Čo je investičné liatie vodného skla?

Investičné liatie vodného skla (tiež známy ako odlievanie kremičitanu sodného) je forma odlievania do strateného vosku, ktorá využíva vo vode rozpustné spojivo na báze kremičitanu sodného v keramickom plášti.

Ako jedna z dvoch hlavných metód investičného liatia (druhý je kremičitý sol), poskytuje rovnováhu medzi presnosťou a nákladovou efektívnosťou.

Pochádza z tradičných techník strateného vosku v Ázii a Európe, odlievanie vodného skla získalo priemyselnú trakciu v 20. storočí, keď zlievárne hľadali lacnejšiu alternatívu k procesom na báze koloidného oxidu kremičitého.

Použitím bežných materiálov (kremeň alebo kremičitý piesok s alkalickými kremičitanovými spojivami), tento proces je vhodný pre strednú presnosť, časti s vysokou zložitosťou, kde sú rozpočty prísnejšie.

Typické odliatky z vodného skla sa pohybujú od niekoľkých stoviek gramov do 150 kg, s maximálnymi rozmermi okolo 1 m, takže je ideálny pre väčšie, nákladovo citlivé komponenty.

Čo je investičné liatie vodného skla?

Odlievanie vodného skla je variantom precíznej investície (stratený vosk) casting v ktorom kremičitan sodný ("vodné sklo") slúži ako keramické spojivo.

V praxi, vosk (alebo plast) vzory sú vyrobené a zostavené do stromu.

Vzory sú opakovane potiahnuté v kaši jemných žiaruvzdorných častíc viazaných v roztoku kremičitanu sodného, potom pokrytý postupne hrubšími štukovými vrstvami, aby sa vytvorila škrupina.

Akonáhle sa škrupina vylieči, vosk sa roztopí alebo vyvarí, ponechanie dutej dutiny formy. Roztavený kov (typicky oceľ alebo zliatiny železa) sa naleje do tejto keramickej škrupiny.

Po stuhnutí, škrupina sa odlomí, aby sa odhalila odliata časť. Skrátka, liatie vodného skla „investuje“ voskovú predlohu do keramiky na báze kremičitanu sodného na vytvorenie formy.

V porovnaní s liatím na báze oxidu kremičitého (ktorý využíva piesky na báze koloidného oxidu kremičitého a zirkónu), metóda vodného skla vymieňa určitú kvalitu povrchu za nižšiu cenu materiálu a jednoduchšie spracovanie.

Prečo používať vodné sklo?

Odlievanie vodného skla je obľúbené, pretože to znižuje náklady a spracovanie v porovnaní s inými presnými metódami.

Spojivo na báze kremičitanu sodného a konvenčné kremičité piesky sú lacné a ľahko sa s nimi manipuluje, takže nástroje a materiály stoja oveľa menej ako škrupiny z koloidného oxidu kremičitého.

Napríklad, systémy vodného skla sa vyhýbajú vysokým nákladom na kremičitý sól a špeciálne piesky, prináša nižšie investičné náklady na časť.

Proces tiež eliminuje mnoho sekundárnych operácií: časti vychádzajú takmer v tvare siete (často vyžadujúce malé zváranie alebo obrábanie).

V praxi, odliatky z vodného skla dokážu zachytiť veľmi zložité geometrie (s podrezaním a tenkými pásmi) bez jadier, zjednodušujúci dizajn.

Podľa priemyselných zdrojov, ponúka odlievanie vodného skla „komplexný dizajn bez uhlov ponoru“ a „vyššia presnosť v porovnaní s liatím do piesku“,

pričom sa vyhnete drahým jadrám, formy, alebo zvarence, ktoré potrebuje mnoho veľkých dielov odlievaných do piesku.

Táto flexibilita ho robí atraktívnym pre malé až stredné výrobné série kde je potrebné minimalizovať náklady na nástroje.

V rovnakom čase, časti vodného skla sú všeobecne presnejšie ako liatie do piesku.

Typické rozmerové tolerancie sú v rozsahu ISO CT6-CT9, zhruba zodpovedajúce triedam tolerancie jemného odlievania do piesku alebo nižším triedam odlievania na investičné liatie.

Povrchové úpravy sú primerane mierne: na objednávku Ra ~6-12 μm (Majú 250–500 μt),

lepšie ako odlievanie do zeleného piesku, ale hrubšie ako vytaviteľné odliatky s oxidom kremičitým.

Skrátka, odlievanie vodného skla sa volí vtedy, keď potrebujete zložité tvary a zníženú sekundárnu prácu odlievania do strateného vosku,

ale obmedzený rozpočet alebo väčšia veľkosť robia proces s vyššími nákladmi na oxid kremičitý nepraktický.

Prehľad procesu

Pri odlievaní vodného skla sa postupuje podľa všeobecného postupu so strateným voskom s niekoľkými rozdielmi v materiáloch foriem:

Voskový vzor a montáž stromu.

Vytvorí sa hlavný vzor (vstrekovaním, 3D tlač, alebo ručné sochárstvo) a vzorkovnicu/formu vyrobenú v prípade potreby.
Z tejto predlohy sú vytvorené voskové repliky dielu. Viaceré voskové vzory sú potom zostavené do spoločného vtokového kanála (vytvorenie "stromu") pomocou voskových brán a podávačov.
Tento voskový zhluk vytvorí veľa odliatkov v jednom naliatí. Voskové povrchy sú „oblečené“, aby sa odstránili švy alebo chyby, čím sa získa povrchová úprava ako ihla na každom vzore.

Výstavba škrupiny (Keramický náter).

Vosková zostava sa opakovane ponorí do žiaruvzdornej kaše z veľmi jemného piesku alebo zirkónovej múčky suspendovanej v zriedenom roztoku kremičitanu sodného.

Každý dip pokrýva vosk v tenkej keramickej vrstve (často 0,5-1 mm) pred štukovaním hrubším pieskom.

Po scedení prebytočnej kaše, a štuková vrstva (väčšie granuly kremičitého piesku) sa nanáša liatím alebo fluidným lôžkom, aby sa spojil s lepkavou kašou.

Klaster sa potom nechá vytvrdnúť (často sušené na vzduchu alebo vytvrdzované nízkym teplom). Tento cyklus sušenia náteru sa typicky opakuje 4– 7 krát aby sa dosiahla potrebná hrúbka škrupiny (zvyčajne spolu 5-15 mm).

Počas tejto sekvencie, neskoršie nátery používajú hrubšie a niekedy rôzne žiaruvzdorné materiály (napr. jemné prvé nátery oxidu kremičitého pre detail, hrubý kremenný piesok v podkladových vrstvách) aby sa maximalizovala pevnosť a priepustnosť.

V procesoch vodného skla, kremenné/tavené kremičité piesky a hlinitokremičitany sú bežné žiaruvzdorné materiály. Celá škrupina sa nakoniec dôkladne vysuší (niekedy v peciach s riadenou vlhkosťou) na odstránenie vlhkosti.

Odvoz a paľba.

Tvrdená keramická škrupina je zbavená vosku o topenie vosku z formy.

Na rozdiel od škrupín oxidu kremičitého (ktoré zvyčajne vypália vosk vo vypaľovacej peci alebo plameňom), škrupiny z vodného skla sú často ponorené do horúcej vody alebo vystavené pare, aby sa vosk roztopil.

Účelom je rýchlo vyčistiť vosk a zároveň minimalizovať namáhanie škrupiny (škrupiny kremičitanu sodného sú za studena tuhšie).

Po odparafínovaní, škrupina je vyhodili (spekané) pri vysokej teplote (často 800 – 1000 °C) na spevnenie keramiky a spálenie všetkých zvyškov organických látok.

To tiež spôsobuje spekanie a čiastočné zosklovatenie spojiva na báze kremičitanu sodného, tvoriaci tuhý, plyn priepustná forma.

Nalievanie kovov.

Roztavený kov sa naleje do predhriatej škrupiny obvyklým spôsobom. Pretože plášte vodného skla používajú konvenčné kremičité piesky, ich tepelná kapacita a tepelná vodivosť sú podobné pieskovým formám.

Škrupina podopiera kov až do stuhnutia (s minimálnymi zmršťovacími dutinami, ak sa použijú stúpačky).

Odstraňovanie a dokončovanie škrupín.

Raz pevné, keramický obal sa odstráni mechanickými prostriedkami (napr. otryskávanie, vibrácie alebo príklepu) odhaliť odliate časti.

Zvyšný kremenný piesok sa vyčistí. Odlievací strom sa rozreže, a brány a stúpačky sú orezané.

Konečná dokončenie môže zahŕňať brúsenie, CNC obrábanie, a povrchové úpravy podľa potreby.

Pretože počiatočná úprava škrupiny je mierna, odliatky z vodného skla často vyžadujú určité povrchové brúsenie alebo opracovanie, ale menej ako odliatky zo zeleného piesku.

Rozhodujúci, proces vodného skla sa líši od procesu s oxidom kremičitým najmä v metóda spojiva a vosku.

V odlievaní vodného skla, kremičitan sodný (alkalický kremičitan) tuhne sušením a vytvrdzovaním, zatiaľ čo oxid kremičitý-sol (koloidný oxid kremičitý) škrupiny tvrdnú predovšetkým gélovatením.

Odvoskovanie sa vykonáva horúcou vodou (a mokrého vosku) namiesto plameňa. Tieto rozdiely ovplyvňujú čas cyklu a kvalitu.

Napríklad, mokrý vosk je šetrnejší k krehkým škrupinám, ale vyžaduje nakladanie s odpadovou vodou. Tiež, škrupiny z vodného skla majú všeobecne nižšiu tepelnú stabilitu ako škrupiny z kremičitého sólu s obsahom zirkónu, ako je uvedené nižšie.

Spojivový systém

Spojivom pri odlievaní vodného skla je roztok kremičitanu sodného (bežne Na₂O·nSiO₂). Chemicky, vodné sklo je vysoko alkalické (pH ~11-13) a vyrobené s určitým pomerom oxidu kremičitého k sóde.

Typické formulácie sa pohybujú od a 2:1 do 3.3:1 SiO₂:Hmotnostný pomer Na2O (často vyjadrené modulom, napr. M=2,0 znamená približne 2.3 diely SiO2 na Na2O).

Pomer a obsah pevných látok riadia kľúčové vlastnosti. Nižšie pomery (viac Na₂O) poskytujú tekutejšiu kašu a rýchlejšie zasychanie, ale aj hygroskopickejšie a menej žiaruvzdorné spojivo.

Vyššie pomery (viac SiO₂) zvýšiť tepelnú odolnosť a znížiť pH.

Vodné sklo je riedky vodou (viskozita podobná vode) a vytvrdzuje odparovaním a miernym teplom. Ako schne, tvorí pevnú sieť amorfného silikátového skla.

Spojivo je hygroskopické, takže škrupiny musia byť pred vypálením alebo vystavením vlhkému vzduchu alebo vode dôkladne vysušené, alebo môžu znovu zmäknúť a degradovať.

V prevádzke, zvyšková vlhkosť môže viesť k vzniku parných vreciek alebo pórovitosti, ak sa kov naleje príliš horúci. Fáza vytvrdzovania zvyčajne zahŕňa pečenie pri 100–200 °C, aby sa škrupina úplne vytvrdila a odstránila vlhkosť.

Medzi výhody spojív na báze kremičitanu sodného patrí ich nízka cena, neobmedzená „trvanlivosť“, a jednoduchosť používania (žiadne toxické rozpúšťadlá ani kyslé katalyzátory).

Tuhnú jednoduchým sušením (alebo soľnou kúrou) a poskytujú veľmi tuhé škrupiny.

Však, existujú obmedzenia: ich vysoká zásaditosť môže napadnúť žiaruvzdorné zrná alebo kov (najmä hliník, spôsobujúce naberanie plynu), a ich sklovitá povaha dáva nižšiu pevnosť pri vysokých teplotách ako obaly kremičitého sólu.

Vo všeobecnosti, škrupiny vodného skla mäknú pri zahrievaní nad ~800–900 °C, takže vyhovujú zliatinám ocele/železa, ale sú okrajové pre zliatiny na odlievanie za tepla.

Napriek tomu, kremičitan sodný zostáva a osvedčené spojivo v priemysle. Je jedným z troch konvenčných spojív (spolu s etylsilikátom a koloidným oxidom kremičitým) bežne uvádzaný pri výrobe investičných foriem.

Materiály škrupín a stavebné techniky

Škrupina na odlievanie vodného skla je postavená takmer celá z žiaruvzdorné materiály na báze oxidu kremičitého. V praxi, primárne materiály sú kremičitý alebo kremenný piesok (tavené alebo kryštalické), prípadne zmiešané s hlinitokremičitanmi.

Typické veľkosti častíc pre prim (dobre) vrstvy môžu byť 100-200 mesh (75– 150 μm) zachytiť detail, zatiaľ čo záložné nátery používajú hrubší piesok (napr. 30– 60 ôk).

Zirkón sa zriedka používa v lastúrach z vodného skla (na rozdiel od obalov oxidu kremičitého) z dôvodu nákladov – namiesto toho, používajú sa lacnejšie kremičité piesky.

Na zlepšenie odolnosti proti tepelným šokom je možné pridať jemnejšiu múčku z oxidu hlinitého alebo titánu, ale základom je oxid kremičitý.

Kontrola pH je v kale kľúčová. Spojivo na báze kremičitanu sodného je veľmi zásadité, tak často malé množstvo pufor alebo soľ (ako hydrogénuhličitan sodný) sa pridáva na úpravu času gélovatenia a zabránenie okamžitému vytvrdnutiu.

Výrobcovia sledujú pH kalu (často okolo 11-12) a viskozitu na zabezpečenie konzistentnej hrúbky náteru. Príliš vysoká zásaditosť môže spôsobiť, že prvá vrstva sa na vosku predčasne zgéluje.

V praxi, použitie škrupín z vodného skla 4 do 7 povlakové vrstvy (základný náter plus niekoľko náterov so štukovým podkladom).

Napríklad, po počiatočnom ponorení do jemnej kremičitej kaše nasleduje štukovanie jemným kremenným pieskom (tento „hlavný kabát“ uzamyká detaily vzoru).

Nasledujúce nátery používajú postupne hrubšie piesky na vytvorenie pevnosti. Každý náter musí vyschnúť (často 1–2 hodiny pri izbovej teplote alebo rýchlejšie v nízkoteplotnej rúre) pred ďalším náterom.

Konečná hrúbka plášťa je zvyčajne rádovo 5–15 mm.

Počas sušenia, teplota a vlhkosť sú starostlivo kontrolované – príliš rýchle schnutie môže popraskať škrupinu, zatiaľ čo príliš pomalé sušenie môže spôsobiť chod alebo deformáciu.

V porovnaní so škrupinami oxidu kremičitého, škrupiny z vodného skla bývajú silný, ale menej žiaruvzdorný.

Vrstvy taveného oxidu kremičitého poskytujú slušnú pevnosť za tepla až do ~900 °C, ale okrem toho môže sieť kremičitanového skla začať mäknúť.

Naopak, plášte kremičitého sólu často používajú vrstvy zirkónu a oxidu hlinitého, ktoré zostávajú stabilné 1200 ° C.

Inými slovami, formy na oxid kremičitý môžu lepšie odolávať vyšším teplotám liatia superzliatin, zatiaľ čo škrupiny z vodného skla sú zvyčajne obmedzené na ocele a železá.

Odlievanie kovov a kompatibilita

Odlievanie vodného skla vyniká s bežnými zliatinami železa. Typické ocele zahŕňajú uhlíková oceľ, nízka- a stredne legované ocele, tepelne odolný nehrdzavejúce ocele, a mangánové ocele.

Liatiny (sivá a tvárna) sú tiež bežne odlievané. Tieto zliatiny je možné odlievať v rozsahu 1400 – 1600 °C bez katastrofického poškodenia obalu oxidu kremičitého (so správnym rozvrhom vykurovania).

V skutočnosti, vodné sklo je obzvlášť obľúbené opotrebiteľné diely a ťažké komponenty vyrobené z ocele, kde je extra pevnosť škrupiny (v porovnaní s pieskovým odlievaním) a zložitosť sa vypláca.

Vodné sklo je menej vhodné pre reaktívne alebo ľahké kovy. Zliatiny hliníka a horčíka, napríklad, vyžadujú veľmi suché, čisté škrupiny.

Akákoľvek vlhkosť alebo sóda v škrupine môže vytvárať vodíkovú pórovitosť v hliníku alebo spôsobiť oxidáciu.

Titán a iné reaktívne zliatiny zvyčajne vyžadujú systémy kremičitého sólu alebo keramického plášťa (alebo vákuové tavenie) pretože škrupiny vodného skla nemajú požadovanú inertnosť alebo čistotu.

(Prakticky, odlievanie titánu do strateného vosku sa vykonáva takmer výlučne žiaruvzdornými systémami zirkón/oxid hlinitý, nie vodné sklo.)

Teda, metalurgická kompatibilita je kľúčovým faktorom: vodné sklo sa volí vtedy, keď je odlievaný kov kompatibilný s oxidom kremičitým (železné systémy) a je potrebná hospodárnosť procesu.

Z hľadiska hutníctva, škrupiny z vodného skla môžu ovplyvniť kvalitu odliatku.

Napríklad, uhlíkové ocele môžu podliehať miernemu nauhličovaniu na rozhraní plášťa, ak sú odparafínované okyslenou vodou, takže sa používa neutrálna voda.

Plynová priepustnosť keramiky pomáha odvádzať vodík a plyn; však, akýkoľvek neadekvátny odparask alebo vlhkosť môžu spôsobiť pórovitosť plynu.

Poréznosť zmršťovania je riadená pomocou stúpačiek a prieduchov ako obvykle.

Vo všeobecnosti, odliatky z vodného skla sa metalurgicky správajú ako iné presné odliatky z rovnakého kovu – chémia plášťa má minimálny legovací efekt, ale môže mierne zmeniť povrchové oduhličenie.

Správna kontrola procesu (ako je vákuum alebo liatie v inertnej atmosfére pre určité ocele) možno aplikovať podľa potreby, ale sú nezávislé od typu spojiva.

Presnosť rozmerov a povrchová úprava

Investičné odliatky z vodného skla dosahujú strednú presnosť. Rozmerový tolerancie sú zvyčajne ISO CT7-CT9 pre všeobecné rozmery. (Pre jemné steny, tolerancia sa môže uvoľniť na CT9 alebo CT10.)

Aby som to uviedol na správnu mieru, ISO CT7 na a 50 mm umožňuje odchýlku približne ±0,10 mm, zatiaľ čo CT6 by bolo ±0,06 mm.

V praxi, malé časti a dobre riadené procesy sa môžu priblížiť CT6-CT7,

ale väčšie alebo zložitejšie odliatky sú často v rozsahu CT8-CT9.

To je porovnateľné s toleranciami odlievania jemného piesku.

Naopak, špičkové odliatky z oxidu kremičitého môžu dosiahnuť CT4-CT6 pri malých rozmeroch, takže vodné sklo je menej presné približne o jeden stupeň tolerancie.

Obchody s dôrazom na kvalitu špecifikujú tolerancie na základe ISO 8062, často uvádza „CT8“ ako základ pre procesy vodného skla.

Povrchová úprava je tiež hrubšia ako kremičitan, ale hladšia ako piesková. Typický drsnosť povrchu pre odliatky z vodného skla je rádovo Ra 6-12 μm (250– 500 min).

Jedna zlieváreň uviedla, že odliatky z vodného skla dosiahli zhruba Ra = 12.5 μm v porovnávacích testoch. Na rozdiel od, časti oxidu kremičitého môžu dosiahnuť Ra 3–6 μm.

Vyššia drsnosť vodného skla je spôsobená väčšou veľkosťou zŕn v škrupine a povahou sodno-silikátového spojiva.

Medzi faktory, ktoré ovplyvňujú konečnú úpravu, patrí obsah pevných látok v kaši, zrnitosť štuku, hrúbka škrupiny, a kvalitu vzoru.

Napríklad, jemnejšie základné nátery a ďalšie základné vrstvy môžu zlepšiť kvalitu povrchu.

Napriek tomu, dizajnéri by mali očakávať hrubší počiatočný povrch: typické odliatky často potrebujú ľahké brúsenie alebo opracovanie, aby dosiahli hladkosť okolo Ra 3–6 μm pre kritické povrchy.

Na riadenie presnosti, používa väčšina obchodov rozmerová kontrola (strmeňový, Cmm, meradlá) na prvých dieloch a výrobných vzorkách.

Pretože voskový vzor a strom prinášajú určitú variabilitu, je potrebné starostlivé usporiadanie a kompenzácia zmršťovania.

Koeficienty tepelnej kontrakcie ocele (o 1.6 mm/m·100 °C) sa používajú na zmenšenie vzorov. Procesná dokumentácia definuje zmršťovacie faktory a tolerancie podľa ISO.

Kontrola a kontrola kvality

Kontrola kvality pri odlievaní vodného skla odzrkadľuje ostatné zlievarenské disciplíny. Kritické kroky sa kontrolujú vo viacerých fázach:

• Kontrola škrupiny: Pred nalievaním, škrupiny sa skúmajú na praskliny, pľuzgiere, alebo neúplný náter.
  Dodávatelia často merajú hrúbku plášťa pomocou ultrazvukových meradiel a overujú, či je každá vrstva jednotná. Akákoľvek delaminácia alebo dierky môžu spôsobiť chyby odliatku.
  V nádobách s mokrou suspenziou sa monitoruje pH a pevné látky; variácie môžu produkovať slabé škrupiny. Sušiace pece sú kontrolované na rovnomerné rozloženie tepla.
• Rozmerové kontroly: Po vytriasaní a dokončovacom obrábaní, odliatky sa merajú podľa konštrukčných rozmerov.
  Časti prvého výrobku sa zvyčajne podrobujú kontrole CMM, aby sa overili kritické rozmery v rámci špecifikovanej triedy tolerancie (napr. ISO CT8).
  Pre priemery otvorov sa používajú jednoduché meracie bloky alebo zástrčkové meradlá. Pretože stúpanie stromu a zmršťovanie vosku pridávajú malé chyby, je bežné upraviť rozmery predlohy vzoru, ak dôjde k vyhadzovaniu.
• Detekcia defektu: Odliatky z vodného skla môžu trpieť poruchami, ako je pórovitosť plynu, inklúzie, alebo defekty fúzie škrupín.
  Bežné metódy kontroly zahŕňajú röntgen/rádiografiu (nájsť vnútorné dutiny alebo inklúzie), fluorescenčný penetrant (na povrchové trhliny a pórovitosť), a testovanie magnetickými časticami (pre železné diely).
  V prípade potreby, aplikujú sa tlakové skúšky alebo prietokové skúšky. Metalurgický rozbor (makroleptanie, mikrofotografie) môžu byť použité počas vývoja procesu.
  Všetky testy by mali odkazovať na normy (napr. ASTM E165 pre penetračný prostriedok, ASTM E446 pre rádiografiu) definovať prijatie.
• Procesná dokumentácia: Na odliatkoch vodného skla je zachovaná prísna sledovateľnosť. Záznamy zahŕňajú pomery miešania kalov, liečebné plány, a časy pece.
  Mnohé zlievarne používajú kontrolné zoznamy počas procesu (teplotné protokoly pre odparafínové pece, protokoly vlhkosti pre sušiace miestnosti, a denníky používania spojiva).
  Pre vysoko spoľahlivé diely (napr. letecké komponenty), súčasťou je úplný tepelný kód a chemická/fyzikálna certifikácia.
  ISO 9001 alebo Nadcap štandardy môžu riadiť dokumentáciu v kritických odvetviach.
  Celkovo, Filozofiou kontroly je štandardizovať každý krok, aby bolo možné každé zlyhanie odliatku vysledovať späť k jeho základnej príčine (napr. nestabilná kaša alebo zmeškaný cyklus sušenia).

Ekonomické úvahy

Odlievanie vodného skla do strateného vosku je cenené nákladovej efektívnosti vo vhodných aplikáciách. Medzi kľúčové ekonomické faktory patria materiálové náklady, práce, čas cyklu, a výnos:

• Materiál: Kremičitanové spojivo a kremičitý piesok sú v porovnaní s koloidným oxidom kremičitým a zirkónom lacné.
  Napríklad, roztok kremičitanu sodného môže stáť niekoľko centov za kilogram, zatiaľ čo spojivá na báze koloidného oxidu kremičitého stoja rádovo viac.
  Použité soli alebo urýchľovače sú minimálne. Voskové vzory (najmä pri 3D tlači) pridať náklady, ale výnos je vysoký.
  Je tam nejaký šrot keramického odpadu (zlomená škrupina) ale často sa dá recyklovať ako piesok. Celkovo, spotrebný materiál je lacný.
• Práca a čas spracovania: Stavba plášťa z vodného skla je náročná na prácu, vyžadujúce niekoľko cyklov ponorenia a sušenia.
  Časy cyklu 24– 72 hodín z voskového stromu naliať sú typické (rýchlejšie ako vysokoteplotný oxid kremičitý, ktorý môže vytvrdnúť dlhšie).
  Krok mokrého odparafínovania je dlhší (ponorenie vs horenie otvoreným plameňom), ale zvyčajne ide o namočenie cez noc. Na prípravu vzoru je potrebná práca, náterové/štukatérske operácie, a shakeout.
  Napriek tomu, nižšie náklady na nástroje a znížené obrábanie často kompenzujú vyššiu prácnosť.
  V nákladovom modeli, vodné sklo môže byť konkurencieschopné, keď objemy dielov prekročia niekoľko stoviek ročne, najmä pre ťažké alebo zložité diely, ktoré by boli veľmi drahé pri liatí do piesku alebo pod tlakom.
• Priepustnosť: Jednoúčelové linky na vodné sklo môžu bežať nepretržite, ale každá stavba (nakladanie škrupiny, odvoskovať, oheň, naliať, knock-out) manipuluje iba s časťami na tomto strome.
  Priepustnosť je mierna; niekoľko stoviek kilogramov odliatkov na dávku môže byť normálne. Však, existuje automatizácia pre vstrekovanie vosku a striekanie škrupín.
  Obmedzujúcim krokom je často odparafínovanie a vypaľovanie, ktoré môžu byť vsádzkové pece s definovaným zaťažením. Efektívne plánovanie (stohovanie stromov) môže zlepšiť využitie.
• Výnos a šrot: Pretože proces je presný, miera šrotu môže byť nízka, ak je kontrolovaná. Však, akékoľvek prasknutie škrupiny alebo presakovanie kovu vedie k úplnej strate tohto odliatku.
  Poruchy spôsobené chybami škrupiny (napr. krakovanie po odparafínovaní) sú minimalizované prísnou kontrolou procesu.
  V porovnaní s liatím do piesku, vodné sklo má vo všeobecnosti vyššiu výťažnosť, pretože časti sa ľahšie čistia a majú takmer čistý tvar.
  V porovnaní so sólom oxidu kremičitého, výnos je podobný alebo mierne nižší (škrupiny oxidu kremičitého môžu byť zhovievavejšie pri problémoch s odparafínovaním).

Hrubý porovnanie nákladov môže ukázať, že odlievanie vodného skla môže byť 50-70% lacnejšie na diel než odlievanie s oxidom kremičitým pre stredne presné oceľové diely,

kvôli nižším nákladom na materiál a nástroje, aj keď s miernou stratou kvality povrchu.

Je to drahšie ako lacné liatie do piesku na jednotku, ale pretože finálne diely potrebujú oveľa menej obrábania, ten celkové náklady na hotovú časť môže byť konkurencieschopný.

Skrátka, odlievanie vodného skla umožňuje spoločnostiam presunúť náklady zo strojových hodín na čas spracovania,

čo je často výhodné pre súčiastky, ktoré sú dostatočne zložité alebo maloobjemové, takže špeciálne nástroje nie sú opodstatnené.

Priemyselné aplikácie

Odlievanie vodného skla nachádza svoje miesto v ťažké a zložité komponenty v niekoľkých odvetviach. Pozoruhodné aplikácie zahŕňajú:

• Stroje a ťažké zariadenia: Komponenty pre ťažbu, olej & plyn, a stavebné stroje často používajú odlievanie vodného skla.
  Napríklad, ozubené kolesá, čerpacie puzdrá, ventily, a obežné kolesá v týchto sektoroch ťažia z pevnosti ocele a geometrickej voľnosti investičného liatia.

  

• Poľnohospodárske časti: Časti ako kryty traktorov, komponenty pluhu, a spojenia ťažkých poľnohospodárskych zariadení sú vyrobené týmto spôsobom.
  Možnosť odlievania tvaroviek z tvárnej liatiny alebo nízkolegovanej ocele (napr. časti kormidla, sejacie dosky) so zložitými profilmi je kľúčovou výhodou.
• Automobilový: Aj keď to nie je bežné pre sériovo vyrábané autodiely, odlievanie vodného skla sa používa v maloobjemových komponentoch automobilov alebo nákladných automobilov (napr. malé série kĺbov riadenia, ťažké závesné ramená, brzdové komponenty pre špeciálne vozidlá).
  Jeho presnosť prevyšuje liatie do piesku pre kriticky vhodné diely, napriek tomu zostáva nákladovo efektívny pre stredne náročné jazdy.
• Priemyselné ventily a čerpadlá: Liatinové a oceľové ventily, telesá čerpadiel, a príruby často pochádzajú z foriem na výrobu vodného skla.
  Tieto časti vyžadujú zložité vnútorné priechody a dobrú povrchovú úpravu (aby nedošlo k úniku) – odlievanie vodného skla poskytuje ventily pripravené na opracovanie bez jadier.
• Stavebné a architektonické odliatky: Občas, dekoratívne alebo konštrukčné železné/oceľové prvky (ako príruby, hardvér, alebo zdobené podpery) sú odlievané cez vodné sklo.
  Tento proces dokáže zachytiť jemné umelecké detaily pri použití cenovo dostupného piesku, vďaka čomu je vhodný na špeciálne odliatky (napr. náhrada bronzu v architektonických prvkoch).
• Offshore a námorné komponenty: Ako uvádzajú zdroje z odvetvia, diely pre prívesy, žeriavy, a námorné súpravy využívajú túto metódu na trvanlivosť v drsnom prostredí.

Celkovo, odlievanie vodného skla sa vyberá v odvetviach, ktoré vyžadujú robustné železné odliatky s miernymi detailmi za rozumnú cenu.
Konkuruje odlievaniu do piesku, keď sa vyžaduje vyššia presnosť alebo detaily tvaru siete, a konkuruje liatiu na báze oxidu kremičitého na vytavenie, keď veľké rozmery alebo rozpočtové obmedzenia spôsobujú, že je príliš nákladné.

Porovnávacia analýza

V porovnaní s inými metódami odlievania, vodný sklenený investičný odliatok zaujíma strednú úroveň:

Vodné sklo vs Silica-Sol investičné odlievanie:

Silica-sol (koloidno-kremičité spojivo so zirkónovou múčkou) vytvára najjemnejšie detaily, najlepšia povrchová úprava (Ra len 3–6 μm), a prísnejšie tolerancie (ISO CT4-CT6).
Však, je to drahšie: roztoky kremičitého sólu a zirkónové piesky sú podstatne drahšie, a proces vyžaduje vyhorenie plameňa a vyššie teploty vypaľovania.
Odlievanie vodného skla, naopak, má hrubší povrch (~Ra 6-12 um) a širšie tolerancie (CT6-CT9), ale používa lacné materiály a jednoduchší odparafín.
Škrupiny vodného skla majú tiež tendenciu byť pevnejšie pri manipulácii pred naliatím (po vysušení sú veľmi tuhé) a môže byť hrubší, čo prospieva silným poliam.
Súhrn, oxid kremičitý je vybraný pre vysokú presnosť, malé časti; vodné sklo sa volí pre väčšie, húževnaté komponenty, pri ktorých je možné obetovať povrchovú úpravu.

Investičné liatie vodného skla vs Pieskovať Odlievanie:

Odlievanie piesku (zelený piesok alebo chemicky viazaný) je najnižšia cena, najflexibilnejšia výroba foriem pre veľké diely.

Však, pieskové odliatky majú veľmi drsný povrch (Rana > 25 μm, často 50-100 μm) a voľné tolerancie (ISO CT11 alebo horšie).

Odliatok vodného skla poskytuje výrazne lepší povrch a presnosť (ako je uvedené vyššie) pri vyšších nákladoch.

Ak si diel odliaty do piesku vyžaduje rozsiahle opracovanie alebo opravu (ako zváranie v jadrách), môže byť lacnejšie použiť vodné sklo.

Tiež, určité zložité tvary (tenké steny, vnútorné dutiny) sú tvrdé alebo nemožné v piesku bez jadier; vodné sklo takéto tvary ľahko vytvára.

Kompromisom je, že liatie do piesku sa lepšie pri extrémne veľkých objemoch lepí (lisovacie formy alebo formy, ktoré sa dajú použiť mnohokrát),

pričom vodné sklo je obmedzené na okolo 150 kg na formu a vyžaduje viacdenné cykly.

Pevnosť škrupiny a tepelné správanie:

Škrupiny vodného skla sú zložené z vrstiev taveného oxidu kremičitého, ktoré sú o niečo menej žiaruvzdorné ako vrstvy zirkónu alebo oxidu hlinitého, ktoré sa často používajú v plášťoch sólov oxidu kremičitého.

To znamená, že škrupiny z vodného skla majú zvyčajne nižšiu maximálnu prevádzkovú teplotu a môžu umožniť väčšiu reakciu kov-škrupina pri veľmi horúcich poliach..

V praxi, hoci, obe metódy vytvárajú škrupiny, ktoré ľahko odolávajú teplotám liatia ocele/železa.

Čo sa týka sily, obaly z kremičitého sólu a vodného skla sú po vypálení tuhé, ale oxid kremičitý dokáže zachovať štrukturálnu integritu pri vyšších teplotách.

Prípady najlepšie použitia:

Zhrnutie najlepších použití, odlievanie vodného skla je ideálne pre stredné až veľké oceľové/železné diely, kde vysoká presnosť nie je kritická,

ako sú telesá čerpadiel, polotovary ozubených kolies, časti ťažkých strojov, a akýkoľvek komponent, kde liate prvky šetria zváranie.

Silica-sol je najlepší pre malé až stredné vysoko presné diely (letecké komponenty, šperky, lekárske implantáty, malé nerezové časti).

Odlievanie do zeleného piesku vyhráva pre masívne ťažké časti alebo extrémne veľké objemy, kde nie sú potrebné tesné detaily (napr. veľké kryty, blok, telesá čerpadiel vo veľkom).

V tabuľke nižšie je uvedených niekoľko porovnávacích metrík:

• Drsnosť povrchu (typický Ra): Silica-sol ~3–6 μm; vodné sklo ~6–12 μm; zelený piesok >25 μm.
• Rozmerová tolerancia: Silica-sol ISO CT4–CT6; vodné sklo ~CT6–CT9; zelený piesok CT11–CT12 (veľmi voľné).
• Materiálové náklady: Nízka pre piesok, mierny pre vodné sklo, vysoký obsah kremičitého sólu. Kremičitanové spojivo je veľmi lacné, zatiaľ čo spojivo na báze koloidného oxidu kremičitého je drahé.
• Pevnosť škrupiny: Dobré pre silika-sol pri vysokom T, mierny pre vodné sklo. Zirkón/oxid hlinitý (oxid kremičitý) majú vyššiu žiaruvzdornosť.
• Produkčná mierka: Vodné sklo vyhovuje malým až stredným objemom (desiatky až tisíce ročne), najmä ak sú diely ťažké. Silica-sol je vhodný pre malé/presné jazdy; piesok vyhovuje veľkým objemom.

Celkovo, liatie vodného skla premosťuje medzeru: ponúka lepšia kontrola a konečná úprava ako liatie do piesku, ale nižšie náklady ako oxid kremičitý.

Keď sú požiadavky na dizajn mierne a rozpočty sú obmedzené, je to často najhospodárnejšia presná technika.

Záver

Vodné sklo (kremičitan sodný) investičný odliatok je a nákladovo efektívny presné liatie proces optimalizovaný pre železo, komplexné komponenty.

Použitím lacných spojív a pieskov, umožňuje výrobcom dosiahnuť takmer čistý tvar oceľových a železných súčiastok s primeranými toleranciami (ISO CT7-CT9) a končí (Ra ≈6–12 μm) za zlomok nákladov na odlievanie oxidu kremičitého.

Silnou stránkou procesu je jeho materiálová ekonomika, silná tuhosť škrupiny, a schopnosť vytvárať zložité geometrie bez kolapsu jadra.

Jeho hlavnými obmedzeniami sú hrubšia povrchová úprava a nižšia stabilita pri vysokých teplotách, ktoré ju obmedzujú na strednú presnosť, náročné aplikácie.

Tešiť sa, odlievanie vodného skla zostáva relevantné pre aplikácie, ako sú stroje, automobilové podzostavy,

poľnohospodárska a stavebná technika, a všetky diely, ktoré profitujú z dobrého kompromisu medzi detailmi a nákladmi.

Prebiehajúce vylepšenia (ako sú optimalizované silikátové formulácie a automatizované poťahovanie plášťa) môže posunúť jeho presnosť o niečo vyššie.

Napriek tomu, inžinieri by mali starostlivo priradiť diely k spracovaniu: pri použití vodného skla zložitosť a hospodárnosť ocele/železa dominujú požiadavky,

oxid kremičitý-sol keď ultra jemné detaily alebo špeciálne zliatiny sú potrebné, a piesok kedy čistý objem alebo veľkosť prekračovať presnosť.

Celkovo, odlievanie vodného skla je vyspelé, dobre pochopená technika.

Jeho ďalšie používanie je poháňané globálnym dopytom po robustnom, zložito tvarované kovové diely s miernymi toleranciami a konkurenčnými nákladmi.

Správna aplikácia chemických a procesných kontrol – a dôkladná kontrola – prináša konzistentné výsledky, vysokokvalitné odliatky pre širokú škálu priemyselných potrieb.

Tak je ideálna voľba pre vaše výrobné potreby, ak potrebujete kvalitnú kvalitu odlievanie vodného skla služby.

Kontaktujte nás ešte dnes!