Введение

Промышленный процесс, основанный на отливке из потерянного воска, является одним из старейших известных методов формования металла. Термин "изгубленный литье воска" также может относиться к современным процессам литья инвестиций. В течение последних 5000 лет инвестиционный литье использовался в различных формах. В своих самых ранних формах пчелиный воск использовался для формирования рисунков, необходимых для процесса литья. Сегодня для изготовления рисунков обычно используются более продвинутые воски, огнеупорные материалы и специальные сплавы. Инвестиционный литье ценится за его способность производить компоненты с точностью, повторяемостью, универсальностью и целостностью в различных металлах и высокопроизводительных сплавах. Хрупкие восковые узоры должны выдерживать силы, возникающие во время изготовления формы. Большая часть воска, используемого в литьевых конструкциях, может быть восстановлена и повторно использована. Литье из густой пены - это современная форма литья, которая исключает определенные этапы процесса. Инвестиционный литье называется так потому, что процесс инвестирует (окружает) образец огнеупорным материалом для изготовления формы, и расплавленное вещество вливается в форму. Материалы, которые могут быть отливлены, включают сплавы нержавеющей стали, латунь, алюминий, углеродистую сталь и стекло. Внутри отверстия огнеупорной формы имеется немного большая, но в остальном точная копия желаемой части. Из-за твердости используемых огнеупорных материалов, инвестиционное литье может производить продукты с исключительными качествами поверхности, что может уменьшить необходимость вторичных машинных процессов. Водяное стекло и силиконовый сплав являются двумя основными методами литья, используемыми в настоящее время. Основные различия заключаются в шероховатости поверхности и стоимости литья. Метод водяного стекла деваксифицируется в высокотемпературную воду, а керамическая форма изготовлена из кварцевого песка из водяного стекла. Метод силиконового соля деаксифицируется в огне, и силиконовый соль цирконовый песок делает керамическую форму. Метод силиконового соля стоит дороже, но имеет лучшую поверхность, чем метод водяного стекла. Этот процесс может быть использован как для небольших отливок в несколько унций, так и для больших отливок весом в несколько сотен фунтов. Это может быть дороже, чем литье под давлением или литье песком, но стоимость единицы снижается при больших объемах. Инвестиционный литье может производить сложные формы, которые были бы трудными или невозможными с другими методами литья. Он также может производить изделия с исключительными качествами поверхности и низкими допущениями при минимальной поверхностной отделке или обработке.

Процесс

Отливки могут быть изготовлены из оригинальной восковой модели (прямой метод) или из восковых копий оригинального образца, которые не должны быть изготовлены из воска (косвенный метод). Следующие шаги описывают косвенный процесс, который может занять от двух до семи дней. Создать образ: Художник или мастер создает оригинальный образец из воска, глины, дерева, пластика или другого материала. В последние годы производство шаблонов с использованием 3D-печати моделей, произведенных с помощью программного обеспечения для проектирования с помощью компьютера, стало популярным с использованием в основном стереолитографии на основе смолы (SLA) или 3D-принтеров DLP для шаблонов высокого разрешения или стандартной нити PLA, когда не требуется высокий уровень точности. Если используется 3D-печатный образец, перейдите непосредственно к шагу 5. Создание формы: формы, известные как мастер-пленка, делаются так, чтобы они соответствовали мастер-паттерну. Если мастер-паттерн был сделан из стали, мастер-меру можно отлить непосредственно из шаблона, используя металл с более низкой температурой плавления. Резиновые формы также могут быть отлиты непосредственно из мастер-паттерна. В качестве альтернативы, мастер-формы могут быть обработаны независимо, не создавая мастер-модель. Восковые узоры также могут быть преследуемы, что означает, что разделительные линии или вспышки вытираются с помощью нагретого металлического инструмента. Наконец, рисунки одеваются (устраняя недостатки), чтобы выглядеть как готовые предметы. Применяйте инвентарные материалы: керамическая форма, известная как инвентарь, изготавливается путем повторения ряда этапов - покрытия, штукатурки и закаливания - до тех пор, пока не будет достигнута желаемая толщина. Покрытие включает в себя погружение кластера рисунков в настойку из тонкого огнеупорного материала, а затем слив для создания однородного поверхностного покрытия. На первом этапе, также называемом первичным покрытием, используются тонкие материалы, чтобы сохранить мелкие детали от формы. При нанесении штукатурки грубые керамические частицы погружаются в жидкостное покрытие, помещаются в шлифовалку или наносятся материалами вручную. Закаливание позволяет покрытиям вылечиваться. Эти шаги повторяются до тех пор, пока вкладка не достигнет требуемой толщины. Обычно вкладные формы полностью высыхают, что может занять от 16 до 48 часов. Сушку можно ускорить, применив вакуум или свести к минимуму влажность окружающей среды. Вкладывающие формы также могут быть созданы путем помещения кластеров узлов в колбу, а затем залития сверху жидким вкладывающим материалом. Затем колба вибрирует, чтобы позволить застрявшему воздуху выйти и помочь вложению заполнить любые небольшие пустоты. Материалы: наиболее распространенными огнеупорными материалами, используемыми для создания инвестиций, являются: кремний, циркон, различные алюминиевые силикаты и алюминий. Кремний обычно используется в форме расплавленного кремния, но иногда используется кварц, потому что он дешевле. Силикаты алюминия представляют собой смесь алюминия и кремния, где обычно используемые смеси имеют содержание алюминия от 42 до 72%; при 72% алюминия соединение известно как мулит. Во время первичного покрытия обычно используются огнеупорные материалы на основе циркония, поскольку цирконий менее вероятно реагирует с расплавленным металлом. Смеси, используемые для удержания огнеупорного материала на месте, включают: этилсиликат (на основе алкоголя и химически установленный), коллоидная кремнезема (на водной основе, также известная как кремнезема, установленная путем сушки), натриевый силикат и гибрид этих, контролируемый по pH и вязкости. Разморозить: после полного отверждения керамических форм их переворачивают вверх ногами и помещают в печь или автоклав, чтобы растопить и/или испарить воск. Большинство повреждений оболочки происходит в этот момент, потому что используемые воски имеют коэффициент теплового расширения, который намного больше, чем окружающий их инвестиционный материал. Когда воск нагревается, он расширяется и вводит напряжение. Чтобы свести к минимуму эти нагрузки, воск нагревается как можно быстрее, чтобы внешние поверхности воска могли быстро плавиться и сливаться, создавая пространство для расширения остальной части воска. В некоторых ситуациях перед нагревом в форму могут быть просверлены отверстия, что�...

Противогравитационный литье

Вариант гравитационного литья состоит в заполнении формы с использованием вакуума. Общая форма этого называется процессом Хитчиннера в честь компании Hitchiner Manufacturing Company, которая изобрела эту технику. При этом методе формы имеют нисходящую заполняющую трубу, которая опускается в расплавленный металл. Вакуум втягивает расплавленный материал в полость; когда важные части затвердевают, вакуум высвобождается, а неиспользованный материал покидает форму. При этом используется значительно меньше материала, чем при гравитационном литье, поскольку не требуется затвердевание прута и некоторых ограждений. Этот метод более эффективен для металла, чем традиционное литье, потому что меньше материала затвердевает в системе закрытия. Гравитационный литье имеет только 15 - 50% добычи металла по сравнению с 60 - 95% для противогравитационного литья. Также меньше турбулентности, поэтому система закрытия может быть упрощена, поскольку ей не нужно контролировать турбулентность. Металл извлекается из-под верхней части бассейна, поэтому металл свободен от шлака и шлака (которые имеют более низкую плотность (легче) и плавают вверх в бассейн). Разница давления помогает металлическому потоку в каждой сложности формы. Наконец, можно использовать более низкие температуры, что улучшает структуру зерна.

Вакуумный литье под давлением

Вакуумный литье под давлением (ВПЛ), правильно называемый вакуумным ассистирующим прямым литьем, использует давление газа и вакуум для улучшения качества литья и минимизации пористости. Обычно VPC-машины состоят из верхней и нижней камер - верхняя камера, или плавильная камера, в которой размещается тигль, и нижняя камера литья, в которой размещается вкладышная форма. Обе камеры соединены небольшим отверстием, содержащим пробку. В нижней камере пропускается вакуум, в верхней - давление, а затем снимается пробка. Это создает наибольшую разницу давления для заполнения форм. Наиболее распространенными материалами для процесса вакуумного литья являются сплавы с высоким содержанием никеля и суперсплавы. Продукты турбокомпрессора являются распространенным применением для этого процесса литья, хотя он также регулярно используется в производстве серебряных и золотых украшений.

Подробности

Инвестиционный литье используется практически с любым литиным металлом. Однако наиболее распространены алюминиевые сплавы, сплавы меди и сталь. В промышленном применении ограничения размеров составляют несколько сотен килограммов. Типичные допуски составляют 0,1 мм для первых 25 мм (0,005 дюйма для первого дюйма) и 0,02 мм для каждого дополнительного сантиметра (0,002 дюйма для каждого дополнительного дюйма). Стандартная поверхностная отделка составляет 1,34 микрометра (50125 мкм) RMS.

История

История отливки воска, которая была потеряна, насчитывает тысячи лет. Его первое использование было для идолов, украшений и ювелирных изделий, используя натуральный пчелиный воск для узоров, глину для форм и ручные мел для печей. Примеры были найдены по всему миру, например, в идолах Хараппской цивилизации (25002000 до н.э.), в гробницах Тутанхамона в Египте (13331324 до н.э.), в Месопотамии, ацтеках и майя в Мексике и в цивилизации Бенина в Африке, где процесс производил подробные произведения искусства из меди, бронзы и золота. Одно из самых ранних известных применений процесса литья для инвестиций было обнаружено в предметах, найденных в "Пещере сокровищ", обнаруженной в Южном Израиле. Эти предметы были идентифицированы как сделанные около 3700 года до н.э. с использованием методов датирования углеродом 14. Самый ранний известный текст, описывающий процесс литья (Schedula Diversarum Artium), был написан около 1100 года н.э. Теофилом Пресвитером, монахом, который описал различные производственные процессы, включая рецепт пергамента. Эта книга была использована скульптором и ювелиром Бенвенуто Челлини (15001571), который в своей автобиографии подробно описал процесс литья, который он использовал для скульптуры Персея с головой Медузы, которая стоит в Loggia dei Lanzi во Флоренции, Италия. Инвестиционный литье стало использоваться в качестве современного промышленного процесса в конце 19 века, когда стоматологи начали использовать его для изготовления коронок и инлей, как описал Барнабас Фредерик Филбрук из Кансиль-Блаффс, штат Айова в 1897 году. Его использование было ускорено Уильямом Х. Таггарт из Чикаго, чья статья 1907 года описывала его разработку техники. Он также сформулировал восковую композицию с отличными свойствами, разработал инвестиционный материал и изобрел литейную машину под давлением воздуха. В 1940-х годах Вторая мировая война увеличила спрос на производство точных сетевых форм и специализированных сплавов, которые не могли быть сформированы традиционными методами или которые требовали слишком большой обработки. Промышленность обратилась к инвестиционному литью. После войны его использование распространилось на многие коммерческие и промышленные приложения, в которых использовались сложные металлические детали.

Приложения

Инвестиционный литье используется в аэрокосмической промышленности и в электроэнергетике для производства лопаток турбин сложных форм или систем охлаждения. Вскоре этот процесс стал отраслевым стандартом, позволяющим распределять вес по периметру головки дубинки. Другие отрасли, которые используют стандартные инвестиционные литые детали, включают военные, аэрокосмические, медицинские, ювелирные изделия, авиакомпании, автомобильные и гольф-клубы, особенно с начала технологии 3D-печати. С увеличением доступности 3D-принтеров с более высоким разрешением 3D-печать начала использоваться для изготовления гораздо более крупных жертвенных форм, используемых в инвестиционном литье. Planetary Resources использовала эту технику для печати формы для нового небольшого спутника, который затем погружается в керамику, чтобы сформировать инвестиционный отливку для титановой космической автобуса с интегральным топливным баком и встроенным кабельным маршрутизатором.