소개
잃어버린 왁스 투자 주조 세계에서 가장 오래된 정밀 금속 형성 공정 중 하나입니다, 기원이 ~ 5000 년으로 되돌아 가고 있습니다.
이 방법에서는, 상세한 왁스 패턴 (종종 고대의 밀랍) 미세한 내화성 물질의 층으로 둘러싸여 있습니다; 왁스가 녹은 후 ("잃어버린"), 녹은 금속은 생성 된 세라믹 곰팡이를 채 웁니다.
현대 투자 캐스팅은이 전통을 기반으로합니다, 고급 왁스 사용, 달성 할 내화 및 합금 높은 정확도 그리고 복잡한 모양.
중요한 혁신은 개발이었습니다 콜로이드-실리카 (실리카 졸) 바인더 세라믹 쉘의 경우.
콜로이드 실리카, 수성 나노 스케일 sio₂ 분산, 강력한 영구 고온 채권을 형성합니다, 고강도 껍질.
1980 년대부터, 실리카 솔은 정밀 주조에서 선택의 바인더가되었습니다., 가연성 에틸 실리케이트 시스템 대체.
실리카-고체 껍질은 물 담금질보다는 플래시 발사로 탈 웬트를받을 수 있습니다., 그리고 견딜 수 있습니다 ~ 2000 ° C 번 아웃 중.
이 특성은 수율을 산출합니다 탁월한 표면 마감, 엄격한 공차, 그리고 세부 사항, 실리카-솔 주조를 고급 구성 요소에 이상적으로 만듭니다.
실리카 SOL 투자 캐스팅이란 무엇입니까?
실리카-고체 투자 캐스팅은 세라믹 곰팡이가 전적으로 실리카-고체 바인더 슬러리 및 미세한 내화 분말 (지르콘 밀가루 또는 알루미나).
실제로, 왁스 패턴은 주입되어“나무로 조립됩니다,"그런 다음 실리카-고체 콜로이드로 반복적으로 코팅하고 내화성 가루로 치장치하여 세라믹 껍질을 만들었습니다..
일단 쉘이 필요한 두께에 도달하면, 어셈블리는 건조되고 탈 웬트됩니다 (종종 증기 오토 클레이브 또는 용광로에서), 속이 빈 금형을 남기고.
이어서, 금형은 고온에서 소결된다 (>1000 ℃), 용융 금속이 부어집니다. 식힌 후, 세라믹 쉘이 끊어져 정밀 캐스트 부품을 드러냅니다..
다른 투자 방법과 달리, 실리카 졸 바인더 알칼리성 또는 유기 결합제 대신 수성 콜로이드 실리카 사용.
이를 통해 초산 내화 코트를 가능하게합니다 (입자 크기 ~ 10–20 μm) 사실상 원활한 껍질.
실리카-고체 공정은 이제 요구하는 응용 분야의 업계 표준입니다. 고차원 정확도 표면 품질, 터빈 블레이드에서 외과 적 임플란트까지.
실리카 용액 바인더 화학 & 재료
전형적인 실리카-고체 바인더는 an입니다 수성 콜로이드 실리카 공식화 (물에있는 sioic 나노 입자), 종종 ~ 30-40 wt.% 고체.
실리카 입자는 직경이 약 10-50nm이며 표면 전하가 운반됩니다. (pH는 알칼리에 의해 안정화되었다).
상업적 바인더는 성능을 최적화하기 위해 첨가제로 추가로 수정됩니다..
예를 들어, 수산화 나트륨 또는 규산 나트륨 실리케이션은 안정성을 위해 pH를 조정할 수 있습니다., 알긴 족 또는 알루미늄 염은 추가 젤링 제어를 제공합니다.
중합체 첨가제 (PVA와 같은, 유액, 또는 웰란 껌) 포함될 수 있습니다 (~ 0–3%) 습식 강도를 향상시킵니다, 바인더 젤 인성, 그리고 쉘 유연성.
이 성분들은 실리카 입자를 매달린 상태로 유지하는 데 도움이됩니다, 일관된 설정을 보장하십시오, 건조 중 균열을 방지합니다.
성능 속성 실리카-고체 결합제의:
- 높은 결합 강도: 건조/소환시, 콜로이드 실리카는 내화성 곡물을 단단히 결합시키는 강성 Sio₂ 유리 매트릭스를 형성합니다.. 이것은 높은 기계적 강도를 가진 껍질을 생성합니다 (녹색과 발사).
- 열 안정성: 비정질 실리카는 연화점까지 변형을 저항합니다 (~ 1200 ° C) 그리고 심지어 더 높은 온도에서 소결이 적습니다, 캐스팅 중에 껍질이 모양을 유지하도록 돕습니다.
- 겔화 제어: 화학은 방출하는 동안 슬러리가 유동적이지 않도록 조정되지만 건조 중 균일하게 젤. 소량의 라텍스 또는 수정 된 전분과 같은 첨가제는 젤 시간을 늦추거나 유연성을 향상시킬 수 있습니다..
- 청정 번 아웃: 바인더는 수성이므로, 가연성 유기물은 없습니다. 탈 왁스/번 아웃 중, 독성 연기가 풀리지 않습니다 (알코올 기반 바인더와 달리.
에 관하여 호환성, 패턴에 사용되는 왁스 합금 (일반적으로 파라핀의 복잡한 혼합, 미세 결정질 왁스, 플라스틱) 쉘에 해를 끼치는 마이그레이션 첨가제를 포함해서는 안됩니다.
왁스 제형제는 곰팡이 방출 제제가 실리카 결합을 방해하지 않도록.
전문화 된 경우 (예를 들어. 높은 반응성 합금), 실리카 껍질을 피할 수 있습니다, 그러나 대부분의 강과 합금의 경우, 오염 문제가 없습니다.
내화 첨가제:
실리카 가루 외에도 (석영) 슬러리에서, 비활성 필러와 같은 지르코늄 규산염 (지르콘) 밀가루 그리고 알루미나 일반적입니다.
지르콘 가루 (일반적으로 200-350 메쉬 Zrsio ₄) 탁월한 내화 안정성을 제공하고 실리카 바인더의 열 팽창과 일치합니다..
밀도가 높습니다, 미세 입자는 껍질을 포장하고 열을 운반하는 데 도움이됩니다, 그리고 그들은 슬러리가 퇴적없이“젖은”세부 사항을 도와줍니다..
알루미나 (테이블 앨리오, ~ 50–325 메쉬) 쉘 강도 및 열 충격 저항을 추가로 향상시키기 위해 추가 될 수 있습니다..
예를 들어, Tabular Alumina는 비 반응성입니다, 저렴하고 다공성을 낮추는 고밀도 첨가제.
일부 공정은 실리콘 카바이드 곡물을 사용하여 곰팡이의 열을 유지합니다.. 요약하면, 실리카 졸 화학은 내구성을 생산하도록 설계되었습니다, 부품의 기술적 요구 사항과 일치하는 미세 구역 쉘.
프로세스 흐름 & 기술 매개 변수
1. 왁스 패턴 생산:
금속 다이는 부품의 주입 대상 왁스 카피에 사용됩니다. (또는 3D 프린트 수지 패턴이 대체 될 수 있습니다).
복잡한 부품은 여러 왁스 세그먼트를 함께 사용할 수 있습니다. 패턴은 매우 깨끗하고 치수적으로 정확하게 유지됩니다.
2. 집회 & 게이팅:
왁스 패턴은 게이트가있는 나무에 조립됩니다, 주자와 쏟아지는 컵. 게이팅 레이아웃은 균일 한 금속 흐름을 촉진하고 난기류를 최소화하도록 설계되었습니다..
여러 부분 (자주 <0.1각각 –50kg) 나무 당 캐스트됩니다.
3. 쉘 코팅 (담그고 치장 용 벽토):
왁스 트리는 전체 표면이 젖게되도록 실리카-고체 바인더 슬러리에 담그다.. 그런 다음 먼지가 있습니다 ("치장 용암") 미세 지르콘 및/또는 실리카 가루로 (보통 200-325 메시).
슬러리는 표면 세부 사항을 채우고 밀가루는 바인더에 포함됩니다.. 이 과정은 반복됩니다: 건조 후, 바인더 및 내화물의 추가 코트가 적용됩니다.
전형적인 시퀀스는 하나의 "페이스 코트"입니다. (초박형 슬러리 + 훌륭한 치장 용 벽토) 점차적으로 거친 곡물의 4-8“등 코트”가 이어졌습니다.
각 코트는 젤로 허용 된 다음 다음 딥 전에 부분적으로 공기 건조됩니다.. 일부 상점에서, 오븐 또는 제어 습도 방은 층 간의 건조를 가속화합니다.
레이어 수는 부품 크기에 따라 다릅니다, 금속이 쏟아졌습니다, 그리고 필요한 쉘 두께.
완성 된 쉘에는 일반적으로 10-20 μm 곡물로 만든 표면이 있습니다. (매우 부드러운 마무리를 위해) 5-10mm의 순서가 전체 두께로.
4. 건조:
최종 코트 후, 껍질이 완전히 건조됩니다 (때로는 ~ 60–120 ° C에서 밤새) 모든 물이 제거되도록합니다.
적절한 건조가 중요합니다: 실리카가 균일하게 젤로 겔화되며 탈 왁스 동안 증기 폭발을 방지합니다.. 완전히 건조 된 껍질은 다가오는 Dewax 단계의 열 응력을 처리합니다..
5. 탈 왁스:
쉘 어셈블리는 탈수 챔버로 옮겨집니다. 실리카-고체 공정에서, 이것은 종종 a입니다 증기 오토 클레이브 또는 열기 오븐 (200–300 ° C).
왁스는 액화 및/또는 기화 및 곰팡이에서 배출됩니다.. 세라믹이 미리 따뜻하기 때문입니다, 거의 모든 왁스가 빠르게 제거됩니다.
Autoclave dewaxing은 크거나 복잡한 나무에 선호됩니다, 가압 된 증기는 깊은 코어와 얇은 부분에서 왁스를 추출 할 수 있으므로.
(메모: 다른 프로세스는 끓는 물에 침수를 사용합니다 ("Water Dewax"), 그러나 그것은 일반적으로 단단한 실리카 쉘과 함께 사용되지 않습니다.).
6. 발사/예열:
왁스가 사라졌습니다, 껍질은 고온 발사주기를 겪고 남은 바인더를 태우고 실리카를 소결합니다..
이것은 일반적으로 가스 연소 가마 또는 전기 용광로에서 수행됩니다., 몇 시간에 걸쳐 최대 ~ 800–1100 ° C를 증가시킵니다. 예열은 껍질을 강화하고 유기 잔류 물을 제거합니다.
적절한 발사는 또한 수분과 탄산염을 제거합니다, 열심히 떠난다, 순전히 세라믹 곰팡이. 이 단계는 두 단계로 나눌 수 있습니다 (예를 들어. 300 ° C 보류, 그런 다음 마지막으로 1000 ℃).
7. 붓는 것:
쏟아지기 직전, 껍질은 온도로 올라갑니다 (종종 200-600 ° C) 차원 안정성을 보장하기 위해 예열 오븐에서.
녹은 금속 (강철, 슈퍼 알코이, 등.) 도가니 또는 유도 용광로로 준비되고 액체 위로 과열됩니다..
임계 합금의 경우 (NI 기반, 티탄), 진공 용융 또는 불활성 가스 트레이는 포함을 최소화하는 데 사용됩니다..
그런 다음 금속을 뜨거운 곰팡이에 붓습니다 (중력 또는 진공 보조로) 제어 속도로.
핫 쉘은 직접 응고를 안쪽으로 돕습니다, 정밀도 향상. 대형 스프 루/러너 ("라이저") 캐스팅이 줄어들면서 먹이를주십시오.
전형적인 쏟아지는 온도는 강철의 경우 1450–1600 ° C 또는 NI-Alloys의 경우 1500–1700 ° C 정도일 수 있습니다.. 부어 동안, 쉘 근처의 환기는 모든 번 오프 가스 또는 왁스 플래시가 안전하게 빠져 나갈 수 있도록합니다..
8. 냉각 및 쉐이크 아웃:
금형이 채워진 후, 금속은 굳어지고 식히도록 허용됩니다 (종종 수십 분에서 몇 시간 이상, 질량에 따라).
투자 캐스팅은 일반적으로 얇은 부분을 통해 비교적 빠르게 식 힙니다.. 한 번 견고합니다, 세라믹 곰팡이가 파괴됩니다 (진동 또는 녹아웃).
큰 나무는 종종 세라믹을 제거하기 위해 샷 블라스트입니다, 그리고 주물은 톱질을 사용하여 게이트와 분리되었습니다, 끌 또는 칩. 부착 된 게이트 스텁은 가능한 한 캐스팅에 가깝게 잘라냅니다..
9. 청소 및 마무리:
그런 다음 거친 캐스트 부품을 청소하고 검사합니다. 그라인딩 또는 가공.
최종 치수 가공, 연마 또는 코팅은 필요에 따라 수행됩니다. 필요한 경우, 열처리 (예를 들어. 솔루션 어닐링, 나이하든) 최종 기계적 특성을 개발하기 위해이 단계에서 적용됩니다..
흐름 전체에서, 주의 깊은 프로세스 제어 필수적이다. 예를 들어, 슬러리 점도, 치장 용 벽토 사료 속도, 건조 곡선, 일관성을 유지하기 위해 발사 프로파일을 모니터링합니다.
게이팅 디자인 및 쏟아지는 매개 변수가 최적화됩니다 (종종 시뮬레이션을 통해) 다공성 수축을 피하고 완전한 금형 채우기를 보장합니다.
결과는 복잡한 왁스 패턴을 고격성 금속 부품으로 바꿀 수있는 주조 과정입니다..
야금 영향 & 기계적 성질
실리카 고체 주조의 강력한 세라믹 쉘은 뚜렷한 열 구배 응고하는 동안.
핫 쉘과의 인터페이스는 빠르게 열을 추출합니다, 그래서 곰팡이 벽 근처의 금속이 먼저 식고 세분화 된 것을 형성합니다., 종종 주변 구조는 내면에 자랍니다.
이 방향성 응고는 바람직한 곡물 구조를 생성 할 수 있습니다 (예를 들어. 등의 코어 및 원주 가장자리) 힘을 향상시킵니다.
일반적으로, 투자 주물에는 단조 또는 단조물에 필적하는 미세 구조가 있습니다., 세부 사항은 합금 및 냉각 속도에 따라 다릅니다.
전형적인 기계적 특성은 합금-특이 적이다, 그러나 투자 캐스트 합금은 종종 달성됩니다 인장 강도 수백에서 천에서 천 MPA 이상.
예를 들어, 캐스트 스테인레스 강 (AISI 316L/CF8M처럼) 20-40% 신장으로 궁극적 인 인장 강도 ~ 500–700 MPa를 보일 수 있습니다., 열처리 후 강수량 경화강 또는 Ni-Superalloys는 900-1200 MPa를 초과 할 수 있습니다..
경도는 마찬가지로 합금 규범을 따릅니다 (예를 들어. ~ 캐스트 강철의 경우 HRC 15–30).
정밀 캐스트 알루미늄 또는 구리 합금은 연성 거동을 생성합니다 (예를 들어. AL 투자 주물 ~ 300 MPa UT) 곡물 크기가 제어되면 피로 성능이 양호합니다.
실리카-고체 주조의 주요 장점은 진실성. 껍질은 고온에서 발사되고 연소되어 탈 웨축하기 때문에, 수분 포획 (그리고 그 결과 다공성) 최소화된다.
진공 용융과 같은 과정 분야, 세라믹 폼 필터, 단단한 쏟아지는 대조군은 내포물과 모공을 더욱 감소시킨다.
실제로, 자격을 갖춘 투자 캐스트 부품은 종종 매우 낮은 다공성을 나타냅니다 (<0.5%) 제대로 캐스트 될 때.
비파괴 테스트 (NDT) X- 레이 또는 초음파 검사와 같은 내부 음성을 확인하기 위해 사용됩니다.. 수축 또는 다공성이 발생하는 경우, 일반적으로 임계 얇은 부분이 아닌 고립 된 라이저 위치에 있습니다..
유리 소액역 내포물은 실리카-고체 쉘에서 본질적으로 존재하지 않는다, 일부 워터 글래스 프로세스와 달리.
전반적인, 실리카-고체 투자 금형으로 주조 된 부품은 달성됩니다 기계적 성능 같은 합금의 조건 또는 단조 재고와 동등한, 특히 열처리 될 때.
인장, 생산하다, 충격 값은 일반적으로 각 합금에 대한 관련 표준을 충족합니다.. (예를 들어, 투자 캐스트 17-4 PH 강철은 노화 후 1300-1500 MPa 인장에 도달 할 수 있습니다, 단조와 비슷합니다.)
요약하면, 실리카 졸 주조의 미세한 쉘 제어 및 깨끗한 용융 조건이 우수한 강도를 가진 수율 부품, 연성과 강인함.
치수 정확도 & 표면 품질
실리카-고체 투자 캐스팅은 유명합니다 타이트한 공차와 미세한 마감. 전형적인 캐스트 선형 공차 ISO에 있습니다 8062 CT5-CT6 범위.
예를 들어, 한 파운드리는 그 큰 차원을 지적합니다 (최대 ~ 300mm) ± 0.1 mm로 유지됩니다 (CT5).
독립적 인 소스는 물 유리 주물이 CT7-CT8에서 실행되는지 확인합니다., 실리카-고체 주물은 일상적으로 CT5-CT6을 달성한다.
실용적인 측면에서, 이것은 실리카-고체 부품의 가장 중요한 치수가 가공없이 밀리미터의 10 분의 1 내에 신뢰할 수 있음을 의미합니다..
많은 회사들이 가공 수당을 인용합니다 <0.2 투자 주식 부품의 경우 MM, 그리고 고정밀 작업에서, CP/CPK 지수 >1.33 종종 주요 차원을 대상으로합니다.
표면 거칠기 또한 우수합니다. AS-CAST RA는 일반적으로 3-6 μm 정도입니다. (125–250 마이크로 인치), 밀링 된 마무리를 경쟁합니다.
숙련 된 상점 보고서 60–200 μinch (1.5–5.1 μm) 대부분의 영역에서. 최고의 치장 벽토 믹스와 함께 (아래로 325 메쉬 지르콘) 그리고 느린 담그기, 0.4–1.6 μm RA의 매끄러운 표면을 달성 할 수 있습니다..
이 근거리 품질은 종종 제거됩니다 (또는 크게 줄입니다) 시사 후 가공 또는 연마의 필요성.
기하학적 디자인 규칙 에 비해 편안합니다, 말하다, 모래 주조. 얇은 세라믹 벽과 낮은 왜곡은 매우 얇은 부분과 날카로운 각도를 허용합니다..
최소 벽 두께는 대부분의 금속의 경우 1-3mm 정도입니다. (특별한 경우에서도 ~ 0.5 mm까지).
~ 1 mm 이상의 최소 코너 반경이 선호됩니다., 최소 도구 반경 (날카로운 모서리) 쉘이 그러한 기능에서 벗어나기 때문에 캐스트 될 수 있습니다..
설계 가이드 라인이 권장됩니다 큰 필레 스트레스 농도를 줄이고 쉘 무결성을 돕기 위해 가능한 한 반경.
모래 곰팡이와 달리, 초안 각도는 일반적으로 필요하지 않습니다; 사실은, 설계 규칙은 종종 허용됩니다 영 또는 수직면의 제로 초안, 왁스는 다이에서 방출하기에 충분히 수축되기 때문에.
(실제로, 0.5–1 °의 작은 초안은 여전히 복잡한 부품에 사용됩니다., 그러나 다른 금형 유형보다 훨씬 적습니다.)
요약하면, 엔지니어는 투자 부품이 나올 것으로 기대할 수 있습니다 거의 네트 모양, 0.02–0.1 mm 범위의 치수 정확도, 그리고 가공없이 RA 2–6 μm만큼 낮은 표면 마감.
최종 허용 공차 (예를 들어. ISO 용어로 IT7 – IT9) 대부분의 기능에서 일상적으로 달성됩니다.
품질 관리 & 비파괴 테스트
투자 캐스팅의 품질 보장에는 쉘과 최종 캐스팅에 대한 여러 검사가 포함됩니다..
쏟아지기 전에, 임계 쉘은 현미경으로 또는 초음파 스캐너로 검사하여 내부 공극 또는 균열을 감지 할 수 있습니다..
프로세스 개발 중, 샘플 쉘은 종종 코팅 균일 성과 두께를 확인하기 위해 열린 개방입니다..
캐스팅 후, 치수 검사 (일반적으로 CMM 또는 정밀 게이지로) 임계 공차가 충족되는지 확인하십시오.
예를 들어, 파운드리는 정기적으로 좌표 측정 기계를 사용합니다 (CMM) 정확한 형상을 캡처하고 CAD 모델과 비교합니다. 표면은 또한 결함을 시각적으로 검사합니다.
많은 제조업체가 주요 차원에 대한 CP/CPK 프로세스 기능 지수를 지정합니다.; ≥1.33의 CP 달성 (CPK ≥1.0) 일관된 정확도를 보장하기위한 일반적인 벤치 마크입니다.
내부 결함의 경우, 비파괴 테스트 (NDT) 필수적이다, 특히 안전에서- 또는 성능에 중요한 부품.
액체 침투제 또는 자기 입자 검사는 표면에 사용되어 균열 또는 포함을 나타냅니다..
방사선 사진 (엑스레이) 또는 지하 공극에 대한 초음파 스캐닝 검사, 다공성, 또는 포함.
생산 관리에서, 수락 기준 (ASTM 또는 고객 표준) 최대 허용 가능한 다공성 또는 포함 크기를 지시하십시오.
예를 들어, 임계 정밀도는 일상적으로 초음파와 X- 레이를 사용하여 내부 결함이 있음을 확인합니다. (예를 들어. 수축 공동) 감지 가능한 한계 아래에 있습니다.
재료 조성 및 열처리는 병렬로 점검됩니다.
화학적 분석 (스파크 또는 WDS) 합금 요소를 확인합니다, 샘플의 경도 및 인장 테스트는 기계적 특성을 확인합니다..
항공 우주 부품의 경우, 샷 페인, 염료 침투제, 엄격한 금속 검사도 일반적입니다.
요컨대, 투자 캐스팅은 엄격한 QA/QC 단계를 겪습니다: 쉘 무결성 점검, 전체 차원 검증 (CMM, 캘리퍼스), 표면 피치 게이지, 그리고 ndt (관통, 정수압, 초음파, 엑스레이).
이것은 정밀 주물에 대한 높은 기대치 - 내부 결함이없는 단단한 형태와 적합 공차가 충족되도록합니다..
경제 분석 & 비용 운전자
투자 캐스팅은 비교적입니다 노동 집약적 및 시간 소모 프로세스, 비용에 반영됩니다.
주요 비용 요소에는 툴링이 포함됩니다 (왁스가 죽습니다), 소모품 (밀랍, 슬러리, 치장 용 벽토와 바인더), 에너지 (번 아웃과 쏟아지는), 그리고 노동 (쉘 빌딩/건조).
대략적인 고장은 종종 원료를 보여줍니다 (금속 플러스 쉘) 총 비용의 ~ 60–70%, 에너지/오버 헤드 ~ 15–25%, 그리고 나머지는 노동합니다.
바인더 및 내화 비용:
실리카-고체 바인더 자체는 주요 재료 비용입니다. 콜로이드 실리카와 고순도 지르콘 가루.
하나의 Foundry 블로그는 약의 곰팡이 자재 비용을 인용합니다 $6.8/kg 실리카-자르콘 쉘 용, 물 유리 껍질의 경우 ~ $ 2.5/kg, 녹색 and 곰팡이의 경우 ~ $ 1.5/kg에 비해.
Fine Alumina 또는 Specialty Dispersants와 같은 첨가제 비용 추가 비용. 하지만, 이 보험료는 정밀 및 표면 품질 실리카-졸을 구매합니다..
노동과 시간:
껍질을 건축하고 건조시키는 것은 힘들다. 각 딥/치장주기는 15-30 분의 실습 시간과 건조 시간이 걸릴 수 있습니다..
완전한 쉘 빌딩은 4-8 개의 코트를 가져갈 수 있으며 종종 건조 시간. 하나의 투자 캐스팅 소스는 일반적으로 취하는 것으로 나타났습니다 7 날 왁스 패턴에서 완성 된 부분까지.
각 쉘 층은 약 1-2 시간의 작업을 추가합니다. (슬러리 확산, 뿌리는 치장 용 벽토, 검사). 더 많은 코트 (두꺼운 껍질 또는 더운 합금 용) 더 많은 노동과 더 긴주기를 의미합니다.
트레이드 오프가 있습니다: 여분의 코트를 추가하면 쉘 견고성이 증가합니다 (더 적은 쉘 고장) 또한 부품 당 비용을 높이고 처리량 시간이 길어집니다..
규모의 경제:
왁스 다이를 만드는 고정 비용은 높을 수 있습니다. (복잡성에 따라 종종 $ 5K – $ 50K), 단위당 비용은 양으로 감소합니다.
대규모 실행의 경우 (수백 부품), 투자 캐스팅은 경제적 일 수 있습니다. 하지만, 아주 작은 달리기 (<25 조각), 단가는 툴링 상각에 의해 지배됩니다.
결정은 종종“Net Shape의 가치와 미세한 마감의 가치가 주조 비용을 상쇄합니다.?”-많은 고 부가가치 산업에서.
비교 비용:
워터 글라스 캐스팅과 비교합니다, 실리카-졸은 재료와 느린 사이클에서 훨씬 더 많은 비용이 듭니다.
예를 들어, 한 보고서에 따르면 실리카-고체 주물이 끝날 수 있음을 나타냅니다 2 ~ 3 번 워터 글래스 주물의 가격 (재료와 노동 결합).
하지만, 더 엄격한 공차와 마무리 절약을 고려할 때, 총 프로세스 비용은 중요한 부품의 경우 정당화 할 수 있습니다..
다른 요인:
환경과 규제는 간접 비용을 추가 할 수 있습니다; 실리카 졸은 위험한 용매를 사용하지 않습니다, 폐기물 처리 비용을 줄일 수 있습니다 (알코올 기반 시스템과 달리).
반대편에는, 더 긴 리드 타임 (그리고 자본은 물티에 묶여 있습니다) 실리카 캐스팅의 부드러운 비용은 고려해야합니다.
요약하면, 비용 운전자 실리카-고체 주조에는 고가 바인더/내화물과 집중 쉘 빌딩 노동이 포함됩니다..
프로젝트 플래너는 계층 수의 균형을 유지해야합니다 (비용/시간) 수율에 대해 (쉘 실패), 달성 된 정밀도의 가치에 대한 재료 비용.
실리카 솔을 사용하는 이유?
응용 프로그램이 최고 정밀도를 요구할 때, 실리카-고체 투자 캐스팅은 타의 추종을 불허하는 이점을 제공합니다:
- 미세한 표면 마감: 실리카 껍질의 초산 내화성은 곰팡이 세부 사항을 거의 완벽하게 재현합니다..
캐스트 부품이 등장합니다 더 부드러운 표면 다른 캐스팅 과정보다. 전형적인 캐스트 거칠기는 3-6 μm RA의 순서입니다., 가공 없이는 종종 충분합니다.
결과적으로, 2 차 가공을 최소화하거나 제거 할 수 있습니다, 시간을 절약하고 순 모양을 보존합니다. - 엄격한 공차: 실리카-고체 곰팡이는 붓고 냉각하는 동안 매우 뻣뻣하고 치수로 안정적입니다.. 이를 통해 Net-net 자형 최소 가공 허용량으로 생산.
공차 기능 (CT5–6) 기본적으로 AS- 캐스트 금속의 한계에 있습니다. 고객은 스크랩 감소 및 예측 가능한 적합성을 활용할 수 있습니다. - 복잡성과 세부 사항: 실리카-고체 캐스팅은 깨달을 수 있습니다 극도로 복잡한 형상. 얇은 벽 (<1 mm), 작은 구멍/코어와 날카로운 모서리가 모두 달성 될 수 있습니다.
편지와 같은 특징, 로고 또는 섬세한 냉각 지느러미는 왁스에있는 것처럼 최종 금속에 나타납니다..
디자이너는 초안이 거의 없으며 다른 캐스팅 방법을 방해하는 제한 사항. - 고온 합금: 실리카-지르콘 쉘은 ~ 2000 ℃를 견딜 수 있기 때문에, 고상하거나 슈퍼 합금조차 캐스트 될 수 있습니다.
고온 기능은 고열 쏟아지는 동안 쉘 소결 또는 변형을 방지합니다..
이로 인해 항공 우주 NI 기반 합금에는 실리카 SOL이 필수 불가능합니다, 극한 환경에서 사용되는 고 염소 강 및 기타 합금. - 안전 및 환경: 수성 및 불꽃이 발생하지 않습니다, 실리카 졸 바인더 포즈 VOC 또는 폭발성 위험이 없습니다. 쉘 빌드 업 또는 탈 왁스 중에 독성 연기가 없습니다..
이것은 근로자에게 더 안전 할뿐만 아니라 환경 준수를 간소화합니다..
에틸 규산염에 비해 (가연성 알코올) 또는 나트륨 규산염 (높은 알칼리), 콜로이드 실리카는 양성입니다. 수성 결합제는 또한 비교적 손질하기 쉬운 폐기물을 생성합니다 (물과 실리카 슬러지). - 일관성과 신뢰성: 콜로이드 실리카 제형은 배치 일치 및 안정적으로 제대로 저장되면 안정적입니다..
쉘 특성 (힘, 시간 설정, 침투성) 제조업체가 엄격하게 제어 할 수 있습니다.
이 예측 가능성은 캐스팅에서 처음으로 수율을 향상시킵니다, 정밀 응용 분야에서 약간 높은 재료 비용을 능가 할 수 있습니다..
본질적으로, 실리카 졸 주조가 선택됩니다 "프리미엄"품질이 필요할 때마다: 매우 부드러운 표면, 바늘 선박 특징, 사실상 지하 표면 결함이 없습니다.
항공 우주의 임계 부품의 기본값입니다, 발전 및 의료 분야.
다운 스트림 연삭을 제거하고 곰팡이에서 바로 사양을 충족하는 부품을 생산함으로써 약간 높은 비용이 종종 상쇄됩니다..
응용 & 사례 연구
실리카-고체 투자 캐스팅은 부품에 산업 전반에 사용됩니다. 성능과 정밀도 가장 중요합니다:
- 항공우주: 블로그, 터빈 블레이드, Vanes와 구조 괄호는 일반적으로 실리카 Sol과 함께 투자하는 투자입니다..
이 부품은 종종 복잡한 냉각 통로와 균형 잡힌 요구 사항이 있습니다..
예를 들어, 복잡한 에어 포일 모양과 내부 필름 냉각 채널이있는 터빈 베인.
얇은 벽을 생산하는 능력, 미세한 에어로 포일 디테일이있는 고온 구성 요소는 여기서 중요한 이점입니다..
미사일 또는 제트 엔진 부품과 같은 비행 크리티컬 부품도 투자 캐스팅의 일관성을 활용합니다.. - 의료 장치: 외과 임플란트 (고관절 줄기, 무릎 관절) 생체 적합성 합금이기 때문에 기기는 실리카 졸 공정에 의해 주조됩니다. (316엘, 쿠크, 의) 사용할 수 있고 부품에는 미세한 마감이 필요합니다.
의료 임플란트에는 정확한 치수와 매우 부드러운 표면이 있어야합니다.; 실리카와의 투자 캐스팅은이를 달성합니다.
이 방법에 의해 모 놀리 식 수술기구와 복잡한 뼈 나사 또는 클램프가 만들어집니다.. 반복성은 임플란트에 필요한 밀접한 공차를 보장합니다. - 산업 펌프, 밸브 & 터보 압축기: 임계 흐름 구성 요소 (임펠러, 하우징, 펌프 볼트, 밸브 몸체) 실리카-고체 주조의 혜택.
이들은 종종 부식성 또는 고 합금강이 필요합니다, 복잡한 내부 형상이 있습니다.
예를 들어, 이 공정에 의해 스테인리스 또는 이중 스틸로 주조 된 고압 펌프 임펠러는 블레이드 가장자리를 가질 수 있습니다. <<1 두껍고 부드러운 유압 표면.
특수 터보 기계 구성 요소 (터빈의 노즐 가이드 밴처럼) 비슷하게 생산됩니다. - 자동차 & 에너지: 많은 자동차 부품은 다이 캐스트 또는 모래 캐스트입니다, 고성능 또는 저성 애플리케이션 (예를 들어. 경주 용 자동차 터보 차저, 기어 하우징, 캠축) 투자 캐스팅을 사용하십시오.
자동차 터보 차저를위한 터빈 및 압축기 휠 (종종 Ni 또는 Ti 합금으로 만들어졌습니다) 실리카 금형으로 주조됩니다.
실리카-고체 캐스팅은 오일의 밸브 및 피팅에도 사용됩니다.&주조 금속 무결성과 마감재가 중요한 가스 및 전원 공장 장비. - 예술적이고 건축: 종종 간과되었지만, 미세한 조각 및 건축 요소는 실리카 솔 투자 캐스팅을 사용할 수 있습니다..
초 미세한 세부 사항이있는 청동 또는 강철 조각은 실리카 솔 슬러리의 왁스 마스터를 코팅하여 생산됩니다..
건축 하드웨어 (장식 난간, 맞춤형 피팅, 미술 설치) 프로세스로 만들 수 있습니다, 작은 마무리 작업이 필요할 정도로 세련되게 캐스팅을 전달합니다..
(이러한 응용 분야는 실리카 쉘 금형의 정확한 표면 마감과 디테일 리탈리를 활용합니다.) - 연구/사례 예: 한 번의 사례 연구는 Rolls-Royce입니다, 터빈 블레이드 용 3D 인쇄 실리카 졸 코어를 사용하여 리드 타임을 크게 줄이기.
또 다른 예는 소규모 알루미늄 정형 외과 장치에서 더 나은 차원 제어를 위해 다이 캐스팅에서 실리카 솔 투자 캐스팅으로 전환 한 의료 임플란트 회사입니다..
각각의 경우, 이 결정은 실리카-졸의 복잡한 생산 능력에 달려있었습니다, 재 작업이없는 고 부가가치 부품.
이 예는 어디서나이를 보여줍니다 복잡한 모양, 타이트한 관용, 그리고 재료 품질 모이다, 실리카-고체 주조는 선택된 솔루션입니다.
비교 분석
- 실리카 졸 대. 인산염 투자: 포스페이트 결합 투자는 주로 비철 합금의 치과 주조에 사용됩니다., 헤비 엔지니어링 캐스팅에는 없습니다.
(그들은 인산염의 화학적 반응에 의해 설정됩니다, 대형 강철 부품에는 적용되지 않습니다.) 산업적 정밀 주조를 위해, 수성 결합제 규칙.
따라서, 실리카 졸은 대부분의 파운드리 컨텍스트에서 인산염과 직접 비교되지 않습니다.. - 실리카 졸 대. 워터 글래스 (나트륨 규산염): 언급했듯이, 수상 유리 캐스팅 (알칼리성 액체 유리 바인더) 거친 표면을 생성하고 물 담금질이 필요합니다.
실리카 졸 주조, 대조적으로, 용광로의 탈 왁스 ("플래시 불") 그리고 훨씬 매끄러운 마무리를 산출합니다.
수상 유리 껍질은 저렴하고 빠르게 제작됩니다, 그래서 그들은 더 크게 어울립니다, 덜 중요한 부분.
경험의 규칙: 최고의 세부 사항과 가장 큰 내성을 위해 실리카 솔을 사용하십시오; 비용이 중요하고 지오메트리가 더 간단 할 때 물 유리를 사용하십시오..
(예를 들어, 워터 글래스는 적당한 정확도 만 필요한 대형 펌프 몸에 충분할 수 있습니다., 반면, 얇은 벽 형태의 동일한 부분은 실리카 졸을 요구할 수있다.) - 실리카 졸 대. 3D 프린트 투자 금형: 최근 발전이 허용됩니다 3D 프린팅 왁스 패턴 또는 전체 세라믹 몰드.
3D 프린트 패턴 (수지 또는 왁스 형 중합체) 왁스 다이의 필요성을 제거하십시오, 프로토 타이핑의 리드 타임과 비용을 크게 줄입니다.
예를 들어, 터빈 블레이드 패턴을 인쇄하는 것은 대신 하루가 걸릴 수 있습니다. 8 주 가공.
직접 인쇄 된 세라믹 금형 또는 코어는 매우 훌륭한 기능을 허용합니다. (0.2 MM 벽, 내부 채널) 및 CT4 공차.
하지만, 3D 인쇄 장비와 재료는 비싸다, 대량 생산의 경우 전통적인 왁스+쉘 프로세스는 종종 단가로 승리합니다..
하이브리드 전략이 떠오르고 있습니다: 실리카-고체 쉘이있는 3D 프린트 코어 또는 패턴을 사용하십시오. - 의사 결정 기준:실리카 솔을 선택할 때: 설계 복잡성이있을 때마다 사용하십시오, 표면 품질 또는 재료 속성이 가장 중요합니다.
실리카 졸은 중소형 부품에 이상적입니다 (0.01–100 kg이라고합니다) 복잡한 세부 사항으로 (얇은 부분, 깊은 충치) 공차가 CT5 – CT6 이상인 경우.
대안을 선택할 때: 적당한 정확도 만 필요하다면, 물 유리 또는 기타 방법은 더 저렴할 수 있습니다.
매우 큰, 간단한 주물, 모래 또는 껍질 (페놀 노크) 더 경제적 일 수 있습니다.
그리고 빠른 프로토 타이핑 또는 초목 코어 용, 3D 인쇄는 실리카-고체 쉘을 보완 할 수 있습니다.
궁극적으로, 선택 균형 정밀 대. 비용/리드 타임: 실리카-고체 캐스팅은 스펙트럼의 고정밀 끝에 있습니다..
결론
실리카-고체 잃어버린 왁스 캐스팅은 여전히 남아 있습니다 전략적 주야지 현대 제조에서 부품 품질이 손상 될 수 없을 때마다.
수천 년 된 원칙을 최첨단 재료와 결합함으로써 (나노 입자 실리카 졸, 3D 왁스 인쇄, 등.), 그것은 진정으로 높은 충실도의 구성 요소를 산출합니다.
실리카-고체 쉘은 모든 금속 주조 공정에서 표면 마감 및 형상에 대한 최고의 제어를 제공합니다., 스테인레스 강에서 초대형 및 티타늄에 이르기까지 다양한 합금 생산 가능.
기대합니다, 그 과정이 훨씬 더 똑똑해지고 있습니다. 컴퓨터 시뮬레이션 (곰팡이 충전 및 응고 모델) 게이트 설계 및 쉘 두께를 최적화하는 데 일상적으로 사용됩니다..
로봇 공학 및 자동 쉘 건설 기계는 코팅주기를 가속화합니다. 고급 NDT (3D CT 스캔, 자동화 된 광학 메트로) 또한 주조 무결성을 보장합니다.
환경 개선 (바인더 복구, 젖은 문지르 기) 또한 통합되고 있습니다.
요약하면, 실리카-고체 투자 캐스팅은 핵심 이점을 유지하면서 디지털 디자인 및 제조 혁신을 활용할 수있는 위치에 있습니다.: 비교할 수없는 정밀도.
엔지니어 및 제조업체의 경우, 실리카-고체 캐스팅은 복잡한 금속 구성 요소 생산에서 가능한 것을 계속 정의하는 성숙하면서도 진화하는 기술입니다..
이것 고품질이 필요한 경우 제조 요구에 완벽한 선택입니다. 실리카 솔 투자 캐스팅 서비스.
