matrizen für Wachs – niedrige Stückkosten bei Volumen bei hoher Oberflächenqualität. Die Höhe der Werkzeugkosten hängt von der Komplexität ab.
• 3D gedruckte gießbare Wachs-/Harzmodelle: SLA, DLP, Materialstrahldrucker oder gießbare Wachsdrucker machen den Werkzeugeinsatz für Prototypen und Kleinserien überflüssig.
  Moderne Gießharze entparaffinieren sauber und erreichen die Oberflächenqualität von Injektionswachs.
• Musterbaumbildung und Gating-Design: Ordnen Sie Muster auf einem zentralen Guss an, um ein effizientes Ausgießen und Zuführen zu ermöglichen; enthalten Opfersteigrohre für Schrumpffutter.
  Verwenden Sie die Simulation für die Gating- und Feed-Balance für große Cluster.

5. Shell-Systeme: Kieselsäure-Sol, Wasserglas, und Hybridschalen

Das Schalensystem ist die wichtigste Variable, die die Oberflächentreue bestimmt, thermischer Widerstand, Durchlässigkeit/Entlüftung, Vakuumkompatibilität und Legierungseignung beim Wachsausschmelzguss.

In modernen Geschäften kommen drei praktische Familien zum Einsatz:

• Kieselsäure-Sol (kolloidale Silica) Muscheln — die Prämie, High-Fidelity-Route.
• Wasserglas (Natriumsilikat) Muscheln — das Ökonomische, robuste Route für größere / Stahl-/Eisenarbeiten.
• Hybridschalen — eine Geldstrafe kombinieren, chemisch beständiger Innenmantel (Kieselsol oder Zirkon) mit Wasserglas-Außenschichten, um Kosten und Leistung in Einklang zu bringen.

Silica-Sol-Schalen (kolloidale Kieselsäure)

Was es ist und wie es funktioniert

Silica-Sol-Schalen verwenden a kolloidale Suspension von Siliciumdioxidpartikeln im Submikronbereich als Bindemittel.

Die ersten Anstriche (sehr feine Wäsche) Verwenden Sie das Kolloid, um ultrafeinen Stuck zu tragen, der Details aufzeichnet; Nachfolgende Schichten werden dicker und werden durch Trocknen und Hochtemperaturbrennen verfestigt (Sintern) das erzeugt dicht, starke Muscheln.

Hauptmerkmale:

• Oberflächentreue: am besten verfügbar – Ra im Gusszustand, üblicherweise ~0,6–3 µm mit feiner Wäsche.
• Wärmestabilität / Brennen: Muscheln können konsolidiert werden 600–1.000 ° C. (Die Geschäftspraxis variiert je nach Stuck). Hochtemperaturbrand erhöht die Festigkeit der Hülle und die Temperaturwechselbeständigkeit.
• Vakuum-/Inertkompatibilität:exzellent — Silica-Sol-Schalen sind mit Vakuum- und Inertatmosphären-Güssen kompatibel und werden üblicherweise für Titan verwendet, Nickel- und Kobalt-Superlegierungen.
• Durchlässigkeitskontrolle: kann durch Gradieren und Brennen des Stucks abgestimmt werden, um eine kontrollierte Entlüftung für ein hochwertiges Ergebnis zu ermöglichen, enge Gussteile.
• Kontaminationsempfindlichkeit:hoch — Die Kolloidstabilität wird durch ionische Kontamination gestört (Salze, Metallstrafen) und organische Stoffe; Die Sauberkeit der Gülle und der Anlage ist von entscheidender Bedeutung.
• Typischer Erstanstrich-Stuck: Quarzglas unter 10 µm, Zirkon oder Zirkonoxid für reaktive Grenzflächen.
• Typische Anwendungsfälle: Turbinenkomponenten für die Luft- und Raumfahrt, Superalloys, vakuumgegossenes Titan, medizinische Implantate, Präzisionskleinteile.

Wasserglasschalen (Natriumsilikat)

Was es ist und wie es funktioniert

Wasserglasschalen verwenden eine wässriges Natrium (oder Kalium) Silikatlösung als Bindemittel.

Überzieht Gel durch CO₂-Begasung oder chemische Härter zu einem kieselsäureähnlichen Netzwerk (saure Salze), In Kombination mit abgestuftem feuerfestem Stuck entsteht eine starre Keramikschale.

Hauptmerkmale:

• Oberflächentreue: gut für den allgemeinen Maschinenbau – normalerweise Ra im Gusszustand ~2,5–8 µm je nach Lasur und Stuck.
• Brennen: normalerweise stabilisiert bei ~400–700°C; Schalen werden nicht im gleichen Ausmaß gesintert wie Silica-Sol-Systeme.
• Vakuumkompatibilität:beschränkt – nicht ideal für Vakuum-/Inertgüsse oder die reaktivsten Legierungen.
• Permeabilität / Entlüftung: Im Allgemeinen gut für Stahl/Eisen; Die Permeabilität ist tendenziell gröber als bei optimierten Silica-Sol-Schalen.
• Aushärtemethode:CO₂-Vergasung (schnelle Gelierung) oder Säurehärter – schnell, robustes Set in der Werkstatt.
• Kontaminationsempfindlichkeit: mäßig – ionische Verunreinigung beeinflusst das Abbinden und die Gleichmäßigkeit des Gels, aber Wasserglas ist im Allgemeinen toleranter als Kieselsol.
• Typischer Erstanstrich-Stuck: feines Quarzglas; Für einen verbesserten Oberflächenschutz kann Zirkon eingesetzt werden.
• Typische Anwendungsfälle: Ventilkörper, Gehäuse pumpen, große Stahl-/Eisenteile, Marine-Hardware, allgemeine Industriegussteile.

Hybridschalen (Silica-Sol- oder Zirkon-Innenbeschichtung + Außenschichten aus Wasserglas)

Was es ist und wie es funktioniert

Ein gemeinsamer wirtschaftlicher Kompromiss: A Premium-Innenmantel (Silica-Sol oder Zirkon/Zirkonoxid-Wäsche) wird zuerst aufgetragen, um Details einzufangen und eine chemisch resistente Barriere zu schaffen, Dann Außenschichten aus Wasserglas sind so konstruiert, dass sie bei geringeren Kosten Volumenfestigkeit bieten.

Hauptmerkmale:

• Oberflächentreue & chemische Barriere: Das innere Siliciumdioxid-Sol/Zirkon sorgt für eine nahezu Siliciumdioxid-solartige Oberflächenqualität und trägt dazu bei, Metall-Hülle-Reaktionen an der Metallgrenzfläche zu verhindern.
• Kosten & Handhabung: Äußere Wasserglasbeschichtungen reduzieren den Gesamtverbrauch an Silica-Sol und machen die Schale robuster für die Handhabung und große Größen.
• Vakuumkompatibilität: verbessert gegenüber reinem Wasserglas (dank Innenmantel) aber immer noch nicht so ideal wie vollständige Silica-Sol-Schalen – nützlich für viele Edelstahl- und einige Nickellegierungen, wenn die Schmelz-/Gießatmosphäre kontrolliert wird.
• Typische Verwendungen: Ventilkörper mit hochwertigen medienberührten Oberflächen, mittelwertige Turbinenteile, bei denen eine gewisse Vakuumkompatibilität erforderlich ist, Anwendungen, bei denen Kosten und Leistung in Einklang gebracht werden müssen.

6. Kerntechnologien

• Lösliche Kerne (Wachs- oder Polymerkerne, die sich auflösen): erzeugen innere Passagen (Kühlkanäle); mit heißem Wasser oder Lösungsmittel entfernt.
• Mit Bindemittel gebrannte Keramikkerne (Kieselsäure, Aluminiumoxid, Zirkon): stabil bei hohen Temperaturen für Superlegierungen; erfordern Shell-Core-Kompatibilität.
• 3D-gedruckte Kerne: Binder-Jet- oder SLA-Keramikkerne ermöglichen komplexe Innengeometrien ohne Werkzeug.

Beim Design für Kerne muss die Kernunterstützung berücksichtigt werden, Entlüftung, Wärmeausdehnung und chemische Kompatibilität mit geschmolzenem Metall.

7. Entwachung, Burnout & Granatenabfeuerung – praktische Zeitpläne und Kontrollpunkte

Entwachung

• Dampf-/Autoklav-Entparaffinierung: üblich bei herkömmlichen Wachsbäumen. Typische Oberflächentemperatur 100–120 °C; Lassen Sie den Zyklus je nach Wachsmenge und Baumgröße von Minuten bis Stunden laufen.
• Thermisches Entparaffinieren / Lösungsmittelschmelze: Wird für einige Polymere verwendet – verwenden Sie Lösungsmittelrückgewinnung und -kontrollen.

Burnout / Burnout-Zeitplan (typisches technisches Beispiel)

• Rampe: langsam auf 100–200 °C erhitzen, um Feuchtigkeit/Wachsrückstände zu entfernen (Für dicke Schalen werden ≤3–5 °C/Min. empfohlen, um Dampfblasenbildung zu vermeiden).
• Halten 1: 150–250 ° C. (1–4 Stunden) um niedrigsiedende organische Stoffe auszutreiben.
• Rampe 2: ~3 °C/min bis 350–500 °C.
• Letzter Halt: 4–8 Stunden bei 350–700 °C, je nach Schalensystem und Legierung. Silica-Sol-Schalen können zum Sintern/Festigen auf 600–1000 °C gebrannt werden; Wasserglasschalen stabilisieren sich üblicherweise bei 400–700 °C.
• Schlüsselkontrollen: Rampenrate, Sauerstoffverfügbarkeit (Vermeiden Sie bei reaktiven Metallhüllen eine übermäßige Oxidation), und vollständige Entfernung organischer Stoffe, um eine Gasentwicklung während des Gießens zu vermeiden.

Vor dem Gießen die Schale vorwärmen: Je nach Legierung wird die Schale auf 200–800 °C vorgewärmt, um thermische Schocks zu minimieren und den Metallfluss zu verbessern; z.B., Edelstahlgüsse üblicherweise auf 200–450 °C vorheizen; Superlegierungen benötigen je nach Schale einen höheren Wert.

8. Gießen: Schmelzpraxis, Vakuum-/Inertoptionen und Gießparameter

• Schmelzöfen: Induktion oder Widerstand; Entgasung/Filtration und Flussmittel für Sauberkeit.
• Für Temperaturen (typisch):

• • Aluminiumlegierungen: 650–720 °C
  • Kupferlegierungen: 1000–1200 ° C.
  • Stähle: 1450–1650 °C
  • Nickel-Superlegierungen: 1400–1600+ °C (legiertabhängig)

• Vakuum- und Inertgießen: zwingend vorgeschrieben für Titan und hochreaktive Legierungen; Vakuum reduziert Oxidation und Metall-Hülle-Reaktionen.
• Für Mode: Schwerkraftgießen vs. Bodengießpfanne vs. vakuumunterstütztes Gießen – entscheiden Sie sich für die Minimierung von Turbulenzen und mitgerissenen Gasen. Verwenden Sie Filter beim Gating zur Einschlusskontrolle.

9. Häufig gegossene Materialien & besondere Überlegungen

• Edelstähle (300/400, Duplex): gut mit beiden Wassergläsern & Kieselsäure-Sol; Steuern Sie die Durchlässigkeit der Schale und die endgültige Vorwärmung.
• Kohlenstoff & niedriglegierte Stähle, duktiles Eisen: gut geeignet für Wasserglasschalen; Achten Sie bei hohen Gießenergien auf Ablagerungen und Schalenerosion.
• Kupferlegierungen (Bronze, Bei uns): gemeinsam; Kontrollieren Sie die Überhitzung, um ein Auswaschen der Schale zu vermeiden.
• Aluminiumlegierungen: möglich, aber oft günstiger durch andere Gussverfahren; sorgen für Entlüftung/Durchlässigkeit.
• Titan & Ihr Legierungen: reaktiv – bevorzugen Sie Silica-Sol-Schalen, Zirkon/Aluminiumoxid-Erstbeschichtungen, Vakuum schmilzt, und inerte Atmosphären. Vermeiden Sie Wasserglas, es sei denn, es werden Sperrschichten und spezielle Kontrollen verwendet.
• Nickel & Kobalt-Superlegierungen: Verwenden Sie Silica-Sol-Schalen, Hochtemperaturfeuerung und Vakuum-/Inerthandhabung, wo erforderlich.

10. Typisch dimensional, Oberflächen- und Toleranzfähigkeiten

• Maßtoleranz (typisch im Gusszustand): ±0,1–0,3 % des Nennmaßes (z.B., ±0,1–0,3 mm auf 100 MM -Funktion).
• Oberflächenbeschaffung (Ra im Gusszustand): Kieselsol ~0,6–3,2 µm; Wasserglas ~2,5–8 µm.
• Lineare Schrumpfzugabe: ~1,2–1,8 % (Legierung & Gießerei genau angeben).
• Minimale praktische Wandstärke: Schmuck/Mikroteile: <0.5 mm; technische Teile: 1.0–1,5 mm typisch; strukturell dickere Abschnitte üblich.
• Wiederholbarkeit: Gute Gießereipraxis ergibt bei kritischen Daten eine Ausbeute von ±0,05–0,15 % von Lauf zu Lauf.

11. Häufige Mängel, Grundursachen und Abhilfemaßnahmen

12. Nachgussprozesse

• Shakeout & Keramikentfernung: mechanische oder chemische Methoden.
• Wärmebehandlung: Lösungsbehandlung, Altern (T6), Glühen – legierungsabhängig. Typische Lösungstemperaturen: Al-Legierungen ~520–540 °C; Stähle höher.
• Heißes isostatisches Pressen (HÜFTE): Reduziert die innere Schrumpfporosität bei ermüdungsempfindlichen Teilen; Typische HIP-Zyklen hängen von der Legierung ab (z.B., 100–200 MPa und 450–900 °C).
• Bearbeitung & Abschluss: kritische Bohrungen, Dichtflächen auf Toleranz bearbeitet; Polieren, Passivierung oder Beschichtung je nach Bedarf.
• NDT & Testen: hydrostatisch, Druck, Dichtheitsprüfungen, Röntgen/CT, Ultraschall-, Farbeindringmittel, Mechanische Tests gemäß Spezifikation.

13. Prozesskontrolle, Inspektion & Qualifikation

• Shop-QC-Metriken: Schlammfeststoffe, Viskosität, Gelzeit, Ofenkurven, Entparaffinierungsprotokolle, Burnout-Rampendiagramme, Schmelzchemie und Entgasungsprotokolle.
• Mustergutscheine: zugfest, Härte & Im Anschnitt gegossene Metallographie-Coupons für repräsentative Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften.
• ZfP-Probenahme: Radiographie und CT-Scannen für kritische Komponenten; Geben Sie Akzeptanzwerte für die Porosität an (Vol% oder maximale Fehlergröße).
• Statistische Prozesskontrolle (SPC): gelten für kritische Eingaben (Feststoffe waschen, Schalendicke, Wasserstoff schmelzen) und Ausgänge (Dimensionsvariation, Porosität zählt).

14. Häufige Missverständnisse & Erläuterungen

„Wachsausschmelzguss ist nur für hochpräzise Teile gedacht“

FALSCH. Der Wachsausschmelzguss auf Wasserglasbasis ist für Teile mittlerer Präzision kostengünstig (± 0,3–0,5 mm) - 40% der Automobil-Wachsausschmelzgussteile verwenden diese Variante.

„Niedrigtemperaturwachs ist Mitteltemperaturwachs unterlegen“

Kontextabhängig. Niedertemperaturwachs ist günstiger und für geringe Präzision geeignet, Teile mit hohem Volumen (z.B., Hardware) — Mitteltemperaturwachs ist nur bei engeren Toleranzen erforderlich.

„Kieselsäure ist immer besser als Wasserglas“

FALSCH. Wasserglas ist für Anwendungen mit mittlerer Präzision 50–70 % günstiger und schneller – Kieselsol ist nur für Teile in der Luft- und Raumfahrt/Medizintechnik gerechtfertigt, die eine Toleranz von ±0,1 mm erfordern.

„Wachsausschmelzguss weist hohe Ausschussraten auf“

FALSCH. Wachsausschmelzguss mit Kieselsol hat eine Ausschussrate von 2–5 % (vergleichbar mit Druckguss) — Wasserglas hat 5–10 % (immer noch niedriger als bei Sandguss 10–15 %).

„3D-Druck macht Wachsausschmelzverfahren überflüssig“

FALSCH. AM ist ideal für Prototypen/Kleinserien, Bei mittlerem bis hohem Volumen ist der Wachsausschmelzguss jedoch 5- bis 10-mal günstiger (>1,000 Teile) und handhabt größere Teile (bis zu 500 kg).

15. Abschluss

Das Wachsausschmelzverfahren bleibt eine erstklassige Methode zur Herstellung komplexer Formen, High-Fidelity-Metallkomponenten.

Wenn Sie das Richtige koppeln Mustermaterial, Muschelchemie Und Schmelz-/Atmosphärenübung mit disziplinierter Prozesskontrolle, Beim Wachsausschmelzverfahren entstehen zuverlässig Teile, die mit anderen Verfahren nur schwer oder gar nicht möglich wären.

Moderne Verbesserungen (3D gedruckte Muster, Hybridschalen, Vakuumgießen und HIP) Sie erweitern den Prozess auf neue Legierungen und Anwendungen – sie erhöhen aber auch die Notwendigkeit einer sorgfältigen Spezifikation, Erprobung und Qualitätssicherung.

 

FAQs

Welches Schalensystem soll ich bei Titan wählen??

Kieselsäure-Sol (mit Zirkon/Aluminiumoxid-Erstbeschichtung) + Vakuum/inertes Schmelzen und Gießen. Ohne umfangreiche Barrieremaßnahmen ist Wasserglas grundsätzlich ungeeignet.

Wie fein können die Merkmale beim Wachsausschmelzguss sein??

Merkmale <0.5 mm sind möglich (Schmuck/Präzision); in technischen Teilen angestrebt ≥1 mm auf Robustheit, es sei denn, dies wurde durch Versuche nachgewiesen.

Typische Oberflächenbeschaffenheit, die ich erwarten kann?

Kieselsäure-Sol: ~0,6–3,2 µm Ra; Wasserglas: ~2,5–8 µm Ra. Feines Waschen und Polieren der Wachsstümpfe verbessern das Finish.

Wann wird HIP empfohlen??

Für ermüdungskritische Personen, druckhaltig, oder Luft- und Raumfahrtteile, bei denen die innere Porosität minimiert werden muss – HIP kann die Ermüdungslebensdauer erheblich verbessern.

Kann ich 3D-gedruckte Muster anstelle von Wachswerkzeugen verwenden??

Ja - gießbare Harze und gedrucktes Wachs reduzieren die Rüstzeit und die Kosten für Prototypen/Kleinserien. Stellen Sie sicher, dass die Harzentparaffinierungseigenschaften und die Schalenkompatibilität validiert sind.