Elenco de investimento em vidro de água (também conhecido como fundição de silicato de sódio) é uma forma de fundição de cera perdida que usa um aglutinante de silicato de sódio solúvel em água na concha de cerâmica.
Como um dos dois principais métodos de elenco de investimento (o outro sendo sílica sol), fornece um equilíbrio de precisão e custo-efetividade.
Originários das técnicas tradicionais de cera perdida na Ásia e na Europa, O elenco de vidro de água ganhou tração industrial no século XX, enquanto as fundições buscavam uma alternativa de menor custo aos processos coloidal-sílica.
Usando materiais comuns (quartzo ou areia de sílica com ligantes de silicato alcalino), Este processo é adequado para precisão média, peças de alta complexidade, onde os orçamentos são mais apertados.
As peças fundidas típicas de vidro de água variam de algumas centenas de gramas a 150 kg, com dimensões máximas em torno de 1m, tornando -o ideal para maior, componentes sensíveis ao custo.
O que é elenco de investimento em vidro aquático?
A fundição de vidro de água é uma variante de investimento de precisão (Lost Wax) elenco em que silicato de sódio (“Vidro de água”) Serve como aglutinante de cerâmica.
Na prática, cera (ou plástico) Os padrões são feitos e montados em uma árvore.
Os padrões são repetidamente revestido em uma pasta de partículas refratárias finas ligadas em solução de silicato de sódio, Em seguida, coberto com camadas de estuque progressivamente mais grossas para construir a concha.
Uma vez que a concha cura, A cera é derretida ou fervida, deixando uma cavidade de molde oco. Metal fundido (Tipicamente ligas de aço ou ferro) é derramado nesta concha de cerâmica.
Após a solidificação, A concha está quebrada para revelar a parte do elenco. Resumidamente, Investimento de vidro de água lançando “investe” um mestre de cera em uma cerâmica à base de silicato de sódio para formar o molde.
Comparado ao elenco de investimento de sílica-sol (que usa sílica coloidal e areias à base de zircão), O método de vidro de água negocia alguma qualidade de superfície para menor custo de material e processamento mais simples.
Por que usar vidro de água?
A fundição de vidro de água é popular porque reduz o custo e o processamento em relação a outros métodos de precisão.
O aglutinante de silicato de sódio e as areias de sílica convencionais são baratas e fáceis de manusear, Portanto, as ferramentas e os materiais custam muito menos do que para conchas coloidal-sílica.
Por exemplo, Os sistemas de vidro de água evitam as altas despesas de sílica sol e areias especiais, rendimento menor custo de investimento por parte.
O processo também elimina muitas operações secundárias: peças saem perto da rede de rede (muitas vezes exigindo pouca soldagem ou usinagem).
Na prática, Castões de vidro de água podem capturar geometrias muito complexas (com undercuts e teias finas) sem núcleos, simplificando o design.
De acordo com fontes do setor, Ofertas de fundição de vidro de água “Design complexo sem ângulos de rascunho” e “Maior precisão em comparação com o elenco de areia”,
Enquanto evita os núcleos caros, moldes, ou soldas que muitas peças grandes de areia precisam.
Essa flexibilidade o torna atraente para A produção pequena a médica é executada onde os custos de ferramentas devem ser minimizados.
Ao mesmo tempo, Peças de vidro de água são geralmente mais preciso do que elenco de areia.
As tolerâncias dimensionais típicas estão na faixa de ISO CT6-CT9, MAIS MAIS COMO MAIS CLASSES DE TOLERância de areia fina ou classes de fundição de investimento de extremidade inferior.
Os acabamentos de superfície são correspondentemente moderados: por ordem de Ra ~ 6-12 μm (Eles são de 250 a 500 μt),
Melhor do que elenco de areia verde, mas mais áspera que as peças fundidas de investimento de sílica-sol.
Resumidamente, A fundição de vidro de água é escolhida quando se precisa das formas complexas e do trabalho secundário reduzido do elenco de cera perdida,
mas orçamento mais apertado ou tamanho maior torna o processo de sílica-sol mais alto impraticável.
Visão geral do processo
O elenco de investimentos em vidro de água segue o procedimento geral de cera perdida com algumas diferenças nos materiais de mofo:
Padrão de cera e montagem de árvores.
Um padrão mestre é produzido (por moldagem por injeção, 3Impressão D, ou escultura manual) e uma matriz de padrão/molde feita, se necessário.
As réplicas de cera da peça são criadas a partir deste mestre. Vários padrões de cera são então montado em um sprue comum (formando uma "árvore") Usando portões de cera e alimentadores.
Este aglomerado de cera formará muitas peças fundidas de uma só vez. As superfícies de cera estão "vestidas" para remover costuras ou defeitos, produzindo um acabamento conforme necessário em cada padrão.
Construção da concha (Revestimento Cerâmico).
O conjunto de cera é repetidamente mergulhado em uma pasta refratária de areia muito fina ou farinha de zircão suspensa em uma solução diluída de silicato de sódio.
Cada mergulho reveste a cera em uma fina camada de cerâmica (frequentemente 0,5-1 mm) Antes de estucar com areia mais grossa.
Depois de drenar o excesso de pasta, um camada de estuque (grânulos de areia de sílica maiores) é aplicado por derramamento ou leito fluidizado para ligar à pasta pegajosa.
O cluster é então permitido endurecer (frequentemente seco ao ar ou baixo aquecimento curado). Este ciclo de secagem de casaco é normalmente repetido 4–7 vezes Para atingir a espessura necessária da concha (Geralmente 5-15 mm total).
Durante esta sequência, Casacos posteriores usam refratários mais grossos e às vezes diferentes (por exemplo. Casacos de sílica fina para detalhes, areia grossa de quartzo em camadas de apoio) para maximizar a força e a permeabilidade.
Em processos de vidro de água, Sandas e alumino-silicatos de quartzo/fusada e alumino são refratários comuns. A concha inteira está finalmente seca completamente (Às vezes em fornos controlados por umidade) para remover a umidade.
Deswaxing e disparo.
A concha de cerâmica endurecida é deswaxada por derretendo a cera fora do molde.
Ao contrário das conchas de sílica-sol (que normalmente queimam cera em um forno de esgotamento ou com chama), As conchas de vidro de água são frequentemente mergulhado em água quente ou exposto ao vapor para derreter a cera.
O objetivo é limpar rapidamente a cera enquanto minimiza a tensão da concha (As conchas de silicato de sódio são mais rígidas quando frio).
Após o deswaxing, a concha é despedido (sinterizado) a alta temperatura (frequentemente 800-1000 ° C.) fortalecer a cerâmica e queimar qualquer orgânico restante.
Isso também faz com que o aglutinante de silicato de sódio seja sinteriz, formando um rígido, molde permeável a gás.
Derramamento de metal.
O metal fundido é derramado na concha pré-aquecida da maneira usual. Porque as conchas de vidro de água usam areias de sílica convencionais, Sua capacidade de calor e condutividade térmica são semelhantes aos moldes de areia.
A concha suporta o metal até a solidificação (com cavidades mínimas de encolhimento se os risadores forem usados).
Remoção e acabamento da concha.
Uma vez sólido, A concha de cerâmica é removida por meios mecânicos (por exemplo. Blasting de tiro, vibração ou martelamento) para revelar as partes do elenco.
A areia de quartzo residual é limpa. A árvore de fundição é cortada, e portões e risers são aparados.
Final acabamento pode incluir moagem, Usinagem CNC, e tratamentos de superfície conforme necessário.
Porque o acabamento inicial do shell é moderado, As peças fundidas de vidro de água geralmente requerem alguma moagem de superfície ou usinagem, mas menos do que as peças fundidas de areia verde.
Crucialmente, O processo de vidro de água difere de um processo de sílica-sol principalmente em Método Binder e Dewax.
No elenco de vidro de água, silicato de sódio (silicato alcalino) conjuntos por secagem e cura, enquanto sílica-sol (sílica coloidal) As conchas endurecem principalmente por gelificação.
A desvantagem é realizada com água quente (um Molhado orvalho) em vez de chama. Essas diferenças afetam o tempo e a qualidade do ciclo.
Por exemplo, O Met-Dewax é mais gentil em conchas quebradiças, Mas requer manuseio de água residual. Também, As conchas de vidro de água geralmente têm menor estabilidade térmica do que as conchas de sílica-sol contendo zircão, conforme discutido abaixo.
Sistema de fichário
O fichário em fundição de vidro aquático é Solução de silicato de sódio (comodiosamente na₂oi · coleira). Quimicamente, O vidro de água é altamente alcalino (pH ~ 11–13) e feito com uma certa proporção de sílica para Soda.
Formulações típicas variam de um 2:1 para 3.3:1 SiO₂:Razão de peso Na₂o (frequentemente expresso pelo módulo, por exemplo. M = 2,0 significa sobre 2.3 partes sio₂ por na₂o).
A proporção e as propriedades da chave de controle de conteúdo de sólidos. Proporções mais baixas (Mais Na₂o) dê uma pasta mais fluida e um conjunto mais rápido, mas também um fichário mais higroscópico e de fractorsidade inferior.
Proporções mais altas (Mais SiO₂) aumentar a resistência ao calor e diminuir o pH.
O vidro de água é fino da água (viscosidade semelhante à água) e curas por evaporação e calor suave. Como seca, Ele forma uma rede rígida de vidro de silicato amorfo rígido.
O fichário é higroscópico, Portanto, as conchas devem ser completamente secas antes de disparar ou exposição ao ar ou água úmida, ou eles podem re-acumular e degradar.
Em serviço, A umidade residual pode levar a bolsos a vapor ou porosidade se o metal for derramado muito quente. O estágio de cura normalmente inclui assar a 100-200 ° C para endurecer a concha completamente e afastar a umidade.
As vantagens dos ligantes de silicato de sódio incluem seu baixo custo, “Vida de validade” ilimitado, e facilidade de uso (Sem solventes tóxicos ou catalisadores ácidos).
Eles são definidos por secagem simples (ou com uma cura de sal) e produzir conchas muito rígidas.
No entanto, existem limitações: Sua alta alcalinidade pode atacar grãos refratários ou metal (especialmente alumínio, causando coleta de gás), e sua natureza vítrea fornece menor força de alta temperatura do que as conchas de sílica-sol.
Em geral, Cascas de vidro de água amolecem se aquecido acima de ~ 800–900 ° C, Então eles se encaixam.
Apesar disso, O silicato de sódio permanece um fichário comprovado na indústria. É um dos três ligantes convencionais (Junto com silicato etilo e sílica coloidal) comumente citado para fazer moldes de investimento.
Materiais de concha e técnicas de construção
A concha para fundição de vidro de água é construída quase inteiramente de Refratários baseados em sílica. Na prática, Os materiais principais são areia de sílica ou quartzo (fundido ou cristalino), possivelmente misturado com alumino-silicatos.
Tamanhos de partículas típicos para o Prime (multar) Casacos podem ser de 100 a 200 malha (75–150 μm) para capturar detalhes, Enquanto os casacos de backup usam areia mais grossa (por exemplo. 30–60 malha).
O zircão raramente é usado em conchas de vidro de água (Ao contrário das conchas de sílica-sol) Devido ao custo - em vez disso, areias de sílica mais baratas são empregadas.
A alumina mais fina ou a farinha de titania pode ser adicionada para melhorar a resistência ao choque térmico, Mas a base é sílica.
O controle de pH é crucial na pasta. O aglutinante de silicato de sódio é muito alcalino, Frequentemente uma pequena quantidade de buffer ou sal (como bicarbonato de sódio) é adicionado para ajustar o tempo de gel e evitar a cura imediata.
Fabricantes monitoram o pH do chorume (Freqüentemente, em torno de 11-12) e viscosidade para garantir uma espessura consistente de revestimento. Alcalinidade excessivamente alta pode causar o primeiro casaco prematuramente na cera.
Na prática, As conchas de vidro de água usam 4 para 7 camadas de revestimento (casaco principal e vários casacos apoiados por estuque).
Por exemplo, Um mergulho inicial em uma pasta fina de sílica é seguida de estuque com areia fina de quartzo (Este "casaco principal" trava os detalhes do padrão).
Os casacos subsequentes usam areias progressivamente mais grossas para aumentar a força. Cada revestimento deve secar (Freqüentemente, 1-2 horas à temperatura ambiente ou mais rápido em um forno com baixo aquecimento) Antes do próximo casaco.
A espessura final da concha é geralmente da ordem de 5 a 15 mm total.
Durante a secagem, temperatura e umidade são cuidadosamente controladas - a secagem muito rápida pode quebrar a concha, enquanto a secagem muito lenta pode causar corrida ou distorção.
Comparado às conchas de sílica-sol, conchas de vidro de água tendem a ser forte, mas menos refratário.
Camadas de sílica fundidas dão força quente decente até ~ 900 ° C, Mas além disso, a rede de vidro de silicato de sódio pode começar a suavizar.
Por contraste, As conchas de sílica-sol geralmente usam camadas de zircão e alumina que permanecem estáveis acima 1200 °C.
Em outras palavras, Moldes de sílica-sol podem suportar melhor as temperaturas de derramamento mais altas das super-loys, Enquanto as conchas de vidro de água são tipicamente limitadas a aços e ferros.
Fundindo metais e compatibilidade
O elenco de vidro de água se destaca com ligas ferrosas comuns. Os aços típicos incluem aço carbono, baixo- e aços de liga média, resistente ao calor aços inoxidáveis, e aços manganês.
Lançar ferros (cinza e dúctil) também são comumente lançados. Essas ligas podem ser derramadas na faixa de 1400-1600 ° C sem danificar catastroficamente a concha de sílica (com horários de calor adequados).
Na verdade, O vidro de água é especialmente popular para Use peças e componentes pesados feito de aço, Onde a força extra da concha (comparado ao elenco de areia) e a complexidade paga.
O vidro de água é menos adequado a metais reativos ou leves. Ligas de alumínio e magnésio, por exemplo, requer muito seco, Cascas limpas.
Qualquer umidade ou refrigerante na concha pode gerar porosidade de hidrogênio no alumínio ou causar oxidação.
Titânio e outras ligas reativas geralmente exigem sílica soldado ou shell de cerâmica sistemas (ou derretimento a vácuo) Porque as conchas de vidro de água não têm a inércia ou pureza necessária.
(Praticamente, A fundição perdida de titânio é feita quase exclusivamente com sistemas refratários de zircão/alumina-shell, não vidro d'água.)
Por isso, A compatibilidade metalúrgica é uma consideração essencial: O vidro de água é escolhido quando o metal fundido é compatível com sílica (sistemas ferrosos) e a economia de processo é necessária.
Em termos de metalurgia, As conchas de vidro de água podem influenciar a qualidade do elenco.
Por exemplo, Os aços de carbono podem sofrer um leve carburização na interface da concha se escondida com água acidificada, Então a água neutra é usada.
A permeabilidade a gás da cerâmica ajuda a ventilar hidrogênio e gás; no entanto, Qualquer orvalho ou umidade inadequada pode produzir porosidade a gás.
A porosidade de encolhimento é gerenciada por meio de risers e aberturas como sempre.
Em geral, As peças fundidas de vidro de água se comportam metalurgicamente como outras peças fundidas de precisão do mesmo metal-a química da concha tem um efeito mínimo de liga, mas pode alterar ligeiramente a descarburização da superfície.
Controles de processo adequados (como o vácuo ou a atmosfera inerte para certos aços) pode ser aplicado conforme necessário, mas são independentes do tipo de fichário.
Precisão Dimensional e Acabamento Superficial
Castings de investimento em vidro de água alcançam precisão moderada. Dimensional tolerâncias são normalmente ISO CT7-CT9 para dimensões gerais. (Para paredes finas, A tolerância pode relaxar para CT9 ou CT10.)
Para colocar isso em perspectiva, ISO CT7 em um 50 O recurso mm permite cerca de ± 0,10 mm de desvio, enquanto o CT6 seria ± 0,06 mm.
Na prática, Peças pequenas e processos bem controlados podem se aproximar do CT6-CT7,
Mas as peças fundidas maiores ou mais complexas geralmente estão na faixa CT8-CT9.
Isso é comparável às tolerâncias de fundição de areia fina.
Por contraste, Castings de sílica-sol de ponta podem atingir CT4-CT6 em pequenas dimensões, Portanto, o vidro de água é menos preciso em cerca de um grau de tolerância.
Lojas conscientes da qualidade especificarão as tolerâncias baseadas em ISO 8062, muitas vezes observando "CT8" como uma linha de base para processos de vidro de água.
O acabamento da superfície também é mais grosso que a sílica-sol, mas mais suave que o elenco de areia. Típico rugosidade da superfície para peças fundidas de vidro de água está da ordem de RA 6–12 μm (250–500 min).
Uma fundição relatou que as peças fundidas de vidro de água atingiram aproximadamente Ra = 12.5 μm em testes de comparação. Em contraste, Peças de sílica-sol pode atingir RA 3-6 μm.
A maior rugosidade do vidro d'água é devido aos tamanhos maiores de grãos na concha e à natureza do ligante de silicato de sódio.
Os fatores que afetam o acabamento incluem conteúdo de sólidos de pasta, Tamanho do grão de estuque, espessura da concha, e qualidade do padrão.
Por exemplo, Prime mais finos e camadas primárias adicionais podem melhorar a qualidade da superfície.
Apesar disso, Os designers devem esperar uma superfície inicial mais áspera: As peças fundidas típicas geralmente precisam de moagem ou usinagem leve para atingir a suavidade em torno de RA de 3 a 6 μm para superfícies críticas.
Para gerenciar a precisão, A maioria das lojas usa Inspeção dimensional (pinças, CMM, medidores) Em primeiras partes e amostras de produção.
Como o padrão de cera e a árvore introduzem alguma variabilidade, são necessários layout cuidadosos e compensação de encolhimento.
Os coeficientes de contração térmica para aço (sobre 1.6 mm/m · 100 ° C.) são usados para escalar padrões. A documentação do processo define fatores de encolhimento e tolerâncias por ISO.
Controle e Inspeção de Qualidade
Controle de qualidade em espelhos de elenco de vidro de água Outras disciplinas de fundição. Etapas críticas são inspecionadas em vários estágios:
- Inspeção da concha: Antes de derramar, As conchas são examinadas quanto a rachaduras, bolhas, ou revestimento incompleto.
Os contratados geralmente medem a espessura da concha com medidores ultrassônicos e verificam se cada camada é uniforme. Qualquer delaminação ou furos podem causar defeitos de fundição.
Recipientes de pasta molhada são monitorados para pH e sólidos; Variações podem produzir conchas fracas. Os fornos secadores são verificados para distribuição uniforme de calor. - Verificações dimensionais: Após Shakeout e Fination-Mayining, Castings são medidos contra dimensões de projeto.
As peças de primeira artigos geralmente passam por inspeção de CMM para verificar as dimensões críticas dentro da classe de tolerância especificada (por exemplo. ISO CT8).
Blocos simples de bitola ou medidores de plugue são usados para diâmetros de orifício. Porque o pitch de árvore e o encolhimento de cera adicionam pequenos erros, É comum ajustar as dimensões mestre de padrões se ocorrer o escuridão. - Detecção de defeitos: Castings de vidro de água podem sofrer defeitos como porosidade de gás, inclusões, ou defeitos de fusão de casca.
Métodos de inspeção comuns incluem raios-X/radiografia (para encontrar cavidades internas ou inclusões), Penetrante fluorescente (Para rachaduras de superfície e porosidade), e teste de partículas magnéticas (para peças ferrosas).
Onde apropriado, Testes de pressão ou testes de fluxo são aplicados. Análise metalúrgica (macro etch, micrografias) pode ser usado durante o desenvolvimento do processo.
Todos os testes devem fazer referência aos padrões (por exemplo. ASTM E165 para penetrante, ASTM E446 para radiografia) para definir aceitação. - Documentação do processo: A rastreabilidade estrita é mantida em elencos de vidro de água. Os registros incluem proporções de mix de lodo, cura cronogramas, e tempos de forno.
Muitas fundições usam listas de verificação em processo (toras de temperatura para fornos de dewax, Torros de umidade para salas de secagem, e toras de uso do fichário).
Para peças de alta confiabilidade (por exemplo. componentes aeroespaciais), Um código de calor completo e certificação química/física acompanham a parte.
ISO 9001 ou os padrões NADCAP podem governar a documentação em indústrias críticas.
Geral, A filosofia de controle é padronizar cada etapa para que qualquer falha de elenco possa ser rastreada de volta à sua causa raiz (por exemplo. uma pasta instável ou um ciclo de secagem perdido).
Considerações econômicas
O lançamento de cera perdida com vidro de água é valorizado para relação custo-benefício Em aplicações adequadas. Os principais fatores econômicos incluem o custo do material, trabalho, tempo de ciclo, e rendimento:
- Materiais: O fichário de silicato de sódio e a areia de quartzo são baratos em comparação com sílica e zircão coloidal.
Por exemplo, A solução de silicato de sódio pode custar alguns centavos por quilograma, enquanto que os ligantes de sílica coloidal custam uma ordem de magnitude mais.
Os sais ou aceleradores utilizados são mínimos. Padrões de cera (Especialmente se impressos em 3D) Adicione o custo, Mas o rendimento é alto.
Há algum resíduo de cerâmica de sucata (concha quebrada) Mas muitas vezes pode ser reciclado como areia. Geral, consumíveis são de baixo custo. - Tempo de trabalho e processamento: Construir uma concha de vidro de água é muito trabalhoso, exigindo vários quedas e ciclos de secagem.
Tempos de ciclo de 24–72 horas da árvore de cera a derramar são típicas (mais rápido que a sílica-sol de alta temperatura que pode levar curas mais longas).
A etapa molhada é mais longa (imersão vs queima de chama aberta), Mas isso geralmente é um imersão durante a noite. O trabalho é necessário para a preparação de padrões, Operações de revestimento/estuque, e shakeout.
Apesar disso, Os custos mais baixos de ferramentas e a usinagem reduzida geralmente compensam a mão -de -obra mais alta.
Em um modelo de custo, O vidro de água pode ser competitivo quando os volumes de peça excedem algumas centenas por ano, especialmente para peças pesadas ou complexas que seriam muito caras na areia ou na fundição. - Taxa de transferência: As linhas de vidro de água de fins únicas podem funcionar continuamente, Mas cada construção (Carregamento da concha, DeWax, fogo, derramar, suprimir) lida apenas as peças daquela árvore.
A taxa de transferência é moderada; Poucas centenas de quilogramas de peças fundidas por lote podem ser normais. No entanto, Existe automação para injeção de cera e pulverização de casca.
A etapa limitadora é frequentemente deswaio e disparando, que pode ser fornos em lote com cargas definidas. Programação eficaz (empilhando árvores) pode melhorar a utilização. - Rendimento e sucata: Porque o processo é preciso, As taxas de sucata podem ser baixas se controladas. No entanto, Qualquer crack de casca ou vazamento de metal gera uma perda total desse elenco.
Falhas devido a defeitos de casca (por exemplo. pós-deva rachaduras) são minimizados pelo controle de processo apertado.
Comparado ao elenco de areia, O vidro de água geralmente tem maior rendimento, uma vez que as peças são mais fáceis de limpar e quase em forma de rede.
Comparado com Silica Sol, O rendimento é semelhante ou ligeiramente menor (As conchas de sílica-sol pode perdoar mais problemas de dewax).
Um áspero comparação de custos pode mostrar que a fundição de vidro de água pode ser 50–70% mais barato por parte do que a fundição de sílica sol para peças de aço de precisão média,
Devido ao menor custo e custo de ferramenta, embora com perda modesta da qualidade da superfície.
É mais caro que a fundição de areia barata por unidade, Mas porque as peças finais precisam de muito menos usinagem, o Custo total da parte acabada pode ser competitivo.
Resumidamente, A fundição de vidro de água permite que as empresas mudem de custo do horário da máquina para o tempo de processo,
o que geralmente é vantajoso para peças complexas ou de baixo volume o suficiente para que ferramentas dedicadas não sejam justificadas.
Aplicações Industriais
O elenco de investimentos em vidro de água encontra seu nicho em componentes pesados e complexos em várias indústrias. Aplicações notáveis incluem:
- Máquinas e equipamentos pesados: Componentes para mineração, óleo & gás, e máquinas de construção geralmente usam fundição de vidro de água.
Por exemplo, engrenagens, carcaças de bombas, válvulas, e impulsores nesses setores se beneficiam da força do aço e da liberdade geométrica de fundição de investimentos.
Moldagem de vidro de água ajuste de tubo de válvula de aço inoxidável - Peças agrícolas: Peças como caixas de trator, componentes de arado, e os vínculos pesados de equipamentos agrícolas são feitos dessa maneira.
A capacidade de fundir ferro dúctil ou formas de aço de baixa liga (por exemplo. peças do leme, Placas de perfuração de sementes) com perfis complexos é uma vantagem essencial. - Automotivo: Embora não seja comum para peças de carro produzidas em massa, A fundição de vidro de água é usada em componentes automotivos ou de caminhão de baixo volume (por exemplo. Pequenos lotes de articulações de direção, braços de suspensão pesada, Componentes de freio para veículos especiais).
Sua precisão supera a fundição de areia para peças de ajuste crítico, No entanto, permanece econômico para execuções moderadas. - Válvulas e bombas industriais: Válvulas de ferro fundido e aço, corpos da bomba, e flanges geralmente vêm de moldes de investimento em vidro de água.
Essas peças precisam de passagens internas complexas e um bom acabamento superficial (Para evitar vazamentos) -O elenco de vidro de água produz válvulas prontas para usinagem sem núcleos. - Construção e peças fundidas arquitetônicas: Ocasionalmente, elementos de ferro/aço decorativos ou estruturais (como flanges, hardware, ou suportes ornamentados) são lançados via vidro de água.
O processo pode capturar detalhes artísticos enquanto estiver usando areia acessível, tornando -o adequado para peças fundidas especiais (por exemplo. Substituição de bronze em elementos arquitetônicos). - Componentes offshore e marítimo: Como mencionado por fontes do setor, peças para reboques, guindastes, e as plataformas marinhas utilizam esse método para durabilidade em ambientes severos.
Geral, O elenco de vidro de água é escolhido em indústrias que exigem peças fundidas robustas com detalhes moderados a um custo razoável.
Ele compete com o elenco de areia quando é necessária maior precisão ou detalhe da forma de rede, E compete com o lançamento de investimentos de silica-sol quando restrições de tamanho grande ou orçamento tornam o último muito caro.
Análise comparativa
Comparado a outros métodos de elenco, O elenco de investimentos em vidro de água ocupa um meio termo:
Vidro de água vs. Fundição de investimentos de sílica-sol:
Sílica-sol (Binder coloidal-sílica com farinha de zircão) produz o melhor detalhe, Melhor acabamento superficial (RA tão baixo quanto 3-6 μm), e tolerâncias mais rígidas (ISO CT4-CT6).
No entanto, isso é mais caro: As soluções de sílica sol e as areias de zircão custam significativamente mais, e o processo requer desgaste da chama e temperaturas de disparo mais altas.
Fundição de vidro de água, por contraste, tem um acabamento mais grosso (~ RA 6–12 μm) e tolerâncias mais amplas (CT6-CT9), mas usa materiais baratos e um orvalho mais simples.
As conchas de vidro de água também tendem a ser mais fortes no manuseio antes de derramar (Eles são muito rígidos após secar) e pode ser mais espesso, que beneficia derramamentos pesados.
Resumindo, Sílica-sol é escolhida para alta precisão, peças pequenas; O vidro de água é escolhido para maior, componentes difíceis onde o acabamento da superfície pode ser sacrificado.
Elenco de investimento em vidro de água contra Areia Fundição:
Fundição em areia (areia verde ou quimicamente ligado) é o custo mais baixo, Maior fabricação de molde flexível para peças grandes.
No entanto, Castões de areia têm superfícies muito ásperas (Rá > 25 μm, Freqüentemente, 50-100 μm) e tolerâncias soltas (ISO CT11 ou pior).
A fundição de vidro de água oferece uma superfície e precisão significativamente melhores (Como observado acima) a um custo mais alto.
Se uma peça de areia exigir uma usinagem ou reparo extensa (Como soldagem em núcleos), Pode ser mais barato usar vidro de água.
Também, certas formas complexas (paredes finas, vazios internos) são difíceis ou impossíveis na areia sem núcleos; O vidro de água produz facilmente essas formas.
A troca é que as escalas de fundição de areia melhor para volume extremamente alto (moldes ou moldes que podem ser usados muitas vezes),
enquanto o vidro de água é limitado a cerca de 150 kg por molde e requer ciclos de vários dias.
Força da concha e comportamento térmico:
As conchas de vidro de água são compostas por camadas de sílica fundida, que são um pouco menos refratários do que as camadas de zircão ou alumina frequentemente usadas em conchas de sílica-sol.
Isso significa que as conchas de vidro de água normalmente têm uma temperatura máxima de serviço mais baixa e pode permitir mais reação de metal-casca em derramamentos muito quentes.
Na prática, no entanto, Ambos os métodos produzem conchas que suportam facilmente temperaturas de vazamento de aço/ferro.
Em termos de força, As conchas de sílica-sol e vidro de água são rígidas após o disparo, Mas sílica-sol pode manter a integridade estrutural a temperaturas mais altas.
Melhores casos de uso:
Resumindo os melhores usos, A fundição de vidro de água é ideal para peças de aço/ferro médio a grande, onde alta precisão não é crítica,
como caixas de bomba, em branco da engrenagem, peças de máquinas pesadas, e qualquer componente em que os recursos de elenco salvam soldagem.
Sílica-sol é melhor para Peças de alta precisão de pequeno a médio porte (componentes aeroespaciais, joia, implantes médicos, Pequenas partes inoxidáveis).
O elenco de areia verde ganha peças pesadas enormes ou volumes extremamente grandes, onde os detalhes apertados não são necessários (por exemplo. grandes caixas, blocos de motor, carcaças de bombas a granel).
A tabela abaixo destaca algumas métricas comparativas:
- Rugosidade Superficial (RA típica): Sílica-sol ~ 3-6 μm; Glass de água ~ 6-12 μm; areia verde >25 μm.
- Tolerância dimensional: Sílica-sol ISO CT4-CT6; Glass de água ~ CT6-CT9; areia verde CT11 - CT12 (muito solto).
- Custo de materiais: Baixo para areia, moderado para vidro de água, alto para sílica sol. O fichário de silicato de sódio é muito barato, enquanto o fichário de sílica coloidal é caro.
- Força da concha: Bom para sílica-sol na alta t, moderado para vidro de água. Conchas de zircão/alumina (Sílica-sol) tem maior refratização.
- Escala de produção: O vidro de água trava volumes pequenos a médicos (dezenas a milhares por ano), especialmente quando as peças são pesadas. Silica-Sol Suits Small/Precision; areia traje grandes volumes.
Geral, A fundição de vidro de água preenche uma lacuna: oferece melhor controle e acabamento do que o elenco de areia, mas Custo mais baixo do que sílica-sol.
Quando as demandas de design são moderadas e os orçamentos são restritos, geralmente é a técnica de precisão mais econômica.
Conclusão
Vidro de água (silicato de sódio) elenco de investimento é um econômico fundição de precisão processo otimizado para ferros, componentes complexos.
Usando ligantes e areias baratas, Ele permite que os fabricantes obtenham peças de aço e ferro em forma de rede próxima com tolerâncias razoáveis (ISO CT7-CT9) e acabamentos (RA ≈6-12 μm) por uma fração do custo do elenco de sílica solar.
Os pontos fortes do processo são sua economia material, rigidez forte da concha, e capacidade de produzir geometrias complexas sem colapso do núcleo.
Suas principais limitações são um acabamento superficial mais áspero e menor estabilidade de alta temperatura, que o restringem à precisão média, aplicações pesadas.
Esperando ansiosamente, A fundição de vidro de água permanece relevante para aplicações como máquinas, submontagens automotivas,
Equipamento agrícola e de construção, e qualquer parte que se beneficie de um bom compromisso de detalhes e custo.
Melhorias em andamento (como formulações otimizadas de silicato e revestimento de casca automatizada) pode aumentar sua precisão um pouco mais alto.
No entanto, Os engenheiros devem corresponder cuidadosamente peças para processar: Use vidro de água quando complexidade de aço/ferro e economia dominar os requisitos,
sílica-sol quando detalhes ultrafinos ou ligas especiais são necessários, e areia quando puro volume ou tamanho substituir precisão.
Geral, O elenco de investimento em vidro de água é um maduro, técnica bem compreendida.
Seu uso contínuo é impulsionado pela demanda global por robusta, Peças metálicas de formato intricadamente a tolerâncias moderadas e custos competitivos.
A aplicação adequada de seus controles de química e processo - e inspeção completa - produz consistente, peças fundidas de alta qualidade para uma ampla gama de necessidades industriais.
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