導入
失われたワックス インベストメント鋳造 世界で最も古い精密金属形成プロセスの1つです, 起源は〜5000年前に伸びています.
この方法では, 詳細なワックスパターン (多くの場合、古代の蜜蝋) 細かい耐火物の層に包まれています; ワックスが溶けた後 ("失った"), 溶融金属は、結果として得られるセラミック型を満たします.
現代の投資キャスティングは、この伝統に基づいています, 高度なワックスを使用します, 達成する耐火物と合金 高精度 そして複雑な形状.
重要なイノベーションが発展しています コロイドシリカ (シリカソル) バインダー セラミックシェル用.
コロイドシリカ, 水性ナノスケールSio₂分散, 強力な恒久的な高温結合を形成します, 高強度シェル.
1980年代以来, シリカソルは、精密キャスティングで選択のバインダーになりました, 可燃性ケイ酸エチルシステムの交換.
シリカソールシェルは、水の消光ではなくフラッシュ発射によって脱線することができます, そして耐えます 〜2000°C バーンアウト中.
これらのプロパティは得られます 例外的な表面仕上げ, 厳しい公差, と詳細, ハイエンドコンポーネントに最適なシリカソルキャスティングを作成します.
Silica Sol Investment Castingとは何ですか
シリカソール投資鋳造は、セラミック型が完全に形成されるロストワックスキャスティングのバリアントです シリカソルバインダースラリー そして細かい耐火粉末 (多くの場合、ジルコン粉またはアルミナ).
実際に, ワックスパターンが注入され、「ツリー」に組み立てられます,その後、シリカソルコロイドで繰り返しコーティングされ、耐火物で詰め物を塗ってセラミックシェルを構築します.
シェルが必要な厚さに達すると, アセンブリは乾燥して脱線します (多くの場合、蒸気オートクレーブまたは炉で), 中空の型を残す.
その後、カビは高温で焼結します (>1000 ℃), そして、溶融金属が注がれています. 冷却後, セラミックシェルは壊れて精密キャスト部品を明らかにします.
他の投資方法とは異なります, シリカソルバインダー アルカリ性や有機バインダーではなく、水ベースのコロイドシリカを使用してください.
これにより、超洗練された耐火コートが可能になります (粒子サイズ〜10〜20μm) そして実質的にシームレスなシェル.
シリカソールプロセスは現在、要求するアプリケーションの業界標準です 高次元精度 および表面の品質, タービンブレードから外科インプラントまで.
シリカソルバインダー化学 & 材料
典型的なシリカソルバインダーは次のとおりです 水性コロイドシリカ 定式化 (水中のsio₂ナノ粒子), 多くの場合、〜30〜40 wt。％固形物.
シリカ粒子は直径約10〜50 nmで、表面電荷を運ぶ (アルカリによって安定化されたpH).
コマーシャルバインダーは、パフォーマンスを最適化するために添加物でさらに修正されます.
例えば, 水酸化ナトリウムまたはケイ酸ナトリウムは安定性を調整する可能性があります, 一方、アルギン酸塩またはアルミニウム塩は追加のゲル化制御を提供します.
ポリマー添加剤 (PVAなど, ラテックス, または溶接ガム) 含めることができます (〜0〜3％) 湿った強度を改善するため, バインダーゲルの靭性, およびシェルの柔軟性.
これらのコンポーネントは、シリカ粒子を吊り下げたままにします, 一貫した設定を確保します, 乾燥中の亀裂を防ぎます.
パフォーマンス属性 シリカソールバインダーの含まれています:
- 高い結合強度: 乾燥/石灰化について, コロイドシリカは、難治性粒子をしっかりと結合する剛性のあるsio₂ガラスマトリックスを形成します. これにより、機械的強度が高いシェルが生成されます (緑と発射の両方).
- 熱安定性: アモルファスシリカは、その柔らかい点までの変形に抵抗します (〜1200°C) そして、より高い温度で控えめに固定されます, 鋳造中にシェルが形状を維持するのを支援します.
- ゲル化制御: 化学は調整されているため、浸漬中はスラリーが流動的なままであるが、乾燥中は均一にゲル. 少量のラテックスや修正澱粉などの添加物は、ゲル時間を遅らせたり、柔軟性を向上させたりすることができます.
- きれいな燃え尽き症候群: バインダーは水ベースであるためです, 可燃性の有機物はありません. 脱線/燃え尽き時に, 有毒な煙は放出されません (アルコールベースのバインダーとは異なります.
に関して 互換性, パターンに使用されるワックス合金 (通常、パラフィンの複雑なブレンド, 微結晶ワックス, プラスチック) シェルに害を及ぼす移行添加物を含めてはなりません.
ワックス式は、金型放出剤がシリカの結合を妨げないようにします.
専門的なケースの場合 (例えば. 高反応性合金), シリカのシェルは回避できます, しかし、ほとんどの鋼と合金の場合, 汚染の問題はありません.
難治性添加物:
シリカ粉に加えて (石英) スラリーで, のような不活性フィラー ケイ酸ジルコニウム (ジルコン) 小麦粉 そして アルミナ 一般的です.
ジルコン粉 (通常、200〜350メッシュのZrsio₄) 優れた耐衝撃性の安定性を提供し、シリカバインダーの熱膨張に一致します.
その濃い, 微粒子はシェルを詰め、熱を運ぶのに役立ちます, そして、彼らは堆積せずにスラリーの「濡れた」細かい詳細を助けます.
アルミナ (表形式al₂o₃, 〜50–325メッシュ) シェル強度と熱衝撃耐性をさらに高めるために追加することができます.
例えば, 表形式のアルミナは非反応性です, 安価で多孔性を低下させる高密度添加剤.
一部のプロセスでは、カルバイドのシリコン穀物を使用して金型の熱を保持します. 要する, Silica Sol Chemistryは、耐久性を生成するように設計されています, 部品の技術的要件に一致する細かいシェル.
プロセスフロー & 技術的なパラメーター
1. ワックスパターン生産:
金属ダイは、部品の注入型ワックスコピーに使用されます (または、3Dプリントされた樹脂パターンは代用できます).
複雑な部品は、結合した複数のワックスセグメントを使用する場合があります. パターンは非常にきれいに保たれ、寸法的に正確に保たれます.
2. 組み立て & ゲーティング:
ワックスパターンは、門のある木に組み立てられます, ランナーと注ぐカップ. ゲーティングレイアウトは、均一な金属の流れを促進し、乱流を最小限に抑えるように設計されています.
複数の部品 (頻繁 <0.1–50 kgそれぞれ) ツリーごとに鋳造されています.
3. シェルコーティング (ディッピングとスタッコ):
ワックスツリーは、表面全体が濡れているようにシリカソルバインダースラリーに浸されます. その後、ほこりがかかります (「スタッコード」) 細かいジルコンおよび/またはシリカ粉が付いています (通常、200〜325メッシュ).
スラリーが表面の詳細を埋め、小麦粉がバインダーに埋め込まれます. このプロセスは繰り返されます: 乾燥後, バインダーと耐火物の追加コートが適用されます.
典型的なシーケンスは1つの「フェイスコート」です (ウルトラフィンスラリー + ファインスタッコ) その後、次第に粗い穀物の4〜8個の「バックコート」が続きます.
各コートは、次のディップの前にゲル化してから部分的に空気乾燥させます. 一部のお店で, オーブンまたは制御された湿度室は、層間の乾燥を促進します.
レイヤーの数は、パートサイズに依存します, 金属が注がれた, 必要なシェルの厚さ.
完成したシェルは通常、10〜20μmの粒子で作られた表面を持っています (非常に滑らかな仕上げのために) 5〜10 mmのオーダーに全体的な厚さがあります.
4. 乾燥:
最後のコートの後, シェルは完全に乾燥しています (時々〜60〜120°Cで一晩) すべての水が除去されるようにします.
適切な乾燥が重要です: シリカは均一にゲル化し、脱線中の蒸気爆発を防ぐことができます. 完全に乾燥したシェルは、今後のデュワックスステップの熱応力を処理します.
5. 脱線:
シェルアセンブリは、脱線チャンバーに移されます. シリカソールプロセス, これはしばしばです 蒸気オートクレーブ またはホットエアオーブン (200–300°C).
ワックスは液化および/または蒸発し、型から排出されます. セラミックは既存のものだからです, ほぼすべてのワックスが迅速に削除されます.
オートクレーブの脱ワックスは、大型または複雑な木に好まれます, 加圧された蒸気は、深いコアや薄いセクションからワックスを抽出できるため.
(注記: 他のプロセスでは、沸騰したお湯に浸漬を使用しています (「ウォーターデワックス」), しかし、それは一般的に剛性のシリカシェルでは使用されていません).
6. 発射/予熱:
ワックスがなくなった, シェルは、残りのバインダーを燃やし、シリカを焼却するために高温発火サイクルを経験します.
これは通常、ガス燃焼キルンまたは電気炉で行われます, 数時間にわたって最大800〜1100°Cを増やします. 予熱はシェルを強化し、有機残基を除去します.
適切な発射も水分と炭酸塩を除去します, 一生懸命離れる, 純粋にセラミック型. このステップは、2つのフェーズに分割される場合があります (例えば. 300 °Cホールド, その後、最後に 1000 ℃).
7. 注ぐ:
注ぐ直前, シェルは温度まで育てられます (多くの場合、200〜600°C) 予熱オーブンで、寸法の安定性を確保します.
溶けた金属 (鋼鉄, スーパーアルコイ, 等) るつぼまたは誘導炉で調製され、その液体の上に過熱します.
重要な合金用 (NIベース, チタン), 真空融解または不活性ガストレイは、包含を最小限に抑えるために使用されます.
その後、金属は熱い型に注がれます (重力または真空アシストによって) 制御されたレートで.
ホットシェルは、内側に固化するのに役立ちます, 精度の向上. 特大のスプルー/ランナー (「ライザー」) 縮小するにつれてキャスティングを養います.
典型的な注入温度は、鋼の場合は1450〜1600°C、NI-Alloysで1500〜1700°Cのオーダーにある可能性があります. 注ぎの間, シェル近くの換気により、燃え尽きガスまたはワックスフラッシュが安全に逃げることができます.
8. 冷却とシェイクアウト:
型が満たされた後, 金属は固化して冷却されます (多くの場合、数分から数時間以上, 質量に応じて).
投資キャスティングは通常、薄いセクションを介して比較的速く冷却します. 一度固体, セラミック型が破壊されます (振動またはノックアウト).
多くの場合、大きな木はセラミックを除去するためにショットブラストを塗られています, 鋳物は、のこぎりを使用してゲートから分離されました, ノミまたはチップ. 取り付けられたゲートスタブは、可能な限りキャストの近くで切り取られます.
9. 掃除と仕上げ:
次に、粗い鋳造部品を掃除して検査します. 粉砕または機械加工により、残りのゲートスタブや表面フィンが削除されます.
最終的な寸法加工, 必要に応じて、研磨またはコーティングが行われます. 必要に応じて, 熱処理 (例えば. ソリューションアニール, 年齢層) この段階で最終的な機械的特性を開発するために適用されます.
流れ全体, 注意深い プロセス制御 不可欠です. 例えば, スラリー粘度, スタッコ飼料率, 乾燥曲線, また、一貫性を維持するために発火プロファイルが監視されます.
ゲーティング設計と注入パラメーターが最適化されています (多くの場合、シミュレーションを介して) 多孔性を縮小しないようにし、完全なカビの充填を確保します.
その結果、複雑なワックスパターンを高積分金属部品に変えることができる鋳造プロセスができます.
冶金の影響 & 機械的性質
シリカソル鋳造の堅牢なセラミックシェルは、発音された導入を導入します 熱勾配 凝固中.
ホットシェルとのインターフェイスは、急速に熱を抽出します, したがって、カビの壁の近くの金属は最初に冷え、きめ細かい粒を形成します, 多くの場合、円柱構造は内側に成長します.
この方向性の固化は、望ましい穀物構造をもたらす可能性があります (例えば. 同等のコアと柱のエッジ) それが強度を高める.
一般的に, 投資キャスティングには、鍛造または錬金術に匹敵する微細構造があります, 詳細は合金と冷却速度に依存しますが.
典型的な機械的特性は合金固有です, しかし、投資鋳造合金はしばしば達成します 引張強度 数百の順序で1000 MPaを超えて.
例えば, ステンレス鋼を鋳造します (AISI 316L/CF8Mのように) 20〜40％の伸長で究極の引張強度〜500〜700 MPaを示す場合があります, 降水硬化鋼またはNi-Superalloysは、熱処理後に900〜1200 MPaを超える可能性があります.
同様に硬度は合金の規範に従います (例えば. 〜HRC 15–30 As-Cast鋼の場合).
精密鋳造アルミニウムまたは銅合金は、延性のある挙動をもたらします (例えば. Al Investment Castings〜300 MPA UTS) 穀物サイズが制御されている場合、良好な疲労性能を備えています.
シリカソル鋳造の重要な利点は、その効果です 誠実さ. シェルが高温で発射され、燃えて脱線するため, 水分の閉じ込め (そして、結果として生じる多孔性) 最小化されています.
真空融解のようなプロセス分野, セラミックフォームフィルター, そして、緊密な注ぐコントロールは、包含物と細孔をさらに減らします.
実際に, 資格のある投資キャスト部品は、しばしば非常に低い多孔性を示します (<0.5%) 適切にキャストするとき.
非破壊的なテスト (NDT) X線や超音波検査などが採用されており、内部の健全性を検証します. 収縮または多孔度が発生した場合, 通常、重要な薄いセクションではなく、孤立したライザーの場所にあります.
ガラス微小圏の包含物は、シリカソルシェルでは本質的に存在しません, いくつかのウォーターグラスプロセスとは異なります.
全体, シリカソール投資型で鋳造された部品が達成されます 機械的性能 同じ合金の偽造または錬金術の在庫と同等に, 特に熱が処理されるとき.
引張, 収率, そして、衝撃値は一般に各合金の関連基準を満たしています. (例えば, 投資キャスト 17-4 PH鋼は、老化後1300〜1500 MPa引張に達することがあります, 鍛造に似ています。)
要約すれば, シリカソルキャスティングの細かいシェルコントロールときれいな融解条件は、優れた強度で部品を収量します, 延性と靭性.
寸法精度 & 表面品質
シリカソール投資キャスティングは有名です タイトな許容範囲と細かい仕上げ. 典型的なas-cast 線形公差 ISOにあります 8062 CT5-CT6範囲.
例えば, あるファウンドリーは、大きな寸法を指摘しています (最大300 mmまで) ±0.1 mmに保持されます (CT5).
独立した情報源は、CT7-CT8で水を鋳造することを確認しています, 一方、シリカソル鋳物は定期的にCT5-CT6を達成します.
実務的には, これは、シリカソール部分の最も重要な寸法が、機械加工なしで数ミリメートル以内に信頼できることを意味します.
多くの企業は機械加工手当を引用しています <0.2 投資キャスト部品のMM, そして、高精度作業で, CP/CPKインデックス >1.33 多くの場合、重要な寸法をターゲットにしています.
表面の粗さ 優れています. AS-Cast RAは通常、3〜6μmのオーダーにあります (125–250 Microinch), 製粉された仕上げに匹敵します.
経験豊富な店は60〜200μinchを報告しています (1.5–5.1μm) ほとんどの分野で. 最高のスタッコミックスで (に 325 メッシュジルコン) ゆっくりと浸る, 0.4〜1.6μmRAの滑らかな表面を達成できます.
この環状に近い品質はしばしば排除されます (または大幅に減少します) キャスティング後の機械加工または研磨の必要性.
幾何学的設計ルール に比べてリラックスしています, 言う, 砂型鋳物. 薄いセラミックの壁と低い歪みにより、非常に薄いセクションと鋭い角度が可能になります.
ほとんどの金属で最小壁の厚さは1〜3 mmのオーダーです (特別な場合は約0.5 mmまでです).
〜1 mm以上の最小コーナー半径が推奨されます, 最小限のツール半径 (鋭い角でさえ) シェルがそのような機能から抜け出すので、キャストできます.
設計ガイドラインはお勧めします 大きな切り身 ストレス集中を減らし、シェルの完全性を促進するために可能な限り半径.
砂型とは異なり, 通常、ドラフト角は必要ありません; 実際には, 設計ルールはしばしば許可されます ゼロ または、垂直面のゼロドラフト, ワックスはダイから解放するのに十分な縮小であるためです.
(実際に, ワックスの除去を容易にするために、0.5〜1°の小さなドラフトが複雑な部品でまだ使用されています, しかし、それは他の金型タイプよりもはるかに少ないです。)
要約すれば, エンジニアは、投資部品が出てくることを期待できます ネットの形状, 0.02〜0.1 mmの範囲に寸法精度があります, 機械加工せずにRA 2〜6μmほど低い表面仕上げ.
最終的な許容耐性 (例えば. IT7 – IT9 ISOの用語で) ほとんどの機能で日常的に達成されます.
品質管理 & 非破壊検査
投資鋳造の品質を確保するには、シェルと最終キャスティングの両方で複数の検査が含まれます.
注ぐ前, 重要なシェルは、内部ボイドまたは亀裂を検出するために、顕微鏡的または超音波スキャナーで検査することができます.
プロセス開発中, サンプルシェルは、コーティングの均一性と厚さを検証するためにしばしば開いています.
キャスト後, 寸法検査 (通常、CMMまたは精密ゲージによって) 重要な許容範囲が満たされていることを確認します.
例えば, Foundriesは定期的に座標測定機を使用します (三次元測定機) 正確なジオメトリをキャプチャし、CADモデルと比較します. また、表面は欠陥について視覚的に検査されます.
多くのメーカーが主要な寸法にCP/CPKプロセス機能インデックスを指定します; 1.33以上のCPを達成します (CPK≥1.0) 一貫した精度を確保するための一般的なベンチマークです.
内部欠陥の場合, 非破壊検査 (NDT) 不可欠です, 特に安全性- またはパフォーマンスが批判的な部分.
液体浸透性または磁気粒子試験が表面に使用され、亀裂または包含物を明らかにします.
X線撮影 (X線) または、地下のボイドの超音波スキャン検査, 気孔率, またはインクルージョン.
生産制御, 受け入れ基準 (ASTMまたは顧客標準) 最大許容気孔率または包含サイズを決定します.
例として, 改善精度は日常的に超音波とX線を使用して、その内部欠陥を確認します (例えば. 収縮キャビティ) 検出可能な制限以下です.
材料組成と熱処理は並行してチェックされます.
化学分析 (Spark-OesまたはWDS) 合金要素を検証します, サンプルの硬度と引張試験は機械的特性を確認しますが.
航空宇宙部品用, ショットピーン, 染料浸透剤, また、厳格な金属検査も一般的です.
要するに, 投資キャスティングは、厳格なQA/QCステップを踏んでいます: シェルの整合性チェック, 完全な寸法検証 (三次元測定機, キャリパー), 表面フィニッシュゲージ, およびndt (浸透剤, 静水圧, 超音波, X線).
これにより、精密鋳造の高い期待 - 内部の欠陥のないタイトなフォームと適切な許容範囲が満たされることが保証されます.
経済分析 & コストドライバー
投資キャスティングは比較的です 労働集約的で時間がかかります プロセス, これはそのコストに反映されています.
主要なコスト要素にはツールが含まれます (ワックスが死にます), 消耗品 (ワックス, スラリー, スタッコとバインダー), エネルギー (燃え尽きと注ぎ), と労働 (シェルビルディング/乾燥).
大まかな故障はしばしば原材料を示します (メタルプラスシェル) 総コストの約60〜70％, エネルギー/オーバーヘッド〜15〜25％, そして残りを労働します.
バインダーと耐火コスト:
シリカソルバインダー自体は、主要な材料費です. コロイドシリカと高純度のジルコン粉は、従来の砂や水ガラスよりもはるかに高価です.
1つのFoundryブログでは、カビの材料コストが約のものです $6.8/kg シリカズルコンシェル用, ウォーターガラスシェルの場合は〜2.5ドル/kg、緑色の金型で〜1.5ドル/kgと比較してください.
細かいアルミナや専門分散剤などの添加物がさらにコストを追加します. しかし, これらの保険料は、精度と表面品質のシリカソルが提供するものを購入します.
労働と時間:
シェルの構築と乾燥は面倒です. 各ディップ/スタッコサイクルは、15〜30分間の実践時間と乾燥時間がかかる場合があります.
完全なシェルビルディングは4〜8枚のコートを摂取でき、しばしば必要です 乾燥時間の日. 1つの投資を受けている情報源は、通常は必要だと指摘しています 7 日 ワックスパターンから完成した部分まで.
シェルの各層は約1〜2時間の作業を追加します (スラリーの広がり, スタッコを振りかける, および検査). より多くのコート (厚い殻またはより熱い合金用) より多くの労働とより長いサイクルを意味します.
トレードオフがあります: 追加のコートを追加すると、シェルの堅牢性が増加します (シェルの故障が少ない) また、パーツあたりのコストを引き上げ、スループット時間を延長します.
規模の経済:
ワックスダイを作るための固定コストは高くなる可能性がありますが (多くの場合、複雑さに応じて$ 5k〜 $ 50k), ユニットごとのコストはボリュームとともに低下します.
大規模な実行の場合 (何百もの部品), 投資キャスティングは経済的です. しかし, 非常に小さな実行の場合 (<25 作品), ユニットコストは、償却をツールすることによって支配されます.
決定はしばしば「ネットに近い形状と細かい仕上げの価値がキャスティングコストをオフセットすることになります?」 - 多くの高価値産業ではそうです.
比較コスト:
水ガラス鋳造と比較して, シリカソールは、材料やサイクルの遅い方が大幅にコストがかかります.
例えば, 1つのレポートは、シリカソル鋳物が終了する可能性があることを示しています 2〜3回 ウォーターグラス鋳物の価格 (材料と労働を組み合わせた).
しかし, より厳しい許容範囲と仕上げの節約を考慮したとき, 総プロセスコストは、重要な部品に対してそれを正当化できます.
その他の要因:
環境と規制は間接的なコストを追加できます; シリカソルは危険な溶媒を使用しません, 廃棄物処理料金を削減する可能性があります (アルコールベースのシステムとは異なります).
反対側では, 長いリードタイム (WIPで縛られた資本) シリカ鋳造は、考慮すべきソフトコストです.
要約すれば, コストドライバー シリカソル鋳造には、高価なバインダー/耐火物と集中的なシェルビルディング労働が含まれます.
プロジェクトプランナーは、レイヤー数のバランスをとる必要があります (コスト/時間) 利回りに対して (シェル障害), 達成された精度の価値に対する材料コスト.
シリカソルを使用する理由?
アプリケーションが最高の精度を要求する場合, Silica-Sol Investment Castingは、比類のない利点を提供します:
- 優れた表面仕上げ: シリカシェルの超高耐火性は、カビの細部をほぼ完璧に再現します.
キャスト部品が出現します 滑らかな表面 他のどの鋳造プロセスよりも. 典型的なas-castの粗さは3〜6μmのRAにあります, 多くの場合、機械加工なしで十分です.
結果として, 二次機械加工は最小化または排除できます, 時間を節約し、ネットシェイプを維持します. - 厳しい公差: シリカソール型は非常に硬く、注ぐ際に寸法的に安定しています. これにより、 ネットシェイプに近い 最小限の機械加工手当を備えた生産.
許容能力 (CT5–6) 基本的には、キャスト金属の制限があります. 顧客は、スクラップの削減とより予測可能な適合の恩恵を受けます. - 複雑さと詳細: シリカソルキャスティングは実現できます 非常に 複雑な幾何学. 薄い壁 (<1 mm), 小さな穴/コアと鋭い角をすべて達成できます.
文字などの機能, ロゴまたはデリケートな冷却フィンは、ワックスにあるのと同じように最終金属に表示されます.
デザイナーは、他の鋳造方法を妨げるドラフトや描画の制限がほとんどありません. - 高温合金: シリカザルコンシェルは〜2000°Cに耐えるため, 高溶融または超合金でさえ鋳造できます.
高温能力は、高温の注入中のシェル焼結または変形を防ぎます.
これにより、航空宇宙NIベースの合金にシリカソルが不可欠になります, 極端な環境で使用される高クロミウム鋼およびその他の合金. - 安全性と環境: 水ベースで不正であること, シリカソルバインダーのポーズ VOCまたは爆発的な危険はありません. シェルの蓄積や脱線中に有毒な煙はありません.
これは労働者にとってより安全であるだけでなく、環境コンプライアンスを合理化する.
ケイ酸エチルと比較して (可燃性アルコール) またはケイ酸ナトリウム (ハイアルカリ), コロイドシリカは良性です. 水性バインダーは、比較的簡単にハンドルの廃棄物を生成します (水とシリカスラッジ). - 一貫性と信頼性: 適切に保管すると、コロイドシリカ製剤はバッチコンシンテーションで安定しています.
シェルプロパティ (強さ, 時間を設定します, 透過性) メーカーはしっかりと制御できます.
この予測可能性は、鋳造の初めての利回りを促進します, 精度アプリケーションでわずかに高い材料コストを上回る可能性があります.
本質的には, シリカソルキャスティングが選択されています 「プレミアム」品質が必要なときはいつでも: 非常に滑らかな表面, ニードルシャープ機能, そして、実質的に地下の欠陥はありません.
航空宇宙の重要な部品のデフォルトです, 発電および医療分野.
わずかに高いコストは、下流の研削を排除し、金型のすぐ外に仕様を満たす部品を生成することにより、しばしば相殺されます。.
アプリケーション & ケーススタディ
Silica-Solの投資キャスティングは、業界全体で使用されている部品の使用を見つけます。 パフォーマンスと精度 最も重要です:
- 航空宇宙: ブログ, タービンブレード, ベーンと構造括弧は、一般的にシリカソルで投資される投資です.
これらの部品にはしばしば複雑な冷却箇所と厳しいバランスの要件があります.
例えば, 複雑な翼の形と内部フィルムクーリングチャネルを備えたタービンベーンは、シリカ型を使用してスーパーアロで日常的に鋳造されています.
薄壁を生成する能力, 微細な航空量の詳細を備えた高温コンポーネントは、ここで重要な利点です.
ミサイルやジェットエンジンのコンポーネントなどのフライトクリティカルな部品は、投資キャスティングの一貫性も活用しています. - 医学 デバイス: 外科インプラント (ヒップステム, 膝関節) および器具は、生体適合性の合金であるため、シリカソルプロセスによって鋳造されています (316L, coucr, の) 使用することができ、部品には細かい仕上げが必要です.
医療インプラントには、正確な寸法と非常に滑らかな表面が必要です; シリカによる投資キャスティングはそれを達成します.
この方法では. その再現性により、インプラントに必要な緊密な許容範囲が保証されます. - 産業用ポンプ, バルブ & ターボコンプレッサー: クリティカルフローコンポーネント (インペラ, ハウジング, ポンプボルート, バルブ本体) シリカソル鋳造の恩恵を受ける.
多くの場合、耐食性または高合金の鋼が必要です, 複雑な内部ジオメトリがあります.
例えば, このプロセスによってステンレス鋼または二重鋼でキャストされた高圧ポンプインパイラーは、刃の縁を持つことができます <<1 MM厚で滑らかな油圧表面.
専門化されたターボチャイナリーコンポーネント (タービンのノズルガイドベーンのように) 同様に生成されます. - 自動車 & エネルギー: 多くの車の部品はダイキャストまたはサンドキャストです, 高性能または低容量のアプリケーション (例えば. レーシングカーターボチャージャー, ギアハウジング, カムシャフト) 投資キャスティングを使用します.
自動車用ターボチャージャー用のタービンおよびコンプレッサーホイール (多くの場合、NiまたはTi合金でできています) シリカ型で鋳造されています.
シリカソール鋳造は、バルブやオイルの継手にも使用されます&鋳造金属の完全性と仕上げが重要なガスと植物の機器. - 芸術的で建築的: しばしば見落とされていますが, 細かい彫刻と建築の要素は、シリカソール投資キャスティングを使用できます.
超洗練されたディテールを備えたブロンズまたはスチールの彫刻は、シリカソルスラリーでワックスマスターをコーティングすることによって生成されます.
アーキテクチャハードウェア (装飾的な手すり, カスタムフィッティング, アートインスタレーション) プロセスで作成できます, キャスティングを提供するほど洗練されたので、少しの仕上げ作業が必要です.
(このようなアプリケーションは、シリカシェル金型の正確な表面仕上げと詳細保持を活用します。) - 研究/ケースの例: 1つのケーススタディはRolls-Royceです, タービンブレード用に3Dプリントされたシリカソルコアを使用して、リードタイムを大幅に削減しました.
別の例は、小さなアルミニウム整形外科デバイスでのより良い次元制御のために、ダイキャスティングからシリカソール投資鋳造に切り替えた医療インプラント会社です.
それぞれの場合において, この決定は、Silica-Solの複雑な生産能力にかかっていました, リワークのない高価値部品.
これらの例は、どこでもそれを示しています 複雑な形状, 厳しい耐性, および材料品質 収束します, シリカソール鋳造は選択の解決策です.
比較分析
- シリカソル対. リン酸塩投資: リン酸塩結合投資は、主に非鉄合金の歯科鋳造に使用されます, ヘビーエンジニアリングキャスティングではありません.
(それらは、リン酸塩の化学反応によって設定されています, 大きな鋼部品には適用されません。) 産業精度鋳造用, 水性バインダールール.
したがって, シリカゾルは、ほとんどの鋳造コンテキストでリン酸塩と直接比較されません. - シリカソル対. ウォーターグラス (ケイ酸ナトリウム): 指摘されているように, ウォーターグラス鋳造 (アルカリ液体ガラスバインダー) 粗い表面を生成し、水染みの脱線が必要です.
シリカソルキャスティング, 対照的に, 炉内の脱線 (「フラッシュファイア」) そして、はるかに滑らかな仕上げをもたらします.
ウォーターグラスシェルは、より安く、より速く構築します, だから彼らはより大きく訴えます, それほど重要ではありません.
経験則: Silica Solを使用して、最高の詳細と最もタイトな耐性を得てください; コストが重く、ジオメトリがよりシンプルである場合は、ウォーターグラスを使用してください.
(例えば, 中程度の精度のみが必要な大きなポンプボディには、水グラスで十分かもしれません, 一方、薄い壁の形の同じ部分は、シリカゾルを要求する場合があります。) - シリカソル対. 3D印刷された投資型: 最近の進歩が許可されています 3D印刷 ワックスパターンまたはセラミック型全体.
3Dプリントパターン (樹脂またはワックス様ポリマー) ワックスダイの必要性を排除します, プロトタイピングのリードタイムとコストを大幅に削減します.
例えば, タービンブレードパターンの印刷は、ではなく1日かかる場合があります 8 数週間の機械加工.
直接印刷されたセラミック型またはコアは非常に細かい機能を可能にします (0.2 mm壁, 内部チャネル) およびCT4許容範囲.
しかし, 3D印刷機器と材料は高価です, したがって、大量生産のために、従来のワックス+シェルプロセスはしばしばユニットコストで勝ちます.
ハイブリッド戦略が出現しています: シリカソールシェルを使用した3Dプリントコアまたはパターンを使用します. - 決定基準:いつシリカソルを選ぶか: デザインの複雑さがいつでも使用してください, 表面の品質または材料の特性が最重要です.
シリカソルは、小部分から中部に最適です (0.01〜100 kgと言います) 複雑な詳細があります (薄いセクション, 深い空洞) また、許容範囲はCT5〜CT6以下です.
代替案を選択するタイミング: 中程度の精度のみが必要な場合, ウォーターグラスまたはその他の方法が安くなる場合があります.
非常に大きい, シンプルな鋳物, 砂または貝殻 (フェノールノーベーク) より経済的かもしれません.
迅速なプロトタイピングまたは超複雑なコア用, 3D印刷は、シリカソールシェルを補完することができます.
結局のところ, 選択バランス 精度vs. コスト/リードタイム: シリカソルキャスティングは、スペクトルの高精度端にあります.
結論
シリカソルの失われたワックスキャスティングは残っています 戦略的な主力 部分的な品質を損なうことができないときはいつでも、現代の製造業では.
千年前の原則と最先端の素材を組み合わせることにより (ナノ粒子シリカゾル, 3Dワックス印刷, 等), それは本当に高い忠実度の鋳造コンポーネントを生成します.
シリカソールシェルは、あらゆる金属鋳造プロセスで表面仕上げとジオメトリを最大の制御を提供します, ステンレス鋼からスーパーアロイやチタンに至るまでの合金の近くの生産を可能にする.
楽しみにしている, プロセスはさらに賢くなっています. コンピューターシミュレーション (カビの充填と固化モデル) ゲートのデザインとシェルの厚さを最適化するために日常的に使用されます.
ロボット工学と自動化されたシェルビルディングマシンは、コーティングサイクルをスピードアップします. Advanced NDT (3D CTスキャン, 自動光学メトロロジー) さらに鋳造の完全性を保証します.
環境改善 (バインダーの回復, ウェットスクラブ) 統合されています.
要する, シリカソール投資キャスティングは、デジタルデザインと製造の革新を活用しながら、その中心的な優位性を維持する立場にあります: 比類のない精度.
エンジニアとメーカー向け, シリカソール鋳造は、複雑な金属成分生産で可能なことを定義し続ける成熟しているが進化する技術です.
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