Prarasto vaško liejimo privalumai

1. Įvadas

Pamesto vaško liejimas (Taip pat vadinamas Investicijų liejimas arba precizinis liejimas) yra brandus metalo liejimo būdas, kai aukos raštas, tradiciškai pagamintas iš vaško, padengiamas nuosekliais ugniai atspariais sluoksniais, kad būtų suformuotas apvalkalas..

Po to, kai vaškas pašalinamas (vaško šalinimas) apdeginamas apvalkalas ir į vaško paliktą ertmę pilamas išlydytas metalas. Kai metalas sukietėja, apvalkalas nuplėšiamas, kad būtų atskleista baigta dalis.

Nors pagrindinis principas yra senas, modernus investicinis liejimas sujungia pažangias apvalkalo sistemas (silicio dioksidas, cirkonio plovikliai), patobulinti rišikliai, ir skaitmeninių modelių gamyba (stereolitografija, medžiagų purškimas) teikti galimybes, kurios yra sudėtingos arba neįmanomos naudojant kitus procesus.

2. Proceso variantai, kurie sustiprina pranašumus

Pagrindinė prarasto vaško liejimo darbo eiga – raštas → daugiasluoksnis keraminis apvalkalas → vaško pašalinimas → perdegimas/išdegimas → pilimas → išpurtymas – visose parduotuvėse yra vienoda..

Tai, kas išskiria šiuolaikinį investicijų liejimą ir išplečia jo pranašumus proceso variantai ir medžiagų ir (arba) metodų deriniai, kurie parenkami taip, kad atitiktų lydinį, dydis, tolerancija ir ekonomika.

Žemiau yra sutelktas, pagrindinių variantų inžinerinio lygio tyrimas, kodėl jie svarbūs, kaip jie keičia pajėgumus, ir praktinių nurodymų, kada naudoti kiekvieną.

Shell sistemos variantai: silicio dioksidas, vandens stiklas, ir hibridai

Silicio dioksidas (koloidinis silicio dioksidas) kriauklės

• Ką: Koloidinis SiO₂ rišiklis sustabdo ugniai atsparų tinką.
• Kodėl tai sustiprina privalumus: suteikia aukščiausios kokybės paviršiaus tikslumą, geras atsparumas šiluminiam smūgiui, didelis pralaidumas ventiliacijai, ir puikus suderinamumas su vakuuminiu arba inertinės atmosferos liejimu ir aukštos temperatūros lydiniais (Ni superlydiniai, Iš).
• Kada naudoti: kritinės erdvės dalys, superlydiniai, titanas (su pirmuoju cirkonio/aliuminio oksido sluoksniu), Medicininiai implantai.
• Tipiškas sviedinių šaudymas: 600–1000 °C (priklauso nuo tinko mišinio ir lydinio).
• Kompromisai: didesnės medžiagų ir perdirbimo sąnaudos; jautrus joniniam užterštumui (koloidinis stabilumas).

Vanduo-stiklas (natrio silikatas) kriauklės

• Ką: Šarminis silikatinis rišiklis (pigiau, senesnės technologijos).
• Kodėl tai padeda: mažesnės medžiagų sąnaudos, tvirtas daugeliui nerūdijančio ir anglinio plieno liejinių; paprastesnis augalų tvarkymas.
• Kada naudoti: mažiau svarbių nerūdijančio ar plieno dalių, didesni liejiniai, kai sąnaudos reikalauja daug pastangų ir nereikia itin smulkios paviršiaus apdailos.
• Apribojimai: prastesnis suderinamumas su vakuumu ir mažesnė reaktyviųjų / aukštos temperatūros lydinių tolerancija; grubesnė paviršiaus apdaila.

Hibridiniai apvalkalai (vidinis silicio dioksido sluoksnis + vandens stiklo išoriniai sluoksniai)

• Ką: derinkite smulkų silicio dioksido ploviklį, kad paviršius būtų apdaila, su pigesniu vandens stiklo išoriniu sluoksniu, kad padidintumėte tūrį.
• Kodėl tai sustiprina privalumus: pasiekiamas sąnaudų ir našumo balansas – smulkus paviršiaus tikslumas ten, kur tai svarbu, sumažintos korpuso sąnaudos ir geresnis valdymas.
• Kada naudoti: vidutinės vertės detalės, kurioms reikalinga gera apdaila, tačiau jos yra jautrios sąnaudoms.

Raštų gamybos variantai: vaškas, margintas vaškas, ir liejamos dervos

Įprasti vaško raštai (įpurškiamas vaškas)

• Kodėl: maža vieneto kaina ir puiki paviršiaus apdaila.
• Geriausia, kai: tūriai pateisina vaško štampus, o dalis galima pakartoti.

3D-printuotas liejamas vaškas / fotopolimeriniai raštai (Sla / DLP / medžiagų purškimas)

• Kodėl tai sustiprina privalumus: pašalina sudėtingus įrankius prototipams ir trumpiems važiavimams, įgalina itin sudėtingą vidinę geometriją, greita iteracija, ir pacientui skirtos medicininės dalys.
• Praktiška: Šiuolaikinės dervos sukurtos taip, kad būtų švariai nuvalytos vaško, o paviršius būtų panašus į injekcinį vašką; modelio kaina vienam gabalui yra didesnė, bet įrankių paruošimo laikas yra beveik nulis.
• Kada naudoti: prototipai, mažos apimties gamyba, konformiški vidiniai praėjimai, pagal topologiją optimizuoti komponentai.

Rašto legiravimas / kelių medžiagų modeliai

• Ką: sukurti vaško mišiniai arba kelių komponentų raštai (palaikančios tirpias šerdis) pagerinti matmenų stabilumą arba supaprastinti šerdies pašalinimą.
• Naudojimo atvejis: tikslios plonos sienos, ilgos plonos dalys arba raštai, kuriems sandėliuojant/tvarkant reikalingas mažas šiluminis iškraipymas.

Pagrindinės technologijos variantai: tirpios šerdys, keraminės šerdys, atspausdintos šerdys

Tirpios polimerinės šerdys (vandenyje tirpios arba vaško šerdys)

• Pranašumas: sukurti sudėtingus vidinius kanalus, kurie vėliau ištirpsta – idealiai tinka aušinimo kanalams arba vidinei hidraulikai be surinkimo.
• Apribojimas: padidina proceso etapus ir tvarkymo sudėtingumą.

Keraminės šerdys (kietas, deginamas segtuvu)

• Pranašumas: puikus matmenų stabilumas esant aukštai liejimo temperatūrai; naudojamas superlydinių turbinų kanalams ir atšiauriems aptarnavimo komponentams.
• Pagrindinis taškas: šerdies medžiaga ir apvalkalas turi būti termochemiškai suderinami, kad būtų išvengta reakcijų.

3D-spausdintos šerdys (rišiklis-jet arba SLA šerdys)

• Kodėl tai sustiprina pranašumus: sukurti vidines geometrijas, kurios yra neįmanomos arba neekonomiškos naudojant įprastus branduolius; sutrumpinti sudėtingų dizainų pristatymo laiką.

Devaško/perdegimo ir atmosferos variantai

Devaškas garais + kontroliuojamas perdegimas (oksiduojantis)

• Tipiškas: plieno ir daugelio lydinių standartas; ekonomiškai efektyvus.
• Rizika: Reaktyvių metalų oksidacija ir anglies surinkimas.

Vakuuminis / inertinės atmosferos perdegimas & vakuuminis lydymas/pilimas

• Kodėl tai sustiprina privalumus: būtini reaktyviesiems lydiniams (titanas) ir siekiant sumažinti oksidaciją / inkliuzus superlydiniuose; sumažina metalo apvalkalo chemines reakcijas ir pagerina švarą.
• Kada nurodyti: titanas, didelio lydinio nikelio dalys, ir vakuumui nepralaidžius komponentus.

Vaško šalinimas slėgiu / autoklave devaškas

• Nauda: išsamesnis vaško pašalinimas sudėtingoms šerdims ir plonesnėms savybėms; sumažina įstrigusio vaško ir dujų išsiskyrimą perdegimo metu.

Sviedinio šaudymas & terminio profiliavimo variantai

Žemos temperatūros deginimas prieš aukštos temperatūros sukepinimą

• Kodėl tai svarbu: aukštesnės temperatūros šaudymas sutankina apvalkalą, padidina minkštėjimo temperatūrą ir pagerina atsparumą šiluminiam smūgiui aukštoje temperatūroje, bet padidina energiją ir laiką.
• Tipiški pasirinkimai: 600–1000 °C silicio dioksido apvalkalams; pritaikyti priklausomai nuo lydinio liejimo temperatūros ir reikalingo pralaidumo.

Valdoma rampa / apsigyvenimo strategijos

• Nauda: sumažinti apvalkalo įtrūkimus, visiškai pašalinti organines medžiagas, ir valdyti apvalkalo pralaidumą. Labai svarbus ploniems apvalkalams ir didelėms sudėtingoms dalims.

3. Geometrinis & Prarasto vaško liejimo dizaino pranašumai

Pagrindinis taškas: Investicinis liejimas leidžia suformuoti formas ir savybes, kurios yra sudėtingos arba neįmanomos naudojant kalimą, apdirbimas, liejimas slėginiu būdu arba liejimas iš smėlio.

• Sudėtinga išorinė geometrija: gilūs įpjovimai, ploni pelekai, Vidinės ertmės, ir vientisus įvores/ribas gali būti išlieti iš vienos dalies.
• Vidiniai praėjimai & konformiškos vidinės savybės: su tirpiomis šerdimis, apvalkalo šerdies technologija arba atspausdintos bėgančios šerdys, sudėtingi vidiniai kanalai (aušinimas, tepimas, Svorio mažinimas) yra įmanomi.
• Laisvė nuo atsiskyrimo linijų ir grimzlės apribojimų: o grimzlės kampai vis tiek padeda pašalinti raštą, puikias savybes galima sukurti su minimalia grimzle, palyginti su daugeliu kitų metodų.
• Ploni skyriai: priklausomai nuo lydinio ir apvalkalo sistemos, Sienelių storis iki ~0,5–1,0 mm yra pasiekiamas mažoms tikslioms detalėms; Įprastoje inžinerinėje praktikoje patikimam veikimui naudojami 1–3 mm.

Dizaino reikšmė: dalys, kurioms kitu atveju reikėtų surinkti kelis komponentus, dažnai gali būti sujungtos į vieną investicinį liejimą, sumažinti surinkimo išlaidas ir galimus nuotėkio kelius.

4. Matmenų tikslumas & Paviršiaus apdailos privalumai

Pamesto vaško liejimas pasirenkamas tiek, kiek ką ji pristato be antrinio darbo kalbant apie jo leidžiamus lydinius.

Du iš aiškiausiai išmatuojamų pranašumų yra griežta matmenų valdymas ir puiki liejimo paviršiaus apdaila.

Tipiški našumo skaičiai

Tai praktiški, parduotuvės lygio asortimentas. Tikslios galimybės priklauso nuo dalies dydžio, lydinys, apvalkalo sistema (silicio dioksidas vs vandens stiklas), modelio kokybė ir liejimo praktika.

Matmenų tolerancija (tipiškas, as-cast):

• ±0,1–0,3 % vardinio matmens tiksliam investiciniam liejiniui (tipiškas inžinerinis tikslas).
• Pavyzdys: už a 100 mm vardinė savybė, tikėtis ±0,1–0,3 mm as-cast.
• Mažesnės savybės / juvelyriniai dirbiniai/tiksliosios dalys: tolerancijos iki ±0,02–0,05 mm galimi su smulkiais raštais ir silicio dioksido apvalkalais.
• Didelės funkcijos (>300 mm): absoliučios leistinos nuokrypos atsipalaiduoja dėl šiluminės masės – tikimasi viršutinio galo % diapazono ar didesnių leidimų.

Pakartojamumas / paleisties variantas:

• Gerai kontroliuojamos liejyklos gali laikyti ±0,05–0,15 % proceso pakartojamumas kritiniuose atskaitos taškuose per daug, kai modelis, korpuso ir krosnies kontrolė yra griežta.

Linijinis susitraukimas (tipinė pašalpa):

• apytiksliai. 1.2–1,8 proc. tiesinis susitraukimas dažniausiai naudojamas plienui ir Ni lydiniams; vertės priklauso nuo lydinio ir rašto medžiagos – liejykla nurodys tikslų įrankių susitraukimą.

Paviršiaus šiurkštumas (kaip vaidino Ra):

• Silicio dioksido apvalkalai (gerai skalbti):≈ 0.6–1.6 µm Ra (geriausia praktiška liejimo apdaila).
• Tipinė silicio dioksido inžinerija:≈ 1.6–3.2 µm Ra bendriesiems inžineriniams apvalkalams.
• Vandens stiklo apvalkalai / grubesnis tinkas:≈ 2.5–8 µm Ra.
• Poliruotas vaškas miršta + Puikus tinkas + atsargus šaudymas: Juvelyrinių dirbinių / optinių dalių apdaila gali būti mažesnė nei mikronų.

Forma & padėties tolerancijos (as-cast):

• Tipinės kritinių savybių padėties tolerancijos (skyles, viršininkai) yra ±0,2–0,5 mm nebent nurodyta apdirbimui.

Kodėl vaško liejimas pasiekia šiuos skaičius

• Tikslumo modelio ištikimybė: įpurškiamas vaškas arba modernios liejamos dervos atkuria įrankių detales su labai mažais paviršiaus nelygumais.
• Puikiai skalbiamas paltas: ugniai atsparus pirmasis sluoksnis (labai smulkios dalelės, dažnai cirkonis arba mažesnis nei 10 µm lydytas silicio dioksidas silicio dioksido tirpale) fiksuoja paviršiaus tekstūrą ir užpildo mikroelementus.
• Plonas, vienodas apvalkalo kontaktas: glaudus apvalkalo ir modelio kontaktas (ir kontroliuojamas apvalkalo standumas) sumažina iškraipymą vaško šalinimo/perdegimo ir liejimo metu.
• Kontroliuojama šiluminė masė: apvalkalai yra ploni, palyginti su smėlio formomis, todėl šiluminiai gradientai paviršiuje yra mažesni, sukuria puikų „šaldymo“ sluoksnį ir mažiau iškraipo mažus bruožus.
• Mažas rašto tvarkymo iškraipymas: Šiuolaikinės vaško formulės ir AM dervos sumažina rašto šliaužimą ir susitraukia prieš gliaudant.

5. Medžiaga & Prarasto vaško liejimo metalurginiai pranašumai

Prarasto vaško liejimas palaiko platų lydinių spektrą su kontroliuojamais metalurginiais rezultatais:

• Lydinių suderinamumas: nerūdijantis plienas, Įrankių plienai, nikelio pagrindo superlydiniai (Inconel, Renė), kobalto lydiniai, titanas (su atitinkamomis dangomis ir vakuuminiu/inertiniu lydymu), Vario lydiniai, ir specialūs nerūdijančio / dvipusio plieno lydiniai.
• Kontroliuojamas kietėjimas & rafinuota mikrostruktūra: plonos apvalkalo sienelės ir glaudus kontaktas su ugniai atspariomis medžiagomis sumažina šiluminius gradientus paviršiuje ir padeda susidaryti smulkioms dendritinėms struktūroms ant paviršiaus (plonesnę odą) ir nuspėjama vidinė mikrostruktūra.
• Švaresnė metalurgija: Investicinis liejimas naudojant šiuolaikines apvalkalo ir lydalo praktikas sumažina įtraukimo įstrigimą, palyginti su tuo. Smėlio liejimas; silicio dioksido apvalkalai ypač sumažina keramikos intarpus.
• Suderinamumas su vakuumu/inertiniu liejimu: būtini reaktyviesiems lydiniams, tokiems kaip titanas ir kai kurie superlydiniai, sumažina oksidaciją ir inkliuzus.
• Lokalus terminio apdorojimo suderinamumas: beveik tinklinės formos dalys gali būti termiškai apdorotos arba HIP padengtos, kad būtų uždarytas liekamasis poringumas ir prireikus homogenizuota struktūra.

Rezultatas: dalys, pasižyminčios aukštomis mechaninėmis savybėmis, nuspėjamas nuovargio gyvenimas (kai kontroliuojamas poringumas), ir geras atsparumas korozijai.

6. Beveik tinklinė forma ir apdirbimo / apdorojimo taupymas (ekonominis pranašumas)

Nes prarasto vaško liejimas tiksliai atkuria galutinę geometriją, dažnai sumažina antrinį apdorojimą:

• Beveik tinklinė forma: minimalios apdirbimo atsargos – dažnai sumažinamas apdirbimo laikas, įrankių susidėvėjimas ir medžiagų laužas.
• Apdirbimo sumažinimas: priklausomai nuo sudėtingumo, apdirbimo operacijos gali būti sumažintos didele dalimi; daugelio komponentų investicinis liejimas gali sutrumpinti apdirbimo valandas 50% ar daugiau, palyginti su visiškai apdirbta dalimi (priklauso nuo atvejo).
• Medžiagų taupymas: apdirbama mažiau ruošinių medžiagų, sumažinti medžiagų sąnaudas ir atliekas (ypač svarbu brangiems lydiniams, tokiems kaip Inconel arba titanas).
• Bendra nuosavybės kaina: vidutiniams ir mažiems sudėtingų formų tūriams, Investicinis liejimas dažnai siūlo mažiausią bendrą kainą (įrankių + vienai daliai + Post apdorojimas).

Ekonominė pastaba: nuostolis vs. liejimas ar kalimas priklauso nuo tūrio, lydinys, sudėtingumas ir tolerancija.

Investicijų liejimas paprastai yra patraukliausias: sudėtinga geometrija, vidutinės ir mažos gamybos apimtys, didelės vertės lydiniai, arba kai beveik tinklinė forma taupo brangų apdirbimą.

7. Maža partija, greita iteracija & įrankių lankstumas (pristatymo laiko pranašumai)

• Mažos apimties pranašumas: įrankių (Vaškas miršta, 3D spausdinti raštai) yra pigesnis ir greitesnis nei sunkūs liejimo įrankiai – patrauklūs prototipams ir mažoms serijoms.
• AM modelio integravimas: 3D-spausdintas liejamas vaško / dervos raštas visiškai pašalina brangių kietų įrankių poreikį, leidžianti atlikti greitą iteraciją ir vienkartinę gamybą.
• Mastelio keitimas gamyba: ta pati darbo eiga aptarnauja atskirus prototipus per tūkstančius dalių, tiesiog keičiant modelio gamybos našumą.
• Sutrumpintas NPI laikas: dizaineriai gali greitai kartoti geometriją ir išbandyti liejinius prototipus, kurie metalurgiškai reprezentuoja gamybos dalis (skirtingai nuo daugelio greito prototipų kūrimo plastikų).

Potekstė: trumpesnis sudėtingų dalių pateikimo į rinką laikas ir įmanoma mažos apimties gamyba be brangių štampų.

8. Naudojimo pranašumai – kur šviečia prarastas vaškas

Prarasto vaško liejimo pranašumai ypač išnaudojami šiose srityse:

• Aviacijos ir kosmoso & Dujų turbinos: ašmenys, mentės, sudėtingi korpusai – kur reikalingi superlydiniai ir tiksli paviršiaus apdaila.
• Medicininiai implantai & instrumentai: titano ir chirurginės nerūdijančio plieno dalys su puikia paviršiaus apdaila ir biologiniu suderinamumu.
• Aliejus & dujos / naftos chemija: atsparus korozijai vožtuvas kūnai, sparnuotojai, sudėtingos jungiamosios detalės.
• Tikslūs siurbliai, turbotechnikos & hidraulika: griežti leistini nuokrypiai ir sudėtingi srauto keliai.
• Papuošalai & dekoratyvinė įranga: aukščiausios kokybės paviršius ir detalės.
• Art & skulptūra: individualūs vienkartiniai su dideliu paviršiaus tikslumu.

9. Aplinkosaugos & Tvarumo privalumai

Investicijų liejimas gali būti aplinkai palankus, palyginti su kai kuriomis alternatyvomis:

• Medžiagos efektyvumas: beveik tinklinė forma sumažina laužą ir apdirbimo atliekas – tai svarbu naudojant vertingus metalus.
• Perdirbimas: vaškas ir ugniai atsparios atliekos gali būti tvarkomos/perdirbamos; metalinės sruogos ir stovai yra perdirbami.
• Energijos pėdsakas mažiems/vidutiniams bėgiams: išvengiama didelio energijos reikalaujančio kalimo arba štampų gamybos mažiems kiekiams.
• Sumažėjusio surinkimo galimybė & susijusio gyvavimo ciklo poveikio: vienetiniai liejiniai pakeičia kelių dalių mazgus, nuleidžiamos tvirtinimo detalės, plombos ir susijusi priežiūra.

10. Apribojimai & Kai investavimas gali būti ne geriausias

Kad būtų subalansuotas: investicijų atranka nėra panacėja.

• Didelis paprastų dalių kiekis: štampavimas arba štampavimas gali būti pigesnis už vieną dalį esant dideliam kiekiui.
• Labai didelės dalys: Smėlio liejimas arba apvalkalo formavimas gali būti ekonomiškesnis.
• Itin plonos į lakštą panašios dalys: štampavimas arba lakštų formavimas yra geresni.
• Kai absoliuti minimali vieneto kaina yra vairuotojas ir griežtų leistinų nuokrypių/paviršiaus apdailos nereikia, paprastesni procesai gali laimėti.

11. Išvada

Pamiršta vaškas (investicija) liejimas suteikia unikalų derinį dizaino laisvė, Tikslumas, medžiagų universalumas ir beveik tinklo formos ekonomiškumas.

Tai pasirinkimas sudėtingos geometrijos atveju, didelės vertės lydiniai, Svarbus dailus paviršiaus apdaila ir griežti leistini nuokrypiai.

Šiuolaikiniai patobulinimai – koloidinio silicio dioksido apvalkalai, vakuuminis išpylimas, priedų modeliavimas – išplėtė proceso aprėptį iki vis reiklesnių programų.

Taikant tinkamą proceso valdymą ir liejimo dizainą, investicijų liejimas užtikrina patikimą, didelio vientisumo dalys, kurios bendromis sistemos sąnaudomis ir našumu dažnai lenkia alternatyvas.

 

DUK

Kokios puikios funkcijos gali būti investuojant?

Galimos smulkios funkcijos iki submilimetrų smulkmenų; praktiniai minimumai priklauso nuo lydinio, apvalkalo sistema ir rašto medžiaga.

Dėl mažų papuošalų / tikslių dalių savybių <0.5 naudojami mm; inžinerinėms dalims, projektuotojai paprastai siekia ≥1 mm, kad užtikrintų tvirtumą.

Kokio paviršiaus apdailos galiu tikėtis?

Tipiškas kaip išlietas Ra yra ~0,6–3,2 µm priklausomai nuo plovimo ir apvalkalo apdailos; silicio dioksidas suteikia geriausią apdailą. Galutinis poliravimas arba apdirbimas gali tai dar labiau pagerinti.

Ar investicinis liejimas tinka titano ir nikelio superlydiniams?

Taip. Naudokite silicio dioksidą ir atitinkamus barjerinius ploviklius (cirkonis) ir vakuuminiai / inertiniai titano ir superlydinių lydalai, siekiant išvengti metalo apvalkalo reakcijų ir oksidacijos.

Kada turėčiau apsvarstyti HIP?

Skirta nuovargiui svarbiems darbams arba kai reikia pašalinti poringumą, Hip (karštas izostatinis presavimas) po liejimo yra standartinis sprendimas vidaus ertmėms uždaryti ir mechaninėms savybėms pagerinti.

Ar investuoti brangu?

Vienos korpuso dalies kaina ir darbo jėga gali būti didesnės nei liejant smėliu, Bet visos išlaidos (įskaitant apdirbimą, surinkimas ir laužas) dažnai yra mažesnis už kompleksą, vidutinio tūrio arba didelės vertės dalys.