1. 介绍
投资铸造, 通常被称为 失去蜡像铸件 或者 精密铸造, 提供精确的复杂金属零件.
通过使用一次性蜡模式和难治性的陶瓷壳, 这个过程再现了复杂的几何形状和从不锈钢到超级合金的材料的严密公差.
历史上, 美索不达米亚和中国的工匠使用了早期形式的浪费技术 5,000 几年前;
现代工业应用在20世纪初期出现. w. 泰勒在 1907.
今天, 投资铸造基础关键行业（即航空航天）, 医疗设备, 和能量 - 因为它将设计自由与可重复的精度相结合.
2. 什么是投资铸造?
投资铸造将精密蜡图案与陶瓷壳模具结合在一起.
第一的, 技术人员将熔融蜡注入金属模具, 产生一种复制最后一部分的模式. 下一个, 他们将多种蜡图案连接到中央浇口, 形成一个“树”。
然后, 他们将这个组件浸入交替的陶瓷浆和细沙中. 陶瓷层变硬, 操作员融化蜡 (“ Dewax”), 留下僵硬的外壳.
最后, 他们将熔融金属倒入腔, 让它固化, 并折断外壳以揭示近乎网络形状的成分.
两个活页夹系统主导了行业:
- 水杯 (硅酸钠) 过程: 工程师赞成这条经济的大批途径.
水玻璃活页夹的价格约为 2.50 每公斤, 使其非常适合大容量汽车零件. - 二氧化硅溶胶工艺: 制造商在需要更精细的陶瓷谷物时选择二氧化硅溶胶, 上表面饰面, 和更薄的壳.
然而, 二氧化硅溶胶的成本约为美元 6.50 每公斤, 大约2.6倍水玻璃的费用.
3. 投资铸造过程
投资铸造过程通过一系列紧密控制的步骤将简单的蜡模型转化为高精度金属组件.
尽管总周期时间有所不同 - 从 24 标准二氧化硅系统的快速水玻璃贝壳达到七天左右 - 该方法始终产生近乎净形状的零件，表面表面效果出色.
蜡模式制造
最初, 技术人员注入蜡 (通常是石蜡和微晶添加剂的混合物) 进入精密钢模具.
他们保持蜡温度 60 °C和 80 °C并施加2–4 MPa的压力. 每个注射周期大约在10–30秒内完成.
弹出后, 操作员在视觉上检查模式是否有缺陷, 拒绝任何在临界维度上偏差超过±0.1 mm的人.
图案组件和陶瓷壳建筑
下一个, 工人将单独的蜡图案“树上树”到中央浇口上, 创建一个最多的集会 50 部分.
然后，他们通过交替将树浸入难治性的泥浆和灰泥的细二氧化硅砂中来建立陶瓷模具.
铸造厂通常施加6–8个泥浆和葡萄球菌周期，以达到6-10 mm的壳厚度.
与水玻璃粘合剂, 这个外壳构建大约需要24-72小时; 高温二氧化硅溶胶系统最多需要 7 完全治愈的日子.
脱水和倦怠
随后, 铸造厂在高压灭菌器中取出熔融蜡或在周围的蒸汽高压釜中 150 °C, 通常作为一夜之间浸泡以确保完全蜡撤离.
然后，它们以1–2°C/min的温度升至600–900°C，保持4–6小时以分解任何残留有机物, 防止外壳破裂并确保清洁腔.
金属浇注和去除壳
倦怠之后, 技术人员将陶瓷外壳预热至760–870°C.
它们倒入熔融合金（例如1,500–1,550°C下的不锈钢），使用重力, 离心, 或真空辅助方法以最大程度地减少湍流.
一旦金属固化, 工人通过振动或高压水喷射折断陶瓷外壳, 通常产生95–98％的可用铸件.
热处理和最终加工
最后, 铸件接受热处理 - 例如在 1,050 °C或年龄硬化 700 °C - 完善微观结构并减轻应力.
然后机械师执行CNC铣削, EDM, 或打磨, 达到±0.05 mm的公差，表面直至RA 0.8 µm.
通过积极控制每个变量 - 从蜡温度和浆液粘度到倦怠曲线和倒入速率,
投资持续提供复杂, 高性能零件具有最少的废料和减少的手机要求.
投资铸造过程 完成视频 https://www.youtube.com/watch?v=NugdCiQ0uU8
4. 可以投资哪些材料?
投资铸造可容纳所有铸造过程中最广泛的合金范围,
允许工程师通过平衡强度来量身定制零件以苛刻的应用, 抗温度, 腐蚀性能和, 需要时, 生物相容性.
黑色合金
- 不锈钢 (300, 400 & pH系列): 普通等级包括CF ‑ 8 (AISI 304), 316L和17-4 PH.
他们提供拉伸的优势 600 到 1,300 MPA和屈服优势 500 和 1,100 MPA, 使它们非常适合在恶劣环境中耐腐蚀组件. - 碳 & 低合金钢: 等级，例如 4140 和 4340 以较低的成本提供韧性和抗疲劳性, 具有拉伸强度通常从 700 到 1,200 MPA.
镍碱超级合金
当高温度强度和抗蠕变抗性, 铸造厂转向inconel 718 和 625.
例如, 降水量不足 718 提供屈服优势到周围 1,035 MPA和最终的拉伸强度附近 1,240 MPA在室温下, 同时保持大量的强度 650 °C.
钴染色合金
COCRMO混合结合了出色的耐磨性和生物相容性, 使它们成为医疗植入物和气涡流组件中的主食.
这些合金通常具有1,000–1,350 MPa的最终拉伸强度，屈服强度为700-1,000 MPa.
钛 合金
ti -6al -4V (年级 5) 在航空航天和生物医学零件中脱颖而出.
它提供了最终的拉伸强度 862 和 1,200 MPA, 产生强度 786 到 910 MPA, 和周围的密度 4.43 g/cm³, 提供出色的强度比率.
铝 合金
A356等合金 (al -si -mg) 对于航空航天中的轻量级组件仍然很受欢迎, 汽车, 和电子产品.
它们通常提供约250-350 MPa的拉伸强度以及固有的耐腐蚀性.
基于铜的合金
青铜和 黄铜 变体提供耐磨和装饰应用, 拉伸强度通常跨越350-600 MPa, 取决于特定组成.
此外, 铸造厂正在扩展到玻璃和陶瓷核系统，以生产高级复合材料和下一代材料.
通过调整壳化学, 倦怠概况, 并倾泻温度, 他们满足每种材料的独特要求.
选择标准
在选择合金进行投资铸造时, 工程师专注于:
- 机械性能: 需要拉伸和屈服强度, 硬度和疲劳生活
- 热稳定性: 工作温度范围, 蠕变阻力和导热率
- 耐腐蚀性: 化学环境, 点缀和应力腐蚀敏感性
- 生物相容性: 细胞毒性, 植入物的离子释放和钝化行为
5. 铸造的设计 (DFC)
有效的铸造设计 (DFC) 直接转化为较高的收率, 降低成本, 和更快的周转.
通过应用以下准则, 工程师通常将废料率降低20-30％，并减少节后时间 40%.
保持统一的壁厚
- 推荐: 2–10毫米大多数合金 (变异±0.5 mm)
- 理由: 均匀的部分更均匀, 防止热点并降低孔隙率的风险. 最后, 您会看到更少的内部缺陷和更严格的维度控制.
合并足够的草稿角度
- 推荐: 0.5°–2°每侧在垂直面上
- 理由: 即使是小锥度，也可以减轻陶瓷壳的去除并最大程度地减少壳损坏. 因此, 您的收率增加和返工减少.
使用宽敞的鱼片和半径
- 推荐: 圆角半径≥壁厚或≥ 1 毫米, 较大的人
- 理由: 圆形过渡改善金属流动, 较低的应力浓度并帮助陶瓷层均匀地粘附. 反过来, 您实现了更一致的微观结构和更高的疲劳强度.
避免缩减和内部空腔
- 战略: 尽可能, 重新设计为穿透或拆分功能; 最小化核心使用.
- 益处: 简化几何形状削减工具复杂性, 缩短交货时间和每部分费用的费用 15%.
优化门控和立管位置
- 最佳实践: 将大门放在最重的部分中，立管上的高架高度高点.
- 结果: 受控金属流量和凝固降低了收缩孔隙度, 产生典型的废料减少5-10％.
计划完成津贴
- 津贴: 在临界表面上添加0.5–1.5毫米的库存
- 推理: 确保有足够的CNC材料或打磨可确保您达到公差目标 (通常±0.05 mm) 不追逐尺寸不足的铸件.
利用对称和模块化设计
- 技术: 镜像特征或将复杂零件分成更简单的子组件
- 优势: 较少的独特图案和贝壳降低工具成本10-20％, 而跨多个部分进行标准化流程.
6. 投资铸造过程的优势
投资铸造提供了精确的强大组合, 灵活性和效率. 关键好处包括:
- 卓越的维度精度
实现紧张的公差 (通常在±0.1 mm之内) 关于高度复杂的几何形状, 因此，零件直接符合模具的规格. - 上表面饰面
产生光滑的播放表面 (RA 1.2-3.2 µm), 反过来减少了对大量抛光或加工的需求. - 广泛的物质多功能性
从不锈钢和镍碱超级合金到钛和铝, 允许您为每个应用程序选择理想的合金. - 复杂的几何能力
霉菌底切, 薄壁和内部通道, 从而消除装配步骤和紧固件要求. - 整体, 无缝零件
创建无隔板或焊接接缝的单件组件, 改善结构完整性并简化完成操作. - 任何卷的可伸缩性
轻松适应小型原型运行和大量生产, 平衡工具成本与单位经济学. - 接近net形状效率
通过生产非常接近最终尺寸的零件来最大程度地减少废料和材料使用, 减少浪费和加工时间. - 设计自由
结合锋利的角落, 右角特征和复杂的细节，没有额外的收缩津贴, 简化从CAD到铸件的路径. - 环境和成本优势
与减法方法相比，减少能耗和原料废物, 有助于降低生产成本和环境影响.
7. 投资铸造的局限性
虽然投资铸造具有很大的优势, 它还带来了一定的局限性，工程师和制造商在选择适当的生产方法时必须考虑:
- 较高的初始工具成本
创建精确的蜡注入模具和陶瓷壳系统需要大量的前期投资, 除非设计复杂性证明它是合理的. - 交货时间更长
多步骤过程 - 从蜡模式创建到壳构建, 倦怠, 铸件, 并完成 - 可能需要几天到几周.
这种延长的周期时间限制了需要快速周转的项目的适用性. - 大小约束
投资铸件最适合中小型组件. 而零件到 100 可以产生公斤, 尺寸的准确性和外壳完整性变得更难随着尺寸的增加而保持. - 有限的壁厚
非常薄的墙 (通常在下面 1.5 毫米) 始终如一的挑战, 特别是大型零件, 由于快速冷却和外壳破裂风险. - 用反应合金限制物质限制
某些反应性金属，例如纯钛, 需要专门的环境 (例如。, 真空铸造) 避免污染, 增加了复杂性和成本. - 不理想的是大量的, 低复杂零件
对于以非常高的体积产生的简单几何形状, 诸如铸造或沙子铸造之类的过程通常会提供更好的每部分成本性能. - 外壳脆弱性在处理过程中
陶瓷外壳在射击前很脆弱. 干燥或脱水阶段的任何不当行为都可能导致裂缝, 导致铸造缺陷或报废.
8. 投资施法的应用
由于其能够生产复杂的能力，投资铸造在高性能行业中被广泛采用, 多种材料中的高精度组件.
它的多功能性使其在维度准确性的领域中特别有价值, 物质性能, 和表面表面很关键.
航天
- 涡轮刀片: 复杂的空气动力学轮廓和内部冷却渠道是投资以承受高温和压力的投资.
- 燃料喷嘴 & 燃烧组件: 精确铸造可确保耐受性和耐热性.
- 结构住房: 轻的, 强的, 和耐腐蚀合金 (例如。, 钛和inconel) 通常使用.
汽车
- 涡轮增压器轮: 投资铸造产生高RPM操作所需的复杂叶片和耐用材料.
- 排气歧管: 能够处理极端的热循环和腐蚀气体.
- 齿轮组件: 精密铸造减少了对辅助加工的需求.
医疗的
- 骨科植入物: 生物相容性合金（如钛和钴铬）被铸成髋关节, 膝盖成分, 和牙科框架.
- 手术器械: 复杂形状具有光滑饰面支持卫生, 功能, 和人体工程学设计.
活力, 油 & 气体
- 阀体 & 泵叶轮: 腐蚀- 和耐磨损的铸件高压处理, 高温环境.
- 钻井设备组件: 高强度合金确保在极端机械载荷下耐用性.
新兴领域
- 机器人技术: 轻的, 精确的组件是降低组装复杂性并提高运动效率.
- 可再生能源: 风力涡轮机组件, 液压控制部件, 和太阳能支架受益于耐腐蚀性和结构性精度.
- 消费电子产品: 高级设备中的外壳组件和小型机械零件利用铝和不锈钢铸件进行设计和功能集成.
9. 何时选择投资铸造
您应该选择投资铸造:
- 您需要复杂的形状: 内部段落, 薄壁, 或复杂的功能.
- 您需要紧张的公差: ±0.1 mm之内的零件精度.
- 量适合规模: 通常 50 到 100,000 每年单位证明工具投资是合理的.
- 材料需求很高: 合金需要精确的控制和细粒结构.
10. 创新 & 未来趋势
行业 4.0 数字化正在重塑投资铸造:
- 混合工作流程: 生产商现在3D式蜡或聚合物图案, 消除小批量运行的钢模具.
- IOT支持的监视: 智能传感器跟踪外壳温度和湿度, 进食AI模型，可实时优化过程参数.
- 下一个材料: 研究人员探索难治性金属和金属 - 马trix复合材料, 将温度限制推高 1,000 °C.
- 自动外壳处理: 机器人技术减少体力劳动并提高安全性, 而数字双胞胎模拟了整个铸造周期以预测缺陷之前.
11. 结论
投资铸造位于艺术与高科技的交汇处.
它产生复杂的能力, 高性能零件具有紧密的公差使其在航空航天中必不可少, 医疗的, 汽车, 和能源行业.
作为数字工具, 增材制造, 和高级材料汇合, 投资铸造将继续发展 - 促进创新并将精确制造推向未来.
在 这, 我们很乐意在设计过程的早期讨论您的项目，以确保选择任何合金或应用后处理后的任何合金, 结果将符合您的机械和性能规格.
讨论您的要求, 电子邮件 [email protected].
常见问题 (常见问题解答)
1. 什么是用于投资的用于?
投资铸造用于生产具有出色尺寸精度和表面饰面的复杂金属组件.
通常应用于航空航天, 汽车, 医疗的, 活力, 和工业机械行业.
2. 投资铸造的准确性?
对于小功能，投资铸造可以实现高达±0.1 mm的尺寸公差. 使用适当的设计和过程控制, 需要最少的后处理.
3. 在投资铸造中可以使用哪些材料?
可以施放多种多产和非有产性合金, 包括不锈钢, 碳钢, 铝, 钛, 钴粉, 和基于镍的超级合金.
4. 投资投资成本效益?
虽然工具成本比其他一些铸造方法高, 投资铸造对复杂零件变得具有成本效益, 高性能合金, 当需要最小的加工时.
5. 二氧化硅溶胶和水玻璃在投资铸造中有什么区别?
硅胶铸造提供更高的精度和更好的表面饰面, 使其适用于关键航空航天或医疗零件.
水玻璃铸造更经济，通常用于宽松公差的工业应用.
6. 投资铸造可以取代加工或焊接?
是的. 投资铸造通常通过生产近网状组件作为单个而消除对加工或焊接的需求, 整体零件 - 提高强度和减少组装时间.
7. 投资铸造的规模限制是什么?
大多数投资铸件从几克到 100 公斤, 尽管较小的零件从精确和细节中受益最大.
