Mi az a befektetési öntés? Folyamat, Anyag & Alkalmazások

Tartalom megmutat

1. Bevezetés

Befektetési casting, gyakran ismerik elveszett viasz öntés vagy precíziós öntés, rendkívüli pontossággal szállít összetett fém alkatrészeket.

Eldobható viaszminta és tűzálló kerámia héj alkalmazásával, ez az eljárás bonyolult geometriákat és szűk tűréseket reprodukál a rozsdamentes acéltól a szuperötvözetekig terjedő anyagokban.

Történelmileg, A mezopotámiai és kínai kézművesek az elveszett viasz technikák korai formáit használták 5,000 évvel ezelőtt;

A modern ipari alkalmazások a 20. század elején jelentek meg, amikor Robert B. W. Taylor szabadalmaztatott egy viaszmintás módszert ben 1907.

Ma, A befektetési öntés a kritikus iparágak – nevezetesen a repülőgépipar – alapját képezi, orvostechnikai eszközök, és energia – mert egyesíti a tervezési szabadságot a megismételhető pontossággal.

2. Mi az a befektetési öntés?

A befektetési öntés egyesíti a precíziós viaszmintázást kerámia héjformákkal.

Első, a technikusok olvadt viaszt fecskendeznek be egy fémszerszámba, olyan mintát hozunk létre, amely megismétli az utolsó részt. Következő, több viaszmintát rögzítenek egy központi csigára, „fát” alkotva.

Majd, ezt az összeállítást kerámiazagy és finom homok váltakozó rétegeibe mártják. A kerámia rétegek megszilárdulása után, a kezelők kiolvasztják a viaszt ("viaszmentesítés"), merev héjat hagyva.

Végül, olvadt fémet öntenek az üregbe, hagyjuk megszilárdulni, és törje le a héjat, hogy felfedjen egy közel háló alakú alkatrészt.

Két kötőanyagrendszer uralja az ipart:

Vízüveg (Nátrium -szilikát) Folyamat: A mérnökök ezt a gazdaságos utat részesítik előnyben nagy tételek esetén.
A vízüveg kötőanyag körülbelül USD-ba kerül 2.50 kilogrammonként, így ideális nagy mennyiségű autóalkatrészekhez.
Szilikaszol eljárás: A gyártók szilikaszolt választanak, ha finomabb kerámiaszemcsékre van szükségük, kiváló felületi minőség, és vékonyabb kagyló.
Viszont, A szilikaszol körülbelül USD-ba kerül 6.50 kilogrammonként, a vízüveg költségének nagyjából 2,6-szorosa.

3. A befektetési öntés folyamata

A befektetett öntési folyamat egy egyszerű viaszmodellt nagy pontosságú fémkomponenssé alakít át szigorúan ellenőrzött lépések sorozatával.

Bár a teljes ciklusidő változó – egészen kicsitől 24 órákig gyors vízüveghéjjal körülbelül hét napig normál szilícium-dioxid-szol rendszerek esetén – a módszer következetesen közel háló alakú részeket eredményez kiváló felületi minőséggel.

Viaszmintás gyártás

Kezdetben, a technikusok levegőtelenített viaszt fecskendeznek be (jellemzően paraffin és mikrokristályos adalékok keveréke) precíziós acélszerszámokba.

között tartják a viasz hőmérsékletét 60 ° C és 80 °C-on, és 2–4 MPa nyomást alkalmazzon. Minden injekciós ciklus nagyjából 10-30 másodperc alatt fejeződik be.

Kidobás után, a kezelők szemrevételezéssel ellenőrzik a mintákat a hibákért, elutasítja azokat, amelyek a kritikus méretekben ±0,1 mm-nél nagyobbak.

Minta összeszerelés és kerámia héjépítés

Következő, a munkások az egyes viaszmintákat egy központi csonkra „fázzák”., összeállítás létrehozása legfeljebb 50 alkatrészek.

Ezután megépítik a kerámia öntőformát úgy, hogy felváltva mártják a fát egy tűzálló iszapba, és finom szilícium-dioxid homokot stukkóznak..

Az öntödék általában 6-8 hígtrágya-stukkó ciklust alkalmaznak a 6-10 mm-es héjvastagság eléréséhez.

Vízüveg kötőanyaggal, ez a héjépítés körülbelül 24–72 órát vesz igénybe; a magas hőmérsékletű szilícium-dioxid szol rendszerekhez akár 7 napig a teljes gyógyulásig.

Viasztalanítás és kiégés

Később, Az öntödék az olvadt viaszt autoklávban távolítják el, vagy gőzautoklávban kb 150 ° C, gyakran éjszakai áztatásként, hogy biztosítsa a viasz teljes eltávolítását.

Ezután 1–2 °C/perc sebességgel 600–900 °C-ra emelik a hőmérsékletet, és 4–6 órán keresztül tartják, hogy a maradék szerves anyagokat lebontsák., megakadályozza a héj repedését és tiszta üreget biztosít.

Fémöntés és héj eltávolítása

Kiégés után, A technikusok a kerámia héjakat 760–870 °C-ra melegítik elő.

Olvadt ötvözetet – például rozsdamentes acélt – öntenek 1500–1550 °C-on gravitáció segítségével., centrifugális, vagy vákuum-segítő módszerek a turbulencia minimalizálására.

Miután a fém megszilárdul, a munkások vibráció vagy nagynyomású vízsugár hatására letörik a kerámia héjat, jellemzően 95-98%-ban használható öntvényt eredményez.

Hőkezelés és végső megmunkálás

Végül, az öntvények hőkezelésen esnek át – ilyen például az oldatos izzítás at 1,050 °C vagy öregedési kikeményedés at 700 °C – a mikrostruktúra finomítása és a feszültségek enyhítése.

Ezután a gépészek CNC marást végeznek, EDM, vagy köszörülés, ±0,05 mm-es tűréseket és Ra-ig terjedő felületi minőséget ér el 0.8 µm.

Az egyes változók aktív szabályozásával – a viasz hőmérsékletétől és a zagy viszkozitásától a kiégési profilokig és az öntési sebességig,

A befektetési casting következetesen összetett, nagy teljesítményű alkatrészek minimális hulladékkal és csökkentett utómegmunkálási igényekkel.

Befektetési öntés folyamata Teljes videó https://www.youtube.com/watch?v=NugdCiQ0uU8

4. Milyen anyagokból lehet befektetési öntvény?

A befektetési öntés az ötvözetek legszélesebb skáláját alkalmazza az összes öntési folyamat közül,

lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy az erőkiegyenlítés révén igényes alkalmazásokhoz szabják az alkatrészeket, hőmérséklet ellenállás, korróziós teljesítmény és, amikor szükséges, biokompatibilitás.

Vasötvözetek

Rozsdamentes acélok (300, 400 & PH sorozat): A gyakori minőségek közé tartozik a CF-8 (AISI 304), 316L és 17-4 PH.
Szakítószilárdságot kínálnak a 600 -hoz 1,300 MPa és közötti folyáshatárok 500 és 1,100 MPA, így ideálisak korrózióálló alkatrészekhez zord környezetben.
Szén & Gyengén ötvözött acélok: Osztályok, mint pl 4140 és 4340 szívósságot és fáradtságállóságot biztosítanak alacsonyabb költségek mellett, a szakítószilárdság jellemzően től kezdve 700 -hoz 1,200 MPA.

Nikkelbázisú szuperötvözetek

Amikor a magas hőmérsékletű szilárdság és a kúszásállóság számít, az öntödék az Inconelhez fordulnak 718 és 625.
Például, csapadékban edzett Inconel 718 kb. körüli folyáshatárt biztosít 1,035 MPa és a végső szakítószilárdság közel 1,240 MPa szobahőmérsékleten, miközben jelentős erőt tart fent 650 ° C.

Kobalt-króm ötvözetek

A CoCrMo keverékek a kivételes kopásállóságot a biokompatibilitással kombinálják, az orvosi implantátumok és a gázturbina-alkatrészek kapcsává teszi őket.

Ezeknek az ötvözeteknek a szakítószilárdsága általában 1000–1350 MPa, a folyáshatár pedig 700–1000 MPa.

Titán Ötvözetek

Ti -6AL -4v (Fokozat 5) kiemelkedik a repülőgépipari és az orvosbiológiai alkatrészekből.

közötti szakítószilárdságot kínál 862 és 1,200 MPA, folyáshatártól 786 -hoz 910 MPA, és a sűrűsége kb 4.43 G/cm³, kiemelkedő szilárdság/tömeg arányt biztosít.

Alumínium Ötvözetek

Az olyan ötvözetek, mint az A356 (Al-Si-Mg) továbbra is népszerűek a repülés könnyűsúlyú alkatrészei között, autóipar, és az elektronika.

Általában körülbelül 250-350 MPa szakítószilárdságot biztosítanak, valamint a korrózióállóságot..

Réz alapú ötvözetek

Bronz és sárgaréz A változatok kopásálló és dekoratív alkalmazásokra szolgálnak, A szakítószilárdság általában 350-600 MPa, az adott összetételtől függően.

Emellett, az öntödék üveg- és kerámiamagos rendszerekre terjeszkednek, hogy fejlett kompozitokat és új generációs anyagokat állítsanak elő.

A héj kémiájának beállításával, kiégési profilok, és öntési hőmérsékletek, megfelelnek az egyes anyagok egyedi követelményeinek.

Kiválasztási kritériumok

Amikor ötvözetet választunk befektetési öntéshez, a mérnökök összpontosítanak:

Mechanikai teljesítmény: Szükséges szakító- és folyáshatár, keménység és fáradtság élettartama
Hőstabilitás: Működési hőmérséklet tartomány, kúszási ellenállás és hővezető képesség
Korrózióállóság: Kémiai környezet, lyukkorróziós és feszültség-korróziós érzékenység
Biokompatibilitás: Citotoxicitás, ionfelszabadulás és passzivációs viselkedés az implantátumoknál

5. Tervezés öntéshez (DfC)

Hatékony tervezés öntéshez (DfC) közvetlenül magasabb hozamot eredményez, alacsonyabb költségek, és gyorsabb a fordulás.

Az alábbi irányelvek alkalmazásával, a mérnökök általában 20-30%-kal csökkentik a selejt mennyiségét, és akár akár az utómegmunkálási időt is. 40%.

Tartsa fenn az egyenletes falvastagságot

Ajánlás: 2–10 mm a legtöbb ötvözethez (eltérés ±0,5 mm)
Indoklás: Az egységes részek egyenletesebben hűlnek, a forró pontok megelőzése és a porozitás kockázatának csökkentése. Következésképpen, kevesebb belső hibát és szigorúbb méretszabályozást fog látni.

Szereljen be megfelelő huzatszögeket

Ajánlás: 0.5°–2° oldalanként függőleges felületeken
Indoklás: Még egy kis kúp is megkönnyíti a kerámiahéj eltávolítását és minimalizálja a héj sérülését. Ennek eredményeként, a hozam növekszik és az utómunkálatok csökkennek.

Használjon nagyvonalú filét és sugarat

Ajánlás: Filé sugarai ≥ falvastagság vagy ≥ 1 mm, amelyik nagyobb
Indoklás: A lekerekített átmenetek javítják a fémáramlást, csökkenti a feszültségkoncentrációt, és elősegíti a kerámiarétegek egyenletes tapadását. Viszont, egyenletesebb mikrostruktúrát és nagyobb fáradási szilárdságot ér el.

Kerülje az alávágásokat és a belső üregeket

Stratégia: Ahol csak lehet, az alámetszések áttervezése átmenő lyukakká vagy osztott jellemzőkké; minimalizálja a maghasználatot.
Haszon: A geometria egyszerűsítése csökkenti a szerszámok bonyolultságát, lerövidíti az átfutási időt és akár az alkatrészenkénti költséget is 15%.

Optimalizálja a kapu- és felszállóhelyeket

Legjobb gyakorlat: Helyezze a kapukat a legnehezebb szakaszba, és a felszállókat a legmagasabb kockázatú forró helyek fölé.
Eredmény: A szabályozott fémáramlás és a megszilárdulás csökkenti a zsugorodási porozitást, tipikusan 5-10%-os hulladékcsökkenést eredményez.

Tervezési megmunkálási pótlékok

Juttatás: A kritikus felületeken 0,5–1,5 mm-es állományt kell hozzáadni
Érvelés: A CNC-hez vagy csiszoláshoz elegendő anyag biztosítása garantálja a tűréscélok teljesítését (gyakran ±0,05 mm) méret alatti öntvények üldözése nélkül.

Használja ki a szimmetriát és a moduláris kialakítást

Technika: Tükörképes funkciók vagy összetett alkatrészek egyszerűbb részegységekre bontása
Előny: A kevesebb egyedi minta és héj 10-20%-kal csökkenti a szerszámköltséget, miközben szabványosítja a folyamatokat több részre kiterjedően.

6. A befektetési öntési eljárás előnyei

A befektetési öntés a pontosság erőteljes kombinációját biztosítja, rugalmasság és hatékonyság. A legfontosabb előnyök közé tartozik:

Kivételes méretpontosság
Szigorú tűréshatárok elérése (gyakran ±0,1 mm-en belül) rendkívül bonyolult geometriákon, így az alkatrészek közvetlenül a formából kikerülve megfelelnek az előírásoknak.
Kiváló felületkezelés
Készítsen sima öntött felületeket (Ra 1,2–3,2 µm), ami viszont csökkenti a kiterjedt polírozás vagy megmunkálás szükségességét.
Sokoldalú anyaghasználat
Öntsön mindent a rozsdamentes acéltól és a nikkel alapú szuperötvözetektől a titánig és alumíniumig, lehetővé teszi az ideális ötvözet kiválasztását minden alkalmazáshoz.
Komplex geometriai képesség
Penészes alávágások, vékony falak és belső átjárók egyetlen öntéssel, ezáltal kiküszöböli az összeszerelési lépéseket és a rögzítőelemekre vonatkozó követelményeket.
Monolitikus, Zökkenőmentes alkatrészek
Hozzon létre egy darabból álló alkatrészeket elválasztási vonalak vagy hegesztési varratok nélkül, amely javítja a szerkezeti integritást és leegyszerűsíti a befejező műveleteket.
Skálázhatóság bármilyen kötethez
Könnyen alkalmazkodik mind a kis prototípusokhoz, mind a nagy volumenű gyártáshoz, az eszközköltségek és az egységgazdaságosság közötti egyensúlyozás.
Közel-Net-Shape Hatékonyság
Minimalizálja a selejt- és anyagfelhasználást azáltal, hogy az alkatrészeket a végső méretekhez nagyon közel állítja elő, a hulladék és a megmunkálási idő csökkentése.
Tervezési szabadság
Szereljen be éles sarkokat, derékszögű jellemzők és bonyolult részletek extra zsugorodási ráhagyások nélkül, a CAD-től az öntött alkatrészig vezető út egyszerűsítése.
Környezetvédelmi és költségelőnyök
Csökkentse az energiafogyasztást és a nyersanyag-pazarlást a kivonó módszerekkel összehasonlítva, segít csökkenteni a termelési költségeket és a környezeti hatásokat.

7. A befektetési öntés korlátai

Míg a befektetési öntés jelentős előnyöket kínál, bizonyos korlátozásokkal is jár, amelyeket a mérnököknek és a gyártóknak figyelembe kell venniük a megfelelő gyártási módszer kiválasztásakor:

Magasabb kezdeti szerszámköltségek
A precíziós viasz-injektáló szerszámok és kerámiahéjrendszerek létrehozása jelentős előzetes beruházást igényel, kevésbé gazdaságos kis mennyiségben vagy prototípusgyártáshoz, hacsak a tervezés bonyolultsága ezt nem indokolja.
Hosszabb átfutási idő
A többlépcsős folyamat – a viaszminta létrehozásától a héjépítésig, kiégés, öntvény, és a befejezés – több naptól hetekig is eltarthat.
Ez a meghosszabbított ciklusidő korlátozza a gyors átfutást igénylő projektekhez való alkalmasságot.
Méretkorlátozások
A befektetési öntés a legalkalmasabb kis és közepes méretű alkatrészekhez. Míg részek ig 100 kg állítható elő, a méretpontosság és a héj integritása a méret növekedésével nehezebbé válik.
Korlátozott falvastagság
Nagyon vékony falak (jellemzően alatta 1.5 mm) kihívást jelent a folyamatos szereposztás, különösen nagy alkatrészekhez, a gyors lehűlés és a héjtörés kockázata miatt.
Anyagkorlátozások reaktív ötvözetekkel
Bizonyos reakcióképes fémek, például a tiszta titán, speciális környezetet igényelnek (PÉLDÁUL., vákuumöntés) a szennyeződés elkerülése érdekében, ami bonyolultabbá és költségesebbé teszi.
Nem ideális nagy mennyiségben, Alacsony bonyolultságú alkatrészek
Nagyon nagy mennyiségben gyártott egyszerű geometriákhoz, Az olyan eljárások, mint a présöntés vagy a homoköntés, gyakran jobb alkatrészenkénti költséget biztosítanak.
A héj törékenysége kezelés közben
A kerámia héj kiégetés előtt törékeny. Bármilyen helytelen kezelés a szárítási vagy viaszmentesítési szakaszban repedéseket okozhat, öntési hibákhoz vagy törmelékhez vezet.

8. A befektetési öntés alkalmazásai

A befektetési öntés széles körben elterjedt a nagy teljesítményű iparágakban, mivel komplexet képes előállítani, nagy pontosságú alkatrészek különféle anyagokból.

Sokoldalúsága különösen értékessé teszi azokban az ágazatokban, ahol a méretpontosság, anyagteljesítmény, és a felületi minőség kritikus.

Űrrepülés

Turbina pengék: Az összetett aerodinamikai profilok és a belső hűtőcsatornák befektetések a magas hőmérsékletnek és terhelésnek való kitartásra.
Üzemanyag fúvókák & Égési alkatrészek: A precíziós öntvény szűk tűréseket és hőállóságot biztosít.
Strukturális házak: Könnyűsúlyú, erős, és korrózióálló ötvözetek (PÉLDÁUL., titán és Inconel) általánosan használatosak.

Autóipar

Turbófeltöltő kerekek: A befektetési öntvény olyan bonyolult lapátokat és tartós anyagokat állít elő, amelyek a magas fordulatszámú működéshez szükségesek.
Kipufogócsonkok: Képes kezelni az extrém hőciklusokat és a korrozív gázokat.
Fogaskerék alkatrészek: A precíziós öntés csökkenti a másodlagos megmunkálás szükségességét.

Orvosi

Ortopéd implantátumok: A biológiailag kompatibilis ötvözetek, mint a titán és a kobalt-króm, a csípőízületekbe kerülnek, térd alkatrészek, és fogászati keretek.
Sebészeti műszerek: Az összetett formák sima felületekkel támogatják a higiéniát, funkció, és ergonomikus kialakítás.

Energia, Olaj & Gáz

Szeleptestek & Szivattyú járókerekek: Korrózió- és kopásálló öntvények kezelik a nagy nyomást, magas hőmérsékletű környezetben.
Fúróberendezés-alkatrészek: A nagy szilárdságú ötvözetek biztosítják a tartósságot extrém mechanikai terhelések mellett is.

Feltörekvő szektorok

Robotika: Könnyűsúlyú, precíz alkatrészek öntve csökkentik az összeszerelés bonyolultságát és javítják a mozgás hatékonyságát.
Megújuló energia: Szélturbina alkatrészek, hidraulikus vezérlő alkatrészek, A napelemes tartóelemek pedig a korrózióállóság és a szerkezeti pontosság előnyeit élvezik.
Szórakoztató elektronika: A prémium készülékek házelemei és kis mechanikai alkatrészei alumínium- és rozsdamentes acélöntvényeket használnak a tervezés és a funkciók integrációja érdekében.

9. Mikor válasszuk a befektetési öntést?

A befektetési castingot mikor kell kiválasztani:

Komplex formákra van szüksége: Belső átjárók, vékony falak, vagy bonyolult vonásokat.
Szigorú tűrésekre van szüksége: Alkatrész pontossága ±0,1 mm-en belül.
A kötetek illeszkednek a skálához: Jellemzően 50 -hoz 100,000 évi egységnyi mennyiség indokolja a szerszámberuházást.
Az anyagigények magasak: Az ötvözetek pontos szabályozást és finom szemcsés szerkezetet igényelnek.

10. Innováció & Jövőbeli trendek

Ipar 4.0 és a digitalizáció átformálja a befektetési castingot:

Hibrid munkafolyamatok: A gyártók immár 3D-nyomtatják a viasz- vagy polimermintákat, az acélszerszámok kiküszöbölése kis mennyiségű futásnál.
IoT-kompatibilis megfigyelés: Az intelligens érzékelők nyomon követik a héj hőmérsékletét és páratartalmát, AI modellek táplálása, amelyek valós időben optimalizálják a folyamatparamétereket.
Következő generációs anyagok: A kutatók tűzálló fémeket és fém-mátrix kompozitokat kutatnak, a hőmérsékleti határok túllépése 1,000 ° C.
Automatizált héjkezelés: A robotika csökkenti a kézi munkát és javítja a biztonságot, míg a digitális ikrek teljes öntési ciklusokat szimulálnak, hogy előre jelezzék a hibákat, mielőtt azok előfordulnának.

11. Következtetés

Befektetési öntési standok a művészet és a csúcstechnológia találkozásánál.

Komplex előállítási képessége, a nagy teljesítményű alkatrészek szűk tűréssel nélkülözhetetlenek az űrhajózásban, orvosi, autóipar, és az energiaipar.

Digitális eszközként, additív gyártás, és a fejlett anyagok konvergálnak, A befektetési öntés tovább fog fejlődni – ez ösztönzi az innovációt és a precíziós gyártást a jövőben is.

-Kor EZ, Örömmel vitathatjuk meg a projektjét a tervezési folyamat elején annak biztosítása érdekében, hogy bármi ötvözetet választanak ki, vagy az utófutó kezelés alkalmazott, Az eredmény megfelel a mechanikai és a teljesítmény -előírásoknak.

Hogy megvitassa az Ön igényeit, email [email protected].

Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)

1. Mire használják a befektetési öntést?

A befektetési öntéssel komplex fém alkatrészeket állítanak elő kiváló méretpontossággal és felületkezeléssel.

Általában a repülésben alkalmazzák, autóipar, orvosi, energia, és ipari gépipar.

2. Mennyire pontos a befektetési öntés?

A befektetett öntéssel akár ±0,1 mm-es mérettűrések is elérhetők kis elemeknél. Megfelelő tervezéssel és folyamatirányítással, minimális utófeldolgozásra van szükség.

3. Milyen anyagok használhatók a befektetési öntéshez?

A vas- és színesfémötvözetek széles választéka önthető, beleértve a rozsdamentes acélt, szénacél, alumínium, titán, kobalt-króm, és nikkel alapú szuperötvözetek.

4. A befektetési öntés költséghatékony?

Míg a szerszámozási költségek magasabbak, mint néhány más öntési módszernél, A beruházási öntés költséghatékonyabbá válik az összetett alkatrészek esetében, nagy teljesítményű ötvözetek, és amikor minimális megmunkálásra van szükség.

5. Mi a különbség a szilícium-dioxid szol és a vízüveg között a befektetési öntésben??

A szilika szol öntés nagyobb pontosságot és jobb felületi minőséget biztosít, alkalmassá teszi kritikus űrrepülési vagy egészségügyi alkatrészekhez.

A vízüveg-öntés gazdaságosabb, és jellemzően ipari alkalmazásokhoz használják lazább tűréshatárokkal.

6. A befektetési öntvény helyettesítheti a megmunkálást vagy a hegesztést?

Igen. A befektetési öntés gyakran szükségtelenné teszi a megmunkálást vagy hegesztést azáltal, hogy szinte háló alakú alkatrészeket gyártanak egyetlen egységként., monolit alkatrészek – javítja a szilárdságot és csökkenti az összeszerelési időt.

7. Melyek a befektetési öntés mérethatárai?

A legtöbb befektetési öntvény néhány grammtól egészen 100 kg, bár a kisebb alkatrészek profitálnak leginkább az eljárás által kínált precizitásból és részletességből.