Casting de inversión en vidrio de agua (también conocido como fundición de silicato de sodio) es una forma de fundición a cera perdida que utiliza una carpeta de silicato de sodio soluble en agua en la cáscara de cerámica.
Como uno de los dos principales métodos de lanzamiento de inversiones (el otro es sol de sílice), Proporciona un equilibrio de precisión y rentabilidad..
Originario de técnicas tradicionales de cera perdida en Asia y Europa, La fundición de vidrio de agua ganó la tracción industrial en el siglo XX, ya que las fundiciones buscaban una alternativa de menor costo a los procesos de la sílice coloidal.
Mediante el uso de materiales comunes (cuarzo o arena de sílice con carpetas de silicato alcalino), Este proceso es muy adecuado para la precisión media, piezas de alta complejidad donde los presupuestos son más estrictos.
Las fundiciones típicas de vidrio de agua van desde unos pocos cientos de gramos hasta 150 kg, con dimensiones máximas alrededor de 1 m, haciéndolo ideal para más grande, componentes sensibles a los costos.
¿Qué es la fundición de inversión en vidrio de agua??
La fundición de vidrio de agua es una variante de inversión de precisión (cera perdida) casting en el que silicato de sodio ("Vidror de agua") sirve como la carpeta de cerámica.
En la práctica, cera (o plastico) Los patrones se hacen y ensamblan en un árbol.
Los patrones son repetidamente recubierto en una lechada de partículas refractarias finas unidas en solución de silicato de sodio, luego cubierto con capas de estuco progresivamente más gruesas para acumular la carcasa.
Una vez que la carcasa cura, la cera se derrite o se hierve, Dejando una cavidad de moho hueco. Metal fundido (típicamente aleaciones de acero o hierro) se verta en esta cáscara de cerámica.
Después de la solidificación, el caparazón se rompe para revelar la parte del elenco. En breve, La inversión de vidrio de agua "invierte" un maestro de cera en una cerámica a base de sodio en silicato para formar el molde.
En comparación con el lanzamiento de la inversión de sílice-sol (que utiliza sílice coloidal y arenas a base de circón), El método de vidrio de agua intercambia cierta calidad de superficie para un costo de material más bajo y un procesamiento más simple.
Por qué usar vidrio de agua?
La fundición de vidrio de agua es popular porque reduce el costo y el procesamiento en relación con otros métodos de precisión.
La carpeta de silicato de sodio y las arenas de sílice convencionales son económicas y fáciles de manejar, Por lo tanto, las herramientas y los materiales cuestan mucho menos que para las conchas coloidales de sílica.
Por ejemplo, Los sistemas de vidrio de agua evitan el alto gasto de Silica Sol y las arenas especiales, produciendo un costo de inversión por parte más bajo.
El proceso también Elimina muchas operaciones secundarias: Las piezas salen cerca de la red (a menudo requiere poca soldadura o mecanizado).
En la práctica, Los fundiciones de vidrio de agua pueden capturar geometrías muy complejas (con socios y redes delgadas) sin núcleos, simplificando el diseño.
Según fuentes de la industria, Ofertas de fundición de vidrio de agua "Diseño complejo sin ángulos de borrador" y "Mayor precisión en comparación con la fundición de arena",
mientras evita los núcleos caros, moldes, o soldaduras que necesitan muchas partes grandes de fundición a arena.
Esta flexibilidad lo hace atractivo para Producción a pequeña a mediana carrera donde los costos de herramientas deben minimizarse.
Al mismo tiempo, Las piezas de vidrio de agua son generalmente más preciso que la fundición de arena.
Las tolerancias dimensionales típicas están en el rango de ISO CT6-CT9, Las clases de tolerancia de fundición de arena fina o las clases de casting de inversión de gama baja o clases de inversión de gama baja.
Los acabados superficiales son correspondientemente moderados: aproximadamente RA ~ 6-12 μm (Son 250–500 μt),
Mejor que la fundición de arena verde pero más ásperas que las fundiciones de inversión de sílice-sol.
En breve, La fundición de vidrio de agua se elige cuando se necesita las formas complejas y el trabajo secundario reducido de la fundición de cera perdida,
Pero el presupuesto más estricto o el tamaño más grande hacen que el proceso de sílice-sol de mayor cosa sea poco práctico.
Descripción general del proceso
La fundición de inversión de vidrio de agua sigue el procedimiento general de cera perdida con algunas diferencias en los materiales de moho:
Patrón de cera y conjunto de árboles.
Se produce un patrón maestro (por moldeo por inyección, 3impresión D, o escultura de manos) y un patrón dado/molde hecho si es necesario.
Las réplicas de cera de la parte se crean a partir de este maestro. Múltiples patrones de cera son entonces ensamblado en un bisquejo común (formando un "árbol") Usar puertas de cera y comederos.
Este clúster de cera formará muchas fundiciones en un vertido. Las superficies de cera están "vestidas" para eliminar costuras o defectos, produciendo un acabado como se obtiene en cada patrón.
Edificio de conchas (Revestimiento cerámico).
El conjunto de cera se sumerge repetidamente en una suspensión refractaria de arena muy fina o harina de circón suspendida en una solución diluida de silicato de sodio.
Cada salsa recubre la cera en una delgada capa de cerámica (a menudo 0.5-1 mm) Antes del estuco con arena más gruesa.
Después de drenar el exceso de suspensión, a capa de estuco (Gránulos de arena de sílice más grandes) se aplica mediante lecho de vertido o fluidizado para unirse a la lechada pegajosa.
Luego se permite que el clúster se endurezca (a menudo se secó al aire o se cura al aire bajo). Este ciclo seco de abrigo se repite típicamente 4–7 veces Para alcanzar el grosor de la carcasa necesario (generalmente de 5 a 15 mm en total).
Durante esta secuencia, Los abrigos posteriores usan refractarios más gruesos y a veces diferentes (p.ej. Fina sílice primeras capas para obtener detalles, arena de cuarzo grueso en capas de respaldo) Para maximizar la resistencia y la permeabilidad.
En procesos de vidrio de agua, Las arenas de cuarzo/sílica fusionada y los alumino-silicatos son refractarios comunes. Toda la carcasa finalmente se seca a fondo (A veces en los hornos controlados por la humedad) Para eliminar la humedad.
Rociando y disparando.
La carcasa de cerámica endurecida se desprende por derretir la cera fuera del molde.
A diferencia de las conchas de sílice-sol (que generalmente quema cera en un horno de agotamiento o con llama), Las conchas de vidrio de agua son a menudo sumido en agua caliente o expuesto al vapor para derretir la cera.
El propósito es eliminar rápidamente la cera mientras minimiza el estrés de la carcasa. (Las cáscaras de silicato de sodio son más rígidas cuando se fríos).
Después de rociar, el caparazón es despedido (sinterizado) a alta temperatura (a menudo 800–1000 ° C) Para fortalecer la cerámica y quemar cualquier orgánico restante.
Esto también hace que la carpeta de silicato de sodio se sinter, formando un rígido, moho permeable a gas.
Vertido de metal.
El metal fundido se vierte en la cubierta precalentada de la manera habitual. Porque las cáscaras de vidrio de agua usan arenas de sílice convencionales, Su capacidad de calor y conductividad térmica son similares a los moldes de arena.
La carcasa admite el metal hasta la solidificación (con cavidades de contracción mínimas si se usan elevadores).
Eliminación y acabado de concha.
Una vez sólido, La carcasa de cerámica se elimina por medios mecánicos (p.ej. disparo, vibración o martilleo) Para revelar las partes delenco.
Se limpia la arena de cuarzo residual. El árbol de fundición se corta, y las puertas y los elevadores se recortan.
Final refinamiento puede incluir molienda, Mecanizado CNC, y tratamientos superficiales según sea necesario.
Porque el acabado inicial de la carcasa es moderado, Las fundiciones de vidrio de agua a menudo requieren un poco de rectificado de superficie o mecanizado, pero menos que los fundiciones de arena verde.
Crucialmente, El proceso de vidrio de agua difiere de un proceso de sola sola principalmente en Método de aglutinante y degrabación.
En la fundición de vidrio de agua, silicato de sodio (silicato álcali) Conjuntos secando y curando, Mientras que la sola-sol (sílice coloidal) Las conchas se endurecen principalmente por la gelificación.
El despido se realiza con agua caliente (a Rocío) en lugar de llama. Estas diferencias afectan el tiempo y la calidad del ciclo..
Por ejemplo, Wet-Dewax es más suave en conchas frágiles, Pero requiere un manejo de agua residual. También, Las cáscaras de vidrio de agua generalmente tienen una estabilidad térmica más baja que las conchas de sílice-sol que contienen circón, Como se discute a continuación.
Sistema de carpeta
La carpeta en la fundición de vidrio de agua es Solución de silicato de sodio (COMERCAMENTE NA₂OI · Correa). Químicamente, El vidrio de agua es altamente alcalino (ph ~ 11-13) y hecho con una cierta relación sílice a soda.
Las formulaciones típicas van desde un 2:1 a 3.3:1 Sio₂:Relación de peso na₂o (a menudo expresado por módulo, p.ej. M = 2.0 significa sobre 2.3 Partes sio₂ por na₂o).
Las propiedades clave de control de contenido de relación y sólidos. Proporciones más bajas (Más na₂o) dar una lechada más fluida y más rápida, pero también una carpeta más higroscópica y de baja fractoridad.
Proporciones más altas (Más sio₂) aumentar la resistencia al calor y un pH más bajo.
El vidrio de agua es delgado (viscosidad similar al agua) y cura por evaporación y calor suave. Mientras se seca, Forma una red rígida de vidrio de silicato amorfo.
La carpeta es higroscópica, Por lo tanto, las conchas deben secarse a fondo antes de disparar o exposición al aire o agua húmeda, o pueden volver a suavizar y degradar.
Al servicio, La humedad residual puede provocar bolsillos de vapor o porosidad si el metal se vierte demasiado caliente. La etapa de curado generalmente incluye hornear a 100–200 ° C para endurecer la carcasa por completo y expulsar la humedad.
Las ventajas de los aglutinantes de silicato de sodio incluyen su bajo costo, Ilimitada "Vida en plataforma", y facilidad de uso (Sin solventes tóxicos o catalizadores ácidos).
Se establecen mediante secado simple (o con una cura de sal) y produce conchas muy rígidas.
Sin embargo, existen limitaciones: Su alta alcalinidad puede atacar granos refractarios o metal (Especialmente aluminio, causando recolección de gas), y su naturaleza vidriosa ofrece una fuerza más baja en la temperatura que las conchas de sílice-sol.
En general, Las cáscaras de vidrio de agua se ablandan si se calientan por encima de ~ 800–900 ° C, Entonces se adaptan a las aleaciones de acero/hierro, pero son marginales para aleaciones muy calientes.
A pesar de esto, El silicato de sodio sigue siendo un carpeta probada en la industria. Es uno de los tres aglutinantes convencionales (junto con silicato etílico y sílice coloidal) comúnmente citado para la fabricación de moho de inversión.
Materiales de conchas y técnicas de construcción
La cáscara para la fundición de vidrio de agua se construye casi por completo a partir de refractarios basados en sílice. En la práctica, Los materiales principales son arena de sílice o cuarzo (fusionado o cristalino), posiblemente mezclado con alumino-silicatos.
Tamaños de partículas típicos para Prime (bien) los abrigos pueden ser de 100–200 malla (75–150 μm) Para capturar detalles, mientras que las capas de respaldo usan arena más gruesa (p.ej. 30–60 malla).
El circón rara vez se usa en conchas de vidrio de agua (A diferencia de las conchas de sílice-sol) Debido al costo, en cambio, Se emplean arenas de sílice más baratas.
Se puede agregar harina de alúmina o titania más fina para mejorar la resistencia al choque térmico, Pero la base es la sílice.
El control de pH es crucial en la lechada. La carpeta de silicato de sodio es muy alcalino, Tan a menudo una pequeña cantidad de amortiguador o sal (como bicarbonato de sodio) se agrega para ajustar el tiempo de gel y evitar la cura inmediata.
Los fabricantes monitorean el pH de la suspensión (a menudo alrededor de 11-12) y viscosidad para garantizar un grosor de recubrimiento constante. La alcalinidad demasiado alta puede hacer que la primera capa se gel a gel prematuramente en la cera.
En la práctica, Uso de conchas de vidrio de agua 4 a 7 capas de recubrimiento (Prime Coat más varias capas respaldadas por estuco).
Por ejemplo, Una caída inicial en una lechada de sílice fina es seguida por estuco con arena de cuarzo fino (Esta "capa principal" se bloquea en detalles de patrones).
Las capas posteriores usan arenas progresivamente más gruesas para generar fuerza. Cada revestimiento debe secarse (A menudo de 1 a 2 horas a temperatura ambiente o más rápido en un horno de calor bajo) Antes de la siguiente capa.
El grosor de la carcasa final generalmente está en el orden de 5 a 15 mm en total.
Durante el secado, La temperatura y la humedad se controlan cuidadosamente: el secado demasiado rápido puede romper la carcasa, mientras que el secado demasiado lento puede causar correr o distorsión.
En comparación con las conchas de sílice-sol, Las conchas de vidrio de agua tienden a ser fuerte pero menos refractario.
Las capas de sílice fusionadas dan una resistencia caliente decente de hasta ~ 900 ° C, Pero más allá de eso, la red de vidrio de silicato de sodio puede comenzar a ablandar.
En contraste, Las conchas de sílice-sol a menudo usan capas de circón y alúmina que permanecen estables arriba 1200 °C.
En otras palabras, Los moldes de sílice-sol pueden resistir mejor las temperaturas de vertido más altas de las superaltas, Mientras que las conchas de vidrio de agua generalmente se limitan a aceros e planchas.
Casting metales y compatibilidad
La fundición de vidrio de agua sobresale con aleaciones ferrosas comunes. Los aceros típicos incluyen acero carbono, bajo- y aceros de aleación media, a prueba de calor aceros inoxidables, y aceros de manganeso.
Lanzar planchas (gris y dúctil) también son comúnmente elegidos. Estas aleaciones se pueden verter en el rango de 1400–1600 ° C sin dañar catastróficamente la carcasa de sílice (con horarios de calor adecuados).
De hecho, El vidrio de agua es especialmente popular para usar piezas y componentes pesados hecho de acero, Donde la fuerza adicional del caparazón (en comparación con el fundido de arena) y la complejidad vale la pena.
El vidrio de agua es menos adecuado para metales reactivos o ligeros. Aleaciones de aluminio y magnesio, Por ejemplo, Requerir muy seco, conchas limpias.
Cualquier humedad o refresco en la concha puede generar porosidad de hidrógeno en aluminio o causar oxidación.
El titanio y otras aleaciones reactivas generalmente exigen sistemas de sílice de sílice o concha de cerámica (o vacío derretido) Porque las cáscaras de vidrio de agua no tienen la inercia o pureza requerida.
(Prácticamente, La fundición de titanio de cera perdida se realiza casi exclusivamente con sistemas de circón/alúmina de alúmina refractarios, No vidrio de agua.)
De este modo, La compatibilidad metalúrgica es una consideración clave: El vidrio de agua se elige cuando el metal fundido es compatible con sílice (sistemas ferrosos) y la economía del proceso es necesaria.
En términos de metalurgia, Las cáscaras de vidrio de agua pueden influir en la calidad de la fundición.
Por ejemplo, Los aceros de carbono pueden sufrir una ligera carburación en la interfaz de la carcasa si se desprende con agua acidificada, Entonces se usa agua neutral.
La permeabilidad al gas de la cerámica ayuda a respirar hidrógeno y gas; sin embargo, Cualquier despojo o humedad inadecuada puede producir porosidad de gas.
La porosidad de contracción se gestiona a través de elevadores y respiraderos como de costumbre.
En general, Las fundiciones de vidrio de agua se comportan metalúrgicamente como otras fundiciones de precisión del mismo metal: la química de la carcasa tiene un efecto de aleación mínimo, pero puede alterar ligeramente la descarburización de la superficie.
Controles de proceso adecuados (como vacío o inerte-atmósfera vertiendo para ciertos aceros) se puede aplicar según sea necesario, pero son independientes del tipo de carpeta.
Precisión dimensional y acabado superficial
Las fundiciones de inversión de vidrio de agua logran una precisión moderada. Dimensional tolerancias son típicamente ISO CT7-CT9 para dimensiones generales. (Para paredes finas, La tolerancia puede relajarse a CT9 o CT10.)
Poner esto en perspectiva, ISO CT7 en un 50 La función MM permite una desviación de aproximadamente ± 0.10 mm, mientras que CT6 sería ± 0.06 mm.
En la práctica, Las piezas pequeñas y los procesos bien controlados pueden acercarse a CT6-CT7,
Pero las piezas fundidas más grandes o más complejas a menudo están en el rango CT8-CT9.
Esto es comparable a las tolerancias de fundición de arena fina.
En contraste, Las fundiciones de sílice-sol de gama alta pueden alcanzar CT4-CT6 en pequeñas dimensiones, Entonces, el vidrio de agua es menos preciso en aproximadamente un grado de tolerancia.
Las tiendas conscientes de la calidad especificarán las tolerancias basadas en ISO 8062, A menudo señalando "CT8" como línea de base para los procesos de vidrio de agua.
El acabado superficial es igualmente más grueso que la sola-sol pero más suave que el fundido de arena. Típico aspereza de la superficie porque las piezas de vidrio de agua están del orden de RA 6–12 μm (250–500 min).
Una fundición informó que las fundiciones de vidrio de agua alcanzaron aproximadamente RA = 12.5 μm en pruebas de comparación. En contraste, Las piezas de sílice-sol pueden lograr RA 3–6 μm.
La mayor rugosidad del vidrio de agua se debe a los tamaños de grano más grandes en la cáscara y la naturaleza del aglutinante de silicato de sodio.
Los factores que afectan el acabado incluyen contenido de sólidos de lodo, tamaño de grano de estuco, espesor de la cáscara, y calidad del patrón.
Por ejemplo, Los monederos principales más finos y las capas principales adicionales pueden mejorar la calidad de la superficie.
Sin embargo, Los diseñadores deben esperar una superficie inicial más dura: Las piezas fundidas típicas a menudo necesitan un rectificado o mecanizado de luz para alcanzar la suavidad alrededor de RA 3 a 6 μm para superficies críticas.
Para gestionar la precisión, La mayoría de las tiendas usan inspección dimensional (calibrador, MMC, medidores) En muestras de producción y producción.
Dado que el patrón de cera y el árbol introducen cierta variabilidad, Se necesitan un diseño cuidadoso y una compensación de contracción.
Los coeficientes de la contracción térmica para el acero (acerca de 1.6 mm/m · 100 ° C) se utilizan para escalar patrones. La documentación del proceso define los factores y tolerancias retráctiles por ISO.
Control de Calidad e Inspección
Control de calidad en la fundición de vidrio de agua Mancha de otras disciplinas de fundición. Los pasos críticos se inspeccionan en múltiples etapas:
- Inspección de concha: Antes de verter, Se examinan las conchas para detectar grietas, ampollas, o revestimiento incompleto.
Los contratistas a menudo miden el grosor de la carcasa con medidores ultrasónicos y verifican que cada capa sea uniforme. Cualquier delaminación o agujeros puede causar defectos de fundición.
Se monitorean los contenedores de suspensión húmeda para el pH y los sólidos; Las variaciones pueden producir conchas débiles. Los hornos de secador se verifican para una distribución de calor uniforme. - Controles dimensionales: Después de la sacudida y el acabado de la mate, Las piezas fundidas se miden contra las dimensiones de diseño.
Las piezas de primer artículo generalmente se someten a una inspección CMM para verificar las dimensiones críticas dentro de la clase de tolerancia especificada (p.ej. ISO CT8).
Se utilizan bloques de calibre simples o medidores de enchufe para diámetros de orificio. Porque el tono de árbol y la contracción de cera agregan pequeños errores, Es común ajustar las dimensiones maestras de patrones si se produce un agitación. - Detección de defectos: Los fundiciones de vidrio de agua pueden sufrir defectos como la porosidad de gas, inclusiones, o defectos de fusión de concha.
Los métodos de inspección comunes incluyen rayos X/radiografía (para encontrar cavidades o inclusiones internas), penetrante fluorescente (Para las grietas de la superficie y la porosidad), y prueba de partículas magnéticas (para piezas ferrosas).
Donde sea apropiado, Se aplican pruebas de presión o pruebas de flujo. Análisis metalúrgico (grabado macro, micrografías) se puede usar durante el desarrollo de procesos.
Todas las pruebas deben hacer referencia a los estándares (p.ej. ASTM E165 para penetrante, ASTM E446 para radiografía) Para definir la aceptación. - Documentación de procesos: La trazabilidad estricta se mantiene en moldes de vidrio de agua. Los registros incluyen proporciones de mezcla de suspensión, horarios de cura, y horarios de horno.
Muchas fundiciones usan listas de verificación en proceso (Registros de temperatura para hornos de retraje, Registros de humedad para salas de secado, y registros de uso de la carpeta).
Para piezas de alta fiabilidad (p.ej. componentes aeroespaciales), Un código de calor completo y la certificación química/física acompañan a la pieza.
ISO 9001 o los estándares de NADCAP pueden gobernar la documentación en industrias críticas.
En general, La filosofía de control es estandarizar cada paso para que cualquier falla de fundición pueda volver a su causa raíz (p.ej. una lechada inestable o un ciclo de secado perdido).
Consideraciones económicas
La fundición de cera perdida de vidrio de agua se valora para rentabilidad En aplicaciones adecuadas. Los factores económicos clave incluyen el costo del material, mano de obra, Tiempo de ciclo, y rendimiento:
- Materiales: La carpeta de silicato de sodio y la arena de cuarzo son económicos en comparación con la sílice coloidal y el circón.
Por ejemplo, La solución de silicato de sodio puede costar unos pocos centavos por kilogramo, mientras que los aglutinantes de sílice coloidal cuestan un orden de magnitud más.
Las sales o aceleradores utilizados son mínimos. Patrones de cera (Especialmente si 3D impresa) agregar costo, Pero el rendimiento es alto.
Hay algunos desechos de cerámica de chatarra (caparazón roto) pero a menudo se puede reciclar como arena. En general, Los consumibles son de bajo costo. - Trabajo y tiempo de procesamiento: Construir una cáscara de vidrio de agua es intensiva en el trabajo, requiriendo múltiples salsas y ciclos de secado.
Ciclo tiempos de 24–72 horas del árbol de cera para verter son típicos (más rápido que la sola de sílice de alta temperatura que puede tomar curas más largas).
El paso de despojo húmedo es más largo (Inmersión vs quema de llama abierta), Pero esto suele ser un remojo durante la noche. La mano de obra es necesaria para la preparación de patrones, Operaciones de recubrimiento/estuco, y sacudida.
A pesar de esto, Los costos de herramientas más bajos y el mecanizado reducido a menudo compensan una mayor mano de obra.
En un modelo de costo, El vidrio de agua puede ser competitivo cuando los volúmenes de piezas exceden unos pocos cientos por año, Especialmente para piezas pesadas o complejas que serían muy caras en la arena o la fundición.. - Rendimiento: Las líneas de vidrio de agua de un solo propósito pueden funcionar continuamente, Pero cada construcción (carga de concha, despeje, fuego, derramar, knockear) Maneja solo las piezas de ese árbol.
El rendimiento es moderado; Pocos cientos de kilogramos de moldes por lote pueden ser normales. Sin embargo, Existe la automatización para la inyección de cera y la pulverización de la cáscara.
El paso limitante a menudo se desprende y se dispara, que pueden ser hornos por lotes con cargas definidas. Programación efectiva (apilamiento de árboles) puede mejorar la utilización. - Rendimiento y chatarra: Porque el proceso es preciso, Las tarifas de desecho pueden ser bajas si se controlan. Sin embargo, Cualquier grieta o fuga de metal de concha produce una pérdida total de esa fundición.
Fallas debido a defectos de la carcasa (p.ej. Cracking posterior a Dewax) se minimizan por control de procesos ajustados.
En comparación con el fundición de arena, El vidrio de agua generalmente tiene un mayor rendimiento, ya que las piezas son más fáciles de limpiar y casi en forma de red.
En comparación con la sílice sol, el rendimiento es similar o ligeramente más bajo (Las conchas de sílice-sol pueden ser más indulgentes con los problemas de desembocadura).
Un tosco comparación de costos podría mostrar que la fundición de vidrio de agua puede ser 50–70% más barato por parte que la fundición de sílice-sol para piezas de acero de precisión media,
Debido al costo más bajo de material y herramientas, aunque con una pérdida modesta de calidad de la superficie.
Es más caro que la fundición de arena barata por unidad, Pero porque las partes finales necesitan mucho menos mecanizado, el Costo total de la partida terminada puede ser competitivo.
En breve, La fundición de vidrio de agua permite a las empresas cambiar el costo de las horas de la máquina al proceso de proceso,
que a menudo es ventajoso para las piezas que son complejas o de bajo volumen, lo suficientemente de volumen como para que las herramientas dedicadas no se justifiquen.
Aplicaciones industriales
El casting de inversión de vidrio de agua encuentra su nicho en componentes pesados y complejos en varias industrias. Las aplicaciones notables incluyen:
- Maquinaria y equipo pesado: Componentes para la minería, aceite & gas, y la maquinaria de construcción a menudo usa fundición de vidrio de agua.
Por ejemplo, engranajes, alza de bombas, valvulas, y los impulsores en estos sectores se benefician de la fuerza del acero y la libertad geométrica de la inversión.
Casting de vidrio de agua accesorio de tubería de válvula de acero inoxidable - Partes agrícolas: Piezas como carcasas de tractores, componentes de arado, y los vínculos de equipos agrícolas pesados se hacen de esta manera.
La capacidad de lanzar hierro dúctil o formas de acero de baja aleación (p.ej. Tiller Parts, placas de perforación de semillas) con perfiles intrincados es una ventaja clave. - Automotor: Aunque no es común para las piezas de automóvil producidas en masa, La fundición de vidrio de agua se utiliza en componentes automotrices o camiones de bajo volumen (p.ej. pequeños lotes de nudillos de dirección, brazos de suspensión pesados, Componentes de freno para vehículos especializados).
Su precisión supera la fundición de arena para piezas de ajuste crítico, Sin embargo, sigue siendo rentable para carreras moderadas. - Válvulas y bombas industriales: Válvulas de hierro fundido y acero, cuerpos de bombas, y las bridas a menudo provienen de moldes de inversión de vidrio de agua.
Estas piezas necesitan pasillos internos complejos y un buen acabado superficial. (Para evitar fugas) -La fundición de vidrio de agua produce válvulas listas para mecanizar sin núcleos. - Construcción y fundición arquitectónica: Ocasionalmente, elementos decorativos o de acero decorativo o estructural (como bridas, hardware, o soportes ornamentados) son fundidos a través de vidrio de agua.
El proceso puede capturar detalles artísticos finos mientras usa arena asequible, haciéndolo adecuado para piezas de fundición especializada (p.ej. Reemplazo de bronce en elementos arquitectónicos). - Componentes marítimos y marítimos: Como lo mencionan las fuentes de la industria, Partes para remolques, grúas, y las plataformas marinas utilizan este método para la durabilidad en entornos duros.
En general, Se elige la fundición de vidrio de agua en industrias que exigen Castings ferroso robustos con detalles moderados a un costo razonable.
Compite con la fundición de arena cuando se requiere mayor precisión o detalle en forma de red, Y compite con la fundición de inversión de sílice-sol cuando las limitaciones de gran tamaño o presupuesto hacen que este último sea demasiado costoso.
Análisis comparativo
En comparación con otros métodos de fundición, La fundición de inversión de vidrio de agua ocupa un terreno medio:
Vidrio de agua vs Casting de inversión de sílice-sol:
Sola-sol (carpeta coloidal en sílica con harina de circón) produce el mejor detalle, mejor acabado superficial (AR tan bajo como 3–6 μm), y tolerancias más estrictas (ISO CT4-CT6).
Sin embargo, es mas caro: Las soluciones de Silica Sol y las arenas de circón cuestan significativamente más, y el proceso requiere agotamiento de la llama y temperaturas de disparo más altas.
Casting de vidrio de agua, en contraste, tiene un acabado más grueso (~ Ra 6–12 μm) y tolerancias más amplias (CT6-CT9), pero usa materiales baratos y un desgaste más simple.
Las cáscaras de vidrio de agua también tienden a ser más fuertes en el manejo antes de verter (Son muy rígidos después de secarse) y puede ser más grueso, que beneficia a los vertidos pesados.
En resumen, Silica-Sol se elige para una alta precisión, piezas pequeñas; El vidrio de agua se elige para más grande, componentes difíciles donde se puede sacrificar el acabado superficial.
Casting de inversión en vidrio de agua vs Arena Fundición:
Fundición en arena (arena verde o unida químicamente) es el costo más bajo, La más flexible de la fabricación de moldes para partes grandes.
Sin embargo, Las fundiciones de arena tienen superficies muy ásperas (Real academia de bellas artes > 25 µm, a menudo 50-100 μm) y tolerancias sueltas (ISO CT11 o peor).
La fundición de vidrio de agua ofrece una superficie y precisión significativamente mejores (Como se señaló anteriormente) a mayor costo.
Si una parte de fundición de arena requiere un mecanizado o reparación extenso (como soldar en núcleos), Puede ser más barato usar vidrio de agua.
También, ciertas formas complejas (paredes delgadas, vacíos internos) son duros o imposibles en arena sin núcleos; El vidrio de agua produce fácilmente tales formas.
La compensación es que la fundición de arena se escala mejor para un volumen extremadamente alto. (Die mohs o moldes que se pueden usar muchas veces),
mientras que el vidrio de agua se limita a alrededor 150 kg por moho y requiere ciclos de varios días.
Resistencia a la concha y comportamiento térmico:
Las cáscaras de vidrio de agua están compuestas de capas de sílica fundida, que son ligeramente menos refractarios que las capas de circón o alúmina que a menudo se usan en conchas de sílice-sol.
Esto significa que las cáscaras de vidrio de agua generalmente tienen una temperatura de servicio máxima más baja y pueden permitir más reacción de metal-carcasa en vertidos muy calientes.
En la práctica, aunque, Ambos métodos producen conchas que resisten fácilmente las temperaturas de acero/vertido de hierro.
En términos de fuerza, Tanto las cáscaras de sílice-sol y el vidrio de agua son rígidos después de disparar, Pero la sola-sol puede mantener la integridad estructural a temperaturas más altas.
Los mejores casos de uso:
Resumiendo los mejores usos, La fundición de vidrio de agua es ideal para piezas de acero/hierro mediano a grande donde la alta precisión no es crítica,
tales como carcasas de bombas, engranaje en blanco, piezas de maquinaria pesada, y cualquier componente donde las características de fundición guarden soldadura.
Silica-Sol es mejor para piezas pequeñas a medianas de alta precisión (componentes aeroespaciales, joyas, implantes medicos, Piezas de acero inoxidable).
El casting de arena verde gana para Piezas pesadas masivas o volúmenes extremadamente grandes donde no se necesitan detalles ajustados (p.ej. grandes carcasas, bloques de motor, tripas de la bomba a granel).
La siguiente tabla resalta algunas métricas comparativas:
- Rugosidad de la superficie (RA típica): Sílice-sol ~ 3–6 μm; vidrio de agua ~ 6–12 μm; arena verde >25 µm.
- Tolerancia dimensional: Silica-Sol ISO CT4-CT6; vidrio de agua ~ CT6-CT9; arena verde CT11 - CT12 (muy suelto).
- Costo de materiales: Bajo para la arena, Moderado para el vidrio de agua, alto para la sola-sol. La carpeta de silicato de sodio es muy barato, Mientras que la carpeta de sílice coloidal es costosa.
- Fuerza de la cáscara: Bueno para Silica-Sol a High T, Moderado para el vidrio de agua. Conchas de circón/alúmina (Sola-sol) tener mayor refractarios.
- Escala de producción: Volas de vidrio de agua volúmenes pequeños a medio (docenas a miles por año), especialmente cuando las piezas son pesadas. Silica-Sol se adapta a las pequeñas/de precisión; arena se adapta a grandes volúmenes.
En general, puente de fundición de vidrio de agua una brecha: ofrece Mejor control y acabado que la fundición de arena, pero menor costo que la sola-sol.
Cuando las demandas de diseño son moderadas y los presupuestos están limitados, a menudo es la técnica de precisión más económica.
Conclusión
Vidrio de agua (silicato de sodio) El casting de inversión es un rentable fundición de precisión proceso optimizado para ferroso, componentes complejos.
Mediante el uso de aglutinantes y arenas de bajo costo, Permite a los fabricantes alcanzar piezas de acero y hierro casi a forma de red con tolerancias razonables. (ISO CT7-CT9) y acabados (RA ≈6-12 μm) A una fracción del costo de la fundición de sola sola.
Las fortalezas del proceso son su economía material, fuerte rigidez de la concha, y capacidad para producir geometrías complejas sin colapso del núcleo.
Sus limitaciones principales son un acabado superficial más rugoso y una menor estabilidad de alta temperatura, que lo restringen a la precisión media, aplicaciones de servicio pesado.
Pensando en el futuro, La fundición de vidrio de agua sigue siendo relevante para aplicaciones como la maquinaria, subconjuntos automotrices,
Equipo agrícola y de construcción, y cualquier parte que se beneficie de un buen compromiso de detalles y costos.
Mejoras continuas (tales como formulaciones de silicato optimizadas y recubrimiento de carcasa automatizado) puede empujar su precisión un poco más alto.
Sin embargo, Los ingenieros deben coincidir cuidadosamente las piezas para procesar: Use vidrio de agua cuando Complejidad y economía de acero/hierro Dominar los requisitos,
Silica-Sol cuando Detalles ultrafinos o aleaciones especiales son necesarios, y arena cuando Volumen o tamaño puro anular la precisión.
En general, La fundición de inversión de vidrio de agua es una madura, técnica bien entendida.
Su uso continuado está impulsado por la demanda global de robuste, piezas metálicas intrincadamente con forma de tolerancias moderadas y costos competitivos.
Aplicación adecuada de sus controles de química y proceso, e inspección exhaustiva, produce consistente, Castings de alta calidad para una amplia gama de necesidades industriales.
ESTE es la opción perfecta para sus necesidades de fabricación si necesita alta calidad Casting de inversión en vidrio de agua servicios.
