Vandens stiklo investicinis liejimas (taip pat žinomas kaip natrio silikato liejimas) yra prarasto vaško liejimo forma, kurios keramikos apvalkale naudojamas vandenyje tirpus natrio silikato rišiklis.
Kaip vienas iš dviejų pagrindinių investavimo metodų (kitas yra silicio dioksidas), tai užtikrina tikslumo ir ekonomiškumo balansą.
Kilęs iš tradicinių prarasto vaško metodų Azijoje ir Europoje, vandens stiklo liejimas įgijo pramoninę trauką XX amžiuje, kai liejyklos ieškojo pigesnės alternatyvos koloidinio silicio dioksido procesams.
Naudojant įprastas medžiagas (kvarcinis arba kvarcinis smėlis su šarminiais silikatiniais rišikliais), šis procesas puikiai tinka vidutinio tikslumo, didelio sudėtingumo dalys, kur biudžetas yra mažesnis.
Įprasti vandens stiklo liejiniai svyruoja nuo kelių šimtų gramų iki 150 kg, kurių didžiausi matmenys apie 1 m, todėl idealiai tinka didesniems, sąnaudoms jautrūs komponentai.
Kas yra vandens stiklo investicinis liejimas?
Vandens stiklo liejimas yra tikslios investicijos variantas (Pamiršta vaškas) liejimas kuriame natrio silikatas ("vandens stiklas") tarnauja kaip keraminis rišiklis.
Praktiškai, vaškas (arba plastiko) daromi raštai ir surenkami į medį.
Šablonai kartojami padengtas smulkių ugniai atsparių dalelių, surištų natrio silikato tirpale, srutoje, tada padengiamas vis stambesniais tinko sluoksniais, kad būtų sukurtas apvalkalas.
Kai apvalkalas išgydomas, vaškas ištirpsta arba išvirsta, paliekant tuščiavidurę pelėsio ertmę. Išlydytas metalas (dažniausiai iš plieno arba geležies lydinių) pilamas į šį keraminį apvalkalą.
Po sukietėjimo, apvalkalas nulaužtas, kad būtų atskleista išlieta dalis. Trumpai tariant, Vandens stiklo liejimas „investuoja“ vaško meistrą į natrio silikato pagrindu pagamintą keramiką, kad suformuotų formą.
Palyginti su silicio-solio liejimu (kuriame naudojamas koloidinis silicio dioksidas ir cirkonio pagrindo smėlis), vandens stiklo metodas pakeičia tam tikrą paviršiaus kokybę už mažesnes medžiagų sąnaudas ir paprastesnį apdorojimą.
Kodėl verta naudoti vandens stiklą?
Vandens stiklo liejimas yra populiarus, nes sumažina išlaidas ir apdorojimą palyginti su kitais tikslumo metodais.
Natrio silikato rišiklis ir įprastiniai silikatiniai smėliai yra nebrangūs ir lengvai tvarkomi, todėl įrankiai ir medžiagos kainuoja daug pigiau nei koloidinio silicio dioksido lukštai.
Pavyzdžiui, vandens stiklo sistemos leidžia išvengti didelių silicio dioksido ir specialaus smėlio išlaidų, duoda mažesnes investicijų išlaidas vienai daliai.
Procesas taip pat pašalina daug antrinių operacijų: dalys išeina beveik tinklinės formos (dažnai reikia mažai suvirinimo ar apdirbimo).
Praktiškai, vandens stiklo liejiniai gali užfiksuoti labai sudėtingas geometrijas (su įpjovomis ir plonais tinklais) be šerdžių, supaprastinantis dizainą.
Pramonės šaltinių teigimu, vandens-stiklo liejimo pasiūlymai „Sudėtingas dizainas be grimzlės kampų“ ir „Didesnis tikslumas, palyginti su smėlio liejimu“,
vengiant brangių branduolių, Pelėsiai, arba suvirinimo siūlai, kurių reikia daugeliui didelių smėlio liejimo dalių.
Šis lankstumas daro jį patraukliu mažos ir vidutinės gamybos serijos kur įrankių sąnaudos turi būti sumažintos iki minimumo.
Tuo pačiu metu, paprastai yra vandens stiklo dalys tikslesnis nei smėlio liejimas.
Tipiniai matmenų nuokrypiai yra ISO CT6-CT9 diapazone, maždaug atitinkančias smulkaus smėlio liejimo tolerancijos klases arba žemesnės klasės investicinio liejimo klases.
Paviršiaus apdaila yra atitinkamai vidutinė: įsakymu Ra ~6–12 μm (Jie yra 250–500 μt),
geriau nei žaliojo smėlio liejiniai, bet šiurkštesni už silicio dioksido liejinius.
Trumpai tariant, Vandens stiklo liejimas pasirenkamas tada, kai reikia sudėtingų formų ir sumažinto antrinio vaško liejimo darbų.,
tačiau dėl mažesnio biudžeto ar didesnio dydžio brangesnis silicio dioksido procesas yra nepraktiškas.
Proceso apžvalga
Vandens stiklo liejimas atliekamas pagal bendrą prarasto vaško procedūrą su keliais pelėsių medžiagų skirtumais:
Vaško raštas ir medžio surinkimas.
Gaminamas pagrindinis modelis (liejimo būdu, 3D spausdinimas, arba skulptūra rankomis) ir, jei reikia, pagamintas šablonas / forma.
Iš šio meistro sukurtos detalės vaško kopijos. Tada yra keli vaško raštai sumontuotas ant bendros sruogos (formuoti "medį") naudojant vaško vartus ir tiektuvus.
Šis vaško spiečius suformuos daug liejinių vienu išpylimu. Vaško paviršiai „aprengiami“, kad būtų pašalintos siūlės ar defektai, kiekvienam modeliui suteikiant spygliuotą apdailą.
Korpuso pastatas (Keraminė danga).
Vaško rinkinys pakartotinai panardinamas į ugniai atsparią labai smulkaus smėlio arba cirkonio miltų suspensiją, suspenduotą praskiestame natrio silikato tirpale..
Kiekvienas panardinimas padengia vašką plonu keramikos sluoksniu (dažnai 0,5–1 mm) prieš tinkuojant stambesniu smėliu.
Nusausinus srutų perteklių, a tinko sluoksnis (didesnės kvarco smėlio granulės) yra naudojamas pilant arba verdančiojo sluoksnio sluoksniu, kad sukibtų su lipnia suspensija.
Tada klasteriui leidžiama sukietėti (dažnai džiovinami ore arba vytinami žemoje temperatūroje). Šis kailio džiovinimo ciklas paprastai kartojamas 4– 7 kartus pasiekti reikiamą apvalkalo storį (paprastai iš viso 5–15 mm).
Šios sekos metu, vėlesniuose sluoksniuose naudojami šiurkštesni, o kartais ir kitokie ugniai atsparūs dažai (pvz. smulkaus silicio dioksido pirmieji sluoksniai detalėms, grubus kvarcinis smėlis pagrindiniuose sluoksniuose) maksimaliai padidinti stiprumą ir pralaidumą.
Vandens stiklo procesuose, kvarcinis/lydyto silicio smėlis ir aliuminio silikatai yra įprasti ugniai atsparūs gaminiai. Galiausiai visas apvalkalas kruopščiai išdžiovinamas (kartais orkaitėse, kuriose reguliuojama drėgmė) pašalinti drėgmę.
Vaškavimas ir deginimas.
Sukietėjęs keraminis apvalkalas yra nuvaškuotas lydantis vašką iš formos.
Skirtingai nuo silicio dioksido lukštų (kurios paprastai išdegina vašką degimo krosnyje arba liepsna), dažnai būna vandens stiklo kriauklių panardintas į karštą vandenį arba veikiami garais, kad ištirptų vaškas.
Tikslas yra greitai išvalyti vašką, sumažinant apvalkalo įtampą (natrio silikato apvalkalai yra kietesni, kai šalta).
Po vaško pašalinimo, apvalkalas yra atleistas (sukepintas) aukštoje temperatūroje (dažnai 800–1000 °C) sustiprinti keramiką ir išdeginti likusias organines medžiagas.
Tai taip pat sukelia natrio silikato rišiklio sukepinimą ir iš dalies stiklėjimą, formuojantis standus, dujoms pralaidi forma.
Metalo liejimas.
Išlydytas metalas supilamas į iš anksto pašildytą apvalkalą įprastu būdu. Kadangi vandens stiklo korpusuose naudojamas įprastas silicio dioksidas, jų šiluminė talpa ir šilumos laidumas yra panašūs į smėlio formas.
Korpusas palaiko metalą iki sukietėjimo (su minimaliomis susitraukimo ertmėmis, jei naudojami stovai).
Apvalkalo pašalinimas ir apdaila.
Kartą tvirta, keraminis apvalkalas pašalinamas mechaninėmis priemonėmis (pvz. šūvių sprogdinimas, vibracija ar kalimas) atskleisti išlietas dalis.
Likęs kvarcinis smėlis nuvalomas. Liejimo medis nupjaunamas, o vartai ir stovai apdailinti.
Galutinis apdaila gali apimti šlifavimą, CNC apdirbimas, ir paviršiaus apdorojimas kaip reikia.
Kadangi pradinė apvalkalo apdaila yra vidutinė, vandens stiklo liejiniams dažnai reikia šiek tiek šlifuoti arba apdirbti paviršių, bet mažiau nei žalio smėlio liejiniai.
Labai svarbu, vandens stiklo procesas nuo silicio dioksido tirpalo proceso daugiausia skiriasi rišiklio ir devaško metodas.
Liejant vandens stiklą, natrio silikatas (šarminis silikatas) rinkiniai džiovinant ir kietinant, tuo tarpu silicio dioksidas-sol (koloidinis silicio dioksidas) lukštai sukietėja pirmiausia želuojant.
Vaškavimas atliekamas karštu vandeniu (a šlapias devaškas) vietoj liepsnos. Šie skirtumai turi įtakos ciklo trukmei ir kokybei.
Pavyzdžiui, šlapias devaškas yra švelnesnis trapiems lukštams, bet tam reikia tvarkyti nuotekas. Taip pat, vandens stiklo korpusai paprastai turi mažesnį šiluminį stabilumą nei cirkonio turintys silicio dioksido apvalkalai, kaip aptarta toliau.
Binder sistema
Vandeninio stiklo liejimo rišiklis yra natrio silikato tirpalas (dažniausiai Na2O·nSiO₂). Chemiškai, vandens stiklas yra labai šarminis (pH ~11-13) ir pagamintas naudojant tam tikrą silicio dioksido ir sodos santykį.
Tipiškos formulės yra nuo a 2:1 į 3.3:1 SiO₂:Na2O masės santykis (dažnai išreiškiamas moduliu, pvz. M=2,0 reiškia apie 2.3 dalių SiO₂ vienam Na2O).
Santykis ir kietųjų medžiagų kiekis kontroliuoja pagrindines savybes. Mažesni santykiai (daugiau Na2O) suteikti skystesnę suspensiją ir greitesnį džiūvimą, bet ir higroskopiškesnis bei mažesnio atsparumo ugniai rišiklis.
Didesni santykiai (daugiau SiO₂) padidinti atsparumą karščiui ir sumažinti pH.
Vandens stiklas yra vandens plonas (klampumas panašus į vandens) ir kietėja garuojant ir švelniai šildant. Kaip džiūsta, jis sudaro standų amorfinio silikatinio stiklo tinklą.
Rišiklis yra higroskopinis, todėl prieš šaunant arba veikiant drėgnu oru ar vandeniu kriauklės turi būti kruopščiai išdžiovintos, arba jie gali vėl suminkštėti ir suirti.
Tarnyboje, dėl likusios drėgmės gali susidaryti garų kišenės arba susidaryti poringumas, jei metalas pilamas per karštas. Kietėjimo etapas paprastai apima kepimą 100–200 °C temperatūroje, kad apvalkalas visiškai sukietėtų ir pašalintų drėgmę..
Natrio silikato rišiklių pranašumai apima mažą kainą, neribotas „galiojimo laikas“, ir naudojimo paprastumas (nėra toksiškų tirpiklių ar rūgščių katalizatorių).
Jie sustingsta paprastu džiovinimu (arba su druskos gydymu) ir duoda labai kietus lukštus.
Tačiau, egzistuoja apribojimai: didelis jų šarmingumas gali atakuoti ugniai atsparius grūdelius arba metalą (ypač aliuminio, sukeliantis dujų kaupimąsi), ir jų stikliškumas suteikia mažesnį stiprumą aukštoje temperatūroje nei silicio dioksido sluoksniai.
Apskritai, vandens stiklo lukštai suminkštėja, kai kaitinami virš ~800–900 °C, todėl jie tinka plieno/geležies lydiniams, bet yra labai maži labai karšto liejimo lydiniams.
Nepaisant to, natrio silikato lieka a patikrintas rišiklis pramonėje. Tai vienas iš trijų įprastų rišiklių (kartu su etilo silikatu ir koloidiniu silicio dioksidu) dažniausiai nurodoma investicinių formų gamybai.
Korpuso medžiagos ir statybos metodai
Vandeninio stiklo liejimo korpusas pagamintas beveik vien iš ugniai atsparios medžiagos silicio dioksido pagrindu. Praktiškai, pirminės medžiagos yra silicio dioksidas arba kvarcinis smėlis (lydytas arba kristalinis), galbūt sumaišytas su aliuminio silikatais.
Įprasti dalelių dydžiai, skirti pirmenybei (gerai) kailis gali būti 100–200 akių (75-150 μm) fiksuoti detales, o atsarginiams sluoksniams naudojamas stambesnis smėlis (pvz. 30– 60 akių).
Cirkonas retai naudojamas vandens stiklo korpusuose (skirtingai nuo silicio dioksido lukštų) dėl išlaidų – vietoj, naudojamas pigesnis silicio smėlis.
Siekiant pagerinti atsparumą šiluminiam smūgiui, galima pridėti smulkesnių aliuminio oksido arba titano miltų, bet pagrindas yra silicio dioksidas.
pH kontrolė yra labai svarbi srutose. Natrio silikato rišiklis yra labai šarminis, taip dažnai nedidelis kiekis buferis arba druska (kaip natrio bikarbonatas) pridedamas, kad sureguliuotų gelio laiką ir išvengtų greito išgydymo.
Gamintojai stebi srutų pH (dažnai apie 11–12 val) ir klampumą, kad būtų užtikrintas vienodas dangos storis. Dėl pernelyg didelio šarmingumo pirmasis sluoksnis gali per anksti suželti ant vaško.
Praktiškai, vandens stiklo kevalų naudojimas 4 į 7 dangos sluoksniai (pagrindinis sluoksnis ir keli sluoksniai su tinku).
Pavyzdžiui, pradinis panardinimas į smulkią silicio dioksido suspensiją, po to tinkuojamas smulkiu kvarciniu smėliu (šis „pagrindinis paltas“ užfiksuoja rašto detales).
Vėlesniems sluoksniams stiprinti naudojamas vis stambesnis smėlis. Kiekviena danga turi išdžiūti (dažnai 1–2 valandas kambario temperatūroje arba greičiau žemos kaitros orkaitėje) prieš kitą sluoksnį.
Galutinis apvalkalo storis paprastai yra 5–15 mm.
Džiūvimo metu, temperatūra ir drėgmė yra kruopščiai kontroliuojami – per greitas džiūvimas gali įtrūkti apvalkalas, o per lėtas džiūvimas gali bėgti arba išsikraipyti.
Palyginti su silicio dioksido lukštais, vandens stiklo lukštai dažniausiai būna stiprus, bet mažiau atsparus ugniai.
Lydytas silicio dioksido sluoksniai suteikia tinkamą karštį atsparumą iki ~900 °C, bet po to natrio silikatinio stiklo tinklas gali pradėti minkštėti.
Priešingai, silicio dioksido apvalkaluose dažnai naudojami cirkonio ir aliuminio oksido sluoksniai, kurie aukščiau išlieka stabilūs 1200 ° C..
Kitaip tariant, silicio dioksido formos gali geriau atlaikyti aukštesnę superlydinių pylimo temperatūrą, kadangi vandens stiklo korpusai paprastai yra tik plieno ir geležies.
Metalų liejimas ir suderinamumas
Vandens stiklo liejimas išsiskiria įprastais geležies lydiniais. Tipiški plienai apima Anglies plienas, žemas- ir vidutinio legiruoto plieno, atsparus karščiui nerūdijantis plienas, ir mangano plienas.
Ketaus (pilka ir plastiška) taip pat dažniausiai liejami. Šiuos lydinius galima pilti 1400–1600 °C temperatūroje, katastrofiškai nepažeidžiant silicio dioksido apvalkalo. (su tinkamais šilumos grafikais).
Tiesą sakant, vandens stiklas yra ypač populiarus susidėvinčios dalys ir sunkūs komponentai pagamintas iš plieno, kur papildomas apvalkalo stiprumas (palyginti su smėlio liejimu) ir sudėtingumas atsiperka.
Vandens stiklas yra mažiau tinka reaktyviesiems arba lengviesiems metalams. Aliuminio ir magnio lydiniai, pavyzdžiui, reikalauja labai sauso, švarios kriauklės.
Bet kokia apvalkale esanti drėgmė ar soda gali sukelti aliuminio akytumą arba sukelti oksidaciją.
Titanui ir kitiems reaktyviesiems lydiniams paprastai reikia silicio dioksido arba keraminių apvalkalų sistemų (arba vakuuminis lydymas) nes vandens stiklo korpusai neturi reikiamo inertiškumo ar grynumo.
(Praktiškai, titano vaško liejimas atliekamas beveik vien tik ugniai atspariomis cirkonio / aliuminio oksido apvalkalo sistemomis, ne vandens stiklas.)
Taigi, metalurginis suderinamumas yra pagrindinis aspektas: vandens stiklas pasirenkamas tada, kai lietinis metalas yra suderinamas su silicio dioksidu (juodųjų metalų sistemos) o proceso ekonomija reikalinga.
Kalbant apie metalurgiją, vandens stiklo korpusai gali turėti įtakos liejimo kokybei.
Pavyzdžiui, anglinis plienas gali šiek tiek karburuotis korpuso sąsajoje, jei pašalinamas parūgštintu vandeniu, todėl naudojamas neutralus vanduo.
Keramikos pralaidumas dujoms padeda išleisti vandenilį ir dujas; Tačiau, bet koks netinkamas vaško pašalinimas ar drėgmė gali sukelti dujų poringumą.
Susitraukimo poringumas, kaip įprasta, valdomas per stovus ir vėdinimo angas.
Apskritai, vandens stiklo liejiniai metalurgiškai elgiasi kaip kiti tikslūs to paties metalo liejiniai – korpuso chemija turi minimalų legiravimo efektą, tačiau gali šiek tiek pakeisti paviršiaus dekarbonizaciją.
Tinkamas proceso valdymas (kaip vakuuminis arba inertinės atmosferos liejimas tam tikriems plienams) gali būti taikomas pagal poreikį, bet nepriklauso nuo rišiklio tipo.
Matmenų tikslumas ir paviršiaus apdaila
Vandens stiklo investiciniai liejiniai pasiekia vidutinį tikslumą. Matmenų Tolerancijos paprastai yra ISO CT7-CT9 bendriems matmenims. (Puikioms sienoms, tolerancija gali sumažėti iki CT9 arba CT10.)
Norėdami tai pamatyti perspektyvoje, ISO CT7 ant a 50 mm funkcija leidžia apie ±0,10 mm nuokrypį, tuo tarpu CT6 būtų ±0,06 mm.
Praktiškai, mažos dalys ir gerai valdomi procesai gali priartėti prie CT6-CT7,
tačiau didesni ar sudėtingesni liejiniai dažnai yra CT8-CT9 diapazone.
Tai galima palyginti su smulkaus smėlio liejimo tolerancija.
Priešingai, aukštos klasės silicio dioksido-sol liejiniai gali pasiekti CT4-CT6, esant mažiems matmenims, todėl vandens stiklas yra mažiau tikslus maždaug vienu tolerancijos laipsniu.
Kokybe besirūpinančios parduotuvės leistinus nuokrypius nurodys pagal ISO 8062, dažnai pažymi „CT8“ kaip vandens stiklo procesų pradinį tašką.
Paviršiaus apdaila taip pat yra šiurkštesnė nei silicio dioksido, bet lygesnė nei liejimo smėlio. Tipiškas paviršiaus šiurkštumas vandens stiklo liejiniams yra užsakymas Ra 6–12 μm (250– 500 min).
Viena liejykla pranešė, kad vandens stiklo liejiniai pasiekė maždaug Ra = 12.5 μm palyginimo testuose. Priešingai, silicio-zolio dalys gali pasiekti Ra 3–6 μm.
Didesnis vandens stiklo šiurkštumas atsiranda dėl didesnių grūdelių dydžio korpuse ir natrio silikato rišiklio pobūdžio..
Apdailą įtakojantys veiksniai yra kietųjų srutų kiekis, tinko grūdelių dydis, apvalkalo storis, ir modelio kokybė.
Pavyzdžiui, smulkesni gruntiniai sluoksniai ir papildomi grunto sluoksniai gali pagerinti paviršiaus kokybę.
Nepaisant to, dizaineriai turėtų tikėtis grubesnio pradinio paviršiaus: tipinius liejinius dažnai reikia lengvai šlifuoti arba apdirbti, kad kritinių paviršių lygumas būtų maždaug Ra 3–6 μm.
Norėdami valdyti tikslumą, naudojasi dauguma parduotuvių Matmenų tikrinimas (apkabos, Cmm, matuokliai) ant pirmųjų dalių ir gamybos pavyzdžių.
Kadangi vaško raštas ir medis suteikia tam tikro kintamumo, reikia kruopštaus išdėstymo ir susitraukimo kompensavimo.
Plieno šiluminio susitraukimo koeficientai (apie 1.6 mm/m·100 °C) naudojami modeliams keisti. Proceso dokumentacijoje apibrėžiami susitraukimo faktoriai ir tolerancijos pagal ISO.
Kokybės kontrolė ir patikra
Kokybės kontrolė vandens stiklo liejimo veidrodžiuose kitose liejimo srityse. Kritiniai žingsniai tikrinami keliais etapais:
- Korpuso patikrinimas: Prieš pilant, lukštai tiriami, ar nėra įtrūkimų, pūslelės, arba neužbaigta danga.
Rangovai dažnai matuoja apvalkalo storį ultragarsiniais matuokliais ir patikrina, ar kiekvienas sluoksnis yra vienodas. Bet koks atsisluoksniavimas ar skylutės gali sukelti liejimo defektų.
Šlapių srutų talpyklose stebimas pH ir kietosios medžiagos; variacijos gali sukelti silpnus apvalkalus. Džiovintuvų krosnyse tikrinama tolygus šilumos pasiskirstymas. - Matmenų patikrinimai: Po iškratymo ir apdirbimo, liejiniai matuojami pagal projektinius matmenis.
Pirmojo gaminio dalys paprastai tikrinamos CMM, siekiant patikrinti, ar kritiniai matmenys neviršija nurodytos tolerancijos klasės (pvz. ISO CT8).
Skylių skersmeniui nustatyti naudojami paprasti matuokliai arba kamščių matuokliai. Kadangi medžio žingsnis ir vaško susitraukimas prideda nedidelių klaidų, įprasta koreguoti pagrindinio šablono matmenis, jei nutrūksta. - Defektų aptikimas: Vandens stiklo liejiniai gali turėti tokių defektų kaip dujų poringumas, intarpai, arba apvalkalo susiliejimo defektai.
Įprasti tikrinimo metodai apima rentgeno/radiografiją (rasti vidines ertmes ar inkliuzus), fluorescencinė skvarba (paviršiaus įtrūkimams ir poringumui), ir magnetinių dalelių testavimas (juodųjų metalų dalims).
Kur tinka, taikomi slėgio arba srauto bandymai. Metalurginė analizė (makro etch, mikrografijos) gali būti naudojamas proceso kūrimo metu.
Visi bandymai turi atitikti standartus (pvz. ASTM E165 skvarbai, ASTM E446 rentgenografijai) priimti priėmimą. - Proceso dokumentacija: Išlaikomas griežtas vandens stiklo liejinių atsekamumas. Į įrašus įtrauktas srutų mišinio santykis, gydymo tvarkaraščiai, ir krosnies laikas.
Daugelis liejyklų naudoja procese vykstančius kontrolinius sąrašus (vaško šalinimo krosnelių temperatūros žurnalai, džiovinimo patalpų drėgmės rąstai, ir segtuvų naudojimo žurnalus).
Didelio patikimumo dalims (pvz. aviacijos ir kosmoso komponentai), su dalimi pridedamas visas šilumos kodas ir cheminis/fizinis sertifikatas.
ISO 9001 arba Nadcap standartai gali reglamentuoti dokumentaciją svarbiose pramonės šakose.
Apskritai, valdymo filosofija yra standartizuoti kiekvieną žingsnį, kad bet koks liejimo gedimas būtų atsektas iki pagrindinės priežasties (pvz. nestabili suspensija arba praleistas džiovinimo ciklas).
Ekonominiai sumetimai
Vandens stiklo prarasto vaško liejimas vertinamas už ekonominis efektyvumas tinkamose programose. Pagrindiniai ekonominiai veiksniai yra medžiagų kaina, darbas, ciklo laikas, ir derlius:
- Medžiagos: Natrio silikato rišiklis ir kvarcinis smėlis yra nebrangūs, palyginti su koloidiniu silicio dioksidu ir cirkoniu.
Pavyzdžiui, natrio silikato tirpalas gali kainuoti kelis centus už kilogramą, kadangi koloidiniai silicio dioksido rišikliai kainuoja daug daugiau.
Naudojamos minimalios druskos ar greitintuvai. Vaško raštai (ypač jei spausdinama 3D) pridėti išlaidų, bet derlius didelis.
Yra keletas keramikos atliekų (sulaužytas apvalkalas) bet dažnai jį galima perdirbti kaip smėlį. Apskritai, eksploatacinės medžiagos yra pigios. - Darbo ir apdorojimo laikas: Vandens stiklo apvalkalo statyba reikalauja daug darbo jėgos, reikalaujantis kelių panardinimo ir džiovinimo ciklų.
Ciklo laikai 24– 72 valandos nuo vaško medžio iki liejimo yra būdingi (greičiau nei aukštos temperatūros silicio dioksidas, kuris gali užtrukti ilgiau).
Šlapio vaško pašalinimo žingsnis yra ilgesnis (panardinimas prieš deginimą atvira liepsna), bet dažniausiai tai būna mirkymas per naktį. Modeliui paruošti reikia darbo jėgos, dengimo/stiuko operacijos, ir purtyti.
Nepaisant to, mažesnės įrankių sąnaudos ir mažesnis apdirbimas dažnai kompensuoja didesnį darbo jėgos kiekį.
Pagal išlaidų modelį, vandens stiklas gali būti konkurencingas, kai dalių kiekis viršija kelis šimtus per metus, ypač sunkioms ar sudėtingoms dalims, kurios būtų labai brangios liejant smėlį arba liejant slegiant. - Pralaidumas: Vienos paskirties vandens stiklo linijos gali veikti nuolat, bet kiekvienas stato (apvalkalo pakrovimas, devaško, gaisras, užpilti, nokautas) tvarko tik to medžio dalis.
Pralaidumas vidutinis; keli šimtai kilogramų liejinių vienoje partijoje gali būti normalu. Tačiau, yra vaško įpurškimo ir apvalkalo purškimo automatika.
Ribojantis žingsnis dažnai yra vaško pašalinimas ir išdegimas, kurios gali būti periodinės krosnys su apibrėžtomis apkrovomis. Efektyvus planavimas (krauti medžius) gali pagerinti panaudojimą. - Išeiga ir laužas: Nes procesas yra tikslus, laužo normos gali būti mažos, jei jos kontroliuojamos. Tačiau, bet koks apvalkalo įtrūkimas ar metalo nutekėjimas lemia viso to liejinio praradimą.
Gedimai dėl korpuso defektų (pvz. įtrūkimai po devaško) yra sumažinami dėl griežtos proceso kontrolės.
Palyginti su smėlio liejimu, vandens stiklas paprastai pasižymi didesne išeiga, nes dalys yra lengviau valomos ir beveik tinklinės.
Palyginti su silicio dioksidu, derlius yra panašus arba šiek tiek mažesnis (silicio dioksido apvalkalai gali būti atlaidesni už devaško problemas).
Šiurkštus išlaidų palyginimas gali parodyti, kad vandens stiklo liejimas gali būti 50-70% pigiau už dalį nei silicio dioksido liejimas vidutinio tikslumo plieno dalims,
dėl mažesnės medžiagų ir įrankių kainos, nors ir šiek tiek prarandant paviršiaus kokybę.
Tai brangesnis nei pigus smėlio liejimas už vienetą, bet todėl, kad galutinėms dalims reikia daug mažiau apdirbimo, the bendra gatavos dalies kaina gali būti konkurencingas.
Trumpai tariant, Vandens stiklo liejimas leidžia įmonėms perkelti išlaidas nuo mašinos darbo valandų į apdorojimo laiką,
o tai dažnai naudinga dalims, kurios yra pakankamai sudėtingos arba mažos apimties, todėl specialių įrankių naudojimas nėra pagrįstas.
Pramoniniai pritaikymai
Vandens stiklo investicinis liejimas randa savo nišą sunkių ir sudėtingų komponentų keliose pramonės šakose. Įžymios programos apima:
- Mašinos ir sunkioji technika: Kasybos komponentai, aliejus & dujos, ir statybos mašinose dažnai naudojamas vandens stiklo liejimas.
Pavyzdžiui, pavaros, siurblių korpusai, vožtuvai, ir šių sektorių sparnuotės turi naudos iš plieno tvirtumo ir geometrinės investicinio liejimo laisvės.
Vandens stiklo liejimo nerūdijančio plieno vožtuvo vamzdžių jungtis - Žemės ūkio dalys: Tokios dalys kaip traktoriaus korpusai, plūgų komponentai, ir sunkiosios ūkio įrangos jungtys yra pagamintos tokiu būdu.
Galimybė lieti kaliojo ketaus arba mažai legiruoto plieno formas (pvz. vairalazdės dalys, sėklų sėjimo plokštės) su sudėtingais profiliais yra pagrindinis privalumas. - Automobiliai: Nors tai nėra įprasta masinės gamybos automobilių dalims, vandens stiklo liejimas naudojamas mažos apimties automobilių ar sunkvežimių komponentams (pvz. mažos partijos vairo rankenėlių, sunkios pakabos svirtys, stabdžių dalys specialioms transporto priemonėms).
Jo tikslumas pranoksta liejant smėlį kritinėms dalims, tačiau išlieka ekonomiškas vidutinio sunkumo bėgimui. - Pramoniniai vožtuvai ir siurbliai: Ketaus ir plieno vožtuvai, siurblio kūnai, ir flanšai dažnai gaminami iš vandens stiklo investicinių formų.
Šioms dalims reikia sudėtingų vidinių kanalų ir geros paviršiaus apdailos (kad būtų išvengta nuotėkio) – liejant vandenį iš stiklo gaunami apdirbimui paruošti vožtuvai be šerdžių. - Statybiniai ir architektūriniai liejiniai: Retkarčiais, dekoratyviniai arba konstrukciniai geležies/plieniniai elementai (kaip flanšai, Aparatūra, arba puošnias atramas) yra liejami per vandens stiklą.
Procesas gali užfiksuoti smulkias menines detales naudojant įperkamą smėlį, todėl tinka specialiems liejiniams (pvz. bronzos pakeitimas architektūriniuose elementuose). - Jūros ir jūros komponentai: Kaip minėjo pramonės šaltiniai, priekabų dalys, kranai, ir jūrinėse platformose šis metodas naudojamas siekiant ilgaamžiškumo atšiaurioje aplinkoje.
Apskritai, vandens-stiklo liejimas pasirenkamas tose pramonės šakose, kurios reikalauja tvirti geležies liejiniai su vidutinėmis detalėmis už priimtiną kainą.
Jis konkuruoja su smėlio liejimu, kai reikalingas didesnis tikslumas arba tinklo formos detalės, ir jis konkuruoja su investiciniu silicio dioksido liejimu, kai dėl didelio dydžio ar biudžeto apribojimų pastarasis yra per brangus.
Lyginamoji analizė
Palyginti su kitais liejimo būdais, vandens stiklo investicinis liejimas užima vidurį:
Vandens stiklas vs Silica-Sol investicinis liejimas:
Silicio dioksidas (koloidinio silicio dioksido rišiklis su cirkonio miltais) sukuria smulkiausias detales, geriausia paviršiaus apdaila (Ra net 3–6 μm), ir griežtesnės tolerancijos (ISO CT4-CT6).
Tačiau, Tai yra brangesnis: silicio dioksido tirpalai ir cirkonio smėlis kainuoja žymiai daugiau, o procesas reikalauja liepsnos perdegimo ir aukštesnės degimo temperatūros.
Vandens-stiklo liejimas, priešingai, turi grubesnę apdailą (~Ra 6–12 μm) ir platesnės tolerancijos (CT6-CT9), bet naudoja pigias medžiagas ir paprastesnį vaško pašalinimą.
Vandens stiklo kevalai taip pat būna stipresni prieš pilant (po džiovinimo jie yra labai standūs) ir gali būti storesnis, kuris naudingas sunkiam liejimui.
Apibendrinant, silicio dioksidas pasirenkamas siekiant didelio tikslumo, smulkios dalys; vandens stiklas pasirenkamas didesnis, tvirti komponentai, kurių paviršiaus apdaila gali būti paaukota.
Vandens stiklo investicinis liejimas vs Smėlis Liejimas:
Smėlio liejimas (žalias smėlis arba chemiškai surištas) yra mažiausia kaina, lanksčiausia formų gamyba didelėms dalims.
Tačiau, smėlio liejiniai turi labai grubų paviršių (Ra > 25 μm, dažnai 50–100 μm) ir laisvos tolerancijos (ISO CT11 arba blogesnis).
Vandens stiklo liejimas suteikia žymiai geresnį paviršių ir tikslumą (kaip pažymėta aukščiau) didesne kaina.
Jei smėliu išlietą detalę reikia kruopščiai apdirbti arba taisyti (kaip suvirinimas gyslose), gali būti pigiau naudoti vandens stiklą.
Taip pat, tam tikros sudėtingos formos (Plonos sienos, vidinės tuštumos) yra kieti arba neįmanomi smėlyje be šerdies; vandens stiklas lengvai sukuria tokias formas.
Kompromisas yra tas, kad smėlio liejimo skalės geriau tinka ypač dideliam kiekiui (štampavimo formos arba formos, kurias galima naudoti daug kartų),
kadangi vandens stiklas apsiriboja maždaug 150 kg vienai formai ir reikalauja kelių dienų ciklų.
Korpuso stiprumas ir šiluminis elgesys:
Vandens stiklo korpusai sudaryti iš lydyto silicio dioksido sluoksnių, kurie yra šiek tiek mažiau atsparūs ugniai nei cirkonio arba aliuminio oksido sluoksniai, dažnai naudojami silicio dioksido apvalkaluose.
Tai reiškia, kad vandens stiklo korpusai paprastai turi žemesnę maksimalią eksploatavimo temperatūrą ir gali įvykti stipresnė metalo ir korpuso reakcija, kai pilamas labai karštas..
Praktiškai, nors, abu metodai gamina apvalkalus, kurie lengvai atlaiko plieno / geležies liejimo temperatūrą.
Kalbant apie stiprumą, tiek silicio dioksido, tiek vandens stiklo korpusai po apdegimo yra standūs, tačiau silicio dioksidas gali išlaikyti struktūrinį vientisumą aukštesnėje temperatūroje.
Geriausi naudojimo atvejai:
Apibendrinant geriausius naudojimo būdus, Vandens stiklo liejimas idealiai tinka vidutinės ir didelės plieno / geležies dalys, kur didelis tikslumas nėra labai svarbus,
pavyzdžiui, siurblių korpusai, pavarų ruošiniai, Sunkiosios mašinos dalys, ir bet koks komponentas, kuriame užliejamos funkcijos taupo suvirinimą.
Silicio dioksidas geriausiai tinka mažos ir vidutinės didelio tikslumo dalys (aviacijos ir kosmoso komponentai, papuošalai, Medicininiai implantai, mažos nerūdijančios detalės).
Žaliojo smėlio liejimo laimi masyvios sunkios dalys arba itin dideli kiekiai, kur nereikia griežtų detalių (pvz. dideli korpusai, Variklio blokai, siurblių korpusai urmu).
Toliau pateiktoje lentelėje paryškinti keli lyginamieji rodikliai:
- Paviršiaus šiurkštumas (tipiškas Ra): Silicio dioksidas ~3–6 μm; vandens stiklas ~6–12 μm; Žalias smėlis >25 μm.
- Matmenų tolerancija: Silicio dioksidas ISO CT4–CT6; vandens stiklas ~CT6–CT9; žalias smėlis CT11–CT12 (labai laisvas).
- Medžiagos kaina: Mažai tinka smėliui, vidutinis vandens stiklui, didelis silicio dioksido kiekis. Natrio silikato rišiklis yra labai pigus, kadangi koloidinis silicio dioksido rišiklis yra brangus.
- Korpuso stiprumas: Tinka silicio dioksidui esant dideliam T, vidutinis vandens stiklinei. Cirkono/aliuminio oksido korpusai (silicio dioksidas) turi didesnį atsparumą ugniai.
- Gamybos mastas: Vandens stiklas tinka mažiems ir vidutiniams tūriams (nuo dešimčių iki tūkstančių per metus), ypač kai dalys yra sunkios. Silicio dioksidas tinka mažiems / tiksliems važiavimams; smėlis tinka dideliems kiekiams.
Apskritai, vandens stiklo liejimo tilteliai tarpą: Tai siūlo geresnis valdymas ir apdaila nei liejant smėliu, Bet mažesnė kaina nei silicio dioksidas.
Kai dizaino poreikiai yra nedideli, o biudžetai riboti, dažnai tai yra ekonomiškiausia tiksli technika.
Išvada
Vandens stiklas (natrio silikatas) investicijų liejimas yra a ekonomiškai efektyvus precizinis liejimas procesas optimizuotas geležies metalams, sudėtingi komponentai.
Naudojant nebrangius rišiklius ir smėlį, tai leidžia gamintojams pasiekti beveik tinklinės formos plieno ir geležies dalis su pagrįstais nuokrypiais (ISO CT7-CT9) ir baigia (Ra ≈6–12 μm) už dalį silicio-zolio liejimo kainos.
Proceso pranašumai yra jo materialinė ekonomija, stiprus apvalkalo standumas, ir galimybė sukurti sudėtingas geometrijas be branduolio žlugimo.
Pagrindiniai jo trūkumai yra šiurkštesnė paviršiaus apdaila ir mažesnis stabilumas aukštoje temperatūroje, kurie riboja jį iki vidutinio tikslumo, sunkios apkrovos programos.
Laukiau, vandens stiklo liejimas išlieka aktualus tokioms reikmėms kaip mašinos, automobilių mazgai,
žemės ūkio ir statybos technika, ir visas dalis, kurioms naudingas geras detalių ir kainos kompromisas.
Nuolatiniai patobulinimai (pvz., optimizuotos silikato kompozicijos ir automatizuota apvalkalo danga) gali šiek tiek padidinti jo tikslumą.
Nepaisant to, inžinieriai turėtų kruopščiai suderinti dalis, kurias reikia apdoroti: naudokite vandens stiklinę, kai plieno/geležies sudėtingumas ir ekonomiškumas dominuoja reikalavimai,
silicio dioksidas, kai itin smulkios detalės arba specialūs lydiniai yra reikalingi, ir smėlio kada didelis tūris ar dydis nepaisyti tikslumo.
Apskritai, vandens stiklo investicinis liejimas yra brandus, gerai suprantama technika.
Tolimesnį jo naudojimą lemia pasaulinė tvirtų produktų paklausa, sudėtingos formos metalinės dalys su vidutinėmis leistinomis nuokrypomis ir konkurencingomis kainomis.
Tinkamai taikant jo chemiją ir proceso kontrolę bei nuodugnų patikrinimą, gaunami nuoseklūs rezultatai, aukštos kokybės liejiniai įvairiems pramonės poreikiams.
Tai yra puikus pasirinkimas jūsų gamybos poreikiams, jei jums reikia aukštos kokybės vandens stiklo investicinis liejimas paslaugos.
