Что такое инвестиционный кастинг?

1. Введение

Литье по выплавляемым моделям, часто известен как Потерянный кастинг или точное литье, доставляет сложные металлические детали с исключительной точностью.

Используя одноразовый восковой рисунок и рефрактерную керамическую оболочку, Этот процесс воспроизводит сложные геометрии и жесткие допуски в материалах, начиная от нержавеющей стали до суперсплавы.

Исторически, ремесленники в Месопотамии и Китае использовали ранние формы техники потерянных 5,000 много лет назад;

Современные промышленные применения появились в начале 20 -го века, когда Роберт Б.. Вт. Тейлор запатентовал метод воска -паттерн в 1907.

Сегодня, Инвестиционные кастинги в основе критических отраслей, а именно аэрокосмическая промышленность, медицинское оборудование, и энергия - потому что он сочетает в себе свободу дизайна с повторяющейся точностью.

2. Что такое инвестиционный кастинг?

Инвестиционное литье сочетает в себе точные воски.

Первый, Техники вводят расплавленное воск в металлический матрицу, создание шаблона, которая повторяет последнюю часть. Следующий, Они прикрепляют несколько восковых узоров к центральному литнику, формирование «дерева».

Затем, Они опускают эту сборку в чередующиеся слои керамической суспензии и мелкого песка. После затвердевания керамических слоев, Операторы растопили воск ("DeWax"), оставив жесткую оболочку.

Окончательно, Они наливают расплавленное металл в полость, пусть это затвердеет, и вырвать оболочку, чтобы показать почти сеть компонент.

Две системы связующих доминируют в отрасли:

• Водяной стакан (Силикат натрия) Процесс: Инженеры предпочитают этот экономичный маршрут для больших партий.
  Слудетельное связывание водяного стекла стоит приблизительно 2.50 за килограмм, Сделать его идеальным для автомобильных деталей с высокой объемом.
• Кремнеологический процесс: Производители выбирают Silica Sol, когда им нужны более тонкие керамические зерна, превосходная поверхность, и более тонкие раковины.
  Однако, Силика Сол стоит около доллара США 6.50 за килограмм, примерно 2,6 × затрат на воду.

3. Процесс литья по выплавляемым моделям

Процесс инвестиционного литья превращает простую восковую модель в металлический компонент с высокой задачей через серию тесно контролируемых шагов.

Хотя общее время цикла варьируется - от всего лишь 24 Часы с быстрыми водопроводными плащными раковинами до примерно семи дней для стандартных систем кремнеземеля.

Изготовление воска

Изначально, Техники вводили воск с демо -воздухом (Обычно смесь парафина и микрокристаллических добавок) в точную сталь умирает.

Они поддерживают восковые температуры между 60 ° C и 80 ° C и применить давление 2–4 МПа. Каждый цикл впрыска завершается примерно за 10–30 секунд.

После выброса, Операторы визуально осматривают закономерности на наличие дефектов, Отказ от любого, что отклоняется более чем ± 0,1 мм в критических измерениях.

Сборка узора и здание керамического оболочки

Следующий, Рабочие «деревянные» индивидуальные восковые узоры на центральном литнике, Создание сборки до 50 части.

Затем они строят керамическую плесень, попеременно окунув дерево в огнеупорную суспензию и штука.

Файески обычно применяют 6–8 циклов суспензии и источника -источника для достижения толщины оболочки 6–10 мм.

С водопроводными связями, Эта раковина занимает около 24–72 часов; Системы силикаса с высокой температурой могут потребовать до 7 Дни, чтобы полностью вылечить.

Depaxing и Burnout

Впоследствии, литейные заводы удаляют расплавленный воск в автоклаве или пара 150 °С, Часто в ночлете, чтобы обеспечить полную эвакуацию воска.

Затем они повышают температуру при 1–2 ° C/мин до 600–900 ° C и держат в течение 4–6 часов, чтобы разложить любую остаточную органику, предотвращение растрескивания раковины и обеспечение чистой полости.

Металл залив и удаление раковины

После выгорания, Техники предварительно разогревают керамические раковины до 760–870 ° C.

Они изливают расплавленный сплав - такие как нержавеющая сталь при 1500–1,550 ° C - используя гравитацию, центробежный, или методы вакуумного ассистчика для минимизации турбулентности.

Как только металл затвердеет, Рабочие отрывают керамическую оболочку с помощью вибрации или высокого давления водного самолета, Обычно дает полезные отливки 95–98%.

Термическая обработка и окончательная обработка

Окончательно, отливки подвергаются термической обработке, например, отжигание раствора в 1,050 ° C или возрастное затвердевание в 700 ° C - чтобы уточнить микроструктуру и снять напряжения.

Машинисты затем выполняют фрезерование с ЧПУ, электроэрозионная обработка, или шлифование, Достижение допусков до ± 0,05 мм, а поверхность заканчивается до РА 0.8 мкм.

Активно контролируя каждую переменную - от температуры воска и вязкости суспензии до профилей выгорания и скорости наливания,

Инвестиционное литье последовательно обеспечивает комплекс, Запасные части с минимальным ломом и уменьшенными требованиями после махинации.

Процесс литья по выплавляемым моделям Полное видео https://www.youtube.com/watch?v=NugdCiQ0uU8

4. Какие материалы могут быть инвестиционными актерами?

Инвестиционное литье приспосабливает самый широкий спектр сплавов среди всех процессов литья,

Позволяя инженерам адаптировать детали для требования применения путем сбалансировки прочности, температурная стойкость, Коррозионная производительность и, При необходимости, биосовместимость.

Железные сплавы

• Нержавеющая сталь (300, 400 & PH Series): Общие оценки включают CF -8 (АИСИ 304), 316L и 17-4 ph.
  Они предлагают растягивающие сильные стороны от 600 к 1,300 МПа и сильная сторона доходности между 500 и 1,100 МПа, Сделать их идеальными для коррозионных компонентов в суровых условиях.
• Углерод & Низкопластные стали: Оценки, такие как 4140 и 4340 обеспечить стойкость и устойчивость к усталости при более низких затратах, с прочности растягивания, как правило, от 700 к 1,200 МПа.

Никель -база суперпладол

Когда имеют высокую силу и устойчивость к ползучести, литейные заводы превращаются в insonel 718 и 625.
Например, Осадки - снятый 718 обеспечивает силу доходности до 1,035 MPA и конечная прочность на растяжение вблизи 1,240 МПа при комнатной температуре, сохраняя значительную силу выше 650 °С.

Кобальт -хромовые сплавы

Смеси Cocrmo сочетают в себе исключительную устойчивость к износу с биосовместимостью, Сделать их основными в медицинских имплантатах и ​​газовых компонентах.

Эти сплавы, как правило, демонстрируют максимальную прочность на растяжение 1000–1,350 МПа и силу доходности 700–1000 МПа.

Титан Сплавы

Ti -6Al -4V (Оценка 5) выделяется для аэрокосмической и биомедицинской части.

Он предлагает максимальную прочность на растяжение между 862 и 1,200 МПа, Урожайность от 786 к 910 МПа, и плотность вокруг 4.43 г/см³, обеспечение выдающегося силового соотношения.

Алюминий Сплавы

Сплавы, такие как A356 (Al -si -mg) оставаться популярными для легких компонентов в аэрокосмической промышленности, автомобильный, и электроника.

Обычно они обеспечивают прочность на растяжение примерно 250–350 МПа вместе с присущей коррозионной стойкостью.

Медные сплавы

Бронза и латунь Варианты обслуживают износостойкие и декоративные применения, с сильной стороной растягивания, как правило, охватывает 350–600 МПа, в зависимости от конкретной композиции.

Кроме того, Файскри расширяются в системы стекло- и керамики для производства передовых композитов и материалов следующего поколения.

Регулируя химию раковины, Профили выгорания, и вылить температуру, Они размещают уникальные требования каждого материала.

Критерии отбора

При выборе сплава для инвестиционного кастинга, Инженеры сосредотачиваются на:

1. Механические характеристики: Требуется растяжение и прочность урожая, Твердость и усталость жизнь
2. Термическая стабильность: Диапазон рабочей температуры, сопротивление ползучести и теплопроводность
3. Коррозионная стойкость: Химическая среда, Ячечка и восприимчивость к стрессовой коррозии
4. Биосовместимость: Цитотоксичность, Ионное высвобождение и поведение пассивации для имплантатов

5. Дизайн для кастинга (DFC)

Эффективный дизайн для кастинга (DFC) переводится непосредственно в более высокую доходность, более низкие затраты, и более быстрый поворот.

Применяя следующие рекомендации, Инженеры обычно снижают скорость лома на 20–30% и сокращают время после магистрации до 40%.

Сохранить единую толщину стенки

• Рекомендация: 2–10 мм для большинства сплавов (Изменение ± 0,5 мм)
• Обоснование: Равномерные секции охлаждаются более равномерно, предотвращение горячих точек и снижение риска пористости. Следовательно, Вы увидите меньше внутренних дефектов и более жесткого управления размерным.

Включите адекватные углы

• Рекомендация: 0.5° –2 ° на сторону на вертикальных лицах
• Обоснование: Даже небольшой конус облегчает удаление керамики и минимизирует повреждение раковины. Как результат, Ваша урожайность увеличивается и уменьшается.

Используйте щедрые филе и радиусы

• Рекомендация: Радиусы филе ≥ толщины стенки или ≥ 1 мм, что бы ни было больше
• Обоснование: Округлые переходы улучшают поток металла, более низкие концентрации стресса и помогают керамическим слоям равномерно. По очереди, Вы достигаете более последовательной микроструктуры и более высокой силы усталости.

Избегайте подрезков и внутренних полостей

• Стратегия: Где бы это ни было, редизайна подрезает как сквозные или разделенные функции; Минимизировать использование ядра.
• Выгода: Упрощение геометрии сокращает сложность инструментов, сокращает время срока и затраты на затраты на участие до 15%.

Оптимизировать расположение стробирования и стояка

• Лучшая практика: Поместите ворота в самую тяжелую часть и стояки над горячими точками с самого высокого риска.
• Исход: Контролируемый металлический поток и затвердевание уменьшают пористость усадки, Получение типичного снижения лома на 5–10%.

Планируйте пособия

• Разрешение: Добавить 0,5–1,5 мм запаса на критических поверхностях
• Рассуждение: Обеспечение достаточного материала для ЧПУ или шлифования гарантирует, что вы достигаете целей толерантности (часто ± 0,05 мм) Без погони за низкими отливками.

Используйте симметрию и модульную конструкцию

• Техника: Зеркальные особенности или разделение сложных деталей на более простые подборы
• Преимущество: Меньше уникальных узоров и оболочек снижают затраты на инструмент на 10–20%, при стандартизации процессов в нескольких частях.

6. Преимущества процесса инвестиционного литья

Инвестиционное литье обеспечивает мощное сочетание точности, Гибкость и эффективность. Ключевые преимущества включают в себя:

• Исключительная точность размеров
  Достичь жестких допусков (часто в пределах ±0,1 мм) на очень сложных геометриях, Таким образом, детали соответствуют спецификациям непосредственно из формы.
• Превосходная обработка поверхности
  Производить гладкие поверхности (RA 1,2-3,2 мкм), что, в свою очередь, уменьшает необходимость в обширной полировке или обработке.
• Широкая универсальность
  Отправить все от нержавеющих сталей и никелевых суперсплавов до титана и алюминия, позволяя вам выбрать идеальный сплав для каждого приложения.
• Сложная геометрия
  Плесени подрезаны, тонкие стены и внутренние отрывки за один залив, тем самым исключая ступени и требования к крепежению.
• Монолитный, Бесшовные части
  Создать компоненты с одной частью без разбивших линий или шва для сварки, что улучшает структурную целостность и упрощает отделочные операции.
• Масштабируемость для любого объема
  Легко адаптироваться к небольшим прототип, Балансировать затраты на инструмент против экономики единицы.
• Бесполетная эффективность
  Минимизировать использование лома и материала, создавая детали, очень близкие к окончательным размерам, сокращение отходов и времени обработки.
• Свобода дизайна
  Включите острые углы, Особенности прямоугольника и замысловатые детали без дополнительных допусков усадки, оптимизирование пути от CAD к литой части.
• Экологические преимущества и затраты
  Уменьшить потребление энергии и необработанные материалы по сравнению с вычищенными методами, Помощь в снижении как производственных затрат, так и воздействия на окружающую среду.

7. Ограничения инвестиционного литья

В то время как инвестиционное кастинг предлагает значительные преимущества, Это также поставляется с определенными ограничениями, которые инженеры и производители должны учитывать при выборе соответствующего метода производства:

• Более высокие начальные затраты на инструмент
  Создание точных инъекций воскового воска и керамические системы оболочки требуют значительных авансовых инвестиций, Сделать его менее экономичным для производства с низким объемом или прототипом, если только сложность дизайна не оправдывает ее.
• Дольше сроки
  Многоэтапный процесс-от создания воска до строительства оболочки, выгорание, кастинг, и отделка - может потребоваться от нескольких дней до недель.
  Это расширенное время цикла ограничивает пригодность для проектов, требующих быстрого оборота.
• Ограничения размера
  Инвестиционное литье лучше всего подходит для небольших и средних компонентов. Пока части до 100 кг можно произвести, Точность размеров и целостность оболочки становится все труднее поддерживать по мере увеличения размера.
• Ограниченная толщина стены
  Очень тонкие стены (обычно под 1.5 мм) сложно отдавать последовательно, Особенно для больших частей, Из -за быстрого охлаждения и риска поломки раковины.
• Материальные ограничения с реактивными сплавами
  Определенные реактивные металлы, такие как чистый титан, Требовать специализированных сред (например, вакуумное литье) Чтобы избежать загрязнения, который добавляет сложность и стоимость.
• Не идеально подходит для большого объема, Детали с низкой комплексностью
  Для простых геометрий, полученных в очень высоких объемах, Процессы, такие как литья матрицы или лить.
• Хрупкость снаряжения во время обработки
  Керамическая раковина хрупкая перед стрельбой. Любое неправильное обращение во время высыхания или стадий деэгревации может вызвать трещины, приводя к дефектам или лом.

8. Применение литья по выплавляемым моделям

Инвестиционное литье широко используется в высокопроизводительных отраслях из-за его способности производить сложные, Высокие компоненты в различных материалах.

Его универсальность делает его особенно ценным в секторах, где размерная точность, Материальная производительность, и поверхностная отделка очень важна.

Аэрокосмическая промышленность

• Турбинные лезвия: Сложные аэродинамические профили и внутренние каналы охлаждения - это инвестиции, которые выдерживают высокие температуры и стресс.
• Топливные сопла & Компоненты сжигания: Точное литье обеспечивает плотные допуски и термостойкость.
• Структурные корпусы: Легкий, сильный, и коррозионные сплавы (например, Титан и неудобный) обычно используются.

Автомобильная промышленность

• Колеса турбокомпрессора: Инвестиционное литье производит замысловатые лопасти и прочные материалы, необходимые для высококзовой работы.
• Выхлопные коллекторы: Способность обрабатывать экстремальные тепловые велосипедные и коррозионные газы.
• Компоненты передачи: Точное литье снижает необходимость вторичной обработки.

Медицинский

• Ортопедические имплантаты: Биосовместимые сплавы, такие как титан и кобальт-хроме, бросают в суставы бедра, коленные компоненты, и стоматологические рамки.
• Хирургические инструменты: Сложные формы с плавной отделкой, функциональность, и эргономичный дизайн.

Энергия, Масло & Газ

• Клапанские тела & Насосные буйства: Коррозия- и износостойкие отливки обрабатывают высокое давление, высокотемпературная среда.
• Компоненты бурового оборудования: Высокие сплавы обеспечивают долговечность при экстремальных механических нагрузках.

Новые сектора

• Робототехника: Легкий, Точные компоненты отличаются, чтобы уменьшить сложность сборки и повысить эффективность движения.
• Возобновляемая энергия: Компоненты ветряной турбины, Гидравлические контрольные детали, и солнечные крепления извлекают выгоду из коррозионной устойчивости и структурной точности.
• Бытовая электроника: Компоненты корпуса и небольшие механические детали в премиальных устройствах используют отливки алюминия и нержавеющей стали для интеграции проектирования и функции.

9. Когда выбрать инвестиционное кастинг

Вы должны выбрать инвестиционное кастинг, когда:

1. Вам нужны сложные формы: Внутренние отрывки, тонкие стены, или сложные особенности.
2. Вам нужны плотные допуски: Точность части в пределах ± 0,1 мм.
3. Объемы соответствуют шкале: Обычно 50 к 100,000 Единицы в год оправдывают инвестиции в инструменты.
4. Материальные требования на высоте: Сплавы требуют точного контроля и тонкой структуры зерна.

10. Инновации & Будущие тенденции

Промышленность 4.0 и цифровизация изменяет инвестиционное кастинг:

• Гибридные рабочие процессы: Производители теперь 3D -печени восковые или полимерные узоры, Устранение стальных штампов для прогонов с низким объемом.
• IOT -поддержка мониторинга: Умные датчики отслеживают температуру и влажность оболочки, Кормление моделей ИИ, которые оптимизируют параметры процесса в режиме реального времени.
• Следующие материалы: Исследователи исследуют рефрактерные металлы и композиты с металлической матрицей, выдвигать пределы температуры за пределами 1,000 °С.
• Автоматическая обработка оболочки: Робототехника снижает ручной труд и повышает безопасность, В то время как цифровые близнецы имитируют целые циклы кастинга, чтобы предсказать дефекты до их появления.

11. Заключение

Инвестиционное литье стоит на пересечении искусства и высоких технологий.

Его способность производить сложные, Высокопроизводительные детали с жесткими допусками делают его незаменимым в аэрокосмической промышленности, медицинский, автомобильный, и энергетическая промышленность.

Как цифровые инструменты, аддитивное производство, и усовершенствованные материалы сходится, Инвестиционное литье будет продолжать развиваться - создание инноваций и точное производство в будущем в будущем.

В ЭТОТ, Мы рады обсудить ваш проект в начале процесса проектирования, чтобы гарантировать, что любой сплав выбран или применяется после кастинга лечения, Результат будет соответствовать вашим механическим и производительным характеристикам.

Чтобы обсудить ваши требования, электронная почта [email protected].

 

Часто задаваемые вопросы (Часто задаваемые вопросы)

1. Для чего используется инвестиционное кастинг?

Инвестиционное литье используется для производства сложных металлических компонентов с превосходной точностью размеров и поверхностной отделкой.

Это обычно применяется в аэрокосмической промышленности, автомобильный, медицинский, энергия, и промышленная промышленность.

2. Насколько точным является инвестиционное кастинг?

Инвестиционное литье может достигать размерных допусков на уровне ± 0,1 мм для небольших функций. С надлежащим дизайном и управлением процессом, Необходима минимальная пост-обработка.

3. Какие материалы можно использовать в инвестиционном литье?

Можно отбросить широкий спектр железовых и небрежных сплавов, включая нержавеющую сталь, углеродистая сталь, алюминий, титан, кобальт-хром, и никелевые суперсплавы.

4. Инвестиционно экономически ли?

В то время как затраты на инструмент выше, чем некоторые другие методы литья, Инвестиционное литье становится экономически эффективным для сложных деталей, Высокопроизводительные сплавы, и когда желательна минимальная обработка.

5. В чем разница между силика -золь и водным стеклом в литье инвестиций?

Литье из силикаса соль обеспечивает более высокую точность и лучшую отделку поверхности, сделать его подходящим для критической аэрокосмической или медицинской детали.

Водяной стеклянную лить более экономична и обычно используется для промышленных применений с более слабыми допусками.

6. Может ли инвестиционная литья заменить обработку или сварку?

Да. Инвестиционное литье часто устраняет необходимость в обработке или сварке путем производства компонентов ближней формы в качестве одиночных, монолитные детали - повышение силы и сокращение времени сборки.

7. Каковы ограничения размера для инвестиционного литья?

Большинство инвестиционных отливок варьируются от нескольких граммов до 100 кг, Хотя меньшие детали больше всего пользуются точностью и деталями, которые предлагает процесс.