Pamesto vaško liejimo procesas

1. Įvadas

Pamiršta vaškas (investicija) liejimas per keraminį apvalkalą paverčia tikslius aukojimo raštus – tradiciškai vašką – į metalines dalis.

Jo pagrindinės stiprybės yra: Puikus paviršiaus apdaila, didelis matmenų tikslumas, ir galimybė lieti sudėtingas geometrijas ir aukštos kokybės lydinius.

Proceso variantai (vaško klasės, apvalkalo chemija ir pagrindiniai metodai) leiskite inžinieriams apsikeisti kaina ir ištikimybe ir pasirinkti maršrutus, tinkančius nerūdijančiam plienui, vario lydiniai, lygintuvai, ir – laikantis ypatingų atsargumo priemonių – titano ir nikelio superlydinius.

2. Pamesto vaško liejimo procesas

Tipiška seka (aukšto lygio):

1. Šablonas: padaryti vašką (arba liejama derva) modelis(s) — vienas gabalas arba medis/krūva.
2. Susirinkimas: pritvirtinkite raštus prie bėgių/vartelių, kad suformuotumėte grupę.
3. Investuoti / apvalkalo konstrukcija: panardinkite agregatą į rišiklio suspensiją + tinkas; pakartokite, kad sukurtumėte apvalkalą.
4. Išgydyti / sausas: gelis ir iš dalies sausi apvalkalai tarp sluoksnių; galutinis džiovinimas.
5. Devaškas: pašalinti vašką (garuoja arba ištirpsta).
6. Perdegimas / šaudymas: rampa deginti organines medžiagas ir stabilizuoti apvalkalą.
7. Supilkite: ištirpinkite ir supilkite metalą į pašildytą apvalkalą.
8. Shakeout & valymas: pašalinti apvalkalą, nupjauti vartai, švarus.
9. Po apdorojimo: terminis gydymas, Hip (Jei reikia), apdirbimas, paviršiaus apdaila, patikrinimas.

3. Rašto medžiagos: žemas-, vidutinė-, ir aukštos temperatūros vaškai

Pastabos & gaires

• Pasirinkite vašką pagal dalies dydį, įrankių tarnavimo laikas ir numatoma apvalkalo / kūrimo seka. Žemos temperatūros vaškas puikiai tinka smulkioms detalėms ir mažam kiekiui, tačiau jis šliaužia ilgais ciklais ar šiltose parduotuvės vietose.
  Vidutinė temperatūra yra inžinerinio liejimo darbo arkliukas. Aukštos temperatūros vaškai (ir inžinerijos modelio polimerai) naudojami ten, kur tvarkymas arba ilgas apvalkalas sukelia iškraipymų riziką.
• Rašto priedai: plastifikatoriai, stabilizatoriai, srautą gerinančios medžiagos ir dažikliai veikia injekcijos elgesį, devaško likučiai ir perdegimo dujų išsiskyrimas – nurodykite liejykloje patvirtintas formules.

4. Rašto gamyba: įrankių, injekcinis vaškas, ir priedų modelius

• Įpurškimo formavimas: Plieniniai/aliuminio štampai vaškui – maža vieneto kaina ir aukšta paviršiaus kokybė. Įrankių sąnaudų skalė priklauso nuo sudėtingumo.
• 3D atspausdinti liejami vaško/dervos raštai: Sla, DLP, medžiagų purškimo arba liejamo vaško spausdintuvai pašalina įrankius prototipams ir mažoms serijoms.
  Šiuolaikinės liejamos dervos švariai nuvalomos ir priartėja prie injekcinio vaško paviršiaus kokybės.
• Raštų medžio ir vartų projektavimas: sutvarkykite raštus ant centrinės spyruoklės, kad būtų galima efektyviai išpilti ir tiekti; įtraukti aukojamus stovus susitraukiantiems pašarams.
  Naudokite modeliavimą didelių grupių vartams ir maitinimo balansui nustatyti.

5. Shell sistemos: Silicio dioksidas, Vanduo-stiklas, ir hibridiniai apvalkalai

Korpuso sistema yra vienintelis svarbiausias kintamasis, lemiantis paviršiaus tikslumą, Šiluminis atsparumas, pralaidumas/vėdinimas, Suderinamumas su vakuumu ir lydinio tinkamumas liejant prarastą vašką.

Šiuolaikinėse parduotuvėse naudojamos trys praktiškos šeimos:

• Silicio dioksidas (koloidinė silicio dioksida) kriauklės - priemoka, didelio tikslumo maršrutas.
• Vanduo-stiklas (natrio silikatas) kriauklės – ekonomiškas, Tvirtas maršrutas didesniems / plieno/geležies apdirbimas.
• Hibridiniai apvalkalai - sujungti baudą, chemiškai atsparus vidinis sluoksnis (silicio dioksidas arba cirkonis) su vandens stiklo išoriniu sluoksniu, kad subalansuotų kainą ir našumą.

Silicio dioksido apvalkalai (koloidinis silicio dioksidas)

Kas tai yra ir kaip tai veikia

Silicio dioksido apvalkaluose naudojami a koloidinė submikronų silicio dioksido dalelių suspensija kaip rišiklis.

Pirmieji sluoksniai (labai gerai skalbti) naudokite koloidą itin smulkiam tinkui, fiksuojančiam detales; vėlesni sluoksniai sukuria storį ir yra sutvirtinami džiovinant ir deginant aukštoje temperatūroje (sukepinimas) kad gamina tankus, stiprios kriauklės.

Pagrindinės charakteristikos:

• Paviršiaus tikslumas: Geriausias prieinamas – kaip dažniausiai Ra ~0,6–3 µm su smulkiu plovimu.
• Šiluminis stabilumas / šaudymas: lukštus galima konsoliduoti adresu 600–1000°C (parduotuvės praktika skiriasi priklausomai nuo tinko). Aukštos temperatūros šaudymas padidina korpuso stiprumą ir atsparumą šiluminiam smūgiui.
• Vakuuminis/inertiškas suderinamumas:puikiai - silicio dioksido apvalkalai yra suderinami su vakuuminiu ir inertinės atmosferos liejimu ir yra įprastas titano pasirinkimas, nikelio ir kobalto superlydiniai.
• Pralaidumo kontrolė: Galima sureguliuoti tinkuojant ir deginant, kad būtų užtikrintas kontroliuojamas vėdinimas ir didelė vertė, sandarūs liejiniai.
• Jautrumas užteršimui:aukštas — koloidų stabilumą pažeidžia joninė tarša (druskos, metalinės baudos) ir organika; srutos ir augalų švara yra labai svarbūs.
• Tipiškas pirmojo sluoksnio tinkas: po 10 µm lydytas silicio dioksidas, cirkonis arba cirkonis reaktyviosioms sąsajoms.
• Tipiški naudojimo atvejai: aerokosminių turbinų komponentai, superlydiniai, vakuuminiu būdu pilamas titanas, Medicininiai implantai, tikslios smulkios detalės.

Vandens stiklo apvalkalai (natrio silikatas)

Kas tai yra ir kaip tai veikia

Vandens stiklo apvalkaluose naudojamas an vandeninis natris (arba kalio) silikato tirpalas kaip rišiklis.

Padengia gelį į silicio dioksidą panašų tinklą CO₂ dujomis arba cheminiais kietikliais (rūgščių druskos), gaminant standų keraminį apvalkalą, kai jis derinamas su rūšiuotu ugniai atspariu tinku.

Pagrindinės charakteristikos:

• Paviršiaus tikslumas: tinka bendrajai inžinerijai – paprastai kaip Ra ~2,5–8 µm priklausomai nuo plovimo ir tinkavimo.
• Šaudymas: paprastai stabilizavosi ties ~400–700°C; apvalkalai nėra sukepinami tokiu mastu kaip silicio dioksido-zolio sistemos.
• Suderinamumas su vakuumu:ribotas — netinka vakuuminiam/inertiniam liejimui arba reaktyviausiems lydiniams.
• Pralaidumas / vėdinimas: paprastai tinka plienui/geležims; pralaidumas paprastai būna stambesnis nei optimizuotų silicio dioksido sluoksnių.
• Kietėjimo būdas:CO₂ dujomis (greitas želėjimas) arba rūgštiniai kietikliai – greiti, tvirtas komplektas parduotuvės aukšte.
• Jautrumas užteršimui: vidutinio sunkumo – joninis užterštumas turi įtakos kietėjimui ir gelio vienodumui, tačiau vandens stiklas paprastai yra tolerantiškesnis nei silicio dioksidas.
• Tipiškas pirmojo sluoksnio tinkas: smulkus lydytas silicio dioksidas; cirkonis gali būti naudojamas siekiant pagerinti paviršiaus apsaugą.
• Tipiški naudojimo atvejai: vožtuvo kūnai, siurblių korpusai, didelės plieno / geležies dalys, Jūrų įranga, bendrieji pramoniniai liejiniai.

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

Kas tai yra ir kaip tai veikia

Bendras ekonominis kompromisas: a aukščiausios kokybės vidinis kailis (silicio dioksido arba cirkonio/cirkonio plovimas) naudojamas pirmiausia norint užfiksuoti detales ir sukurti chemiškai atsparų barjerą, tada vandens stiklo išoriniai sluoksniai yra sukurti taip, kad suteiktų tūrinį stiprumą mažesnėmis sąnaudomis.

Pagrindinės charakteristikos:

• Paviršiaus tikslumas & cheminis barjeras: vidinis silicio dioksidas / cirkonis užtikrina beveik silicio dioksido paviršiaus kokybę ir padeda išvengti metalo ir apvalkalo reakcijų metalo sąsajoje.
• Kaina & tvarkymas: išoriniai vandens stiklo sluoksniai sumažina bendrą silicio dioksido sunaudojimą ir daro apvalkalą tvirtesnį valdymui ir dideliems dydžiams.
• Suderinamumas su vakuumu: patobulintas, palyginti su gryno vandens stiklu (vidinio kailio dėka) bet vis tiek ne tokie idealūs kaip pilno silicio dioksido sluoksnių apvalkalai – naudingi daugeliui nerūdijančio plieno ir kai kurių nikelio lydinių, jei kontroliuojama lydymosi / liejimo atmosfera.
• Tipiniai naudojimo būdai: vožtuvų korpusai su aukštos kokybės sudrėkintais paviršiais, vidutinės vertės turbinų dalys, kur reikalingas tam tikras vakuuminis suderinamumas, programos, kuriose sąnaudos ir našumas turi būti subalansuotos.

6. Pagrindinės technologijos

• Tirpios šerdys (vaško arba polimero šerdys, pagamintos ištirpinti): sukurti vidinius kanalus (aušinimo kanalai); pašalinamas karštu vandeniu arba tirpikliu.
• Rišikliu degintos keraminės šerdys (silicio dioksidas, aliuminio oksidas, cirkonis): stabilus esant aukštoms temperatūroms superlydiniams; reikalingas apvalkalo branduolių suderinamumas.
• 3D-spausdintos šerdys: Bider-jet arba SLA keraminės šerdys leidžia sukurti sudėtingas vidines geometrijas be įrankių.

Kuriant branduolius reikia atsižvelgti į šerdies palaikymą, vėdinimas, šiluminis plėtimasis ir cheminis suderinamumas su išlydytu metalu.

7. Dewaxing, perdegimas & sviedinių šaudymas – praktiniai grafikai ir valdymo taškai

Dewaxing

• Devaškas garais / autoklave: būdingas įprastiems vaško medžiams. Tipinė paviršiaus temperatūra 100–120 °C; ciklas nuo minučių iki valandų, priklausomai nuo vaško tūrio ir medžio dydžio.
• Terminis devaškas / tirpiklio lydalas: naudojamas kai kuriems polimerams – naudokite tirpiklio regeneravimą ir kontrolę.

Perdegimas / perdegimo grafikas (tipiškas inžinerinis pavyzdys)

• Rampa: sulėtinti iki 100–200 °C, kad pašalintumėte drėgmės/vaško likučius (≤3–5 °C/min rekomenduojama storiems apvalkalams, kad nesusidarytų garų pūslės).
• Laikykis 1: 150–250 °C (1–4 valandos) nuvaryti žemai verdančias organines medžiagas.
• Rampa 2: ~3 °C/min iki 350–500 °C.
• Galutinis laikymas: 4–8 valandos 350–700 °C temperatūroje, priklausomai nuo korpuso sistemos ir lydinio. Silicio dioksido apvalkalai gali būti kaitinami iki 600–1000 °C, kad būtų sukepinti / sustiprinti; vandens stiklo korpusai paprastai stabilizuojami 400–700 °C temperatūroje.
• Pagrindiniai valdikliai: rampos greitis, deguonies prieinamumas (vengti pernelyg didelio reaktyvių metalinių korpusų oksidacijos), ir visiškai pašalinti organines medžiagas, kad būtų išvengta dujų išsiskyrimo pilant.

Prieš pilant kevalą pašildykite: korpusą pašildykite iki 200–800 °C, priklausomai nuo lydinio, kad sumažintumėte šiluminį šoką ir pagerintumėte metalo srautą; Pvz., nerūdijančio plieno liejimas paprastai kaitinamas 200–450 °C temperatūroje; superlydiniams reikia daugiau, priklausomai nuo apvalkalo.

8. Pilti: lydymosi praktika, vakuuminiai/inertiniai variantai ir liejimo parametrai

• Lydymosi krosnys: indukcija arba pasipriešinimas; degazavimas/filtravimas ir srautas švarai užtikrinti.
• Dėl temperatūrų (tipiškas):

• • Aliuminio lydiniai: 650–720 °C
  • Vario lydiniai: 1000–1200 °C
  • Plienai: 1450–1650 °C
  • Nikelio superlydiniai: 1400–1600+ °C (priklauso nuo lydinio)

• Vakuuminis ir inertiškas liejimas: privalomas titanui ir labai reaktyviems lydiniams; vakuumas sumažina oksidaciją ir metalo apvalkalo reakcijas.
• Dėl mados: gravitacinis pylimas ir pylimo kaušas iš apačios ir vakuumas – pasirinkite, kad sumažintumėte turbulenciją ir įtrauktas dujas. Norėdami kontroliuoti įtraukimą, naudokite filtrus.

9. Dažniausiai liejamos medžiagos & specialius svarstymus

• Nerūdijantys plienai (300/400, Duplex): gerai tiek su vandens stikline & silicio dioksidas; kontroliuoti apvalkalo pralaidumą ir galutinį pašildymą.
• Anglies & mažai legiruoto plieno, Kariuomenė geležis: puikiai tinka vandens stiklo korpusams; Stebėkite pleiskanojimą ir apvalkalo eroziją esant didelei liejimo energijai.
• Vario lydiniai (bronza, Su mumis): bendras; valdykite perkaitimą, kad išvengtumėte apvalkalo plovimo.
• Aliuminio lydiniai: įmanoma, bet dažnai pigiau naudojant kitus liejimo būdus; užtikrinti vėdinimą/pralaidumą.
• Titanas & Jūs lydiniai: reaktyvus – teikia pirmenybę silicio dioksido apvalkalams, Pirmieji cirkonio/aliuminio sluoksniai, vakuumas tirpsta, ir inertinės atmosferos. Venkite vandens stiklo, nebent naudojami apsauginiai sluoksniai ir specialios kontrolės priemonės.
• Nikelis & kobalto superlydiniai: naudokite silicio dioksido apvalkalus, kur reikia, deginimas aukštoje temperatūroje ir vakuuminis / inertiškas apdorojimas.

10. Tipiškas matmuo, paviršiaus ir tolerancijos galimybės

• Matmenų tolerancija (tipiškas as-cast): ±0,1–0,3 % vardinio matmens (Pvz., ±0,1–0,3 mm 100 mm savybė).
• Paviršiaus apdaila (Ra as-cast): silicio dioksidas ~0,6–3,2 µm; vandens stiklas ~2,5–8 µm.
• Linijinio susitraukimo pašalpa: ~1,2–1,8 % (lydinys & liejykla tiksliai nurodykite).
• Minimalus praktinis sienelės storis: papuošalai/mikro dalys: <0.5 mm; inžinerinės dalys: 1.0-1,5 mm tipiškas; struktūriniai storesni skyriai dažni.
• Pakartojamumas: geros liejybos praktikos duoda ±0,05–0,15 % paleisties iki kritinių duomenų.

11. Dažni defektai, pagrindinės priežastys ir gydymo būdai

12. Procesai po liejimo

• Shakeout & keramikos pašalinimas: mechaniniai ar cheminiai metodai.
• Terminis apdorojimas: gydymas tirpalu, senėjimas (T6), atkaitinimas – priklauso nuo lydinio. Tipinės tirpalo temp: Al lydiniai ~520–540 °C; plienas aukštesnis.
• Karštas izostatinis presavimas (Hip): sumažina nuovargiui jautrių dalių vidinį susitraukimo poringumą; tipiniai HIP ciklai priklauso nuo lydinio (Pvz., 100–200 MPa ir 450–900 °C).
• Apdirbimas & apdaila: kritinės skylės, sandarinimo paviršiai apdirbti iki tolerancijos; poliravimas, pasyvavimas arba padengimas pagal poreikį.
• Ndt & testavimas: hidrostatinis, spaudimas, sandarumo bandymai, Rentgeno / KT, ultragarsinis, skvarbaus dažų, mechaninis bandymas pagal specifikaciją.

13. Proceso valdymas, patikrinimas & kvalifikacija

• Pirkite QC metriką: srutos kietos medžiagos, klampumas, gelio laikas, orkaitės kreivės, devaško rąstai, perdegimo rampos diagramos, išlydyti chemiją ir degazuoti rąstus.
• Kuponų pavyzdžiai: tempiamas, kietumas & metalografijos kuponai, įlieti į sklendes, kad būtų galima reprezentuoti mikrostruktūrą ir mechanines savybes.
• NDT mėginių ėmimas: radiografija ir CT nuskaitymas dėl svarbiausių komponentų; nurodyti poringumo priimtinumo lygius (tūrio % arba maksimalus defekto dydis).
• Statistinių procesų valdymas (SPC): taikyti kritinėms įvestims (nuplauti kietas medžiagas, apvalkalo storis, išlydyti vandenilį) ir išėjimai (matmenų kitimas, poringumas skaičiuojamas).

14. Dažnos klaidingos nuomonės & Paaiškinimai

„Pamesto vaško liejimas skirtas tik didelio tikslumo dalims“

Netiesa. Vandens stiklo pagrindu pagamintas prarasto vaško liejimas yra ekonomiškas vidutinio tikslumo detalėms (±0,3–0,5 mm) - 40% automobilių vaško liejinių naudoti šį variantą.

„Žemos temperatūros vaškas yra prastesnis už vidutinės temperatūros vašką“

Priklauso nuo konteksto. Žemos temperatūros vaškas yra pigesnis ir tinka mažo tikslumo, didelės apimties dalys (Pvz., Aparatūra) — vidutinės temperatūros vaškas reikalingas tik esant griežtesniems nuokrypiams.

„Silicio dioksidas visada yra geresnis už vandens stiklą“

Netiesa. Vandens stiklas yra 50–70 % pigesnis ir greitesnis vidutinio tikslumo reikmėms – silicio dioksido zolis yra pateisinamas tik aerokosminėms/medicininėms dalims, kurioms reikalingas ±0,1 mm nuokrypis.

„Pamesto vaško liejimas turi aukštą laužo kiekį“

Netiesa. Silicio dioksido tirpalo prarasto vaško liejimo atliekos yra 2–5 % (panašus į liejimą) - vandens stiklinė turi 5–10 proc. (vis dar mažesnis nei smėlio liejimo 10–15%).

„Dėl 3D spausdinimo prarastas vaško liejimas tampa nebereikalingas“

Netiesa. AM idealiai tinka prototipams / mažam garsui, bet prarastas vaško liejimas yra 5–10 kartų pigesnis vidutinio ir didelio tūrio atveju (>1,000 dalys) ir tvarko didesnes dalis (iki 500 kg).

15. Išvada

Prarasto vaško liejimo procesas išlieka geriausiu komplekso gamybos metodu, didelio tikslumo metaliniai komponentai.

Kai suporuosite dešinę rašto medžiaga, apvalkalo chemija ir lydymosi/atmosferos praktika su disciplinuota proceso kontrole, vaško liejimas patikimai sukuria dalis, kurios būtų sudėtingos arba neįmanomos kitomis priemonėmis.

Šiuolaikiniai patobulinimai (3D spausdinti raštai, hibridiniai lukštai, vakuuminis liejimas ir HIP) išplėsti procesą įtraukiant naujus lydinius ir pritaikymus, tačiau jie taip pat kelia kruopščios specifikacijos poreikį, bandymai ir kokybės užtikrinimas.

 

DUK

Kokią apvalkalo sistemą turėčiau pasirinkti titanui?

Silicio dioksidas (su pirmuoju cirkonio/aliuminio oksido sluoksniu) + vakuuminis/inertiškas lydymas ir išpylimas. Vandens stiklas paprastai netinka be didelių barjerinių priemonių.

Kokios puikios savybės gali būti naudojant prarastą vaško liejimą?

Savybės <0.5 mm yra galimi (juvelyriniai dirbiniai / preciziškumas); inžinerinėse dalyse siekiama ≥1 mm dėl tvirtumo, nebent tai būtų įrodyta bandymais.

Galiu tikėtis tipiškos paviršiaus apdailos?

Silicio dioksidas: ~0.6–3.2 µm Ra; vandens stiklas: ~2.5–8 µm Ra. Smulkus plovimas ir vaško štampelių poliravimas pagerina apdailą.

Kada rekomenduojama HIP?

Kritiškam nuovargiui, turintis slėgio, arba aviacinės erdvės dalys, kuriose vidinis poringumas turi būti sumažintas – HIP gali žymiai pailginti nuovargio tarnavimo laiką.

Ar galiu naudoti 3D spausdintus raštus vietoj vaško įrankių??

taip — liejamos dervos ir atspausdintas vaškas sumažina prototipų / mažo kiekio įrankių apdorojimo laiką ir sąnaudas. Užtikrinkite, kad būtų patvirtintos dervos devaško savybės ir apvalkalo suderinamumas.