Ievads
Lost-vasks investīciju liešana ir viens no pasaulē vecākajiem precīzās metāla formēšanas procesiem, kuru izcelsme sniedzas ~5000 gadu senā pagātnē.
Šajā metodē, detalizēts vaska raksts (bieži bišu vasks senos laikos) ir ietverts smalka ugunsizturīga materiāla slāņos; pēc tam, kad vasks ir izkusis ("pazudis"), izkausēts metāls aizpilda iegūto keramikas veidni.
Mūsdienu investīciju atlase balstās uz šo tradīciju, izmantojot uzlabotos vaskus, ugunsizturīgie materiāli un sakausējumi augsta precizitāte un sarežģītas formas.
Būtiska inovācija ir bijusi attīstība koloidālais-silīcija dioksīds (silīcija dioksīda sols) saistvielas keramikas apvalkam.
Koloidālais silīcija dioksīds, ūdens nanomēroga SiO₂ dispersija, veido pastāvīgas augstas temperatūras saites, kas rada spēcīgas, augstas stiprības čaumalas.
Kopš 1980. gadiem, silīcija dioksīds ir kļuvis par izvēlēto saistvielu precīzijas liešanā, uzliesmojošu etilsilikātu sistēmu nomaiņa.
Silīcija dioksīda čaulas var atvaskot ar zibspuldzi, nevis dzēšanu ar ūdeni, un izturēt ~2000°C izdegšanas laikā.
Šīs īpašības dod izcila virsmas apdare, stingras pielaides, un detaļas, padarot silīcija-sola liešanu ideāli piemērotu augstākās klases komponentiem.
Kas ir Silica Sol Investment Casting
Silīcija dioksīda sola liešana ir zaudētā vaska liešanas variants, kurā keramikas veidni pilnībā veido no silīcija-sola saistvielu virca un smalki ugunsizturīgi pulveri (bieži cirkona milti vai alumīnija oksīds).
Praksē, vaska raksti tiek ievadīti un salikti “kokā,Pēc tam atkārtoti pārklāts ar silīcija dioksīda-sola koloīdu un apmests ar ugunsizturīgiem miltiem, lai izveidotu keramikas apvalku.
Kad apvalks sasniedz vajadzīgo biezumu, montāža tiek žāvēta un atvaskota (bieži vien tvaika autoklāvā vai krāsnī), atstājot dobu veidni.
Pēc tam veidni saķepina augstā temperatūrā (>1000 ° C), un tajā ielej izkausētu metālu. Pēc atdzesēšanas, keramikas apvalks ir nolauzts, lai atklātu precīzi izlietās detaļas.
Atšķirībā no citām ieguldījumu metodēm, silīcija dioksīda sola saistvielas izmantojiet koloidālo silīcija dioksīdu uz ūdens bāzes, nevis sārmainas vai organiskas saistvielas.
Tas nodrošina īpaši smalkus ugunsizturīgus pārklājumus (daļiņu izmēri ~10–20 μm) un praktiski bezšuvju čaumalas.
Silīcija dioksīda sola procesi tagad ir nozares standarts prasīgiem lietojumiem augstas dimensijas precizitāte un virsmas kvalitāte, no turbīnu lāpstiņām līdz ķirurģiskiem implantiem.
Silīcija dioksīda sola saistvielu ķīmija & Materiāli
Tipiska silīcija dioksīda-sola saistviela ir ūdens koloidālais silīcija dioksīds formulējums (SiO₂ nanodaļiņas ūdenī), bieži ~30–40 mas.% cietvielu.
Silīcija dioksīda daļiņu diametrs ir aptuveni 10–50 nm, un tām ir virsmas lādiņi (pH stabilizēts ar sārmu).
Komerciālās saistvielas tiek tālāk pārveidotas ar piedevām, lai optimizētu veiktspēju.
Piemēram, nātrija hidroksīds vai nātrija silikāts var pielāgot pH stabilitātei, savukārt algināti vai alumīnija sāļi nodrošina papildu želejas kontroli.
Polimēru piedevas (piemēram, PVA, latekss, vai Welan gumija) var iekļaut (~0–3%) lai uzlabotu izturību mitrā stāvoklī, saistvielas gēla stingrība, un apvalka elastība.
Šie komponenti palīdz saglabāt silīcija dioksīda daļiņas suspendētās, nodrošināt konsekventu iestatījumu, un novērstu plaisāšanu žāvēšanas laikā.
Veiktspējas atribūti silīcija dioksīda-sola saistvielas ietver:
- Augsta savienojuma izturība: Uz žāvēšanas/kalcinēšanas, koloidālais silīcija dioksīds veido stingru SiO₂ stikla matricu, kas cieši saista ugunsizturīgos graudus. Tādējādi tiek iegūti čaumalas ar augstu mehānisko izturību (gan zaļi, gan atlaisti).
- Termiskā stabilitāte: Amorfais silīcija dioksīds ir izturīgs pret deformāciju līdz tā mīkstināšanas punktam (~1200 °C) un pat pieticīgi saķep augstākās temperatūrās, palīdzot apvalkam saglabāt formu liešanas laikā.
- Želācijas kontrole: Ķīmija ir noregulēta tā, lai putra paliek šķidra iegremdēšanas laikā, bet žāvēšanas laikā vienmērīgi saželē.. Piedevas, piemēram, neliels daudzums lateksa vai modificētas cietes, var palēnināt želejas laiku vai uzlabot elastību.
- Tīra izdegšana: Tā kā saistviela ir uz ūdens bāzes, nav uzliesmojošu organisku vielu. Devaska noņemšanas/izdegšanas laikā, neizdalās toksiski izgarojumi (atšķirībā no saistvielām uz spirta bāzes.
Attiecībā uz saderība, modeļiem izmantotie vaska sakausējumi (parasti sarežģīti parafīna maisījumi, mikrokristālisks vasks, plastmasa) nedrīkst saturēt migrācijas piedevas, kas kaitē apvalkam.
Vaska veidotāji nodrošina, ka pelējuma atbrīvošanas līdzekļi netraucē silīcija dioksīda saistīšanu.
Īpašiem gadījumiem (piemēram,. ļoti reaģējoši sakausējumi), var izvairīties no silīcija dioksīda čaumalām, bet lielākajai daļai tēraudu un sakausējumu, nav nekādu piesārņojuma problēmu.
Ugunsizturīgas piedevas:
Papildus silīcija miltiem (kvarca) vircā, inertās pildvielas, piemēram cirkonija silikāts (cirkons) milti un alumīnija oksīds ir izplatītas.
Cirkona milti (parasti 200–350 acs ZrSiO₄) nodrošina izcilu ugunsizturīgo stabilitāti un atbilst silīcija dioksīda saistvielas termiskajai izplešanai.
Tā blīva, smalkās daļiņas palīdz iesaiņot čaulu un pārnest siltumu, un tie palīdz vircai “slapināt” smalkās detaļas bez nogulsnēšanās.
Alumīnija oksīds (tabula Al₂O3, ~50–325 acs) var pievienot, lai vēl vairāk palielinātu korpusa izturību un termisko triecienu izturību.
Piemēram, alumīnija oksīds ir nereaģējošs, augsta blīvuma piedeva, kas ir lēta un samazina porainību.
Dažos procesos pat izmanto silīcija karbīda graudus, lai saglabātu siltumu veidnē. Summā, silīcija dioksīda sola ķīmija ir izstrādāta, lai iegūtu izturīgu, smalkas porainības apvalks, kas atbilst detaļas tehniskajām prasībām.
Procesa plūsma & Tehniskie parametri
1. Vaska rakstu izgatavošana:
Metāla presformas tiek izmantotas detaļu vaska kopiju iesmidzināšanai (vai 3D drukāti sveķu raksti var aizstāt).
Sarežģītās daļās var izmantot vairākus kopā savienotus vaska segmentus. Raksti tiek uzturēti ļoti tīri un precīzi pēc izmēriem.
2. Montāža & Nospiešana:
Vaska raksti tiek montēti uz koka ar vārtiem, skrējēji un liešanas kauss. Vārtu izkārtojums ir izstrādāts, lai veicinātu vienmērīgu metāla plūsmu un samazinātu turbulenci.
Vairākas daļas (bieži <0.1- 50 kg katrs) tiek izmesti uz koku.
3. Apvalka pārklājums (Iegremdēšana un apmetums):
Vaska koku iemērc silīcija-sola saistvielas suspensijā tā, lai visa virsma būtu samitrināta. Pēc tam tas tiek notīrīts no putekļiem ("štukots") ar smalkiem cirkona un/vai silīcija dioksīda miltiem (parasti 200–325 acs).
Virca aizpilda virsmas detaļas, un milti iekļūst saistvielā. Šis process tiek atkārtots: pēc žāvēšanas, tiek uzklāti papildu saistvielas un ugunsizturīgo materiālu slāņi.
Tipiska secība ir viens "sejas apvalks" (īpaši smalka virca + smalks apmetums) seko 4–8 pakāpeniski rupjāku graudu “aizmugurējās kārtas”..
Katrai kārtai ļauj saželēt un pēc tam daļēji nožūt gaisā pirms nākamās mērcēšanas. Dažos veikalos, krāsnis vai telpas ar kontrolētu mitrumu paātrina žūšanu starp slāņiem.
Slāņu skaits ir atkarīgs no daļas lieluma, ieliets metāls, un nepieciešamais apvalka biezums.
Gatavā apvalkā parasti ir 10–20 μm graudiņu virsma (ļoti gludai apdarei) ar kopējo biezumu 5–10 mm.
4. Žāvēšana:
Pēc pēdējā mēteļa, čaumalu rūpīgi izžāvē (dažreiz pa nakti ~60–120 °C) lai nodrošinātu, ka viss ūdens tiek noņemts.
Pareiza žāvēšana ir ļoti svarīga: tas ļauj silīcija dioksīdam vienmērīgi saželēt un novērš tvaika sprādzienus attīrīšanas laikā. Pilnībā izžāvētas čaulas iztur termisko spriegumu gaidāmajā atvasināšanas posmā.
5. Atslogošana:
Apvalka komplekts tiek pārnests uz atslogošanas kameru. Silīcija-sols procesos, tas bieži ir a tvaika autoklāvs vai karstā gaisa krāsnī (200–300 ° C).
Vasks tiek sašķidrināts un/vai iztvaicēts un iztukšots no veidnes. Tā kā keramika ir iepriekš uzsildīta, gandrīz viss vasks tiek ātri noņemts.
Lieliem vai sarežģītiem kokiem priekšroka tiek dota autoklāva atsvaidzināšanai, jo zem spiediena tvaiks var iegūt vasku no dziļām serdeņiem un plānām sekcijām.
(Piezīme: dažos citos procesos izmanto iegremdēšanu verdošā ūdenī (“ūdens atsvaidzināšana”), bet to parasti neizmanto ar cietiem silīcija dioksīda apvalkiem).
6. Apdedzināšana/uzsildīšana:
Kad vasks pazudis, čaumalas tiek pakļautas augstas temperatūras apdedzināšanas ciklam, lai sadedzinātu visas atlikušās saistvielas un saķepinātu silīcija dioksīdu.
To parasti veic ar gāzi darbināmās krāsnīs vai elektriskās krāsnīs, paaugstinās līdz ~800–1100 °C vairāku stundu laikā. Priekšsildīšana nostiprina apvalku un noņem organiskos atlikumus.
Pareiza apdedzināšana arī noņem mitrumu un karbonātu, atstājot grūti, tīri keramikas veidne. Šo posmu var sadalīt divās fāzēs (piemēram,. 300 °C noturēt, tad fināls plkst 1000 ° C).
7. Izliešana:
Tieši pirms ieliešanas, čaumalu sasilda līdz temperatūrai (bieži 200–600 °C) uzkarsētā cepeškrāsnī, lai nodrošinātu izmēru stabilitāti.
Izkausēts metāls (tērauds, supersakausējums, utc) tiek sagatavots tīģeļos vai indukcijas krāsnīs un pārkarsēts virs tā šķidruma.
Kritiskajiem sakausējumiem (uz ni bāzes, titāns), Lai samazinātu ieslēgumus, tiek izmantotas vakuumkausēšanas vai inertās gāzes paplātes.
Pēc tam metālu ielej karstā veidnē (ar gravitācijas vai vakuuma palīdzību) kontrolētā ātrumā.
Karstais apvalks palīdz virzīt sacietēšanu uz iekšu, precizitātes uzlabošana. Lielgabarīta sprues/skrējēji ("stāvvadi") barojiet lējumu, jo tas saraujas.
Tipiskās liešanas temperatūras var būt 1450–1600 °C tēraudiem vai 1500–1700 °C Ni sakausējumiem.. Liešanas laikā, ventilācija korpusa tuvumā ļauj droši izplūst jebkādām izdegšanas gāzēm vai vaska uzliesmojumam.
8. Atdzesēšana un kratīšana:
Pēc veidnes iepildīšanas, metālam ļauj sacietēt un atdzist (bieži no desmit minūtēm līdz stundām, atkarībā no masas).
Ieguldījumu lējumi caur plānām sekcijām parasti atdziest salīdzinoši ātri. Vienreiz ciets, keramikas veidne tiek iznīcināta (izvibrēja vai izsita).
Lielus kokus bieži apstrādā ar strūklu, lai noņemtu keramiku, un lējumi atdalīti no vārtiem, izmantojot zāģēšanu, kalti vai skaidas. Piestiprinātās vārtu spieķi tiek nogriezti pēc iespējas tuvāk lējumam.
9. Tīrīšana un apdare:
Pēc tam rupji lietās detaļas tiek notīrītas un pārbaudītas. Slīpēšana vai mehāniskā apstrāde noņem atlikušos vārtu spārnus un visas virsmas spuras.
Galīgo izmēru apstrāde, pulēšana vai pārklāšana tiek veikta pēc vajadzības. Ja nepieciešams, termiskās apstrādes (piemēram,. šķīduma atkausēšana, vecuma rūdīts) tiek izmantoti šajā posmā, lai izstrādātu galīgās mehāniskās īpašības.
Visā plūsmā, uzmanīgi procesa kontrole ir būtisks. Piemēram, vircas viskozitāte, apmetuma padeves ātrums, žāvēšanas līknes, un šaušanas profili tiek uzraudzīti, lai saglabātu konsekvenci.
Vārtu dizains un liešanas parametri ir optimizēti (bieži vien ar simulācijas palīdzību) lai izvairītos no porainības saraušanās un nodrošinātu pilnīgu veidnes piepildījumu.
Rezultāts ir liešanas process, kas spēj pārvērst sarežģītus vaska rakstus augstas integritātes metāla daļās.
Metalurģijas ietekme & Mehāniskās īpašības
Silīcija dioksīda-sol lējuma izturīgais keramiskais apvalks ievieš izteiktu termiskie gradienti sacietēšanas laikā.
Saskarne ar karsto apvalku ātri izvelk siltumu, tāpēc metāls pie veidņu sienām vispirms atdziest un veido smalkgraudainu, bieži kolonnveida struktūra, kas aug uz iekšu.
Šī virziena sacietēšana var radīt vēlamas graudu struktūras (piemēram,. vienāds dzīslas un kolonnu malas) kas uzlabo spēku.
Vispār, ieguldījumu lējumiem ir mikrostruktūras, kas salīdzināmas ar kaltiem vai kaltiem ekvivalentiem, lai gan detaļas ir atkarīgas no sakausējuma un dzesēšanas ātruma.
Tipiskas mehāniskās īpašības ir raksturīgas sakausējumam, bet ieguldījumu lietie sakausējumi bieži vien sasniedz stiepes stiprības no vairākiem simtiem līdz vairāk nekā tūkstotim MPa.
Piemēram, lietie nerūsējošie tēraudi (piemēram, AISI 316L/CF8M) var uzrādīt galīgo stiepes izturību ~ 500–700 MPa ar 20–40% pagarinājumu, savukārt nokrišņu rūdīšanas tēraudi vai Ni-supersakausējumi pēc termiskās apstrādes var pārsniegt 900–1200 MPa.
Arī cietība atbilst sakausējuma normām (piemēram,. ~HRC 15–30 lietam tēraudam).
Precīzi liets alumīnijs vai vara sakausējumi nodrošina plastiskumu (piemēram,. Al investīciju lējumi ~300 MPa UTS) ar labu noguruma veiktspēju, ja tiek kontrolēts graudu izmērs.
Galvenā silīcija-sola liešanas priekšrocība ir tā ietekme uz integritāte. Jo čaumalas tiek apdedzinātas augstā temperatūrā un atvaskotas, sadedzinot, mitruma aizķeršanās (un no tā izrietošā porainība) ir samazināts līdz minimumam.
Procesu disciplīnas, piemēram, vakuumkausēšana, keramikas putu filtri, un stingra liešanas kontrole vēl vairāk samazina ieslēgumus un poras.
Praksē, kvalificētām investīcijām izmantotajām daļām bieži ir ārkārtīgi zema porainība (<0.5%) kad pareizi izmests.
Nesagraujošās pārbaudes (Ndt) piemēram, rentgena vai ultraskaņas pārbaude tiek izmantota, lai pārbaudītu iekšējo stabilitāti. Ja rodas saraušanās vai porainība, tas parasti atrodas izolētās stāvvada vietās, nevis kritiskās plānās daļās.
Stikla mikrosfēras ieslēgumi būtībā neeksistē silīcija dioksīda sola apvalkos, atšķirībā no dažiem ūdens stikla procesiem.
Kopumā, daļas, kas izlietas silīcija dioksīda-sol ieguldījumu veidnēs mehāniskā veiktspēja līdzvērtīgi tā paša sakausējuma kalumiem vai kaltiem materiāliem, īpaši termiski apstrādājot.
Stiepts, raža, un trieciena vērtības parasti atbilst attiecīgajiem standartiem katram sakausējumam. (Piemēram, investīcijas 17-4 PH tērauds pēc novecošanas var sasniegt 1300–1500 MPa stiepes spēku, līdzīgs kaltajam.)
Kopsavilkumā, smalkā apvalka kontrole un tīri kušanas apstākļi silīcija dioksīda sola liešanai nodrošina detaļu ar izcilu izturību, elastība un stingrība.
Izmēra precizitāte & Virsmas kvalitāte
Silīcija-sol ieguldījumu liešana ir slavena ar to stingras pielaides un smalkas apdares. Tipisks kā-cast lineārās pielaides atrodas ISO 8062 CT5-CT6 diapazons.
Piemēram, viena lietuve atzīmē, ka lieli izmēri (līdz ~300 mm) tiek turēti līdz ±0,1 mm (CT5).
Neatkarīgs avots apstiprina, ka ūdens stikla lējumi darbojas ar CT7-CT8, tā kā silīcija-sola lējumi parasti sasniedz CT5-CT6.
Praktiski, tas nozīmē, ka vissvarīgākajiem silīcija dioksīda-sol daļas izmēriem var uzticēties dažu milimetru desmitdaļu robežās bez apstrādes.
Daudzi uzņēmumi piedāvā apstrādes pielaides <0.2 mm investīciju liešanas detaļām, un augstas precizitātes darbā, Cp/Cpk indeksi no >1.33 bieži tiek mērķēti uz galvenajām dimensijām.
Virsmas raupjums ir arī izcils. As-cast Ra parasti ir aptuveni 3–6 μm (125- 250 mikrocollas), kas konkurē ar frēzētu apdari.
Pieredzējuši veikali ziņo par 60–200 μinch (1.5-5,1 μm) lielākajā daļā jomu. Ar izcilākajiem apmetuma maisījumiem (līdz 325 sieta cirkons) un lēna iegremdēšana, var sasniegt līdz 0,4–1,6 μm Ra gludas virsmas.
Šī gandrīz spoguļa kvalitāte bieži novērš (vai ievērojami samazina) nepieciešamība pēc liešanas apstrādes vai pulēšanas.
Ģeometriskā dizaina noteikumi ir atviegloti salīdzinājumā ar, saki, smilšu liešana. Plānās keramikas sienas un zems deformācijas pieļauj ļoti plānas sekcijas un asus leņķus.
Minimālais sienu biezums lielākajai daļai metālu ir 1–3 mm (īpašos gadījumos pat līdz ~0,5 mm).
Vēlamais minimālais stūra rādiuss ir ~1 mm vai vairāk, lai gan instrumentu rādiusi ir minimāli (pat asi stūri) var iemest, jo apvalks izlaužas no šādām iezīmēm.
Dizaina vadlīnijas iesaka lielas filejas un rādiusus, kur vien iespējams, lai samazinātu sprieguma koncentrāciju un veicinātu korpusa integritāti.
Atšķirībā no smilšu veidnēm, iegrimes leņķi parasti nav nepieciešami; patiesībā, dizaina noteikumi bieži vien atļauj nulle vai gandrīz nulles iegrime uz vertikālām virsmām, jo vasks saraujas pietiekami, lai atbrīvotos no formas.
(Praksē, Sarežģītām detaļām joprojām tiek izmantota neliela iegrime 0,5–1°, lai atvieglotu vaska noņemšanu, bet tas ir daudz mazāks nekā citos veidņu veidos.)
Kopsavilkumā, inženieri var sagaidīt ieguldījumu daļu iznākšanu gandrīz tīkla forma, ar izmēru precizitāti 0,02–0,1 mm diapazonā, un virsmas apdare ir tik zema kā Ra 2–6 μm bez apstrādes.
Galīgās pieļaujamās pielaides (piemēram,. IT7–IT9 ISO izteiksmē) tiek sasniegti regulāri lielākajā daļā funkciju.
Kvalitātes kontrole & Nesagraujošā pārbaude
Ieguldījumu liešanas kvalitātes nodrošināšana ietver vairākas pārbaudes gan korpusā, gan galīgajā liešanā.
Pirms liešanas, kritiskos apvalkus var pārbaudīt mikroskopiski vai ar ultraskaņas skeneriem, lai atklātu iekšējos tukšumus vai plaisas.
Procesa izstrādes laikā, paraugu apvalki bieži tiek atvērti, lai pārbaudītu pārklājuma viendabīgumu un biezumu.
Pēc liešanas, izmēru pārbaude (parasti ar CMM vai precizitātes mērierīcēm) pārbauda, vai ir ievērotas kritiskās pielaides.
Piemēram, lietuvēs regulāri tiek izmantotas koordinātu mērīšanas iekārtas (CMM) lai attēlotu precīzu ģeometriju un salīdzinātu ar CAD modeļiem. Virsmām tiek arī vizuāli pārbaudīti defekti.
Daudzi ražotāji atslēgu izmēriem norāda Cp/Cpk procesa spēju indeksus; sasniedzot Cp ≥1,33 (ar Cpk ≥1,0) ir kopīgs etalons, lai nodrošinātu nemainīgu precizitāti.
Par iekšējiem defektiem, nesagraujošā pārbaude (Ndt) ir būtisks, īpaši drošībā- vai veiktspējai kritiskās daļas.
Šķidruma caurlaidības vai magnētisko daļiņu testi tiek izmantoti uz virsmas, lai atklātu plaisas vai ieslēgumus.
Rentgenogrāfisks (Rentgenstars) vai ultraskaņas skenēšana pārbauda pazemes tukšumus, porainība, vai ieslēgumi.
Ražošanas kontrolē, pieņemšanas kritēriji (ASTM vai klientu standarti) nosaka maksimālo pieļaujamo porainību vai ieslēguma izmēru.
Kā piemērs, Impro Precision regulāri izmanto ultraskaņu un rentgenu, lai apstiprinātu iekšējos defektus (piemēram,. saraušanās dobumi) ir zem nosakāmajām robežām.
Paralēli tiek pārbaudīts materiāla sastāvs un termiskās apstrādes.
Ķīmiskā analīze (spark-OES vai WDS) pārbauda leģējošos elementus, savukārt paraugu cietības un stiepes testi apstiprina mehāniskās īpašības.
Kosmosa detaļām, nošaušana, krāsviela, un bieži tiek veiktas arī stingras metalogrāfiskās pārbaudes.
Īsāk sakot, ieguldījumu lējumiem tiek veiktas stingras kvalitātes nodrošināšanas/kvalitatīvas kontroles darbības: apvalka integritātes pārbaudes, pilna izmēra pārbaude (CMM, suporti), virsmas apdares mērītāji, un NDT (penetrants, hidrostatiskais, ultraskaņas, Rentgenstars).
Tas nodrošina, ka tiek izpildītas augstās cerības attiecībā uz precīziem lējumiem – stingru formu un pielaides pielaidēm bez iekšējiem defektiem..
Ekonomiskā analīze & Izmaksu virzītāji
Investīciju liešana ir salīdzinoši darbietilpīgs un laikietilpīgs process, kas atspoguļojas tā izmaksās.
Galvenie izmaksu elementi ietver instrumentus (vasks nomirst), palīgmateriāli (vasks, virca, apmetums un saistviela), enerģija (izdegšana un liešana), un darbaspēku (čaulas veidošana/žāvēšana).
Aptuvens sadalījums bieži parāda izejvielas (metāla plus apvalks) ~60–70% no kopējām izmaksām, enerģija/pieskaitāmās izmaksas ~15–25%, un strādājiet pārējo.
Saistvielu un ugunsizturīgo materiālu izmaksas:
Silīcija dioksīda-sola saistviela pati par sevi rada lielus materiālu izdevumus. Koloidālais silīcija dioksīds un augstas tīrības cirkona milti ir daudz dārgāki nekā parastās smiltis vai ūdens stikls.
Vienā lietuvju emuārā ir norādītas pelējuma materiālu izmaksas aptuveni $6.8/kg silīcija-cirkona apvalkiem, salīdzinot ar ~ 2,5 USD/kg ūdens stikla čaulām un ~ 1,5 USD/kg zaļo smilšu veidnēm.
Piedevas, piemēram, smalks alumīnija oksīds vai īpašie dispersanti, palielina izmaksas. Lai arī, šīs prēmijas iegādājas precizitāti un virsmas kvalitāti, ko nodrošina silīcija dioksīds.
Darbs un laiks:
Apvalka veidošana un žāvēšana ir darbietilpīga. Katrs iegremdēšanas/apmetuma cikls var aizņemt 15–30 minūtes praktiskās darbības, kā arī stundas žāvēšanas.
Pilnīga čaulas uzbūve var aizņemt 4–8 kārtas, un bieži vien tas ir nepieciešams dienu žāvēšanas laiks. Viens investīciju avots norāda, ka tas parasti prasa 7 dienas no vaska raksta līdz gatavai daļai.
Katrs apvalka slānis papildina apmēram 1–2 stundas (izkliedējot vircu, apkaisa apmetums, un pārbaude). Vairāk mēteļu (biezākām čaulām vai karstākiem sakausējumiem) nozīmē vairāk darba un garāku ciklu.
Ir kompromiss: papildu kārtu pievienošana palielina apvalka noturību (mazāk čaulas kļūmju) bet arī palielina izmaksas par daļu un pagarina caurlaides laiku.
Apjomradīti ietaupījumi:
Lai gan vaska presformas izgatavošanas fiksētās izmaksas var būt augstas (bieži vien no 5 000 USD līdz 50 000 USD atkarībā no sarežģītības), vienības izmaksas samazinās līdz ar apjomu.
Lieliem skrējieniem (simtiem detaļu), investīciju liešana var būt ekonomiska. Lai arī, ļoti maziem skrējieniem (<25 gabaliem), vienības izmaksās dominē instrumentu amortizācija.
Lēmums bieži vien ir atkarīgs no tā, vai gandrīz neto formas un smalkās apdares vērtība kompensē liešanas izmaksas?” – daudzās augstvērtīgās nozarēs tā dara.
Salīdzinošās izmaksas:
Salīdzinot ar ūdens-stikla liešanu, silīcija dioksīds maksā ievērojami dārgāk materiālos un lēnākos ciklos.
Piemēram, vienā ziņojumā norādīts, ka silīcija-sola lējumi var būt beigušies divas līdz trīs reizes ūdens-stikla lējumu cena (materiāli un darbs kopā).
Lai arī, kad tiek apsvērtas stingrākas pielaides un apdares ietaupījumi, kopējās procesa izmaksas var attaisnot to kritiskajām daļām.
Citi faktori:
Vide un regulējums var palielināt netiešās izmaksas; silīcija dioksīda solā netiek izmantoti bīstami šķīdinātāji, potenciāli samazināt atkritumu apstrādes maksu (atšķirībā no sistēmām, kuru pamatā ir alkohols).
No otras puses, jo ilgāks izpildes laiks (un WIP piesaistītais kapitāls) Silīcija dioksīda liešana ir nelielas izmaksas, kas jāņem vērā.
Kopsavilkumā, izmaksu izraisītāji silīcija dioksīda-sola liešanā ietver dārgu saistvielu/ugunsizturīgos materiālus un intensīvo čaulu veidošanas darbu.
Projektu plānotājiem ir jāsabalansē slāņu skaits (izmaksas/laiks) pret ražu (čaulas kļūmes), un materiālu izmaksas pret sasniegtās precizitātes vērtību.
Kāpēc izmantot silīcija dioksīdu?
Kad lietojumprogramma prasa visaugstāko precizitāti, Silīcija dioksīda-sol ieguldījumu liešana piedāvā nepārspējamas priekšrocības:
- Smalka virsmas apdare: Īpaši smalkais ugunsizturīgais silīcija dioksīda apvalks gandrīz nevainojami atveido veidņu detaļas.
Lietās daļas parādās ar gludākas virsmas nekā jebkurš cits liešanas process. Tipisks liešanas raupjums ir 3–6 μm Ra, kas bieži vien pietiek bez jebkādas apstrādes.
Rezultātā, sekundāro apstrādi var samazināt vai novērst, ietaupot laiku un saglabājot tīkla formu. - Stingras pielaides: Silīcija dioksīda veidnes ir ļoti stingras un izmēru stabilas ieliešanas un atdzesēšanas laikā. Tas ļauj gandrīz tīkla forma ražošana ar minimālu apstrādes pielaidi.
Tolerances spējas (CT5–6) būtībā ir pie liešanas metāla robežas. Klienti gūst labumu no mazāka lūžņu apjoma un paredzamākām saderībām. - Sarežģītība un detaļas: Silīcija-sol liešana var realizēt ārkārtīgi sarežģītas ģeometrijas. Plānas sienas (<1 mm), var panākt mazus caurumus/serdes un asus stūrus.
Funkcijas, piemēram, burti, logotipi vai smalkas dzesēšanas spuras parādās gala metālā tāpat kā vaskā.
Dizaineri ir gandrīz brīvi no iegrimes un nosaka ierobežojumus, kas kavē citas liešanas metodes. - Augstas temperatūras sakausējumi: Tā kā silīcija-cirkona apvalki iztur ~2000 °C, var liet pat augstas kušanas temperatūras vai supersakausējumus.
Augstas temperatūras spēja novērš čaumalas saķepināšanu vai deformāciju augsta karstuma liešanas laikā.
Tas padara silīcija dioksīdu par neaizstājamu kosmosa sakausējumiem uz Ni bāzes, tēraudi ar augstu hroma saturu un citi sakausējumi, ko izmanto ekstremālā vidē. - Drošība un vide: Uz ūdens bāzes un neuzliesmojošs, silīcija dioksīda sol saistvielas rada nav GOS vai sprādzienbīstamības. Korpusa uzkrāšanās vai atvaskošanas laikā nav toksisku izgarojumu.
Tas ir ne tikai drošāks darbiniekiem, bet arī racionalizē atbilstību vides aizsardzības prasībām.
Salīdzinot ar etilsilikātu (uzliesmojošs alkohols) vai nātrija silikāts (augsts sārmu saturs), koloidālais silīcija dioksīds ir labdabīgs. Ūdens saistvielas rada arī salīdzinoši viegli apstrādājamus atkritumus (ūdens un silīcija dioksīda dūņas). - Konsekvence un uzticamība: Koloidālā silīcija dioksīda preparāti ir konsekventi un stabili, ja tos pareizi uzglabā.
Apvalka īpašības (izturība, iestatīt laiku, caurlaidība) ražotājs var stingri kontrolēt.
Šī paredzamība uzlabo pirmo ražu liešanā, kas var atsvērt nedaudz augstākās materiālu izmaksas precizitātes lietojumos.
Būtībā, ir izvēlēta silīcija dioksīda sola liešana ikreiz, kad ir nepieciešama “augstākā” kvalitāte: īpaši gludas virsmas, adatas asas īpašības, un praktiski nav pazemes defektu.
Tas ir noklusējums kritiskajām aviācijas detaļām, elektroenerģijas ražošana un medicīnas jomas.
Nedaudz augstākās izmaksas bieži vien tiek kompensētas, novēršot slīpēšanu pa straumi un ražojot detaļas, kas atbilst specifikācijām tieši no veidnes..
Pieteikumi & Gadījumu izpēte
Silīcija-sol ieguldījumu liešana atrod izmantošanu visās nozarēs daļām, kur veiktspēju un precizitāti ir vissvarīgākie:
- Avi kosmosa: Blisks, turbīnu asmeņi, lāpstiņas un strukturālās kronšteini parasti tiek izmantoti ar silīcija dioksīda solu.
Šīm daļām bieži ir sarežģītas dzesēšanas caurules un stingras balansēšanas prasības.
Piemēram, turbīnu lāpstiņas ar sarežģītām gaisa spārnu formām un iekšējiem plēves dzesēšanas kanāliem parasti tiek izlietas supersakausējumos, izmantojot silīcija dioksīda veidnes.
Spēja ražot plānsienu, Šeit galvenā priekšrocība ir augstas temperatūras komponenti ar smalkām aerodinamiskām detaļām.
Lidojumam kritiskās daļas, piemēram, raķešu vai reaktīvo dzinēju komponenti, arī veicina ieguldījumu atlases konsekvenci.. - Medicīnisks Ierīces: Ķirurģiskie implanti (gurnu kātiem, ceļa locītavas) un instrumenti tiek atlieti ar silīcija dioksīda sola procesu, jo tie ir bioloģiski saderīgi sakausējumi (316Lukturis, CoCr, No) var izmantot, un detaļām nepieciešama smalka apdare.
Medicīniskajiem implantiem jābūt precīziem izmēriem un ļoti gludām virsmām; ieguldījumu liešana ar silīcija dioksīdu to panāk.
Ar šo metodi tiek izgatavoti monolīti ķirurģiskie instrumenti un sarežģītas kaulu skrūves vai skavas. Tā atkārtojamība nodrošina stingras pielaides, kas nepieciešamas implantiem. - Rūpnieciskie sūkņi, Vārsti & Turbokompresori: Kritiskās plūsmas sastāvdaļas (lāpstiņriteņi, apvalki, sūkņa spirāles, vārstu ķermeņi) gūt labumu no silīcija-sola liešanas.
Tiem bieži ir nepieciešams korozijizturīgs vai ļoti leģēts tērauds, un tiem ir sarežģīta iekšējā ģeometrija.
Piemēram, augstspiediena sūkņa lāpstiņriteņiem, kas ar šo procesu izlieti no nerūsējošā vai dupleksā tērauda, var būt asmeņu malas <<1 mm biezas un gludas hidrauliskās virsmas.
Specializētas turbomašīnu sastāvdaļas (tāpat kā sprauslu virzošās lāpstiņas turbīnās) tiek ražoti līdzīgi. - Autobūves & Enerģija: Lai gan daudzas automašīnu daļas ir liešanas vai smilšu liešanas veidā, augstas veiktspējas vai maza apjoma lietojumprogrammas (piemēram,. sacīkšu automašīnu turbokompresori, pārnesumu korpusi, sadales vārpstas) izmantot investīciju liešanu.
Turbīnu un kompresoru riteņi automobiļu turbokompresoriem (bieži izgatavoti no Ni vai Ti sakausējumiem) tiek izlietas silīcija dioksīda veidnēs.
Silīcija-sola lējumu izmanto arī vārstiem un veidgabaliem eļļā&gāzes un spēkstaciju iekārtas, kur lietā metāla integritāte un apdare ir ļoti svarīga. - Mākslas un arhitektūras: Lai gan bieži tiek ignorēts, smalkiem skulpturāliem un arhitektūras elementiem var izmantot silīcija-sol ieguldījumu liešanu.
Bronzas vai tērauda skulptūras ar īpaši smalkām detaļām tiek ražotas, vaska meistariem pārklājot silīcija dioksīda sola vircu..
Arhitektūras aparatūra (dekoratīvās margas, pasūtījuma piederumi, mākslas instalācijas) var veikt ar procesu, piegādājot tik izsmalcinātus lējumus, ka ir nepieciešams neliels apdares darbs.
(Šādi pielietojumi nodrošina precīzu virsmas apdari un detaļu saglabāšanu silīcija dioksīda apvalka veidnēs.) - Pētījums/gadījuma piemērs: Viens gadījuma pētījums ir Rolls-Royce, kurā tika izmantoti 3D drukāti silīcija dioksīda sola serdeņi turbīnu lāpstiņām, lai krasi saīsinātu izpildes laiku.
Vēl viens piemērs ir medicīnisko implantu uzņēmums, kas pārgāja no liešanas uz silīcija dioksīda ieguldīšanas liešanu, lai labāk kontrolētu izmērus mazām alumīnija ortopēdiskām ierīcēm..
Katrā gadījumā, lēmums bija atkarīgs no silīcija dioksīda sola spējas ražot kompleksu, augstvērtīgas detaļas bez pārstrādes.
Šie piemēri to ilustrē jebkurā vietā sarežģīta forma, stingra tolerance, un materiālu kvalitāti saplūst, silīcija-sola liešana ir izvēles risinājums.
Salīdzinošā analīze
- Silica Sol vs. Fosfātu investīcijas: Ar fosfātu saistītie ieguldījumi galvenokārt tiek izmantoti krāsaino metālu sakausējumu zobu liešanā, ne smagās inženierijas lējumos.
(Tos nosaka fosfātu ķīmiskā reakcija, nav piemērojams lielām tērauda daļām.) Rūpnieciskai precīzai liešanai, ūdens saistvielu noteikums.
Tā, silīcija dioksīds nav tieši salīdzināts ar fosfātu lielākajā daļā lietuvju kontekstu. - Silica Sol vs. Ūdens-Stikls (Nātrija silikāts): Kā atzīmēts, ūdens-stikla liešana (sārmaina šķidrā stikla saistviela) rada rupjākas virsmas un prasa ar ūdeni dzesējošu atvasinājumu.
Silīcija dioksīda sola liešana, turpretī, atvasinājumi krāsnī ("zibspuldzes uguns") un iegūst daudz gludāku apdari.
Ūdens stikla čaulas ir lētākas un ātrāk uzbūvējamas, tāpēc tie der lielāki, mazāk kritiskās daļas.
Īkšķa noteikums: izmantojiet silīcija dioksīda solu, lai iegūtu vissmalkākās detaļas un visstingrākās pielaides; izmantojiet ūdens stiklu, ja izmaksas ir kritiskas un ģeometrija ir vienkāršāka.
(Piemēram, ar ūdens stiklu var pietikt lieliem sūkņu korpusiem, kur nepieciešama tikai mērena precizitāte, tā kā tai pašai daļai plānāku sienu formā var būt nepieciešams silīcija dioksīds.) - Silica Sol vs. 3D-Printed investīciju veidnes: Nesenie sasniegumi ļauj 3D drukāšana vaska rakstiem vai pat veselām keramikas veidnēm.
3D-drukāti raksti (sveķiem vai vaskam līdzīgi polimēri) novērš nepieciešamību pēc vaska presformām, krasi samazinot prototipu izstrādes laiku un izmaksas.
Piemēram, turbīnas lāpstiņas raksta drukāšana var aizņemt dienu 8 nedēļu apstrāde.
Tieši apdrukātas keramikas veidnes vai serdeņi nodrošina īpaši smalkas īpašības (0.2 mm sienas, iekšējie kanāli) un CT4 pielaides.
Lai arī, 3D drukas iekārtas un materiāli ir dārgi, tāpēc masveida ražošanai tradicionālais vaska + apvalka process bieži vien uzvar pēc vienības izmaksām.
Parādās hibrīdās stratēģijas: izmantojiet 3D drukātus serdeņus vai rakstus ar silīcija dioksīda sola apvalku. - Lēmuma kritēriji:Kad izvēlēties silīcija dioksīda solu: izmantojiet to ikreiz, kad dizains ir sarežģīts, virsmas kvalitāte vai materiāla īpašības ir vissvarīgākās.
Silīcija dioksīds ir ideāli piemērots mazām un vidējām daļām (teiksim 0,01-100 kg) ar sarežģītām detaļām (plānas sekcijas, Dziļi dobumi) un kur pielaides ir CT5–CT6 vai labākas.
Kad izvēlēties alternatīvas: Ja nepieciešama tikai mērena precizitāte, ūdens stikls vai citas metodes var būt lētākas.
Ļoti lieliem, vienkāršie lējumi, smiltis vai čaumalu pelējums (fenols bez cepšanas) var būt ekonomiskāks.
Un ātrai prototipu veidošanai vai īpaši sarežģītiem kodoliem, 3D drukāšana var papildināt silīcija-sol čaulas.
Galu galā, izvēle līdzsvaro precizitāte vs. izmaksas / izpildes laiks: silīcija-sola liešana atrodas spektra augstas precizitātes galā.
Secinājums
Silīcija-sol zaudētā vaska liešanas paliekas a stratēģiskais darba zirgs mūsdienu ražošanā, kad nevar tikt apdraudēta detaļu kvalitāte.
Apvienojot tūkstošiem gadu vecus principus ar vismodernākajiem materiāliem (nanodaļiņu silīcija dioksīda soli, 3D vaska apdruka, utc), tas dod patiesi augstas precizitātes liešanas komponentus.
Silīcija dioksīda čaulas nodrošina vislabāko virsmas apdari un ģeometrijas kontroli jebkurā metāla liešanas procesā, ļauj gandrīz neto ražot sakausējumus, sākot no nerūsējošā tērauda līdz supersakausējumiem un titānam.
Gaidāms, process kļūst vēl gudrāks. Datorsimulācija (veidņu pildīšanas un sacietēšanas modeļi) tiek regulāri izmantots, lai optimizētu vārtu dizainu un korpusa biezumu.
Robotika un automatizētās čaulu veidošanas iekārtas paātrina pārklāšanas ciklus. Uzlabotā NDT (3D CT skenēšana, automatizētā optiskā metroloģija) vēl vairāk nodrošina liešanas integritāti.
Vides uzlabojumi (saistvielu atgūšana, mitrā beršana) tiek arī integrēti.
Summā, Silīcija dioksīda-sol ieguldījumu liešana ir novietota tā, lai izmantotu digitālā dizaina un ražošanas inovācijas, vienlaikus saglabājot savas galvenās priekšrocības: nepārspējama precizitāte.
Inženieriem un ražotājiem, silīcija-sola liešana ir nobriedusi, taču attīstās tehnoloģija, kas turpina noteikt, kas ir iespējams sarežģītu metāla komponentu ražošanā.
Šis ir ideāla izvēle jūsu ražošanas vajadzībām, ja jums nepieciešama augstas kvalitātes Silica Sol Investment Casting pakalpojumus.
