Инвестиционное литье: история, процесс и современные техники

Инвестиционное литье — одно из вековых металлургических процессов, датируемое 5000 годами назад. В ранних формах для моделей использовали пчелиный воск. Сегодня применяют более продвинутые воски, огнеупоры и специальные сплавы. Расплавленный металл разливают в расходную форму из огнеупорной керамики с восковой моделью внутри. Воск выплавляют, расплавленный металл затвердевает внутри керамической формы, затем металлическая литая деталь извлекается. Поэтому инвестиционное литье часто называют «lost-wax casting» (литье в выплавляемых восковых моделях).

Инвестиционное литье так названо, потому что процесс «инвестирует» (обволакивает) модель огнеупорным материалом для создания формы, в которую разливают расплав. Большинство металлов можно изготовить инвестиционным литьем: алюминиевые сплавы, латунь, медные сплавы, бронзовые, стальные, чугун, нержавеющая сталь.

Полость внутри огнеупорной формы — точная копия желаемой детали. Благодаря твердости используемых огнеупоров, процесс lost wax casting обычно дает сложные высокоточные детали с отличной чистотой поверхности, такие как турбинные лопатки или компоненты огнестрельного оружия. Высокотемпературные применения также распространены: детали для авто, авиации и военной промышленности. Иногда инвестиционное литье может снизить или даже исключить необходимость механической обработки, что часто является единственным способом экономичного изготовления детали.

Водное стекло и силикасоль — два основных метода инвестиционного литья сегодня. Главные различия — в шероховатости поверхности и стоимости. Метод водного стекла выплавляет воск в горячей воде, керамическая форма из кварцевого песка на водном стекле. Метод силикасоли выплавляет воск в вспышке огня, керамическая форма из циркониевого песка на силикасоли. Метод силикасоли дороже, но дает лучшую поверхность. Precise Cast предлагает оба метода как опции для клиентов разных отраслей, покрывающие различные весовые категории литьевых компонентов.

Основные этапы процесса инвестиционного литья

Этапы инвестиционного литья в Precise Cast:

Мы производим инвестиционные литья высшего уровня в различных размерах и формах. В нашем литейном цехе процесс осуществляется с самыми передовыми технологиями в Китае. На всех этапах доступны все металлические сплавы, мы можем кастомизировать инвестиционные литья под ваши материаловые спецификации.

Проектирование и изготовление формы для инвестиционного литья:

Первый шаг процесса металлического инвестиционного литья, основа для достижения прецизионных продуктов и базовый шаг для изготовления восковых моделей. Precise Cast имеет мировые CNC-обрабатывающие центры для производства высокоточных литейных форм и предлагает услуги быстрого инструментария для клиентов.

Изготовление восковых моделей:

Модель, дублирующая геометрию готовой детали, делается двумя основными методами:

• Изготовление воскового впрыска: восковая модель получается впрыском воска в форму. Получаем модель с требуемыми размерами. Затем повторяем впрыск для большего количества восковых моделей.
• 3D-печать восковой модели.

Сборка восковых моделей:

После изготовления восковые модели собирают в вливки, затем в готовое дерево, готовое к окунанию.

Окунание (Stuccoing):

После нанесения шламкового покрытия на поверхность влажного собранного дерева насыпают песчинки, что помогает утолщить и укрепить слой покрытия на поверхности восковой сборки.

Выплавка воска (Dewaxing):

Воск внутри только что созданной оболочки удаляют помещением оболочки в автоклав для паровой выплавки или в печь вспышки. Воск плавится и вытекает через вливку и вливной конус при высокой температуре. Керамические оболочечные формы должны быть обожжены для сжигания последних следов моделировочного материала и предварительного нагрева формы перед литьем. Обычно в диапазоне 1600–2000 °F, поэтому инвестиционное литье также называют «lost wax casting».

Литье (Casting / Pouring):

Расплавленный металл разливают в предварительно нагретые полости форм. Литье — ключевой этап всего процесса инвестиционного литья.

Охлаждение:

Форма стоит, чтобы расплавленный металл остыл и затвердел при комнатной температуре, становясь готовыми литьями.

Удаление оболочки (Shell Removal):

Материал оболочки удаляют процессами вроде стука, вибрации или пескоструя со стальными частицами.

Отрезка литьев (Cut Off Castings):

Готовые литые детали отрезают от системы вливания и вливок, затем удаляют лишний металл с тела литья шлифованием.

Отделка (Finishing):

Затем применяют различные операции отделки: термическая обработка, шлифовка, полировка, зачистка/пескоструйная обработка, покрытие для достижения требуемой конечной поверхности.

• Термическая обработка: может улучшить механические свойства заготовок. Основные процессы: нормализация, отпуск, отжиг, закалка и отпуск, цементация.
• Зачистка/пескоструйная обработка: для удаления накипи и улучшения чистоты поверхности инвестиционные литья обрабатывают мелкими стальными шариками.
• Антикоррозийное масло/покрытия: для предотвращения ржавления литья окунают в антикоррозийную воду или масло. Другие обработки поверхности также можно выполнить на этом этапе: покраска, оцинковка.

Контроль качества (Quality Inspection):

Контроль — один из важнейших этапов контроля качества деталей инвестиционного литья. После завершения операций отделки детали инспектируют согласно техническим чертежам и требованиям. Визуальный и флуоресцентный проникающий контроль для поверхностей, рентген — для выявления подповерхностных дефектов.

Основные области применения инвестиционного литья

• Инвестиционное литье полезно для литья металлов с высокой температурой плавления. Благодаря разнообразию производимых изделий, оно имеет универсальные отраслевые применения.
• Типичные детали инвестиционного литья: сложные структуры — турбинные лопатки, компоненты огнестрельного оружия (корпусы приводов, спусковые крючки, курки). Инвестиционные литья используют производители оборудования для пищевой промышленности и международные производители предохранительных клапанов нефтегазовой отрасли. Широко применяются в авиации, медицине, ювелирке, автопроме, авиации, военной промышленности.
• Компоненты, изготовленные инвестиционным литьем: стоматологические накладки, шестерни, кулачки, защелки, ювелирные изделия, компоненты механизмов и другие детали сложной геометрии. Можно сказать, что независимо от вашей отрасли, если бизнес может выиграть от преимуществ деталей инвестиционного литья, они могут стать идеальным металлическим вариантом для любых ваших проектов.

Преимущества процесса инвестиционного литья

Диапазон размеров:

Можно производить литья более 1000 фунтов, хотя большинство деталей инвестиционного литья мелкие. Эта мощность ограничена небольшим числом литейных заводов и требует специальных методов. Для большинства деталей вес обычно от унции до 20 фунтов.

Многофункциональность и сложные формы:

• Инвестиционное литье достигает высокоточных допусков и сложных внешних контуров деталей, может удовлетворить технические требования, недоступные станкам. Позволяет деталям достичь стандарта чистой формы (net shape) или близкой к чистой (near-net shape), что сильно снижает затраты на постобработку.
• Процесс инвестиционного литья — лучшая альтернатива сварке и сборочным процессам. Может реализовать объединение множества компонентов в одно литье, что не только снижает производственную сложность, но и повышает эффективность и размерную точность.

Точность и гладкая поверхность:

• Впрыск воска в полированную алюминиевую форму дает гладкую модель. Стандарт — 125 микро-дюймов (Ra ~3.2 мкм), еще более тонкие поверхности распространены.
• Керамическая оболочка строится на модели. В отличие от двух половинок формы в песчаном литье, инвестиционное литье не имеет разделительной линии для своей единственной формы. Стандарт поверхностных дефектов согласуется с заказчиком на основе функции.

Размерная точность:

• Обычно стандартный допуск для первого дюйма инвестиционного литья — ±0.010 дюйма, для каждого последующего дюйма — ±0.004 дюйма.
• Этап проектирования чертежа может снизить или исключить последующие требования к механической обработке литьев по сравнению с той же деталью без проектирования чертежа.
• Будь то литье, механически обработанная деталь или сборочный компонент, стоимость производства прямо пропорциональна требованию к размерной точности. Через строгий обзор дизайна детали допуски, подрезки, слепые отверстия и т.д. модифицируются для повышения выхода и снижения стоимости заготовки. Чем выше точность допусков литья, тем меньше последующая механическая обработка требуется для инвестиционных литьев по сравнению с другими традиционными литьями или сборочными компонентами.

Качество и целостность:

Жизненно важная характеристика процесса — целостность литья. Инвестиционное литье имеет долгую историю обслуживания требовательных секторов: газотурбинные двигатели, нефтегаз, химия, оборона, медицина.

Предостережения при использовании инвестиционного литья

Стоимость обработки:

Для малых объемов инвестиционное литье может быть дороже других процессов, если преследуется инструментарий. В таком случае SLA или 3D-печать может быть экономичной альтернативой (даже для единицы). Начальная стоимость формы также ключевой фактор. Форма инвестиционного литья обычно состоит из множества частей, собранных для сложных форм. Эта ранняя стоимость не незначительна, но может быть компенсирована отсутствием последующей механической обработки и/или сборки.

Ограничения по размеру:

Инвестиционное литье способно создавать детали с большим диапазоном размеров и меньшими ограничениями по сравнению с другими процессами, например песчаным литьем.

Время:

По сравнению с другими процессами, хотя многоэтапный процесс инвестиционного литья занимает больше времени, он требует меньше последующих CNC-операций.

Наше оборудование

Название оборудования	Количество	Средний срок службы
Восковпрысковая машина	30 комплектов	4 года
Вибрационно-полировальная машина	12 комплектов	3 года
Водная сварка	3 комплекта	3 года
Сварочная машина	15 комплектов	4 года
Расточная машина	2 комплекта	5 лет
Печь термической обработки	2 комплекта	5 лет
Полировочно-шлифовальный стенд	50 комплектов	4 года
Пескоструйная машина	15 комплектов	8 лет
Синтеринговая печь	9 комплектов	8 лет
Промывочная машина	10 комплектов	8 лет
Швейцарский CNC автоматические токарные	20 комплектов	4 года
CNC токарные	30 комплектов	5 лет
CNC обрабатывающие центры	25 комплектов	4 года
Резьбонарезные и сверлильные блоки	80 комплектов	6 лет

Вы получите лучший сервис в Precise Cast, так как мы можем удовлетворить все ваши уникальные потребности в быстром прототипировании инвестиционным литьем. Мы обеспечиваем постоянную и последовательную поставку услуг быстрого прототипирования и серийного производства, стремясь превратить ваши дизайнерские идеи в реальность. Если у вас есть специфические требования к прототипам инвестиционного литья, запросите котировку для получения дополнительной информации.