Lijev za ulaganje vodenog stakla (također poznat kao lijevanje natrijevog silikata) je oblik izgubljenog voštanog lijevanja koji koristi vezivo topivo natrijev silikat u keramičkoj ljusci.
Kao jedna od dvije glavne metode livenja za ulaganje (drugi je silika sol), pruža ravnotežu preciznosti i isplativosti.
Potječe iz tradicionalnih tehnika izgubljenog voska u Aziji i Europi, lijevanje vodenog stakla dobilo je industrijsku privlačnost u 20. stoljeću jer su ljevaonice tražile jeftiniju alternativu koloidnim silicijevim dioksidnim procesima.
Korištenjem uobičajenih materijala (kvarcni ili silikatni pijesak s alkalnim silikatnim vezivima), ovaj postupak je prikladan za srednje precizne, dijelovi visoke složenosti gdje su proračuni manji.
Tipični odljevci vodenog stakla kreću se od nekoliko stotina grama do 150 kg, s maksimalnim dimenzijama oko 1m, što ga čini idealnim za veće, troškovno osjetljive komponente.
Što je liveno staklo za uložak?
Lijevanje vodenog stakla je varijanta preciznog ulaganja (izgubljeni vosak) lijevanje u kojem natrijev silikat (“vodeno staklo”) služi kao keramičko vezivo.
U praksi, vosak (ili plastika) izrađuju se uzorci i sastavljaju u stablo.
Uzorci se ponavljaju obložene kašom finih vatrostalnih čestica vezanih u otopini natrijeva silikata, zatim prekriven progresivno grubljim slojevima štukature za izgradnju ljuske.
Nakon što se školjka izliječi, vosak se topi ili iskuha, ostavljajući šupljinu kalupa. Rastaljeni metal (tipično legure čelika ili željeza) se ulijeva u ovu keramičku školjku.
Nakon skrućivanja, školjka se odvaja kako bi se otkrio lijevani dio. Ukratko, liveno staklo za ulaganje u kalup "ulaže" majstora voska u keramiku na bazi natrijevog silikata za oblikovanje kalupa.
U usporedbi sa silika-sol lijevanjem za ulaganje (koji koristi koloidni silicij i pijesak na bazi cirkona), metoda vodenog stakla mijenja određenu kvalitetu površine za nižu cijenu materijala i jednostavniju obradu.
Zašto koristiti vodeno staklo?
Lijevanje vodenog stakla popularno je jer smanjuje troškove i obradu u odnosu na druge precizne metode.
Vezivo natrijevog silikata i konvencionalni silikatni pijesak su jeftini i jednostavni za rukovanje, tako da alati i materijali koštaju puno manje nego za ljuske od koloidnog silicija.
Na primjer, sustavi vodenog stakla izbjegavaju visoke troškove silicijevog sola i specijalnih pijesaka, donoseći niže troškove ulaganja po dijelu.
Proces također eliminira mnoge sekundarne operacije: dijelovi izlaze gotovo mrežasti (često zahtijevaju malo zavarivanja ili strojne obrade).
U praksi, odljevci vodenog stakla mogu uhvatiti vrlo složene geometrije (s podrezima i tankim mrežama) bez jezgri, Pojednostavljenje dizajna.
Prema izvorima iz industrije, ponuda lijevanja vodenog stakla “kompleksna konstrukcija bez uglova” i “veća točnost u usporedbi s lijevanjem u pijesak”,
izbjegavajući skupe jezgre, kalupi, ili zavarene spojeve koji su potrebni mnogim velikim dijelovima lijevanim pijeskom.
Ova fleksibilnost ga čini privlačnim za male do srednje proizvodne serije gdje se troškovi alata moraju minimizirati.
Istovremeno, dijelovi od vodenog stakla općenito su precizniji od lijevanja u pijesak.
Tipične tolerancije dimenzija su u rasponu od ISO CT6-CT9, otprilike odgovaraju klasama tolerancije finog lijevanog pijeska ili nižim klasama lijevanja za ulaganje.
Površinske obrade su odgovarajuće umjerene: po nalogu Ra ~6-12 μm (One su 250–500 μt),
bolji od lijevanja u zelenom pijesku, ali hrapaviji od silika-solnih odljevaka za ulaganje.
Ukratko, lijevanje vodenog stakla bira se kada su potrebni složeni oblici i smanjeni sekundarni rad lijevanja izgubljenim voskom,
ali manji proračun ili veća veličina čine skuplji proces silika-sola nepraktičnim.
Pregled procesa
Uložni lijev od vodenog stakla slijedi opći postupak izgubljenog voska s nekoliko razlika u materijalima kalupa:
Voštani uzorak i sklop stabla.
Izrađuje se glavni uzorak (injekcijskim prešanjem, 3D Print, ili ručno kiparstvo) i izradu uzorka/kalupa ako je potrebno.
Voštane replike dijela izrađene su od ovog majstora. Više voštanih uzoraka su tada sastavljeni na zajedničkom kanalu (formiranje "stabla") pomoću voštanih vrata i hranilica.
Ova skupina voska će oblikovati mnogo odljevaka u jednom izlijevanju. Površine od voska su "odjevene" kako bi se uklonili šavovi ili nedostaci, dajući završetak kao iglom na svakom uzorku.
Zgrada školjke (Keramički premaz).
Voštani sklop se više puta uranja u vatrostalnu kašu vrlo finog pijeska ili cirkon brašna suspendiranog u razrijeđenoj otopini natrijevog silikata.
Svakim umakanjem vosak se prekriva u tankom keramičkom sloju (često 0,5–1 mm) prije žbukanja krupnijim pijeskom.
Nakon ocjeđivanja viška gnojnice, a sloj štukature (veće granule silikatnog pijeska) nanosi se izlijevanjem ili fluidiziranim slojem za vezanje na ljepljivu kašu.
Zatim se grozd ostavi da se stvrdne (često se suši na zraku ili suši na niskoj temperaturi). Ovaj ciklus sušenja sloja obično se ponavlja 4– 7 puta kako bi se postigla potrebna debljina ljuske (obično ukupno 5–15 mm).
Tijekom ove sekvence, kasniji premazi koriste grublje i ponekad različite vatrostalne materijale (npr.. fini silika prvi slojevi za detalje, krupni kvarcni pijesak u podložnim slojevima) kako bi se povećala čvrstoća i propusnost.
U postupcima vodenog stakla, kvarcni/taljeni silikatni pijesak i alumino-silikati uobičajeni su vatrostalni materijali. Cijela ljuska se na kraju temeljito osuši (ponekad u pećnicama s kontroliranom vlagom) za uklanjanje vlage.
Deparafinizacija i pečenje.
Stvrdnuta keramička ljuska je deparafinizirana topljenje voska izvan kalupa.
Za razliku od silika-sol ljuski (koji obično izgaraju vosak u peći za izgaranje ili plamenom), školjke od vodenog stakla često su umočen u vruću vodu ili izloženi pari za topljenje voska.
Svrha je brzo očistiti vosak uz minimalno opterećenje ljuske (školjke od natrijevog silikata su čvršće kada su hladne).
Nakon deparafinacije, školjka je otpušten (sinterovana) na visokoj temperaturi (često 800–1000 °C) kako bi se ojačala keramika i izgorjeli svi preostali organski.
To također uzrokuje sinteriranje i djelomičnu vitrifikaciju natrijevog silikatnog veziva, tvoreći krutu, plinopropusni kalup.
Izlijevanje metala.
Rastaljeni metal se ulijeva u prethodno zagrijanu školjku na uobičajeni način. Budući da školjke od vodenog stakla koriste konvencionalni silikatni pijesak, njihov toplinski kapacitet i toplinska vodljivost slični su pješčanim kalupima.
Ljuska podupire metal do skrućivanja (s minimalnim šupljinama skupljanja ako se koriste usponi).
Uklanjanje ljuske i završna obrada.
Nekada čvrst, keramička ljuska se uklanja mehaničkim putem (npr.. sačmarenje, vibracija ili udaranje čekićem) otkriti glumačke dijelove.
Preostali kvarcni pijesak se čisti. Stablo za lijevanje je razrezano, a vrata i usponi su uređeni.
Konačna završnica može uključivati mljevenje, CNC obrada, i površinske obrade prema potrebi.
Budući da je početni završni sloj ljuske umjeren, odljevci vodenog stakla često zahtijevaju površinsko brušenje ili strojnu obradu, ali manje nego odljevci od zelenog pijeska.
Presudno, postupak vodenog stakla razlikuje se od procesa silika-sol uglavnom u metoda veziva i deparafinacije.
U lijevanju vodenog stakla, natrijev silikat (alkalni silikat) postavlja se sušenjem i stvrdnjavanjem, dok silika-sol (koloidni silicij) ljuske se prvenstveno stvrdnjavaju geliranjem.
Deparafinacija se izvodi vrućom vodom (a mokri devosak) umjesto plamena. Ove razlike utječu na vrijeme i kvalitetu ciklusa.
Na primjer, wet-dewax je nježniji prema lomljivim ljuskama, ali zahtijeva rukovanje otpadnim vodama. Također, ljuske od vodenog stakla općenito imaju nižu toplinsku stabilnost od ljuski silika-sola koje sadrže cirkon, kao što je objašnjeno u nastavku.
Sustav veziva
Vezivo kod lijevanja vodenog stakla je otopina natrijeva silikata (obično Na₂O·nSiO₂). Kemijski, vodeno staklo je jako alkalno (pH ~11–13) i napravljen s određenim omjerom silicija i sode.
Tipične formulacije kreću se od a 2:1 do 3.3:1 SiO₂:Na₂O težinski omjer (često se izražava modulom, npr.. M=2,0 znači oko 2.3 dijelovi SiO₂ po Na₂O).
Omjer i sadržaj krutine kontroliraju ključna svojstva. Niži omjeri (više Na₂O) daju tekućinu kašu i brže se suše, ali i higroskopnije i slabije vatrostalno vezivo.
Veći omjeri (više SiO₂) povećati otpornost na toplinu i smanjiti pH.
Vodeno staklo je tanak kao voda (viskoznost slična vodi) a stvrdnjava isparavanjem i blagom toplinom. Dok se suši, tvori krutu mrežu amorfnog silikatnog stakla.
Vezivo je higroskopno, pa se čahure moraju temeljito osušiti prije pečenja ili izlaganja vlažnom zraku ili vodi, ili mogu ponovno omekšati i degradirati.
U službi, zaostala vlaga može dovesti do parnih džepova ili poroznosti ako se metal izlije prevruć. Faza stvrdnjavanja obično uključuje pečenje na 100–200 °C kako bi se ljuska potpuno stvrdnula i uklonila vlaga.
Prednosti natrijevih silikatnih veziva uključuju njihovu nisku cijenu, neograničen "rok trajanja", i jednostavnost upotrebe (nema toksičnih otapala ili kiselih katalizatora).
Stvrdnjavaju se jednostavnim sušenjem (ili s kurom soli) i daju vrlo krute ljuske.
Međutim, ograničenja postoje: njihova visoka lužnatost može napasti vatrostalna zrna ili metal (posebno aluminij, uzrokujući sakupljanje plina), a njihova staklasta priroda daje nižu čvrstoću na visokim temperaturama od ljuski silika-sola.
Općenito, ljuske vodenog stakla omekšavaju ako se zagriju iznad ~800–900 °C, tako da odgovaraju legurama čelika/željeza, ali su marginalni za legure za vrlo vruće lijevanje.
Unatoč ovome, natrijev silikat ostaje a provjereno vezivo u industriji. Jedno je od tri konvencionalna veziva (zajedno s etil silikatom i koloidnim silicijevim dioksidom) obično se navodi za izradu kalupa za ulaganje.
Materijali za školjke i tehnike gradnje
Ljuska za lijevanje vodenog stakla gotovo je u potpunosti izrađena od vatrostalni materijali na bazi silicija. U praksi, primarni materijali su silika ili kvarcni pijesak (spojeni ili kristalni), eventualno pomiješan s alumino-silikatima.
Tipične veličine čestica za primarni (fino) slojevi mogu biti 100-200 mesh (75–150 μm) za snimanje detalja, dok rezervni premazi koriste grublji pijesak (npr.. 30– 60 mesh).
Cirkon se rijetko koristi u školjkama od vodenog stakla (za razliku od silika-sol ljuski) zbog troškova – umjesto, koriste se jeftiniji silikatni pijesci.
Finije aluminijevo ili titanijevo brašno može se dodati kako bi se poboljšala otpornost na toplinski udar, ali baza je silika.
Kontrola pH je ključna u gnojnici. Vezivo natrijevog silikata je vrlo alkalno, tako često mala količina pufer ili sol (poput natrijevog bikarbonata) dodaje se kako bi se prilagodilo vrijeme geliranja i spriječilo trenutno stvrdnjavanje.
Proizvođači prate pH gnojnice (često oko 11–12) i viskoznost kako bi se osigurala konzistentna debljina premaza. Previsoka alkalnost može uzrokovati prerano želiranje prvog sloja na vosku.
U praksi, korištenje školjki od vodenog stakla 4 do 7 slojevi premaza (temeljni premaz plus nekoliko premaza sa štukaturom).
Na primjer, nakon početnog umakanja u finu kašu od silicijevog dioksida slijedi žbukanje finim kvarcnim pijeskom (ovaj "prime coat" zaključava detalje uzorka).
Sljedeći slojevi koriste progresivno grublji pijesak za povećanje čvrstoće. Svaki premaz mora se osušiti (često 1–2 sata na sobnoj temperaturi ili brže u pećnici na niskoj temperaturi) prije sljedećeg sloja.
Konačna debljina ljuske obično je reda veličine 5-15 mm ukupno.
Tijekom sušenja, temperatura i vlažnost pažljivo se kontroliraju – prebrzo sušenje može napuknuti ljusku, dok presporo sušenje može uzrokovati curenje ili izobličenje.
U usporedbi sa silika-sol školjkama, školjke od vodenog stakla imaju tendenciju da se jak ali manje vatrostalan.
Slojevi topljenog silicijevog dioksida daju pristojnu vruću čvrstoću do ~900 °C, ali osim toga mreža natrijevog silikatnog stakla može početi omekšavati.
Za razliku od, silika-sol školjke često koriste slojeve cirkona i glinice koji ostaju stabilni iznad 1200 ° C.
Drugim riječima, silika-sol kalupi mogu bolje podnijeti više temperature lijevanja superlegura, dok su ljuske od vodenog stakla obično ograničene na čelik i željezo.
Lijevanje metala i kompatibilnost
Lijevanje vodenog stakla ističe se s uobičajenim željeznim legurama. Tipični čelici uključuju ugljični čelik, nizak- i srednjelegiranih čelika, otporan na toplinu nehrđajući čelici, i manganski čelici.
Lijevano željezo (siva i duktilna) također se obično lijevaju. Ove se legure mogu lijevati u rasponu od 1400–1600 °C bez katastrofalnog oštećenja silicijeve ljuske (s pravilnim rasporedom grijanja).
Zapravo, vodeno staklo je posebno popularno za habajućih dijelova i teških komponenti napravljen od čelika, gdje je dodatna čvrstoća ljuske (u usporedbi s lijevanim u pijesak) i složenost se isplati.
Vodeno staklo je manje prikladan za reaktivne ili lake metale. Legure aluminija i magnezija, na primjer, zahtijevaju vrlo suho, čiste ljuske.
Bilo kakva vlaga ili soda u ljusci može stvoriti vodikovu poroznost u aluminiju ili izazvati oksidaciju.
Titan i druge reaktivne legure obično zahtijevaju sustave silika-sol ili keramičke ljuske (odnosno taljenje u vakuumu) jer ljuske vodenog stakla nemaju potrebnu inertnost ili čistoću.
(Praktički, lijevanje titana po izgubljenom vosku izvodi se gotovo isključivo s vatrostalnim sustavima cirkon/aluminijev oksid, ne vodeno staklo.)
Tako, metalurška kompatibilnost je ključno razmatranje: vodeno staklo odabire se kada je lijevani metal kompatibilan sa silicijevim dioksidom (željezni sustavi) a potrebna je ekonomija procesa.
U pogledu metalurgije, školjke od vodenog stakla mogu utjecati na kvalitetu lijevanja.
Na primjer, ugljični čelici mogu biti podvrgnuti laganoj karburizaciji na površini ljuske ako se deparafiniziraju zakiseljenom vodom, pa se koristi neutralna voda.
Plinopropusnost keramike pomaže u odzračivanju vodika i plina; međutim, svako neadekvatno odparafiniranje ili vlaga mogu proizvesti plinsku poroznost.
Poroznost stezanja se upravlja preko uspona i otvora kao i obično.
Općenito, odljevci od vodenog stakla ponašaju se metalurški kao i drugi precizni odljevci od istog metala – kemijski sastav ljuske ima minimalan učinak legiranja, ali može malo promijeniti dekarburizaciju površine.
Pravilne kontrole procesa (poput lijevanja u vakuumu ili inertnoj atmosferi za određene čelike) može se primijeniti po potrebi, ali su neovisni o vrsti veziva.
Točnost dimenzija i završna obrada površine
Odljevci za ulaganje vodenog stakla postižu umjerenu preciznost. Dimenzionalno tolerancije su tipično ISO CT7-CT9 za opće dimenzije. (Za fine zidove, tolerancija se može smanjiti na CT9 ili CT10.)
Da ovo stavim u perspektivu, ISO CT7 na a 50 mm značajka dopušta oko ±0,10 mm odstupanja, dok bi CT6 bio ±0,06 mm.
U praksi, mali dijelovi i dobro kontrolirani procesi mogu se približiti CT6-CT7,
ali veći ili složeniji odljevci često su u rasponu CT8-CT9.
To je usporedivo s tolerancijama za lijevanje u fini pijesak.
Za razliku od, vrhunski silika-sol odljevci mogu doseći CT4-CT6 na malim dimenzijama, pa je vodeno staklo manje precizno za otprilike jedan stupanj tolerancije.
Trgovine koje vode računa o kvaliteti navest će tolerancije temeljene na ISO 8062, često napominjući "CT8" kao osnovu za postupke vodenog stakla.
Površinska obrada je također grublja od silika-sola, ali glađa od lijevanog pijeska. Tipičan hrapavost površine za odljeve vodenog stakla je na red RA 6–12 µm (250– 500 min).
Jedna je ljevaonica izvijestila da su odljevci vodenog stakla dosegli otprilike Ra = 12.5 μm u usporednim testovima. Za razliku od, dijelovi silika-sola mogu postići Ra 3–6 μm.
Veća hrapavost vodenog stakla posljedica je veće veličine zrna u ljusci i prirode natrijevog silikatnog veziva.
Čimbenici koji utječu na završnu obradu uključuju sadržaj krutih tvari u kaši, veličina zrna štukature, debljina ljuske, i kvalitetu uzorka.
Na primjer, finiji temeljni premazi i dodatni temeljni slojevi mogu poboljšati kvalitetu površine.
Usprkos tome, dizajneri bi trebali očekivati grublju početnu površinu: tipični odljevci često trebaju lagano brušenje ili strojnu obradu kako bi se postigla glatkoća oko Ra 3–6 μm za kritične površine.
Za upravljanje točnosti, većina trgovina koristi dimenzionalni pregled (čeljusti, Cmm, mjerila) na prvim dijelovima i proizvodnim uzorcima.
Budući da voštani uzorak i stablo unose neke varijabilnosti, potreban je pažljiv raspored i kompenzacija skupljanja.
Koeficijenti toplinske kontrakcije čelika (oko 1.6 mm/m·100 °C) koriste se za skaliranje uzoraka. Procesna dokumentacija definira faktore skupljanja i tolerancije prema ISO.
Kontrola i inspekcija kvalitete
Kontrola kvalitete u lijevanju vodenog stakla odražava se i na druge discipline ljevanja. Kritični koraci se provjeravaju u više faza:
- Pregled školjke: Prije ulijevanja, školjke se ispituju na pukotine, mjehurići, ili nepotpunog premaza.
Izvođači često mjere debljinu ljuske ultrazvučnim mjeračima i provjeravaju je li svaki sloj ujednačen. Svako raslojavanje ili rupice mogu uzrokovati greške u lijevanju.
Spremnici s mokrom suspenzijom prate se na pH i krutine; varijacije mogu proizvesti slabe ljuske. Pećnice za sušenje se provjeravaju radi ravnomjerne raspodjele topline. - Provjere dimenzija: Nakon istresanja i završne strojne obrade, odljevci se mjere prema projektiranim dimenzijama.
Dijelovi prvog artikla obično se podvrgavaju CMM inspekciji kako bi se potvrdile kritične dimenzije unutar navedene klase tolerancije (npr.. ISO CT8).
Za promjere rupa koriste se jednostavni mjerni blokovi ili čepovi. Budući da nagib stabla i skupljanje voska dodaju male pogreške, uobičajeno je prilagoditi glavne dimenzije uzorka ako dođe do isticanja. - Otkrivanje kvarova: Odljevci vodenog stakla mogu imati nedostatke poput plinske poroznosti, inkluzije, ili defekti fuzije ljuske.
Uobičajene metode pregleda uključuju X-zrake/radiografiju (pronaći unutarnje šupljine ili inkluzije), fluorescentni penetrant (za površinske pukotine i poroznost), i ispitivanje magnetskim česticama (za željezne dijelove).
Gdje je prikladno, primjenjuju se ispitivanja tlaka ili ispitivanja protoka. Metalurška analiza (makro jetkanje, mikrografije) može se koristiti tijekom razvoja procesa.
Sva ispitivanja trebaju se odnositi na standarde (npr.. ASTM E165 za penetrant, ASTM E446 za radiografiju) definirati prihvaćanje. - Procesna dokumentacija: Na odljevcima vodenog stakla održava se stroga sljedivost. Zapisi uključuju omjere mješavine gnojnice, rasporedi liječenja, i vremena peći.
Mnoge ljevaonice koriste kontrolne liste u procesu (dnevnici temperature za peći za deparafinizaciju, dnevnici vlažnosti za sušionice, i dnevnici korištenja veziva).
Za dijelove visoke pouzdanosti (npr.. zrakoplovne komponente), puni toplinski kod i kemijska/fizička potvrda prate dio.
ISO 9001 ili Nadcap standardi mogu upravljati dokumentacijom u kritičnim industrijama.
Opći, filozofija kontrole je standardizirati svaki korak tako da se svaki neuspjeh u lijevanju može pratiti do temeljnog uzroka (npr.. nestabilna gnojnica ili propušteni ciklus sušenja).
Ekonomska razmatranja
Cijenjen je odljev vodenog stakla izgubljenim voskom ekonomičnost u prikladnim aplikacijama. Ključni ekonomski čimbenici uključuju troškove materijala, rad, vrijeme ciklusa, i prinos:
- Materijal: Natrijev silikat vezivo i kvarcni pijesak su jeftini u usporedbi s koloidnim silicijevim dioksidom i cirkonom.
Na primjer, otopina natrijevog silikata može koštati nekoliko centi po kilogramu, dok koloidna silika veziva koštaju red veličine više.
Korištene soli ili akceleratori su minimalne. Voštani uzorci (pogotovo ako je 3D ispisan) dodati trošak, ali prinos je visok.
Ima malo keramičkog otpada (slomljena školjka) ali često se može reciklirati kao pijesak. Opći, potrošni materijal je jeftin. - Rad i vrijeme obrade: Izrada ljuske od vodenog stakla je radno intenzivna, zahtijevaju više ciklusa uranjanja i sušenja.
Vremena ciklusa od 24– 72 sata from wax tree to sipati tipični su (brži od visokotemperaturnog silika-sola koji može trajati duže).
Mokri korak deparafinacije je duži (uranjanje u odnosu na opekline otvorenim plamenom), ali to je obično namakanje preko noći. Rad je potreban za pripremu uzorka, operacije premazivanja/štukature, i istresanje.
Unatoč ovome, niži troškovi alata i smanjena strojna obrada često nadoknađuju veći rad.
U troškovnom modelu, vodeno staklo može biti konkurentno kada količine dijelova premašuju nekoliko stotina godišnje, posebno za teške ili složene dijelove koji bi bili vrlo skupi u pijesku ili lijevanju pod pritiskom. - Propusnost: Jednonamjenske linije vodenog stakla mogu raditi neprekidno, ali svaka gradnja (punjenje školjke, deparafinizirati, vatra, sipati, nokaut) rukuje samo dijelovima na tom stablu.
Protok je umjeren; nekoliko stotina kilograma odljevaka po seriji može biti normalno. Međutim, postoji automatizacija za ubrizgavanje voska i prskanje školjke.
Ograničavajući korak često je deparafinizacija i pečenje, koje mogu biti šaržne peći s definiranim opterećenjem. Učinkovito planiranje (slaganje stabala) može poboljšati iskoristivost. - Prinos i škart: Jer proces je precizan, stope otpada mogu biti niske ako se kontroliraju. Međutim, svaka pukotina ljuske ili curenje metala dovodi do potpunog gubitka tog odljevka.
Kvarovi zbog nedostataka ljuske (npr.. post-dewax cracking) minimizirani su strogom kontrolom procesa.
U usporedbi s lijevanjem u pijesak, vodeno staklo općenito ima veći prinos budući da se dijelovi lakše čiste i gotovo su mrežastog oblika.
U usporedbi sa silika sol, prinos je sličan ili nešto manji (školjke od silika-sola mogu lakše opraštati probleme s deparafinacijom).
Grubo usporedba troškova moglo bi pokazati da lijevanje vodenog stakla može biti 50–70% jeftinije po dijelu nego silika-sol lijevanje za čelične dijelove srednje preciznosti,
zbog nižih troškova materijala i alata, iako uz skroman gubitak kvalitete površine.
Skuplji je od jeftinog lijevanja u pijesak po jedinici, ali zato što završni dijelovi zahtijevaju mnogo manje strojne obrade, the ukupni trošak gotovog dijela može biti konkurentan.
Ukratko, lijevanje vodenog stakla omogućuje tvrtkama prebacivanje troškova sa strojnih sati na procesno vrijeme,
što je često prednost za dijelove koji su složeni ili dovoljno malog volumena da namjenski alat nije opravdan.
Industrijska primjena
Lijevanje od vodenog stakla nalazi svoju nišu u teške i složene komponente u nekoliko industrija. Značajne primjene uključuju:
- Strojevi i teška oprema: Komponente za rudarenje, ulje & plin, a građevinski strojevi često koriste lijevanje vodenog stakla.
Na primjer, zupčanici, Kućiva pumpe, ventili, a impeleri u ovim sektorima imaju koristi od čvrstoće čelika i geometrijske slobode lijevanja za ulaganje.
Montaža ventila od nehrđajućeg čelika od vodenog stakla - Poljoprivredni dijelovi: Dijelovi poput kućišta traktora, komponente pluga, i veze teške poljoprivredne opreme su napravljene na ovaj način.
Sposobnost lijevanja profila od nodularnog željeza ili niskolegiranog čelika (npr.. dijelovi kormila, ploče za sijanje) sa zamršenim profilima ključna je prednost. - Automobilski: Iako nije uobičajeno za automobilske dijelove masovne proizvodnje, lijevanje vodenog stakla koristi se u malim količinama automobilskih ili kamionskih komponenti (npr.. male serije volanskih zglobova, teške poluge ovjesa, komponente kočnica za specijalna vozila).
Njegova preciznost nadilazi lijevanje u pijesku za kritične dijelove, ali ostaje isplativ za umjerene vožnje. - Industrijski ventili i pumpe: Ventili od lijevanog željeza i čelika, pumpanja, a prirubnice često dolaze iz kalupa za ulaganje vodenog stakla.
Ovi dijelovi zahtijevaju složene unutarnje prolaze i dobru završnu obradu površine (kako biste izbjegli curenje) – lijevanje vodenog stakla daje ventile spremne za strojnu obradu bez jezgri. - Građevinski i arhitektonski odljevci: Povremeno, ukrasni ili konstrukcijski elementi od željeza/čelika (poput prirubnica, hardver, ili kićeni nosači) lijevaju se preko vodenog stakla.
Ovim se postupkom mogu uhvatiti fini umjetnički detalji uz korištenje pristupačnog pijeska, što ga čini pogodnim za specijalne odljevke (npr.. zamjena bronce u arhitektonskim elementima). - Offshore i pomorske komponente: Kao što su spomenuli izvori iz industrije, dijelovi za prikolice, dizalice, i brodske platforme koriste ovu metodu za izdržljivost u teškim uvjetima.
Opći, lijevanje vodenog stakla bira se u industrijama koje zahtijevaju robusni željezni odljevci s umjerenim detaljima po razumnoj cijeni.
Natječe se s lijevanjem u pijesku kada je potrebna veća točnost ili detalji u obliku mreže, i natječe se sa silika-solnim lijevanjem po silicij-dioksidu kada velika veličina ili proračunska ograničenja čine potonje preskupim.
Komparativna analiza
U usporedbi s drugim metodama lijevanja, liveno staklo za ulaganje zauzima srednje mjesto:
Čaša za vodu vs Lijev za ulaganje u silika-sol:
Silika-sol (koloidno-silika vezivo s cirkonskim brašnom) proizvodi najfinije detalje, najbolja površinska obrada (Ra samo 3–6 μm), i strože tolerancije (ISO CT4-CT6).
Međutim, to je skuplji: otopine silicijevog sola i cirkonski pijesak koštaju znatno više, a proces zahtijeva izgaranje plamenom i više temperature pečenja.
Lijevanje vodenog stakla, za razliku od, ima grublji završetak (~Ra 6-12 μm) i šire tolerancije (CT6-CT9), ali koristi jeftine materijale i jednostavniji deparafinizirani.
Ljuske vodenog stakla također su jače u rukovanju prije izlijevanja (vrlo su kruti nakon sušenja) a može biti i deblji, što pogoduje teškim zaljevima.
Sažetak, silika-sol je odabran za visoku preciznost, male dijelove; vodeno staklo bira se za veće, čvrste komponente kod kojih se površinska obrada može žrtvovati.
Lijevanje vodenog stakla vs Pijesak Lijevanje:
Lijevanje pijeska (zeleni pijesak ili kemijski vezani) je najjeftiniji, najfleksibilniji kalup za izradu velikih dijelova.
Međutim, odljevci od pijeska imaju vrlo grube površine (Ram > 25 µm, često 50–100 μm) i labave tolerancije (ISO CT11 ili lošiji).
Lijevanje vodenim staklom daje značajno bolju površinu i točnost (kao što je gore navedeno) po većoj cijeni.
Ako dio od pijeska zahtijeva opsežnu strojnu obradu ili popravak (poput zavarivanja u jezgrama), možda je jeftinije koristiti vodeno staklo.
Također, određene složene oblike (tanki zidovi, unutarnje praznine) su tvrdi ili nemogući u pijesku bez jezgri; vodeno staklo lako proizvodi takve oblike.
Kompromis je u tome što je lijevanje u pijesku bolje za ekstremno velike količine (kalupi ili kalupi koji se mogu koristiti više puta),
dok je vodeno staklo ograničeno na oko 150 kg po kalupu i zahtijeva višednevne cikluse.
Čvrstoća ljuske i toplinsko ponašanje:
Ljuske vodenog stakla sastoje se od slojeva taljenog silicija, koji su nešto manje vatrostalni od slojeva cirkona ili aluminijevog oksida koji se često koriste u školjkama od silika-sola.
To znači da školjke od vodenog stakla obično imaju nižu maksimalnu radnu temperaturu i mogu dopustiti veću reakciju metal-ljuska u vrlo vrućem izlijevanju.
U praksi, ipak, obje metode proizvode ljuske koje lako podnose temperature izlijevanja čelika/željeza.
Što se tiče snage, i ljuske od silika-sola i vodenog stakla su krute nakon pečenja, ali silika-sol može održati strukturni integritet na višim temperaturama.
Najbolji slučajevi korištenja:
Sažetak najbolje upotrebe, lijevanje vodenog stakla idealno je za srednje do velike dijelove od čelika/željeza gdje visoka preciznost nije kritična,
kao što su kućišta pumpi, blankovi zupčanika, dijelovi teških strojeva, i sve komponente kod kojih značajke livenja štede zavarivanje.
Silika-sol je najbolji za mali do srednji dijelovi visoke preciznosti (zrakoplovne komponente, nakit, medicinski implantati, sitni nehrđajući dijelovi).
Lijevanje zelenog pijeska pobjeđuje masivni teški dijelovi ili iznimno velike količine gdje nisu potrebni tijesni detalji (npr.. velika kućišta, Blokovi motora, kućišta pumpi u rasutom stanju).
Tablica u nastavku ističe nekoliko usporednih metrika:
- Hrapavost površine (tipični Ra): Silika-sol ~3–6 μm; vodeno staklo ~6–12 μm; zeleni pijesak >25 µm.
- Tolerancija dimenzija: Silika-sol ISO CT4–CT6; vodeno staklo ~CT6–CT9; zeleni pijesak CT11–CT12 (vrlo labavo).
- Materijalni trošak: Niska za pijesak, umjereno za vodeno staklo, visoka za silika-sol. Vezivo natrijevog silikata je vrlo jeftino, dok je vezivo koloidnog silicija skupo.
- Snaga školjke: Dobro za silika-sol na visokoj T, umjereno za vodeno staklo. Školjke od cirkona/aluminijevog oksida (silika-sol) imaju veću vatrostalnost.
- Razmjer proizvodnje: Vodeno staklo odgovara malim do srednjim količinama (deseci do tisuće godišnje), posebno kada su dijelovi teški. Silika-sol odgovara malim/preciznim izvedbama; pijesak odgovara velikim količinama.
Opći, lijevanje vodenog stakla premošćuje jaz: ono nudi bolja kontrola i završna obrada od lijevanja u pijesak, ali niža cijena od silika-sola.
Kada su zahtjevi za dizajnom umjereni, a proračuni ograničeni, to je često najekonomičnija precizna tehnika.
Zaključak
Staklo za vodu (natrijev silikat) investicijsko lijevanje je a isplativ precizno lijevanje proces optimiziran za željezo, složene komponente.
Korištenjem jeftinih veziva i pijeska, proizvođačima omogućuje postizanje gotovo neto oblika čeličnih i željeznih dijelova s razumnim tolerancijama (ISO CT7-CT9) i završava (Ra ≈6–12 μm) uz djelić cijene lijevanja silika-sola.
Jaka strana procesa je ekonomičnost materijala, jaka krutost školjke, i sposobnost proizvodnje složenih geometrija bez kolapsa jezgre.
Njegova glavna ograničenja su hrapavija završna obrada površine i niža stabilnost na visokim temperaturama, koji ga ograničavaju na srednju preciznost, primjene u teškim uvjetima.
Veseliti se, lijevanje vodenog stakla ostaje relevantno za primjene poput strojeva, automobilski podsklopovi,
poljoprivredna i građevinska oprema, i sve dijelove koji imaju koristi od dobrog kompromisa detalja i cijene.
Stalna poboljšanja (poput optimiziranih silikatnih formulacija i automatiziranog premazivanja ljuske) može malo povećati njegovu točnost.
Ipak, inženjeri bi trebali pažljivo uskladiti dijelove s procesom: koristite vodeno staklo kada čelik/željezo složenost i ekonomičnost dominiraju zahtjevima,
silika-sol kada ultra-fini detalji ili posebne legure su potrebni, a pijesak kad sam volumen ili veličinu prevladati preciznost.
Opći, liveno staklo za ulaganje je zrelo, dobro shvaćena tehnika.
Njegovu kontinuiranu upotrebu potaknula je globalna potražnja za robusnim, zamršeno oblikovani metalni dijelovi uz umjerene tolerancije i konkurentne cijene.
Ispravna primjena kemijskih i procesnih kontrola – i temeljita inspekcija – daje dosljedne, visokokvalitetni odljevci za širok raspon industrijskih potreba.
OVAJ je savršen izbor za vaše potrebe za proizvodnjom ako vam treba visokokvalitetna liveno staklo za ulaganje u livenje servis.
