Процес ливења изгубљеног воска

1. Увођење

Изгубљени восак (инвестиција) ливење претвара тачне жртвене шаре — традиционално восак — у металне делове преко керамичке шкољке.

Његове основне снаге су: Одлична површинска завршна обрада, Висока димензионална тачност, и способност ливења сложених геометрија и легура високих перформанси.

Варијанте процеса (оцене воска, хемија љуске и основне методе) дозволите инжењерима да размењују трошкове у односу на верност и изаберу руте које раде за нерђајуће челике, легуре бакра, пешачити, и — уз посебне мере предострожности — суперлегура титанијума и никла.

2. Процес ливења изгубљеног воска

Типичан редослед (висок ниво):

1. Паттерн: правити восак (или ливена смола) образац(с) — појединачни комад или дрво/група.
2. Скупштина: причврстите шаблоне на тркаче/врата да бисте формирали кластер.
3. Инвест / схелл буилд: потопити склоп у суспензију везива + стуццо; поновите да бисте направили шкољку.
4. Лек / сува: гел и делимично суве шкољке између слојева; коначно сушење.
5. Девак: уклонити восак (напарити или истопити).
6. Бурноут / пуцање: рампа за сагоревање органских материја и стабилизацију шкољке.
7. Поур: истопити и сипати метал у претходно загрејану шкољку.
8. Утајајући & чишћење: уклоните шкољку, сече капије, чиста.
9. Пост-процес: топлотна обрада, Кук (ако је потребно), обрада, површинска завршна обрада, инспекција.

3. Материјали узорака: ниско-, средње-, и воскови високе температуре

Белешке & вођење

• Изаберите восак према величини дела, век трајања алата и очекивани редослед љуске/градње. Восак ниске температуре је одличан за фине детаље и малу запремину, али трпи пузање током дугих циклуса или топлих продавница.
  Средња температура је радна снага за инжењерско ливење. Високотемпературни воскови (и пројектоване полимере) се користе тамо где руковање или дуга шкољка ствара ризик изобличења.
• Адитиви за узорке: пластификатори, стабилизатори, средства за побољшање протока и боје утичу на понашање убризгавања, остатака девоска и развијање гасова сагоревања—наведите формулације одобрене у ливницама.

4. Производња узорака: алат за алате, восак за ињекције, и адитивни обрасци

• Ињекционо обликовање: челичне/алуминијумске калупе за восак — ниска цена по комаду при запремини са високим квалитетом површине. Скала трошкова алата зависи од сложености.
• 3Д штампани узорци од воска/смоле: Сладолијармент, ДЛП, штампачи за бризгање материјала или воштани штампачи елиминишу алате за прототипове и мале серије.
  Модерне ливене смоле чисте девосак и приступају квалитету површине воска за ињекције.
• Паттерн трееинг анд гатинг десигн: распоредите шаре на централном спруду за ефикасно изливање и храњење; укључују жртвене успоне за храну за скупљање.
  Користите симулацију за балансирање и храњење великих кластера.

5. Схелл Системс: Силица-сол, Водено стакло, и хибридне шкољке

Схелл систем је једина најважнија варијабла која одређује верност површине, топлотни отпор, пропустљивост/вентилација, компатибилност у вакууму и погодност легуре за ливење у изгубљеном воску.

У модерним продавницама користе се три практичне породице:

• Силица-сол (колоидно-силицијум) шкољке — премија, рута високе верности.
• Водено стакло (натријум-силикат) шкољке — економичан, робусна рута за веће / рад од челика/гвожђа.
• Хибридне шкољке — комбиновати глобу, хемијски отпоран унутрашњи премаз (силицијум-сол или циркон) са спољним слојевима од воденог стакла за балансирање трошкова и перформанси.

Силика-сол шкољке (колоидни силицијум диоксид)

Шта је то и како функционише

Силика-сол шкољке користе а колоидна суспензија субмикронских честица силицијум диоксида као везиво.

Први капути (врло фино прање) користите колоид за ношење ултрафине штукатуре која бележи детаље; наредни слојеви добијају дебљину и консолидују се сушењем и печењем на високој температури (синтеровање) који производи густо, јаке шкољке.

Кључне карактеристике:

• Верност површине: најбољи доступни — као ливе Ра обично ~0,6–3 µм са финим прањем.
• Термичка стабилност / пуцање: шкољке се могу консолидовати на 600–1.000°Ц (пракса продавнице варира са штукатуром). Паљење на високој температури повећава снагу шкољке и отпорност на топлотни удар.
• Вакуум / инертна компатибилност:одличан — шкољке од силицијум-сола су компатибилне са вакуумом и инертном атмосфером и уобичајени су избор за титанијум, суперлегура никла и кобалта.
• Контрола пропусности: може се подесити класирањем штукатуре и печењем како би се добило контролисано одзрачивање за високу вредност, тесни одливци.
• Осетљивост на контаминацију:висока — стабилност колоида је нарушена јонском контаминацијом (соли, металне казне) и органске; стајњак и чистоћа биљака су критични.
• Типична штукатура за први слој: суб-10 µм фузионисан силицијум диоксид, циркон или цирконијум за реактивне интерфејсе.
• Типични случајеви употребе: компоненте ваздухопловних турбина, суперлегура, вакуум сипани титанијум, Медицински имплантати, прецизни мали делови.

Шкољке од воденог стакла (натријум-силикат)

Шта је то и како функционише

Шкољке од воденог стакла користе ан водени натријум (или калијум) силикатног раствора као везиво.

Премази гелом у мрежу налик силицијум диоксиду гасом ЦО₂ или хемијским учвршћивачима (киселе соли), стварајући чврсту керамичку шкољку када се комбинује са класификованом ватросталном штукатуром.

Кључне карактеристике:

• Верност површине: добар за опште инжењерство - као ливени Ра обично ~2,5–8 µм у зависности од прања и штукатуре.
• Пуцање: обично се стабилизује на ~400–700°Ц; шкољке нису синтероване у истој мери као системи силицијум-сол.
• Вакуумска компатибилност:ограничена — није идеално за вакуум/инертно изливање или најреактивније легуре.
• Пропустљивост / одзрачивање: генерално добро за челик/гвожђе; пропустљивост је грубља од оптимизованих силика-сол шкољки.
• Метода очвршћавања:Гашење ЦО₂ (брзо гелирање) или кисели учвршћивачи — брзо, робусна гарнитура на поду радње.
• Осетљивост на контаминацију: умерено - јонска контаминација утиче на стврдњавање и униформност гела, али водено стакло је генерално толерантније од силицијум-сола.
• Типична штукатура за први слој: фини топљени силицијум диоксид; циркон се може користити за побољшану заштиту површине.
• Типични случајеви употребе: Тела вентила, кућишта пумпе, велики челични/гвоздени делови, марински хардвер, општи индустријски одливци.

Хибридне шкољке (унутрашњи слој од силицијум-сола или циркона + спољни слојеви од воденог стакла)

Шта је то и како функционише

Заједнички економски компромис: а врхунски унутрашњи капут (силиц-сол или циркон/цирконијум за прање) се прво примењује да ухвати детаље и створи хемијски отпорну баријеру, затим спољни слојеви од воденог стакла су направљени да дају запреминску снагу по нижој цени.

Кључне карактеристике:

• Верност површине & хемијска баријера: унутрашњи силицијум-сол/циркон даје квалитет површине близу силицијум-сола и помаже у спречавању реакција металне љуске на металном интерфејсу.
• Трошак & руковање: спољни слојеви од воденог стакла смањују укупну употребу силицијум-сола и чине шкољку робуснијом за руковање и велике величине.
• Вакуумска компатибилност: побољшано у односу на чисто водено стакло (захваљујући унутрашњем премазу) али још увек није тако идеалан као пуне љуске од силицијум-сола — корисне за многе нерђајуће и неке легуре никла ако се контролишу атмосфере топљења/изливања.
• Типичне употребе: тела вентила са висококвалитетним влажним површинама, делови турбине средње вредности где је потребна нека вакуумска компатибилност, апликације у којима трошкови и перформансе морају бити уравнотежени.

6. Основне технологије

• Растворљива језгра (воштана или полимерна језгра направљена да се раствара): произвести унутрашње пролазе (канали за хлађење); уклонити топлом водом или растварачем.
• Керамичка језгра печена везивом (силицијум диоксид, глинице, циркон): стабилан на високим температурама за суперлегуре; захтевају компатибилност са језгром шкољке.
• 3Д-штампана језгра: биндер-јет или СЛА керамичка језгра омогућавају сложене унутрашње геометрије без алата.

Дизајн за језгра мора узети у обзир подршку језгра, одзрачивање, термичка експанзија и хемијска компатибилност са растопљеним металом.

7. Девексирање, изгарање & гађање граната — практични распореди и контролне тачке

Девексирање

• Пара/аутоклав девосак: уобичајено за конвенционална стабла воска. Типична температура површине 100–120 °Ц; циклус од минута до сати у зависности од запремине воска и величине стабла.
• Термички девосак / растварач растопити: користи се за неке полимере—користите рекуперацију растварача и контроле.

Бурноут / распоред сагоревања (типичан инжењерски пример)

• Рампа: успорите на 100–200 °Ц да бисте уклонили остатке влаге/воска (≤3–5 °Ц/мин се препоручује за дебеле шкољке да би се избегло стварање пликова од паре).
• Чекај 1: 150–250 °Ц (1–4 сата) да отера органску материју ниског кључања.
• Рампа 2: ~3 °Ц/мин до 350–500 °Ц.
• Финал холд: 4–8 сати на 350–700 °Ц у зависности од система омотача и легуре. Шкољке од силицијум-сола могу да се пеку на 600–1000 °Ц ради синтеровања/чврстоће; шкољке од воденог стакла које се обично стабилизују на 400–700 °Ц.
• Кључне контроле: рампа рате, доступност кисеоника (избегавајте прекомерну оксидацију реактивних металних шкољки), и потпуно уклањање органских материја како би се избегло развијање гаса током сипања.

Схелл претходно загрејати пре сипања: шкољка претходно загрејати на 200–800 °Ц у зависности од легуре да би се смањио топлотни удар и побољшао проток метала; Нпр., нерђајући се обично сипа на 200–450 °Ц претходно загрејте; суперлегуре захтевају веће у зависности од љуске.

8. Сипајући: топи пракса, вакуум/инертне опције и параметри изливања

• Пећи за топљење: индукција или отпор; дегазација/филтрација и флуксирање ради чистоће.
• За температуре (типично):

• • Легуре алуминијума: 650–720 °Ц
  • Легуре бакра: 1000-1200 ° Ц
  • Челик: 1450–1650 °Ц
  • Суперлегуре никла: 1400–1600+ °Ц (овисно о легуру)

• Вакуумско и инертно изливање: обавезно за титанијум и високореактивне легуре; вакуум смањује оксидацију и реакције метал-љуска.
• За моду: гравитационо изливање наспрам кутлаче за сипање на дну наспрам вакуума — изаберите да минимизирате турбуленцију и увучене гасове. Користите филтере у гајтингу за контролу укључивања.

9. Материјали који се обично изливају & посебна разматрања

• Нехрђајући челичан (300/400, дуплекс): добро са оба водено стакло & силицијум-сол; контрола пропустљивости љуске и коначног предгревања.
• Угљеник & нисколегирани челици, дуктилни гвожђе: погодан за шкољке од воденог стакла; пазите на стварање каменца и ерозију љуске при високим енергијама изливања.
• Легуре бакра (бронза, Са нама): заједнички; контролишите прегревање да бисте избегли прање љуске.
• Легуре алуминијума: могуће али често јефтиније другим методама ливења; обезбедити вентилацију/пропусност.
• Титанијум & Ти легуре: реактиван - преферирајте шкољке од силицијум-сола, циркон/алуминијум први слојеви, вакуум топи, и инертне атмосфере. Избегавајте водено стакло осим ако се не користе заштитни премази и специјалне контроле.
• Никл & суперлегура кобалта: користите љуске од силицијум-сола, печење на високим температурама и руковање у вакууму/инерту где је потребно.

10. Типичне димензије, способности површине и толеранције

• Толеранција димензија (типичан ас-цаст): ±0,1–0,3% номиналне димензије (Нпр., ±0,1–0,3 мм укључено 100 ММ функција).
• Површинска завршна обрада (Ра ас-цаст): силицијум-сол ~0,6–3,2 µм; водено стакло ~2,5–8 µм.
• Додатак за линеарно скупљање: ~1,2–1,8% (легура & ливница навести тачан).
• Минимална практична дебљина зида: накит/микро делови: <0.5 мм; инжењерских делова: 1.0–1,5 мм типично; структурни дебљи пресеци уобичајени.
• Поновљивост: добра ливничка пракса даје ±0,05–0,15% узастопно на критичним датумима.

11. Уобичајени недостаци, основни узроци и лекови

12. Процеси после ливења

• Утајајући & уклањање керамике: механичким или хемијским методама.
• Топлотни третман: третман раствором, старење (Т6), жарење — зависно од легуре. Типичне температуре решења: Ал легуре ~520–540 °Ц; челици виши.
• Вруће изостатско прешање (Кук): смањује унутрашњу порозност скупљања за делове осетљиве на замор; типични ХИП циклуси зависе од легуре (Нпр., 100–200 МПа и 450–900 °Ц).
• Обрада & завршњак: критичне досаде, заптивне површине обрађене на толеранцију; полирање, пасивизација или премаз нанети по потреби.
• НДТ & тестирање: хидростатички, притисак, тестови цурења, Рендген/ЦТ, ултразвучни, пенетрант за боју, механичко испитивање по спец.

13. Контрола процеса, инспекција & квалификација

• Купујте КЦ метрике: каша чврсте материје, вискозност, време гела, криве пећи, девак логс, графикони рампи сагоревања, хемија топљења и дегазациони трупци.
• Узорци купона: затезан, тврдоћа & металографски купони ливени у гајтингу за репрезентативну микроструктуру и механичка својства.
• НДТ узорковање: радиографија и ЦТ скенирање за критичне компоненте; специфицирати нивое прихватљивости за порозност (вол% или максимална величина дефекта).
• Статистичка контрола процеса (Спц): применити на критичне улазе (опрати чврсте материје, дебљина љуске, растопити водоник) и излази (димензионална варијација, порозност се рачуна).

14. Уобичајене заблуде & Појашњења

„Лување изгубљеног воска је само за делове високе прецизности“

Фалсе. Изливање изгубљеног воска на бази воденог стакла је исплативо за делове средње прецизности (±0,3–0,5 мм) - 40% аутомобилских изгубљених одливака од воска користе ову варијанту.

„Восак ниске температуре је инфериоран у односу на восак средње температуре“

Зависно од контекста. Нискотемпературни восак је јефтинији и погодан за ниску прецизност, делови велике запремине (Нпр., хардвер) — средњетемпературни восак је неопходан само за чвршће толеранције.

„Силицијум сол је увек бољи од воденог стакла“

Фалсе. Водено стакло је 50–70% јефтиније и брже за апликације средње прецизности — силицијум сол је оправдан само за ваздухопловне/медицинске делове који захтевају толеранцију од ±0,1 мм.

„Одливање изгубљеног воска има високу стопу отпада“

Фалсе. Одливање изгубљеног воска од силицијум-сола има стопу отпада од 2–5% (упоредиво са ливењем под притиском) — водено стакло има 5–10% (још увек ниже од ливења у песак 10-15%).

„3Д штампање чини изгубљено ливење воска застарелим“

Фалсе. АМ је идеалан за прототипове/мали обим, али ливење изгубљеног воска је 5–10 пута јефтиније за средње до велике запремине (>1,000 делови) и рукује већим деловима (до 500 кг).

15. Закључак

Процес ливења изгубљеног воска остаје главна метода за производњу комплекса, металне компоненте високе верности.

Када упарите десно узорак материјала, хемија љуске и пракса топљења/атмосфере са дисциплинованом контролом процеса, ливење изгубљеног воска поуздано ствара делове који би били тешки или немогући другим средствима.

Модерна побољшања (3Д штампани узорци, хибридне шкољке, вакуумско преливање и ХИП) проширити процес на нове легуре и апликације — али такође подижу потребу за пажљивим спецификацијама, испитивање и осигурање квалитета.

 

Често постављана питања

Који систем шкољки да изаберем за титанијум?

Силица-сол (са циркон/алуминијум првим премазом) + вакуум/инертно топљење и изливање. Водено стакло је генерално неприкладно без опсежних мера баријере.

Колико фине карактеристике могу бити са ливењем изгубљеног воска?

Карактеристике <0.5 мм су могуће (накит/прецизност); у инжењерским деловима циљ за ≥1 мм за робусност осим ако није доказано испитивањима.

Типична завршна обрада коју могу очекивати?

Силица-сол: ~0,6–3,2 µм Ра; водено стакло: ~2,5–8 µм Ра. Фино прање и полирање воштаних калупа побољшавају завршни слој.

Када се препоручује ХИП?

За умор-критичан, који садрже притисак, или делови ваздухопловства где унутрашња порозност мора бити сведена на минимум — ХИП може драматично да побољша век трајања.

Могу ли да користим 3Д штампане шаблоне уместо алата од воска?

да — ливене смоле и штампани восак смањују време израде алата и трошкове за прототипове/мале количине. Уверите се да су карактеристике девоска од смоле и компатибилност љуске потврђене.