Zaudētā vaska liešanas process

1. Ievads

Lost-vasks (investīcijas) liešana pārvērš precīzus upurēšanas rakstus — tradicionāli vasku — metāla daļās, izmantojot keramikas apvalku.

Tās galvenās stiprās puses ir: lieliska virsmas apdare, augstas dimensijas precizitāte, un spēja atliet sarežģītas ģeometrijas un augstas veiktspējas sakausējumus.

Procesa varianti (vaska pakāpes, čaulas ķīmija un pamatmetodes) Ļaujiet inženieriem samainīt izmaksas un precizitāti un izvēlēties maršrutus, kas piemēroti nerūsējošajam tēraudam, vara sakausējumi, gludekļi, un — ievērojot īpašus piesardzības pasākumus — titāna un niķeļa supersakausējumus.

2. Zaudētā vaska liešanas process

Tipiska secība (augsts līmenis):

1. Raksts: izgatavot vasku (vai lejamie sveķi) modelis(s) — viens gabals vai koks/ķekars.
2. Montāža: pievienojiet rakstus skrējējiem / vārtiem, lai izveidotu kopu.
3. Investēt / čaulas uzbūve: iegremdēt montāžu saistvielu suspensijā + apmetums; atkārtojiet, lai izveidotu čaulu.
4. Izārstēt / sauss: želeja un daļēji sausi apvalki starp kārtām; galīgā žāvēšana.
5. Devasks: noņemt vasku (tvaicē vai izkausē).
6. Izdegšana / šaušana: rampa organisko vielu sadedzināšanai un apvalka stabilizēšanai.
7. Ielej: izkausē un ielej metālu iepriekš uzkarsētā apvalkā.
8. Izšaut & tīrīšana: noņemt apvalku, griezti vārti, tīrs.
9. Pēcapstrāde: termiskā apstrāde, Gurns (ja nepieciešams), apstrāde, virsmas apdare, pārbaude.

3. Rakstu materiāli: zems-, vidējais-, un augstas temperatūras vaski

Piezīmes & norādījumus

• Izvēlieties vasku pēc daļas izmēra, instrumenta kalpošanas laiks un paredzamā apvalka/veidošanas secība. Zemas temperatūras vasks ir lieliski piemērots smalkām detaļām un maziem apjomiem, taču ilgstoši braucot vai siltās veikala zonās, tas var slīdēt..
  Vidēja temperatūra ir darba zirgs inženierijas liešanai. Augstas temperatūras vaski (un inženierijas tipa polimēri) tiek izmantoti, ja apstrāde vai garais apvalks rada risku kropļojumus.
• Rakstu piedevas: plastifikatori, stabilizatori, plūsmas uzlabotāji un krāsvielas ietekmē injekcijas uzvedību, devaska atlikumi un izdegšanas gāzes izdalīšanās — norādiet lietuvēs apstiprinātos preparātus.

4. Rakstu izgatavošana: instrumenti, injekcijas vasks, un piedevu modeļi

• Iesmidzināšanas formēšana: Tērauda/alumīnija presformas vaskam — zemas izmaksas par vienu gabalu apjomā ar augstu virsmas kvalitāti. Instrumentu izmaksu skala ir atkarīga no sarežģītības.
• 3D apdrukāti liejamie vaska/sveķu raksti: SLA, DLP, materiālu strūklas vai liejamie vaska printeri novērš instrumentus prototipiem un nelielām sērijām.
  Mūsdienu liejamie sveķi tīri attīra paraugu un tuvojas injekcijas vaska virsmas kvalitātei.
• Rakstu koku veidošana un vārtu dizains: sakārtojiet modeļus uz centrālās sprauslas efektīvai izliešanai un barošanai; ietver upura stāvvadus saraušanās barībai.
  Izmantojiet simulāciju lieliem klasteriem, lai izveidotu vārtus un padeves līdzsvaru.

5. Shell sistēmas: Silīcija dioksīds, Ūdens stikls, un hibrīda apvalki

Apvalku sistēma ir vienīgais vissvarīgākais mainīgais, kas nosaka virsmas precizitāti, siltuma pretestība, caurlaidība / ventilācija, saderība ar vakuumu un sakausējuma piemērotība zaudētā vaska liešanai.

Mūsdienu veikalos tiek izmantotas trīs praktiskas ģimenes:

• Silīcija dioksīds (koloidālais-silīcija dioksīds) čaumalas — prēmija, augstas precizitātes maršruts.
• Ūdens stikls (nātrija silikāts) čaumalas — ekonomiskais, robusts maršruts lielākam / tērauda/dzelzs darbi.
• Hibrīda apvalki — apvienot naudas sodu, ķīmiski izturīgs iekšējais pārklājums (silīcija dioksīds vai cirkons) ar ūdens stikla ārējo pārklājumu, lai līdzsvarotu izmaksas un veiktspēju.

Silīcija-sol čaumalas (koloidālais silīcija dioksīds)

Kas tas ir un kā tas darbojas

Silīcija-sol čaumalas izmanto a submikronu silīcija dioksīda daļiņu koloidāla suspensija kā saistviela.

Pirmās kārtas (ļoti smalka mazgāšana) izmantojiet koloīdu, lai nēsātu īpaši smalku apmetumu, kas ieraksta detaļas; turpmākās kārtas veido biezumu un tiek nostiprinātas žāvējot un apdedzinot augstā temperatūrā (saķepināšana) kas rada blīvu, spēcīgi čaumalas.

Galvenās īpašības:

• Virsmas precizitāte: labākais pieejamais — kā parasti Ra ~0,6–3 µm ar smalku mazgāšanu.
• Termiskā stabilitāte / šaušana: čaulas var konsolidēt plkst 600-1000°C (veikala prakse atšķiras atkarībā no apmetuma). Augstas temperatūras apdedzināšana palielina korpusa izturību un termiskā trieciena izturību.
• Vakuuma/inerta saderība:izcili — silīcija dioksīda sola apvalki ir saderīgi ar vakuumu un inertas atmosfēras ieliešanu un ir parasta izvēle titānam, niķeļa un kobalta supersakausējumi.
• Caurlaidības kontrole: var noregulēt ar apmetuma šķirošanu un apdedzināšanu, lai nodrošinātu kontrolētu ventilāciju augstvērtīgai, stingri lējumi.
• Piesārņojuma jutība:augsts — koloīdu stabilitāti izjauc jonu piesārņojums (sāļi, metāla naudas sodi) un organiskās vielas; virca un augu tīrība ir kritiska.
• Tipisks pirmās kārtas apmetums: zem 10 µm kausēta silīcija dioksīds, cirkons vai cirkonija oksīds reaktīvām saskarnēm.
• Tipiski lietošanas gadījumi: aviācijas un kosmosa turbīnu sastāvdaļas, supersakausējumi, ar vakuumu izliets titāns, medicīniskie implanti, precīzas mazas detaļas.

Ūdens-stikla apvalki (nātrija silikāts)

Kas tas ir un kā tas darbojas

Ūdens-stikla čaumalas izmanto an nātrija ūdens (vai kāliju) silikāta šķīdums kā saistviela.

Pārklāj želeju līdz silīcija dioksīdam līdzīgam tīklam, izmantojot CO₂ gāzi vai ķīmiskos cietinātājus (skābie sāļi), veidojot stingru keramikas apvalku, ja to apvieno ar šķiroto ugunsizturīgo apmetumu.

Galvenās īpašības:

• Virsmas precizitāte: piemērots vispārējai inženierijai — parasti kā Ra ~2,5–8 µm atkarībā no mazgāšanas un apmetuma.
• Izšaušana: parasti stabilizējas plkst ~400–700°C; čaumalas nav saķepinātas tādā pašā mērā kā silīcija dioksīda-sol sistēmas.
• Vakuuma saderība:ierobežots — nav ideāli piemērots vakuuma/inertu liešanai vai visaktīvākajiem sakausējumiem.
• Caurlaidība / vēdināšana: parasti piemērots tēraudiem/dzelžiem; caurlaidība mēdz būt rupjāka nekā optimizētajiem silīcija dioksīda sola apvalkiem.
• Sacietēšanas metode:CO₂ gāzēšana (ātra želeja) vai skābes cietinātāji — ātri, izturīgs komplekts veikala stāvā.
• Piesārņojuma jutība: mērens — jonu piesārņojums ietekmē sacietēšanu un želejas viendabīgumu, bet ūdens stikls parasti ir izturīgāks nekā silīcija dioksīds.
• Tipisks pirmās kārtas apmetums: smalks kausēts silīcija dioksīds; cirkonu var izmantot, lai uzlabotu virsmas aizsardzību.
• Tipiski lietošanas gadījumi: vārstu ķermeņi, sūkņu apvalki, lielas tērauda/dzelzs detaļas, jūras aparatūra, vispārējie rūpnieciskie lējumi.

Hibrīda apvalki (silīcija dioksīda vai cirkona iekšējais pārklājums + ūdens-stikla ārējās kārtas)

Kas tas ir un kā tas darbojas

Kopīgs ekonomisks kompromiss: izšķirt augstākās kvalitātes iekšējais mētelis (silīcija dioksīda vai cirkona/cirkonija mazgāšana) tiek izmantots vispirms, lai uztvertu detaļas un izveidotu ķīmiski izturīgu barjeru, tad ūdens-stikla ārējās kārtas ir konstruēti tā, lai nodrošinātu lielapjoma izturību par zemākām izmaksām.

Galvenās īpašības:

• Virsmas precizitāte & ķīmiskā barjera: iekšējais silīcija dioksīds/cirkons nodrošina gandrīz silīcija dioksīda virsmas kvalitāti un palīdz novērst metāla apvalka reakcijas metāla saskarnē.
• Maksāt & apstrāde: ārējais ūdens stikla pārklājums samazina kopējo silīcija dioksīda sola patēriņu un padara apvalku izturīgāku lietošanai un lieliem izmēriem.
• Vakuuma saderība: uzlabots salīdzinājumā ar tīru ūdens stiklu (pateicoties iekšējam apvalkam) bet joprojām nav tik ideāls kā pilnas silīcija dioksīda sola apvalki — noder daudziem nerūsējošā tērauda un dažiem niķeļa sakausējumiem, ja tiek kontrolēta kušanas/ieliešanas atmosfēra.
• Tipiski lietojumi: vārstu korpusi ar augstas kvalitātes mitrinātām virsmām, vidējas vērtības turbīnu daļas, kur nepieciešama zināma vakuuma savietojamība, lietojumprogrammas, kur izmaksas un veiktspēja ir jāsabalansē.

6. Galvenās tehnoloģijas

• Šķīstošie serdeņi (vaska vai polimēru serdeņi, kas izgatavoti šķīdināšanai): radīt iekšējās ejas (dzesēšanas kanāli); noņemt ar karstu ūdeni vai šķīdinātāju.
• Ar saistvielu apdedzinātas keramikas serdes (silīcija dioksīds, alumīnija oksīds, cirkons): stabils augstās temperatūrās supersakausējumiem; nepieciešama čaulas kodola saderība.
• 3D-drukāti serdeņi: saistvielas strūklas vai SLA keramikas serdeņi nodrošina sarežģītas iekšējās ģeometrijas bez instrumentiem.

Izstrādājot serdeņus, jāņem vērā serdeņu atbalsts, vēdināšana, termiskā izplešanās un ķīmiskā saderība ar kausētu metālu.

7. Atslogošana, izdegšana & šāviņu šaušana — praktiskie grafiki un kontroles punkti

Atslogošana

• Tvaika/autoklāva atsvaidzināšana: izplatīts parastajiem vaska kokiem. Tipiskā virsmas temperatūra 100–120 °C; cikla minūtes līdz stundām atkarībā no vaska tilpuma un koka izmēra.
• Termiskais devasks / šķīdinātāja kausējums: izmanto dažiem polimēriem — izmantojiet šķīdinātāja atgūšanu un kontroli.

Izdegšana / izdegšanas grafiks (tipisks inženierijas piemērs)

• Rampa: palēnināt līdz 100–200 °C, lai noņemtu mitruma/vaska atlikumus (≤3–5 °C/min ieteicams biezām čaulām, lai izvairītos no tvaika pūslīšu veidošanās).
• Turiet 1: 150-250 °C (1– 4 stundas) lai attīrītu organiskās vielas ar zemu viršanas temperatūru.
• Rampa 2: ~3 °C/min līdz 350–500 °C.
• Galīgā noturēšana: 4–8 stundas 350–700 °C temperatūrā atkarībā no korpusa sistēmas un sakausējuma. Silīcija dioksīda čaulas var apdedzināt līdz 600–1000 °C saķepināšanai/stiprībai; ūdens stikla čaumalas parasti stabilizējas 400–700 °C temperatūrā.
• Taustiņu vadīklas: rampas ātrums, skābekļa pieejamība (izvairieties no pārmērīgas oksidēšanās reaktīviem metāla apvalkiem), un pilnīga organisko vielu noņemšana, lai izvairītos no gāzes izdalīšanās ieliešanas laikā.

Pirms ieliešanas čaumalu uzkarsē: korpusu uzsilda līdz 200–800 °C atkarībā no sakausējuma, lai samazinātu termisko triecienu un uzlabotu metāla plūsmu; Piem., nerūsējošā tērauda izstrādājumi parasti tiek uzkarsēti 200–450 °C; supersakausējumiem ir nepieciešams augstāks atkarībā no apvalka.

8. Izliešana: kausējuma prakse, vakuuma/inertās iespējas un liešanas parametri

• Kausēšanas krāsnis: indukcija vai pretestība; degazēšana/filtrēšana un plūsmas nodrošināšana tīrībai.
• Par temperatūrām (tipisks):

• • Alumīnija sakausējumi: 650-720 °C
  • Vara sakausējumi: 1000-1200 °C
  • Tērauds: 1450-1650 °C
  • Niķeļa supersakausējumi: 1400-1600+ °C (atkarīgs no sakausējuma)

• Vakuums un inerta liešana: obligāti titānam un ļoti reaģējošiem sakausējumiem; vakuums samazina oksidācijas un metāla apvalka reakcijas.
• Par modi: gravitācijas ieliešana salīdzinājumā ar lešanas kausu un vakuuma palīdzību — izvēlieties, lai samazinātu turbulenci un līdzi izplūstošās gāzes. Iekļaušanas kontrolei izmantojiet filtrus.

9. Parasti izlietie materiāli & īpaši apsvērumi

• Nerūsējošie tēraudi (300/400, divstāvu): labi ar ūdens stiklu & silīcija dioksīds; kontrolēt apvalka caurlaidību un galīgo priekšsildīšanu.
• Ogleklis & mazleģētie tēraudi, elastīgais dzelzs: labi piemērots ūdens stikla čaulām; novērojiet mērogošanu un apvalka eroziju pie lielas izliešanas enerģijas.
• Vara sakausējumi (bronza, Ar mums): kopīgs; kontrolēt pārkaršanu, lai izvairītos no čaumalas mazgāšanas.
• Alumīnija sakausējumi: iespējams, bet bieži vien lētāk ar citām liešanas metodēm; nodrošināt ventilāciju/caurlaidību.
• Titāns & Jūs sakausējumi: reaktīvs — dod priekšroku silīcija-sol čaumalām, cirkona/alumīnija oksīda pirmās kārtas, vakuums kūst, un inertā atmosfēra. Izvairieties no ūdens stikla, ja vien netiek izmantoti aizsargpārklājumi un speciālie kontroles līdzekļi.
• Niķelis & kobalta supersakausējumi: izmantojiet silīcija-sol čaulas, kur nepieciešams, apdedzināšana augstā temperatūrā un vakuuma/inerta apstrāde.

10. Tipiski izmēri, virsmas un tolerances spējas

• Izmēru tolerance (tipisks kā-cast): ±0,1–0,3% no nominālā izmēra (Piem., ±0,1–0,3 mm uz 100 mm iezīme).
• Virsmas apdare (Ra kā-cast): silīcija dioksīds ~ 0,6–3,2 µm; ūdens stikls ~2,5–8 µm.
• Lineārās saraušanās pielaide: ~1,2–1,8% (sakausējums & lietuve precīzi norādiet).
• Minimālais praktiskais sienas biezums: rotaslietas/mikro daļas: <0.5 mm; inženiertehniskās daļas: 1.0-1,5 mm tipisks; strukturāli biezākas sadaļas izplatītas.
• Atkārtojamība: laba liešanas prakse dod ±0,05–0,15% ražīgumu uz kritiskiem datiem.

11. Bieži sastopami defekti, pamatcēloņi un aizsardzības līdzekļi

12. Pēcliešanas procesi

• Izšaut & keramikas noņemšana: mehāniskās vai ķīmiskās metodes.
• Termiskā apstrāde: šķīduma apstrāde, novecošanās (T6), atkvēlināšana — atkarīgs no sakausējuma. Tipiski risinājuma tempi: Al sakausējumi ~520–540 °C; tēraudi augstāki.
• Karsta izostatiska presēšana (Gurns): samazina iekšējo saraušanās porainību pret nogurumu jutīgām daļām; tipiskie HIP cikli ir atkarīgi no sakausējuma (Piem., 100–200 MPa un 450–900 °C).
• Apstrāde & apdare: kritiskie urbumi, blīvējuma virsmas, kas apstrādātas līdz pielaidei; pulēšana, pasivēšana vai pārklājums uzklāts pēc vajadzības.
• Ndt & testēšana: hidrostatiskais, spiediens, noplūdes testi, Rentgens/CT, ultraskaņas, krāsvielu caurlaidīgs līdzeklis, mehāniskā pārbaude pēc specifikācijas.

13. Procesa kontrole, pārbaude & kvalifikācija

• Iegādājieties kvalitātes kontroles metriku: vircas cietās vielas, viskozitāte, želejas laiks, krāsns līknes, devaska baļķi, izdegšanas rampas diagrammas, kausēšanas ķīmija un baļķu degazēšana.
• Kuponu paraugi: stiepes, cietība & metalogrāfijas kuponi, kas ielieti vārtos reprezentatīvai mikrostruktūrai un mehāniskajām īpašībām.
• NDT paraugu ņemšana: radiogrāfija un CT skenēšana kritiskām sastāvdaļām; norādiet porainības pieņemšanas līmeņus (tilpuma% vai maksimālais defekta izmērs).
• Statistiskā procesa kontrole (SPC): attiecas uz kritiskām ievadēm (mazgāt cietās vielas, apvalka biezums, izkausē ūdeņradi) un izejas (izmēru variācijas, porainība skaitās).

14. Izplatīti maldīgi priekšstati & Precizējumi

“Pazaudētā vaska liešana ir paredzēta tikai augstas precizitātes daļām”

Nepatiesi. Ūdens stikla bāzes zaudētā vaska liešana ir rentabla vidējas precizitātes detaļām (±0,3–0,5 mm) - 40% automobiļu pazudušo vaska lējumu gadījumā izmanto šo variantu.

“Zemas temperatūras vasks ir zemāks par vidējas temperatūras vasku”

Atkarīgs no konteksta. Zemas temperatūras vasks ir lētāks un piemērots zemas precizitātes, liela apjoma daļas (Piem., aparatūra) — vidējas temperatūras vasks ir nepieciešams tikai stingrākām pielaidēm.

“Silīcija dioksīds vienmēr ir labāks par ūdens stiklu”

Nepatiesi. Ūdens stikls ir par 50–70% lētāks un ātrāks vidējas precizitātes lietojumiem — silīcija dioksīds ir attaisnojams tikai kosmosa/medicīnas daļām, kurām nepieciešama ±0,1 mm pielaide..

“Pazudušā vaska liešanai ir augsts lūžņu daudzums”

Nepatiesi. Silīcija dioksīda sola zaudētā vaska lējuma lūžņu daudzums ir 2–5% (salīdzināms ar liešanu) — ūdens glāzē ir 5–10% (joprojām zemāks par smilšu liešanas 10–15%).

“3D drukāšana padara vaska liešanu novecojušu”

Nepatiesi. AM ir ideāli piemērots prototipiem/mazam skaļumam, bet zaudētā vaska liešana ir 5–10 reizes lētāka vidēja vai liela apjoma gadījumā (>1,000 daļa) un apstrādā lielākās daļas (līdz 500 kg).

15. Secinājums

Zaudētā vaska liešanas process joprojām ir galvenā kompleksu ražošanas metode, augstas precizitātes metāla detaļas.

Kad savienojat pārī pa labi raksta materiāls, čaulas ķīmija un izkausēt/atmosfēras prakse ar disciplinētu procesa kontroli, pazaudētā vaska liešana uzticami rada detaļas, kuras būtu grūti vai neiespējamas ar citiem līdzekļiem.

Mūsdienīgi uzlabojumi (3D iespiesti raksti, hibrīda čaumalas, vakuumliešana un HIP) paplašināt procesu, iekļaujot jaunus sakausējumus un lietojumus, taču tie arī rada nepieciešamību pēc rūpīgas specifikācijas, izmēģināšana un kvalitātes nodrošināšana.

 

FAQ

Kuru apvalku sistēmu man izvēlēties titānam?

Silīcija dioksīds (ar cirkona/alumīnija oksīda pirmo kārtu) + vakuuma/inerta kausēšana un liešana. Ūdens stikls parasti nav piemērots bez plašiem barjeras pasākumiem.

Cik smalkas var būt iezīmes ar zaudētā vaska liešanu?

Funkcijas <0.5 mm ir iespējamas (juvelierizstrādājumi/precizitāte); inženiertehniskajās daļās mērķis ≥1 mm robustumam, ja vien tas nav pierādīts izmēģinājumos.

Es varu sagaidīt tipisku virsmas apdari?

Silīcija dioksīds: ~0,6–3,2 µm Ra; ūdens stikls: ~2,5–8 µm Ra. Smalka mazgāšana un vaska presformu pulēšana uzlabo apdari.

Kad ir ieteicams lietot HIP?

Nogurumam kritisks, spiedienu saturošs, vai kosmosa daļas, kur iekšējā porainība ir jāsamazina līdz minimumam — HIP var ievērojami uzlabot noguruma kalpošanas laiku.

Vai es varu izmantot 3D drukātus modeļus vaska instrumentu vietā??

jā — lejamie sveķi un apdrukātais vasks samazina instrumentu izgatavošanas laiku un izmaksas prototipiem/maziem apjomiem. Pārliecinieties, vai ir apstiprinātas sveķu atslogošanas īpašības un apvalka saderība.