Загублене кастинг піни проти інвестиційного кастингу

1. Вступ

Загублений кастинг піни (LFC) проти інвестицій (Загублений) Кастинг (ІМ) виділяються двома провідними техніками майже чистої форми.

Забезпечення виробництва складних компонентів для автомобільної промисловості, аерокосмічний, енергія, та медичні галузі.

Природно, вибір правильного методу лиття впливає не тільки на кінцеву якість, але й на вартість, час виконання, і стійкість.

Отже, інженери та керівники ливарних цехів регулярно оцінюють численні процеси, щоб відповідати складності деталей, вимоги до сплаву, і обсяг виробництва.

Сьогодні, галузеві вимоги щодо жорсткіших допусків, більш тонка обробка поверхні, і більш складні геометрії роблять поглиблене порівняння литва з пінопласту та литва за виплавленими моделями своєчасним і цінним.

2. Що таке втрачене лиття з пінопласту (LFC)?

Загублений кастинг піни використовує витратний пінополістирол (EPS) візерунки з піни, виготовлені за допомогою обробки з ЧПУ, формування, або 3D-друк.

Після того, як оператори збирають ці шаблони в кластери та вбудовують їх у вільні, незв'язаний пісок, вони виливають розплавлений метал — як правило, алюміній або ковкий чавун — безпосередньо на піну.

Тепло випаровує піну, яка тікає крізь пісок, і метал миттєво заповнює порожнину.

Як результат, LFC виробляє великі, цілісне лиття з мінімальними кутами осадки, немає окремих ядер, і геометрична свобода, незрівнянна традиційному піщаному лиття.

3. Що таке інвестиції (Загублений) Кастинг (ІМ)?

Інвестиційне кастинг, Часто відомий як Втрата водна кастинг, починається з точних воскових візерунків, створених шляхом впорскування розплавленого воску в металеві матриці.

Оператори «вибудовують» ці шаблони, потім побудуйте керамічну оболонку шляхом кількох занурень у вогнетривку суспензію (золь кремнезему для дрібних деталей або водяне скло для економії) і наступні ліпні покриття.

Після депарафінізації при 150 °C і високотемпературного вигорання при 600–900 °C, вони заливають попередньо нагрітий метал, у тому числі нержавіючу сталь, Суперплої, а титану — в нагріту оболонку.

Нарешті, вони видаляють керамічну форму, щоб виявити частини з жорсткими допусками (±0,1–0,3 мм) і чудова обробка поверхні (РА 0,8-3,2 мкм).

4. Основи процесу

Загублений кастинг піни

1. Створення візерунків: Виготовляйте EPS форми за 1–4 години на деталь за допомогою ЧПК або адитивних методів.
2. Асамблея кластера: Прикріпити до 20 візерунки піни на литникову головку для максимального збільшення пропускної здатності.
3. Засипка піском: Компактний незв'язаний кварцевий пісок з відносною щільністю 85–90%., забезпечення рівномірної опори.
4. Заливання & Пароутворення: Заливають розплавлений метал на 660 ° C (алюміній) або 1,400 ° C (прасувати), випаровування піни та застигання протягом 30–60 секунд.

Інвестиційне кастинг

1. Введення воскового візерунка: Тривалість циклу 20–30 секунд на візерунок, із повторюваністю розмірів ±0,05 мм.
2. Будівля оболонки: Нанесіть 8–12 шарів керамічного шламу та штукатурки протягом 2–4 днів для золю кремнезему, або 24–48 годин з водяним стаканом.
3. Депарафінізація & Вигорання: Видаляють віск в парових автоклавах; змінювати температуру вигорання на 1–2 °C/хв, щоб уникнути розтріскування оболонки.
4. Металевий: Розливають суперсплави при до 1,550 °C під вакуумом або центрифугуванням для мінімізації турбулентності та пористості.

5. Матеріали & Сумісність зі сплавом

Сплави для лиття з пінопласту

• Алюмінієві сплави: Ливарні виробництва найчастіше використовують системи Al-Si (Напр., A356, A380).
  Ці сплави плавляться між 580 ° C і 615 ° C, забезпечує хорошу текучість і легку міцність (міцність на розрив 200–300 МПа).
• Пластичне залізо: Оцінки типу 65–45–12 (65 Дія ОТС, 45 ksi YS, 12% подовження) залишаються популярними для корпусів насосів і випускних колекторів. Температура плавлення коливається 1,370 - 1,420 ° C.
• Низькілові сталі: Деякі вуглецеві та Cr-Mo сталі (Напр., 4140, 4340) підійде для LFC, коли міцність перевершує надзвичайну стійкість до корозії; вони твердіють навколо 1,450 - 1,500 ° C.

Оскільки втрачене лиття піни випаровує візерунки піни, він може генерувати вуглеводневі гази.

Отже, ливарні заводи повинні реалізувати дегазація методи, такі як барботування інертним газом, щоб мінімізувати пористість.

Крім того, Піщане середовище LFC часто створює стовпчасті зернисті структури, що може підвищити спрямовану міцність, але може потребувати термічної обробки для покращення мікроструктури.

Сплави лиття по моделлю

• Аустенітний Нержавіючі сталі: Такі оцінки 304, 316Л, і 17-4 PH має міцність на розрив 500–1200 МПа та чудову стійкість до корозії, з діапазонами плавлення між 1,370 ° C і 1,450 ° C.
• Суперсплави на основі нікелю: Юнель 718 і 625 працювати при температурах, що перевищують 700 ° C; вони зберігають межі текучості вище 800 МПа і 650 ° C.
  Їх температури плавлення перевищують 1,350 ° C, і вони вимагають вакууму або заливки інертним газом для контролю окислення.
• Титанові сплави: TI-6AL-4V (Сорт 5) обслуговує аерокосмічні та біомедичні ринки; його 1,660 температура плавлення °C і висока спорідненість до лиття в контрольованій атмосфері потреби кисню.
• Бронзи & Мідь Сплави: Люмінофориста бронза і високопровідна мідь добре відливаються в інвестиційних процесах, забезпечує міцність на розрив 300–500 МПа.

Оскільки при лиття за моделлю використовується a керамічна оболонка, він перешкоджає уловлюванню газу та виходу дрібні рівновісні зерна, що забезпечує чудову механічну однорідність.

Більше, інертність оболонки запобігає реакції металу та форми, збереження цілісності поверхні.

Однак, ливарні заводи повинні ретельно узгоджувати теплове розширення оболонки зі стисненням сплаву, щоб уникнути тріщин або гарячих розривів.

6. Розмірна точність & Поверхнева обробка

Метрика	Загублений кастинг піни	Інвестиційне кастинг
Габаритний Толерантність	± 0,5–1,0 мм	±0,1–0,3 мм
Шорсткість поверхні (Рак)	3.2–6,3 мкм	0.8–3,2 мкм
Обробка обробки	1.5–3 мм	0.5–1,5 мм
Мінімальна товщина стінки	~2,5 мм	~1,0 мм

7. Свобода дизайну & Складність

Коли справа доходить до втілення амбітних задумів у реальність, обидва Lost Foam Casting (LFC) і лиття по моделлю (ІМ) пропонують унікальні переваги.

Однак, їхні сильні сторони різняться таким чином, що безпосередньо впливає на складність деталей, стратегія інструментів, і загальна вартість.

Відливка з пінопласту — великомасштабна складність

• Підрізи & Порожнисті секції: Тому що малюнок пінополістиролу повністю випаровується, LFC справляється з підрізами, Внутрішні порожнини, і кернування без окремих вставок.
  Наприклад, зважування автомобільного випускного колектора 10 кг може інтегрувати складні канали потоку в одній заливці, зниження витрат на монтаж 15 %.

• Мінімальні кути осадки: Дизайнери можуть вказати кути осадки від 0,5°, у порівнянні з 2–3°, які часто потрібні при звичайному лиття в пісок.
  Як результат, тонкі стіни 2.5 мм залишаються можливими для деталей до 1.8 м завдовжки.
• Швидка ітерація: Візерунки з пінопласту коштують 100–300 доларів США за штуку і виготовляються за години за допомогою ЧПК або 3D-друку, дозволяючи 3–5 циклів проектування на тиждень під час розробки.

Лиття по моделлю — точність дрібних деталей

• Тонкі стіни & Складні особливості: лиття по моделлю надійно забезпечує товщину стінок до 1 мм і радіуси скруглень менше 0.5 мм.
  Аерокосмічні паливні форсунки, наприклад, часто включають 12 тільки внутрішні канали охолодження 0.8 мм у діаметрі — характеристики, неможливі іншими методами.
• Висока відтворюваність шаблонів: Воскові матриці забезпечують повторюваність розмірів ±0,05 мм, а поверхня гладка, як Ra 0.8 мкм. Ця точність скорочує постобробку на до 50%.
• Багатокомпонентні дерева: Шляхом «дерева» десятків візерунків, ливарні досягають високої продуктивності на малих, складні деталі — ідеальні для медичних імплантатів або корпусів точних передач.

8. Економічний аналіз

• Витрати на інструменти: Візерунки пінопласту для лиття без втрати кошти коштують 100–300 доларів США за штуку; сталеві штампи для лиття по моделлю коштують 15 000–60 000 доларів США, плюс $3–$8/кг керамічного матеріалу.
• Вартість одиниці в порівнянні з. Обсяг: В 5,000 частин/рік (алюміній), втрачена установка для лиття піни коштувала ~22 долари; деталі з нержавіючої сталі, що виплавляються, коштують ~120 доларів США. В 20,000 одиниць, LFC падає до $15, тоді як IC падає до $95 через амортизацію штампа.
• Час циклу: Цикл заповнення піском і заливки LFC завершується 30 хвилини; IC вимагає мінімум 48 годин для складання оболонки та вигорання.
• Похід & Лом: Лом LFC працює 5–10%, в першу чергу через дефекти піни; Лом IC залишається під 5%, завдяки міцній якості корпусу.

9. Контроль якості & дефекти

Забезпечення цілісності литих компонентів вимагає суворого контролю якості (QC) протоколів і розуміння специфічних для процесу механізмів дефектів.

Загублений кастинг піни (LFC) і лиття по моделлю (ІМ) кожен демонструє різні режими відмови,
тому ливарні підприємства повинні відповідним чином адаптувати методи перевірки та стратегії пом’якшення.

Поширені дефекти лиття з пінопласту

Газова пористість

• Спричинити: Неповне випаровування піни EPS або вологи в піску генерує водень і вуглецеві гази.
• Вплив: Сферичні порожнечі до 3 мм діаметром може знизити міцність на розрив на стільки, скільки 20 %.
• Пом'якшення: Викрійки попередньо просушити на 60 ° C для 2 годинник; встановити вакуумні системи дегазації для досягнення рівня розчиненого газу нижче 0.1 см³/100 г металу.

Ерозія піску

• Спричинити: Високошвидкісне потрапляння металу в нещільно ущільнений пісок порушує поверхню форми.
• Вплив: Поверхневі плями та плавники вимагають до 1.5 мм припуску на обробку.
• Пом'якшення: Збільшити ущільнення піску до 90% відносна щільність; використовуйте силікатний пісок із зернистим сортом (0.2–0,4 мм) для покращеної стабільності форми.

Неповне заповнення (Неправильно працює)

• Спричинити: Швидке охолодження навколо великих поперечних перерізів або холодних точок у литниковому полі.
• Вплив: Локалізовані усадкові порожнини, що погіршують функціональність деталі.
• Пом'якшення: Оптимізуйте конструкцію литників за допомогою теплового моделювання; підтримувати температуру заливки в межах ±10 °C від ліквідусу сплаву.

Поширені дефекти лиття за моделлю

Розтріскування оболонки

• Спричинити: Диференціальне теплове розширення між керамічними шарами під час циклів депарафінізації або вигорання.
• Вплив: Тріщини ширше ніж 0.2 мм допускають витік металу, що призводить до нерівних країв або повного брухту.
• Пом'якшення: Контроль товщини шару оболонки (6–8 мм всього) і нагрів по рампі при ≤ 2 °C/хв під час вигорання, щоб мінімізувати термічний удар.

Включення та захоплення шлаків

• Спричинити: Неправильне очищення розплаву або відсутність керамічних фільтрів.
• Вплив: Неметалічні включення (0.1–0,5 мм) діють як концентратори напруги, скорочуючи термін служби втоми до 30 %.
• Пом'якшення: Включіть вбудовані пінокерамічні фільтри (10–20 пор на дюйм) і виконайте дегазацію аргонового кожуха, щоб знизити кількість включень нижче 2 частинок/см².

Пористість і утворення пухирів

• Спричинити: Затримані гази в затверділій оболонці або волога у вогнетривкій штукатурці.
• Вплив: Підповерхневі пухирі, які ведуть до шляхів витоку в компонентах на межі тиску.
• Пом'якшення: Сухолускаті вузли у 150 ° C для 4 годинник; переконайтеся, що вміст твердих речовин у суспензії залишається вище 70 мас.% для зменшення проникності.

Протоколи інспектування та випробувань

Для виявлення та кількісної оцінки дефектів, ливарні виробництва використовують комбінацію неруйнівних і руйнівних випробувань:

Метод	Покриття	Чутливість
Рентгенографічне тестування (RT)	Внутрішні порожнечі, включення	≥ 0.5 мм дефекти в 10 мм сталі
Ультразвукове тестування (ЮТ)	Внутрішні тріщини та пористість	≥ 0.3 мм площинні дефекти
Випробування на проникнення барвника (Pt)	Поверхневі тріщини	≥ 0.1 мм фісури
Магнітна частинка (MT)	Приповерхневі тріщини в чорних сплавах	≥ 0.2 мм розривів
Металографія	Мікроструктура, осадження карбіду	Розмір зерна ASTM 5–8, вміст фериту

10. Заявки & Практичні дослідження галузі

• Автомобільний (LFC): Про це повідомляє глобальний OEM 18% легші впускні колектори і 12% Економія коштів за допомогою лиття алюмінієвої пінопласту в порівнянні з традиційним литтям.
• Аерокосмічний (ІМ): Провідні виробники двигунів виробляють понад 50,000 Юнель 718 паливних форсунок щорічно, досягнення допусків ±0,1 мм і зменшення кількості повторних робіт 40%.
• Енергія & Нафта & Газовий: Крильчатки насосів для морської води мають IC 316L, щоб протистояти впливу хлоридів, збільшення середнього часу між відмовами (MTBF) за 30%.
• Нові поля: Гібридні підходи — надруковані на 3D-принтері візерунки з піни, які використовуються в інтегральних інтегральних системах — дозволяють робити мікролиття титанових ортопедичних імплантатів із товщиною стінок до 0.7 мм.

11. Відмінності між литтям за виплавленою піною та литтям за виплавленим воском

Критерій	Загублений кастинг піни	Інвестиційне кастинг
Асортимент сплавів	Al, пластичне залізо, низьколегована сталь	Нержавіючі сталі, Суперплої, титан, бронза
Толерантність	± 0,5–1,0 мм	±0,1–0,3 мм
Поверхнева обробка	Ra 3,2–6,3 мкм	РА 0,8-3,2 мкм
Вартість інструментів	$100– $300 за візерунок	$15,000– 60 000 доларів на добу
Час циклу	30 хв за фор	48–72 год складання снаряда + вигорання
Похід	90–95%	95–98%
Максимальний розмір частини	До 2 м	Зазвичай ≤ 1 м
Мінімальна товщина стінки	~2,5 мм	~1,0 мм
Придатність обсягу	Від середнього до високого (> 5к/рік)	Від низького до середнього (< 20к/рік)
Вплив на навколишнє середовище	ЛОС, відходи пінопласту	Co₂, відходи керамічної шкаралупи
Типові програми	Автомобільні колектори, блоки двигуна	Аерокосмічні насадки, Медичні імплантати

12. Критерії відбору & Структура рішень

Для вибору між втраченим пінопластовим литтям (LFC) і лиття по моделлю (ІМ), дотримуйтеся цих вказівок:

• Геометрія частини & Розмір: Використовуйте LFC для великих, прості форми; виберіть IC для мініатюрних, складні компоненти.
• Вимоги до сплаву: Застосовуйте LFC до сплавів на основі алюмінію або заліза; вибирайте лиття по моделлю, коли це нержавіюча сталь, Супералкй, або продуктивність титану має значення.
• Обсяг виробництва: Віддайте перевагу LFC для пробіжок вище 5,000 штук щорічно; використовувати IC для спеціаліз, частини меншого обсягу (< 20,000 одиниць).
• Толерантність & Завершити потреби: Виберіть IC, коли допуски зменшуються нижче ±0,3 мм і Ra падає нижче 3 мкм.
• Вартість & Час: Збалансуйте швидку роботу LFC і низькі витрати на інструменти з надзвичайною точністю та універсальністю матеріалів IC.

13. Висновок

На закінчення, обидва Загублений кастинг піни проти Інвестиційне кастинг забезпечують переваги майже чистої форми та чіткі переваги.

Лиття з пінопласту за втратою температури забезпечує швидке створення малюнка, низькі витрати на інструмент, і великомасштабні можливості,

в той час як лиття по моделлю забезпечує найвищу точність, виняткова обробка поверхні, і широка сумісність зі сплавами.

Ретельно оцінюючи складність деталей, матеріальні вимоги, вимоги до обсягу, і цілі якості,

виробники можуть з упевненістю вибрати оптимальний метод лиття, забезпечуючи економічно ефективне виробництво високоефективних компонентів у сучасному конкурентному середовищі.

В Це, Ми раді обговорити ваш проект на початку процесу проектування, щоб гарантувати, що будь-який сплав буде обраний або застосовано після кістерів, Результат відповідатиме вашим механічним та характеристикам продуктивності.

Для обговорення ваших вимог, електронна пошта [email protected].

Поширені запитання: Загублене кастинг піни проти інвестиційного кастингу

У чому полягають основні відмінності між литтям по виплавляним моделям і литтям по моделлю?

Загублений кастинг піни (LFC) використовує візерунки з пінополістиролу, вбудовані в нескріплений пісок; розплавлений метал випаровує піну і заповнює порожнину.

Інвестиційне кастинг (ІМ) використовує воскові візерунки, покриті керамічною оболонкою; перед заливкою металу віск депарафінізують, а оболонку обпалюють.

LFC костюми великі, простіші форми та сплави алюмінію чи заліза, в той час ІМ перевершує складні, тонкостінні деталі та більш широкий діапазон сплавів.

Який процес пропонує більш жорсткі допуски на розміри?

Лиття за моделлю забезпечує точніші допуски — зазвичай ±0,1–0,3 мм — завдяки жорстким керамічним формам і точному восковому інструменту.

Виливка з пінопласту, як правило, має допуски ±0,5–1,0 мм, підходить для менш критичних підгонок.

Як порівняти поверхню?

ІМ деталі досягають Ra 0,8–3,2 мкм обробки безпосередньо з форми, часто вимагає лише легкого полірування.

LFC поверхні є шорсткішими — Ra 3,2–6,3 мкм — тому вони потребують більш ретельної механічної обробки.

Які сплави можна лити кожним способом?

LFC зазвичай обробляє алюміній (A356, A380), пластичне залізо, і вибирайте низьколеговані сталі.

ІМ підходить для нержавіючої сталі, суперсплави на основі нікелю (Напр., Юнель 718), титанові сплави, і бронзи, що робить його ідеальним для високопродуктивних програм.

Який процес економічно вигідніший?

Для середніх і великих обсягів простіших сплавів (Напр., алюмінієві колектори), LFC пропонує менші витрати на інструменти ($100– 300$ за візерунок із піни) і швидкий час циклу.

ІМвищі авансові витрати на штампи ($15,000– 60 000 доларів США) виправдовують себе в малообсяжності, високоточних прогонів або при використанні преміальних сплавів.

Який процес має швидший час виконання?

LFC час виготовлення зазвичай становить 1–3 дні від шаблону до готової деталі, завдяки швидкому формуванню піни та одноетапній заливці.

ІМ для нарощування оболонки потрібно 4–7 днів, депарафінізація, вигорання, і розливу, що робить його кращим для запланованих виробничих циклів.

Чи можу я виготовляти великі виливки цими методами?

LFC може працювати з деталями до 2 м за розміром і кілька сотень кілограмів за вагою.

ІМ зазвичай кришки навколо 1 м і 50–100 кг на деталь, через обмеження міцності корпусу та вигоряння.

Як вибрати між LFC і IC?

Враховуйте складність деталей (дрібна деталізація сприяє IC), вимоги до сплаву (преміальні сплави віддають перевагу IC), обсяг (великі обсяги сприяють LFC),

толерантність і потреби в обробці (найточніші специфікації надають перевагу IC), та бюджет інструментів (низька вартість надає перевагу LFC).