1. Įvadas
Pamestos putplasčio liejimas (LFC) prieš investicijas (Prarastas vaškas) Liejimas (IC) išsiskirti kaip du pagrindiniai beveik tinklinės formos metodai.
Suteikia galimybę gaminti sudėtingus komponentus visuose automobiliuose, aviacijos ir kosmoso, energija, ir medicinos sektoriuose.
Natūralu, pasirinkus tinkamą liejimo būdą, nukenčia ne tik galutinė kokybė, bet ir kaina, švino laikas, ir tvarumą.
Todėl, inžinieriai ir liejyklų vadovai reguliariai įvertina kelis procesus, kad atitiktų dalių sudėtingumą, lydinio reikalavimai, ir gamybos apimtis.
Šiandien, pramonė reikalauja griežtesnių leistinų nuokrypių, smulkesnė paviršiaus apdaila, ir sudėtingesnės geometrijos leidžia nuodugniai palyginti prarastą putplasčio liejimą ir investicinį liejimą laiku ir vertingu.
2. Kas yra pamestos putplasčio liejimas (LFC)?
Pamestos putplasčio liejimas naudojamas naudojamas putų polistirenas (EPS) putplasčio raštai, pagaminti naudojant CNC apdirbimą, lipdymas, arba 3D spausdinimas.
Kai operatoriai surenka šiuos modelius į grupes ir įterpia juos į laisvus, nesurištas smėlis, jie pila išlydytą metalą – paprastai aliuminį arba kaliojo ketaus – tiesiai ant putų.
Šiluma išgarina putas, kuris išbėga per smėlį, o metalas akimirksniu užpildo ertmę.
Dėl to, LFC gamina didelius, vienetiniai liejiniai su minimaliais grimzlės kampais, nėra atskirų branduolių, ir geometrinė laisvė, kuriai neprilygsta tradicinis smėlio liejimas.
3. Kas yra Investavimas (Prarastas vaškas) Liejimas (IC)?
Investicijų liejimas, dažnai žinomas kaip prarasto vaško liejimas, prasideda preciziškais vaško raštais, sukurtais įpurškiant išlydytą vašką į metalinius štampus.
Operatoriai šiuos modelius „suaugina“., tada pastatykite keraminį apvalkalą, kelis kartus panardindami į ugniai atsparią srutą (silicio dioksidas smulkioms detalėms arba vandens stiklas taupymui) ir vėlesni tinkuoti paltai.
Po vaško pašalinimo val 150 °C ir aukštos temperatūros perdegimas 600–900 °C temperatūroje, jie pila iš anksto pašildytą metalą, įskaitant nerūdijantį plieną, superlydiniai, ir titano – į įkaitintą apvalkalą.
Pagaliau, jie pašalina keraminę formą, kad atskleistų detales, kurių nuokrypiai yra griežti (±0,1–0,3 mm) ir aukščiausios kokybės paviršiaus apdaila (Ra 0.8–3.2 µm).
4. Proceso pagrindai
Pamestos putplasčio liejimas
- Modelio kūrimas: Pagaminkite EPS formas per 1–4 valandas vienai daliai naudojant CNC arba priedus.
- Klasterio surinkimas: Pritvirtinkite iki 20 putplasčio raštai vienai vartų galvutei, kad būtų padidintas pralaidumas.
- Smėlio užpildymas: Kompaktiškas nesurištas silicio dioksido smėlis, kurio santykinis tankis 85–90%., užtikrinant vienodą atramą.
- Pilti & Garinimas: Supilkite išlydytą metalą ties 660 ° C. (aliuminis) arba 1,400 ° C. (lygintuvas), išgaruoja putos ir sukietėja per 30–60 sekundžių.
Investicijų liejimas
- Vaško rašto įpurškimas: Ciklo laikas 20–30 sekundžių vienam modeliui, todėl matmenų pakartojamumas yra ±0,05 mm.
- Korpuso pastatas: Užtepkite 8–12 keraminių srutų ir tinko sluoksnių per 2–4 dienas silicio dioksidui, arba 24–48 valandas su vandens stikline.
- Devaškas & Perdegimas: Pašalinkite vašką garų autoklavuose; pereiti prie perdegimo temperatūros 1–2 °C/min., kad būtų išvengta apvalkalo įtrūkimų.
- Metalo liejimas: Supilkite superlydinius iki 1,550 °C vakuume arba išcentriniu būdu padeda sumažinti turbulenciją ir poringumą.
5. Medžiagos & Lydinių suderinamumas
Prarastos putų liejimo lydiniai
- Aliuminio lydiniai: Liejyklos dažniausiai naudoja Al-Si sistemas (Pvz., A356, A380).
Šie lydiniai tirpsta tarp 580 °C ir 615 ° C., užtikrina gerą sklandumą ir lengvą stiprumą (tempiamasis stipris 200–300 MPa). - Kariuomenė geležis: 65–45–12 klasės (65 UTS veiksmas, 45 ksi YS, 12% pailgėjimas) išlieka populiarūs siurblių korpusams ir išmetimo kolektoriams. Lydymosi temperatūra svyruoja aplink 1,370 - 1,420 ° C..
- Žemo lydinio plienai: Tam tikri angliniai ir Cr-Mo plienai (Pvz., 4140, 4340) tinka LFC, kai kietumas viršija ypatingą atsparumą korozijai; jie sukietėja aplinkui 1,450 - 1,500 ° C..
Kadangi prarastas putų liejimas išgarina putų raštus, jis gali generuoti iš angliavandenilių gautas dujas.
Todėl, liejyklos turi įgyvendinti Degazavimas metodai, tokie kaip inertinių dujų burbuliavimas, siekiant sumažinti poringumą.
Be to, LFC smėlio aplinkoje dažnai susidaro stulpinės grūdelių struktūros, kurios gali padidinti krypties stiprumą, tačiau gali prireikti terminio apdorojimo, kad patobulintų mikrostruktūrą.
Investiciniai liejimo lydiniai
- Austenitinis Nerūdijantis plienas: Tokie pažymiai kaip 304, 316L, ir 17-4 PH tempiamasis stipris yra 500–1 200 MPa ir puikus atsparumas korozijai, su lydymosi intervalais tarp 1,370 °C ir 1,450 ° C..
- Nikelio pagrindo superlydiniai: Inconel 718 ir 625 dirbti aukštesnėje temperatūroje 700 ° C.; jie išlaiko didesnį našumo stiprumą 800 MPa ir 650 ° C..
Jų lydymosi temperatūra viršija 1,350 ° C., ir jiems reikia pilti vakuumą arba inertines dujas, kad būtų galima kontroliuoti oksidaciją. - Titano lydiniai: Ti-6Al-4v (Pažymys 5) aptarnauja aviacijos ir biomedicinos rinkas; jo 1,660 °C lydymosi temperatūra ir didelis afinitetas liejant deguonies poreikį kontroliuojamoje atmosferoje.
- Bronza & Vario Lydiniai: Fosforinė bronza ir didelio laidumo varis gerai liejami investavimo procesuose, kurių tempiamasis stipris yra 300–500 MPa.
Kadangi investicinis liejimas naudoja a keraminis apvalkalas, jis slopina dujų įstrigimą ir išleidimą smulkūs lygiašiai grūdai, lemiantis puikų mechaninį homogeniškumą.
Be to, inertiška apvalkalo prigimtis neleidžia atsirasti metalo ir pelėsio reakcijoms, paviršiaus vientisumo išsaugojimas.
Tačiau, liejyklos turi kruopščiai suderinti korpuso šiluminį plėtimąsi su lydinio susitraukimu, kad išvengtų įtrūkimų ar karštų plyšimų.
6. Matmenų tikslumas & Paviršiaus apdaila
| Metrika | Pamestos putplasčio liejimas | Investicijų liejimas |
|---|---|---|
| Matmenų Tolerancija | ±0,5–1,0 mm | ±0,1–0,3 mm |
| Paviršiaus šiurkštumas (Ra) | 3.2–6,3 µm | 0.8–3,2 µm |
| Apdirbimo pašalpa | 1.5– 3 mm | 0.5– 1,5 mm |
| Minimalus sienos storis | ~2,5 mm | ~1,0 mm |
7. Dizaino laisvė & Sudėtingumas
Kalbant apie ambicingų dizainų pavertimą realybe, tiek Lost Foam Casting (LFC) ir investicijų liejimas (IC) pasiūlyti unikalių pranašumų.
Tačiau, jų stipriosios pusės skiriasi tokiais būdais, kurie tiesiogiai veikia dalies sudėtingumą, įrankių strategija, ir bendra kaina.
Pamestas putų liejimas – didelio masto sudėtingumas
- Numušimai & Tuščiaviduriai skyriai: Kadangi EPS putų raštas visiškai išgaruoja, LFC rankenos įpjovimus, Vidinės ertmės, ir šerdies išpjovimas be atskirų įdėklų.
Pavyzdžiui, automobilio išmetimo kolektoriaus svėrimas 10 kg gali integruoti sudėtingus srauto kanalus vienu užpylimu, sumažinant surinkimo išlaidas 15 %.
- Minimalūs grimzlės kampai: Dizaineriai gali nurodyti net 0,5° grimzlės kampą, lyginant su 2–3°, dažnai reikalingu liejant smėlį.
Dėl to, sienos tokios plonos kaip 2.5 mm lieka įmanoma dalims iki 1.8 m ilgio. - Greita iteracija: Putplasčio raštai kainuoja 100–300 USD už vienetą ir apsiverčia per kelias valandas naudojant CNC arba 3D spausdinimą, kūrimo metu įgalinant 3–5 dizaino kilpas per savaitę.
Investicinis liejimas – smulkus detalių tikslumas
- Plonos sienos & Sudėtingos savybės: Investicinis liejimas patikimai gamina sienelių storį iki 1 mm ir filė spinduliai pagal 0.5 mm.
Orlaivių degalų purkštukai, pavyzdžiui, dažnai įtraukti 12 vidiniai aušinimo kanalai tiesiog 0.8 mm skersmens – funkcijos neįmanomos naudojant kitus metodus. - Aukštas modelio atkuriamumas: Vaškiniai štampai užtikrina ±0,05 mm matmenų pakartojamumą, o paviršiaus apdaila yra lygi kaip Ra 0.8 µm. Šis tikslumas iki apdirbimo sumažina iki 50%.
- Daugiakomponentiniai medžiai: Kartu „medžiodami“ dešimtis raštų, liejyklos pasiekia didelį našumą mažose, sudėtingos dalys – idealiai tinka medicininiams implantams arba tiksliųjų pavarų korpusams.
8. Ekonominė analizė
- Įrankių išlaidos: Pamestų putplasčio liejimo putų modeliai svyruoja nuo 100 iki 300 USD; investicinės liejimo plieno štampos kainuoja 15 000–60 000 USD, plius 3–8 USD/kg keraminės medžiagos.
- Vieneto kaina vs. Apimtis: At 5,000 dalių per metus (aliuminis), pamestas putplasčio liejimo blokas kainavo ~22$; investicinio liejimo nerūdijančios detalės kainuoja ~120$. At 20,000 vienetų, LFC nukrenta iki $15, o IC patenka į $95 per štampų amortizaciją.
- Ciklo laikas: LFC smėlio užpildymo ir išpylimo ciklas baigiamas 30 minučių; IC reikia mažiausiai 48 valandos apvalkalo statybai ir perdegimui.
- Derlius & Laužas: LFC laužas važiuoja 5–10 proc., pirmiausia dėl putplasčio defektų; IC laužas lieka po 5%, dėl tvirtos apvalkalo kokybės.
9. Kokybės kontrolė & Defektai
Norint užtikrinti lietinių komponentų vientisumą, reikalinga griežta kokybės kontrolė (QC) protokolus ir proceso specifinių defektų mechanizmų supratimą.
Pamestos putplasčio liejimas (LFC) ir investicijų liejimas (IC) kiekvienas turi skirtingus gedimo būdus,
todėl liejyklos turi atitinkamai pritaikyti tikrinimo metodus ir sušvelninimo strategijas.
Dažni prarasto putplasčio liejimo defektai
Dujų poringumas
- Priežastis: Nevisiškai išgaravus EPS putoms arba smėlyje esanti drėgmei, susidaro vandenilis ir anglies dujos.
- Poveikis: Sferinės tuštumos iki 3 mm skersmens gali sumažinti tempimo stiprumą net iki 20 %.
- Švelninimas: Iš anksto išdžiovinti modeliai adresu 60 °C už 2 valandos; Įdiekite vakuumines degazavimo sistemas, kad ištirpusių dujų lygis būtų mažesnis 0.1 cm³/100 g metalo.
Smėlio erozija
- Priežastis: Didelio greičio metalo patekimas į laisvai sutankintą smėlį sutrikdo pelėsių paviršių.
- Poveikis: Paviršiaus dėmės ir pelekai, kuriems reikia iki 1.5 mm apdirbimo pašalpa.
- Švelninimas: Padidinkite smėlio tankinimą iki 90% santykinis tankis; naudokite grūdėtą silicio smėlį (0.2– 0,4 mm) geresniam pelėsių stabilumui.
Neužbaigtas užpildymas (Misruns)
- Priežastis: Greitas aušinimas aplink didelius skerspjūvius arba šaltas vartų vietas.
- Poveikis: Lokalios susitraukimo ertmės, kurios kenkia dalies funkcionalumui.
- Švelninimas: Optimizuokite užtvarų dizainą naudodami šiluminį modeliavimą; palaikyti pylimo temperatūrą ±10 °C nuo lydinio likvidumo.
Dažni investicijų liejimo trūkumai
Lukšto įtrūkimas
- Priežastis: Diferencinis šiluminis plėtimasis tarp keramikos sluoksnių vaško pašalinimo arba perdegimo ciklų metu.
- Poveikis: Įtrūkimai platesni nei 0.2 mm leidžia metalui nutekėti, vedantis prie nuskilusių kraštų arba visos dalies laužo.
- Švelninimas: Kontroliuokite apvalkalo sluoksnio storį (6Iš viso – 8 mm) ir rampos šildymas esant ≤ 2 °C/min perdegimo metu, kad būtų sumažintas šiluminis šokas.
Inkliuzai ir šlako įstrigimas
- Priežastis: Netinkamas lydalo tobulinimas arba keraminių filtrų nebuvimas.
- Poveikis: Nemetaliniai intarpai (0.1– 0,5 mm) veikia kaip streso koncentratoriai, sumažinti nuovargio gyvenimą iki 30 %.
- Švelninimas: Sumontuokite keraminius putplasčio filtrus (10– 20 porų colyje) ir atlikite argono gaubto degazavimą, kad sumažintumėte intarpų skaičių žemiau 2 dalelių/cm².
Poringumas ir pūslių susidarymas
- Priežastis: Įstrigusios dujos sukietėjusiame apvalkale arba drėgmė ugniai atspariame tinke.
- Poveikis: Požeminės pūslės, dėl kurių susidaro slėgio ribinių komponentų nuotėkio takai.
- Švelninimas: Sauso apvalkalo mazgai adresu 150 °C už 4 valandos; užtikrinti, kad srutų kietųjų dalelių kiekis išliktų didesnis 70 masės % pralaidumui sumažinti.
Patikrinimo ir testavimo protokolai
Defektams aptikti ir kiekybiškai įvertinti, liejyklos taiko neardomųjų ir ardomųjų bandymų derinį:
| Metodas | Aprėptis | Jautrumas |
|---|---|---|
| Radiografinis bandymas (Rt) | Vidinės tuštumos, intarpai | ≥ 0.5 mm defektai 10 mm plieno |
| Ultragarsinis bandymas (UT) | Vidiniai įtrūkimai ir poringumas | ≥ 0.3 mm plokštuminiai defektai |
| Dažų skvarbių bandymų (Pt) | Paviršių lūžtantys įtrūkimai | ≥ 0.1 mm įtrūkimai |
| Magnetinė dalelė (MT) | Geležies lydinių arti paviršiaus įtrūkimai | ≥ 0.2 mm nenutrūkstamumas |
| Metalografija | Mikrostruktūra, karbido krituliai | Grūdelių dydis ASTM 5–8, ferito kiekis |
10. Paraiškos & Pramonės atvejų analizė
- Automobiliai (LFC): Pasaulinis OĮG praneša 18% lengvesni įsiurbimo kolektoriai ir 12% sutaupyti sąnaudų naudojant aliuminio liejimą iš putplasčio, palyginti su tradiciniu liejimu.
- Aviacijos ir kosmoso (IC): Pirmaujantys variklių gamintojai gamina per 50,000 Inconel 718 kuro purkštukų kasmet, pasiekti ±0,1 mm leistinus nuokrypius ir sumažinti perdirbimo poreikį 40%.
- Energija & Aliejus & Dujos: Siurblio sparnuotės, skirtos jūros vandens tiekimui, naudoja IC 316L, kad būtų atsparios chlorido poveikiui, pailginant vidutinį laiką tarp gedimų (MTBF) pateikė 30%.
- Atsirandantys laukai: Hibridiniai metodai – IC naudojami 3D spausdinti putplasčio raštai – leidžia mikro lieti titano ortopedinius implantus, kurių sienelių storis yra mažesnis nei 0.7 mm.
11. Lost Foam Casting ir Lost Wax Casting skirtumai
| Kriterijus | Pamestos putplasčio liejimas | Investicijų liejimas |
|---|---|---|
| Lydinių asortimentas | Al, Kariuomenė geležis, mažai legiruoto plieno | Nerūdijantys plienai, superlydiniai, titanas, bronza |
| Tolerancija | ±0,5–1,0 mm | ±0,1–0,3 mm |
| Paviršiaus apdaila | Ra 3.2–6.3 µm | Ra 0.8–3.2 µm |
| Įrankių kaina | $100– 300 USD už modelį | $15,000– 60 000 USD dienpinigių |
| Ciklo laikas | 30 min per už | 48-72 h korpuso statyba + perdegimas |
Derlius |
90–95 proc. | 95–98 proc. |
| Maksimalus dalies dydis | Iki 2 m | Paprastai ≤ 1 m |
| Minimalus sienelės storis | ~2,5 mm | ~1,0 mm |
| Tūrio tinkamumas | Nuo vidutinio iki aukšto (> 5k/metus) | Žemas ar vidutinis (< 20k/metus) |
| Poveikis aplinkai | LOJ, putplasčio atliekos | CO₂, keraminių lukštų atliekos |
| Tipiškos programos | Automobilių kolektoriai, Variklio blokai | Orlaivių erdvės purkštukai, Medicininiai implantai |
12. Atrankos kriterijai & Sprendimų sistema
Galima rinktis tarp prarasto putplasčio liejimo (LFC) ir investicijų liejimas (IC), vadovaukitės šiomis gairėmis:
- Dalies geometrija & Dydis: Naudokite LFC dideliems, paprastos formos; pasirinkite IC, kad būtų sumažintas, sudėtingi komponentai.
- Lydinio reikalavimai: Taikyti LFC aliuminio arba geležies lydiniams; rinkitės investicinį liejimą, kai iš nerūdijančio plieno, Superalkojus, arba titano eksploatacinės savybės.
- Gamybos apimtis: Pirmenybę teikite LFC už važiavimus aukščiau 5,000 vienetų kasmet; sverto IC specializuotiems, mažesnės apimties dalys (< 20,000 vienetų).
- Tolerancija & Baigti poreikius: Pasirinkite IC, kai leidžiamosios nuokrypos yra mažesnės nei ±0,3 mm, o Ra yra mažesnės nei ± 0,3 mm 3 µm.
- Kaina & Pristatymo laikas: Subalansuokite greitą LFC apyvartą ir mažas įrankių sąnaudas su išskirtiniu IC tikslumu ir medžiagų universalumu.
13. Išvada
Apibendrinant, tiek Pamestos putplasčio liejimas vs Investicijų liejimas suteikia beveik neto formos pranašumus ir skirtingas stipriąsias puses.
Pamestų putų liejimas leidžia greitai sukurti raštą, mažos įrankių sąnaudos, ir didelio masto pajėgumai,
o investicinis liejimas užtikrina didžiausią tikslumą, Išskirtinis paviršiaus apdaila, ir platus lydinių suderinamumas.
Atidžiai įvertinus dalių sudėtingumą, materialiniai reikalavimai, apimties reikalavimai, ir kokybės tikslai,
gamintojai gali drąsiai pasirinkti optimalų liejimo metodą, užtikrindami ekonomišką didelio našumo komponentų gamybą šiandieninėje konkurencinėje aplinkoje..
At Tai, Džiaugiamės galėdami aptarti jūsų projektą projektavimo proceso pradžioje, kad užtikrintume, jog pasirinktas visas lydinys ar taikomas gydymas po kaupimo, Rezultatas atitiks jūsų mechanines ir našumo specifikacijas.
Aptarti jūsų reikalavimus, el. Paštas [email protected].
DUK: Lost Foam Casting vs Investment Casting
Kokie yra pagrindiniai Lost Foam Casting ir Investment Casting skirtumai?
Pamestos putplasčio liejimas (LFC) naudoja EPS putplasčio raštus, įterptus į nesurištą smėlį; išlydytas metalas išgarina putas ir užpildo ertmę.
Investicijų liejimas (IC) naudojami vaško raštai, padengti keraminiu apvalkalu; prieš liejant metalą vaškas nuvaškuojamas ir apvalkalas išdeginamas.
LFC tinka dideliems, paprastesnių formų ir aliuminio ar geležies lydinių, kol IC išsiskiria sudėtingumu, plonasienės dalys ir platesnis lydinių asortimentas.
Kuris procesas siūlo griežtesnius matmenų nuokrypius?
Dėl standžių keraminių formų ir tikslių vaško įrankių, investicinis liejimas užtikrina mažesnius leistinus nuokrypius – paprastai ±0,1–0,3 mm..
Pamesto putplasčio liejimas paprastai turi ±0,5–1,0 mm leistinus nuokrypius, tinka ne tokiems kritiškiems priepuoliams.
Kaip lyginama paviršiaus apdaila?
IC dalys pasiekia Ra 0,8–3,2 µm apdailą tiesiai iš formos, dažnai reikia tik lengvo poliravimo.
LFC paviršiai yra šiurkštesni – Ra 3,2–6,3 µm, todėl juos reikia apdirbti plačiau.
Kokius lydinius galima išlieti kiekvienu būdu?
LFC paprastai tvarko aliuminį (A356, A380), Kariuomenė geležis, ir pasirinkti mažai legiruotą plieną.
IC tinka nerūdijančiam plienui, nikelio pagrindo superlydiniai (Pvz., Inconel 718), titano lydiniai, ir bronzos, todėl idealiai tinka didelio našumo programoms.
Kuris procesas yra ekonomiškesnis?
Vidutinio ir didelio kiekio paprastesniems lydiniams (Pvz., aliuminio kolektoriai), LFC siūlo mažesnes įrankių kainas ($100– 300 USD už putplasčio modelį) ir greitas ciklo laikas.
ICdidesnės išankstinės štampavimo išlaidos ($15,000– 60 000 USD) pateisina save maža apimtimi, didelio tikslumo važiavimai arba naudojant aukščiausios kokybės lydinius.
Kuris procesas yra greitesnis?
LFC pristatymo laikas paprastai trunka 1–3 dienas nuo modelio iki pagamintos dalies, dėl greito putplasčio modeliavimo ir vieno etapo išpylimo.
IC korpuso statybai reikia 4–7 dienų, devaško, perdegimas, ir pilant, todėl jis geriau tinka suplanuotoms gamybos serijoms.
Ar galiu pagaminti didelius liejinius šiais metodais?
LFC gali tvarkyti dalis iki 2 m matmenų ir kelių šimtų kilogramų svorio.
IC dažniausiai kepurės aplink 1 m ir 50–100 kg vienai daliai, dėl apvalkalo stiprumo ir perdegimo apribojimų.
Kaip pasirinkti tarp LFC ir IC?
Apsvarstykite dalies sudėtingumą (smulkios detalės teikia pirmenybę IC), lydinio reikalavimai (aukščiausios kokybės lydiniai teikia pirmenybę IC), apimtis (dideli kiekiai palankūs LFC),
tolerancijos ir apdailos poreikiai (griežčiausios specifikacijos teikia pirmenybę IC), ir įrankių biudžetas (maža kaina teikia pirmenybę LFC).
