1. Ievads
Zaudēta putu liešana (LFC) pret investīcijām (Lost-Wasks) Liešana (IC) izceļas kā divas vadošās gandrīz tīkla formas metodes.
Ļauj ražot sarežģītus komponentus visos automobiļos, avi kosmosa, enerģija, un medicīnas nozarēs.
Dabiski, pareizās liešanas metodes izvēle ietekmē ne tikai galīgo kvalitāti, bet arī izmaksas, izpildes laiks, un ilgtspējība.
Līdz ar to, inženieri un lietuvju vadītāji regulāri novērtē vairākus procesus, lai tie atbilstu detaļu sarežģītībai, sakausējuma prasības, un ražošanas apjoms.
Šodien, nozare pieprasa stingrākas pielaides, smalkāka virsmas apdare, un sarežģītākas ģeometrijas ļauj padziļināti salīdzināt zaudēto putu liešanu un ieguldījumu liešanu gan savlaicīgi, gan vērtīgi.
2. Kas ir zaudēta putu liešana (LFC)?
Zaudēta putu liešana izmanto izlietoto putupolistirolu (EPS) putu raksti, kas izgatavoti ar CNC apstrādi, liešana, vai 3D drukāšana.
Kad operatori apkopo šos modeļus kopās un iegulst tos brīvos, nesaistītas smiltis, tie izlej izkausētu metālu — parasti alumīniju vai kaļamo čugunu — tieši uz putām.
Siltums iztvaiko putas, kas izplūst pa smiltīm, un metāls acumirklī aizpilda dobumu.
Rezultātā, LFC ražo lielus, viengabala lējumi ar minimāliem iegrimes leņķiem, nav atsevišķu serdeņu, un ģeometriskā brīvība, kas nav līdzvērtīga tradicionālajai smilšu liešanai.
3. Kas ir investīcijas (Lost-Wasks) Liešana (IC)?
Investīciju liešana, bieži pazīstams kā zaudēto vaska liešana, sākas ar precīziem vaska rakstiem, kas izveidoti, injicējot izkausētu vasku metāla presformās.
Operatori “izveido” šos modeļus, pēc tam izveidojiet keramikas apvalku, vairākas reizes iemērcot ugunsizturīgā vircā (silīcija dioksīds smalkām detaļām vai ūdens stikls ekonomijai) un turpmākie apmetuma mēteļi.
Pēc atslogošanas plkst 150 °C un augstas temperatūras izdegšana pie 600–900 °C, tie ielej iepriekš uzkarsētu metālu, tostarp nerūsējošo tēraudu, supersakausējumi, un titānu — uzkarsētajā apvalkā.
Beidzot, tie noņem keramikas veidni, lai atklātu detaļas ar stingrām pielaidēm (±0,1–0,3 mm) un izcila virsmas apdare (RA 0,8-3,2 µm).
4. Procesa pamati
Zaudēta putu liešana
- Modeļa radīšana: Izgatavojiet EPS formas 1–4 stundās katrai daļai, izmantojot CNC vai piedevu metodes.
- Klasteru asambleja: Pievienojiet līdz 20 putu raksti uz vienu vārtu galviņu, lai palielinātu caurlaidspēju.
- Smilšu pildījums: Kompaktas nesaistītas silīcija dioksīda smiltis ar 85–90% relatīvo blīvumu, nodrošinot vienotu atbalstu.
- Izliešana & Iztvaikošana: Ielejiet izkausētu metālu plkst 660 ° C (alumīnijs) vai 1,400 ° C (dzelzs), iztvaikojošas putas un sacietē 30–60 sekunžu laikā.
Investīciju liešana
- Vaska raksta injekcija: Cikla laiki 20–30 sekundes vienam modelim, nodrošinot izmēru atkārtojamību ±0,05 mm.
- Čaumalas ēka: Silīcija dioksīda solam uzklājiet 8–12 keramiskās suspensijas un apmetuma slāņus 2–4 dienu laikā, vai 24–48 stundas ar ūdens glāzi.
- Devasks & Izdegšana: Noņemiet vasku tvaika autoklāvos; ramp līdz izdegšanas temperatūrai 1–2 °C/min, lai izvairītos no apvalka plaisāšanas.
- Metāla liešana: Ielejiet supersakausējumus līdz 1,550 °C vakuumā vai centrbēdzes režīmā, lai samazinātu turbulenci un porainību.
5. Materiāli & Saderība ar sakausējumu
Pazaudēti putu liešanas sakausējumi
- Alumīnija sakausējumi: Lietuves visbiežāk izmanto Al-Si sistēmas (Piem., A356, A380).
Šie sakausējumi kūst starp 580 ° C un 615 ° C, piedāvā labu plūstamību un vieglu izturību (stiepes izturība 200–300 MPa). - Elastīgais dzelzs: Klases, piemēram, 65–45–12 (65 UTS darbība, 45 ksi YS, 12% pagarināšana) joprojām ir populāri sūkņu korpusiem un izplūdes kolektoriem. Kušanas temperatūra svārstās apkārt 1,370 - 1,420 ° C.
- Zema sakausējuma tēraudi: Daži oglekļa un Cr-Mo tēraudi (Piem., 4140, 4340) ir piemērots LFC, ja stingrība ir pārāka par ārkārtēju izturību pret koroziju; tie sacietē apkārt 1,450 - 1,500 ° C.
Tā kā zaudētā putuplasta liešana iztvaiko putu rakstus, tas var radīt no ogļūdeņražiem atvasinātas gāzes.
Līdz ar to, lietuvēm ir jāīsteno degviela metodes, piemēram, inertās gāzes burbuļošana, lai samazinātu porainību.
Turklāt, LFC smilšu vide bieži rada kolonnu graudu struktūras, kas var uzlabot virziena izturību, bet var būt nepieciešama termiskā apstrāde, lai uzlabotu mikrostruktūru.
Investīciju liešanas sakausējumi
- Austenīts Nerūsējoši tēraudi: Tādas pakāpes kā 304, 316Lukturis, un 17-4 PH stiepes izturība ir 500–1200 MPa un izcila izturība pret koroziju, ar kušanas diapazoniem starp 1,370 ° C un 1,450 ° C.
- Supersakausējumi uz niķeļa bāzes: Neiebilstība 718 un 625 darboties temperatūrā, kas pārsniedz 700 ° C; tie saglabā augstāku tecēšanas robežu 800 MPa un 650 ° C.
To kušanas temperatūra pārsniedz 1,350 ° C, un tiem ir nepieciešama vakuuma vai inertas gāzes ieliešana, lai kontrolētu oksidāciju. - Titāna sakausējumi: Ti-6Al-4V (Pakāpe 5) apkalpo kosmosa un biomedicīnas tirgus; tā 1,660 °C kušanas temperatūra un augsta afinitāte skābekļa patēriņa kontrolētai atmosfēras liešanai.
- Bronzas & Vara Sakausējumi: Fosfora bronza un augstas vadītspējas varš ir labi ielieti investīciju procesos, nodrošinot stiepes izturību 300–500 MPa.
Tā kā investīciju liešanā izmanto a keramikas apvalks, tas kavē gāzes ieslodzīšanu un padevi smalki vienādaina graudi, kas noved pie augstākās mehāniskās viendabības.
Turklāt, čaulas inertais raksturs novērš metāla un pelējuma reakcijas, virsmas integritātes saglabāšana.
Lai arī, lietuvēm rūpīgi jāsaskaņo korpusa termiskā izplešanās ar sakausējuma kontrakciju, lai izvairītos no plaisām vai karstām plīsumiem.
6. Izmēra precizitāte & Virsmas apdare
| Metrisks | Zaudēta putu liešana | Investīciju liešana |
|---|---|---|
| Izmēru Tolerance | ±0,5–1,0 mm | ±0,1–0,3 mm |
| Virsmas raupjums (Ra) | 3.2-6,3 µm | 0.8-3,2 µm |
| Apstrādes pabalsts | 1.5-3 mm | 0.5-1,5 mm |
| Minimālais sienas biezums | ~2,5 mm | ~1,0 mm |
7. Dizaina brīvība & Sarežģītība
Kad runa ir par ambiciozu dizainu pārvēršanu realitātē, gan Lost Foam Casting (LFC) un investīciju liešana (IC) piedāvā unikālas priekšrocības.
Lai arī, to stiprās puses atšķiras tādos veidos, kas tieši ietekmē daļu sarežģītību, instrumentu stratēģija, un kopējās izmaksas.
Lost putu liešana — liela mēroga sarežģītība
- Zemie samazinājumi & Dobās sekcijas: Tā kā EPS putu raksts pilnībā iztvaiko, LFC apstrādā apakšējos griezumus, iekšējie dobumi, un serdes izgriešana bez atsevišķiem ieliktņiem.
Piemēram, automobiļu izplūdes kolektora svēršana 10 kg var integrēt sarežģītas plūsmas ejas vienā ieliešanā, samazinot montāžas izmaksas par 15 %.
- Minimāli iegrimes leņķi: Dizaineri var norādīt iegrimes leņķus līdz 0,5°, salīdzinot ar 2–3°, kas bieži tiek prasīts parastajā smilšu liešanā.
Rezultātā, sienas tik plānas kā 2.5 mm paliek iespējams daļām līdz 1.8 m garš. - Ātrā iterācija: Putu raksti maksā 100–300 USD gabalā un apgriežas stundās, izmantojot CNC vai 3D drukāšanu, izstrādes laikā iespējot 3–5 dizaina cilpas nedēļā.
Investīciju liešana — smalka detaļu precizitāte
- Plānās sienas & Sarežģītas funkcijas: investīciju liešana uzticami ražo sienu biezumu līdz 1 mm un filejas rādiusi zem 0.5 mm.
Aviācijas un kosmosa degvielas sprauslas, piemēram, bieži iekļauj 12 iekšējie dzesēšanas kanāli tikai 0.8 mm diametrā — funkcijas nav iespējamas ar citām metodēm. - Augsta modeļa reproducējamība: Vaska presformas nodrošina izmēru atkārtojamību ±0,05 mm un virsmas apdari tikpat gludu kā Ra 0.8 µm. Šī precizitāte samazina pēcapstrādi līdz pat 50%.
- Daudzkomponentu koki: Kopā "apkopjot" desmitiem rakstu, lietuves nodrošina lielu caurlaidspēju mazās, sarežģītas detaļas — ideāli piemērotas medicīniskiem implantiem vai precīzijas zobratu korpusiem.
8. Ekonomiskā analīze
- Instrumentu izmaksas: Pazaudēto putu liešanas putu modeļi svārstās no USD 100 līdz USD 300; investīciju liešanas tērauda presformas maksā 15 000–60 000 USD, plus 3–8 USD/kg keramikas materiāla.
- Vienības izmaksas vs. Tilpums: Pie 5,000 daļas/gadā (alumīnijs), pazaudētā putuplasta liešanas iekārta maksāja ~22$; investīciju liešanas nerūsējošās daļas maksā ~ 120 USD. Pie 20,000 vienības, LFC samazinās līdz $15, kamēr IC samazinās līdz $95 caur die amortizāciju.
- Cikla laiki: LFC smilšu iepildīšanas un ieliešanas cikls tiek pabeigts 30 protokols; IC nepieciešams vismaz 48 stundas čaulas veidošanai un izdegšanai.
- Ienesīgums & Lūžņi: LFC lūžņi ir 5–10%, galvenokārt putuplasta defektu dēļ; IC lūžņi paliek zem 5%, pateicoties izturīgajai apvalka kvalitātei.
9. Kvalitātes kontrole & Defekti
Lieto komponentu integritātes nodrošināšanai nepieciešama stingra kvalitātes kontrole (Qc) protokoli un izpratne par procesa specifiskiem defektu mehānismiem.
Zaudēta putu liešana (LFC) un investīciju liešana (IC) katram ir atšķirīgi atteices režīmi,
tāpēc lietuvēm ir attiecīgi jāpielāgo pārbaudes metodes un seku mazināšanas stratēģijas.
Bieži sastopami zaudēto putu liešanas defekti
Gāzes porainība
- Izraisīt: Nepilnīga EPS putu iztvaikošana vai mitrums smiltīs rada ūdeņradi un oglekli saturošas gāzes.
- Ietekme: Sfēriski tukšumi līdz 3 mm diametrā var samazināt stiepes izturību pat par 20 %.
- Mazināšana: Pirmsžāvēšanas modeļi plkst 60 ° C 2 laiks; uzstādiet vakuuma degazēšanas sistēmas, lai sasniegtu zemāku izšķīdušās gāzes līmeni 0.1 cm³/100 g metāla.
Smilšu erozija
- Izraisīt: Liela ātruma metāla iekļūšana brīvi sablīvētās smiltīs traucē pelējuma virsmu.
- Ietekme: Virsmas plankumi un spuras, kas nepieciešamas līdz 1.5 mm apstrādes pielaide.
- Mazināšana: Palieliniet smilšu blīvēšanu līdz 90% relatīvais blīvums; izmantojiet graudu veida silīcija smiltis (0.2-0,4 mm) uzlabotai pelējuma stabilitātei.
Nepilnīgs aizpildījums (Misruns)
- Izraisīt: Ātra dzesēšana ap lieliem šķērsgriezumiem vai aukstām vietām vārtos.
- Ietekme: Lokalizēti saraušanās dobumi, kas apdraud detaļu funkcionalitāti.
- Mazināšana: Optimizējiet vārtu konstrukciju, izmantojot termiskās simulācijas; uzturēt liešanas temperatūru ±10 °C robežās no sakausējuma šķidruma.
Bieži sastopami investīciju liešanas defekti
Apvalka plaisāšana
- Izraisīt: Diferenciālā termiskā izplešanās starp keramikas slāņiem atvasināšanas vai izdegšanas ciklu laikā.
- Ietekme: Plaisas platākas par 0.2 mm pieļauj metāla noplūdi, noved pie nodriskātām malām vai pilnīgas daļas lūžņu.
- Mazināšana: Kontrolējiet apvalka slāņa biezumu (6Kopā -8 mm) un rampas apkure pie ≤ 2 °C/min izdegšanas laikā, lai samazinātu termisko šoku.
Ieslēgumi un izdedžu iesprūšana
- Izraisīt: Nepareiza kausējuma uzlabošana vai keramikas filtru trūkums.
- Ietekme: Nemetāliski ieslēgumi (0.1-0,5 mm) darbojas kā stresa koncentratori, samazinot noguruma dzīves ilgumu līdz pat 30 %.
- Mazināšana: Iekļauti vienā rindā keramikas putu filtri (10-20 poras collā) un veiciet argona apvalka degazēšanu, lai samazinātu tālāk norādīto iekļaušanu skaitu 2 daļiņas/cm².
Porainība un pūslīšu veidošanās
- Izraisīt: Ieslodzītas gāzes sacietējušajā apvalkā vai mitrums ugunsizturīgajā apmetumā.
- Ietekme: Virszemes pūslīši, kas noved pie noplūdes ceļiem spiediena robeželementos.
- Mazināšana: Sausā apvalka montāžas plkst 150 ° C 4 laiks; nodrošināt, lai vircas cietvielu saturs būtu augstāks 70 masas%, lai samazinātu caurlaidību.
Pārbaudes un testēšanas protokoli
Lai atklātu un kvantitatīvi noteiktu defektus, lietuvēs izmanto nesagraujošu un destruktīvu testu kombināciju:
| Metode | Pārklājums | Jutīgums |
|---|---|---|
| Radiogrāfiskā pārbaude (Rt) | Iekšējie tukšumi, ieslēgumi | ≥ 0.5 mm defekti 10 mm tērauds |
| Ultraskaņas pārbaude (Ut) | Iekšējās plaisas un porainība | ≥ 0.3 mm plakani defekti |
| Krāsvielu caurlaidības pārbaude (Pt) | Virsmu laužošas plaisas | ≥ 0.1 mm plaisas |
| Magnētiskā daļiņa (MT) | Blakus virsmas plaisas dzelzs sakausējumos | ≥ 0.2 mm pārtraukumi |
| Metalogrāfija | Mikrostruktūra, karbīda nokrišņi | Graudu izmērs ASTM 5–8, ferīta saturs |
10. Pieteikumi & Nozares gadījumu izpēte
- Autobūves (LFC): Pasaules OEM ziņojumi 18% vieglāki ieplūdes kolektori un 12% izmaksu ietaupījums, izmantojot alumīnija zaudēto putu liešanu salīdzinājumā ar tradicionālo liešanu.
- Avi kosmosa (IC): Vadošie dzinēju ražotāji ražo vairāk nekā 50,000 Neiebilstība 718 degvielas sprauslas katru gadu, sasniedzot ±0,1 mm pielaides un samazinot pārstrādi par 40%.
- Enerģija & Eļļas & Gāze: Sūkņa lāpstiņriteņi jūras ūdens apkalpošanai izmanto IC 316L, lai izturētu hlorīda uzbrukumu, pagarināt vidējo laiku starp neveiksmēm (MTBF) pie 30%.
- Jaunie lauki: Hibrīdās pieejas — 3D drukāti putu modeļi, ko izmanto IC — nodrošina titāna ortopēdisko implantu mikroliešanu ar tik zemu sieniņu biezumu 0.7 mm.
11. Atšķirības starp Lost Foam Casting un Lost Wax Casting
| Kritērijs | Zaudēta putu liešana | Investīciju liešana |
|---|---|---|
| Sakausējumu klāsts | Al, elastīgais dzelzs, mazleģētais tērauds | Nerūsējošie tēraudi, supersakausējumi, titāns, bronza |
| Tolerance | ±0,5–1,0 mm | ±0,1–0,3 mm |
| Virsmas apdare | Ra 3,2–6,3 µm | RA 0,8-3,2 µm |
| Instrumentu izmaksas | $100- 300 USD par modeli | $15,000- 60 000 USD dienā |
| Cikla laiks | 30 min par | 48-72 h korpusa uzbūve + izdegšana |
Ienesīgums |
90-95% | 95-98% |
| Maksimālais daļas izmērs | Līdz 2 m | Parasti ≤ 1 m |
| Minimālais sienas biezums | ~2,5 mm | ~1,0 mm |
| Tilpuma piemērotība | Vidēja līdz augsta (> 5k/gadā) | Zema līdz vidēja (< 20k/gadā) |
| Ietekme uz vidi | Gals, putuplasta atkritumi | CO₂, keramikas čaumalu atkritumi |
| Tipiskas lietojumprogrammas | Automobiļu kolektori, motora bloki | Aviācijas un kosmosa sprauslas, medicīniskie implanti |
12. Atlases kritēriji & Lēmumu ietvars
Lai izvēlētos starp zaudēto putuplasta liešanu (LFC) un investīciju liešana (IC), ievērojiet šīs vadlīnijas:
- Daļas ģeometrija & Izmērs: Izmantojiet LFC lieliem, vienkāršas formas; atlasiet IC miniatūrai, sarežģītas sastāvdaļas.
- Sakausējuma prasības: Uzklājiet LFC uz alumīnija vai dzelzs sakausējumiem; izvēlēties ieguldījumu liešanu, ja nerūsējošs materiāls, supersakausējums, vai titāna veiktspējai ir nozīme.
- Ražošanas apjoms: Dodiet priekšroku LFC iepriekš minētajiem skrējieniem 5,000 gabaliem gadā; sviras IC specializētajiem, mazāka apjoma daļas (< 20,000 vienības).
- Tolerance & Pabeigt vajadzības: Izvēlieties IC, ja pielaides ir pievilktas zem ±0,3 mm un Ra ir zem 3 µm.
- Maksāt & Izpildes laiks: Līdzsvarojiet LFC ātro apgrozījumu un zemos instrumentu izmaksas, salīdzinot ar IC izcilo precizitāti un materiālu daudzpusību.
13. Secinājums
Noslēgums, gan Zaudēta putu liešana vs Investīciju liešana sniedz gandrīz neto formas priekšrocības un izteiktas stiprās puses.
Lost putuplasta liešana nodrošina ātru raksta izveidi, zemas instrumentu izmaksas, un liela mēroga spējas,
savukārt investīciju liešana nodrošina visaugstāko precizitāti, izcila virsmas apdare, un plaša sakausējuma savietojamība.
Rūpīgi izvērtējot detaļu sarežģītību, materiālās prasības, apjoma prasības, un kvalitātes mērķi,
ražotāji var droši izvēlēties optimālo liešanas metodi, nodrošinot rentablu augstas veiktspējas komponentu ražošanu mūsdienu konkurences apstākļos.
Pie Šis, Mēs ar prieku apspriežam jūsu projekta projektēšanas procesa sākumu, lai nodrošinātu, ka kāds sakausējums ir izvēlēts vai tiek piemērota pēckastā ārstēšana, Rezultāts atbildīs jūsu mehāniskajām un veiktspējas specifikācijām.
Lai apspriestu jūsu prasības, e -pasts [email protected].
FAQ: Zaudēta putu liešana pret investīciju liešanu
Kādas ir galvenās atšķirības starp Lost Foam Casting un Investment Casting?
Zaudēta putu liešana (LFC) izmanto izlietojamus EPS putu modeļus, kas iestrādāti nesaistītās smiltīs; izkausēts metāls iztvaiko putas un aizpilda dobumu.
Investīciju liešana (IC) izmanto vaska rakstus, kas pārklāti ar keramikas apvalku; vasks tiek atvaskots un čaula tiek apdedzināta pirms metāla ieliešanas.
LFC piestāv lieliem, vienkāršākas formas un alumīnija vai dzelzs sakausējumi, kamēr IC izceļas ar sarežģītību, plānsienu detaļas un plašāks sakausējumu klāsts.
Kurš process nodrošina stingrākas izmēru pielaides?
Pateicoties stingrām keramikas veidnēm un precīziem vaska instrumentiem, Investment Casting nodrošina smalkākas pielaides — parasti ±0,1–0,3 mm..
Lost Foam Casting parasti saglabā ±0,5–1,0 mm pielaides, piemērots mazāk kritiskām lēkmēm.
Kā salīdzina virsmas apdari?
IC detaļas sasniedz Ra 0,8–3,2 µm apdari tieši no veidnes, bieži vien ir nepieciešama tikai viegla pulēšana.
LFC virsmas ir raupjākas — Ra 3,2–6,3 µm —, tāpēc tām nepieciešama plašāka apstrāde.
Kādus sakausējumus var atliet ar katru metodi?
LFC parasti apstrādā alumīniju (A356, A380), elastīgais dzelzs, un izvēlieties mazleģētus tēraudus.
IC ir piemērots nerūsējošajam tēraudam, niķeļa bāzes supersakausējumi (Piem., Neiebilstība 718), titāna sakausējumi, un bronzas, padarot to ideāli piemērotu augstas veiktspējas lietojumprogrammām.
Kurš process ir rentablāks?
Vidēja līdz liela apjoma vienkāršākiem sakausējumiem (Piem., alumīnija kolektori), LFC piedāvā zemākas instrumentu izmaksas ($100- 300 USD par putu modeli) un ātri cikla laiki.
ICaugstākas sākotnējās die izmaksas ($15,000- 60 000 USD) sevi attaisno mazā apjomā, augstas precizitātes braucieniem vai izmantojot augstākās kvalitātes sakausējumus.
Kuram procesam ir ātrāks izpildes laiks?
LFC izpildes laiks parasti ilgst 1–3 dienas no modeļa līdz gatavai daļai, pateicoties ātrai putu rakstīšanai un vienpakāpes liešanai.
IC čaulas celtniecībai nepieciešamas 4–7 dienas, devasks, izdegšana, un lejot, padarot to labāk piemērotu plānotajām ražošanas sērijām.
Vai ar šīm metodēm varu ražot lielus lējumus?
LFC var apstrādāt detaļas līdz 2 m izmēri un vairāki simti kilogramu svars.
IC parasti cepures apkārt 1 m un 50–100 kg uz daļu, čaulas stiprības un izdegšanas ierobežojumu dēļ.
Kā izvēlēties starp LFC un IC?
Apsveriet daļas sarežģītību (smalkas detaļas dod priekšroku IC), sakausējuma prasības (augstākās kvalitātes sakausējumi dod priekšroku IC), tilpums (lielie apjomi dod priekšroku LFC),
tolerance un apdares vajadzības (stingrākās specifikācijas atbalsta IC), un instrumentu budžets (zemās izmaksas dod priekšroku LFC).
