Wasserglasanlageguss (Auch als Natriumsilikatabguss bekannt) ist eine Form des Gießens verloren.
Als eine von zwei Hauptinvestitionsgussmethoden (der andere war Silica Sol), Es bietet ein Gleichgewicht zwischen Präzision und Kosteneffizienz.
Ursprung von traditionellen Techniken für verlorene Wachs in Asien und Europa, Das Wasserglasguss hat im 20. Jahrhundert eine industrielle Traktion gewonnen.
Durch Verwendung gemeinsamer Materialien (Quarz- oder Kieselsandsand mit Alkali -Silikatbindemitteln), Dieser Prozess ist gut für die mittlere Präzision geeignet, Hochkomplexitätsteile, in denen die Budgets enger sind.
Typische Wasserglasgüsse reichen von einigen hundert Gramm bis zu 150 kg, mit maximalen Abmessungen um 1 m, Es ideal für größere, Kostensensitive Komponenten.
Was ist Wasserglasinvestitionsguss?
Wasserglasguss ist eine Variante der Präzisionsinvestition (Lost-Wachs) Casting in welch Natriumsilikat ("Wasserglas") dient als Keramikbinder.
In der Praxis, Wachs (oder Kunststoff) Muster werden zu einem Baum gemacht und zusammengebaut.
Die Muster sind wiederholt beschichtet in einer Aufschlämmung feiner refraktärer Partikel, die in Natriumsilikatlösung gebunden sind, Dann bedeckt mit zunehmend groben Stuckschichten, um die Hülle aufzubauen.
Sobald die Hülle zusammenhängt, Das Wachs wird geschmolzen oder auskocht, eine hohle Schimmelpilzhöhle hinterlassen. Geschmolzenes Metall (Typischerweise Stahl- oder Eisenlegierungen) wird in diese Keramikschale gegossen.
Nach der Verfestigung, Die Hülle ist weggebrochen, um den Gussteil zu enthüllen. Zusamenfassend, Wasserglas-Investitionskaste „Investiert“ einen Wachsmaster in eine Keramik auf Natrium-Silikat-Basis, um die Form zu bilden.
Im Vergleich zum Casting von Silica-Sol-Investitionen (Das verwendet kolloidale Kieselsäure und Zirkons Sande), Die Wasserglasmethode tauscht eine gewisse Oberflächenqualität gegen niedrigere Materialkosten und eine einfachere Verarbeitung.
Warum Wasserglas verwenden??
Wasserglasguss ist beliebt, weil es es reduziert Kosten und Verarbeitung relativ zu anderen Präzisionsmethoden.
Der Natriumsilikatbindemittel und herkömmliche Kieselsand sind kostengünstig und leicht zu handhaben, Daher kosten Werkzeuge und Materialien viel weniger als für kolloidale Silica-Schalen.
Zum Beispiel, Wasserglassysteme vermeiden die hohen Kosten von Silica Sol und Spezialsand, Niedrigungskosten pro Tag zu niedrigeren Investitionskosten.
Der Prozess auch eliminiert viele sekundäre Operationen: Teile kommen in der Nähe des Formulars heraus (oft wenig Schweißen oder Bearbeitung benötigen).
In der Praxis, Wasserglasgüsse können sehr komplexe Geometrien einfangen (mit Unterschnitten und dünnen Netzen) ohne Kerne, Vereinfachung des Designs.
Laut Branchenquellen, Wasserglasgussangebote "Komplexes Design ohne Draftwinkel" Und "Höhere Genauigkeit im Vergleich zum Sandguss",
Beim Vermeiden der teuren Kerne, Formen, oder Schweißern, die viele große Sandkastenteile benötigen.
Diese Flexibilität macht es attraktiv für kleine bis mittlere Produktionsläufe Wo Werkzeugkosten minimiert werden müssen.
Gleichzeitig, Wasserglassteile sind im Allgemeinen genauer als Sandguss.
Typische dimensionale Toleranzen liegen im Bereich von ISO CT6-CT9, Etwa passende feine Sandkaster-Toleranzklassen oder Investitions-Casting-Klassen mit niedrigerem End.
Oberflächenoberflächen sind entsprechend moderat: in der Reihenfolge von Ra ~ 6-12 μm (Sie sind 250–500 μt),
Besser als grünes Sandguss, aber härter.
Zusamenfassend, Wasserglasguss wird ausgewählt, wenn man die komplexen Formen und verringerte sekundäre Arbeiten des Gießens verlorener Wachs benötigt,
aber engeres Budget oder größere Größe macht den kiesellosen Kiesel-Sol-Prozess unpraktisch.
Prozessübersicht
Das Casting für Wasserglasinvestitionen folgt dem allgemeinen Verfahren für verlorene Wachs mit wenigen Unterschieden in Schimmelpilzmaterialien:
Wachsmuster und Baumbaugruppe.
Es wird ein Master -Muster erzeugt (durch Injektionsformung, 3D-Druck, oder Handbildung) und ein Muster -Sterbchen/eine Form, die bei Bedarf hergestellt wurde.
Wachs -Repliken des Teils werden aus diesem Meister erstellt. Mehrere Wachsmuster sind dann auf einem gemeinsamen Angang versammelt (einen „Baum“ bilden) Verwenden von Wachsstunden und Feeders.
Dieser Wachscluster bildet viele Gussteile in einem Guss. Die Wachsoberflächen sind „gekleidet“, um Nähte oder Mängel zu entfernen, Ergibt für jedes Muster ein nach Bedarf Finish.
Muschelgebäude (Keramikbeschichtung).
Die Wachsanordnung wird wiederholt in eine feuerfeste Aufschlämmung aus sehr feinem Sand oder Zirkonmehl getaucht, die in einer verdünnten Natriumsilikatlösung aufgehängt sind.
Jedes Eintauchen bezieht das Wachs in einer dünnen Keramikschicht (Oft 0,5–1 mm) Vor der Stuckkette mit grobem Sand.
Nachdem überschüssige Aufschlämmung abgelaufen ist, A Stuckschicht (größeres Kieselsandgranulat) wird durch Gießen oder flüssiges Bett angewendet, um sich an die klebrige Schlamm zu verbinden.
Der Cluster darf dann härten (Oft luftgetrocknet oder mit niedrigem Heizen geheilt). Dieser Fellentrocknungszyklus wird typischerweise wiederholt 4–7 Mal um die notwendige Schalendicke zu erreichen (Normalerweise 5–15 mm insgesamt).
Während dieser Sequenz, Spätere Mäntel verwenden grobe und manchmal unterschiedliche Refraktionen (z.B. Fine Silica First Coats für Details, grobe Quarzsand in Sicherungsschichten) Stärke und Durchlässigkeit maximieren.
In Wasserglassprozessen, Quarz/Fusions-Silica-Sand und Alumino-Silikate sind häufige Refraktionen. Die gesamte Hülle wird endlich gründlich getrocknet (manchmal in feuchtigkeitsgesteuerten Öfen) Feuchtigkeit entfernen.
Entwachsen und Feuer.
Die verhärtete Keramikschale wird von enttäuscht von das Wachs schmelzen aus der Form.
Im Gegensatz zu Kieselsalzschalen (die normalerweise Wachs in einem Burnout -Ofen oder mit Flamme ausbrennen), Wasserglasschalen sind oft in heißes Wasser getaucht oder Dampf ausgesetzt, um das Wachs zu schmelzen.
Ziel ist es, das Wachs schnell zu löschen und gleich (Natriumsilikatschalen sind steifer, wenn sie kalt sind).
Nach dem Enttäuschen, Die Schale ist gefeuert (gesintert) bei hoher Temperatur (Oft 800–1000 ° C.) die Keramik zu stärken und alle verbleibenden organischen Stoffe auszubrennen.
Dies führt auch dazu, eine starre Bildung bilden, gasdurchlässiger Form.
Metallgießen.
Geschmolzenes Metall wird auf die übliche Weise in die vorgeheizte Hülle gegossen. Weil Wasserglasschalen herkömmliche Kieselsand verwenden, Ihre Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit ähneln Sandformen.
Die Hülle unterstützt das Metall bis zur Verfestigung (mit minimalen Schrumpfhöhlen, wenn Riser verwendet werden).
Schalenentfernung und Fertigstellung.
Einmal fest, Die Keramikschale wird mit mechanischen Mitteln entfernt (z.B. Schussblühen, Vibration oder Hämmern) die Gussteile enthüllen.
Restquarzsand wird abgelöst. Der Gussbaum wird auseinander geschnitten, und Tore und Aufstände sind beschnitten.
Finale Abschluss kann das Schleifen beinhalten, CNC-Bearbeitung, Und Oberflächenbehandlungen nach Bedarf.
Weil das anfängliche Schalenfinish moderat ist, Wasserglasgüsse erfordern oft ein gewisses Oberflächenschleifen oder eine Bearbeitung, Aber weniger als grün-sandes Guss.
Entscheidend, Der Wasserglasprozess unterscheidet sich von einem Kieselsalzprozess hauptsächlich in Binder- und Dewax -Methode.
Im Wasserglasguss, Natriumsilikat (Alkali -Silikat) setzt durch Trocknen und Heilung, während Kieselsäure-Sol (kolloidale Kieselsäure) Muscheln härten hauptsächlich durch Gelation.
Dewaxing wird mit heißem Wasser durchgeführt (A Nasse Dewachs) anstelle von Flamme. Diese Unterschiede beeinflussen die Zykluszeit und -qualität.
Zum Beispiel, Wet-Dewax ist sanfter für spröde Muscheln, Aber es erfordert Abfallwasserbehandlung. Auch, Wasserglasschalen haben im Allgemeinen eine geringere thermische Stabilität als zirkonhaltige Silica-Sol-Schalen, Wie unten erläutert.
Bindersystem
Der Bindemittel im Wasserglasguss ist Natriumsilikatlösung (PROMIOUT NA₂OI · LEASH). Chemisch, Wasserglas ist sehr alkalisch (Ph ~ 11–13) und mit einem bestimmten Kieselsäure-zu-Sooda-Verhältnis hergestellt.
Typische Formulierungen reichen von a 2:1 Zu 3.3:1 SiO₂:Na₂o Gewichtsverhältnis (oft vom Modul ausgedrückt, z.B. M = 2,0 bedeutet ungefähr 2.3 Teile sio₂ pro na₂o).
Die wichtigsten Eigenschaften des Verhältnisses und der Festkörperinhaltskontrolle. Niedrigere Verhältnisse (Mehr na₂o) geben, aber auch ein hygroskopischerer und niedrigerer Refraktoritätsbindemittel.
Höhere Verhältnisse (mehr Sio₂) Erhöhen Sie den Wärmewiderstand und senken Sie den pH -Wert.
Wasserglas ist Wasserdünn (Viskosität ähnlich wie Wasser) und Heilmittel durch Verdunstung und leichte Hitze. Wie es trocknet, Es bildet ein starres amorphes Silikatglas -Netzwerk.
Der Ordner ist hygroskopisch, So müssen Muscheln vor dem Brennen oder der Exposition gegenüber feuchten Luft oder Wasser gründlich getrocknet werden, oder sie können wieder herstellen und sich verschlechtern.
Im Dienst, Restfeuchtigkeit kann zu Dampftaschen oder Porosität führen, wenn Metall zu heiß gegossen wird. Die Aushärtungsstufe umfasst typischerweise das Backen bei 100–200 ° C, um die Schale vollständig zu härten und Feuchtigkeit abzutragen.
Die Vorteile von Natriumsilikatbindemitteln umfassen ihre niedrigen Kosten, Unbegrenztes „Haltbarkeit“, und Benutzerfreundlichkeit (Keine giftigen Lösungsmittel oder sauren Katalysatoren).
Sie setzen durch einfaches Trocknen (oder mit einer Salzheilung) und sehr steife Schalen ergeben.
Jedoch, Einschränkungen existieren: Ihre hohe Alkalität kann refraktäre Körner oder Metall angreifen (vor allem Aluminium, Gasabholung verursachen), und ihre glasige Natur ergibt eine geringere Hochtemperaturfestigkeit als Kieselsäure-Sol-Schalen.
Im Allgemeinen, Wasserglasschalen weich werden, wenn sie über ~ 800–900 ° C erhitzt werden, Sie passen also Stahl-/Eisenlegierungen, sind aber marginal für sehr heiße Legierungen.
Trotz dieses, Natriumsilikat bleibt a nachgewiesener Binder in der Branche. Es ist einer von drei konventionellen Bindemitteln (zusammen mit Ethylsilikat und kolloidalem Siliciumdioxid) häufig für Investitionsformherstellung zitiert.
Schalenmaterialien und Konstruktionstechniken
Die Schale für Wasserglasguss wird fast ausschließlich aus gebaut Refraktorien auf Kieselsäurebasis. In der Praxis, Die Hauptmaterialien sind Kieselsäure oder Quarzsand (verschmolzen oder kristalline), Möglicherweise gemischt mit Alumino-Silikaten.
Typische Partikelgrößen für Prime (Bußgeld) Schichten könnten 100–200 mesh sein (75–150 μm) Details erfassen, Während Backup -Mäntel koarigere Sand verwenden (z.B. 30–60 mesh).
Zirkon wird selten in Wasserglasschalen verwendet (Im Gegensatz zu Kieselsalzschalen) aufgrund von Kosten - stattdessen, Billigere Kieselsand werden beschäftigt.
Feiner Aluminiumoxid- oder Titania -Mehl können hinzugefügt werden, um die thermische Schockwiderstand zu verbessern, Aber die Basis ist Kieselsäure.
Die pH -Kontrolle ist in der Aufschlämmung von entscheidender Bedeutung. Der Natriumsilikatbindemittel ist sehr alkalisch, so oft eine kleine Menge an Puffer oder Salz (wie Natriumbicarbonat) wird hinzugefügt, um die Gelzeit anzupassen und sofortige Heilung zu verhindern.
Hersteller überwachen den pH -Wert der Aufschlämmung (oft um 11–12) und Viskosität, um eine konsistente Beschichtungsdicke zu gewährleisten. Übermäßig hohe Alkalität kann dazu führen, dass der erste Schicht auf dem Wachs vorzeitig geliert hat.
In der Praxis, Wasserglasschalen verwenden 4 Zu 7 Beschichtungsschichten (Prime Coat plus mehrere stuckversorgte Mäntel).
Zum Beispiel, Ein anfänglicher Einbruch in einer feinen Kieselsäureschlamm (Dieser „Prime Coat“ sperrt Musterdetails).
Nachfolgende Mäntel verwenden progressiv grobe Sand, um Kraft aufzubauen. Jede Beschichtung muss trocknen (Oft 1–2 Stunden bei Raumtemperatur oder schneller in einem niedrigen Hitzofen) vor dem nächsten Mantel.
Die endgültige Schalendicke befindet sich normalerweise in der Größenordnung von 5 bis 15 mm insgesamt.
Während des Trocknens, Temperatur und Luftfeuchtigkeit werden sorgfältig kontrolliert - zu schnelles Trocknen kann die Schale knacken, während zu langsames Trocknen zu Laufen oder Verzerrungen führen kann.
Im Vergleich zu Kieselstärkenschalen, Wasserglasschalen sind in der Regel stark, aber weniger refraktär.
Fusionskieselsäureschichten geben eine anständige heiße Festigkeit von bis zu ~ 900 ° C, Aber darüber hinaus kann das Natriumsilikatglas -Netzwerk aufweichen.
Dagegen, Silica-Sol-Schalen verwenden häufig Zirkon- und Aluminiumoxidschichten, die oben stabil bleiben 1200 °C.
Mit anderen Worten, Silica-Sol-Formen können den höheren Gusstemperaturen von Superlegierungen besser standhalten, Während Wasserglasschalen in der Regel auf Stähle und Eisen beschränkt sind.
Metalle und Kompatibilität gießen
Wasserglasguss zeichnet sich mit gemeinsamen Eisenlegierungen aus. Typische Stähle sind Kohlenstoffstahl, niedrig- und mittelgroße Stähle, hitzebeständig Edelstähle, und Manganstähle.
Gossen Eisen (Grau und duktil) werden auch allgemein gegossen. Diese Legierungen können in den Bereich von 1400–1600 ° C gegossen werden, ohne die Kieselschale katastrophal zu schädigen (mit geeigneten Wärmeplänen).
Tatsächlich, Wasserglas ist besonders beliebt für Tragen Sie Teile und schwere Komponenten aus Stahl gemacht, Wo die zusätzliche Schalenstärke (Im Vergleich zu Sandguss) und Komplexität zahlen sich aus.
Wasserglas ist weniger geeignet zu reaktiven oder leichten Metallen. Aluminium- und Magnesiumlegierungen, Zum Beispiel, erfordern sehr trocken, Muscheln reinigen.
Jede Feuchtigkeit oder Soda in der Schale kann eine Wasserstoffporosität im Aluminium erzeugen oder Oxidation verursachen.
Titan und andere reaktive Legierungen erfordern normalerweise Silica-Sol- oder Keramikschalensysteme (oder Vakuumschmelzen) Weil Wasserglasschalen nicht die erforderliche Trägheit oder Reinheit haben.
(Praktisch, Titanguss verlorene Wachs wird fast ausschließlich mit feuerfestem Zirkon-/Aluminiumoxid-Shell-System durchgeführt, kein Wasserglas.)
Daher, Metallurgische Kompatibilität ist eine wichtige Überlegung: Wasserglas wird ausgewählt, wenn das Gussmetall mit Kieselsäure kompatibel ist (Eisensysteme) und die Prozesswirtschaft ist erforderlich.
In Bezug auf die Metallurgie, Wasserglasschalen können die Gießqualität beeinflussen.
Zum Beispiel, Kohlenstoffstähle können an der Schalengrenzfläche geringfügig Vergaserung erfahren, wenn sie mit angesachter Wasser enttäuscht werden, So wird neutrales Wasser verwendet.
Die Gasdurchlässigkeit der Keramik hilft beim Ableiten von Wasserstoff und Gas; Jedoch, Jeder unzureichende Dewachs oder Feuchtigkeit kann Gassporosität erzeugen.
Die Schrumpfungsporosität wird wie gewohnt über Riser und Lüftungsschlitze verwaltet.
Im Allgemeinen, Wasserglasabgüsse verhalten sich metallurgisch wie andere Präzisionsgüsse desselben Metall.
Richtige Prozesskontrollen (wie Vakuum oder inerte Atmosphäre, das für bestimmte Stähle gießt) kann bei Bedarf angewendet werden, sind aber unabhängig vom Bindertyp.
Maßgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit
Wasserglas -Investitionsgüsse erreichen eine mäßige Präzision. Dimensional Toleranzen sind normalerweise ISO CT7-CT9 für allgemeine Dimensionen. (Für feine Wände, Toleranz kann sich zu CT9 oder CT10 entspannen.)
Um dies ins rechte Licht zu rücken, Iso ct7 auf a 50 Die MM -Funktion ermöglicht eine Abweichung von ± 0,10 mm, während CT6 ± 0,06 mm betragen würde.
In der Praxis, Kleine Teile und gut kontrollierte Prozesse können CT6-CT7 nähern,
Aber größere oder komplexere Gussteile befinden sich oft im CT8-CT9-Bereich.
Dies ist vergleichbar mit feinen Sandguss -Toleranzen.
Dagegen, High-End-Kieselgüsse können CT4-CT6 in kleinen Abmessungen erreichen, Das Wasserglas ist also um etwa eine Toleranzqualität weniger genau.
Qualitätsbewusste Geschäfte geben die auf ISO basierenden Toleranzen an 8062, Oft bemerken „CT8“ als Grundlinie für Wasserglasprozesse.
Oberflächenbeschaffung ist ebenfalls grobiger als Silica-Sol, aber glatter als Sandguss. Typisch Oberflächenrauheit Für Wasserglasgüsse steht in der Reihenfolge von Ra 6–12 μm (250–500 min).
Eine Gießerei berichtete, dass Wasserglasgüsse ungefähr ra = erreichten 12.5 μM bei Vergleichstests. Im Gegensatz, Teile von Silica-Sol können RA 3–6 μm erreichen.
Die höhere Rauheit von Wasserglas ist auf die größeren Korngrößen in der Schale und die Art des Natriumsilikat-Bindemittels zurückzuführen.
Faktoren, die das Finish beeinflussen, Stuckkorngröße, Schalendicke, und Musterqualität.
Zum Beispiel, Feinere Prime-Schichten und zusätzliche Hauptschichten können die Oberflächenqualität verbessern.
Dennoch, Designer sollten eine rauere Anfangsfläche erwarten: Typische Gussteile benötigen häufig leichte Schleifen oder Bearbeitung, um die Glätte um RA 3–6 μm für kritische Oberflächen zu erreichen.
Genauigkeit verwalten, Die meisten Geschäfte verwenden dimensionale Inspektion (Bremssättel, CMM, Messgeräte) auf Erstpartnungen und Produktionsproben.
Da das Wachsmuster und der Baum eine gewisse Variabilität einführen, Eine sorgfältige Layout und eine Schrumpfkompensation sind erforderlich.
Die Koeffizienten der thermischen Kontraktion für Stahl (um 1.6 mm/m · 100 ° C.) werden verwendet, um Muster zu skalieren. Prozessdokumentation definiert Schrumpffaktoren und Toleranzen pro ISO.
Qualitätskontrolle und Inspektion
Qualitätskontrolle in Wasserglasspiegeln andere Gießerei-Disziplinen. Kritische Schritte werden in mehreren Phasen inspiziert:
- Schaleninspektion: Vor dem Gießen, Muscheln werden auf Risse untersucht, Blasen, oder unvollständige Beschichtung.
Auftragnehmer messen häufig die Schalendicke mit Ultraschallmessgeräten und vergewissern sich, dass jede Schicht gleichmäßig ist. Jede Delaminierung oder Striclöcher können Gussfehler verursachen.
Behälter von nassen Aufschlämmung werden auf pH und Festkörper überwacht; Variationen können schwache Muscheln erzeugen. Trockneröfen werden auf eine gleichmäßige Wärmeverteilung überprüft. - Dimensionalprüfungen: Nach Shakeout und Beendigung, Die Gussteile werden an Konstruktionsabmessungen gemessen.
Teile der ersten Artikeln werden typischerweise einer CMM-Inspektion durchgeführt, um kritische Dimensionen innerhalb der angegebenen Toleranzklasse zu überprüfen (z.B. ISO CT8).
Einfache Messblöcke oder Steckermessgeräte werden für Lochdurchmesser verwendet. Weil die Baumheime und das Wachsschrumpfung kleine Fehler hinzufügen, Es ist üblich, Muster -Master -Dimensionen anzupassen, wenn der Auslauf auftritt. - Defekterkennung: Wasserglasgüsse können Defekte wie Gasporosität erleiden, Einschlüsse, oder Schalenfusionsfehlerfehler.
Häufige Inspektionsmethoden sind Röntgen-/Radiographie (Innenhöhlen oder Einschlüsse finden), Fluoreszenzdurchdringung (für Oberflächenrisse und Porosität), und Magnet-Partikel-Tests (für Eisen).
Gegebenenfalls, Drucktests oder Durchflusstests werden angewendet. Metallurgische Analyse (Makroätzer, Aufnahmen) kann während der Prozessentwicklung verwendet werden.
Alle Tests sollten die Standards verweisen (z.B. ASTM E165 für das Penetrieren, ASTM E446 für die Radiographie) Akzeptanz definieren. - Prozessdokumentation: Strikte Rückverfolgbarkeit werden auf Wasserglasabgüssen gehalten. Aufzeichnungen umfassen die Verhältnis von Gräuy -Mixen, Heilungspläne, und Ofenzeiten.
Viele Gießereien verwenden In-Process-Checklisten (Temperaturprotokolle für Entwachsernöfen, Luftfeuchtigkeitsprotokolle für Trocknen von Räumen, und Bindernutzungsprotokolle).
Für hochverträgliche Teile (z.B. Luft- und Raumfahrtkomponenten), Eine vollständige Wärmecode und eine chemische/physikalische Zertifizierung begleiten das Teil.
ISO 9001 oder NADCAP -Standards können Dokumentation in kritischen Industrien regeln.
Gesamt, Die Kontrollphilosophie besteht darin, jeden Schritt so zu standardisieren, dass jeder Gussfehler auf seine Grundursache zurückverfolgt werden kann (z.B. eine instabile Aufschlämmung oder ein fehlender Trocknungszyklus).
Wirtschaftliche Überlegungen
Wasserglas verlorenes Wachsguss wird für geschätzt Wirtschaftlichkeit in geeigneten Anwendungen. Zu den wichtigsten wirtschaftlichen Faktoren zählen materielle Kosten, Arbeit, Zykluszeit, und Rendite:
- Materialien: Natriumsilikatbindemittel und Quarzsand sind im Vergleich zu kolloidalen Kieselsäure und Zirkon kostengünstig.
Zum Beispiel, Natriumsilikatlösung kann einige Cent pro Kilogramm kosten, während kolloidale Silica -Bindemittel eine Größenordnung mehr kosten.
Die verwendeten Salze oder Beschleuniger sind minimal. Wachsmuster (Vor allem, wenn 3D-gedruckt) Kosten hinzufügen, Aber der Ertrag ist hoch.
Es gibt einige Schrottkeramikabfälle (gebrochene Hülle) aber es kann oft als Sand recycelt werden. Gesamt, Verbrauchsmaterialien sind kostengünstig. - Arbeits- und Verarbeitungszeit: Der Bau einer Wasserglasschale ist arbeitsintensiv, Erfordernde mehrere Dips und Trocknungszyklen.
Zykluszeiten von 24–72 Stunden Vom Wachsbaum zum Gießen sind typisch (schneller als High-Temp-Silica-Sol, die längere Heilmittel dauern können).
Der feuchte Dewax -Schritt ist länger (Eintauchen gegen offene Flamme verbrennen), Aber dies ist normalerweise ein Übernachtungsgaser. Arbeit wird für die Mustervorbereitung benötigt, Beschichtung/Stuckbetrieb, und Shakeout.
Trotz dieses, Die niedrigeren Werkzeugkosten und die reduzierte Bearbeitung gleichen häufig höhere Arbeitskräfte aus.
In einem Kostenmodell, Wasserglas kann wettbewerbsfähig sein, wenn ein Teilvolumen einige hundert pro Jahr überschreitet, Besonders für schwere oder komplexe Teile, die im Sand- oder Sterbungsguss sehr teuer wären. - Durchsatz: Einzelne Wasserglaslinien können kontinuierlich laufen, aber jeder Build (Schalenbelastung, Dewax, Feuer, gießen, ausschlagen) verarbeitet nur die Teile an diesem Baum.
Durchsatz ist moderat; Nur wenige Hundert Kilogramm Gastungen pro Charge könnten normal sein. Jedoch, Automatisierung gibt es für Wachsinjektion und Schalensprühen.
Der einschränkende Schritt ist oft dewaxiert und schießt, Dies kann Stapelöfen mit definierten Lasten sein. Effektive Planung (Bäume stapeln) kann die Nutzung verbessern. - Rendite und Schrott: Weil der Prozess präzise ist, Schrottraten können niedrig sein, wenn sie kontrolliert werden. Jedoch, Jeglicher Schalenriss oder Metall-Lecks-durch.
Fehler aufgrund von Schalenfehlern (z.B. Post-Dewax Cracking) werden durch enge Prozesskontrolle minimiert.
Im Vergleich zum Sandguss, Wasserglas hat im Allgemeinen eine höhere Ausbeute, da Teile leichter zu reinigen und nahezu Netzform.
Im Vergleich zu Kieselsäure Sol, Ausbeute ist ähnlich oder etwas niedriger (Kieselsalzschalen können von Dewachsproblemen mehr verzeiht werden).
Ein raues Kostenvergleich könnte zeigen, dass Wasserglasguss sein kann 50–70% billiger pro Teil als Kieselsalzguss für Stahlteile mittelprezisionsübergreifend,
Aufgrund von niedrigeren Material- und Werkzeugkosten, wenn auch mit bescheidenem Verlust der Oberflächenqualität.
Es ist teurer als billiges Sandguss pro Einheit, Aber weil endgültige Teile viel weniger Bearbeitung benötigen, Die Gesamtkosten mit fertigem Teil kann wettbewerbsfähig sein.
Zusamenfassend, Durch das Wasserglasguss können Unternehmen die Kosten von Maschinenstunden auf die Zeit verlagern,
Dies ist oft vorteilhaft für Teile, die komplex oder niedrig genug sind, dass dedizierte Werkzeuge nicht gerechtfertigt sind.
Industrielle Anwendungen
Wasserglas-Investitionskaste findet seine Nische in Hochleistungs- und komplexe Komponenten über mehrere Branchen. Bemerkenswerte Anwendungen umfassen:
- Maschinen und schwere Ausrüstung: Komponenten für den Bergbau, Öl & Gas, und Baumaschinen verwenden oft Wasserglasguss.
Zum Beispiel, Getriebe, Gehäuse pumpen, Ventile, und Anspker in diesen Sektoren profitieren von der Stärke von Stahl und der geometrischen Investitionsfreiheit.
Wasserglasguss rostfreier Stahlventilrohranschluss - Landwirtschaftliche Teile: Teile wie Traktorgehäuse, Pflügenkomponenten, Auf diese Weise werden schwere Verknüpfungen für landwirtschaftliche Geräte hergestellt.
Die Fähigkeit, duktile Eisen- oder niedriglegale Stahlformen zu gießen (z.B. Teile, Samenbohrteller) mit komplizierten Profilen ist ein wesentlicher Vorteil. - Automobil: Obwohl nicht häufig für Massenproduktionsteile üblich, Wasserglasabguss wird in mit niedrigem Volumen Automobil- oder LKW-Komponenten verwendet (z.B. Kleine Stapel von Lenkknöcheln, schwere Suspensionsarme, Bremskomponenten für Spezialfahrzeuge).
Seine Präzision übertrifft das Sandguss für kritische Anpassungen, dennoch bleibt für moderate Läufe kostengünstig. - Industrieventile und Pumpen: Gusseisen- und Stahlventile, Körper pumpen, und Flansche stammen oft aus Wasserglas-Investitionsformen.
Diese Teile benötigen komplexe interne Durchgänge und eine gute Oberfläche (Leckage zu vermeiden) -Wasserglasguss liefert Ventile, die für die Bearbeitung ohne Kerne bereit sind. - Bau- und architektonische Gussteile: Gelegentlich, dekorative oder strukturelle Eisen/Stahlelemente (wie Flansche, Hardware, oder verzierte Stützen) werden über Wasserglas gegossen.
Der Prozess kann feine künstlerische Details erfassen, während er erschwinglicher Sand verwendet, Machen Sie es für Spezialgüsse geeignet (z.B. Bronzeersatz in architektonischen Elementen). - Offshore- und Seekomponenten: Wie von Branchenquellen erwähnt, Teile für Anhänger, Kräne, und Marine -Rigs nutzen diese Methode zur Haltbarkeit in harten Umgebungen.
Gesamt, Wasserglasguss wird in Branchen ausgewählt, die nachfordern robuste Eisengüsse mit moderaten Details zu angemessenen Kosten.
Es konkurriert mit dem Sandguss, wenn eine höhere Genauigkeit oder ein Detail mit Netto-Form erforderlich ist, und es konkurriert mit einem Investitionsguss von Kieselsäuren, wenn große oder Budgetbeschränkungen die letzteren zu kostspielig machen.
Vergleichende Analyse
Im Vergleich zu anderen Gussmethoden, Wasserglas-Investitionskaste nimmt einen Mittelweg ein:
Wasserglas vs Kieselsäure-SOL-Investitionskaste:
Kieselsäure-Sol (kolloidaler Silica-Bindemittel mit Zirkonmehl) erzeugt das beste Detail, Beste Oberflächenbeschaffung (Ra nur 3–6 μm), und engere Toleranzen (ISO CT4-CT6).
Jedoch, es ist teurer: Kieselsäure -Sol -Lösungen und Zirkonsand kosten deutlich mehr, und der Prozess erfordert Flammenburnout und höhere Schusstemperaturen.
Wasserglasguss, dagegen, hat einen groben Finish (~ Ra 6–12 μm) und breitere Toleranzen (CT6-CT9), verwendet aber billige Materialien und einen einfacheren Dewachs.
Wasserglasschalen tendieren auch in der Handhabung vor dem Eingießen stärker (Sie sind nach dem Trocknen sehr starr) und kann dicker sein, was schweren Gussgutungen profitiert.
Zusammenfassend, Silica-Sol wird für hohe Präzision ausgewählt, Kleinteile; Wasserglas wird für größer ausgewählt, schwierige Komponenten, bei denen Oberflächenbeschaffung geopfert werden kann.
Wasserglasanlageguss vs Sand Casting:
Sandguss (grüner Sand oder chemisch gebunden) ist der niedrigste Preis, flexibelste Schimmelpilze für große Teile.
Jedoch, Sandgüsse haben sehr raue Oberflächen (Ra > 25 μm, Oft 50–100 μm) und lose Toleranzen (Iso ct11 oder schlechter).
Wasserglasguss liefert eine deutlich bessere Oberfläche und Genauigkeit (Wie oben erwähnt) zu höheren Kosten.
Wenn für ein Sandkastenteil umfangreiche Bearbeitung oder Reparatur erforderlich ist (Wie Schweißen in Kernen), Es kann billiger sein, Wasserglas zu verwenden.
Auch, bestimmte komplexe Formen (dünne Wände, innere Hohlräume) sind hart oder unmöglich in Sand ohne Kerne; Wasserglas erzeugt leicht solche Formen.
Der Kompromiss ist, dass Sandgusswaage für extrem hohe Volumen besser (Würfelformen oder Formen, die viele Male verwendet werden können),
während Wasserglas auf etwa beschränkt ist 150 kg pro Form und benötigt mehrtägige Zyklen.
Schalenfestigkeit und thermisches Verhalten:
Wasserglasschalen bestehen aus Fusions-Silica-Schichten, die etwas weniger refraktär sind als die Zirkon- oder Aluminiumoxidschichten, die häufig in Silica-Sol-Schalen verwendet werden.
Dies bedeutet, dass Wasserglasschalen typischerweise eine geringere maximale Servicetemperatur haben und möglicherweise mehr Metall-Schalen-Reaktion in sehr heißen Gießen ermöglichen.
In der Praxis, obwohl, Beide Methoden produzieren Muscheln, die den Temperaturen der Stahl/Eisenguss leicht standhalten.
In Bezug auf die Stärke, Sowohl Silica-Sol- als auch Wasserglasschalen sind nach dem Schießen starr, Aber Silica-Sol kann die strukturelle Integrität bei höheren Temperaturen aufrechterhalten.
Beste Anwendungsfälle:
Beste Verwendungszwecke zusammenfassen, Wasserglasguss ist ideal für mittel bis große Stahl/Eisen -Teile, in denen hohe Präzision nicht kritisch ist,
wie Pumpengehäuse, Ausrüstung Blankchen, Schwere Maschinenteile, und jede Komponente, bei der Gipsfunktionen Schweißen sparen.
Silica-Sol ist am besten für Klein- bis mittelschwere Teile (Luft- und Raumfahrtkomponenten, Schmuck, medizinische Implantate, Kleine rostfreie Teile).
Green-Sand-Casting-Siege für massive schwere Teile oder extrem große Volumina, bei denen keine enge Details benötigt werden (z.B. große Gehäuse, Motorblöcke, Pumpenhülsen in Schüttung).
Die folgende Tabelle zeigt einige vergleichende Metriken:
- Oberflächenrauheit (Typische ra): Kieselsäure-Sol ~ 3–6 μm; Wasserglas ~ 6–12 μm; grüner Sand >25 μm.
- Dimensionstoleranz: Kieselsäure-SOL ISO CT4-CT6; Wasserglas ~ CT6-CT9; Grüner Sand CT11 - CT12 (Sehr locker).
- Materialkosten: Niedrig für Sand, Mittel für Wasserglas, Hoch für Silica-Sol. Natriumsilikatbindemittel ist sehr billig, während kolloidaler Kieselsäure -Bindemittel teuer ist.
- Schalenfestigkeit: Gut für Silica-Sol bei High t, Mittel für Wasserglas. Zirkon/Aluminiumoxidschalen (Kieselsäure-Sol) eine höhere Feuchtigkeit haben.
- Produktionsskala: Wasserglasanzüge kleine bis mittlere Volumina (Dutzende bis Tausende pro Jahr), Besonders wenn Teile schwer sind. Kieselsäure-Sol-Anzüge kleine/Präzisionsläufe; Sand passt zu großen Bänden.
Gesamt, Wasserglasbrücken eine Lücke: es bietet bessere Kontrolle und Finish als Sandguss, Aber niedrigere Kosten als Silica-Sol.
Wenn die Entwurfsanforderungen moderat sind und die Budgets eingeschränkt sind, Es ist oft die wirtschaftlichste Präzisionstechnik.
Abschluss
Wasserglas (Natriumsilikat) Investitionsgast ist a kostengünstig Präzisionsguss Prozess optimiert für Eisen, Komplexe Komponenten.
Durch die Verwendung kostengünstiger Bindemittel und Sand, Es ermöglicht den Herstellern, mit angemessenen Toleranzen Stahl- und Eisenteile in der Nähe von Nähernetz zu erreichen (ISO CT7-CT9) und endet (Ra ~ 6-12 μm) zu einem Bruchteil der Kosten für Kieselsalzguss.
Die Stärken des Prozesses sind seine materielle Wirtschaftlichkeit, Starke Schalensteifigkeit, und Fähigkeit, komplexe Geometrien ohne Kernsturz zu produzieren.
Die Haupteinschränkungen sind eine rauere Oberflächenfinish und eine geringere Hochtemperaturstabilität, die es auf mittlere Präzision beschränken, Hochleistungsanwendungen.
Ich freue mich auf, Wasserglasguss bleibt für Anwendungen wie Maschinen relevant, Kfz -Unterassemblys,
Agrar- und Bauanlagen, und alle Teile, die von einem guten Kompromiss von Details und Kosten profitieren.
Laufende Verbesserungen (wie optimierte Silikatformulierungen und automatisierte Schalenbeschichtung) kann seine Genauigkeit etwas höher drücken.
Trotzdem, Ingenieure sollten die Teile sorgfältig mit dem Prozess anpassen: Verwenden Sie Wasserglas, wenn Komplexität und Wirtschaft von Stahl/Eisen Anforderungen dominieren,
Kieselsäure-Sol wann Ultra-Feindetails oder spezielle Legierungen sind benötigt, und Sand wann bloße Volumen oder Größe Präzision überschreiben.
Gesamt, Wasserglas-Investitionsguss ist ein reifer, Gut verstandene Technik.
Die fortgesetzte Verwendung wird durch die weltweite Nachfrage nach robust, Eindringlich geformte Metallteile bei mäßigen Toleranzen und Wettbewerbskosten.
Ordnungsgemäße Anwendung seiner Chemie- und Prozesskontrollen - und gründliche Inspektion - ergibt konsistent, hochwertige Gussteile für eine breite Palette von industriellen Bedürfnissen.
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