Vesilasin sijoitusvalu (tunnetaan myös natriumsilikaattivaluna) on vahavalu, jossa käytetään vesiliukoista natriumsilikaattisideainetta keraamisessa kuoressa.
Yhtenä kahdesta pääasiallisesta sijoitusvalumenetelmästä (toinen on piidioksidisooli), se tarjoaa tasapainon tarkkuuden ja kustannustehokkuuden välillä.
Se on peräisin Aasian ja Euroopan perinteisistä vahatekniikoista, vesilasin valu sai teollista vetovoimaa 1900-luvulla, kun valimot etsivät edullisempaa vaihtoehtoa kolloidisen piidioksidin prosesseille.
Käyttämällä yleisiä materiaaleja (kvartsi- tai silikahiekka alkalisilikaattisideaineilla), Tämä prosessi sopii hyvin keskitarkkuuteen, monimutkaisia osia, joissa budjetit ovat tiukat.
Tyypilliset vesilasivalut vaihtelevat muutamasta sadasta grammasta 150 kg, maksimimitat noin 1m, joten se sopii isommalle, kustannusherkät komponentit.
Mikä on vesilasin sijoitusvalu?
Vesilasin valu on muunnelma tarkkuusinvestoinneista (kadonnut vaha) valu jossa natriumsilikaatti ("vesilasi") toimii keraamisena sideaineena.
Käytännössä, vaha (tai muovia) kuviot tehdään ja kootaan puuksi.
Mallit toistuvat toistuvasti päällystetty natriumsilikaattiliuokseen sidotun hienojen tulenkestävien hiukkasten lietteellä, peitetään sitten asteittain karkeammilla stukkokerroksilla kuoren muodostamiseksi.
Kun kuori kovettuu, vaha sulatetaan tai keitetään pois, jättäen onton muottipesän. Sulaa metallia (tyypillisesti terästä tai rautaseoksia) kaadetaan tähän keraamiseen kuoreen.
Jähmettymisen jälkeen, kuori murretaan irti valetun osan paljastamiseksi. Lyhyesti sanottuna, vesilasi-investointivalu "sijoittaa" vahamestarin natriumsilikaattipohjaiseen keramiikkaan muotin muodostamiseksi.
Verrattuna silica-sol-investointivaluon (joka käyttää kolloidista piidioksidia ja zirkonipohjaista hiekkaa), vesilasi-menetelmä vaihtaa pintalaadun alhaisempaan materiaalikustannuksiin ja yksinkertaisempaan käsittelyyn.
Miksi käyttää vesilasia?
Vesilasin valu on suosittua, koska se vähentää kustannuksia ja käsittelyä verrattuna muihin tarkkuusmenetelmiin.
Natriumsilikaattisideaine ja tavanomaiset piihiekat ovat edullisia ja helppoja käsitellä, joten työkalut ja materiaalit maksavat paljon vähemmän kuin kolloidi-piidioksidikuoret.
Esimerkiksi, vesilasijärjestelmät välttävät piidioksidisoolin ja erikoishiekkojen suuret kustannukset, tuottaa pienemmät osakohtaiset investointikustannukset.
Prosessi myös poistaa monet toissijaiset toiminnot: osat tulevat ulos lähes verkon muotoon (vaativat usein vähän hitsausta tai koneistusta).
Käytännössä, vesilasivalut voivat vangita erittäin monimutkaisia geometrioita (alevioilla ja ohuilla uuilla) ilman ytimiä, yksinkertaistava suunnittelu.
Alan lähteiden mukaan, vesilasien valu tarjoukset "Monimutkainen muotoilu ilman vetokulmia" ja "Suurimpi tarkkuus verrattuna hiekkavaluon",
samalla välttäen kalliita ytimiä, muotit, tai hitsauksia, joita monet suuret hiekkavaletut osat tarvitsevat.
Tämä joustavuus tekee siitä houkuttelevan pienten ja keskisuurten tuotantosarjojen jossa työkalukustannukset tulee minimoida.
Samaan aikaan, vesilasiosat ovat yleensä tarkempi kuin hiekkavalu.
Tyypilliset mittatoleranssit ovat ISO CT6-CT9 -alueella, suunnilleen vastaavat hienojakoisen hiekkavalun toleranssiluokkia tai alempia sijoitusvaluluokkia.
Pintakäsittelyt ovat vastaavasti kohtalaisia: tilauksesta Ra ~6-12 μm (Ne ovat 250-500 μt),
parempi kuin vihreä hiekkavalu, mutta karkeampi kuin silica-sol-investointivalu.
Lyhyesti sanottuna, vesilasivalu valitaan, kun tarvitaan monimutkaisia muotoja ja vähemmän sivutyötä kadonneen vahan valun yhteydessä,
mutta tiukempi budjetti tai suurempi koko tekevät kalliimmasta piidioksidi-sol-prosessista epäkäytännöllisen.
Prosessin yleiskatsaus
Vesilasi-investointivalu noudattaa yleistä vahapoistomenetelmää, mutta muottien materiaaleissa on joitain eroja:
Vahakuvio ja puukokoonpano.
Valmistetaan mestarikuvio (ruiskuvalulla, 3D tulostus, tai käsinveistosta) ja tarvittaessa muotti/muotti.
Osasta luodaan vahakopiot tästä mestarista. Useita vahakuvioita on silloin koottu yhteiseen putkeen (muodostaa "puun") käyttämällä vahaportteja ja syöttölaitteita.
Tämä vahaklusteri muodostaa useita valukappaleita yhdellä kaatolla. Vahapinnat on "pukeutunut" saumojen tai vikojen poistamiseksi, jolloin jokaiseen kuvioon tulee neulattu viimeistely.
Kuoren rakennus (Keraaminen pinnoite).
Vahakokoonpano kastetaan toistuvasti tulenkestävään lietteeseen, jossa on erittäin hienoa hiekkaa tai zirkonjauhoa, joka on suspendoitu laimennettuun natriumsilikaattiliuokseen.
Jokainen kastokerros peittää vahan ohuella keraamisella kerroksella (usein 0,5-1 mm) ennen stukkaamista karkeammalla hiekalla.
Ylimääräisen lietteen valutuksen jälkeen, eräs stukkokerros (suurempia piidioksidihiekkarakeita) levitetään kaatamalla tai leijukerroksella sitoutumaan tahmeaan lietteeseen.
Tämän jälkeen klusterin annetaan kovettua (usein ilmakuivattua tai matalalämmöllä kovetettua). Tämä päällysteen kuivausjakso toistetaan tyypillisesti 4-7 kertaa saavuttaaksesi tarvittavan kuoren paksuuden (yleensä yhteensä 5-15 mm).
Tämän sarjan aikana, myöhemmissä pinnoitteissa käytetään karkeampia ja joskus erilaisia tulenkestäviä aineita (esim. hieno piidioksidi ensimmäiset pinnoitteet yksityiskohtia varten, taustakerroksissa karkeaa kvartsihiekkaa) lujuuden ja läpäisevyyden maksimoimiseksi.
Vesilasiprosesseissa, kvartsi/sulatettu piidioksidihiekka ja alumiinisilikaatit ovat yleisiä tulenkestäviä aineita. Lopuksi koko kuori kuivataan perusteellisesti (joskus kosteussäädellyissä uuneissa) kosteuden poistamiseksi.
Vahanpoisto ja poltto.
Kovetetusta keraamisesta kuoresta on poistettu vaha vahan sulattaminen ulos muotista.
Toisin kuin piidioksidi-sol-kuoret (jotka tyypillisesti polttavat vahan polttouunissa tai liekillä), vesilasikuoret ovat usein upotettu kuumaan veteen tai altistaa höyrylle vahan sulattamiseksi.
Tarkoituksena on poistaa vaha nopeasti ja samalla minimoida kuoren rasitus (natriumsilikaattikuoret ovat jäykempiä kylminä).
Vahanpoiston jälkeen, kuori on potkut (sintrattu) korkeassa lämpötilassa (usein 800-1000 °C) vahvistaa keramiikkaa ja polttaa jäljellä olevat orgaaniset aineet.
Tämä saa myös natriumsilikaattisideaineen sintraamaan ja osittain lasittumaan, muodostaen jäykän, kaasua läpäisevä muotti.
Metallin kaataminen.
Sula metalli kaadetaan esilämmitettyyn kuoreen tavalliseen tapaan. Koska vesilasikuoret käyttävät tavanomaista piidioksidihiekkaa, niiden lämpökapasiteetti ja lämmönjohtavuus ovat samanlaisia kuin hiekkamuotit.
Kuori tukee metallia jähmettymiseen asti (minimaalisilla kutistuvilla onteloilla, jos käytetään nousuputkia).
Kuoren poisto ja viimeistely.
Kerran kiinteä, keraaminen kuori poistetaan mekaanisesti (esim. puhallustyöt, tärinää tai vasaraa) paljastamaan näyttelijät.
Jäännöskvartsihiekka puhdistetaan pois. Valupuu katkaistaan, ja portit ja nousuputket on leikattu.
Lopullinen viimeistely voi sisältää hiontaa, CNC -koneistus, ja pintakäsittelyt tarpeen mukaan.
Koska kuoren alkuperäinen viimeistely on kohtalainen, vesilasivalut vaativat usein pintahiontaa tai koneistusta, mutta vähemmän kuin viherhiekkavalut.
Ratkaisevan tärkeää, vesilasiprosessi eroaa piidioksidi-sooliprosessista pääasiassa siinä sideaine ja vahanpoistomenetelmä.
Vesilasivalussa, natriumsilikaatti (alkalisilikaatti) kovettuu kuivaamalla ja kovettamalla, kun taas piidioksidi-sooli (kolloidinen piidioksidi) kuoret kovettuvat ensisijaisesti geeliytymällä.
Vahanpoisto suoritetaan kuumalla vedellä (eräs märkä vahanpoisto) liekin sijaan. Nämä erot vaikuttavat syklin aikaan ja laatuun.
Esimerkiksi, wet-dewax on hellävaraisempi hauraille kuorille, mutta se vaatii jäteveden käsittelyä. Myös, vesilasikuorilla on yleensä alhaisempi lämmönkestävyys kuin zirkonia sisältävillä piidioksidisoolikuorilla, kuten alla on käsitelty.
Sideainejärjestelmä
Sideaine vesilasivalussa on natriumsilikaattiliuos (tavallisesti Na2O·nSiO2). Kemiallisesti, vesilasi on erittäin alkalista (pH ~11-13) ja valmistettu tietyllä piidioksidi-soodasuhteella.
Tyypilliset formulaatiot vaihtelevat a 2:1 -lla 3.3:1 SiO₂:Na2O-painosuhde (ilmaistaan usein moduulina, esim. M = 2,0 tarkoittaa noin 2.3 osat SiO2 per Na2O).
Suhde ja kiintoainepitoisuus säätelevät keskeisiä ominaisuuksia. Pienemmät suhteet (enemmän Na2O) antaa nestemäisemmän lietteen ja nopeamman kuivumisen, mutta myös hygroskooppisemman ja heikomman tulenkestävän sideaineen.
Korkeammat suhteet (enemmän SiO₂) lisää lämmönkestävyyttä ja alentaa pH:ta.
Vesilasi on vesi ohut (viskositeetti on samanlainen kuin veden) ja kovettuu haihduttamalla ja miedolla lämmöllä. Kun se kuivuu, se muodostaa jäykän amorfisen silikaattilasiverkoston.
Sideaine on hygroskooppinen, joten kuoret on kuivattava perusteellisesti ennen polttamista tai altistamista kostealle ilmalle tai vedelle, tai ne voivat pehmetä uudelleen ja hajota.
Palvelussa, jäännöskosteus voi aiheuttaa höyrytaskuja tai huokoisuutta, jos metallia kaadetaan liian kuumana. Kovetusvaiheeseen kuuluu tyypillisesti paistaminen 100–200 °C:ssa kuoren kovettamiseksi kokonaan ja kosteuden poistamiseksi.
Natriumsilikaattisideaineiden etuja ovat niiden alhaiset kustannukset, rajoittamaton "säilyvyysaika", ja helppokäyttöisyys (ei myrkyllisiä liuottimia tai happokatalyyttejä).
Ne asettuvat yksinkertaisella kuivauksella (tai suolahoidolla) ja tuottavat erittäin jäykkiä kuoria.
Kuitenkin, rajoituksia on olemassa: niiden korkea alkalisuus voi hyökätä tulenkestäviä rakeita tai metalleja vastaan (varsinkin alumiinia, aiheuttaa kaasun imeytymistä), ja niiden lasimainen luonne antaa alhaisemman lujuuden korkeissa lämpötiloissa kuin piidioksidi-soolikuoret.
Yleensä, vesilasikuoret pehmenevät kuumennettaessa yli ~800–900 °C, joten ne sopivat teräs-/raudaseoksille, mutta ovat marginaalisia erittäin kuumavalettavissa seoksissa.
Tästä huolimatta, natriumsilikaatti jää a todistettu sideaine alalla. Se on yksi kolmesta tavanomaisesta sideaineesta (yhdessä etyylisilikaatin ja kolloidisen piidioksidin kanssa) käytetään yleisesti sijoitusmuottien valmistuksessa.
Kuorimateriaalit ja rakennustekniikat
Vesilasivalun kuori on rakennettu lähes kokonaan piidioksidipohjaiset tulenkestävät aineet. Käytännössä, päämateriaalit ovat piidioksidia tai kvartsihiekkaa (sulatettu tai kiteinen), mahdollisesti sekoitettuna alumiinisilikaattien kanssa.
Tyypilliset hiukkaskoot primelle (hieno) takit voivat olla 100-200 mesh (75-150 μm) vangita yksityiskohtia, kun taas varapinnoitteet käyttävät karkeampaa hiekkaa (esim. 30– 60 mesh).
Zirkonia käytetään harvoin vesilasikuorissa (toisin kuin silica-sol kuoret) kustannusten vuoksi – sen sijaan, halvempaa piidioksidihiekkaa käytetään.
Hienompaa alumiinioksidi- tai titaanioksidijauhoa voidaan lisätä parantamaan lämpöiskun kestävyyttä, mutta pohja on piidioksidi.
pH:n säätö on ratkaisevan tärkeää lietteessä. Natriumsilikaattisideaine on hyvin emäksistä, niin usein pieni määrä puskuria tai suolaa (kuten natriumbikarbonaatti) lisätään säätämään geeliytymisaikaa ja estämään välitöntä paranemista.
Valmistajat valvovat lietteen pH:ta (usein noin klo 11-12) ja viskositeetti tasaisen pinnoitteen paksuuden varmistamiseksi. Liian korkea alkalisuus voi saada ensimmäisen kerroksen geeliytymään ennenaikaisesti vahan pinnalle.
Käytännössä, vesilasikuorten käyttö 4 -lla 7 pinnoitekerroksia (prime coat sekä useita stukkitakkitakkeja).
Esimerkiksi, aluksi upotetaan hienoon piidioksidilietteeseen, jota seuraa stukkomaalaus hienolla kvartsihiekalla (tämä "prime coat" lukitsee kuvion yksityiskohdat).
Myöhemmissä kerroksissa käytetään asteittain karkeampaa hiekkaa lujuuden lisäämiseksi. Jokaisen pinnoitteen tulee kuivua (usein 1-2 tuntia huoneenlämmössä tai nopeammin matalalämpöisessä uunissa) ennen seuraavaa kerrosta.
Lopullinen vaipan paksuus on yleensä luokkaa 5–15 mm.
Kuivumisen aikana, lämpötilaa ja kosteutta valvotaan tarkasti – liian nopea kuivuminen voi halkeilla kuoren, kun taas liian hidas kuivuminen voi aiheuttaa juoksemista tai vääristymiä.
Verrattuna piidioksidi-sol-kuoriin, vesilasikuoret ovat yleensä vahva mutta vähemmän tulenkestävä.
Sulatetut piidioksidikerrokset antavat kunnollisen kuumalujuuden ~900 °C asti, mutta sen jälkeen natriumsilikaattilasiverkosto voi alkaa pehmentyä.
Sitä vastoin, piidioksidi-sol-kuoret käyttävät usein zirkonia ja alumiinioksidikerroksia, jotka pysyvät stabiileina yläpuolella 1200 ° C.
Toisin sanoen, silica-sol muotit kestävät paremmin superseosten korkeampia kaatolämpötiloja, kun taas vesilasikuoret rajoittuvat tyypillisesti teräksiin ja rautoihin.
Metallien valu ja yhteensopivuus
Vesilasivalu on erinomaista tavallisten rautaseosten kanssa. Tyypillisiä teräksiä ovat mm hiiliteräs, matala- ja keskiseosteiset teräkset, lämmönkestävä ruostumattomat teräkset, ja mangaaniteräkset.
Valuraudat (harmaa ja sitkeä) Valetaan myös yleisesti. Nämä seokset voidaan kaataa 1400–1600 °C lämpötilassa ilman, että piidioksidikuori tuhoutuu katastrofaalisesti (oikeilla lämpöaikatauluilla).
Itse asiassa, vesilasi on erityisen suosittu kulutusosat ja raskaat komponentit valmistettu teräksestä, missä ylimääräinen kuoren vahvuus (verrattuna hiekkavaloon) ja monimutkaisuus maksaa.
Vesilasi on soveltuu vähemmän reaktiivisille tai kevyille metalleille. Alumiini ja magnesiumseokset, esimerkiksi, vaativat erittäin kuivaa, puhtaat kuoret.
Kaikki kuoren kosteus tai sooda voi aiheuttaa alumiinihuokoisuutta tai hapettumista.
Titaani ja muut reaktiiviset seokset vaativat yleensä piidioksidi-sooli- tai keraamisia kuorijärjestelmiä (tai tyhjiösulatus) koska vesilasikuorilla ei ole vaadittua inertiteettiä tai puhtautta.
(Käytännössä, titaanin vahavalu tehdään lähes yksinomaan tulenkestävällä zirkoni/alumiinioksidikuorijärjestelmällä, ei vesilasia.)
Siten, metallurginen yhteensopivuus on keskeinen näkökohta: vesilasi valitaan, kun valumetalli on yhteensopiva piidioksidin kanssa (rautapitoiset järjestelmät) ja prosessitaloutta tarvitaan.
Metallurgian kannalta, vesilasikuoret voivat vaikuttaa valun laatuun.
Esimerkiksi, hiiliteräkset voivat läpikäydä lievän hiiltymisen vaipan rajapinnassa, jos niistä poistetaan vaha happamalla vedellä, joten käytetään neutraalia vettä.
Keramiikan kaasunläpäisevyys auttaa poistamaan vedyn ja kaasun; kuitenkin, mikä tahansa riittämätön vahanpoisto tai kosteus voi aiheuttaa kaasuhuokoisuutta.
Kutistumishuokoisuutta hallitaan tavalliseen tapaan nousuputkien ja tuuletusaukkojen kautta.
Yleensä, vesilasivalut käyttäytyvät metallurgisesti kuten muut samaa metallia olevat tarkkuusvalut – kuoren kemialla on minimaalinen seostusvaikutus, mutta se voi hieman muuttaa pinnan hiilenpoistoa.
Oikea prosessinohjaus (kuten tyhjiö- tai inerttiatmosfäärivalu tietyille teräksille) voidaan soveltaa tarpeen mukaan, mutta ne ovat riippumattomia sideainetyypistä.
Mittojen tarkkuus ja pinnan viimeistely
Vesilasi-investointivalut saavuttavat kohtuullisen tarkkuuden. Ulottuvuus toleranssit ovat tyypillisesti ISO CT7-CT9 yleisille mitoille. (Hienoille seinille, toleranssi voi rentoutua CT9:ään tai CT10:een.)
Laittamaan tämän perspektiiviin, ISO CT7 a 50 mm ominaisuus sallii noin ±0,10 mm poikkeaman, kun taas CT6 olisi ±0,06 mm.
Käytännössä, pienet osat ja hyvin kontrolloidut prosessit voivat lähestyä CT6-CT7:ää,
mutta suuremmat tai monimutkaisemmat valukappaleet ovat usein CT8-CT9-alueella.
Tämä on verrattavissa hienon hiekkavalun toleransseihin.
Sitä vastoin, huippuluokan silica-sol valukappaleet voivat saavuttaa CT4-CT6 pienillä mitoilla, joten vesilasi on noin yhden toleranssiasteen verran vähemmän tarkka.
Laatutietoiset liikkeet määrittelevät toleranssit ISO:n perusteella 8062, huomauttaa usein "CT8" vesilasiprosessien perustana.
Pintakäsittely on myös karkeampaa kuin piidioksidisol, mutta sileämpi kuin hiekkavalu. Tyypillinen pinnan karheus vesilasivalujen osalta on luokkaa RA 6–12 μm (250-500 min).
Eräs valimo raportoi, että vesilasivalut saavuttivat suunnilleen arvon Ra = 12.5 μm vertailutesteissä. Sitä vastoin, piidioksidisol-osat voivat saavuttaa Ra 3–6 μm.
Vesilasin suurempi karheus johtuu kuoren suuremmista raekokoista ja natriumsilikaattisideaineen luonteesta.
Viimeistelyyn vaikuttavia tekijöitä ovat lietteen kiintoainepitoisuus, stukkoraekoko, kuoren paksuus, ja kuvion laatu.
Esimerkiksi, hienommat pohjamaalit ja lisäpohjamaalit voivat parantaa pinnan laatua.
Kuitenkin, suunnittelijoiden pitäisi odottaa karkeampaa alkupintaa: tyypilliset valukappaleet vaativat usein kevyttä hiontaa tai koneistusta saavuttaakseen tasaisuuden noin Ra 3–6 μm kriittisillä pinnoilla.
Tarkkuuden hallitsemiseksi, useimmat kaupat käyttävät mittatarkastus (paksuus, CMM, mittareita) ensiosissa ja tuotantonäytteissä.
Koska vahakuvio ja puu tuovat vaihtelua, huolellinen asettelu ja kutistumisen kompensointi ovat tarpeen.
Teräksen lämpökutistumiskertoimet (noin 1.6 mm/m·100 °C) käytetään skaalaamaan kuvioita. Prosessidokumentaatio määrittelee kutistumistekijät ja toleranssit ISO:n mukaan.
Laadunvalvonta ja tarkastus
Laadunvalvonta vesilasin valupeilien muissa valimolajeissa. Kriittiset vaiheet tarkastetaan useissa vaiheissa:
- Kuoren tarkastus: Ennen kaatamista, kuoret tutkitaan halkeamien varalta, rakkuloita, tai epätäydellinen pinnoite.
Urakoitsijat mittaavat usein kuoren paksuuden ultraäänimittareilla ja varmistavat, että jokainen kerros on tasainen. Mikä tahansa delaminaatio tai neulanreiät voivat aiheuttaa valuvirheitä.
Märän lietteen säiliöiden pH:ta ja kiintoaineita tarkkaillaan; vaihtelut voivat tuottaa heikkoja kuoria. Kuivausuunien lämmön jakautuminen tasaisesti tarkistetaan. - Mittatarkistukset: Ravistelun ja viimeistelyn jälkeen, valukappaleet mitataan suunnittelumittojen mukaan.
Ensimmäisen tuotteen osat käyvät yleensä läpi CMM-tarkastuksen kriittisten mittojen varmistamiseksi määritellyn toleranssiluokan sisällä (esim. ISO CT8).
Reikien halkaisijoille käytetään yksinkertaisia mittarikappaleita tai tulppamittareita. Koska puun nousu ja vahan kutistuminen lisäävät pieniä virheitä, on yleistä säätää mallin perusmittoja, jos loppuminen tapahtuu. - Vian havaitseminen: Vesilasivaluissa voi olla vikoja, kuten kaasun huokoisuus, sulkeumat, tai kuoren sulamisvirheitä.
Yleisiä tarkastusmenetelmiä ovat röntgen/radiografia (löytääksesi sisäisiä onteloita tai sulkeumia), fluoresoiva penetrantti (pintahalkeamia ja huokoisuutta varten), ja magneettisten hiukkasten testaus (rautapitoisille osille).
Tarvittaessa, painetestausta tai virtaustestiä sovelletaan. Metallurginen analyysi (makro etch, mikrokuvat) voidaan käyttää prosessikehityksen aikana.
Kaiken testauksen tulee viitata standardeihin (esim. ASTM E165 tunkeutuvalle aineelle, ASTM E446 röntgenkuvaukseen) hyväksymisen määrittelemiseksi. - Prosessin dokumentaatio: Vesilasivalojen tiukka jäljitettävyys säilyy. Tietueet sisältävät lietteen sekoitussuhteet, hoitoaikataulut, ja uunin ajat.
Monet valimot käyttävät prosessinaikaisia tarkistuslistoja (vahanpoistouunien lämpötilalokit, kosteustukit kuivaushuoneisiin, ja sideaineen käyttölokit).
Erittäin luotettaviin osiin (esim. ilmailu-), täydellinen lämpökoodi ja kemiallinen/fyysinen sertifikaatti tulevat osan mukana.
ISO 9001 tai Nadcap-standardit voivat ohjata dokumentointia kriittisillä toimialoilla.
Kaiken kaikkiaan, ohjausfilosofia on standardoida jokainen vaihe, jotta valuvirhe voidaan jäljittää takaisin perimmäiseen syyensä (esim. epävakaa liete tai jäänyt kuivausjakso).
Taloudelliset näkökohdat
Vesilasin vahahäviövalu on arvostettu kustannustehokkuus sopivissa sovelluksissa. Keskeisiä taloudellisia tekijöitä ovat materiaalikustannukset, työvoimaa, syklin aika, ja tuotto:
- Materiaalit: Natriumsilikaattisideaine ja kvartsihiekka ovat edullisia verrattuna kolloidiseen piidioksidiin ja zirkoniin.
Esimerkiksi, natriumsilikaattiliuos voi maksaa muutaman sentin kilolta, kun taas kolloidiset piidioksidisideaineet maksavat suuruusluokkaa enemmän.
Käytetyt suolat tai kiihdyttimet ovat minimaalisia. Vahakuvioita (varsinkin 3D-tulostettuna) lisää kustannuksia, mutta tuotto on korkea.
Keramiikkajätettä löytyy jonkin verran (rikki kuori) mutta se voidaan usein kierrättää hiekkana. Kaiken kaikkiaan, kulutustarvikkeet ovat edullisia. - Työ- ja käsittelyaika: Vesilasikuoren rakentaminen on työvoimavaltaista, vaatii useita upotus- ja kuivausjaksoja.
Kiertoajat 24-72 tuntia vahapuusta kaataa ovat tyypillisiä (nopeampi kuin korkean lämpötilan silica-sol, joka voi kestää kauemmin kovettumisen).
Märkä vahanpoistovaihe on pidempi (upotus vs avoliekkipoltto), mutta tämä on yleensä yön yli liotus. Työvoimaa tarvitaan mallin valmisteluun, pinnoitus/stukkityöt, ja shakeout.
Tästä huolimatta, pienemmät työkalukustannukset ja pienempi koneistus kompensoivat usein suuremman työmäärän.
Kustannusmallissa, vesilasi voi olla kilpailukykyinen, kun osamäärät ylittävät muutaman sadan vuodessa, erityisesti raskaille tai monimutkaisille osille, jotka olisivat erittäin kalliita hiekka- tai painevalussa. - Läpäisykyky: Yksikäyttöiset vesilasilinjat voivat kulkea jatkuvasti, mutta jokainen rakentaa (kuoren lataus, vahanpoisto, palo, kaada, tyrmäys) käsittelee vain kyseisessä puussa olevia osia.
Suorituskyky on kohtalainen; muutama sata kiloa valukappaleita erää kohden saattaa olla normaalia. Kuitenkin, vahanruiskutukseen ja kuoriruiskutukseen on olemassa automaatio.
Rajoittava vaihe on usein vahanpoisto ja poltto, jotka voivat olla eräuuneja määritellyillä kuormilla. Tehokas aikataulutus (puiden pinoaminen) voi parantaa käyttöä. - Satoa ja romua: Koska prosessi on tarkka, romumäärät voivat olla alhaisia, jos niitä valvotaan. Kuitenkin, mikä tahansa kuoren halkeama tai metallin läpivuoto johtaa valun kokonaishäviöön.
Kuorivioista johtuvat viat (esim. vahanpoiston jälkeinen halkeilu) minimoidaan tiukan prosessiohjauksen ansiosta.
Hiekkavaluon verrattuna, vesilasilla on yleensä suurempi saanto, koska osat ovat helpompia puhdistaa ja ne ovat lähes verkkomaisia.
Verrattuna silikasooliin, tuotto on sama tai hieman pienempi (piidioksidi-sol-kuoret voivat olla anteeksiantavaisempia vahanpoistoongelmissa).
Karkea kustannusten vertailu saattaa osoittaa, että vesilasien valu voi olla 50-70% halvempi per osa kuin piidioksidi-soolivalu keskitarkkoihin teräsosiin,
alhaisempien materiaali- ja työkalukustannusten vuoksi, vaikkakin pinnan laadun heikkeneminen on vähäistä.
Se on kalliimpaa kuin halpa hiekkavalu yksikköä kohti, mutta koska lopulliset osat tarvitsevat paljon vähemmän koneistusta, se valmiiden osien kokonaiskustannukset voi olla kilpailukykyinen.
Lyhyesti sanottuna, vesilasivalu antaa yrityksille mahdollisuuden siirtää kustannuksia konetuneista prosessiaikaan,
mikä on usein edullista osille, jotka ovat niin monimutkaisia tai pienikokoisia, ettei erityistyökaluja ole perusteltua.
Teolliset sovellukset
Vesilasi-investointivalu löytää paikkansa raskaat ja monimutkaiset komponentit useilla toimialoilla. Huomattavia sovelluksia ovat mm:
- Koneet ja raskaat laitteet: Komponentit kaivostoimintaan, öljy & kaasu, ja rakennuskoneet käyttävät usein vesilasivalua.
Esimerkiksi, vaihde, pumppukotelot, venttiilit, ja siipipyörät näillä sektoreilla hyötyvät teräksen lujuudesta ja sijoitusvalujen geometrisestä vapaudesta.
Vesilasivalu ruostumattomasta teräksestä venttiilin putkiliitos - Maatalouden osat: Osat kuten traktorin kotelot, auran komponentit, ja raskaan maatalouskoneiden kytkennät tehdään tällä tavalla.
Mahdollisuus valuta pallografiittiraudan tai niukkaseosteisen teräksen muotoja (esim. ohjausaisan osat, kylvölevyt) monimutkaiset profiilit ovat keskeinen etu. - Autoteollisuus: Vaikka se ei ole yleistä massatuotetuissa autonosissa, vesilasivalua käytetään pienimääräisissä autojen tai kuorma-autojen komponenteissa (esim. pieniä eriä ohjausniveliä, raskaat jousitusvarret, jarrukomponentit erikoisajoneuvoihin).
Sen tarkkuus ylittää kriittisten istuvuusosien hiekkavalun, silti pysyy kustannustehokkaana kohtalaisille juoksuille. - Teollisuuden venttiilit ja pumput: Valurauta- ja teräsventtiilit, pumppukappaleet, ja laipat tulevat usein vesilasiinvestointimuoteista.
Nämä osat tarvitsevat monimutkaiset sisäkanavat ja hyvän pintakäsittelyn (vuotojen välttämiseksi) – Vesilasivalu tuottaa koneistukseen valmiita venttiileitä ilman hylsyjä. - Rakennus- ja arkkitehtuurivalut: silloin tällöin, koristeelliset tai rakenteelliset rauta-/teräselementit (kuin laipat, laitteisto, tai koristeellisia tukia) Valetaan vesilasin kautta.
Prosessi voi vangita hienoja taiteellisia yksityiskohtia käyttämällä edullista hiekkaa, joten se soveltuu erikoisvaluihin (esim. pronssin vaihto arkkitehtonisissa elementeissä). - Offshore- ja merikomponentit: Kuten alan lähteet mainitsevat, perävaunujen osat, nosturit, ja laivalautat käyttävät tätä menetelmää kestävyyden saavuttamiseksi ankarissa ympäristöissä.
Kaiken kaikkiaan, vesilasivalu valitaan vaativilla aloilla vankat rautametallivalut kohtuullisilla yksityiskohdilla kohtuullisin kustannuksin.
Se kilpailee hiekkavalun kanssa, kun vaaditaan suurempaa tarkkuutta tai verkkomuodon yksityiskohtia, ja se kilpailee silica-sol-investointivalujen kanssa, kun suuri koko tai budjettirajoitteet tekevät jälkimmäisestä liian kalliiksi.
Vertaileva analyysi
Verrattuna muihin valumenetelmiin, vesilasin sijoitusvalulla on keskitie:
Vesilasi vs Silica-Sol Investment Casting:
Silica-sol (kolloidinen piidioksidisideaine zirkonjauholla) tuottaa hienoimmat yksityiskohdat, paras pintakäsittely (Ra niinkin alhainen kuin 3–6 μm), ja tiukemmat toleranssit (ISO CT4-CT6).
Kuitenkin, se on kalliimpaa: piidioksidisooliliuokset ja zirkonihiekat maksavat huomattavasti enemmän, ja prosessi vaatii liekin palamisen ja korkeampia polttolämpötiloja.
Vesi-lasivalu, sitä vastoin, on karkeampi viimeistely (~Ra 6-12 μm) ja laajemmat toleranssit (CT6-CT9), mutta käyttää halpoja materiaaleja ja yksinkertaisempaa vahanpoistoainetta.
Vesilasien kuoret ovat myös yleensä vahvempia käsiteltäessä ennen kaatamista (ne ovat erittäin jäykkiä kuivumisen jälkeen) ja voi olla paksumpi, mikä hyödyttää raskaita kaatoja.
Yhteenvetona, silica-sol on valittu korkean tarkkuuden vuoksi, pieniä osia; vesilasi valitaan isommaksi, lujat komponentit, joissa pinnan viimeistely voidaan uhrata.
Vesilasin sijoitusvalu vs. Hiekka Valu:
Hiekkavalu (vihreää hiekkaa tai kemiallisesti sidottua) on edullisin, joustavin muottien valmistus suurille osille.
Kuitenkin, hiekkavalut ovat erittäin karkeita pintoja (Rata > 25 μm, usein 50-100 μm) ja löysät toleranssit (ISO CT11 tai huonompi).
Vesilasivalu antaa huomattavasti paremman pinnan ja tarkkuuden (kuten edellä mainittiin) korkeammalla hinnalla.
Jos hiekkavalettu osa vaatii laajaa koneistusta tai korjausta (kuten hylsyjen hitsaus), voi olla halvempaa käyttää vesilasia.
Myös, tietyt monimutkaiset muodot (ohut seinät, sisäiset tyhjiöt) ovat kovia tai mahdottomia hiekassa ilman ytimiä; vesilasi tuottaa helposti tällaisia muotoja.
Kompromissi on, että hiekkavalu hilseilee paremmin erittäin suuressa volyymissa (muotit tai muotit, joita voidaan käyttää monta kertaa),
kun taas vesilasi on rajoitettu noin 150 kg per muotti ja vaatii usean päivän jaksot.
Kuoren lujuus ja lämpökäyttäytyminen:
Vesilasikuoret koostuvat sulatetuista piidioksidikerroksista, jotka ovat hieman vähemmän tulenkestäviä kuin zirkoni- tai alumiinioksidikerrokset, joita usein käytetään piidioksidi-sol-kuorissa.
Tämä tarkoittaa, että vesilasikuorilla on tyypillisesti alhaisempi maksimikäyttölämpötila ja ne voivat sallia enemmän metalli-kuorireaktiota erittäin kuumissa kaatoissa.
Käytännössä, vaikka, molemmat menetelmät tuottavat kuoria, jotka kestävät helposti teräksen/raudan valulämpötilat.
Voiman suhteen, sekä silica-sol- että vesilasikuoret ovat jäykkiä polton jälkeen, mutta piidioksidisoli voi säilyttää rakenteellisen eheyden korkeammissa lämpötiloissa.
Parhaat käyttötapaukset:
Yhteenveto parhaista käyttötavoista, vesilasivalu on ihanteellinen keskikokoiset ja suuret teräs-/rautaosat, joissa korkea tarkkuus ei ole kriittinen,
kuten pumppukotelot, varusteet, raskaiden koneiden osia, ja kaikki komponentit, joissa valuominaisuudet säästävät hitsausta.
Silica-sol sopii parhaiten pienet ja keskikokoiset korkean tarkkuuden osat (ilmailu-, korut, lääketieteelliset implantit, pienet ruostumattomat osat).
Vihreähiekkavalu voittaa massiivisia raskaita osia tai erittäin suuria määriä, joissa tiukkoja yksityiskohtia ei tarvita (esim. isot kotelot, moottorilohkot, pumppukotelot irtotavarana).
Alla olevassa taulukossa on muutamia vertailutietoja:
- Pinnan karheus (tyypillinen Ra): Silica-soli ~3-6 μm; vesilasi ~6-12 μm; vihreä hiekka >25 μm.
- Ulottuvuustoleranssi: Silica-sol ISO CT4–CT6; vesilasi ~CT6-CT9; vihreä hiekka CT11-CT12 (hyvin löysä).
- Aineelliset kustannukset: Matala hiekalle, kohtalainen vesilasille, korkea piidioksidisolille. Natriumsilikaattisideaine on erittäin halpa, kun taas kolloidinen piidioksidisideaine on kallista.
- Kuoren vahvuus: Hyvä piidioksidisolille korkealla T:lla, kohtalainen vesilasille. Zirkoni/alumiinioksidikuoret (piidioksidi-sooli) on korkeampi tulenkestävyys.
- Tuotantoasteikko: Vesilasi sopii pienille ja keskikokoisille tilavuuksille (kymmeniä tuhansia vuodessa), varsinkin kun osat ovat raskaita. Silica-sol sopii pienille/tarkkuusajoille; hiekka sopii suuriin määriin.
Kaiken kaikkiaan, vesilasivalu siltaa aukon: Se tarjoaa parempi hallinta ja viimeistely kuin hiekkavalu, mutta halvempi kuin silica-sol.
Kun suunnitteluvaatimukset ovat maltillisia ja budjetit ovat rajalliset, se on usein edullisin tarkkuustekniikka.
Johtopäätös
Vesilasi (natriumsilikaatti) sijoitusvalu on a kustannustehokas tarkkuusvalu prosessi optimoitu rautametallille, monimutkaiset komponentit.
Käyttämällä edullisia sideaineita ja hiekkaa, sen avulla valmistajat voivat saavuttaa lähes verkon muotoisia teräs- ja rautaosia kohtuullisin toleranssein (ISO CT7-CT9) ja viimeistely (Ra ≈6–12 μm) murto-osalla piidioksidi-soolivalun kustannuksista.
Prosessin vahvuuksia ovat sen materiaalitalous, vahva kuoren jäykkyys, ja kyky tuottaa monimutkaisia geometrioita ilman ydinten romahtamista.
Sen tärkeimmät rajoitukset ovat karkeampi pintakäsittely ja alhaisempi korkeiden lämpötilojen vakaus, mikä rajoittaa sen keskitarkkuuteen, raskaat sovellukset.
innolla, vesilasin valu on edelleen merkityksellinen sovelluksissa, kuten koneissa, autojen osakokoonpanot,
maatalous- ja rakennuskoneet, ja kaikki osat, jotka hyötyvät hyvästä yksityiskohtien ja kustannusten kompromissista.
Jatkuvat parannukset (kuten optimoidut silikaattikoostumukset ja automaattinen kuoren pinnoitus) saattaa nostaa sen tarkkuutta hieman korkeammalle.
Silti, insinöörien tulee sovittaa osat huolellisesti prosessiin: käytä vesilasia kun teräs/rauta monimutkaisuus ja taloudellisuus hallitsevat vaatimukset,
silica-sol kun erittäin hienoja yksityiskohtia tai erikoisseoksia tarvitaan, ja hiekkaa milloin pelkkä tilavuus tai koko ohittaa tarkkuuden.
Kaiken kaikkiaan, vesi-lasi investointi valu on kypsä, hyvin ymmärretty tekniikka.
Its continued use is driven by global demand for robust, intricately shaped metal parts at moderate tolerances and competitive costs.
Proper application of its chemistry and process controls – and thorough inspection – yields consistent, high-quality castings for a wide range of industrial needs.
Tämä on täydellinen valinta valmistustarpeisiisi, jos tarvitset korkealaatuista water glass investment casting palvelut.
