Coulée d'investissement en verre d'eau (également connu sous le nom de coulée de silicate de sodium) est une forme de moulage par la boisson perdue qui utilise un liant de silicate de sodium soluble dans l'eau dans la coquille en céramique.
En tant que l'une des deux principales méthodes de casting d'investissement (L'autre étant Silica Sol), Il fournit un équilibre de précision et de rentabilité.
Provenant des techniques traditionnelles de la chronométrage perdu en Asie et en Europe, La coulée de verre a gagné une traction industrielle au 20e siècle, les fonderies recherchaient une alternative à moindre coût aux processus colloïdaux-silice.
En utilisant des matériaux communs (quartz ou sable de silice avec liants au silicate alcalins), Ce processus est bien adapté à la précision moyenne, pièces à haute complexité où les budgets sont plus serrés.
Les moulages de verre à eau typiques vont de quelques centaines de grammes à 150 kg, avec des dimensions maximales autour de 1 m, le rendre idéal pour plus grand, composants sensibles aux coûts.
Qu'est-ce que le casting d'investissement en verre d'eau?
La coulée de verre d'eau est une variante de l'investissement de précision (chanteur perdu) casting dans lequel silicate de sodium («Verre à eau») sert de liant en céramique.
En pratique, cire (ou en plastique) Des motifs sont fabriqués et assemblés dans un arbre.
Les modèles sont à plusieurs reprises Enduit dans une suspension de fines particules réfractaires liées à la solution de silicate de sodium, puis recouvert de couches de stuc progressivement plus grossières pour construire la coquille.
Une fois la coque guérit, La cire est fondée ou bouillie, Laisser une cavité de moisissure creuse. Métal fondu (généralement en acier ou en alliages de fer) est versé dans cette coquille en céramique.
Après la solidification, La coquille est brisée pour révéler la partie cast. En bref, Investissement en verre d'eau coulant «investisse» un maître de cire dans une céramique à base de sodium-silicoles pour former le moule.
Par rapport à la coulée d'investissement de silice-sols (qui utilise la silice colloïdale et les sables à base de zircon), La méthode du verre d'eau échange une certaine qualité de surface pour un coût de matériau inférieur et un traitement plus simple.
Pourquoi utiliser du verre d'eau?
Le moulage en verre d'eau est populaire car il réduit les coûts et le traitement par rapport aux autres méthodes de précision.
Le liant de silica de sodium et les sables de silice conventionnels sont peu coûteux et faciles à manipuler, Ainsi, l'outillage et les matériaux coûtent beaucoup moins que pour les coquilles colloïdales-silice.
Par exemple, Les systèmes de verre à eau évitent les frais élevés de la silice Sol et des sables spécialisés, ce qui donne un coût d'investissement par partie inférieur.
Le processus aussi élimine de nombreuses opérations secondaires: Les pièces sortent presque en forme (nécessitant souvent peu de soudage ou d'usinage).
En pratique, Les pièces moulées en verre peuvent capturer des géométries très complexes (avec des contre-dépouilles et des toiles minces) sans noyaux, conception simplifiée.
Selon les sources de l'industrie, Offres de coulée de verre à eau «Conception complexe sans angles de projet» et «Une précision plus élevée par rapport à la coulée de sable»,
Tout en évitant les noyaux coûteux, moules, ou les soudures dont de nombreuses grandes pièces de sable ont besoin.
Cette flexibilité le rend attrayant Production de petits à médiation où les coûts d'outillage doivent être minimisés.
En même temps, Les pièces de verre d'eau sont généralement plus précis que le coulage de sable.
Les tolérances dimensionnelles typiques se trouvent dans la plage de l'iso CT6-CT9, correspondant à peu près à des cours de tolérance au sable fin ou à des cours de casting d'investissement bas de gamme.
Les finitions de surface sont en conséquence modérées: de l'ordre de Ra ~ 6-12 μm (Ils sont de 250 à 500 μt),
Mieux que les moulages de sable vert mais plus rugueux que les castings d'investissement de silice-sols.
En bref, La coulée de verre à eau est choisie lorsqu'il a besoin des formes complexes et des travaux secondaires réduits de la coulée de la cire perdue,
mais un budget plus serré ou une taille plus grande rendent le processus de silice-sols plus coûteux peu pratique.
Aperçu du processus
La coulée d'investissement en verre d'eau suit la procédure générale de la bois perdu avec quelques différences dans les matériaux de moisissure:
Modèle de cire et assemblage d'arbres.
Un modèle maître est produit (par moulage par injection, 3Impression D, ou sculpture à la main) et une matrice / moisissure de motif si nécessaire.
Les répliques de cire de la pièce sont créées à partir de ce maître. Plusieurs motifs de cire sont alors assemblé sur une piste commune (formant un "arbre") en utilisant des portes de cire et des mangeoires.
Ce cluster de cire formera de nombreuses pièces moulées en une seule version. Les surfaces de cire sont «habillées» pour éliminer les coutures ou les défauts, produisant une finition en aiguille sur chaque motif.
Bâtiment de coquille (Revêtement céramique).
L'assemblage de cire est plongé à plusieurs reprises dans une suspension réfractaire de sable très fin ou de farine de zircon en suspension dans une solution de silicate de sodium dilué.
Chaque trempette recouvre la cire dans une fine couche de céramique (Souvent 0,5 à 1 mm) Avant le stuc avec du sable plus grossier.
Après avoir vidées en excès de suspension, un couche de stuc (granules de sable de silice plus grands) est appliqué en versant ou lit fluidisé pour se lier à la suspension collante.
Le cluster est alors autorisé à durcir (Souvent séché à l'air ou à faible teneur). Ce cycle de séchage de manteau est généralement répété 4–7 fois Pour atteindre l'épaisseur de la coquille nécessaire (généralement 5 à 15 mm au total).
Pendant cette séquence, Les couches ultérieures utilisent des réfractaires plus grossiers et parfois différents (par exemple. Fine Silice First Coats pour plus de détails, Sable de quartz grossier dans les couches de support) pour maximiser la résistance et la perméabilité.
Dans les processus de verre d'eau, Les sables en quartz / silica fusionn. L'ensemble de la coquille est finalement séché à fond (Parfois dans les fours contrôlés par l'humidité) Pour éliminer l'humidité.
Déwaxing et tir.
La coquille en céramique durcie est déwaxée par Faire fondre la cire hors du moule.
Contrairement aux coquilles de silice-sol (qui brûlent généralement de la cire dans un four à épuisement professionnel ou avec une flamme), Les coquilles de verre d'eau sont souvent plongé dans l'eau chaude ou exposé à la vapeur pour faire fondre la cire.
Le but est de nettoyer rapidement la cire tout en minimisant la contrainte de coquille (Les coquilles de silicate de sodium sont plus rigides lorsqu'elles sont froides).
Après la déwax, la coquille est licencié (enthousiaste) à haute température (Souvent 800–1000 ° C) pour renforcer la céramique et épuiser les produits biologiques restants.
Cela provoque également un feutre de liant de silicate de sodium et de vitrifier partiellement, formant un rigide, moule perméable au gaz.
Coulant en métaux.
Le métal fondu est versé dans la coquille préchauffée de la manière habituelle. Parce que les coquilles de verre d'eau utilisent des sables de silice conventionnels, leur capacité thermique et leur conductivité thermique sont similaires aux moules de sable.
La coque supporte le métal jusqu'à la solidification (avec un minimum de cavités de rétrécissement si des élévateurs sont utilisés).
Retrait et finition des coquilles.
Une fois solide, la coque en céramique est éliminée par des moyens mécaniques (par exemple. coup de tir, vibration ou martèlement) pour révéler les pièces coulées.
Le sable de quartz résiduel est nettoyé. L'arbre de coulée est coupé, et les portes et les contreventes sont coupées.
Final finition peut inclure le broyage, Usinage CNC, et traitements de surface au besoin.
Parce que la finition initiale de la coque est modérée, Les pièces moulées en verre nécessitent souvent un certain broyage de surface ou l'usinage, mais moins que les pièces moulées vertes-sables.
Surtout, Le processus de verre d'eau diffère d'un processus de silice-sol Méthode de liant et dewax.
Dans le coulage en verre d'eau, silicate de sodium (silicate alcalin) Ensembles par séchage et durcissement, Alors que la silice-sol (silice colloïdale) Les coquilles durcissent principalement par la gélification.
La déwax est effectuée avec de l'eau chaude (un Dewax humide) au lieu de la flamme. Ces différences affectent le temps et la qualité du cycle.
Par exemple, Wet-Dewax est plus doux sur les coquilles fragiles, Mais cela nécessite une manipulation des eaux usées. Aussi, Les coquilles de verre à eau ont généralement une stabilité thermique plus faible que les coquilles de silice contenant du zircon, Comme discuté ci-dessous.
Système de liant
Le liant dans la coulée de verre à eau est solution de silicate de sodium (Na₂oi ·). Chimiquement, Le verre d'eau est très alcalin (Ph ~ 11–13) et fait avec un certain rapport silice / soda.
Les formulations typiques vont de un 2:1 à 3.3:1 Sio₂:Ratio de poids na₂o (Souvent exprimé par le module, par exemple. M = 2,0 signifie environ 2.3 parties sio₂ par na₂o).
Le rapport et les propriétés de clé de contrôle du contenu des solides. Ratios inférieurs (Plus de na₂o) Donnez une suspension plus fluide et un séchage plus rapide, mais aussi un liant plus hygroscopique et plus bas.
Ratios plus élevés (plus sio₂) Augmenter la résistance à la chaleur et le pH inférieur.
Le verre d'eau est mince (Viscosité similaire à l'eau) et guérir par évaporation et chaleur douce. Comme il sèche, il forme un réseau de verre de silicate amorphe rigide.
Le liant est hygroscopique, Les coquilles doivent donc être soigneusement séchées avant de tirer ou d'exposition à l'air humide ou à l'eau, ou ils peuvent se redresser et se dégrader.
En service, L'humidité résiduelle peut entraîner des poches de vapeur ou une porosité si le métal est versé trop chaud. L'étape de durcissement comprend généralement la cuisson à 100–200 ° C pour durcir complètement la coquille et éteindre l'humidité.
Les avantages des liants au silicate de sodium incluent leur faible coût, «durée de conservation» illimitée, et facilité d'utilisation (Pas de solvants toxiques ou de catalyseurs acides).
Ils se sont fixés par un simple séchage (ou avec un remède au sel) et céder des coquilles très rigides.
Cependant, des limites existent: Leur alcalinité élevée peut attaquer les grains réfractaires ou le métal (surtout en aluminium, provoquant un ramassage de gaz), et leur nature vitreuse donne une force plus faible à haute température que les coquilles de silice-sol.
En général, Les coquilles de verre d'eau se ramollissent si elles sont chauffées au-dessus de ~ 800–900 ° C, Ils conviennent donc aux alliages en acier / fer mais sont marginaux pour les alliages très chauds.
Malgré cela, Le silicate de sodium reste un liant éprouvé dans l'industrie. C'est l'un des trois liants conventionnels (avec silice éthylique silica et colloïdale) couramment cité pour la fabrication de moisissures d'investissement.
Matériaux de coquille et techniques de construction
La coquille pour la coulée de verre d'eau est construite presque entièrement à partir de Réfractages à base de silice. En pratique, Les matériaux principaux sont sable de silice ou de quartz (fusionné ou cristallin), Peut-être mélangé avec des alumino-silicates.
Tailles de particules typiques pour Prime (bien) Les manteaux peuvent être de 100 à 200 maille (75–150 μm) Pour capturer les détails, Pendant que les manteaux de sauvegarde utilisent du sable plus grossier (par exemple. 30–60 mailles).
Le zircon est rarement utilisé dans les coquilles de verre d'eau (Contrairement aux coquilles de silice-sol) En raison du coût - plutôt, Des sables de silice moins chers sont employés.
Une farine d'alumine ou de titania plus fine peut être ajoutée pour améliorer la résistance aux chocs thermiques, Mais la base est de la silice.
Le contrôle du pH est crucial dans la suspension. Le liant de silicate de sodium est très alcalin, si souvent une petite quantité de tampon ou sel (comme le bicarbonate de sodium) est ajouté pour ajuster le temps du gel et empêcher la guérison immédiate.
Les fabricants surveillent le pH de la suspension (Souvent vers 11-12) et viscosité pour assurer une épaisseur de revêtement cohérente. L'alcalinité trop élevée peut provoquer un gel de la première couche prématurément sur la cire.
En pratique, Les coquilles de verre d'eau utilisent 4 à 7 couches de revêtement (Coat Prime plus plusieurs manteaux à dos de stuc).
Par exemple, Une baisse initiale dans une suspension de silice fine est suivie d'un stuc avec du sable de quartz fin (Ce «manteau de premier ordre» verrouille le détail du motif).
Les manteaux ultérieurs utilisent des sables progressivement plus grossiers pour renforcer la force. Chaque revêtement doit sécher (Souvent 1 à 2 heures à température ambiante ou plus rapidement dans un four à faible teneur) Avant la couche suivante.
L'épaisseur finale de la coque est généralement de l'ordre de 5 à 15 mm au total.
Pendant le séchage, La température et l'humidité sont soigneusement contrôlées - le séchage trop rapide peut casser la coquille, Bien que le séchage trop lent peut provoquer une course ou une distorsion.
Par rapport aux coquilles de silice-sol, Les coquilles de verre d'eau ont tendance à être fort mais moins réfractaire.
Les couches de silice fusionnées donnent une résistance chaude décente jusqu'à ~ 900 ° C, mais au-delà de cela, le réseau de verre de silicate de sodium peut commencer à ramollir.
En revanche, Les coquilles de silice-sol utilisent souvent des couches de zircon et d'alumine qui restent stables au-dessus 1200 °C.
Autrement dit, Les moules de silice-sol peuvent mieux résister aux températures versées plus élevées des superalliages, tandis que les coquilles de verre à eau sont généralement limitées aux aciers et aux fers.
Casting des métaux et compatibilité
La coulée de verre d'eau excelle avec les alliages ferreux communs. Les aciers typiques incluent acier au carbone, faible- et les aciers à alliage moyen, résistant à la chaleur aciers inoxydables, et les aciers à manganèse.
Fers à mouler (gris et ductile) sont également couramment coulés. Ces alliages peuvent être versés dans la plage 1400–1600 ° C sans endommager catastrophiquement la coquille de silice (avec des horaires de chaleur appropriés).
En fait, Le verre à eau est particulièrement populaire pour porter des pièces et des composants lourds en acier, Où la force de coquille supplémentaire (par rapport à la moulage de sable) et la complexité porte ses fruits.
Le verre d'eau est Moins adapté aux métaux réactifs ou légers. Aluminiums et alliages de magnésium, Par exemple, nécessite très sec, coquilles de nettoyage.
Toute humidité ou soda dans la coquille peut générer une porosité d'hydrogène en aluminium ou provoquer une oxydation.
Le titane et d'autres alliages réactifs exigent généralement des systèmes de coquille de silice ou de céramique (ou la fusion de l'aspirateur) Parce que les coquilles de verre d'eau n'ont pas l'inertie ou la pureté requise.
(Pratiquement, La coulée de titane perdue se fait presque exclusivement avec des systèmes réfractaires en zircon / coque en alumine, pas le verre d'eau.)
Ainsi, La compatibilité métallurgique est une considération clé: Le verre d'eau est choisi lorsque le métal coulé est compatible avec la silice (systèmes ferreux) Et l'économie des processus est nécessaire.
En termes de métallurgie, Les coquilles de verre d'eau peuvent influencer la qualité du coulage.
Par exemple, Les aciers en carbone peuvent subir une légère carbure à l'interface de la coquille en cas de déwax avec de l'eau acidifiée, L'eau neutre est donc utilisée.
La perméabilité du gaz de la céramique aide à évacuer l'hydrogène et le gaz; cependant, Toute déwax ou humidité inadéquate peut produire une porosité de gaz.
La porosité de rétrécissement est gérée via des contreventes et des évents comme d'habitude.
En général, Les pièces moulées en verre se comportent métallurgiquement comme les autres moulages de précision du même métal - la chimie de la coquille a un effet d'alliage minimal mais peut légèrement modifier la décarburisation de surface.
Contrôles de processus appropriés (comme le vide ou l'atmosphère inerte pour certains aciers) peut être appliqué au besoin, mais sont indépendants du type de liant.
Précision dimensionnelle et finition de surface
Les moulages d'investissement en verre d'eau atteignent une précision modérée. Dimensionnel tolérances sont généralement ISO CT7-CT9 Pour les dimensions générales. (Pour les beaux murs, La tolérance peut se détendre à CT9 ou CT10.)
Pour mettre cela en perspective, ISO CT7 sur un 50 La fonction mm permet une déviation d'environ ± 0,10 mm, tandis que CT6 serait de ± 0,06 mm.
En pratique, De petites pièces et des processus bien contrôlés peuvent aborder CT6-CT7,
Mais des pièces moulées plus grandes ou plus complexes se trouvent souvent dans la gamme CT8-CT9.
Ceci est comparable aux tolérances de coulée de sable fin.
En revanche, Les pièces moulées de silice haut de gamme peuvent atteindre CT4-CT6 sur de petites dimensions, Le verre à eau est donc moins précis par environ une note de tolérance.
Les magasins soucieux de la qualité spécifieront les tolérances basées sur l'ISO 8062, Notant souvent «CT8» comme référence pour les processus de verre d'eau.
La finition de surface est également plus grossière que la silice-sol mais plus lisse que le sable. Typique rugosité de surface pour les moulages de verre à eau est de l'ordre de RA 6–12 μm (250–500 min).
Une fonderie a rapporté que les pièces moulées en verre ont atteint à peu près Ra = 12.5 μm dans les tests de comparaison. En revanche, Les pièces de silice-sol peuvent atteindre RA 3–6 μm.
La rugosité plus élevée du verre d'eau est due aux plus grandes tailles de grains dans la coquille et à la nature du liant sodium-silicate.
Les facteurs qui affectent la finition comprennent le contenu des solides en suspension, taille de grain de stuc, épaisseur de coquille, et la qualité du modèle.
Par exemple, Des couches de prime plus fines et des couches de choix supplémentaires peuvent améliorer la qualité de la surface.
Néanmoins, Les concepteurs doivent s'attendre à une surface initiale plus rugueuse: Les pièces moulées typiques ont souvent besoin de broyage ou d'usinage léger pour atteindre la douceur autour de la PR 3 à 6 μm pour les surfaces critiques.
Pour gérer la précision, La plupart des magasins utilisent inspection dimensionnelle (étriers, MMT, jauges) sur les premières parties et les échantillons de production.
Puisque le motif de cire et l'arbre introduisent une certaine variabilité, Une disposition minutieuse et une compensation rétractable sont nécessaires.
Les coefficients de contraction thermique pour l'acier (à propos 1.6 mm / m · 100 ° C) sont utilisés pour mettre à l'échelle les modèles. La documentation du processus définit les facteurs et les tolérances rétractables par ISO.
Contrôle qualité et inspection
Contrôle de la qualité dans le coulage en verre d'eau Mirère d'autres disciplines de fonderie. Les étapes critiques sont inspectées à plusieurs étapes:
- Inspection de la coque: Avant de verser, Les coquilles sont examinées pour les fissures, clochards, ou revêtement incomplet.
Les entrepreneurs mesurent souvent l'épaisseur de la coquille avec des jauges à ultrasons et vérifient que chaque couche est uniforme. Toute délamination ou trous d'épingle peut provoquer des défauts de coulée.
Les conteneurs de suspension humide sont surveillés pour le pH et les solides; Les variations peuvent produire des coquilles faibles. Les fours plus sèches sont vérifiés pour une distribution de chaleur uniforme. - Chèques dimensionnels: Après le secoue et la finition de finition, Les moulages sont mesurés par rapport aux dimensions de conception.
Les pièces du premier article subissent généralement une inspection CMM pour vérifier les dimensions critiques à l'intérieur de la classe de tolérance spécifiée (par exemple. ISO CT8).
Des blocs de jauge simple ou des jauges de bouchons sont utilisés pour les diamètres des trous. Parce que la tangage d'arbre et le rétrécissement de la cire ajoutent de petites erreurs, Il est courant d'ajuster les dimensions maîtresses du modèle si le ruissellement se produit. - Détection des défauts: Les pièces moulées en verre peuvent souffrir de défauts comme la porosité du gaz, inclusions, ou défauts de fusion de coquille.
Les méthodes d'inspection courantes incluent les rayons X / radiographie (pour trouver des cavités ou des inclusions internes), pénétrant fluorescent (pour les fissures de surface et la porosité), et tests de parties magnétiques (pour les pièces ferrolles).
Le cas échéant, Des tests de pression ou des tests d'écoulement sont appliqués. Analyse métallurgique (macro-gravure, micrographies) peut être utilisé pendant le développement de processus.
Tous les tests doivent référencer les normes (par exemple. ASTM E165 pour le pénétrage, ASTM E446 pour la radiographie) Pour définir l'acceptation. - Documentation du processus: La traçabilité stricte est maintenue sur des moulages en verre d'eau. Les enregistrements incluent les ratios de mélange de suspension, cure de guérison, et heures de fournaise.
De nombreuses fonderies utilisent des listes de contrôle dans le processus (Journaux de température pour les fours dewax, Journaux d'humidité pour les salles de séchage, et les journaux d'utilisation du liant).
Pour les pièces de haute fiabilité (par exemple. composants aérospatiaux), Un code de chaleur complet et une certification chimique / physique accompagnent la pièce.
OIN 9001 ou les normes NADCAP peuvent régir la documentation dans les industries critiques.
Dans l'ensemble, La philosophie de contrôle consiste à standardiser chaque étape afin que toute défaillance de coulée puisse être retrouvée à sa cause profonde (par exemple. une suspension instable ou un cycle de séchage manqué).
Considérations économiques
Le coulage de la chariot perdu en verre est évalué pour rentabilité dans des applications appropriées. Les facteurs économiques clés comprennent le coût matériel, travail, temps de cycle, et le rendement:
- Matériels: Le liant de silicate de sodium et le sable de quartz sont peu coûteux par rapport à la silice colloïdale et au zircon.
Par exemple, La solution de silicate de sodium peut coûter quelques cents par kilogramme, tandis que les liants en silice colloïdale coûtent un ordre de grandeur.
Les sels ou les accélérateurs utilisés sont minimes. Motifs de cire (surtout si 3D imprimé) ajouter un coût, mais le rendement est élevé.
Il y a des déchets de céramique de ferraille (coquille cassée) Mais il peut souvent être recyclé comme du sable. Dans l'ensemble, Les consommables sont à faible coût. - Temps de travail et de traitement: Construire une coquille de verre d'eau est à forte intensité de main-d'œuvre, nécessitant plusieurs creux et cycles de séchage.
Temps de cycle de 24–72 heures de l'arbre de cire à verser est typique (plus rapide que la silice à haut tempête qui peut prendre des remèdes plus longs).
L'étape de lewax humide est plus longue (immersion vs brûlure à la flamme ouverte), Mais c'est généralement un trempage du jour au lendemain. La main-d'œuvre est nécessaire pour la préparation des modèles, Opérations de revêtement / stuc, et secouer.
Malgré cela, Les coûts d'outillage plus bas et l'usinage réduit compensent souvent une main-d'œuvre plus élevée.
Dans un modèle de coût, Le verre d'eau peut être compétitif lorsque des volumes de partie dépassent quelques centaines par an, Surtout pour les pièces lourdes ou complexes qui seraient très chères dans le sable ou le moulage. - Déborder: Les lignes de verre d'eau à usage unique peuvent fonctionner en continu, Mais chaque construction (Chargement de la coquille, déwax, feu, verser, Assommer) gère uniquement les pièces de cet arbre.
Le débit est modéré; Quelques centaines de kilogrammes de pièces moulées par lot peuvent être normaux. Cependant, L'automatisation existe pour l'injection de cire et la pulvérisation des coquilles.
L'étape limite est souvent déswaxée et tire, qui peuvent être des fours à lot avec des charges définies. Planification efficace (empiler les arbres) peut améliorer l'utilisation. - Rendement et ferraille: Parce que le processus est précis, Les taux de ferraille peuvent être faibles s'ils sont contrôlés. Cependant, Toute fissure de coquille ou fuite en métal donne une perte totale de cette coulée.
Échecs dus aux défauts de la coquille (par exemple. Crackage post-Deewax) sont minimisés par un contrôle serré du processus.
Par rapport à la coulée de sable, Le verre d'eau a généralement un rendement plus élevé car les pièces sont plus faciles à nettoyer et presque en forme de file.
Par rapport à la silice sol, le rendement est similaire ou légèrement inférieur (Les obus de silice-sol peuvent être plus indulgents des problèmes de dewax).
Un rude comparaison des coûts pourrait montrer que le moulage en verre d'eau peut être 50–70% moins cher par pièce que la coulée de silice-sol pour les pièces en acier de précision moyenne,
En raison de la moindre coût des matériaux et de l'outillage, mais avec une perte modeste de qualité de surface.
Il est plus cher que le coulage de sable bon marché par unité, Mais parce que les pièces finales ont besoin de beaucoup moins d'usinage, le Coût total des parties finis peut être compétitif.
En bref, La coulée de verre d'eau permet aux entreprises de déplacer les coûts des heures de machine pour traiter le temps,
ce qui est souvent avantageux pour les pièces complexes ou suffisamment à faible volume pour que l'outillage dédié ne soit pas justifié.
Applications industrielles
Le casting d'investissement en verre d'eau trouve sa niche composants lourds et complexes Dans plusieurs industries. Les applications notables incluent:
- Machines et équipement lourd: Composants pour l'exploitation, huile & gaz, et les machines de construction utilisent souvent un coulage en verre d'eau.
Par exemple, engrenages, boîtiers de pompage, vannes, Et les traits de ces secteurs bénéficient de la résistance de l'acier et de la liberté géométrique de casting d'investissement.
Coulage de verre à eau raccord de tuyau de soupape en acier inoxydable - Parties agricoles: Pièces comme les boîtiers de tracteurs, composants de charrue, et les liaisons d'équipements agricoles lourds sont établies de cette façon.
La capacité de couler du fer ductile ou des formes en acier à faible alliage (par exemple. parties, Plaques de forage de graines) avec des profils complexes est un avantage clé. - Automobile: Bien qu'il ne soit pas commun pour les pièces automobiles produites en masse, La coulée de verre à eau est utilisée dans des composants automobiles ou camion à faible volume (par exemple. petits lots de jointures de direction, Armes de suspension lourde, Composants de freinage pour véhicules spécialisés).
Sa précision dépasse la coulée de sable pour les pièces de l'ajustement critiques, reste encore rentable pour les courses modérées. - Vannes et pompes industrielles: Vannes en fonte et en acier, corps de pompage, et les brides proviennent souvent de moules d'investissement en verre d'eau.
Ces parties ont besoin de passages internes complexes et une bonne finition de surface (Pour éviter les fuites) - La coulée en verre d'eau donne des soupapes prêtes à l'usinage sans cœurs. - Construction et pièces moulées architecturales: Occasionnellement, Éléments décoratifs ou structurels en fer / acier (comme les brides, matériel, ou supports ornés) sont coulés via le verre à eau.
Le processus peut capturer des détails artistiques fins tout en utilisant du sable abordable, Le rendre adapté aux pièces moulées spécialisées (par exemple. Remplacement en bronze dans les éléments architecturaux). - Composants offshore et maritime: Comme mentionné par les sources de l'industrie, pièces pour les remorques, grues, et les plates-formes marines utilisent cette méthode de durabilité dans des environnements difficiles.
Dans l'ensemble, La coulée de verre d'eau est choisie dans les industries qui demandent Castings ferreux robustes avec des détails modérés à un coût raisonnable.
Il est en concurrence avec la coulée de sable lorsque une précision plus élevée ou des détails en forme de filet est requis, Et il est en concurrence avec la coulée d'investissement de silice-sol lorsque des contraintes de grande taille ou budgétaire rendent ce dernier.
Analyse comparative
Par rapport à d'autres méthodes de casting, Le casting d'investissement en verre d'eau occupe un terrain d'entente:
Verre à eau vs Coulée d'investissement de silice-sols:
Silice-sol (liant colloïdal-silica avec de la farine de zircon) produit les meilleurs détails, Meilleure finition de surface (Ra aussi bas que 3–6 μm), et des tolérances plus strictes (ISO CT4-CT6).
Cependant, c'est plus cher: Les solutions de Silica Sol et les sables en zircon coûtent beaucoup plus, Et le processus nécessite l'épuisement professionnel et les températures de tir plus élevées.
Coulée de verre d'eau, en revanche, a une finition plus grossière (~ RA 6–12 μm) et des tolérances plus larges (CT6-CT9), mais utilise des matériaux bon marché et une déwax plus simple.
Les coquilles de verre d'eau ont également tendance à être plus fortes en manipulation avant de verser (Ils sont très rigides après le séchage) et peut être plus épais, qui profite aux versions lourdes.
En résumé, Silica-sol est choisi pour la haute précision, petites pièces; Le verre d'eau est choisi pour plus grand, composants difficiles où la finition de surface peut être sacrifiée.
Coulée d'investissement en verre d'eau contre Sable Fonderie:
Moulage au sable (Sable vert ou lié chimiquement) est le plus bas coût, la fabrication de moisissures les plus flexibles pour les grandes pièces.
Cependant, Les pièces moulées de sable ont des surfaces très rugueuses (Râ > 25 µm, souvent 50–100 μm) et tolérances lâches (ISO CT11 ou pire).
La coulée de verre d'eau donne une surface et une précision nettement meilleures (Comme indiqué ci-dessus) à un coût plus élevé.
Si une pièce de sable nécessite une usinage ou une réparation étendue (comme le soudage dans les noyaux), Il peut être moins cher d'utiliser du verre d'eau.
Aussi, certaines formes complexes (parois minces, vides internes) sont difficiles ou impossibles dans le sable sans noyaux; Le verre d'eau produit facilement de telles formes.
Le compromis est que la coulée de sable est mieux des échelles pour un volume extrêmement élevé (moules de matrices ou moules qui peuvent être utilisés plusieurs fois),
tandis que le verre à eau est limité à environ 150 kg par moisissure et nécessite des cycles de plusieurs jours.
Résistance aux coquilles et comportement thermique:
Les coquilles de verre d'eau sont composées de couches de silice fusionnées, qui sont légèrement moins réfractaires que les couches de zircon ou d'alumine souvent utilisées dans les coquilles de silice-sol.
Cela signifie.
En pratique, cependant, Les deux méthodes produisent des coquilles qui résistent facilement à des températures en acier / fer pour verser.
En termes de force, Les coquilles de silice-sol et d'eau sont rigides après le tir, Mais la silice-sol peut maintenir l'intégrité structurelle à des températures plus élevées.
Meilleurs cas d'utilisation:
Résumer les meilleures utilisations, La coulée de verre à eau est idéale pour Pièces en acier / fer / fer moyen à haute précision n'est pas critique,
comme les boîtiers de pompage, Gear Blanks, Pièces de machines lourdes, et tout composant où les fonctionnalités coulées sauvent le soudage.
Silica-sol est la meilleure pour pièces de haute précision de petite à moyen (composants aérospatiaux, bijoux, implants médicaux, petites pièces en acier inoxydable).
Le casting de sable vert gagne pour parties lourdes massives ou des volumes extrêmement grands où les détails serrés ne sont pas nécessaires (par exemple. de grands logements, blocs moteurs, Enveloppes de pompe en vrac).
Le tableau ci-dessous met en évidence quelques mesures comparatives:
- Rugosité de la surface (RA typique): Silice-sol ~ 3–6 μm; glass à eau ~ 6–12 μm; de sable vert >25 µm.
- Tolérance dimensionnelle: Silice-sols ISO CT4 - CT6; Glasse d'eau ~ CT6 - CT9; Sable vert CT11 - CT12 (très lâche).
- Coût du matériel: Bas pour le sable, modéré pour le verre à eau, haut pour la silice-sol. Le liant de silicate de sodium est très bon marché, tandis que le liant colloïdal de silice est cher.
- Force de coquille: Bon pour la silice-sol à High t, modéré pour le verre d'eau. Coquilles de zircon / alumine (Silice-sol) avoir une réfractarité plus élevée.
- Échelle de production: Suite en verre d'eau de petits à-médiations (des dizaines à des milliers par an), Surtout lorsque les pièces sont lourdes. Silice-sols convient à des courses petites / de précision; Le sable correspond à de grands volumes.
Dans l'ensemble, Le coulage du verre à eau poitline un écart: il offre meilleur contrôle et finition que le coulage de sable, mais Coût inférieur à celui de la silice-sol.
Lorsque les demandes de conception sont modérées et que les budgets sont limités, C'est souvent la technique de précision la plus économique.
Conclusion
Verre à eau (silicate de sodium) Le casting d'investissement est un rentable coulée de précision processus optimisé pour Ferrous, composants complexes.
En utilisant des liants et des sables bon marché, Il permet aux fabricants d'atteindre des pièces d'acier et de fer de forme quasi avec des tolérances raisonnables (ISO CT7-CT9) et finitions (RA ≈6-12 μm) à une fraction du coût de la coulée de silice-sol.
Les forces du processus sont son économie matérielle, Rigidité de la coquille forte, et capacité à produire des géométries complexes sans effondrement central.
Ses principales limites sont une finition de surface plus rugueuse et une stabilité à haute température inférieure, qui le restreint à la précision moyenne, applications lourdes.
Avoir hâte de, La coulée de verre à eau reste pertinente pour des applications comme les machines, sous-ensemble automobile,
équipement agricole et de construction, et toute pièce qui bénéficie d'un bon compromis de détail et de coût.
Améliorations en cours (comme les formulations de silicate optimisées et le revêtement automatisé) peut pousser sa précision légèrement plus élevée.
Néanmoins, Les ingénieurs doivent assortir soigneusement les pièces à traiter: Utilisez du verre d'eau quand complexité et économie en acier / fer dominer les exigences,
silice-sol quand Détail ultra-fin ou alliages spéciaux sont nécessaires, et sable quand Volume ou taille Précision ouvrage.
Dans l'ensemble, La coulée d'investissement en verre d'eau est mature, technique bien compris.
Son utilisation continue est motivée par la demande mondiale de robuste, pièces métalliques de forme complexe à des tolérances modérées et à des coûts de compétition.
Application appropriée de sa chimie et de ses contrôles de processus - et une inspection approfondie - rend cohérent, pièces moulées de haute qualité pour un large éventail de besoins industriels.
CE est le choix parfait pour vos besoins de fabrication si vous avez besoin de haute qualité coulée d'investissement en verre d'eau services.
