فرآیند ریخته گری موم گم شده

1. مقدمه

موم گمشده (سرمایه گذاری) ریخته گری از طریق یک پوسته سرامیکی، الگوهای قربانی دقیق (به طور سنتی موم) را به قطعات فلزی تبدیل می کند..

نقاط قوت اصلی آن هستند: پرداخت سطح عالی, دقت ابعادی بالا, و توانایی ریخته گری هندسه های پیچیده و آلیاژهای با کارایی بالا.

انواع فرآیند (نمرات موم, شیمی پوسته و روش های هسته) اجازه دهید مهندسان هزینه را با وفاداری معامله کنند و مسیرهایی را انتخاب کنند که برای فولادهای زنگ نزن مناسب است, آلیاژهای مس, سرود, و - با احتیاطات خاص - سوپرآلیاژهای تیتانیوم و نیکل.

2. فرآیند ریخته گری موم گم شده

توالی معمولی (سطح بالا):

1. الگو: موم درست کن (یا رزین ریخته گری) الگو(س) - تک تکه یا درخت / دسته.
2. مونتاژ: الگوها را به دونده ها/دروازه ها وصل کنید تا یک خوشه تشکیل شود.
3. سرمایه گذاری کنید / ساخت پوسته: مونتاژ را در دوغاب بایندر فرو کنید + گچ کاری; برای ساختن پوسته تکرار کنید.
4. درمان / خشک: ژل و پوسته های نیمه خشک بین لایه ها; خشک کردن نهایی.
5. موم برقی: موم را بردارید (بخار شود یا ذوب شود).
6. فرسودگی / شلیک: سطح شیب دار برای سوزاندن مواد آلی و تثبیت پوسته.
7. ریختن: ذوب شده و فلز را در پوسته از قبل گرم شده بریزید.
8. لرزش & تمیز کردن: پوسته را بردارید, برش دروازه ها, تمیز کردن.
9. پس از فرآیند: درمان حرارتی, باسن (در صورت لزوم), ماشینکاری, پرداخت سطح, بازرسی.

3. مواد الگو: کم, متوسط, و واکس های با دمای بالا

یادداشت ها & راهنمایی

• موم را بر اساس اندازه قطعه انتخاب کنید, عمر ابزار و توالی پوسته/ساخت مورد انتظار. موم با دمای پایین برای جزئیات ریز و حجم کم عالی است، اما برای چرخه های طولانی یا مناطق گرم مغازه دچار خزش می شود..
  دمای متوسط، نیروی کار برای ریخته‌گری مهندسی است. واکس های با دمای بالا (و پلیمرهای الگوی مهندسی شده) در جاهایی استفاده می شود که جابجایی یا پوسته طولانی باعث ایجاد اعوجاج خطر می شود.
• افزودنی های الگو: نرم کننده ها, تثبیت کننده ها, بهبود دهنده های جریان و رنگ ها بر رفتار تزریق تأثیر می گذارند, باقی مانده موم و تکامل گاز فرسودگی - فرمولاسیون مورد تایید ریخته گری را مشخص کنید.

4. تولید الگو: ابزار سازی, موم تزریقی, و الگوهای افزودنی

• قالب گیری تزریقی: قالب های فولادی/آلومینیوم برای موم - هزینه پایین هر قطعه در حجم با کیفیت سطح بالا. مقیاس هزینه ابزار به پیچیدگی بستگی دارد.
• 3الگوهای موم/رزین ریخته‌گری با چاپ D: SLA, DLP, پرینترهای مومی با جت مواد یا ریخته‌گری، ابزار را برای نمونه‌های اولیه و اجراهای کوچک حذف می‌کنند.
  رزین های ریخته گری مدرن به طور تمیزی موم زدایی می کنند و به کیفیت سطح موم تزریقی نزدیک می شوند.
• الگوی درختکاری و طراحی دروازه: برای ریختن و تغذیه کارآمد، الگوها را روی یک اسپرو مرکزی ترتیب دهید; شامل رایزرهای قربانی برای خوراک کوچک می شود.
  از شبیه سازی برای دروازه و تعادل تغذیه برای خوشه های بزرگ استفاده کنید.

5. سیستم های پوسته: سیلیس, آب-لیوان, و پوسته های هیبریدی

سیستم پوسته تنها مهم ترین متغیری است که وفاداری سطح را تعیین می کند, مقاومت حرارتی, نفوذپذیری/تهویه, سازگاری خلاء و مناسب بودن آلیاژ در ریخته گری موم گمشده.

سه خانواده کاربردی در مغازه های مدرن استفاده می شود:

• سیلیس (کلوئیدی) پوسته ها - حق بیمه, مسیر با وفاداری بالا.
• آب-لیوان (سدیم سیلیکات) پوسته ها - اقتصادی, مسیر قوی برای بزرگتر / کار فولاد/آهن.
• پوسته های هیبریدی - یک جریمه را ترکیب کنید, پوشش داخلی مقاوم در برابر مواد شیمیایی (سیلیکا سل یا زیرکون) با پوشش های بیرونی آب شیشه ای برای متعادل کردن هزینه و عملکرد.

پوسته سیلیکا سل (سیلیس کلوئیدی)

چیست و چگونه کار می کند

در پوسته های سیلیکا سل استفاده از a سوسپانسیون کلوئیدی ذرات سیلیس زیر میکرون به عنوان چسب.

اولین کت ها (شستشوی بسیار خوب) از کلوئید برای حمل گچ بسیار ریز استفاده کنید که جزئیات را ثبت می کند; لایه های بعدی ضخامت می کنند و با خشک کردن و پخت در دمای بالا یکپارچه می شوند. (تف جوشی) که متراکم تولید می کند, پوسته های قوی.

ویژگی های کلیدی:

• وفاداری سطحی: بهترین در دسترس - به عنوان بازیگر Ra معمولا ~0.6-3 میکرومتر با شستشوی خوب.
• ثبات حرارتی / شلیک: پوسته ها را می توان در ادغام کرد 600-1000 درجه سانتیگراد (عملکرد فروشگاه با گچ کاری متفاوت است). شلیک در دمای بالا استحکام پوسته و مقاومت در برابر شوک حرارتی را افزایش می دهد.
• سازگاری خلاء/بی اثر:عالی - پوسته‌های سیلیس سل با جریان‌های خلاء و اتمسفر خنثی سازگار هستند و انتخاب معمولی برای تیتانیوم هستند., سوپرآلیاژهای نیکل و کبالت.
• کنترل نفوذپذیری: را می توان با درجه بندی و پخت گچ تنظیم کرد تا تهویه کنترل شده برای ارزش بالا ایجاد شود, ریخته گری تنگ.
• حساسیت به آلودگی:بالا - پایداری کلوئیدی در اثر آلودگی یونی بر هم خورده است (نمک, ریزه های فلزی) و ارگانیک; دوغاب و تمیزی گیاه بسیار مهم است.
• گچ کاری معمولی با پوشش اول: سیلیس ذوب شده زیر 10 میکرومتر, زیرکون یا زیرکونیا برای رابط های واکنشی.
• موارد استفاده معمولی: اجزای توربین هوافضا, سوپالیاژهای, تیتانیوم ریخته شده در خلاء, ایمپلنت های پزشکی, قطعات کوچک دقیق.

پوسته های آب شیشه ای (سدیم سیلیکات)

چیست و چگونه کار می کند

پوسته های آب شیشه ای از یک سدیم آبی (یا پتاسیم) محلول سیلیکات به عنوان چسب.

با گاز CO2 یا سخت کننده های شیمیایی، ژل را به شبکه ای سیلیس مانند می پوشاند (نمک های اسیدی), تولید یک پوسته سرامیکی سفت و سخت در صورت ترکیب با گچ نسوز درجه بندی شده.

ویژگی های کلیدی:

• وفاداری سطحی: خوب برای مهندسی عمومی - به عنوان بازیگر Ra به طور معمول ~ 2.5-8 میکرومتر بسته به شستشو و گچ.
• شلیک: معمولا در تثبیت می شود ~400-700 درجه سانتیگراد; پوسته ها به اندازه سیستم های سیلیس-سل زینتر نشده اند.
• سازگاری با خلاء:محدود - برای ریختن خلاء/بی اثر یا واکنش پذیرترین آلیاژها ایده آل نیست.
• نفوذپذیری / دریچه: به طور کلی برای فولاد / آهن خوب است; نفوذپذیری درشت تر از پوسته های سلیسی-سل بهینه شده است.
• روش پخت:گاز CO2 (ژل شدن سریع) یا سخت کننده های اسیدی - سریع, مجموعه ای مقاوم در طبقه مغازه.
• حساسیت به آلودگی: آلودگی متوسط ​​- یونی بر گیرش و یکنواختی ژل تأثیر می گذارد، اما آب شیشه معمولاً تحمل بیشتری نسبت به سیلیس سل دارد..
• گچ کاری معمولی با پوشش اول: سیلیس ذوب شده ریز; زیرکن را می توان برای بهبود حفاظت از سطح استفاده کرد.
• موارد استفاده معمولی: بدنه دریچه ها, محفظه پمپاژ, قطعات بزرگ فولادی/آهنی, سخت افزار دریایی, ریخته گری صنعتی عمومی.

پوسته های هیبریدی (پوشش داخلی سیلیکا سول یا زیرکون + کت های بیرونی آب شیشه ای)

چیست و چگونه کار می کند

یک مصالحه اقتصادی مشترک: الف کت داخلی درجه یک (شستشوی سیلیکا سل یا زیرکون/زیرکونیا) ابتدا برای ثبت جزئیات و ایجاد یک مانع مقاوم در برابر شیمیایی اعمال می شود, پس کت های بیرونی آب شیشه ای برای ایجاد استحکام حجیم با هزینه کمتر ساخته شده اند.

ویژگی های کلیدی:

• وفاداری سطحی & سد شیمیایی: سیلیکا-سل/زیرکون داخلی کیفیت سطحی نزدیک به سیلیس-سل می دهد و به جلوگیری از واکنش های فلز-پوسته در سطح مشترک فلز کمک می کند..
• هزینه & دست زدن: پوشش‌های شیشه‌ای آب خارجی مصرف کل سیلیس را کاهش می‌دهند و پوسته را برای جابجایی و اندازه‌های بزرگ قوی‌تر می‌کنند..
• سازگاری با خلاء: بهبود یافته در مقابل شیشه آب خالص (به لطف کت داخلی) اما هنوز به اندازه پوسته های سیلیس-سل کامل ایده آل نیست - برای بسیاری از آلیاژهای ضد زنگ و برخی از آلیاژهای نیکل مفید است اگر جو ذوب/ریزش کنترل شود..
• کاربردهای معمولی: بدنه شیر با سطوح مرطوب با کیفیت بالا, قطعات توربین با ارزش متوسط ​​که در آنها سازگاری با خلاء لازم است, برنامه هایی که در آنها هزینه و عملکرد باید متعادل باشد.

6. فناوری های اصلی

• هسته های محلول (هسته های موم یا پلیمری که برای حل شدن ساخته شده اند): گذرگاه های داخلی تولید کند (کانال های خنک کننده); با آب داغ یا حلال حذف می شود.
• هسته های سرامیکی با باندر (سیلیس, آلومینا, زیرکون): پایدار در دماهای بالا برای سوپرآلیاژها; نیاز به سازگاری پوسته هسته.
• 3هسته های چاپ شده D: هسته‌های سرامیکی بایندر جت یا SLA هندسه‌های داخلی پیچیده را بدون ابزار ممکن می‌سازند.

طراحی برای هسته ها باید پشتیبانی اصلی را در نظر بگیرد, دریچه, انبساط حرارتی و سازگاری شیمیایی با فلز مذاب.

7. موهای زائد, فرسودگی & شلیک گلوله - برنامه های عملی و نقاط کنترل

موهای زائد

• دی واکس بخار / اتوکلاو: برای درختان مومی معمولی رایج است. دمای سطح معمولی 100-120 درجه سانتیگراد; بسته به حجم موم و اندازه درخت، از دقیقه تا ساعت چرخش کنید.
• موم حرارتی / حلال ذوب: برای برخی از پلیمرها استفاده می شود - از بازیافت حلال و کنترل استفاده کنید.

فرسودگی / برنامه فرسودگی شغلی (نمونه مهندسی معمولی)

• سطح شیب دار: تا 100 تا 200 درجه سانتیگراد را کاهش دهید تا باقیمانده رطوبت / موم از بین برود (≤3-5 درجه سانتیگراد در دقیقه برای پوسته های ضخیم توصیه می شود تا از ایجاد تاول بخار جلوگیری شود).
• نگه دارید 1: 150-250 درجه سانتیگراد (1-4 ساعت) برای حذف مواد آلی کم جوش.
• سطح شیب دار 2: ~3 درجه سانتیگراد در دقیقه تا 350-500 درجه سانتیگراد.
• نگه داشتن نهایی: 4-8 ساعت در 350-700 درجه سانتیگراد بسته به سیستم پوسته و آلیاژ. پوسته های سیلیس-سل ممکن است تا دمای 600 تا 1000 درجه سانتیگراد برای پخت/استحکام شلیک شوند.; پوسته های آب شیشه ای معمولاً در دمای 400-700 درجه سانتیگراد تثبیت می شوند.
• کنترل های کلیدی: نرخ شیب دار, در دسترس بودن اکسیژن (از اکسیداسیون بیش از حد برای پوسته های فلزی واکنش پذیر اجتناب کنید), و حذف کامل مواد آلی برای جلوگیری از تکامل گاز در حین ریختن.

پوسته را قبل از ریختن گرم کنید: پوسته تا 200 تا 800 درجه سانتیگراد بسته به آلیاژ پیش گرم می شود تا شوک حرارتی به حداقل برسد و جریان فلز بهبود یابد.; به عنوان مثال, ضد زنگ معمولاً 200 تا 450 درجه سانتیگراد پیش گرم می شود; سوپرآلیاژها بسته به پوسته نیاز بیشتری دارند.

8. ریختن: تمرین ذوب, گزینه های خلاء/بی اثر و پارامترهای ریختن

• کوره های ذوب: القاء یا مقاومت; گاز زدایی/فیلتراسیون و شار برای تمیزی.
• برای دما (معمولی):

• • آلیاژهای آلومینیوم: 650-720 درجه سانتی گراد
  • آلیاژهای مس: 1000-1200 درجه سانتیگراد
  • فولادها: 1450-1650 درجه سانتی گراد
  • سوپرآلیاژهای نیکل: 1400-1600+ درجه سانتیگراد (وابسته به آلیاژ)

• خلاء و ریختن بی اثر: برای تیتانیوم و آلیاژهای بسیار واکنش پذیر اجباری است; خلاء اکسیداسیون و واکنش های فلز-پوسته را کاهش می دهد.
• برای مد: ریختن گرانش در مقابل ملاقه ریختن پایین در مقابل کمک خلاء - انتخاب کنید تا تلاطم و گازهای حباب شده را به حداقل برسانید. از فیلترها در گیتینگ برای کنترل گنجاندن استفاده کنید.

9. موادی که معمولا ریخته می شوند & ملاحظات خاص

• فولادهای ضد زنگ (300/400, دوبلکس): با هر دو شیشه آب خوب است & سیلیس; کنترل نفوذپذیری پوسته و پیش گرمایش نهایی.
• کربن & فولادهای کم آلیاژ, آهن: به خوبی برای پوسته های شیشه ای آب مناسب است; مراقب پوسته پوسته شدن و فرسایش پوسته در انرژی های ریزش بالا باشید.
• آلیاژهای مس (برنز, با ما): مشترک; برای جلوگیری از شستشوی پوسته، حرارت فوق العاده را کنترل کنید.
• آلیاژهای آلومینیوم: ممکن است اما اغلب با روش های دیگر ریخته گری ارزان تر است; اطمینان از تهویه / نفوذپذیری.
• تیتانیوم & شما آلیاژها: واکنشی - پوسته های سیلیس-سل را ترجیح می دهند, لایه های اول زیرکون/آلومینا, خلاء ذوب می شود, و جوهای بی اثر. از آب شیشه ای خودداری کنید مگر اینکه از پوشش های مانع و کنترل های تخصصی استفاده شود.
• نیکل & سوپر آلیاژهای کبالت: از پوسته های سیلیکا سل استفاده کنید, شلیک با دمای بالا و جابجایی خلاء/بی اثر در صورت نیاز.

10. ابعادی معمولی, سطح و قابلیت تحمل

• تحمل ابعادی (به عنوان بازیگران معمولی): ± 0.1-0.3٪ از بعد اسمی (به عنوان مثال, ± 0.1-0.3 میلی متر روشن است 100 ویژگی MM).
• پرداخت سطح (Ra به عنوان بازیگر): سیلیس - 0.6-3.2 میکرومتر; شیشه آب ~ 2.5-8 میکرومتر.
• کمک هزینه انقباض خطی: ~1.2-1.8٪ (آلیاژ & ریخته گری دقیق را مشخص کنید).
• حداقل ضخامت دیوار عملی: جواهرات / قطعات میکرو: <0.5 میلی متر; قطعات مهندسی: 1.0-1.5 میلی متر معمولی; بخش های ضخیم تر ساختاری رایج است.
• تکرارپذیری: عملکرد خوب ریخته گری ± 0.05-0.15٪ در حال اجرا در داده های بحرانی است..

11. نقص های رایج, علل ریشه ای و درمان

12. فرآیندهای پس از ریخته گری

• لرزش & حذف سرامیک: روش های مکانیکی یا شیمیایی.
• عملیات حرارتی: درمان راه حل, پیری (T6), آنیل - وابسته به آلیاژ. دمای محلول معمولی: آلیاژهای آلی ~ 520-540 درجه سانتی گراد; فولادها بالاتر.
• فشار ایزوستاتیک داغ (باسن): تخلخل انقباض داخلی را برای قطعات حساس به خستگی کاهش می دهد; چرخه های HIP معمولی به آلیاژ بستگی دارد (به عنوان مثال, 100-200 مگاپاسکال و 450-900 درجه سانتیگراد).
• ماشینکاری & به پایان رساندن: حفره های بحرانی, مهر و موم چهره های ماشینکاری شده به تحمل; جلا دادن, غیرفعال سازی یا پوشش در صورت لزوم اعمال می شود.
• NDT & تست کردن: وابسته به هیدرواستاتیک, فشار, تست های نشت, اشعه ایکس/CT, اولتراسونیک, رنگ نافذ, تست مکانیکی بر اساس مشخصات.

13. کنترل فرآیند, بازرسی & صلاحیت

• معیارهای QC را خریداری کنید: جامدات دوغابی, ولادی, زمان ژل, منحنی های فر, کنده های موم, نمودارهای رمپ فرسودگی شغلی, ذوب شیمی و گاززدایی سیاههها.
• کوپن های نمونه: کششی, سختی & کوپن های متالوگرافی ریخته شده در دروازه برای نشان دهنده ریزساختار و خواص مکانیکی.
• نمونه برداری NDT: رادیوگرافی و سی تی اسکن برای اجزای حیاتی; سطوح پذیرش برای تخلخل را مشخص کنید (vol% یا حداکثر اندازه نقص).
• کنترل فرآیندهای آماری (SPC): برای ورودی های حیاتی اعمال شود (جامدات را بشویید, ضخامت پوسته, هیدروژن ذوب شود) و خروجی ها (تنوع ابعادی, تخلخل به حساب می آید).

14. تصورات غلط رایج & توضیحات

"ریخته گری موم گمشده فقط برای قطعات با دقت بالا است"

دروغ. ریخته گری موم گم شده بر پایه شیشه آب برای قطعات با دقت متوسط ​​مقرون به صرفه است (0.3-0.5 میلی متر) - 40% ریخته گری موم گم شده خودرو از این نوع استفاده می کند.

"موم با دمای پایین نسبت به موم با دمای متوسط ​​پایین تر است"

وابسته به زمینه. موم با دمای پایین ارزان تر است و برای دقت پایین مناسب است, قطعات با حجم بالا (به عنوان مثال, سخت افزار) - موم با دمای متوسط ​​فقط برای تحمل های سخت تر لازم است.

"سیلیکا سول همیشه بهتر از شیشه آب است"

دروغ. شیشه آب برای کاربردهای با دقت متوسط ​​50 تا 70 درصد ارزان‌تر و سریع‌تر است - سل سیلیس فقط برای قطعات هوافضا/پزشکی که به تحمل 0.1 ± میلی‌متر نیاز دارند قابل توجیه است..

"ریخته گری موم گمشده دارای نرخ ضایعات بالایی است"

دروغ. ریخته گری موم از دست رفته سیلیس دارای نرخ ضایعات 2-5٪ است. (قابل مقایسه با دایکستینگ) - لیوان آب دارای 5-10٪ است (هنوز هم کمتر از ریخته گری شن و ماسه 10-15٪).

"چاپ سه بعدی ریخته گری موم گم شده را منسوخ می کند"

دروغ. AM برای نمونه های اولیه/حجم کم ایده آل است, اما ریخته گری موم گمشده برای حجم متوسط ​​به بالا 5 تا 10 برابر ارزان تر است (>1,000 قطعات) و قطعات بزرگتر را اداره می کند (تا 500 کلوت).

15. نتیجه گیری

فرآیند ریخته گری موم گمشده روشی برتر برای تولید کمپلکس است, اجزای فلزی با کیفیت بالا.

وقتی سمت راست را جفت می کنید مواد الگو, شیمی پوسته و تمرین ذوب/اتمسفر با کنترل فرآیند منضبط, ریخته گری موم گمشده به طور قابل اعتماد قطعاتی را ایجاد می کند که با روش های دیگر دشوار یا غیرممکن است.

پیشرفت های مدرن (3الگوهای چاپ شده D, پوسته های هیبریدی, ریختن خلاء و HIP) این فرآیند را به آلیاژها و کاربردهای جدید گسترش می دهند - اما آنها همچنین نیاز به مشخصات دقیق را افزایش می دهند, آزمایش و QA.

 

سوالات متداول

کدام سیستم پوسته را برای تیتانیوم انتخاب کنم?

سیلیس (با پوشش اول زیرکون/آلومینا) + ذوب و ریختن خلاء/بی اثر. شیشه آب به طور کلی بدون اقدامات مانع گسترده نامناسب است.

ویژگی‌ها با ریخته‌گری موم گمشده چقدر می‌توانند خوب باشند?

ویژگی ها <0.5 میلی متر ممکن است (جواهرات/دقت); در بخش های مهندسی هدف ≥1 میلی متر برای استحکام مگر اینکه توسط آزمایشات ثابت شود.

سطح معمولی که می توانم انتظار داشته باشم?

سیلیس: ~0.6-3.2 میکرومتر Ra; آب - لیوان: ~ 2.5-8 میکرومتر Ra. شستشوی ظریف و پولیش قالب های مومی باعث بهبود سطح کار می شود.

چه زمانی HIP توصیه می شود?

برای خستگی بحرانی, حاوی فشار, یا قطعات هوافضا که در آنها تخلخل داخلی باید به حداقل برسد - HIP می تواند به طور چشمگیری عمر خستگی را بهبود بخشد.

آیا می توانم از الگوهای پرینت سه بعدی به جای ابزار مومی استفاده کنم؟?

بله - رزین های ریخته گری و موم چاپ شده زمان و هزینه ابزار را برای نمونه های اولیه/حجم کم کاهش می دهد. اطمینان حاصل کنید که ویژگی‌های موم رزین و سازگاری پوسته تأیید شده است.