Proces odlewania wosku traconego

1. Wstęp

Lost-Wax (inwestycja) odlew przekształca dokładne wzory ofiarne – tradycyjnie woskowane – w części metalowe za pomocą ceramicznej powłoki.

Jego głównymi atutami są: doskonałe wykończenie powierzchni, Dokładność wysokiej wymiaru, oraz możliwość odlewania skomplikowanych geometrii i stopów o wysokiej wydajności.

Warianty procesu (stopnie wosku, chemia powłoki i metody rdzeniowe) pozwól inżynierom porównać koszty z wiernością i wybrać metody, które sprawdzają się w przypadku stali nierdzewnych, stopy miedzi, okowy, oraz – przy zachowaniu szczególnych środków ostrożności – nadstopy tytanu i niklu.

2. Proces odlewania wosku traconego

Typowa sekwencja (wysoki poziom):

1. Wzór: zrobić wosk (lub żywica odlewnicza) wzór(S) — pojedynczy kawałek lub drzewo/kiść.
2. Montaż: dołącz wzory do prowadnic/bramek, aby utworzyć klaster.
3. Inwestować / konstrukcja powłoki: zanurzenie zestawu w zawiesinie spoiwa + stiuk; powtórz, aby zbudować powłokę.
4. Wyleczyć / suchy: żel i częściowo suche powłoki pomiędzy warstwami; końcowe suszenie.
5. DEWAX: usunąć wosk (parować lub roztapiać się).
6. Wypalenie zawodowe / ostrzał: rampa do spalania substancji organicznych i stabilizacji skorupy.
7. Wlać: stopić i wlać metal do podgrzanej skorupy.
8. Shakeout & czyszczenie: usuń skorupę, wyciąć bramy, czysty.
9. Process: obróbka cieplna, BIODRO (W razie potrzeby), obróbka, wykończenie powierzchni, kontrola.

3. Materiały wzorcowe: Niski-, średni-, i woski wysokotemperaturowe

Notatki & przewodnictwo

• Wybierz wosk według rozmiaru części, trwałość narzędzi i oczekiwana sekwencja powłoki/kompilacji. Wosk niskotemperaturowy doskonale nadaje się do drobnych szczegółów i małej objętości, ale ulega pełzaniu w przypadku długich cykli lub ciepłych obszarów warsztatu.
  Średnia temperatura to podstawa w przypadku odlewania inżynieryjnego. Woski wysokotemperaturowe (i modyfikowane polimery modelowe) są stosowane tam, gdzie obsługa lub długa skorupa stwarza ryzyko zniekształcenia.
• Dodatki wzorcowe: plastyfikatory, stabilizatory, polepszacze płynności i barwniki wpływają na zachowanie wtrysku, pozostałości odparafinowania i wydzielanie się gazu wypaleniowego – określić receptury zatwierdzone przez odlewnię.

4. Produkcja wzorów: obróbka, wosk do wstrzykiwań, i wzory addytywne

• Formowanie wtryskowe: matryce stalowo-aluminiowe do wosku — niski koszt jednostkowy przy dużej objętości przy wysokiej jakości powierzchni. Skala kosztów oprzyrządowania zależy od złożoności.
• 3Drukowane wzory z wosku/żywicy typu D: SLA, DLP, drukarki strumieniowe lub woskowe eliminują oprzyrządowanie do prototypów i małych serii.
  Nowoczesne żywice lane odparafinowują czysto i zbliżają się do jakości powierzchni wosku wtryskowego.
• Projektowanie drzew i bramek: ułóż wzory na centralnym wlewku, aby zapewnić efektywne nalewanie i podawanie; obejmują nadstawki protektorowe dla paszy termokurczliwej.
  Użyj symulacji do bramkowania i bilansu zasilania dla dużych klastrów.

5. Systemy powłoki: Krzemionka, Szkło wodne, i powłoki hybrydowe

System powłokowy jest najważniejszą zmienną określającą wierność powierzchni, Opór termiczny, przepuszczalność/odpowietrzanie, kompatybilność próżniową i przydatność stopu w odlewaniu na wosk tracony.

W nowoczesnych sklepach zastosowano trzy praktyczne rodziny:

• Krzemionka (koloidal-silica) muszle — premia, trasa o wysokiej wierności.
• Szkło wodne (krzemian sodu) muszle — ekonomiczny, solidna trasa dla większych / obróbka stali/żelaza.
• Muszle hybrydowe — połączyć karę, powłoka wewnętrzna odporna chemicznie (zol krzemionkowy lub cyrkon) z zewnętrznymi powłokami ze szkła wodnego, aby zrównoważyć koszty i wydajność.

Muszle zolowo-krzemionkowe (krzemionka koloidalna)

Co to jest i jak działa

Powłoki zolowo-krzemionkowe wykorzystują a Koloidalna zawiesina submikronowych cząstek krzemionki jako spoiwo.

Pierwsze płaszcze (bardzo dokładne pranie) użyj koloidu do przenoszenia najdrobniejszego sztukaterii, który rejestruje szczegóły; kolejne warstwy zwiększają grubość i są utrwalane poprzez suszenie i wypalanie w wysokiej temperaturze (spiekanie) który wytwarza gęsty, mocne skorupy.

Kluczowe cechy:

• Wierność powierzchni: najlepszy dostępny — powszechnie Ra w postaci odlewu ~0,6–3 µm z delikatnym praniem.
• Stabilność termiczna / ostrzał: powłoki można konsolidować w 600–1 000 ° C. (praktyka sklepowa różni się w zależności od sztukaterii). Wypalanie w wysokiej temperaturze zwiększa wytrzymałość skorupy i odporność na szok termiczny.
• Kompatybilność próżniowa/obojętna:doskonały — powłoki zolu krzemionkowego są kompatybilne z wylewami próżniowymi i w atmosferze obojętnej i są typowym wyborem w przypadku tytanu, nadstopy niklu i kobaltu.
• Kontrola przepuszczalności: można dostosować poprzez stopniowanie sztukaterii i wypalanie, aby zapewnić kontrolowane odpowietrzanie w celu uzyskania wysokiej wartości, ciasne odlewy.
• Wrażliwość na zanieczyszczenia:wysoki — stabilność koloidu zostaje zakłócona przez zanieczyszczenie jonowe (sole, grzywny metalowe) i organiczne; gnojowica i czystość roślin mają kluczowe znaczenie.
• Typowy stiuk pierwszej warstwy: topiona krzemionka o średnicy poniżej 10 µm, cyrkon lub tlenek cyrkonu dla interfejsów reaktywnych.
• Typowe przypadki użycia: elementy turbin lotniczych, Superalloys, tytan odlewany próżniowo, implanty medyczne, precyzyjne małe części.

Muszle ze szkła wodnego (krzemian sodu)

Co to jest i jak działa

Muszle ze szkła wodnego wykorzystują wodny roztwór sodu (lub potas) roztwór krzemianu jako spoiwo.

Pokrywa żel tworząc sieć przypominającą krzemionkę poprzez gazowanie CO₂ lub utwardzacze chemiczne (sole kwasowe), tworząc sztywną powłokę ceramiczną w połączeniu ze stopniowanym tynkiem ogniotrwałym.

Kluczowe cechy:

• Wierność powierzchni: dobry do zastosowań ogólnych — zazwyczaj Ra w postaci odlewu ~2,5–8 µm w zależności od mycia i sztukaterii.
• Ostrzał: zwykle ustabilizowany o godz ~400–700°C; powłoki nie są spiekane w takim samym stopniu jak systemy zolem krzemionkowym.
• Kompatybilność próżniowa:ograniczony — nie jest idealny do wylewów próżniowych/obojętnych lub najbardziej reaktywnych stopów.
• Przepuszczalność / Wentylacja: ogólnie dobry do stali/żelaza; przepuszczalność jest zwykle grubsza niż w przypadku zoptymalizowanych powłok z zolu krzemionkowego.
• Metoda utwardzania:Gazowanie CO₂ (szybkie żelowanie) lub utwardzacze kwasowe – szybko, solidny zestaw na hali produkcyjnej.
• Wrażliwość na zanieczyszczenia: umiarkowane — zanieczyszczenie jonowe wpływa na wiązanie i jednorodność żelu, ale szkło wodne jest ogólnie bardziej tolerancyjne niż zol krzemionkowy.
• Typowy stiuk pierwszej warstwy: drobna topiona krzemionka; cyrkon można zastosować w celu lepszej ochrony powierzchni.
• Typowe przypadki użycia: ciała zaworów, pompowanie obudowa, duże części stalowe/żelazne, sprzęt morski, ogólne odlewy przemysłowe.

Muszle hybrydowe (powłoka wewnętrzna z krzemionki lub cyrkonu + zewnętrzne powłoki ze szkła wodnego)

Co to jest i jak działa

Wspólny kompromis gospodarczy: A Wysokiej jakości płaszcz wewnętrzny (przemywanie zolem krzemionkowym lub cyrkonem/cyrkonem) jest nakładany w pierwszej kolejności, aby uchwycić szczegóły i stworzyć barierę odporną chemicznie, Następnie zewnętrzne powłoki ze szkła wodnego są zbudowane tak, aby zapewnić dużą wytrzymałość przy niższych kosztach.

Kluczowe cechy:

• Wierność powierzchni & bariera chemiczna: wewnętrzny zol krzemionkowy/cyrkon zapewnia jakość powierzchni zbliżoną do zolu krzemionkowego i pomaga zapobiegać reakcjom metalowo-powłokowym na styku metalu.
• Koszt & obsługiwanie: Zewnętrzne powłoki ze szkła wodnego zmniejszają całkowite zużycie zolu krzemionkowego i sprawiają, że skorupa jest bardziej wytrzymała w obsłudze i dużych rozmiarach.
• Kompatybilność próżniowa: ulepszone w porównaniu do czystego szkła wodnego (dzięki wewnętrznemu płaszczowi) ale nadal nie są tak idealne jak pełne powłoki z zolu krzemionkowego — przydatne w przypadku wielu stali nierdzewnej i niektórych stopów niklu, jeśli kontrolowana jest atmosfera topienia/wylewania.
• Typowe zastosowania: korpusy zaworów z wysokiej jakości powierzchniami zwilżanymi, części turbin o średniej wartości, w których wymagana jest pewna kompatybilność próżniowa, zastosowań, w których należy zachować równowagę między kosztem a wydajnością.

6. Podstawowe technologie

• Rozpuszczalne rdzenie (rdzenie woskowe lub polimerowe przeznaczone do rozpuszczania): wytwarzają wewnętrzne przejścia (Kanały chłodzące); usunąć gorącą wodą lub rozpuszczalnikiem.
• Rdzenie ceramiczne wypalane spoiwem (krzemionka, glinka, cyrkon): stabilny w wysokich temperaturach dla nadstopów; wymagają kompatybilności z rdzeniem powłoki.
• 3Rdzenie z nadrukiem D: Rdzenie ceramiczne Binder-Jet lub SLA umożliwiają uzyskanie złożonych geometrii wewnętrznych bez użycia narzędzi.

Projekt rdzeni musi uwzględniać wsparcie rdzenia, Wentylacja, rozszerzalność cieplna i kompatybilność chemiczna ze stopionym metalem.

7. DEWAXING, wypalenie zawodowe & strzelanie pociskami — praktyczne harmonogramy i punkty kontrolne

DEWAXING

• Odparafinowanie parowe/w autoklawie: typowe dla konwencjonalnych drzew woskowych. Typowa temperatura powierzchni 100–120 °C; cykl od minut do godzin, w zależności od objętości wosku i wielkości drzewa.
• Odparafinowanie termiczne / stopiony rozpuszczalnik: stosowane w przypadku niektórych polimerów — należy zastosować odzysk rozpuszczalnika i kontrolę.

Wypalenie zawodowe / harmonogram wypalenia zawodowego (typowy przykład inżynierski)

• Rampa: zwolnić do 100–200 °C, aby usunąć pozostałości wilgoci/wosku (W przypadku grubych skorup zalecana jest ≤3–5 °C/min, aby uniknąć powstawania pęcherzy parowych).
• Trzymać 1: 150–250 ° C. (1–4 godziny) w celu usunięcia niskowrzących substancji organicznych.
• Rampa 2: ~3°C/min do 350–500°C.
• Ostateczne trzymanie: 4–8 godzin w temperaturze 350–700 °C, w zależności od systemu powłoki i stopu. Skorupy zolu krzemionkowego można wypalać w temperaturze 600–1000 ° C w celu spiekania / wytrzymałości; muszle ze szkła wodnego, zwykle stabilizowane w temperaturze 400–700 ° C.
• Kluczowe elementy sterujące: szybkość rampy, dostępność tlenu (unikać nadmiernego utleniania reaktywnych powłok metalowych), i całkowite usunięcie substancji organicznych, aby uniknąć wydzielania się gazu podczas zalewania.

Rozgrzej skorupę przed wylaniem: Rozgrzej powłokę do 200–800 ° C, w zależności od stopu, aby zminimalizować szok termiczny i poprawić płynięcie metalu; np., stal nierdzewna zwykle nalewa się do temperatury 200–450 °C; nadstopy wymagają wyższych wartości w zależności od powłoki.

8. Zsyp: stopić praktykę, opcje próżniowe/obojętne i parametry zalewania

• Piece do topienia: indukcja lub rezystancja; odgazowanie/filtracja i topienie w celu zapewnienia czystości.
• Dla temperatur (typowy):

• • Stopy aluminium: 650–720°C
  • Stopy miedzi: 1000–1200 ° C.
  • Stale: 1450–1650°C
  • Nadstopy niklu: 1400–1600+°C (zależny od stopu)

• Wylewanie próżniowe i obojętne: obowiązkowe w przypadku tytanu i stopów wysoce reaktywnych; próżnia zmniejsza utlenianie i reakcje metalowo-powłokowe.
• Dla mody: wylewanie grawitacyjne vs kadź wylewana od dołu vs wspomaganie próżniowe — wybierz minimalizację turbulencji i porywanych gazów. Użyj filtrów w bramkowaniu w celu kontroli włączenia.

9. Materiały powszechnie odlewane & szczególne względy

• Stale nierdzewne (300/400, dupleks): dobrze z obydwoma szklankami wody & Krzemionka; kontrolować przepuszczalność powłoki i końcowe podgrzewanie.
• Węgiel & stale niskostopowe, żelazo plastyczne: dobrze pasuje do muszli ze szkła wodnego; uważaj na osadzanie się kamienia i erozję skorupy przy wysokich energiach wylewania.
• Stopy miedzi (brązowy, Z nami): wspólny; kontrolować przegrzanie, aby uniknąć przemywania skorupy.
• Stopy aluminium: możliwe, ale często tańsze w przypadku innych metod odlewania; zapewnić wentylację/przepuszczalność.
• Tytan & Ty stopy: reaktywne — preferują otoczki zolem krzemionkowym, Pierwsze warstwy cyrkonu/aluminium, próżnia topi się, i atmosfery obojętne. Unikaj szkła wodnego, chyba że stosuje się powłoki barierowe i specjalistyczne kontrole.
• Nikiel & nadstopy kobaltu: użyj powłok z zolu krzemionkowego, w razie potrzeby wypalanie w wysokiej temperaturze i obsługa próżniowa/obojętna.

10. Typowy wymiar, możliwości powierzchniowe i tolerancyjne

• Tolerancja wymiarowa (typowy odlew): ±0,1–0,3% wymiaru nominalnego (np., ±0,1–0,3 mm włączone 100 Funkcja MM).
• Wykończenie powierzchni (Ra w obsadzie): zol krzemionkowy ~0,6–3,2 µm; szkło wodne ~2,5–8 µm.
• Liniowy naddatek na skurcz: ~1,2–1,8% (stop & odlewnia podać dokładnie).
• Minimalna praktyczna grubość ścianki: biżuteria/mikroczęści: <0.5 mm; części inżynieryjne: 1.0–1,5 mm typowo; konstrukcyjne grubsze sekcje są powszechne.
• Powtarzalność: dobra praktyka odlewnicza daje ± 0,05–0,15% w cyklu ciągłym w krytycznych punktach odniesienia.

11. Typowe wady, przyczyny źródłowe i środki zaradcze

12. Procesy po odlewaniu

• Shakeout & usuwanie ceramiki: metody mechaniczne lub chemiczne.
• Obróbka cieplna: Leczenie roztworu, starzenie się (T6), wyżarzanie — zależne od stopu. Typowe temperatury rozwiązania: Stopy Al ~520–540°C; stal wyższa.
• Hot Isostatic Pressing (BIODRO): zmniejsza wewnętrzną porowatość skurczową części wrażliwych na zmęczenie; typowe cykle HIP zależą od stopu (np., 100–200 MPa i 450–900°C).
• Obróbka & wykończeniowy: otwory krytyczne, powierzchnie uszczelniające obrobione zgodnie z tolerancją; polerowanie, pasywacja lub powłoka stosowana w razie potrzeby.
• Badania NDT & testowanie: hydrostatyczny, ciśnienie, testy szczelności, Rentgen/CT, ultradźwiękowy, penetrujący barwnik, testy mechaniczne zgodnie ze specyfikacją.

13. Kontrola procesu, kontrola & kwalifikacja

• Kupuj wskaźniki kontroli jakości: zawiesiny stałe, lepkość, czas żelowania, krzywizny piekarnika, dzienniki odparafinowania, wykresy rampy wypalenia zawodowego, chemikalia stopione i kłody odgazowania.
• Przykładowe kupony: rozciągający, twardość & kupony metalograficzne odlane metodą bramkowania w celu uzyskania reprezentatywnej mikrostruktury i właściwości mechanicznych.
• Pobieranie próbek NDT: radiografia i tomografia komputerowa pod kątem kluczowych elementów; określić poziomy akceptacji dla porowatości (% obj. lub maksymalny rozmiar defektu).
• Statystyczne sterowanie procesem (SPC): stosuje się do wejść krytycznych (przemyć ciała stałe, grubość skorupy, stopić wodór) i wyjścia (zmienność wymiarowa, liczy się porowatość).

14. Powszechne nieporozumienia & Wyjaśnienia

„Odlewanie metodą traconego wosku przeznaczone jest wyłącznie do części precyzyjnych”

FAŁSZ. Odlewanie wosku traconego na bazie szkła wodnego jest opłacalne w przypadku części o średniej precyzji (± 0,3–0,5 mm) - - 40% odlewów z wosku traconego w samochodach korzysta z tego wariantu.

„Wosk niskotemperaturowy jest gorszy od wosku średniotemperaturowego”

Zależne od kontekstu. Wosk niskotemperaturowy jest tańszy i nadaje się do zastosowań o niskiej precyzji, Części o dużej objętości (np., sprzęt komputerowy) — wosk średniotemperaturowy jest konieczny tylko w przypadku węższych tolerancji.

„Zol krzemionkowy jest zawsze lepszy niż szkło wodne”

FAŁSZ. Szkło wodne jest o 50–70% tańsze i szybsze w zastosowaniach średnioprecyzyjnych — zol krzemionkowy jest uzasadniony tylko w przypadku części lotniczych i medycznych wymagających tolerancji ± 0,1 mm.

„Odlewanie wosku traconego wiąże się z wysokim odsetkiem złomu”

FAŁSZ. Odlewy z zolu krzemionkowego na bazie utraconego wosku mają wskaźnik złomu wynoszący 2–5% (porównywalne z odlewaniem ciśnieniowym) — szkło wodne zawiera 5–10% (wciąż niższe niż w przypadku odlewów piaskowych 10–15%).

„Druk 3D sprawia, że ​​odlewanie wosku traconego staje się przestarzałe”

FAŁSZ. AM jest idealny do prototypów/małej objętości, ale odlewanie na wosku traconym jest 5–10 razy tańsze w przypadku średnich i dużych objętości (>1,000 strony) i obsługuje większe części (aż do 500 kg).

15. Wniosek

Proces odlewania metodą traconego wosku pozostaje wiodącą metodą wytwarzania kompleksów, wysokiej jakości komponenty metalowe.

Kiedy sparujesz prawą stronę materiał wzorcowy, chemia powłoki I praktyka topnienia/atmosfery ze zdyscyplinowaną kontrolą procesu, Odlewanie metodą traconego wosku niezawodnie tworzy części, które w inny sposób byłyby trudne lub niemożliwe.

Nowoczesne ulepszenia (3D drukowane wzory, powłoki hybrydowe, nalewanie próżniowe i HIP) rozszerzają proces na nowe stopy i zastosowania, ale powodują także potrzebę dokładnej specyfikacji, prób i kontroli jakości.

 

Często zadawane pytania

Jaki system powłoki wybrać do tytanu?

Krzemionka (z pierwszą warstwą cyrkonu/aluminium) + topienie i zalewanie próżniowe/obojętne. Szkło wodne na ogół nie nadaje się bez szeroko zakrojonych środków barierowych.

Jak piękne mogą być rysy w przypadku odlewu z utraconego wosku?

Cechy <0.5 mm są możliwe (biżuteria/precyzja); w częściach inżynieryjnych mają na celu ≥1 mm wytrzymałości, chyba że zostanie to potwierdzone próbami.

Typowe wykończenie powierzchni, jakiego mogę się spodziewać?

Krzemionka: ~0,6–3,2 µm Ra; szkło wodne: ~2,5–8 µm Ra. Dokładne mycie i polerowanie matryc woskowych poprawia wykończenie.

Kiedy zaleca się HIP?

Dla osób krytycznych pod względem zmęczenia, zawierające ciśnienie, lub części lotnicze, w których należy zminimalizować porowatość wewnętrzną — HIP może radykalnie poprawić trwałość zmęczeniową.

Czy mogę używać wzorów drukowanych 3D zamiast narzędzi woskowych??

Tak - żywice odlewnicze i drukowany wosk redukują czas i koszty oprzyrządowania w przypadku prototypów/małych serii. Upewnij się, że sprawdzono właściwości odparafinowania żywicy i kompatybilność powłoki.