Casting en mousse perdue vs casting d'investissement

1. Introduction

Moulage de mousse perdue (LFC) vs investissement (Chanteur perdu) Fonderie (CI) se démarquer comme deux techniques de forme quasi-réseau principales.

Permettant la production de composants complexes à travers l'automobile, aérospatial, énergie, et les secteurs médicaux.

Naturellement, La sélection de la méthode de coulée droite affecte non seulement la qualité finale, mais aussi le coût, délai de mise en œuvre, et durabilité.

Par conséquent, Les ingénieurs et les gestionnaires de fonderie évaluent régulièrement plusieurs processus pour faire correspondre la complexité de partie, Exigences en alliage, et volume de production.

Aujourd'hui, les demandes de l'industrie pour des tolérances plus strictes, finitions de surface plus fines, Et les géométries plus complexes font une comparaison approfondie de la coulée de mousse perdue par rapport à l'investissement en temps opportun et précieux.

2. Qu'est-ce que le moulage de mousse perdue (LFC)?

Moulage de mousse perdue Emploie un polystyrène élargi consommable (PSE) motifs de mousse fabriqués via l'usinage CNC, moulage, ou impression 3D.

Une fois que les opérateurs assemblent ces modèles en grappes et les intégres en lâche, sable non lié, Ils versent du métal fondu - typiquement en aluminium ou du fer ductile - directement sur la mousse.

La chaleur vaporise la mousse, qui s'échappe à travers le sable, et le métal remplit instantanément la cavité.

Par conséquent, LFC produit grand, pièces moulées à une seule pièce avec des angles de tirage minimaux, Pas de cœurs séparés, et la liberté géométrique inégalée par la coulée de sable traditionnelle.

3. Qu'est-ce que l'investissement (Chanteur perdu) Fonderie (CI)?

Moulage d'investissement, Souvent connu comme Casting Lost-Wax, Commence par des motifs de cire de précision créés en injectant de la cire fondue en matrices en métal.

Les opérateurs «arborent» ces modèles, Construisez ensuite une coque en céramique à travers plusieurs trempettes dans une suspension réfractaire (Silica sol pour les détails fins ou le verre d'eau pour l'économie) et couches de stuc ultérieures.

Après la déwax à 150 ° C et burnout à haute température à 600–900 ° C, Ils versent du métal préchauffé - y compris les aciers inoxydables, Superalliages, et titane - dans la coquille chauffée.

Enfin, Ils retirent le moule en céramique pour révéler des pièces avec des tolérances serrées (± 0,1 à 0,3 mm) et finition de surface supérieure (RA 0,8 à 3,2 µm).

4. Traiter les principes fondamentaux

Moulage de mousse perdue

1. Création de motifs: Produire des formes EPS en 1 à 4 heures par pièce via CNC ou des méthodes additives.
2. Assemblage de cluster: Attacher à 20 Modèles de mousse par tête de déclenchement pour maximiser le débit.
3. Garniture de sable: Sable de silice non lié compact à 85 à 90% de densité relative, Assurer un soutien uniforme.
4. Verser & Vaporisation: Verser du métal fondu à 660 °C (aluminium) ou 1,400 °C (fer), vaporiser la mousse et se solidifier dans les 30 à 60 secondes.

Moulage d'investissement

1. Injection de motif de cire: Des temps de cycle de 20 à 30 secondes par modèle, répétabilité dimensionnelle de ± 0,05 mm.
2. Bâtiment de coquille: Appliquer 8 à 12 couches de suspension en céramique et de stuc sur 2 à 4 jours pour la silice Sol, ou 24 à 48 heures avec du verre d'eau.
3. Déwax & Épuisement professionnel: Retirer la cire dans les autoclaves à vapeur; RAMP à la température de l'épuisement professionnel à 1–2 ° C / min pour éviter la fissuration.
4. Coulant en métaux: Verser des superalliages à 1,550 ° C sous vide ou aide centrifuge pour minimiser les turbulences et la porosité.

5. Matériels & Compatibilité en alliage

Alliages de coulée en mousse perdus

• Alliages d'aluminium: Les fonderies utilisent le plus souvent les systèmes al-SI (par ex., A356, A380).
  Ces alliages fondent entre 580 ° C et 615 °C, offrant une bonne fluidité et une force légère (Forces de traction de 200–300 MPa).
• Fonte Ductile: Grades comme 65 à 45 à 12 (65 Ksi uts, 45 Ksi ys, 12% élongation) rester populaire pour les boîtiers de pompe et les collecteurs d'échappement. Faire fondre les températures qui planent 1,370 – 1,420 °C.
• Aciers faiblement alliés: Certains aciers carbone et cr-mo (par ex., 4140, 4340) Suit LFC quand la ténacité l'emporte sur une résistance à la corrosion extrême; Ils se solidifient 1,450 – 1,500 °C.

Parce que la coulée de mousse perdue vaporise les motifs de mousse, il peut générer des gaz dérivés d'hydrocarbures.

Par conséquent, Foundries doit mettre en œuvre dégazage Techniques - telles que le gaz inerte bouillonnant - pour minimiser la porosité.

En outre, L'environnement de sable de LFC produit souvent des structures de grains en colonnes, ce qui peut améliorer la résistance directionnelle mais peut nécessiter des traitements thermiques pour affiner la microstructure.

Investissement en alliages

• Austénitique Aciers inoxydables: Des notes telles que 304, 316L, et 17-4 Le pH présente des résistances à la traction de 500 à 1 200 MPa et une résistance à la corrosion exceptionnelle, avec des plages de fusion entre 1,370 ° C et 1,450 °C.
• Superalliages à base de nickel: Inconel 718 et 625 fonctionner à des températures dépassant 700 °C; Ils maintiennent les limites d'élasticité au-dessus 800 MPA à 650 °C.
  Leurs points de fusion dépassent 1,350 °C, et ils nécessitent un vide ou un gaz inerte pour contrôler l'oxydation.
• Alliages de titane: Ti-6Al-4V (Grade 5) sert les marchés aérospatiaux et biomédicaux; c'est 1,660 ° C Point de fusion et affinité élevée pour la demande d'oxygène Coulage d'atmosphère contrôlée.
• Bronzes & Cuivre Alliages: Le bronze phosphore et le cuivre à haute conductivité jette bien dans les processus d'investissement, offrant des résistances à la traction de 300–500 MPa.

Parce que le casting d'investissement utilise un coquille en céramique, il inhibe le piégeage des gaz et donne grains à équiax fins, conduisant à une homogénéité mécanique supérieure.

De plus, La nature inerte de la coquille empêche les réactions en métal, Préserver l'intégrité de la surface.

Cependant, Les fonderies doivent soigneusement correspondre à l'expansion thermique de la coquille avec la contraction de l'alliage pour éviter les fissures ou les larmes chaudes.

6. Précision dimensionnelle & Finition de surface

Métrique	Moulage de mousse perdue	Moulage d'investissement
Dimensionnel Tolérance	± 0,5 à 1,0 mm	± 0,1 à 0,3 mm
Rugosité de la surface (Râ)	3.2–6,3 µm	0.8–3,2 µm
Allocation d'usinage	1.5–3 mm	0.5–1,5 mm
Épaisseur de paroi minimale	~2,5 mm	~ 1,0 mm

7. Liberté de conception & Complexité

Quand il s'agit de traduire des designs ambitieux en réalité, Les deux casting de mousse perdus (LFC) et casting d'investissement (CI) offrir des avantages uniques.

Cependant, Leurs forces divergent d'une manière qui a un impact direct sur la complexité en partie, stratégie d'outillage, et le coût global.

Coulage de mousse perdue - complexité de grande échelle

• Sous-dépouille & Sections creuses: Parce que le motif en mousse EPS se vaporise complètement, LFC gère les contre-dépréciations, cavités internes, et carotage sans inserts séparés.
  Par exemple, un collecteur d'échappement automobile pesant 10 kg peut intégrer des passages d'écoulement complexes en une seule coulée, Réduire les coûts d'assemblage de 15 %.

• Angles de projet minimaux: Les concepteurs peuvent spécifier des angles de projet aussi bas que 0,5 °, par rapport aux 2 à 3 ° souvent nécessaires dans la coulée de sable conventionnelle.
  Par conséquent, Des murs aussi minces que 2.5 mm restent réalisables pour les pièces jusqu'à 1.8 m long.
• Itération rapide: Les motifs de mousse coûtent 100 $ à 300 $ chacun et se retournent en heures via CNC ou 3D, Permettre 3 à 5 boucles de conception par semaine pendant le développement.

Coulage d'investissement - précision de la fin

• Murs fins & Caractéristiques complexes: Le coulage d'investissement produit de manière fiable les épaisseurs de paroi jusqu'à 1 mm et rayons de filets sous 0.5 mm.
  Buses de carburant en aérospatiale, Par exemple, incorporer souvent 12 canaux de refroidissement internes juste 0.8 mm de diamètre - des fêtes impossibles avec d'autres méthodes.
• Reproductibilité du modèle élevé: Les matrices de cire fournissent une répétabilité dimensionnelle de ± 0,05 mm et des finitions de surface aussi lisses que RA 0.8 µm. Cette précision réduit après l'achat de 50%.
• Arbres multi-composants: En «arborant» des dizaines de motifs ensemble, Les fonderies atteignent un débit élevé sur petit, pièces complexes - Idéal pour les implants médicaux ou les boîtiers d'équipement de précision.

8. Analyse économique

• Coûts d'outillage: Modèles de mousse de coulée en mousse perdue gamme de 100 $ à 300 $ chacun; Les matrices d'acier de coulée d'investissement coûtent 15 000 $ à 60 000 $, Plus 3 $ à 8 $ / kg de matériel en céramique.
• Coût unitaire vs. Volume: À 5,000 pièces / an (aluminium), L'unité de coulée en mousse perdue coûte ~ 22 $; Investissement Casting Les pièces en acier inoxydable coûtent ~ 120 $. À 20,000 unités, LFC tombe à $15, tandis que IC tombe à $95 via l'amortissement Die.
• Temps de cycle: Le cycle et le cycle de sable de LFC se termine à l'intérieur 30 minutes; IC nécessite un minimum de 48 Heures pour la construction de coquilles et l'épuisement professionnel.
• Rendement & Ferraille: LFC Scrap fonctionne 5 à 10%, principalement en raison de défauts en mousse; La ferraille IC reste sous 5%, Merci à une qualité de coque robuste.

9. Contrôle de qualité & Défauts

Assurer l'intégrité des composants coulés exige un contrôle de qualité rigoureux (QC) protocoles et compréhension des mécanismes de défaut spécifiques au processus.

Moulage de mousse perdue (LFC) et casting d'investissement (CI) chacun présente des modes de défaillance distincts,
Les fonderies doivent donc adapter les méthodes d'inspection et les stratégies d'atténuation en conséquence.

Défauts communs dans la coulée de mousse perdue

Porosité des gaz

• Cause: La vaporisation incomplète de la mousse EPS ou de l'humidité dans le sable génère de l'hydrogène et des gaz carbonés.
• Impact: Vides sphériques à 3 Le diamètre mm peut réduire la résistance à la traction autant que 20 %.
• Atténuation: Modèles pré-séchés à 60 ° C pour 2 heures; Installez les systèmes de dégazage assistés sous vide pour atteindre un niveau de gaz dissous en dessous 0.1 cm³ / 100 g de métal.

Érosion du sable

• Cause: L'entrée en métal à grande vitesse dans du sable à compression vaguement perturbe la face de la moisissure.
• Impact: Les imperfections de surface et les nageoires nécessitant jusqu'à 1.5 MM de l'allocation d'usinage.
• Atténuation: Augmenter le compactage de sable à 90% densité relative; Utilisez du sable de silice à grains (0.2–0,4 mm) pour une meilleure stabilité des moisissures.

Remplissage incomplet (Maltraitement)

• Cause: Refroidissement rapide autour de grandes sections transversales ou de taches froides dans les déclenchement.
• Impact: Cavités de retrait localisées qui compromettent les fonctionnalités de partie.
• Atténuation: Optimiser la conception de déclenchement avec des simulations thermiques; Maintenir la température de versement à moins de ± 10 ° C du Liquidus de l'alliage.

Défauts communs dans le casting d'investissement

Craquage de la coquille

• Cause: Expansion thermique différentielle entre les couches céramiques pendant les cycles devax ou d'épuisement professionnel.
• Impact: Fissure plus large que 0.2 mm Autoriser les fuites en métal, conduisant à des bords en lambeaux ou à une partie pleine partie.
• Atténuation: Épaisseur de couche de coquille de commande (6–8 mm au total) et chauffage de rampe à ≤ 2 ° C / min pendant l'épuisement professionnel pour minimiser les chocs thermiques.

Inclusions et piégeage de scories

• Cause: Affinement de fonte inapproprié ou absence de filtres en céramique.
• Impact: Inclusions non métalliques (0.1–0,5 mm) agir comme des concentrateurs de stress, réduire la vie de la fatigue 30 %.
• Atténuation: Incorporer les filtres en mousse en céramique en ligne (10–20 pores par pouce) et effectuer un dégazage de linceul argon pour réduire les comptes d'inclusion ci-dessous 2 particules / cm².

Porosité et cloques

• Cause: Gaz piégés dans la coque durcie ou l'humidité dans le stuc réfractaire.
• Impact: Des ampoules souterraines qui entraînent des chemins de fuite dans les composants de la pression.
• Atténuation: Assemblages à carapace sec à 150 ° C pour 4 heures; Assurez-vous que le contenu des solides de suspension reste au-dessus 70 % en poids pour réduire la perméabilité.

Protocoles d'inspection et de test

Pour détecter et quantifier les défauts, Foundries utilise une combinaison de tests non destructifs et destructeurs:

Méthode	Couverture	Sensibilité
Tests radiographiques (RT)	Vides internes, inclusions	≥ 0.5 MM défaut dans 10 mm en acier
Tests par ultrasons (Utah)	Fissures internes et porosité	≥ 0.3 Défauts planaires MM
Test de pénétration de colorant (Pt)	Fissures révolutionnaires de surface	≥ 0.1 Fissures MM
Particule magnétique (MT)	Fissures proches de la surface dans les alliages ferreux	≥ 0.2 discontinuités MM
Métallographie	Microstructure, précipitations en carbure	Taille des grains ASTM 5–8, contenu de ferrite

10. Applications & Études de cas de l'industrie

• Automobile (LFC): Un rapport OEM mondial 18% variétés d'admission plus légers et 12% Économies de coûts à l'aide de coulée en mousse perdue en aluminium par rapport à la coulée traditionnelle.
• Aérospatial (CI): Les principaux fabricants de moteurs produisent 50,000 Inconel 718 Bocunes de carburant par an, atteindre des tolérances de ± 0,1 mm et réduire les retouches 40%.
• Énergie & Huile & Gaz: Pump Wallers for Seawater Service Adopter IC 316L pour résister à l'attaque du chlorure, prolonger le temps moyen entre les échecs (Mtbf) par 30%.
• Champs émergents: Approches hybrides - Modèles de mousse imprimés 3D utilisés dans la micro-casting IC - Implants orthopédiques en titane avec des épaisseurs de paroi aussi faibles que bas que 0.7 mm.

11. Les différences entre la coulée en mousse perdue et la coulée de cire perdue

Critère	Moulage de mousse perdue	Moulage d'investissement
Gamme d'alliage	Al, fer à fonte ductile, acier à faible alliage	Aciers inoxydables, Superalliages, titane, bronze
Tolérance	± 0,5 à 1,0 mm	± 0,1 à 0,3 mm
Finition de surface	RA 3,2-6,3 µm	RA 0,8 à 3,2 µm
Coût d'outillage	$100- 300 $ par modèle	$15,000- 60 000 $ par le
Temps de cycle	30 min per pour	48–72 h Shell Build + épuisement professionnel
Rendement	90–95%	95–98%
Taille de partie maximale	Jusqu'à 2 m	Généralement ≤ 1 m
Épaisseur de paroi min	~2,5 mm	~ 1,0 mm
Amélioration du volume	Moyen à élevé (> 5k / an)	Bas à moyen (< 20k / an)
Impact environnemental	COV, gaspillage de mousse	Co₂, déchets de coquille en céramique
Applications typiques	Collecteurs automobiles, blocs moteurs	Buses aérospatiales, implants médicaux

12. Critères de sélection & Cadre de décision

Pour choisir entre le casting de mousse perdu (LFC) et casting d'investissement (CI), Suivez ces directives:

• Géométrie en partie & Taille: Utilisez LFC pour grand, Formes simples; Sélectionnez IC pour miniaturisation, composants complexes.
• Exigences en alliage: Appliquer du LFC à des alliages à base d'aluminium ou de fer; Optez pour la coulée d'investissement en acier inoxydable, Superalkoy, ou les performances en titane sont importantes.
• Volume de production: Favoriser LFC pour les courses au-dessus 5,000 pièces chaque année; Levier IC pour spécialisé, pièces à volume inférieur (< 20,000 unités).
• Tolérance & Besoins de finition: Choisissez IC lorsque les tolérances se resserrent en dessous de ± 0,3 mm et que RA tombe sous 3 µm.
• Coût & Délai de mise en œuvre: Équilibrez le revirement rapide de LFC et les dépenses d'outillage faibles contre la précision supérieure et la polyvalence des matériaux de l'IC.

13. Conclusion

En conclusion, les deux Moulage de mousse perdue contre Moulage d'investissement offrir des avantages en forme de quart et des forces distinctes.

La coulée de mousse perdue offre une création de motifs rapides, Coûts d'outillage faibles, et capacité à grande échelle,

tandis que le casting d'investissement offre la plus haute précision, finition de surface exceptionnelle, et compatibilité étendue en alliage.

En évaluant soigneusement la complexité des pièces, exigences matérielles, Exigences de volume, et des cibles de qualité,

Les fabricants peuvent sélectionner en toute confiance la méthode de la coulée optimale - l'inscription de production rentable de composants hautes performances dans le paysage concurrentiel d'aujourd'hui.

À CE, Nous sommes heureux de discuter de votre projet au début du processus de conception pour nous assurer que tout alliage est sélectionné ou le traitement post-casting appliqué, Le résultat répondra à vos spécifications mécaniques et de performance.

Pour discuter de vos exigences, e-mail [email protected].

FAQ: Casting en mousse perdue vs casting d'investissement

Quelles sont les principales différences entre le casting de mousse perdu et le casting d'investissement?

Moulage de mousse perdue (LFC) utilise des motifs de mousse EPS consommables intégrés dans du sable non lié; Le métal fondu vaporise la mousse et remplit la cavité.

Moulage d'investissement (CI) Emploie des motifs de cire recouverts de coquille en céramique; La cire est déwax et la coquille est tirée avant le versement du métal.

LFC convient, Formes plus simples et alliages en aluminium ou en fer, alors que CI excellent à complexe, parties à parois minces et une gamme en alliage plus large.

Quel processus offre des tolérances dimensionnelles plus strictes?

La coulée d'investissement offre des tolérances plus fines - généralement ± 0,1 à 0,3 mm - merci des moules en céramique rigides et des outils de cire précis.

La coulée de mousse perdue contient généralement des tolérances de ± 0,5 à 1,0 mm, approprié pour les ajustements moins critiques.

Comment les finitions de surface se comparent-elles?

CI Les pièces atteignent des finitions RA 0,8 à 3,2 µm directement hors du moule, ne nécessitant souvent que le polissage léger.

LFC Les surfaces sont plus rugueuses - RA 3,2–6,3 µm - ils ont donc besoin d'usinage plus étendu.

Quels alliages peuvent-ils lancer chaque méthode?

LFC gère généralement l'aluminium (A356, A380), fer à fonte ductile, et sélectionner les aciers à alliage bas.

CI accueille les aciers inoxydables, Superalliages à base de nickel (par ex., Inconel 718), alliages en titane, et bronzes, ce qui le rend idéal pour les applications hautes performances.

Quel processus est le plus rentable?

Pour les volumes moyen à élevé d'alliages plus simples (par ex., Mélanges en aluminium), LFC offre des coûts d'outillage inférieurs ($100- 300 $ par motif en mousse) et les temps de cycle rapide.

CILes coûts de dépérisation initiale plus élevés ($15,000- 60 000 $) se justifier à faible volume, Exécutions de haute précision ou lorsque vous utilisez des alliages premium.

Quel processus a des délais plus rapides?

LFC Les délais fonctionnent généralement 1 à 3 jours du motif à la pièce finie, en raison de la structuration rapide en mousse et de la déversement d'un étage.

CI nécessite 4 à 7 jours pour la construction de coquilles, déwax, épuisement professionnel, et verser, le rendre mieux adapté aux courses de production prévues.

Puis-je produire de grandes pièces moulées avec ces méthodes?

LFC peut gérer les pièces jusqu'à 2 m en dimension et plusieurs centaines de kilogrammes en poids.

CI Habituellement, les boucles 1 M et 50–100 kg par pièce, en raison de la résistance aux coquilles et des contraintes d'épuisement.

Comment choisir entre LFC et IC?

Considérez la complexité en partie (Détail fin faveurs ic), Exigences en alliage (Les alliages premium favorisent IC), volume (Les volumes élevés favorisent LFC),

Besoins de tolérance et de finition (Les spécifications les plus serrées favorisent IC), et le budget d'outillage (Favors à faible coût LFC).