Vízüveg befektetési öntés (más néven nátrium-szilikát öntés) az elveszett viaszöntvény egyik formája, amely vízben oldódó nátrium-szilikát kötőanyagot használ a kerámia héjában.
A két fő befektetési öntési módszer egyikeként (a másik szilícium-dioxid szol), a pontosság és a költséghatékonyság egyensúlyát biztosítja.
Ázsiában és Európában hagyományos elveszett viasz technikákból származik, A vízüveg-öntés a 20. században ipari vonzerőre tett szert, mivel az öntödék olcsóbb alternatívát kerestek a kolloid-szilícium-dioxid eljárások helyett.
Közönséges anyagok felhasználásával (kvarchomok vagy kvarchomok alkáli-szilikát kötőanyaggal), ez az eljárás kiválóan alkalmas közepes pontosságra, nagy bonyolultságú alkatrészek, ahol a költségvetés szűkös.
A tipikus vízüveg-öntvények néhány száz grammtól a 150 kg, 1 m körüli maximális méretekkel, így ideális nagyobb méretre, költségérzékeny alkatrészek.
Mi az a vízüveg befektetési öntés?
A vízüveg öntés a precíziós befektetés egyik változata (elvesztett viasz) öntés, amelyben nátrium-szilikát ("vízüveg") kerámia kötőanyagként szolgál.
Gyakorlatban, viasz (vagy műanyag) mintákat készítenek és összeállítanak egy fává.
A minták ismétlődnek nátrium-szilikát oldatban megkötött finom tűzálló részecskék szuszpenziójával bevonva, majd fokozatosan durvább stukkórétegekkel borítják be, hogy felépítsék a héjat.
Miután a héj meggyógyul, a viaszt megolvasztjuk vagy kifőzzük, üreges formaüreget hagyva. Olvadt fém (jellemzően acél vagy vasötvözetek) ebbe a kerámia héjba öntik.
Megszilárdulás után, a héjat letörik, hogy felfedje az öntött részt. Röviden, A víz-üveg-befektetési öntés a viaszmestert nátrium-szilikát alapú kerámiába „fekteti” a forma kialakításához.
A szilícium-dioxid-szol befektetési öntéshez képest (amely kolloid szilícium-dioxidot és cirkon alapú homokot használ), a víz-üveg módszer némi felületi minőséget kínál alacsonyabb anyagköltség és egyszerűbb feldolgozás érdekében.
Miért használjon vízüveget??
A vízüveg öntés azért népszerű, mert csökkenti a költségeket és a feldolgozást más precíziós módszerekhez képest.
A nátrium-szilikát kötőanyag és a hagyományos szilícium-dioxid homok olcsó és könnyen kezelhető, így a szerszámok és anyagok sokkal kevesebbe kerülnek, mint a kolloid-szilícium-dioxid héjak esetében.
Például, A vízüveg rendszerek elkerülik a szilícium-dioxid szol és a speciális homok magas költségeit, alacsonyabb alkatrészenkénti beruházási költséget eredményez.
A folyamat is számos másodlagos műveletet kiküszöböl: az alkatrészek közel háló alakúak jönnek ki (gyakran kevés hegesztést vagy megmunkálást igényel).
Gyakorlatban, A vízüveg-öntvények nagyon összetett geometriákat képesek megragadni (alámetszéssel és vékony hálókkal) magok nélkül, A formatervezés egyszerűsítése.
Iparági források szerint, vízüveg öntvény ajánlatok „komplex kialakítás huzatszögek nélkül” és „nagyobb pontosság a homoköntéshez képest”,
miközben kerüli a drága magokat, formák, vagy hegesztések, amelyekre sok nagy homoköntvény alkatrésznek szüksége van.
Ez a rugalmasság vonzóvá teszi kis-közepes gyártási sorozatok ahol a szerszámköltségeket minimálisra kell csökkenteni.
Egy időben, vízüveg alkatrészek általában pontosabb, mint a homoköntés.
A tipikus mérettűrések az ISO CT6-CT9 tartományban vannak, nagyjából megegyezik a finom homoköntvény-tűrési osztályokkal vagy az alacsonyabb kategóriájú befektetési öntési osztályokkal.
A felületkezelés ennek megfelelően mérsékelt: parancsára Ra ~6-12 μm (250-500 μt),
jobb, mint a zöld homok öntvény, de durvább, mint a szilícium-dioxid-szol öntvény.
Röviden, a vízüveg-öntvényt akkor választjuk, ha az elveszett viaszöntés összetett formáira és csökkentett másodlagos munkáira van szükség,
de a szűkös költségvetés vagy a nagyobb méret kivitelezhetetlenné teszi a magasabb költségű szilícium-dioxid-szol eljárást.
A folyamat áttekintése
A víz-üveg beágyazó öntés az általános elveszett viasz eljárást követi, néhány penészanyag-különbséggel:
Viasz minta és fa összeállítás.
Mesterminta készül (fröccsöntéssel, 3D nyomtatás, vagy kézi szobrászat) és szükség esetén mintaszerszámot/öntőformát készítenek.
Az alkatrész viaszmásolata ebből a mesterből készül. Több viaszminta van akkor egy közös fúróra szerelve ("fát" alkot) viaszkapuk és adagolók segítségével.
Ez a viaszfürt sok öntvényt alkot egy öntéssel. A viaszfelületeket „beöltöztetik”, hogy eltávolítsák a varratokat vagy hibákat, minden mintán tűnek megfelelő felületet eredményezve.
Shell épület (Kerámia bevonat).
A viaszszerelvényt ismételten híg nátrium-szilikát oldatban szuszpendált, nagyon finom homokból vagy cirkonlisztből álló tűzálló szuszpenzióba mártják..
Minden bemártás vékony kerámiaréteggel vonja be a viaszt (gyakran 0,5-1 mm) durvább homokkal való stukkózás előtt.
A felesleges hígtrágya leeresztése után, A stukkó réteg (nagyobb szilícium-dioxid homok granulátum) öntéssel vagy fluidágyas réteggel visszük fel a ragadós szuszpenzióhoz való kötéshez.
A fürt ezután hagyja megkeményedni (gyakran levegőn szárítva vagy alacsony hőfokon térhálósítva). Ez a bevonatszárítási ciklus jellemzően megismétlődik 4-7 alkalommal hogy elérjük a szükséges héjvastagságot (általában 5-15 mm összesen).
E sorozat alatt, a későbbi bevonatok durvább és néha eltérő tűzálló anyagokat használnak (például. finom szilícium-dioxid első bevonatok a részletekért, durva kvarchomok a háttérrétegekben) az erő és az áteresztőképesség maximalizálása érdekében.
Víz-üveg eljárásokban, A kvarc/olvasztott szilícium-dioxid homok és az alumínium-szilikátok gyakori tűzálló anyagok. Végül az egész héjat alaposan megszárítjuk (néha szabályozott páratartalmú sütőben) nedvesség eltávolítására.
Viasztalanítás és égetés.
Az edzett kerámia héjat viaszmentesíti megolvasztja a viaszt ki a formából.
Ellentétben a szilícium-dioxid-szol héjjal (amelyek jellemzően kiégető kemencében vagy lánggal égetik ki a viaszt), vízüveg kagyló gyakran forró vízbe mártva vagy gőz hatásának kitéve, hogy a viasz megolvadjon.
A cél a viasz gyors eltávolítása, miközben minimalizálja a héj stresszét (A nátrium-szilikát héj hidegen merevebb).
Viasztalanítás után, a héj az kirúgták (szinterezve) magas hőmérsékleten (gyakran 800-1000 °C) a kerámia megerősítésére és a maradék szerves anyagok kiégetésére.
Ez a nátrium-szilikát kötőanyag szinterezését és részleges üvegesedését is okozza, merevséget képezve, gázáteresztő forma.
Fém öntés.
Az olvadt fémet a szokásos módon öntik az előmelegített héjba. Mivel a vízüveg héjak hagyományos kovasavhomokot használnak, hőkapacitásuk és hővezető képességük a homokformákéhoz hasonló.
A héj megszilárdulásig tartja a fémet (minimális zsugorodási üregekkel, ha felszállókat használnak).
Héj eltávolítása és befejezése.
Egyszer szilárd, a kerámia héjat mechanikus úton távolítják el (például. lövöldözés, vibráció vagy kalapálás) hogy felfedje a leadott részeket.
A maradék kvarchomokot le kell tisztítani. Az öntőfát szétvágják, és a kapuk és a felszállók nyírva vannak.
Végső végső köszörülést tartalmazhat, CNC megmunkálás, és felszíni kezelések szükség szerint.
Mivel a kezdeti héj kikészítés közepes, A vízüveg-öntvények gyakran felületi csiszolást vagy megmunkálást igényelnek, de kevésbé, mint a zöldhomok-öntvények.
Döntően, a vízüveges eljárás főként abban különbözik a szilícium-dioxid-szol eljárástól kötőanyag és viaszmentesítő módszer.
Víz-üveg öntvényben, nátrium-szilikát (alkáli-szilikát) szárítással és kikeményítéssel összeáll, míg a szilícium-dioxid-szol (kolloid szilícium-dioxid) a héjak elsősorban gélesedéssel keményednek meg.
A viaszmentesítést forró vízzel végezzük (A nedves viaszmentesítő) láng helyett. Ezek a különbségek befolyásolják a ciklusidőt és a minőséget.
Például, A nedves viasztalanítás gyengéd a rideg héjakhoz, de szennyvízkezelést igényel. Is, a vízüveg héjak általában alacsonyabb hőstabilitásúak, mint a cirkon tartalmú szilícium-dioxid-szol héjak, ahogy az alábbiakban tárgyaljuk.
Binder rendszer
A vízüveg öntvény kötőanyaga az nátrium-szilikát oldat (általában Na2O·nSiO₂). Kémiailag, A vízüveg erősen lúgos (pH ~11-13) és bizonyos szilícium-szóda arány mellett készült.
A tipikus készítmények a 2:1 -hoz 3.3:1 SiO₂:Na2O tömegarány (gyakran modullal fejezik ki, például. M=2,0 kb 2.3 rész SiO₂ per Na2O).
Az arány és a szilárdanyag-tartalom szabályozza a kulcstulajdonságokat. Alacsonyabb arányok (több Na2O) folyékonyabb szuszpenziót és gyorsabb száradást biztosít, hanem higroszkóposabb és alacsonyabb tűzállóságú kötőanyag is.
Magasabb arányok (több SiO₂) növeli a hőállóságot és csökkenti a pH-t.
A vízüveg az vízhíg (viszkozitása hasonló a vízhez) és párolgás és enyhe hő hatására térhálósodik. Ahogy szárad, merev amorf szilikátüveg hálózatot alkot.
A kötőanyag higroszkópos, ezért a kagylókat alaposan meg kell szárítani, mielőtt égetést vagy nedves levegőnek vagy víznek tesszük ki, vagy újra felpuhulhatnak és leépülhetnek.
Szervizben, a maradék nedvesség gőzzsebekhez vagy porozitáshoz vezethet, ha a fémet túl forrón öntik ki. A kikeményedési szakasz általában 100–200 °C-on történő sütést foglal magában, hogy a héj teljesen megkeményedjen és a nedvesség eltávolítása.
A nátrium-szilikát kötőanyagok előnyei közé tartozik az alacsony költség, korlátlan "eltarthatósági idő", és a könnyű használat (nem tartalmaz mérgező oldószereket vagy savas katalizátorokat).
Egyszerű szárítással kötődnek (vagy sókúrával) és nagyon merev héjat adnak.
Viszont, korlátozások léteznek: magas lúgosságuk megtámadhatja a tűzálló szemcséket vagy fémeket (főleg alumínium, gázfelvételt okozva), és üveges jellegük alacsonyabb magas hőmérsékleti szilárdságot ad, mint a szilícium-dioxid-szol héjak.
Általában, a vízüveg héja ~800-900 °C fölé melegítve meglágyul, így megfelelnek az acél/vas ötvözeteknek, de a nagyon melegen öntött ötvözetek esetében marginálisak.
Ennek ellenére, nátrium-szilikát marad a bevált kötőanyag az iparban. Ez a három hagyományos kötőanyag egyike (etil-szilikáttal és kolloid szilícium-dioxiddal együtt) gyakran hivatkoznak a befektetési formakészítésre.
Shell anyagok és építési technikák
A vízüveg-öntéshez használt héj szinte teljes egészében ebből készül szilícium-dioxid alapú tűzálló anyagok. Gyakorlatban, az elsődleges anyagok szilícium-dioxid vagy kvarchomok (olvadt vagy kristályos), esetleg alumínium-szilikátokkal keverve.
Tipikus részecskeméretek a prime számára (finom) A kabátok 100-200 mesh méretűek lehetnek (75-150 μm) részletek megragadásához, míg a pótlakkok durvább homokot használnak (például. 30– 60 mesh).
A cirkont ritkán használják vízüveg héjakban (ellentétben a szilícium-dioxid-szol héjjal) költség miatt – ahelyett, olcsóbb szilícium-dioxid homokot alkalmaznak.
Finomabb alumínium-oxid vagy titánliszt hozzáadható a hősokkállóság javításához, de az alap szilícium-dioxid.
A pH szabályozása kulcsfontosságú a zagyban. A nátrium-szilikát kötőanyag nagyon lúgos, oly gyakran kis mennyiségben puffer vagy só (mint a nátrium-hidrogén-karbonát) hozzáadva a gélesedési idő beállításához és az azonnali gyógyulás megakadályozásához.
A gyártók figyelik a zagy pH-ját (gyakran 11-12 körül) és viszkozitása az egyenletes bevonatvastagság biztosítása érdekében. A túl magas lúgosság az első réteg idő előtti gélesedését okozhatja a viaszon.
Gyakorlatban, víz-üveg kagyló használata 4 -hoz 7 bevonatrétegek (alapozó bevonat plusz több stukkó hátú bevonat).
Például, a kezdeti bemártás finom szilícium-dioxid zagyba, majd stukkózás következik finom kvarchomokkal (ez a „prime coat” rögzíti a minta részleteit).
A későbbi bevonatok fokozatosan durvább homokot használnak a szilárdság növelésére. Minden bevonatnak meg kell száradnia (gyakran 1-2 órát szobahőmérsékleten vagy gyorsabban alacsony hőfokú sütőben) a következő réteg előtt.
A végső héjvastagság általában 5-15 mm nagyságrendű.
Szárítás közben, a hőmérsékletet és a páratartalmat gondosan szabályozzák – a túl gyors száradás megrepedhet a héjon, míg a túl lassú száradás futást vagy torzulást okozhat.
A szilícium-dioxid-szol héjakhoz képest, vízüveg héjak szoktak lenni erős, de kevésbé tűzálló.
Az olvasztott szilícium-dioxid rétegek megfelelő melegszilárdságot biztosítanak ~900 °C-ig, de ezen túlmenően a nátrium-szilikát üveghálózat lágyulni kezdhet.
Ezzel szemben, A szilícium-dioxid-szol héjak gyakran cirkon és alumínium-oxid rétegeket használnak, amelyek fent stabilak maradnak 1200 ° C.
Más szavakkal, A szilícium-dioxid-szol formák jobban bírják a szuperötvözetek magasabb öntési hőmérsékletét, míg a vízüveg héjak jellemzően acélokra és vasakra korlátozódnak.
Fémek öntése és kompatibilitása
A víz-üvegöntvény kiváló a közönséges vasötvözetekkel. A tipikus acélok közé tartozik szénacél, alacsony- és közepesen ötvözött acélok, hőálló rozsdamentes acélok, és mangán acélok.
Öntöttvasak (szürke és képlékeny) is gyakran leadják. Ezek az ötvözetek 1400-1600 °C tartományban önthetők a szilícium-dioxid héj katasztrofális károsodása nélkül (megfelelő fűtési ütemezéssel).
Valójában, a vízüveg különösen népszerű kopó alkatrészek és nehéz alkatrészek acélból készült, ahol az extra héjerő (homoköntéshez képest) és a komplexitás kifizetődik.
A vízüveg az kevésbé alkalmas reaktív vagy könnyűfémekhez. Alumínium és magnéziumötvözetek, például, nagyon szárazra van szükség, tiszta kagylók.
A héjban lévő nedvesség vagy szóda hidrogén porozitást okozhat az alumíniumban, vagy oxidációt okozhat.
A titán és más reaktív ötvözetek általában szilícium-dioxid-szol vagy kerámia héjrendszert igényelnek (vagy vákuumolvasztással) mert a vízüveghéjak nem rendelkeznek a szükséges tehetetlenséggel vagy tisztasággal.
(Gyakorlatilag, A titán viaszos öntését szinte kizárólag tűzálló cirkon/alumínium-oxid héjrendszerekkel végzik, nem vízpohár.)
Így, a kohászati kompatibilitás kulcsfontosságú szempont: A vízüveget akkor választják, ha az öntött fém kompatibilis a szilícium-dioxiddal (vastartalmú rendszerek) és a folyamatgazdaságosságra van szükség.
Kohászat szempontjából, a vízüveghéjak befolyásolhatják az öntvény minőségét.
Például, a szénacélok enyhén karburizálódhatnak a héj határfelületén, ha savanyított vízzel viaszmentesítik, tehát semleges vizet használnak.
A kerámia gázáteresztő képessége segíti a hidrogén és a gáz kiszellőzését; viszont, minden nem megfelelő viasz vagy nedvesség gáz porozitást okozhat.
A zsugorodási porozitást a szokásos módon felszálló- és szellőzőnyílásokon keresztül kezelik.
Általában, a vízüveg-öntvények kohászatilag úgy viselkednek, mint a többi precíziós öntvény ugyanabból a fémből – a héj kémiája minimális ötvöző hatással rendelkezik, de kis mértékben megváltoztathatja a felület széntelenítését.
Megfelelő folyamatszabályozás (mint a vákuum vagy inert atmoszféra öntés bizonyos acéloknál) szükség szerint alkalmazható, de függetlenek a kötőanyag típusától.
Méretpontosság és felületkezelés
A vízüveg befektetési öntvények közepes pontosságot érnek el. Dimenziós tolerancia jellemzően vannak ISO CT7-CT9 általános méretekhez. (Finom falakhoz, a tolerancia enyhülhet a CT9-re vagy a CT10-re.)
Hogy ezt perspektívába helyezzük, ISO CT7 a 50 mm-es funkció körülbelül ±0,10 mm eltérést tesz lehetővé, míg a CT6 ±0,06 mm lenne.
Gyakorlatban, kis alkatrészek és jól szabályozott folyamatok megközelíthetik a CT6-CT7-et,
de a nagyobb vagy bonyolultabb öntvények gyakran a CT8-CT9 tartományba tartoznak.
Ez összevethető a finom homok öntési tűrésével.
Ezzel szemben, a csúcsminőségű szilícium-dioxid-szol öntvények kis méretekkel elérhetik a CT4-CT6-ot, így a vízüveg körülbelül egy tűrésfokozattal kevésbé pontos.
A minőségtudatos üzletek az ISO alapján határozzák meg a tűréshatárokat 8062, gyakran megjegyzi a „CT8”-at a vízüveges eljárások alapértékeként.
A felületkezelés szintén durvább, mint a szilikaszol, de simább, mint a homoköntvény. Tipikus felületi érdesség víz-üveg öntvényeknél a sorrendben RA 6–12 μm (250-500 perc).
Az egyik öntöde arról számolt be, hogy a víz-üveg öntvények nagyjából Ra =-t értek el 12.5 μm az összehasonlító tesztekben. Ezzel szemben, szilícium-dioxid-szol részek Ra 3-6 μm-t érhetnek el.
A vízüveg nagyobb érdessége a héj nagyobb szemcseméretének és a nátrium-szilikát kötőanyagnak köszönhető..
A felületet befolyásoló tényezők közé tartozik az iszap szilárdanyag-tartalma, stukkó szemcseméret, héj vastagsága, és a minta minősége.
Például, finomabb alapozó bevonatok és további alapozó rétegek javíthatják a felület minőségét.
Mindazonáltal, a tervezőknek durvább kezdeti felületre kell számítaniuk: a tipikus öntvények gyakran enyhe csiszolást vagy megmunkálást igényelnek, hogy a kritikus felületeken Ra 3–6 μm körüli simaságot érjenek el.
A pontosság kezelésére, a legtöbb bolt használja dimenziós ellenőrzés (körző, CMM, mérők) az első alkatrészeken és a gyártási mintákon.
Mivel a viaszminta és a fa némi változékonyságot mutat be, gondos elrendezésre és zsugorodáskompenzációra van szükség.
Acél hőösszehúzódási együtthatói (körülbelül 1.6 mm/m·100 °C) minták méretezésére szolgálnak. A folyamatdokumentáció ISO szerint határozza meg a zsugorítási tényezőket és a tűréseket.
Minőségellenőrzés és vizsgálat
Minőségellenőrzés a vízüveg-öntés tükrében más öntödei szakterületeken is. A kritikus lépések ellenőrzése több szakaszban történik:
- Kagylóvizsgálat: Öntés előtt, a héjakat megvizsgálják repedés szempontjából, hólyagok, vagy hiányos bevonat.
A vállalkozók gyakran ultrahangos műszerekkel mérik a héj vastagságát, és ellenőrzik, hogy minden réteg egyenletes-e. Bármilyen leválás vagy lyukak öntési hibákat okozhatnak.
A nedves zagyot tartalmazó tartályok pH-értékét és szilárdanyag-tartalmát ellenőrizzük; variációk gyenge héjakat eredményezhetnek. A szárítókemencék egyenletes hőeloszlását ellenőrizzük. - Méretellenőrzések: Felrázás és befejező megmunkálás után, az öntvényeket a tervezési méretekhez mérik.
Az első cikkből származó alkatrészek általában CMM-ellenőrzésen esnek át, hogy ellenőrizzék a kritikus méreteket a megadott tűrésosztályon belül (például. ISO CT8).
A furatok átmérőjéhez egyszerű mérőhasábokat vagy dugaszolható mérőeszközöket használnak. Mivel a fa dőlésszöge és a viaszzsugorodás kis hibákat okoz, gyakori a minta mester méreteinek módosítása, ha kifut. - Hibafelismerés: A víz-üveg öntvények olyan hibákat szenvedhetnek, mint a gáz porozitása, zárványok, vagy héjfúziós hibák.
Az általános vizsgálati módszerek közé tartozik a röntgen/radiográfia (belső üregek vagy zárványok felkutatására), fluoreszcens penetráns (felületi repedésekre és porozitásra), és mágneses részecskék tesztelése (vastartalmú alkatrészekhez).
Adott esetben, nyomáspróbát vagy áramlási tesztet alkalmaznak. Kohászati elemzés (makró etch, mikrofelvételek) folyamatfejlesztés során használható.
Minden vizsgálatnak a szabványokra kell vonatkoznia (például. ASTM E165 a penetránshoz, ASTM E446 radiográfiához) az elfogadás meghatározásához. - Folyamat dokumentáció: A vízüveg öntvények szigorú nyomon követhetőségét biztosítják. A rekordok tartalmazzák a hígtrágya keverési arányait, gyógyulási ütemtervek, és kemenceidőket.
Sok öntöde használ folyamat közbeni ellenőrző listákat (hőmérsékleti naplók viaszmentesítő sütőkhöz, páratartalom naplók szárító helyiségekhez, és kötőanyag-használati naplók).
Nagy megbízhatóságú alkatrészekhez (például. repülőgép -alkatrészek), teljes hőkód és kémiai/fizikai tanúsítvány kíséri az alkatrészt.
Izo 9001 vagy Nadcap szabványok szabályozhatják a dokumentációt a kritikus iparágakban.
Átfogó, az ellenőrzési filozófia az, hogy minden lépést szabványosítsunk, hogy minden öntési hiba visszavezethető legyen a kiváltó okára (például. instabil iszap vagy kimaradt szárítási ciklus).
Gazdasági megfontolások
A víz-üveg elveszett viasz öntvényt értékelik költséghatékonyság megfelelő alkalmazásokban. A legfontosabb gazdasági tényezők közé tartozik az anyagköltség, munkaerő, ciklusidő, és hozam:
- Anyag: A nátrium-szilikát kötőanyag és a kvarchomok olcsó a kolloid szilícium-dioxidhoz és a cirkonhoz képest.
Például, A nátrium-szilikát oldat kilogrammonként néhány centbe kerülhet, míg a kolloid szilícium-dioxid kötőanyagok egy nagyságrenddel drágábbak.
A felhasznált sók vagy gyorsítószerek minimálisak. Viasz minták (különösen, ha 3D-s nyomtatással készült) költség hozzáadásával, de a hozam magas.
Van némi kerámiahulladék (törött héj) de gyakran homokként újrahasznosítható. Átfogó, a fogyóeszközök olcsók. - Munka és feldolgozási idő: A vízüveghéj építése munkaigényes, többszörös bemerítést és szárítási ciklust igényel.
Ciklusidői 24-72 óra viaszfától öntésig jellemzőek (gyorsabb, mint a magas hőmérsékletű szilícium-dioxid-szol, amely hosszabb kötést is igénybe vehet).
A nedves viaszmentesítési lépés hosszabb (merítés vs nyílt láng égés), de ez általában egy éjszakai áztatás. A minta előkészítéséhez munkaerő szükséges, bevonat/stukkó műveletek, és shakeout.
Ennek ellenére, az alacsonyabb szerszámköltségek és a csökkentett megmunkálás gyakran ellensúlyozzák a nagyobb munkaerőt.
Költségmodellben, A vízüveg akkor lehet versenyképes, ha a részmennyiség meghaladja az évi néhány százat, különösen nehéz vagy összetett alkatrészekhez, amelyek nagyon drágák lennének homok- vagy fröccsöntésnél. - áteresztőképesség: Az egycélú vízüveg vezetékek folyamatosan futhatnak, de mindegyik épít (héj betöltése, viaszmentesítő, Tűz, önteni, kiütés) csak az adott fán lévő részeket kezeli.
Az áteresztőképesség mérsékelt; tételenként néhány száz kilogramm öntvény normális lehet. Viszont, A viaszinjektálás és a héjpermetezés automatizálása létezik.
A korlátozó lépés gyakran viaszmentesítés és kiégetés, amelyek meghatározott terhelésű szakaszos sütők lehetnek. Hatékony ütemezés (fák egymásra rakása) javíthatja a kihasználtságot. - Hozam és selejt: Mert a folyamat precíz, a hulladék aránya alacsony lehet, ha szabályozzák. Viszont, a héj repedése vagy fém átszivárgása az öntvény teljes elvesztését eredményezi.
Meghibásodások héjhibák miatt (például. viaszmentesítés utáni repedés) a szigorú folyamatszabályozás minimalizálja.
A homoköntéshez képest, a vízüveg általában nagyobb hozamú, mivel az alkatrészek könnyebben tisztíthatók és szinte háló alakúak.
A szilikaszolhoz képest, a hozam hasonló vagy valamivel alacsonyabb (A szilícium-dioxid-szol héjak elnézőbbek lehetnek a viaszmentesítő problémákkal szemben).
Egy durva költség összehasonlítás megmutathatja, hogy a vízüveg-öntés lehetséges 50-70%-kal olcsóbb alkatrészenként mint a szilika-szol öntés közepes pontosságú acél alkatrészekhez,
az alacsonyabb anyag- és szerszámköltség miatt, bár szerény felületi minőségromlással.
Drágább, mint az olcsó homoköntés egységenként, hanem mert a végső alkatrészek sokkal kevesebb megmunkálást igényelnek, a kész alkatrész teljes költsége versenyképes lehet.
Röviden, A vízüveg-öntés lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy a költségeket a gépi órákról a feldolgozási időre tolják át,
ami gyakran előnyös olyan alkatrészek esetében, amelyek eléggé összetettek vagy kis mennyiségű ahhoz, hogy a dedikált szerszámozás ne legyen indokolt.
Ipari alkalmazások
A vízüveg-befektetési öntés megtalálja a helyét nagy teherbírású és összetett alkatrészek több iparágban. A figyelemre méltó alkalmazások közé tartozik:
- Gépek és nehéz berendezések: Alkatrészek bányászathoz, olaj & gáz, és az építőipari gépek gyakran használnak vízüveg-öntvényt.
Például, fogaskerék, szivattyúház, szelepek, és ezekben az ágazatokban a járókerekek profitálnak az acél szilárdságából és a befektetési öntés geometriai szabadságából.
Vízüveg öntvény rozsdamentes acél szelep csőszerelvény - Mezőgazdasági részek: Olyan alkatrészek, mint a traktorház, eke alkatrészek, és a nehéz mezőgazdasági berendezések összekapcsolása így készül.
Képes gömbgrafitos vas vagy gyengén ötvözött acél alakzatok öntésére (például. kormányrúd alkatrészek, magvető lemezek) A bonyolult profilok kulcsfontosságú előnye. - Autóipar: Bár nem általános a sorozatgyártású autóalkatrészeknél, a vízüveg öntvényt kis mennyiségű gépjármű- vagy teherautó-alkatrészekben használják (például. kis adag kormánycsukló, nehéz felfüggesztő karok, fékelemek speciális járművekhez).
Pontossága felülmúlja a homoköntést a kritikus illeszkedési részek esetében, mégis költséghatékony marad a mérsékelt futásokhoz. - Ipari szelepek és szivattyúk: Öntöttvas és acél szelepek, szivattyútestek, és a karimák gyakran víz-üveg befektetési formákból származnak.
Ezeknek az alkatrészeknek bonyolult belső átjárókra és jó felületkezelésre van szükségük (a szivárgás elkerülése érdekében) – A vízüveg-öntvény magok nélküli megmunkálásra kész szelepeket eredményez. - Építőipari és építészeti öntvények: Néha, díszítő vagy szerkezeti vas/acél elemek (mint a karimák, hardver, vagy díszes támasztékokat) vízüveggel öntik.
Az eljárás finom művészi részleteket rögzíthet megfizethető homok használata mellett, alkalmassá téve speciális öntvényekre (például. bronz pótlás az építészeti elemekben). - Offshore és tengeri alkatrészek: Amint azt az ipari források említették, pótkocsi alkatrészek, daruk, és a tengeri fúrótornyok ezt a módszert alkalmazzák a zord környezetben való tartósság érdekében.
Átfogó, a vízüveg-öntvényt az igényes iparágakban választják robusztus vasöntvények közepes részletességgel, elfogadható áron.
Felveszi a versenyt a homoköntéssel, ha nagyobb pontosságra vagy hálóforma-részletekre van szükség, és versenyez a szilícium-dioxid-szol öntéssel, amikor a nagy méret vagy a költségvetési korlátok miatt az utóbbi túl költséges.
Összehasonlító elemzés
Más öntési módokhoz képest, a víz-üveg befektetési öntés középutat foglal el:
Vízüveg vs Silica-Sol befektetési öntés:
Szilícium-dioxid-szol (kolloid-szilícium-dioxid kötőanyag cirkonliszttel) a legfinomabb részleteket produkálja, legjobb felületkezelés (Ra olyan alacsony, mint 3-6 μm), és szigorúbb tűréshatárokat (ISO CT4-CT6).
Viszont, ez van drágább: a szilícium-dioxid szol oldatok és a cirkonhomok lényegesen drágábbak, és a folyamat lángkiégést és magasabb égetési hőmérsékletet igényel.
Víz-üveg öntés, ezzel szemben, durvább felülettel rendelkezik (~Ra 6-12 μm) és szélesebb tűrések (CT6-CT9), de olcsó anyagokat és egyszerűbb viaszmentesítőt használ.
A vízüveg héjak általában erősebbek az öntés előtti kezelés során (szárítás után nagyon merevek) és lehet vastagabb is, ami jót tesz a nehéz öntéseknek.
Összefoglalva, A szilícium-dioxid-szolt a nagy pontosság érdekében választották, kis részek; a vízpoharat nagyobbra választják, szívós alkatrészek, ahol a felületi minőség feláldozható.
Vízüveg befektetési öntés VS Homok Öntvény:
Homoköntés (zöld homok vagy kémiailag kötött) a legalacsonyabb költségű, legrugalmasabb formakészítés nagy alkatrészekhez.
Viszont, a homoköntvények nagyon érdes felületűek (RA > 25 μm, gyakran 50-100 μm) és laza tűréshatárok (ISO CT11 vagy rosszabb).
A vízüveg öntés lényegesen jobb felületet és pontosságot biztosít (ahogy fentebb megjegyeztük) magasabb költséggel.
Ha egy homoköntvény alkatrész kiterjedt megmunkálást vagy javítást igényel (mint a magok hegesztése), olcsóbb lehet a vízüveg használata.
Is, bizonyos összetett formák (vékony falak, belső üregek) magok nélküli homokban kemények vagy lehetetlenek; a vízüveg könnyen előállít ilyen formákat.
A kompromisszum az, hogy a homoköntvények jobban alkalmazhatók rendkívül nagy mennyiségben (öntőformák vagy sokszor használható formák),
míg a vízpohár kb 150 kg-ot formánként, és többnapos ciklusokat igényel.
A héj szilárdsága és termikus viselkedése:
A vízüveg héjak olvasztott szilícium-dioxid rétegekből állnak, amelyek valamivel kevésbé tűzállóak, mint a szilícium-dioxid-szol héjakban gyakran használt cirkon vagy alumínium-oxid réteg.
Ez azt jelenti, hogy a vízüveg héjak általában alacsonyabb maximális üzemi hőmérséklettel rendelkeznek, és nagyobb fémhéj reakciót tesz lehetővé nagyon forró öntések esetén..
Gyakorlatban, bár, mindkét módszer olyan héjat eredményez, amely könnyen ellenáll az acél/vas öntési hőmérsékletének.
Erő szempontjából, mind a szilícium-dioxid-szol, mind a vízüveg héj kiégetés után merev, de a szilícium-dioxid-szol képes megőrizni szerkezeti integritását magasabb hőmérsékleten.
Legjobb használati esetek:
A legjobb felhasználási módok összefoglalása, a vízüveg öntés ideális közepes és nagy acél/vas alkatrészek, ahol a nagy pontosság nem kritikus,
mint például a szivattyúházak, fogaskerék üres, nehézgépek alkatrészei, és minden olyan alkatrész, ahol az öntvények megtakarítják a hegesztést.
A szilikaszol a legjobb kis-közepes nagy pontosságú alkatrészek (repülőgép -alkatrészek, ékszerek, orvosi implantátumok, kis rozsdamentes alkatrészek).
Zöld-homok öntés nyer masszív nehéz alkatrészek vagy rendkívül nagy mennyiségek, ahol nincs szükség szűk részletre (például. nagy házak, motorblokkok, szivattyúházak ömlesztve).
Az alábbi táblázat néhány összehasonlító mérőszámot mutat be:
- Felületi érdesség (tipikus Ra): Szilika-szol ~3-6 μm; vízüveg ~6-12 μm; zöld homok >25 μm.
- Dimenziótűrés: Szilika-szol ISO CT4–CT6; vízüveg ~CT6–CT9; zöld homok CT11–CT12 (nagyon laza).
- Anyagköltség: Alacsony a homok számára, mérsékelt vizespohárra, magas a szilícium-dioxid-szol esetében. A nátrium-szilikát kötőanyag nagyon olcsó, míg a kolloid szilícium-dioxid kötőanyag drága.
- Shell Erő: Jó szilícium-dioxid-szolhoz magas T-értéken, mérsékelt vizespohárhoz. Cirkon/alumínium-oxid héjak (szilícium-dioxid-szol) nagyobb tűzállósággal rendelkeznek.
- Termelési skála: A vízüveg kis és közepes térfogatú üvegekhez alkalmas (tucat-ezret évente), különösen akkor, ha az alkatrészek nehezek. A szilikaszol kis/precíziós futásokhoz alkalmas; homok alkalmas nagy térfogatra.
Átfogó, vízüveg öntvény áthidalja a rést: Kínál jobb irányíthatóság és kivitelezés, mint a homoköntés, de olcsóbb, mint a szilikaszol.
Amikor a tervezési igények mérsékeltek és a költségvetés korlátozott, gyakran ez a leggazdaságosabb precíziós technika.
Következtetés
Vízüveg (nátrium-szilikát) befektetési öntés a költséghatékony precíziós öntés vasra optimalizált folyamat, összetett alkatrészek.
Olcsó kötőanyagok és homok használatával, lehetővé teszi a gyártók számára, hogy ésszerű tűréshatárokkal közel háló alakú acél- és vasalkatrészeket érjenek el (ISO CT7-CT9) és befejezi (Ra ≈6–12 μm) a szilícium-dioxid-szol öntés költségének töredékéért.
A folyamat erőssége az anyagtakarékosság, erős héjmerevség, és komplex geometriák létrehozásának képessége a mag összeomlása nélkül.
Fő korlátai a durvább felületkezelés és az alacsonyabb magas hőmérsékleti stabilitás, amelyek közepes pontosságra korlátozzák, nagy teherbírású alkalmazások.
Előre nézve, A vízüveg-öntés továbbra is releváns az olyan alkalmazásokban, mint a gépek, autóipari részegységek,
mezőgazdasági és építőipari berendezések, és minden olyan alkatrész, amelynél előnyös a részletek és a költség megfelelő kompromisszuma.
Folyamatos fejlesztések (mint például az optimalizált szilikátkészítmények és az automatizált héjbevonat) kissé magasabbra tolhatja a pontosságát.
Azonban, a mérnököknek gondosan össze kell hangolniuk az alkatrészeket a feldolgozáshoz: használjon vizespoharat, amikor acél/vas komplexitás és gazdaságosság uralják a követelményeket,
szilika-szol mikor ultrafinom részletek vagy speciális ötvözetek szükségesek, és homok mikor puszta térfogat vagy méret felülbírálja a pontosságot.
Átfogó, víz-üveg befektetési öntés egy kiforrott, jól érthető technika.
Folyamatos használatát a robusztus iránti globális kereslet vezérli, bonyolult formájú fém alkatrészek mérsékelt tűréshatárral és versenyképes költségekkel.
Kémiájának és folyamatszabályozásának megfelelő alkalmazása – és alapos ellenőrzése – konzisztens eredményt eredményez, kiváló minőségű öntvények az ipari igények széles körére.
EZ a tökéletes választás a gyártási igényekhez, ha magas színvonalra van szüksége vízüveg befektetési öntés szolgáltatás.
