ウォーターガラス投資キャスティング (ケイ酸ナトリウム鋳物としても知られています) セラミックシェルに水溶性のナトリウムケイ酸バインダーを使用する失われたワックス鋳造の一種です.
2つの主要な投資キャスティング方法の1つとして (もう1つはシリカソルです), 精度と費用対効果のバランスを提供します.
アジアとヨーロッパの伝統的な失われたワックス技術に由来します, ファウンドリがコロイドシリカプロセスに代わる低コストの代替品を求めたため、20世紀に水ガラス鋳造が産業牽引力を獲得しました.
一般的な材料を使用します (アルカリケイ酸塩バインダーを備えたクォーツまたはシリカ砂), このプロセスは、中精度に適しています, 予算がより厳しい高複数の部品.
典型的なウォーターグラス鋳物は、数百グラムから 150 kg, 最大寸法は約1mです, それを大きくするのに理想的にします, 費用に敏感なコンポーネント.
ウォーターガラス投資鋳造とは何ですか?
ウォーターグラス鋳造は、精密投資のバリアントです (失われたワックス) キャスト ケイ酸ナトリウム (「ウォーターグラス」) セラミックバインダーとして機能します.
実際に, ワックス (またはプラスチック) パターンが作られ、木に組み立てられます.
パターンは繰り返しです ケイ酸ナトリウム溶液に結合した微細な難治性粒子のスラリーでコーティング, 次に、徐々に粗いスタッコ層で覆われ、シェルを蓄積します.
シェルが治ると, ワックスは溶けたり沸騰したりします, 中空のカビの空洞を残します. 溶融金属 (通常、鋼または鉄合金) このセラミックシェルに注がれます.
固化後, シェルは壊れてキャスト部分を明らかにします. 要するに, ウォーターグラス投資キャスティングは、型を形成するためにナトリウムシリケートベースのセラミックにワックスマスターを「投資」します.
シリカソール投資キャスティングと比較して (コロイドシリカとジルコンベースの砂を使用します), ウォーターグラス法は、材料コストの低下とより単純な処理のために何らかの表面品質を交換します.
なぜウォーターグラスを使用するのか?
ウォーターグラス鋳造は人気があります コストと処理を削減します 他の精密方法と比較して.
ケイ酸ナトリウムバインダーと従来のシリカ砂は安価で扱いやすいです, したがって、ツーリングと材料はコロイドシリカシェルよりもはるかに低いです.
例えば, ウォーターグラスシステムは、シリカソルと特殊砂の高い費用を避けます, 部分的な投資コストが低くなります.
プロセスも 多くの二次操作を排除します: 部品が近くに出てきます (多くの場合、溶接や機械加工が少ないことがよくあります).
実際に, ウォーターグラス鋳物は、非常に複雑な幾何学をキャプチャできます (アンダーカットと薄いウェブで) コアなし, 設計の簡素化.
業界の情報源によると, ウォーターグラスキャスティングオファー 「ドラフト角度のない複雑なデザイン」 そして 「砂の鋳造と比較してより高い精度」,
高価なコアを避けながら, 金型, または、多くの大規模なサンドキャスト部品が必要とする溶接.
この柔軟性は魅力的です 小規模から中程度の生産が実行されます ツールコストを最小限に抑える必要があります.
同時に, 一般的に水ガラス部品はそうです 砂の鋳造よりも正確です.
典型的な寸法公差はISO CT6-CT9の範囲内です, ファインサンドキャスト耐性クラスまたはローエンドの投資キャスティングクラスを大まかに一致させる.
表面仕上げはそれに応じて緩やかです: の順序で RA〜6-12μm (それらは250〜500μtです),
緑の砂の鋳造よりも優れていますが、シリカソール投資鋳造よりも粗い.
要するに, 複雑な形状を必要とする場合、ウォーターグラス鋳造が選択され、失われたワックスキャスティングの二次作業を減らします,
しかし、より厳しい予算やサイズが大きくなると、より高いコストのシリカソールプロセスが非現実的になります.
プロセスの概要
水とガラスの投資鋳造は、金型材料にいくつかの違いがある一般的な失われたワックス手順に従います:
ワックスパターンとツリーアセンブリ.
マスターパターンが作成されます (射出成形による, 3D印刷, または手の彫刻) 必要に応じて作られたパターンダイ/カビ.
パーツのワックスレプリカはこのマスターから作成されます. その後、複数のワックスパターンがあります 一般的なスプルーに組み立てられました (「木」を形成する) ワックスゲートとフィーダーを使用します.
このワックスクラスターは、1つの注ぎで多くの鋳物を形成します. ワックス表面は縫い目や欠陥を除去するために「服を着て」います, 各パターンに必要な仕上げをもたらします.
シェルビルディング (セラミックコーティング).
ワックスアセンブリは、希釈されたケイ酸ナトリウム溶液に吊り下げられた非常に細い砂またはジルコン粉の耐火物のスラリーに繰り返し浸されます。.
各ディップは、ワックスを細いセラミック層で覆います (多くの場合、0.5〜1 mm) 粗い砂でスタッコンの前.
余分なスラリーを排出した後, ある スタッコ層 (大きなシリカ砂顆粒) 粘着性のスラリーに結合するために、注入または流動層によって適用されます.
クラスターは硬化させます (多くの場合、空気乾燥または低熱の硬化). このコート乾燥サイクルは通常、繰り返されます 4–7回 必要なシェルの厚さに到達するため (通常、合計5〜15 mm).
このシーケンス中, 後のコートは、より粗い、時には異なる耐火物を使用します (例えば. 細部のための細かいシリカの最初のコート, バッキング層の粗い石英砂) 強度と透過性を最大化するため.
ウォーターグラスプロセスで, 石英/融合シリカ砂とアルミノ酸化剤は一般的な耐火物です. シェル全体が最終的に完全に乾燥します (時には湿度制御されたオーブンで) 水分を除去するため.
脱線と発砲.
硬化したセラミックシェルは脱ワックスにされています ワックスを溶かす 型から.
シリカソールシェルとは異なります (通常、燃え尽き炉や炎でワックスを燃やす), 水ガラスの殻はしばしばです お湯に浸した または、蒸気にさらされてワックスを溶かします.
目的は、シェルストレスを最小限に抑えながらワックスをすばやくクリアすることです (寒いときはケイ酸ナトリウムの殻が硬くなります).
脱線後, シェルはです 解雇 (焼結) 高温で (多くの場合、800〜1000°C) セラミックを強化し、残りの有機物を燃やす.
これにより、ケイ酸ナトリウムバインダーが焼結を引き起こし、部分的にvitrifyを引き起こします, 剛性を形成します, ガス透過型型.
金属の注ぎ.
溶融金属は通常の方法で予熱したシェルに注がれます. 水ガラスの殻は従来のシリカ砂を使用しているためです, それらの熱容量と熱伝導率は砂型に似ています.
シェルは、固化するまで金属を支えます (ライザーが使用されている場合は、最小限の収縮空洞で).
シェルの取り外しと仕上げ.
一度固体, セラミックシェルは、機械的な手段によって除去されます (例えば. ショットブラスト, 振動またはハンマー) キャストパーツを明らかにするため.
残留石英砂が掃除されます. キャスティングツリーはバラバラになります, そして、ゲートとライザーはトリミングされています.
ファイナル 仕上げ 粉砕が含まれる場合があります, CNC加工, そして 表面処理 必要に応じて.
初期シェル仕上げが中程度であるためです, 水ガラス鋳物は、しばしば表面研削や機械加工を必要とします, しかし、グリーンサンドの鋳物よりもそうではありません.
重要です, ウォーターガラスプロセスは、主にシリカソルプロセスとは異なります バインダーとdewaxメソッド.
ウォーターグラス鋳造, ケイ酸ナトリウム (ケイ酸アルカリ) 乾燥と硬化によってセット, 一方、シリカソル (コロイドシリカ) シェルは主にゲル化により硬化します.
脱ワックスはお湯で行われます (ある ウェットデワックス) 炎の代わりに. これらの違いは、サイクル時間と品質に影響します.
例えば, 湿潤湿潤は、脆い殻で穏やかです, ただし、廃棄物と水の取り扱いが必要です. また, 一般に、水ガラスシェルはジルコンを含むシリカソルシェルよりも熱安定性が低い, 以下で説明するように.
バインダーシステム
ウォーターグラス鋳造のバインダーはです ケイ酸ナトリウム溶液 (コマンカにna₂oi・リーシュ). 化学的に, ウォーターグラスは非常にアルカリ性です (pH〜11–13) 特定のシリカ対ソーダ比で作られています.
典型的な定式化はaからの範囲です 2:1 に 3.3:1 sio₂:na₂o重量比 (多くの場合、モジュールで表現されます, 例えば. m = 2.0は約です 2.3 パーツsio₂na₂oあたり).
比率と固形物の含有量は、重要なプロパティを制御します. 低比率 (もっとna₂o) より液体のスラリーとより速いセットオンドライを与えます, しかし、より吸湿性と低抵抗性のバインダーも.
より高い比率 (もっとsio₂) 耐熱性とpHの低下を増やします.
ウォーターグラスはです 水が薄い (水に似た粘度) 蒸発と軽度の熱による治療. 乾くと, 硬いアモルファスケイ酸塩ガラスネットワークを形成します.
バインダーは吸湿性があります, したがって、発射または湿気の多い空気または水にさらされる前に貝殻を完全に乾燥させる必要があります, または、それらは再ソーと劣化することができます.
サービス中, 残留水分は、金属が高温になっている場合、蒸気ポケットや気孔率につながる可能性があります. 硬化段階には通常、シェルを完全に強化し、水分を駆動するために100〜200°Cで焼くことが含まれます.
ケイ酸ナトリウムバインダーの利点には、低コストが含まれます, 無制限の「貯蔵寿命」, そして使いやすさ (毒性溶媒や酸触媒はありません).
彼らは単純な乾燥によって設定されます (または塩の治療法で) 非常に硬い殻を生成します.
しかし, 制限が存在します: それらの高いアルカリ度は、耐火粒または金属を攻撃する可能性があります (特にアルミニウム, ガスピックアップを引き起こします), そして、彼らのガラスのような性質は、シリカソルシェルよりも低い温度強度を与えます.
一般的に, 〜800〜900°Cを超えて加熱すると、ウォーターガラスの殻が柔らかくなります, したがって、彼らはスチール/鉄合金にスーツを着ていますが、非常に熱いキャスティング合金の場合はわずかです.
これにもかかわらず, ケイ酸ナトリウムは残っています 実績のあるバインダー 業界で. これは、3つの従来のバインダーの1つです (ケイ酸エチルとコロイドシリカとともに) 一般的に投資型の作成に引用されています.
シェル材料と建設技術
ウォーターグラス鋳造用のシェルはほぼ完全に構築されています シリカベースの耐火物. 実際に, 主な材料はです シリカまたは石英砂 (融合または結晶), おそらくアルミノシリケートと混合されます.
プライムの典型的な粒子サイズ (大丈夫) コートは100〜200メッシュかもしれません (75–150μm) 詳細をキャプチャします, バックアップコートは粗い砂を使用します (例えば. 30–60メッシュ).
ジルコンは、ウォーターガラスシェルではめったに使用されません (シリカソールシェルとは異なります) 代わりにコストのため, 安価なシリカ砂が採用されています.
熱衝撃耐性を改善するために、より細かいアルミナまたはチタニア粉を追加することができます, しかし、ベースはシリカです.
スラリーでは、pH制御が重要です. ケイ酸ナトリウムバインダーは非常にアルカリ性です, しばしば少量の バッファまたは塩 (重炭酸ナトリウムのように) ゲル時間を調整し、即時の治療を防ぐために追加されます.
製造業者はスラリーのpHを監視します (多くの場合、11〜12頃) 一貫したコーティングの厚さを確保するための粘度. 非常に高いアルカリ度は、最初のコートがワックスで早期にゲル化する可能性があります.
実際に, ウォーターグラスシェルが使用します 4 に 7 コーティング層 (プライムコートといくつかのスタッコバックコート).
例えば, 細かいシリカスラリーの最初のディップに続いて、細かいクォーツサンドが付いたスタッコンが続きます (この「プライムコート」は、パターンの詳細にロックされています).
その後のコートは、徐々に粗い砂を使用して強度を構築します. 各コーティングは乾燥する必要があります (多くの場合、室温で1〜2時間、または低温のオーブンでより速く) 次のコートの前.
最終的なシェルの厚さは通常、合計5〜15 mmのオーダーです.
乾燥中, 温度と湿度は慎重に制御されています - 急速に乾燥しすぎると殻が割れます, 乾燥が遅すぎると、走りや歪みが生じる可能性があります.
シリカソールシェルと比較して, ウォーターグラスシェルはそうなる傾向があります 強いが抵抗性が少ない.
融合したシリカ層は、最大900°Cまでのまともな熱強度を与えます, しかし、それを超えて、ケイ酸ナトリウムガラスネットワークは柔らかくなり始めることができます.
対照的に, シリカソルシェルは、しばしば上に安定したままのジルコンとアルミナ層を使用します 1200 ℃.
言い換えると, シリカソール型は、より高い注ぐ温度の超合金に耐えることができます, 一方、水ガラスの殻は通常、鋼とアイアンに限定されています.
鋳造金属と互換性
水ガラス鋳造は、一般的な鉄合金で優れています. 典型的な鋼が含まれます 炭素鋼, 低い- 中程度の合金鋼, 耐熱性 ステンレス鋼, とマンガン鋼.
アイロンをキャストします (灰色と延性) また、一般的にキャストされます. これらの合金は、壊滅的なシリカシェルを損傷することなく、1400〜1600°Cの範囲に注ぐことができます (適切な熱スケジュールを備えています).
実際には, ウォーターグラスは特に人気があります 部品と重いコンポーネントを着用してください 鋼製, 余分なシェル強度 (砂鋳造と比較して) そして複雑さは報われます.
ウォーターグラスはです 反応性または軽量の金属にはそれほど適していません. アルミニウムとマグネシウム合金, 例えば, 非常に乾燥が必要です, きれいな殻.
シェル内の水分やソーダは、アルミニウムに水素多孔度を生成したり、酸化を引き起こす可能性があります.
チタンやその他の反応合金は通常、シリカソールまたはセラミックシェルシステムを要求します (または真空融解) ウォーターガラスの殻には必要な不活性や純度がないため.
(実質的に, チタンの失われたワックス鋳造は、耐火型ジルコン/アルミナシェルシステムでほぼ独占的に行われます, ウォーターグラスではありません。)
したがって, 冶金の互換性が重要な考慮事項です: 鋳造金属がシリカと互換性がある場合、ウォーターグラスが選択されます (鉄システム) そして、プロセス経済が必要です.
冶金の観点から, ウォーターグラスの殻は、鋳造品質に影響を与える可能性があります.
例えば, 炭素鋼は、酸性化水で脱線した場合、シェル界面でわずかな浸炭を受ける可能性があります, したがって、中性水が使用されます.
セラミックのガス透過性は、水素とガスを排出するのに役立ちます; しかし, 不十分な脱ワックスや水分は、ガスの多孔性を生成する可能性があります.
収縮気孔率は、通常どおりライザーと通気口を介して管理されます.
一般的に, ウォーターグラス鋳物は、同じ金属の他の精密鋳物と同様に冶金を振る舞います。シェル化学は最小限の合金効果を持っていますが、表面脱炭をわずかに変える可能性があります.
適切なプロセス制御 (特定の鋼のために真空や不活性大気が注ぐように) 必要に応じて適用される場合があります, ただし、バインダータイプに依存しません.
寸法精度と表面仕上げ
ウォーターガラス投資鋳造は、適度な精度を達成します. 寸法 公差 通常です ISO CT7-CT9 一般的な寸法の場合. (細かい壁の場合, 耐性は、CT9またはCT10にリラックスする可能性があります。)
これを視野に入れます, aのISO CT7 50 MM機能により、約±0.10 mmの偏差が可能になります, 一方、CT6は±0.06 mmです.
実際に, 小さな部品とよく制御されたプロセスは、CT6-CT7に近づくことができます,
しかし、より大きくまたはより複雑な鋳物はしばしばCT8-CT9の範囲にあります.
これは、細かい砂鋳造許容範囲に匹敵します.
対照的に, ハイエンドのシリカソル鋳物は、小さな寸法でCT4-CT6に到達できます, したがって、ウォーターグラスは約1つの許容度の精度が低くなります.
質の高い店舗では、ISOに基づいた公差を指定します 8062, 多くの場合、「CT8」が水ガラスプロセスのベースラインとして指摘しています.
表面仕上げは同様にシリカソールよりも粗いですが、砂鋳造よりも滑らかです. 典型的な 表面の粗さ 水ガラス鋳物の場合は次の順序です RA 6〜12μm (250–500分).
あるファウンドリーは、水グラス鋳物がほぼra =に到達したと報告しました 12.5 μm比較テスト. 対照的に, シリカソール部品は、RA 3〜6μmを達成する場合があります.
ウォーターグラスの粗さが高いため、シェルの粒子サイズが大きく、ナトリウムシリケートバインダーの性質によるものです。.
仕上げに影響を与える要因には、Slurry Solidsコンテンツが含まれます, スタッコの穀物サイズ, シェルの厚さ, およびパターンの品質.
例えば, より細かいプライムコートと追加のプライムレイヤーは表面品質を向上させることができます.
それにもかかわらず、, 設計者は、より粗い初期表面を期待する必要があります: 典型的な鋳物は、重要な表面のためにRA 3〜6μmの周りに滑らかさに達するために、軽い研削または機械加工が必要なことがよくあります.
精度を管理するため, ほとんどのショップは使用しています 寸法検査 (キャリパー, 三次元測定機, ゲージ) ファーストパートと生産サンプルについて.
ワックスパターンとツリーはある程度の変動性をもたらすためです, 慎重なレイアウトと縮小補償が必要です.
鋼の熱収縮の係数 (について 1.6 mm/m・100°C) パターンのスケーリングに使用されます. プロセスドキュメントでは、ISOあたりの収縮係数と許容値を定義します.
品質管理と検査
ウォーターグラス鋳造の品質管理は、他の鋳造分野を反映しています. 重要な手順は複数の段階で検査されます:
- シェル検査: 注ぐ前, シェルは亀裂について調べられます, 水ぶくれ, または不完全なコーティング.
請負業者はしばしば超音波ゲージでシェルの厚さを測定し、各層が均一であることを確認します. 剥離やピンホールは、鋳造の欠陥を引き起こす可能性があります.
濡れたスラリーの容器は、pHと固体について監視されています; バリエーションは弱いシェルを生成する可能性があります. 乾燥機のオーブンは、均等な熱分布のためにチェックされます. - 次元チェック: シェイクアウトとフィニッシュマシニングの後, 鋳物は、設計の寸法に対して測定されます.
通常、最初のarticle部品はCMM検査を受けて、指定された許容クラス内の重要な寸法を検証します (例えば. ISO CT8).
単純なゲージブロックまたはプラグゲージは、穴の直径に使用されます. ツリーピッチとワックスの収縮が小さなエラーを追加するため, ランアウトが発生した場合、パターンマスター寸法を調整するのが一般的です. - 欠陥検出: ウォーターグラス鋳物は、ガスの多孔性のような欠陥を被る可能性があります, 内包物, またはシェル融合欠陥.
一般的な検査方法には、X線/X線撮影が含まれます (内部空洞または包含物を見つける), 蛍光浸透剤 (表面の亀裂と多孔性の場合), および磁気粒子テスト (鉄部品用).
必要に応じて, 圧力テストまたはフローテストが適用されます. 冶金分析 (マクロエッチング, 顕微鏡写真) プロセス開発中に使用できます.
すべてのテストは基準を参照する必要があります (例えば. 浸透剤用ASTM E165, X線撮影用のASTM E446) 受け入れを定義するため. - ドキュメントを処理します: 厳格なトレーサビリティは、ウォーターグラスキャストで維持されています. 記録には、スラリーミックス比が含まれます, スケジュールの治療, 炉の時間.
多くのファウンドリは、インプロセスチェックリストを使用しています (dewaxオーブンの温度ログ, 乾燥室の湿度ログ, およびバインダーの使用ログ).
高解放性パーツの場合 (例えば. 航空宇宙部品), 部品に付随する完全な熱コードと化学/物理的認証.
ISO 9001 または、NADCAP規格は、重要な業界のドキュメントを管理する場合があります.
全体, コントロール哲学は、すべてのステップを標準化して、キャスティングの失敗をその根本原因に追跡できるようにすることです (例えば. 不安定なスラリーまたは乾燥サイクルを逃した).
経済的考慮事項
ウォーターグラスの紛失したワックスキャスティングは評価されています 費用対効果 適切なアプリケーションで. 主要な経済的要因には、材料コストが含まれます, 労働, サイクル時間, そして収穫:
- 材料: ケイ酸ナトリウムバインダーと石英砂はコロイドシリカやジルコンと比較して安価です.
例えば, ケイ酸ナトリウム溶液は1キログラムあたり数セントかかる場合があります, 一方、コロイドシリカバインダーは数桁かかります.
使用される塩または加速器は最小限です. ワックスパターン (特に3Dプリントされている場合) コストを追加します, しかし、利回りは高いです.
スクラップセラミック廃棄物がいくつかあります (壊れたシェル) しかし、それはしばしば砂のようにリサイクルすることができます. 全体, 消耗品は低コストです. - 労働と加工時間: ウォーターガラスシェルの構築は労働集約的です, 複数のディップと乾燥サイクルが必要です.
のサイクル時間 24–72時間 ワックスツリーから注ぐことが典型的です (より長い硬化を服用できる高テンプルシリカソールよりも速い).
濡れた脱ワックスステップは長いです (浸漬対開いた炎の火傷), しかし、これは通常一晩の浸りです. パターンの準備には労働が必要です, コーティング/スタッコ操作, そしてシェイクアウト.
これにもかかわらず, ツーリングコストの削減と機械加工の削減により、しばしばより高い労働力を相殺します.
コストモデルで, パーツボリュームが年間数百を超える場合、ウォーターグラスは競争力があります, 特に、砂やダイキャスティングで非常に高価になる重いまたは複雑な部品の場合. - スループット: 単一目的の水ガラスラインは連続的に実行できます, しかし、各ビルド (シェルロード, デュワックス, 火, 注ぐ, ノックアウト) そのツリーのパーツのみを処理します.
スループットは中程度です; バッチごとに数百キログラムの鋳物が正常かもしれません. しかし, ワックスインジェクションとシェルスプレーのための自動化が存在します.
制限ステップは、しばしば脱線と発砲です, これは、定義された負荷を備えたバッチオーブンです. 効果的なスケジューリング (木を積み重ねる) 利用を改善できます. - 降伏とスクラップ: プロセスが正確だからです, 制御すると、スクラップレートが低くなる可能性があります. しかし, シェルクラックまたは金属漏れスルーは、その鋳造の完全な損失をもたらします.
シェルの欠陥による障害 (例えば. 複製後の亀裂) タイトなプロセス制御によって最小化されます.
砂の鋳造と比較して, 部品は掃除が容易で、ネット字型がほとんどないため、通常、水グラスはより高い収量を持っています.
シリカソルと比較して, 収量は似ているか、わずかに低いです (シリカソールシェルは、脱線の問題をより寛容にする可能性があります).
ラフ コスト比較 ウォーターグラス鋳造が可能であることを示すかもしれません 50–70％1部あたり安い 中程度の精度の鋼部品のシリカソル鋳造よりも,
材料とツーリングコストの削減により, 表面の品質の控えめな損失がありますが.
ユニットあたりの安価な砂鋳造よりも高価です, しかし、最終部品にははるかに少ない機械加工が必要なためです, の 合計完成パートコスト 競争力があります.
要するに, ウォーターグラス鋳造により、企業はマシンの時間から処理時間にコストを移すことができます,
これは、専用のツーリングが正当化されないほど複雑または低容量の部品にとって有利なことがよくあります.
産業用途
ウォーターグラス投資キャスティングは、そのニッチを見つけます 頑丈で複雑なコンポーネント いくつかの業界で. 注目すべきアプリケーションには含まれます:
- 機械と重機: 採掘用のコンポーネント, 油 & ガス, 建設機械はしばしば水ガラス鋳造を使用します.
例えば, 歯車, ポンプハウジング, バルブ, そして、これらのセクターの妨害者は、鉄鋼の強さと幾何学的な投資のキャスティングの自由の恩恵を受けます.
ウォーターガラス鋳造ステンレススチールバルブパイプフィッティング - 農業部品: トラクターハウジングのような部品, プラウコンポーネント, そして、重い農業機器のつながりがこのように行われます.
延性鉄または低合金の鋼の形状を鋳造する能力 (例えば. ティラーパーツ, 種子掘削板) 複雑なプロファイルを使用することが重要な利点です. - 自動車: 大量生産された車の部品では一般的ではありません, ウォーターガラス鋳造は、低容量の自動車またはトラックのコンポーネントで使用されます (例えば. ステアリングナックルの小さなバッチ, 重いサスペンションアーム, 専門車のブレーキコンポーネント).
その精度は、臨界フィット部品の砂鋳造を上回ります, しかし、中程度のランでは費用対効果の高いままです. - 工業用バルブとポンプ: 鋳鉄製と鋼のバルブ, ポンプボディ, フランジはしばしば水ガラス投資型から来ます.
これらの部品には、複雑な内部通路と良い表面仕上げが必要です (漏れを避けるため) - ウォーターグラス鋳造は、コアなしで機械加工できるバルブを生成します. - 建設と建築鋳物: たまに, 装飾的または構造的な鉄/鋼要素 (フランジのように, ハードウェア, または華やかなサポート) ウォーターグラスを介してキャストされます.
このプロセスは、手頃な価格の砂を使用しながら、素晴らしい芸術的な詳細を捉えることができます, 特殊なキャスティングに適しています (例えば. 建築要素の青銅交換). - オフショアおよび海事コンポーネント: 業界の情報源が述べたように, トレーラーの部品, クレーン, そして、海洋リグは、過酷な環境で耐久性のためにこの方法を利用しています.
全体, 水ガラス鋳造は、要求する業界で選ばれています 適度なコストで中程度のディテールを備えた堅牢な鉄鋳物.
より高い精度やネットシェイプの詳細が必要な場合、砂の鋳造と競合します, また、大きなサイズや予算の制約により後者が費用がかかりすぎると、シリカソール投資キャスティングと競合します.
比較分析
他の鋳造方法と比較して, ウォーターグラス投資鋳造は中間地を占めています:
ウォーターグラス対 シリカソール投資キャスティング:
シリカソル (ジルコン粉とコロイドシリカバインダー) 最高のディテールを作成します, 最高の表面仕上げ (3〜6μmという低いRA), より厳しい許容範囲 (ISO CT4-CT6).
しかし, それはです より高価な: Silica Solutionsとジルコンサンドは大幅にコストがかかります, そして、このプロセスには炎の燃え尽きと発砲温度が必要です.
ウォーターグラス鋳造, 対照的に, 粗い仕上げがあります (〜RA 6〜12μm) より広い許容範囲 (CT6-CT9), しかし、安価な素材とよりシンプルな脱線を使用します.
ウォーターグラスの殻も注ぐ前に取り扱いが強くなる傾向があります (乾燥後に非常に硬直しています) そして、厚くすることができます, 大量の注ぎに役立ちます.
要約すれば, シリカソルは、高精度のために選択されています, 小さな部品; ウォーターグラスはより大きく選択されています, 表面仕上げを犠牲にする丈夫なコンポーネント.
砂型鋳造 (緑の砂または化学的に結合) 最も低いコストです, 大部分のための最も柔軟なカビ製造.
しかし, 砂の鋳物には非常に粗い表面があります (ラ > 25 μm, 多くの場合、50〜100μm) そして緩い許容範囲 (ISO CT11以降).
ウォーターグラス鋳造により、表面と精度が大幅に向上します (上記のように) より高いコストで.
サンドキャスト部品に大規模な機械加工または修理が必要な場合 (コアの溶接のように), ウォーターグラスを使用する方が安いかもしれません.
また, 特定の複雑な形状 (薄い壁, 内部ボイド) コアのない砂では困難または不可能です; ウォーターグラスはそのような形を簡単に生成します.
トレードオフは、非常に大量の砂鋳造スケーリングがより良いということです (何度も使用できるカビやカビ),
一方、水ガラスは周りに制限されています 150 金型あたりkgで、数日間のサイクルが必要です.
シェル強度と熱挙動:
ウォーターグラスシェルは、融合したシリカ層で構成されています, ジルコン層やアルミナ層よりも少し耐抵抗性が少ないシリカソールシェルでよく使用されます.
これは、ウォーターグラスシェルの最大サービス温度が低いことを意味し、非常に高温の注ぎで金属シェル反応を増やす可能性があります.
実際に, けれど, どちらの方法でも、鋼/鉄の浸しを簡単に耐えるシェルを生成します.
強さの面で, シリカソールとウォーターガラスの両方のシェルは、発射後に剛性があります, しかし、シリカソールは、より高い温度で構造の完全性を維持できます.
ベストユースケース:
最良の用途を要約します, ウォーターグラス鋳造は理想的です 高精度が重要ではない中程度から大型の鋼/鉄部品,
ポンプハウジングなど, ギアブランク, 重機の部品, キャストオン機能が溶接を保存するコンポーネント.
シリカソルは最適です 小〜mediumの高精度部品 (航空宇宙部品, ジュエリー, 医療用インプラント, 小さなステンレス部品).
グリーンサンドキャスティングが勝ちます 巨大な重い部品 または、タイトなディテールが必要ない非常に大量のボリューム (例えば. 大きなハウジング, エンジンブロック, バルクでケーシングをポンプします).
以下の表は、いくつかの比較メトリックを強調しています:
- 表面粗さ (典型的なRA): シリカソール〜3〜6μm; ウォーターグラス〜6〜12μm; 緑の砂 >25 μm.
- 寸法耐性: シリカソールISO CT4 – CT6; ウォーターグラス〜CT6 – CT9; グリーンサンドCT11 – CT12 (とてもゆるい).
- 材料費: 砂の場合は低い, 水ガラスの場合は中程度, シリカソルの高さ. ケイ酸ナトリウムバインダーは非常に安価です, 一方、コロイドシリカバインダーは高価です.
- シェル強度: 高Tのシリカソルに適しています, ウォーターグラスは中程度です. ジルコン/アルミナシェル (シリカソル) より高い不応性を持っています.
- 生産尺度: ウォーターガラスは、小規模から中程度のボリュームにスーツを着ています (年間数十から数千), 特に部品が重い場合. シリカソルスーツスモール/精密走行; 砂は大量にスーツを着ています.
全体, ウォーターグラス鋳造は隙間を橋渡しします: それは提供します 砂鋳造よりも優れた制御と仕上げ, しかし シリカソルよりも低コスト.
設計の需要が中程度で、予算が制約されている場合, 多くの場合、最も経済的な精密技術です.
結論
ウォーターグラス (ケイ酸ナトリウム) 投資キャスティングはaです 費用対効果の高い 精密鋳造 鉄のために最適化されたプロセス, 複雑なコンポーネント.
安価なバインダーと砂を使用します, これにより、メーカーは、合理的な許容範囲でネットシェイプスチールと鉄部品を達成できます (ISO CT7-CT9) そして終わります (RA≈6-12μm) シリカソル鋳造のコストのほんの一部.
プロセスの強みは、その材料経済です, 強いシェルの剛性, コア崩壊なしに複雑な幾何学を生成する能力.
その主な制限は、より粗い表面仕上げと高温安定性の低下です, これは、それを中程度の精度に制限します, ヘビーデューティ用途.
楽しみにしている, 水ガラス鋳造は、機械などの用途に依然として関連しています, 自動車サブアセンブリ,
農業および建設機器, 細部とコストの良い妥協から恩恵を受ける部分.
継続的な改善 (最適化されたケイ酸塩製剤や自動化されたシェルコーティングなど) その精度をわずかに高く押し上げる可能性があります.
それにもかかわらず, エンジニアは、パーツを慎重に処理する必要があります: いつウォーターグラスを使用してください 鋼/鉄の複雑さと経済 要件を支配します,
シリカソル時 超洗練された詳細または特別な合金 必要です, と砂 膨大なボリュームまたはサイズ 精度をオーバールします.
全体, ウォーターグラス投資鋳造は成熟しています, よく理解されているテクニック.
その継続的な使用は、堅牢性に対する世界的な需要によって推進されています, 中程度の許容範囲と競争コストの複雑な形の金属部品.
その化学とプロセス管理の適切な適用、および徹底的な検査 - は一貫した得られます, 幅広い産業ニーズのための高品質の鋳造.
これ 高品質が必要な場合は、製造ニーズに最適です ウォーターガラス投資キャスティング サービス.
