Lost-Wax Casting priekšrocības

1. Ievads

Lost-vaska liešana (arī saukts investīciju liešana vai precīza liešana) ir nobriedusi metāla liešanas metode, kurā upura raksts, kas tradicionāli izgatavots no vaska, tiek pārklāts ar secīgiem ugunsizturīgiem slāņiem, veidojot apvalku..

Pēc vaska noņemšanas (atvaskošana) čaumalu apdedzina un vaska atstātajā dobumā ielej izkausētu metālu. Kad metāls sacietē, apvalks tiek nojaukts, lai atklātu gatavo daļu.

Lai gan pamatprincips ir vecs, modernā investīciju liešana apvieno progresīvas apvalku sistēmas (silīcija dioksīds, cirkona mazgāšanas līdzekļi), uzlabotas saistvielas, un digitālo rakstu izgatavošana (stereolitogrāfija, materiāla strūklu) nodrošināt iespējas, kas ir sarežģītas vai neiespējamas ar citiem procesiem.

2. Procesa varianti, kas pastiprina priekšrocības

Pamata zaudētā vaska liešanas darbplūsma — raksts → daudzslāņu keramikas apvalks → atvasināšana → izdegšana/izdedzināšana → ieliešana → kratīšana — visos veikalos ir vienāda..

Kas atšķir mūsdienu investīciju liešanu un paplašina tās priekšrocības procesa varianti un materiālu/metožu kombinācijas, kas atlasītas atbilstoši sakausējumam, lielums, tolerance un ekonomika.

Zemāk ir fokuss, inženiertehniskā līmeņa galveno variantu apsekojums, kāpēc tie ir svarīgi, kā viņi maina spējas, un praktiski norādījumi par to, kad katru lietot.

Shell sistēmas varianti: silīcija dioksīds, ūdens stikls, un hibrīdi

Silīcija dioksīds (koloidālais silīcija dioksīds) čaumalas

• Kas: Koloidālā SiO₂ saistviela suspendē ugunsizturīgo apmetumu.
• Kāpēc tas pastiprina priekšrocības: nodrošina izcilu virsmas precizitāti, laba termiskā triecienizturība, augsta caurlaidība ventilācijai, un lieliska savietojamība ar vakuuma vai inertas atmosfēras lietiem un augstas temperatūras sakausējumiem (Ni supersakausējumi, No).
• Kad lietot: kritiskās kosmosa daļas, supersakausējumi, titāns (ar cirkona/alumīnija oksīda pirmo kārtu), medicīniskie implanti.
• Tipiska šāviņu šaušana: 600-1000 °C (atkarīgs no apmetuma maisījuma un sakausējuma).
• Kompromisi: augstākas materiālu un apstrādes izmaksas; jutīgs pret jonu piesārņojumu (koloīdu stabilitāte).

Ūdens stikls (nātrija silikāts) čaumalas

• Kas: Sārmaina silikāta saistviela (lētāk, vecāka tehnoloģija).
• Kāpēc tas palīdz: zemākas materiālu izmaksas, izturīgs daudziem nerūsējošā un oglekļa tērauda lējumiem; vienkāršāka augu apstrāde.
• Kad lietot: mazāk kritiskas nerūsējošā vai tērauda daļas, lielākiem lējumiem, kur izmaksas ir nepieciešamas un nav nepieciešama īpaši smalka virsmas apdare.
• Ierobežojumi: zemāka saderība ar vakuumu un zemāka pielaide reaktīviem/augstas temperatūras sakausējumiem; rupjāka virsmas apdare.

Hibrīda apvalki (silīcija-sol iekšējie pārklājumi + ūdens-stikla ārējās kārtas)

• Kas: apvienojiet smalku silīcija dioksīda-sola mazgāšanu virsmas apdarei ar lētāku ūdens stikla ārējo pārklājumu, lai nodrošinātu tilpuma izturību.
• Kāpēc tas pastiprina priekšrocības: sasniedz izmaksu un veiktspējas līdzsvaru — smalku virsmas precizitāti tur, kur tas ir svarīgi, samazinātas korpusa izmaksas un uzlabota vadāmība.
• Kad lietot: vidējas vērtības daļas, kurām nepieciešama laba apdare, bet ar izmaksu jutīgumu.

Rakstu izgatavošanas varianti: vasks, apdrukāts vasks, un lejamie sveķi

Tradicionālie vaska modeļi (injekcijas formēts vasks)

• Kāpēc: zemas vienības izmaksas pēc tilpuma un lieliska virsmas apdare.
• Vislabāk, kad: apjomi attaisno instrumentus vaska presformām, un detaļas ir atkārtojamas.

3D-printēts liejams vasks / fotopolimēru raksti (SLA / DLP / materiāla strūkla)

• Kāpēc tas pastiprina priekšrocības: novērš stingru instrumentu izmantošanu prototipiem un īsiem braucieniem, nodrošina īpaši sarežģītu iekšējo ģeometriju, ātra iterācija, un pacientam raksturīgās medicīniskās daļas.
• Praktiski: Mūsdienīgie sveķi ir izstrādāti tā, lai tie tīri attīrītu paraugu un nodrošinātu salīdzināmu virsmas precizitāti ar iesmidzināšanas vasku; modeļa izmaksas par gabalu ir augstākas, bet instrumentu sagatavošanas laiks ir tuvu nullei.
• Kad lietot: prototipus, maza apjoma ražošana, konformālas iekšējās ejas, topoloģijai optimizēti komponenti.

Rakstu sakausēšana / vairāku materiālu modeļi

• Kas: izstrādāti vaska maisījumi vai daudzkomponentu raksti (atbalsta šķīstošos serdes) lai uzlabotu izmēru stabilitāti vai vienkāršotu serdes noņemšanu.
• Lietošanas gadījums: precīzas plānas sienas, garas plānas sekcijas vai raksti, kam uzglabāšanas/apstrādes laikā ir nepieciešami zemi termiski kropļojumi.

Tehnoloģiju pamatvarianti: šķīstošie serdeņi, keramikas serdeņi, iespiesti serdeņi

Šķīstošie polimēru serdeņi (ūdenī šķīstošie vai vaska serdeņi)

• Priekšrocība: izveidot sarežģītas iekšējās ejas, kas vēlāk tiek izšķīdinātas — ideāli piemērotas dzesēšanas kanāliem vai iekšējai hidraulikai bez montāžas.
• Ierobežojums: palielina procesa posmus un apstrādes sarežģītību.

Keramikas serdeņi (stingrs, apdedzināta ar saistvielu)

• Priekšrocība: izcila izmēru stabilitāte augstās liešanas temperatūrās; izmanto supersakausējuma turbīnu ejām un skarbajiem apkopes komponentiem.
• Galvenais punkts: serdes materiālam un apvalkam jābūt termoķīmiski saderīgiem, lai izvairītos no reakcijām.

3D-drukāti serdeņi (saistvielas strūklas vai SLA serdeņi)

• Kāpēc tas pastiprina priekšrocības: radīt iekšējās ģeometrijas, kas nav iespējamas vai nav ekonomiskas ar parastajiem serdeņiem; samazināt sarežģītu dizainu izpildes laiku.

Dewax/burnout un atmosfēras varianti

Tvaika devasks + kontrolēta izdegšana (oxidizing)

• Tipisks: standarts tēraudiem un daudziem sakausējumiem; rentabls.
• Risks: oksidēšana un oglekļa uztveršana reaktīviem metāliem.

Vakuuma/inertās atmosfēras izdegšana & vakuumkausēšana/liešana

• Kāpēc tas pastiprina priekšrocības: būtiski reaktīviem sakausējumiem (titāns) un oksidācijas/iekļaušanas samazināšanai supersakausējumos; samazina metāla apvalka ķīmiskās reakcijas un uzlabo tīrību.
• Kad norādīt: titāns, augsta sakausējuma niķeļa daļas, un vakuuma necaurlaidīgas sastāvdaļas.

Spiediena atsvaidzināšana / autoklāva devasks

• Labums: pilnīgāka vaska noņemšana sarežģītiem serdeņiem un plānākiem elementiem; samazina notverto vasku un gāzu izdalīšanos izdegšanas laikā.

Šāvu šaušana & termoprofilēšanas varianti

Apdedzināšana zemā temperatūrā salīdzinājumā ar saķepināšanu augstā temperatūrā

• Kāpēc tas ir svarīgi: Augstākas temperatūras apdedzināšana padara apvalku blīvāku, paaugstina mīkstināšanas temperatūru un uzlabo termiskā trieciena pretestību augstas temperatūras liešanai, bet palielina enerģiju un laiku.
• Tipiskas izvēles: 600–1000 °C silīcija dioksīda sola apvalkiem; pielāgot atkarībā no sakausējuma ieliešanas temperatūras un nepieciešamās caurlaidības.

Kontrolējama rampa / uzturēšanās stratēģijas

• Labums: samazināt apvalka plaisāšanu, pilnībā noņemt organiskās vielas, un pārvaldīt apvalka caurlaidību. Kritiski piemērots plāniem apvalkiem un lielām sarežģītām daļām.

3. Ģeometriski & Lost-Wax Casting dizaina priekšrocības

Galvenais punkts: ieguldījumu liešana ļauj veidot formas un iezīmes, kuras ir grūti vai neiespējamas ar kalšanu, apstrāde, presliešana vai smilšu liešana.

• Sarežģīta ārējā ģeometrija: dziļi iegriezumi, plānās spuras, iekšējie dobumi, un integrālos izciļņus/ribas var liet vienā gabalā.
• Iekšējie fragmenti & konformālas iekšējās iezīmes: ar šķīstošiem serdeņiem, čaulas kodola tehnoloģija vai iespiesti izplūdušie serdeņi, sarežģīti iekšējie kanāli (dzesēšana, eļļošana, svara samazināšana) ir iespējamas.
• Brīvība no šķiršanās līnijām un iegrimes ierobežojumiem: kamēr iegrimes leņķi joprojām palīdz noņemt rakstu, smalkas īpašības var izgatavot ar minimālu iegrimi salīdzinājumā ar daudzām citām metodēm.
• Plānas sekcijas: atkarībā no sakausējuma un apvalka sistēmas, Sienu biezums līdz ~ 0,5–1,0 mm ir sasniedzams mazām precizitātes detaļām; tipiska inženiertehniskā prakse uzticamai darbībai izmanto 1–3 mm.

Dizaina nozīme: detaļas, kurām pretējā gadījumā būtu nepieciešama vairāku komponentu montāža, bieži var apvienot vienā ieguldījumu liešanā, samazinot montāžas izmaksas un iespējamos noplūdes ceļus.

4. Izmēra precizitāte & Virsmas apdares priekšrocības

Lost-wax liešana ir izvēlēta tik daudz par ko tas nodrošina bez sekundāra darba kas attiecas uz sakausējumiem, ko tas nodrošina.

Divas no visskaidrāk izmērāmajām priekšrocībām ir stingra izmēru kontrole un lieliska liešanas virsmas apdare.

Tipiski veiktspējas skaitļi

Tie ir praktiski, veikala līmeņa diapazoni. Precīza spēja ir atkarīga no daļas izmēra, sakausējums, čaulas sistēma (silīcija dioksīds pret ūdens stiklu), modeļu kvalitāte un liešanas prakse.

Izmēru tolerance (tipisks, kā-cast):

• ±0,1–0,3% no nominālā izmēra precīzai investīciju lējumiem (tipisks inženiertehniskais mērķis).
• Piemērs: priekš a 100 mm nominālā īpašība, gaidīt ±0,1–0,3 mm kā-cast.
• Mazākas funkcijas / juvelierizstrādājumi/precīzas detaļas: pielaides līdz ±0,02–0,05 mm ir iespējami ar smalkiem rakstiem un silīcija dioksīda čaulām.
• Lielas funkcijas (>300 mm): absolūtās pielaides atslābinās termiskās masas dēļ — sagaidiet augšējo galu % diapazona vai lielākas kvotas.

Atkārtojamība / Run-to- Run variācija:

• Labi kontrolētas lietuves var turēt ±0,05–0,15% procesa atkārtojamība uz kritiskiem atskaites punktiem visā partijā, kad modelis, čaulas un krāsns kontrole ir stingra.

Lineāra saraušanās (tipisks pabalsts):

• Apm. 1.2–1,8% lineāro saraušanos parasti izmanto tēraudiem un Ni bāzes sakausējumiem; vērtības ir atkarīgas no sakausējuma un raksta materiāla — lietuve norādīs precīzu saraušanos instrumentiem.

Virsmas raupjums (kā-cast Ra):

• Silīcija-sol čaumalas (smalka mazgāšana):≈ 0,6–1,6 µm Ra (labākā praktiskā liešanas apdare).
• Silīcija-sol tipiska inženierija:≈ 1,6–3,2 µm Ra vispārīgiem inženiertehniskajiem korpusiem.
• Ūdens-stikla apvalki / rupjāks apmetums:≈ 2,5–8 µm Ra.
• Pulēta vaska mirst + smalks apmetums + rūpīga šaušana: submikronu apdari var iegūt uz rotaslietām/optiskajām daļām.

Veidlapa & pozicionālās pielaides (kā-cast):

• Tipiskas pozīcijas pielaides kritiskām iezīmēm (caurumiem, priekšniekiem) ir ±0,2–0,5 mm ja vien tas nav norādīts apstrādei.

Kāpēc ar zaudētā vaska liešanu tiek sasniegti šie skaitļi?

• Precizitātes modeļa precizitāte: injekcijas veidā veidots vasks vai moderni liejamie sveķi atveido instrumenta detaļas ar ļoti zemu virsmas nelīdzenumu.
• Smalki mazgājams mētelis: ugunsizturīgs pirmais slānis (ļoti smalkas daļiņas, bieži cirkons vai mazāks par 10 µm kausēts silīcija dioksīds silīcija dioksīda solā) reģistrē virsmas tekstūru un aizpilda mikroiezīmes.
• Tievs, vienmērīgs apvalka kontakts: ciešs kontakts starp apvalku un rakstu (un kontrolēta apvalka stingrība) samazina kropļojumus attīrīšanas/izdegšanas un ieliešanas laikā.
• Kontrolēta termiskā masa: čaumalas ir plānas attiecībā pret smilšu veidnēm, tāpēc termiskie gradienti uz virsmas ir mazāki, rada smalku “vēsuma” slāni un mazāku mazo elementu kropļojumus.
• Zems raksta apstrādes kropļojums: Mūsdienu vaska sastāvi un AM sveķi samazina raksta šļūde un saraujas pirms lobīšanas.

5. Materiāls & Pazaudētā vaska liešanas metalurģijas priekšrocības

Pazaudētā vaska liešana atbalsta plašu sakausējumu klāstu ar kontrolētiem metalurģijas rezultātiem:

• Saderība ar sakausējumu: nerūsējoši tēraudi, tēraudi, niķeļa bāzes supersakausējumi (Neiebilstība, Renē), kobalta sakausējumi, titāns (ar atbilstošiem pārklājumiem un vakuuma/inertu kausēšanu), vara sakausējumi, un īpaši nerūsējošā/dupleksa sakausējumi.
• Kontrolēta sacietēšana & rafinēta mikrostruktūra: plānas apvalka sienas un ciešs kontakts ar ugunsizturīgiem materiāliem samazina termiskos gradientus uz virsmas un palīdz veidot smalkas dendrīta struktūras uz virsmas (smalkāka āda) un paredzama iekšējā mikrostruktūra.
• Tīrāka metalurģija: ieguldījumu liešana ar modernu apvalku un kausējuma praksi samazina iekļaušanas iesprūšanu salīdzinājumā ar. smilšu liešana; jo īpaši silīcija-sol čaulas samazina keramikas ieslēgumus.
• Vakuuma/inertās ieliešanas saderība: būtiska reaktīviem sakausējumiem, piemēram, titānam un dažiem supersakausējumiem, samazinot oksidāciju un ieslēgumus.
• Lokalizēta termiskās apstrādes saderība: gandrīz neto formas daļas var tikt termiski apstrādātas vai HIP, lai novērstu atlikušo porainību un homogenizētu struktūru, kad nepieciešams.

Rezultāts: daļas ar augstu mehānisko veiktspēju, paredzams noguruma mūžs (kad tiek kontrolēta porainība), un laba izturība pret koroziju.

6. Gandrīz tīkla formas un apstrādes/apstrādes ietaupījumi (ekonomiskā priekšrocība)

Jo zaudētā vaska liešana precīzi atveido galīgo ģeometriju, tas bieži samazina sekundāro apstrādi:

• Gandrīz tīkla forma: minimāls krājums apstrādei — bieži vien samazinot apstrādes laiku, instrumentu nodilums un materiālu lūžņi.
• Apstrādes samazināšana: atkarībā no sarežģītības, apstrādes darbības var samazināt par lielu daļu; daudzām sastāvdaļām ieguldījumu liešana var samazināt apstrādes stundas 50% vai vairāk, salīdzinot ar pilnībā apstrādātu daļu (gadījuma atkarīgs).
• Materiālu taupīšana: tiek apstrādāts mazāk sagatavju materiāla, samazinot materiālu izmaksas un atkritumus (īpaši svarīgi dārgiem sakausējumiem, piemēram, Inconel vai titāna).
• Kopējās īpašumtiesību izmaksas: vidējiem un maziem sarežģītu formu apjomiem, investīciju liešana bieži piedāvā viszemākās kopējās izmaksas (instrumenti + par daļu + pēcapstrāde).

Ekonomiskā piezīme: peļņas gūšanas koeficients vs. liešana vai kalšana ir atkarīga no tilpuma, sakausējums, sarežģītība un tolerance.

Investīciju liešana parasti ir vispievilcīgākā: sarežģīta ģeometrija, vidēji līdz zemi ražošanas apjomi, augstas vērtības sakausējumi, vai kad gandrīz neto forma ietaupa dārgu apstrādi.

7. Maza partija, ātra iterācija & instrumentu elastība (sagatavošanās laika priekšrocības)

• Maza apjoma priekšrocība: instrumenti (vasks nomirst, 3D iespiesti raksti) ir lētāks un ātrāks nekā smagie instrumenti liešanai — pievilcīgi prototipiem un mazām sērijām.
• AM modeļa integrācija: 3D-printēti liejamie vaska/sveķu raksti pilnībā novērš nepieciešamību pēc dārgiem cietajiem instrumentiem, nodrošina ātru iterāciju un vienreizēju ražošanu.
• Mērogojama ražošana: tā pati darbplūsma apkalpo atsevišķus prototipus, izmantojot tūkstošiem detaļu, vienkārši mainot modeļa ražošanas caurlaidspēju.
• Samazināts NPI laiks: dizaineri var ātri atkārtot ģeometriju un pārbaudīt lietus prototipus, kas metalurģiski reprezentē ražošanas daļas (atšķirībā no daudzām plastmasām, kas ātri veido prototipus).

Ietekme: īsāks sarežģītu detaļu nonākšanas tirgū laiks un iespējama neliela apjoma ražošana bez dārgām presformām.

8. Pielietojuma priekšrocības — kur mirdz zaudētais vasks

Pazaudētā vaska liešanas priekšrocības ir īpaši izmantotas šajās jomās:

• Avi kosmosa & gāzes turbīnas: asmeņi, lāpstiņas, sarežģīti korpusi — kur nepieciešami supersakausējumi un precīza virsmas apdare.
• Medicīniskie implanti & instrumenti: titāna un ķirurģiskās nerūsējošās daļas ar izcilu virsmas apdari un bioloģisko saderību.
• Eļļas & gāze / naftas ķīmijas: izturīgs pret koroziju vārsts ķermeņi, lāpstiņriteņi, sarežģītas armatūras.
• Precīzijas sūkņi, turbomašīnas & hidraulika: šauras pielaides un sarežģīti plūsmas ceļi.
• Rotaslietas & dekoratīvā aparatūra: vislabākā virsmas un detaļu precizitāte.
• Art & skulptūra: pielāgoti vienreizēji ar augstu virsmas precizitāti.

9. Vides & Ilgtspējības priekšrocības

Ieguldījumu liešana var būt videi labvēlīga salīdzinājumā ar dažām alternatīvām:

• Materiāla efektivitāte: gandrīz tīkla forma samazina lūžņus un apstrādes atkritumus, kas ir svarīgi augstvērtīgiem metāliem.
• Pārstrāde: vasku un ugunsizturīgos atkritumus var apsaimniekot/pārstrādāt; metāla sprauslas un stāvvadi ir pārstrādājami.
• Enerģijas pēdas nospiedums maziem/vidējiem skrējieniem: izvairās no lielas energoietilpīgas kalšanas vai presformu ražošanas maziem apjomiem.
• Iespēja samazināt montāžu & saistītā dzīves cikla ietekme: viengabala lējumi aizstāj vairāku daļu mezglus, nolaižamie stiprinājumi, plombas un ar to saistītā apkope.

10. Ierobežojumi & Ja ieguldījumu liešana var nebūt labākā

Lai būtu līdzsvarots: investīciju liešana nav panaceja.

• Liels vienkāršu detaļu apjoms: liešana vai štancēšana var būt lētāka par daļu lielos apjomos.
• Ļoti lielas daļas: Smilšu liešana vai čaumalu liešana var būt ekonomiskāka.
• Īpaši plānas loksnēm līdzīgas daļas: štancēšana vai lokšņu formēšana ir labāka.
• Kad absolūtā minimālā vienības izmaksas ir vadītājs un nav nepieciešamas stingras pielaides/virsmas apdare, uzvarēs vienkāršāki procesi.

11. Secinājums

Lost-vasks (investīcijas) liešana nodrošina unikālu kombināciju dizaina brīvība, precizitāte, materiālu daudzpusība un gandrīz tīkla formas ekonomija.

Tā ir izvēles metode sarežģītas ģeometrijas gadījumā, augstas vērtības sakausējumi, svarīga ir smalka virsmas apdare un stingras pielaides.

Mūsdienīgi uzlabojumi — koloidālā silīcija dioksīda čaulas, vakuumliešana, piedevu rakstīšana — ir paplašinājušas procesa sasniedzamību arvien prasīgākos lietojumos.

Lietojot ar atbilstošu procesa kontroli un konstrukciju liešanai, investīciju liešana nodrošina uzticamu, augstas integritātes daļas, kas bieži pārspēj alternatīvas kopējās sistēmas izmaksu un veiktspējas ziņā.

 

FAQ

Cik smalkas var būt funkcijas, izmantojot ieguldījumu aprēķinu?

Iespējamas smalkas funkcijas līdz pat mazākām detaļām; praktiskie minimumi ir atkarīgi no sakausējuma, apvalku sistēma un raksta materiāls.

Nelielu rotaslietu/precīzo detaļu funkcijām <0.5 tiek izmantoti mm; inženiertehniskajām daļām, dizaineri parasti mērķē uz ≥1 mm, lai nodrošinātu robustumu.

Kādu virsmas apdari es varu sagaidīt?

Tipisks as-cast Ra ir ~0,6–3,2 µm atkarībā no mazgāšanas un apvalka apdares; silīcija dioksīds nodrošina vislabāko apdari. Galīgā pulēšana vai apstrāde var to vēl vairāk uzlabot.

Vai investīciju liešana ir piemērota titāna un niķeļa supersakausējumiem?

Jā. Izmantojiet silīcija dioksīdu un atbilstošus barjeras mazgāšanas līdzekļus (cirkons) un vakuuma/inerti kausējumi titānam un supersakausējumiem, lai izvairītos no metāla apvalka reakcijām un oksidācijas.

Kad man vajadzētu apsvērt HIP?

Nogurumam kritiskiem lietojumiem vai gadījumos, kad ir jānovērš porainība, Gurns (karstā izostatiskā presēšana) pēc liešanas ir standarta risinājums iekšējo dobumu aizvēršanai un mehānisko īpašību uzlabošanai.

Vai investīciju liešana ir dārga?

Vienas daļas apvalka izmaksas un darbaspēks var būt augstākas nekā smilšu liešanai, bet kopējās izmaksas (ieskaitot apstrādi, montāža un lūžņi) bieži vien ir zemāks par kompleksu, vidēja apjoma vai augstvērtīgas detaļas.