Лиття по виплавлюваним моделям водного скла (також відомий як лиття з силікату натрію) це форма лиття за виплавленим воском, яка використовує водорозчинний силікат натрію сполучний у керамічній оболонці.
Як один із двох основних методів лиття по моделлю (інший - золь кремнезему), це забезпечує баланс точності та економічності.
Походить від традиційної техніки втраченого воску в Азії та Європі, лиття з рідкого скла набуло промислової популярності у 20 столітті, коли ливарні підприємства шукали дешевшу альтернативу колоїдно-кремнеземним процесам.
За допомогою звичайних матеріалів (кварцовий або кварцовий пісок з лужно-силікатними в'яжучими), цей процес добре підходить для середньої точності, деталі високої складності, де бюджети обмежені.
Вага типових виливків із рідкого скла варіюється від кількох сотень грамів до 150 кг, з максимальними розмірами близько 1 м, що робить його ідеальним для більших, чутливі до вартості компоненти.
Що таке лиття по моделлю водного скла?
Варіантом прецизійного виплавлення є лиття з водного скла (втрачений віск) лиття в якому силікат натрію ("стакан для води") служить керамічним сполучним матеріалом.
На практиці, восковий (або пластик) виготовляються візерунки та збираються в дерево.
Візерунки повторюються покриті суспензією дрібних вогнетривких частинок, пов’язаних у розчині силікату натрію, потім покривається поступово більш грубими шарами штукатурки для створення оболонки.
Після того, як шкаралупа вилікується, віск розтоплюють або виварюють, залишаючи порожнисту порожнину форми. Розплавлений метал (як правило, сталь або сплави заліза) заливається в цю керамічну оболонку.
Після застигання, оболонку відламують, щоб відкрити литу частину. Коротше, водне скло лиття по виплавленим моделям «вкладає» восковий майстер у кераміку на основі силікату натрію для формування форми.
Порівняно з силікатно-золевим литтям по моделлю (який використовує колоїдний кремнезем і пісок на основі циркону), метод водного скла замінює деяку якість поверхні на меншу вартість матеріалу та простішу обробку.
Навіщо використовувати склянку для води?
Лиття водного скла користується популярністю тому, що воно знижує вартість і обробку порівняно з іншими прецизійними методами.
Силікатна натрієва зв’язуюча речовина та звичайний кремнеземний пісок недорогі та прості у використанні, тому інструменти та матеріали коштують набагато менше, ніж для колоїдно-кремнеземних оболонок.
Наприклад, У системах із рідкого скла уникають високих витрат золю кремнезему та спеціальних пісків, що забезпечує нижчу інвестиційну вартість окремої частини.
Процес також усуває багато другорядних операцій: частини виходять майже сітчастої форми (часто вимагають невеликого зварювання або механічної обробки).
На практиці, виливки з рідкого скла можуть захоплювати дуже складні геометричні форми (з підрізами і тонкими перетинками) без сердечників, спрощення дизайну.
Згідно з галузевими джерелами, пропозиції водоплавного лиття «складна конструкція без кутів осадки» і «Вища точність порівняно з литтям у пісок»,
уникаючи дорогих ядер, форми, або зварювання, які потрібні багатьом великим піщанолитим деталям.
Ця гнучкість робить його привабливим для малі та середні виробничі тиражі де витрати на інструменти повинні бути мінімізовані.
В той же час, водяного скла частини, як правило точніше, ніж лиття в пісок.
Типові допуски на розміри знаходяться в діапазоні ISO CT6-CT9, приблизно відповідає класам толерантності тонкого піщаного лиття або нижчому класу литва по виплавляним моделям.
Оздоблення поверхні відповідно помірне: на замовлення Ra ~6-12 мкм (Вони становлять 250–500 мкт),
кращий, ніж лиття із зеленого піску, але грубіший, ніж виплавлене лиття з кремнеземного золю.
Коротше, лиття з водяного скла вибирають, коли потрібні складні форми та зменшена вторинна робота лиття за виплавленим воском,
але менший бюджет або більший розмір роблять дорожчий процес кремнезему непрактичним.
Огляд процесу
Лиття з водяного скла по виплавленим моделям виконується за загальною процедурою втрати воску з деякими відмінностями в матеріалах форми:
Восковий шаблон і складання дерева.
Виготовляється майстер-схема (методом лиття під тиском, 3D друк, або ручне ліплення) і, якщо необхідно, виготовлена матриця/форма.
Від цього майстра створені воскові копії деталі. Потім кілька воскових візерунків зібрані на загальний литник (формування «дерева») за допомогою воскових воріт і годівниць.
Цей восковий кластер сформує багато виливків за одну заливку. Воскові поверхні «заправляються» для видалення швів або дефектів, що забезпечує обробку голкою на кожному візерунку.
Будівля оболонки (Керамічне покриття).
Восковий вузол кілька разів занурюють у вогнетривку суспензію дуже дрібного піску або цирконового борошна, суспендованих у розведеному розчині силікату натрію.
Кожне занурення покриває віск тонким керамічним шаром (часто 0,5–1 мм) перед шпаклюванням більш крупним піском.
Після зливаємо надлишки гною, a штукатурний шар (більші гранули кварцевого піску) наноситься розливом або псевдозрідженим шаром для зчеплення з липкою суспензією.
Потім дають кластеру затвердіти (часто сушать на повітрі або при низькому нагріванні). Цей цикл сушіння шерсті зазвичай повторюється 4– 7 разів досягти необхідної товщини оболонки (зазвичай 5–15 мм).
Під час цієї послідовності, пізніші покриття використовують більш грубі, а іноді й інші вогнетриви (напр.. тонкі ґрунтовні шари кремнезему для деталей, крупнозернистий кварцовий пісок в підкладках) щоб максимізувати міцність і проникність.
У процесах з рідкого скла, кварцові/плавлені кремнеземні піски та алюмосилікати є звичайними вогнетривами. Нарешті всю шкаралупу ретельно висушують (іноді в духовках з контрольованою вологістю) для видалення вологи.
Депарафінізація та випал.
Загартована керамічна оболонка депарафінізована плавлення воску з форми.
На відміну від кремнеземно-золевих оболонок (які зазвичай випалюють віск у випалювальній печі або полум’ям), скляні раковини часто опускають у гарячу воду або піддають впливу пари, щоб розплавити віск.
Мета полягає в тому, щоб швидко очистити віск, мінімізуючи напругу оболонки (оболонки з силікату натрію більш жорсткі в холодному стані).
Після депарафінізації, оболонка є звільнений (спечений) при високій температурі (часто 800–1000 °C) щоб зміцнити кераміку та випалити залишки органіки.
Це також призводить до спікання та часткового склоутворення зв’язуючого силікатного натрію, утворюючи жорсткий, газопроникна форма.
Металевий.
У попередньо розігріту оболонку звичайним способом заливають розплавлений метал. Тому що в раковинах з рідкого скла використовуються звичайні кремнеземні піски, їх теплоємність і теплопровідність подібні до піщаних форм.
Оболонка підтримує метал до застигання (з мінімальними усадочними порожнинами, якщо використовуються стояки).
Видалення оболонки та обробка.
Колись твердий, механічним способом видаляється керамічна оболонка (напр.. дробоструминний, вібрація або удар молотком) щоб розкрити акторські частини.
Залишки кварцового піску очищають. Ливарне дерево розрізають, а ворота і стояки обрізані.
Остаточний закінчення може включати шліфування, Обробка ЧПУ, і обробки поверхні в міру необхідності.
Оскільки початкова обробка оболонки помірна, виливки з рідкого скла часто вимагають деякого поверхневого шліфування або механічної обробки, але менше, ніж виливки із зеленого піску.
Важливо, процес рідкого скла відрізняється від кремнеземно-золевого процесу головним чином в'яжучий і метод депарафінізації.
У лиття водного скла, силікат натрію (лужний силікат) набори шляхом сушіння та затвердіння, тоді як кремнезем-золь (колоїдний кремнезем) оболонки тверднуть переважно шляхом гелеутворення.
Депарафінізація проводиться гарячою водою (a мокрий депарафін) замість полум'я. Ці відмінності впливають на тривалість і якість циклу.
Наприклад, вологе депарафінування м'якше до крихких оболонок, але це вимагає обробки стічних вод. Також, оболонки з рідкого скла, як правило, мають меншу термічну стабільність, ніж оболонки з кремнезему, що містять циркон, як описано нижче.
Система підшивки
Сполучною речовиною в лиття рідкого скла є розчин силікату натрію (зазвичай Na₂O·nSiO₂). Хімічно, водяне скло має високу лужність (pH ~11–13) і виготовляється з певним співвідношенням кремнезему та соди.
Типові рецептури варіюються від a 2:1 до 3.3:1 SiO₂:Вагове співвідношення Na₂O (часто виражається модулем, напр.. M=2,0 означає приблизно 2.3 частин SiO₂ на Na₂O).
Співвідношення та вміст твердих речовин контролюють ключові властивості. Нижчі коефіцієнти (більше Na₂O) дають більш рідку суспензію та швидше висихають, але також є більш гігроскопічним і низьковогнетривким в'яжучим.
Вищі коефіцієнти (більше SiO₂) підвищення термостійкості та зниження pH.
Скло для води є водяний тонкий (в'язкість подібна до води) і твердне випаровуванням і помірним нагріванням. У міру висихання, він утворює жорстку мережу аморфного силікатного скла.
Сполучна гігроскопічна, тому снаряди повинні бути ретельно висушені перед випалом або під впливом вологого повітря чи води, або вони можуть повторно розм’якшитися та деградувати.
На обслуговуванні, залишкова вологість може призвести до парових кишень або пористості, якщо метал заливається занадто гарячим. Етап затвердіння зазвичай включає запікання при 100–200 °C для повного затвердіння оболонки та видалення вологи..
До переваг силікатно-натрієвих в'яжучих можна віднести їх низьку вартість, необмежений «термін придатності», і простота використання (відсутність токсичних розчинників або кислотних каталізаторів).
Схоплюються простим висушуванням (або сольовим лікуванням) і дають дуже жорсткі оболонки.
Однак, існують обмеження: їх висока лужність може вразити вогнетривкі зерна або метал (особливо алюміній, викликаючи газоутворення), і їх склоподібна природа забезпечує нижчу високотемпературну міцність, ніж оболонки з кремнезему.
Загалом, оболонки водного скла розм’якшуються при нагріванні вище ~800–900 °C, тому вони підходять для сталевих/залізних сплавів, але є маргінальними для дуже гарячих ливарних сплавів.
Незважаючи на це, силікат натрію залишається a перевірений сполучний в промисловості. Це одне з трьох традиційних сполучних речовин (разом з етилсилікатом і колоїдним кремнеземом) зазвичай цитується для виготовлення інвестиційних форм.
Оболонкові матеріали та техніка будівництва
Оболонка для лиття з рідкого скла майже повністю виготовлена з вогнетриви на основі кремнезему. На практиці, первинні матеріали є кремнезем або кварцовий пісок (плавлений або кристалічний), можливо в суміші з алюмосилікатами.
Типові розміри частинок для прайму (штраф) покриття може бути 100–200 меш (75–150 мкм) щоб зафіксувати деталі, у той час як для резервних покриттів використовується грубіший пісок (напр.. 30– 60 меш).
Циркон рідко використовується в раковинах з рідкого скла (на відміну від кремнеземно-золевих оболонок) через вартість – натомість, використовуються дешевші кремнеземні піски.
Більш дрібне борошно з оксиду алюмінію або титану можна додати для підвищення стійкості до термічного удару, але основа кремнезему.
Контроль pH має вирішальне значення для гною. Силікат натрію сполучна речовина дуже лужна, тому часто невелика кількість буфера або солі (як бікарбонат натрію) додається для регулювання часу гелеутворення та запобігання негайному затвердінню.
Виробники контролюють рН розчину (часто близько 11–12) і в'язкість для забезпечення постійної товщини покриття. Надмірно висока лужність може спричинити передчасне гелеутворення першого шару на воску.
На практиці, використання скляних раковин 4 до 7 шари покриття (грунтовка плюс кілька покриттів ліпниною).
Наприклад, початкове занурення в дрібнодисперсну суспензію кремнезему супроводжується штукатуркою дрібним кварцовим піском (це «основне покриття» фіксує деталі візерунка).
Наступні шари використовують поступово більш грубий пісок для підвищення міцності. Кожне покриття повинно висохнути (часто 1–2 години при кімнатній температурі або швидше в слабко нагрітій духовці) перед наступним шаром.
Кінцева товщина оболонки зазвичай становить близько 5–15 мм.
Під час сушіння, температура і вологість ретельно контролюються - занадто швидке висихання може потріскати шкаралупу, в той час як занадто повільне висихання може спричинити затікання або викривлення.
У порівнянні з силікатно-золевими оболонками, скляні раковини мають тенденцію бути міцний, але менш тугоплавкий.
Шари плавленого кремнезему забезпечують гідну гарячу міцність до ~900 °C, але крім цього мережа силікатного натрію може почати розм’якшуватися.
Навпаки, кремнеземно-золеві оболонки часто використовують шари циркону та глинозему, які залишаються стабільними вище 1200 ° C.
Іншими словами, кремнеземно-золеві форми краще витримують високі температури заливки суперсплавів, тоді як оболонки з рідкого скла зазвичай обмежуються сталлю та чавуном.
Лиття металів і сумісність
Лиття з рідкого скла відмінно підходить для звичайних чорних сплавів. Типові сталі включають вуглецева сталь, низький- і середньолегованих сталей, термостійкий Нержавіючі сталі, і марганцеві сталі.
Чавуни (сірий і пластичний) також зазвичай відливають. Ці сплави можна лити в діапазоні 1400–1600 °C без катастрофічного пошкодження кремнеземної оболонки (з відповідними графіками тепла).
Фактично, Особливою популярністю користується водне скло зношувані частини та важкі компоненти зі сталі, де додаткова міцність оболонки (порівняно з литим піском) і складність окупається.
Скло для води є менш підходить для реактивних або легких металів. Алюмінієві та магнієві сплави, наприклад, вимагають дуже сухого, чисті раковини.
Будь-яка волога або сода в оболонці можуть створити водневу пористість в алюмінії або викликати окислення.
Для титану та інших реакційноздатних сплавів зазвичай потрібні силікатно-золеві або керамічні оболонки (або вакуумне плавлення) оскільки раковини з водяного скла не мають необхідної інертності та чистоти.
(Практично, лиття титану за виплавленим воском виконується майже виключно за допомогою вогнетривких оболонок із циркону/оксиду алюмінію, не водне скло.)
Таким чином, металургійна сумісність є ключовим фактором: рідке скло вибирають, коли литий метал сумісний із кремнеземом (чорні системи) і потрібна економія процесу.
З точки зору металургії, раковини з водного скла можуть впливати на якість лиття.
Наприклад, вуглецеві сталі можуть зазнавати незначного навуглецювання на межі оболонки, якщо депарафінізувати підкисленою водою, тому використовується нейтральна вода.
Газопроникність кераміки сприяє виведенню водню та газу; однак, будь-яка неадекватна депарафінізація або вологість можуть спричинити газову пористість.
Усадкова пористість, як зазвичай, регулюється через стояки та вентиляційні отвори.
Загалом, виливки з рідкого скла поводяться металургійно, як інші прецизійні виливки з того самого металу – хімічний склад оболонки має мінімальний легуючий ефект, але може дещо змінити зневуглецювання поверхні.
Належний контроль процесу (наприклад розливання у вакуумі або в інертній атмосфері для певних сталей) може застосовуватися за потреби, але не залежать від типу сполучного.
Точність розмірів і обробка поверхні
Лиття з водяного скла забезпечує помірну точність. Габаритний допуски є типовими ISO CT7-CT9 для загальних розмірів. (Для тонких стін, толерантність може зменшитися до CT9 або CT10.)
Щоб поставити це в перспективу, ISO CT7 на a 50 мм допускає відхилення приблизно на ±0,10 мм, тоді як CT6 буде ±0,06 мм.
На практиці, дрібні деталі та добре контрольовані процеси можуть наблизитися до CT6-CT7,
але більші або складніші виливки часто знаходяться в діапазоні CT8-CT9.
Це можна порівняти з допусками для лиття з дрібного піску.
Навпаки, високоякісні виливки з кремнезему можуть досягати CT4-CT6 на малих розмірах, тому водяне скло менш точне приблизно на один клас допуску.
Магазини, які піклуються про якість, вказуватимуть допуски на основі ISO 8062, часто вказуючи «CT8» як базову лінію для процесів виробництва рідкого скла.
Оздоблення поверхні так само більш грубе, ніж кремнезем, але більш гладке, ніж піщане лиття. Типовий шорсткість поверхні для лиття з рідкого скла на замовлення РА 6–12 мкм (250–500 хв).
Одна ливарна фабрика повідомила, що виливки з рідкого скла досягли приблизно Ra = 12.5 мкм у порівняльних тестах. Навпаки, частинки кремнезему можуть досягати Ra 3–6 мкм.
Вища шорсткість рідкого скла зумовлена більшим розміром зерна в оболонці та природою натрієво-силікатного сполучного.
Фактори, які впливають на обробку, включають вміст твердих частинок суспензії, зернистість штукатурки, товщина оболонки, і якість візерунка.
Наприклад, більш тонкі грунтовки та додаткові грунтовки можуть покращити якість поверхні.
Тим не менш, дизайнери повинні очікувати грубішої початкової поверхні: типові виливки часто потребують легкого шліфування або механічної обробки для досягнення гладкості Ra 3–6 мкм для критичних поверхонь.
Керувати точністю, більшість магазинів використовують розмірний огляд (супорта, CMM, датчики) на перших частинах і зразках виробництва.
Так як восковий малюнок і дерево вносять деяку варіативність, необхідні ретельне планування та компенсація усадки.
Коефіцієнти термічного звуження сталі (приблизно 1.6 мм/м·100 °C) використовуються для масштабування візерунків. Документація процесу визначає коефіцієнти усадки та допуски для ISO.
Контроль та перевірка якості
Контроль якості лиття дзеркал з рідкого скла в інших галузях ливарного виробництва. Критичні кроки перевіряються на кількох етапах:
- Огляд оболонки: Перед заливанням, раковини оглядають на тріщини, пухирі, або неповне покриття.
Підрядники часто вимірюють товщину корпусу за допомогою ультразвукових вимірювальних приладів і перевіряють однорідність кожного шару. Будь-яке розшарування або точкові отвори можуть спричинити дефекти лиття.
Контейнери з вологою суспензією контролюються на рН і тверді речовини; варіації можуть створювати слабкі оболонки. Сушильні шафи перевіряють на рівномірність розподілу тепла. - Розмірні перевірки: Після витрясування та фінішної обробки, виливки вимірюються за проектними розмірами.
Деталі першої статті зазвичай проходять інспекцію ШМ для перевірки критичних розмірів у межах зазначеного класу допуску (напр.. ISO CT8).
Для діаметрів отворів використовуються прості калібрувальні блоки або пробки. Оскільки крок дерева та усадка воску додають невеликі похибки, зазвичай регулювати основні розміри шаблону, якщо відбувається биття. - Виявлення дефектів: Виливки з рідкого скла можуть мати такі дефекти, як газова пористість, включення, або дефекти зрощення оболонки.
Загальні методи обстеження включають рентген/рентгенографію (знайти внутрішні порожнини або включення), флуоресцентний пенетрант (для поверхневих тріщин і пористості), і магнітно-порошкове випробування (для чорних деталей).
Де доречно, застосовуються випробування тиском або випробування потоком. Металургійний аналіз (макро травлення, мікрофотографії) можна використовувати під час розробки процесу.
Усі тести мають посилатися на стандарти (напр.. ASTM E165 для пенетранта, ASTM E446 для рентгенографії) визначити прийняття. - Документація процесу: Суворе відстеження зберігається на відливках з рідкого скла. Записи включають співвідношення суміші гною, графіки лікування, і час топки.
Багато ливарних виробництв використовують контрольні списки в процесі роботи (журнали температури для печей депарафінізації, журнали вологості для сушильних приміщень, і журнали використання підшивки).
Для високонадійних деталей (напр.. аерокосмічні компоненти), повний тепловий код і хімічна/фізична сертифікація супроводжують частину.
ISO 9001 або стандарти Nadcap можуть керувати документацією в критичних галузях.
Загальний, Філософія контролю полягає у стандартизації кожного кроку, щоб будь-яку невдачу лиття можна було відстежити до першопричини (напр.. нестабільна рідина або пропущений цикл сушіння).
Економічні міркування
Цінується лиття з водяного скла економічна ефективність у відповідних програмах. До основних економічних факторів відносяться матеріальні витрати, праці, час циклу, і врожайність:
- Матеріали: Силікатна натрієва зв'язуюча речовина та кварцовий пісок недорогі порівняно з колоїдним кремнеземом та цирконом.
Наприклад, розчин силікату натрію може коштувати кілька центів за кілограм, в той час як сполучні колоїдний кремнезем коштують на порядок дорожче.
Використовуються мінімальні солі або прискорювачі. Воскові візерунки (особливо якщо надруковано на 3D) додати вартість, але врожайність висока.
Є деякі відходи кераміки (зламана оболонка) але його часто можна переробити як пісок. Загальний, витратні матеріали недорогі. - Робота та час обробки: Виготовлення скляної раковини трудомістке, вимагає багаторазових занурень і циклів сушіння.
Тривалість циклу 24– 72 години з воскового дерева лити характерні (швидше, ніж високотемпературний золь діоксиду кремнію, який може довше затвердіти).
Етап мокрої депарафінізації довший (занурення проти опіку відкритим полум'ям), але зазвичай це замочування на ніч. Для підготовки викрійки потрібна праця, покриття/штукатурні операції, і витрушування.
Незважаючи на це, нижчі витрати на інструменти та зменшення механічної обробки часто компенсують більшу кількість праці.
У моделі витрат, водне скло може бути конкурентоспроможним, коли обсяги випуску перевищують кілька сотень на рік, особливо для важких або складних деталей, які були б дуже дорогими у піску або лиття під тиском. - Пропускна здатність: Можуть працювати безперервно одноцільові лінії розливного скла, але кожна буд (завантаження оболонки, депарафінізація, вогонь, наливати, нокаут) обробляє лише частини цього дерева.
Пропускна здатність помірна; кілька сотень кілограмів виливків на партію можуть бути нормальними. Однак, існує автоматика для впорскування воску та розпилення оболонки.
Обмежувальною стадією часто є депарафінізація та випал, які можуть бути печами періодичної дії з певним навантаженням. Ефективне планування (укладання дерев) може покращити використання. - Вихід і лом: Тому що процес точний, показники браку можуть бути низькими, якщо їх контролювати. Однак, будь-яка тріщина оболонки або протікання металу призводить до повної втрати цього лиття.
Відмови через дефекти оболонки (напр.. постдепарафінгова розтріскування) мінімізуються жорстким контролем процесу.
У порівнянні з литтям у пісок, рідке скло зазвичай має більший вихід, оскільки його частини легше чистити та мають майже чисту форму.
У порівнянні з золем кремнезему, врожайність подібна або трохи нижча (силікатно-золеві оболонки можуть бути більш поблажливими до проблем депарафінізації).
Грубий порівняння вартості може показати, що лиття водного скла може бути 50–70% дешевше за деталь ніж кремнеземне лиття для сталевих деталей середньої точності,
за рахунок меншої вартості матеріалів і інструменту, хоча і з помірною втратою якості поверхні.
Це дорожче, ніж дешеве піщане лиття за одиницю, але тому, що кінцеві частини потребують набагато менше механічної обробки, з загальна вартість готової частини може бути конкурентоспроможним.
Коротше, Лиття водного скла дозволяє компаніям перенести витрати з машино-годин на технологічний час,
що часто є перевагою для деталей, які є досить складними або малооб’ємними, тому спеціальний інструмент не є виправданим.
Промислові програми
Свою нішу займає лиття по виплавленим моделям важкі та складні компоненти у кількох галузях. Відомі додатки включають:
- Машини та важке обладнання: Компоненти для майнінгу, нафта & газовий, і будівельна техніка часто використовує лиття з рідкого скла.
Наприклад, шестерні, насосні корпуси, клапани, і робочі колеса в цих секторах виграють від міцності сталі та геометричної свободи лиття по моделлю.
Фітинг клапана з нержавіючої сталі для лиття водного скла - Сільськогосподарські частини: Такі деталі, як корпуси тракторів, компоненти плуга, і зв’язки важкого сільськогосподарського обладнання зроблені таким чином.
Можливість відливати профілі з ковкого чавуну або низьколегованої сталі (напр.. деталі румпеля, посівні пластини) зі складними профілями є ключовою перевагою. - Автомобільний: Хоча це не часто для запчастин масового виробництва автомобілів, лиття з водяного скла використовується в малосерійних автомобільних або вантажних компонентах (напр.. невеликі партії поворотних кулаків, важкі важелі підвіски, гальмівні компоненти для спеціальних автомобілів).
Його точність перевершує піщане лиття для критично відповідних деталей, але залишається економічно ефективним для помірних пробігів. - Промислова арматура та насоси: Засувки чавунні та сталеві, Тіла насосів, і фланці часто отримують з ливарних форм для водного скла.
Ці частини потребують складних внутрішніх проходів і гарної обробки поверхні (щоб уникнути витоку) – лиття з рідкого скла дає клапани, готові до обробки без стержнів. - Будівельне та архітектурне лиття: Зрідка, декоративні або конструкційні елементи із заліза/сталі (як фланці, обладнання, або декоративні опори) відлиті за допомогою рідкого скла.
Цей процес дозволяє зафіксувати дрібні художні деталі, використовуючи доступний пісок, що робить його придатним для спеціальних виливків (напр.. заміна бронзи в архітектурних елементах). - Офшорні та морські компоненти: Як повідомляють джерела в галузі, запчастини до причепів, крани, і морські установки використовують цей метод для довговічності в суворих умовах.
Загальний, водоплавне лиття вибирають у галузях промисловості, які потребують міцне чорне лиття з помірною деталізацією за розумною ціною.
Він конкурує з литтям у пісок, коли потрібна вища точність або чіткість деталей, і він конкурує з силікатно-золевим литтям по моделлю, коли великі розміри або бюджетні обмеження роблять останнє занадто дорогим.
Порівняльний аналіз
Порівняно з іншими методами лиття, лиття по виплавленим моделям займає золоту середину:
Склянка для води проти Лиття по виплавлюваним моделям з кремнеземного золю:
Кремнезем-золь (сполучна колоїдно-кремнеземна з цирконовим борошном) створює найдрібніші деталі, найкраще покриття поверхні (Ra лише 3–6 мкм), і більш жорсткі допуски (ISO CT4-CT6).
Однак, це так дорожче: розчини золю кремнезему та цирконовий пісок коштують значно дорожче, і процес вимагає вигоряння в полум'ї та більш високих температур випалу.
Скляне лиття, навпаки, має більш грубу обробку (~Ra 6-12 мкм) і ширші допуски (CT6-CT9), але використовує дешеві матеріали та простіший депарафін.
Раковини з водяного скла також, як правило, міцніші в обробці перед розливом (вони дуже жорсткі після висихання) а можна і товщі, що приносить користь сильним наливам.
Підсумовуючи, Силіка-золь вибирається для високої точності, маленькі деталі; склянку вибирають більшу, міцні компоненти, де можна пожертвувати обробкою поверхні.
Лиття по моделлю водного скла проти Пісок Кастинг:
Пісочний кастинг (зелений пісок або хімічно зв'язаний) є найдешевшим, найбільш гнучке виготовлення прес-форм для великих деталей.
Однак, виливки з піску мають дуже шорстку поверхню (Рак > 25 мкм, часто 50–100 мкм) і вільні допуски (ISO CT11 або гірше).
Лиття з рідкого скла дає значно кращу поверхню та точність (як зазначено вище) за вищою ціною.
Якщо деталь з піщаного лиття потребує значної механічної обробки або ремонту (як зварювання в сердечниках), може бути дешевше використовувати водяне скло.
Також, певні складні форми (тонкі стіни, внутрішні порожнечі) важко або неможливо в піску без кернів; водне скло легко створює такі форми.
Компроміс полягає в тому, що піщане лиття краще масштабується для надзвичайно великого об’єму (прес-форми або форми, які можна використовувати багато разів),
тоді як рідке скло обмежене приблизно 150 кг на форму і вимагає багатоденних циклів.
Міцність оболонки та термічна поведінка:
Оболонки з водного скла складаються з шарів плавленого кремнезему, які є трохи менш вогнетривкими, ніж шари циркону або глинозему, які часто використовуються в оболонках із кремнезему.
Це означає, що раковини з рідкого скла зазвичай мають нижчу максимальну робочу температуру і можуть сприяти більшій реакції метал-корпус під час дуже гарячої розливки..
На практиці, хоча, обидва методи виробляють оболонки, які легко витримують температури заливання сталі/заліза.
З точки зору міцності, оболонки з кремнезему та рідкого скла є твердими після випалу, але золь кремнезему може зберігати структурну цілісність при більш високих температурах.
Найкращі випадки використання:
Підведення підсумків найкращого використання, лиття з водного скла ідеально підходить для середні та великі сталеві/чавунні деталі, де висока точність не є критичною,
наприклад корпуси насосів, заготовки шестерень, частини важкої техніки, і будь-які компоненти, де литі функції не зберігають зварювання.
Silica-sol найкраще підходить для дрібні та середні високоточні деталі (аерокосмічні компоненти, ювелірні вироби, Медичні імплантати, дрібні нержавіючі деталі).
Лиття із зеленого піску виграє масивні важкі частини або надзвичайно великі обсяги, де не потрібна точна деталізація (напр.. великі корпуси, блоки двигуна, корпуси насосів оптом).
У таблиці нижче наведено кілька порівняльних показників:
- Шорсткість поверхні (типовий Ра): Кремнезем ~3–6 мкм; рідке скло ~6–12 мкм; зелений пісок >25 мкм.
- Розмірна толерантність: Силіка-золь ISO CT4–CT6; водяне скло ~CT6–CT9; зелений пісок CT11–CT12 (дуже пухкий).
- Матеріальна вартість: Низький для піску, помірний для водного скла, високий для кремнезему. В'яжучий силікат натрію дуже дешевий, в той час як сполучна колоїдна діоксид кремнію є дорогою.
- Міцність оболонки: Добре підходить для золю кремнезему при високій Т, помірний для водного скла. Оболонки з циркону/оксиду алюмінію (кремнезем-золь) мають більш високу вогнетривкість.
- Масштаб виробництва: Скло для води підходить для малих і середніх обсягів (від десятків до тисяч на рік), особливо якщо деталі важкі. Silica-sol підходить для невеликих/точних серій; пісок підходить для великих обсягів.
Загальний, водоскляне лиття перекриває розрив: він пропонує кращий контроль і обробка, ніж лиття в пісок, але нижча вартість, ніж кремнезем.
Коли вимоги до дизайну помірні, а бюджети обмежені, часто це найбільш економічна точна техніка.
Висновок
Стакан для води (силікат натрію) лиття по моделлю - це a економічний точне кастинг процес, оптимізований для чорних металів, складні компоненти.
З використанням недорогих в'яжучих і піску, це дає змогу виробникам отримувати сталеві та чавунні деталі, наближені до чистої форми, із розумними допусками (ISO CT7-CT9) і закінчує (Ra ≈6–12 мкм) за частку вартості лиття з кремнезему.
Сильними сторонами процесу є економія матеріалів, сильна жорсткість оболонки, і здатність створювати складні геометрії без колапсу сердечника.
Його головні обмеження — більш шорстка поверхня та нижча стійкість до високих температур, які обмежують його до середньої точності, застосування у важких умовах.
З нетерпінням чекає, Лиття водного скла залишається актуальним для таких застосувань, як машини, автомобільні вузли,
сільськогосподарська та будівельна техніка, і будь-які частини, які виграють від гарного компромісу деталей і вартості.
Постійні вдосконалення (наприклад, оптимізовані силікатні рецептури та автоматичне покриття оболонки) може підвищити його точність.
Все -таки, інженери повинні ретельно підбирати частини для процесу: використовуйте склянку води, коли сталь/чавун складність і економічність домінують вимоги,
кремнезем-золь при ультратонкі деталі або спеціальні сплави потрібні, і пісок коли величезний обсяг або розмір переважна точність.
Загальний, лиття по виплавлюваних моделях є зрілим, добре зрозуміла техніка.
Його продовження використання зумовлене глобальним попитом на міцні, металеві частини складної форми з помірними допусками та конкурентоспроможними цінами.
Правильне застосування його хімічного складу та контролю процесу – і ретельний огляд – забезпечує послідовне, високоякісні виливки для широкого спектру промислових потреб.
Це є ідеальним вибором для ваших виробничих потреб, якщо вам потрібна якісна лиття по виплавленим моделям водного скла послуги.
