Инвестиционная литья (Investment Moulding): надежный метод литья точных металлических компонентов

Что такое инвестиционная литья?

Инвестиционная литья (investment moulding), также известная как инвестиционное литье (investment casting) или литье в выплавляемых моделях (lost wax casting) — процесс изготовления металлических компонентов, деталей машин. Это один из литейных методов, относительно экономичный и универсальный, но более трудоемкий по времени. Процесс литья металлов должен соответствовать строгим требованиям. Например, процесс должен быть термоустойчивым, так как изделия литутся из расплавленного металла.

Кроме того, подчеркивается точность отливок, получаемых этими процессами. Различные механические операции могут стоить дорого и требовать больших усилий. Однако с инвестиционной литьей процесс изготовления отливок может обойтись без чрезмерной механической обработки, за исключением финального шлифования поверхности.

Как работает инвестиционная литья?

Процессы инвестиционной литья завершаются формовкой восковых моделей и литьем металлов. То есть перед литьем металлов сначала изготавливают восковые модели, затем металлы литуются в них.

Формовка восковых моделей делится на четыре этапа: литье восковых моделей, сборка восковых моделей, формирование оболочки, удаление воска. Литье металлов делится на: литье металла, разделку и кастомизацию.

Литье восковых моделей

Первый этап — заливка воска в металлическую прессовую форму (обычно алюминиевую). Остывшие восковые модели должны быть больше конечных металлических изделий, так как металлы расширяются при нагреве и усаживаются при остывании.

Сборка восковых моделей

После остывания модели окунают в горячее железо, чтобы модели сцепились, создавая так называемую систему подачи металла. Система подачи образует полости для последующей заливки расплава — ключевой этап точного литья, снижающий потребность в механической обработке готовых изделий.

Формирование оболочки

Затем собранные модели (систему подачи) окунают в керамический раствор (slurry), вручную, чтобы избежать несовершенств от машины. Потом укрепляют песчаным штукатурным слоем (stucco) и сушат. Окование в slurry и покрытие штукатуркой повторяют до достижения нужной толщины оболочки (~0.3 дюйма), процесс занимает около 5 дней.

Удаление воска

После образования толстой сухой восковой модели ее помещают в автоклав (камеру с горячим паром) на 5-10 минут, чтобы выплавленный воск вышел из оболочки или керамической формы. После удаления воска и полной сушки оболочки процессы формовки завершены.

Литье металла

Перед заливкой расплава оболочку нагревают в печи 2-3 часа для укрепления и стабилизации свойств, снижая взаимодействие расплава и оболочки.

Когда металл становится жидким и достигает ~1200°C (2200°F), его льют в полость оболочки и дают остыть и затвердеть. Алюминий остывает ~2 часа, сталь — 4-5 часов. Затем керамическую оболочку разбивают, остается готовая металлическая деталь для следующего этапа (5-10 минут).

Разделка и кастомизация

Наконец, систему подачи металла отрезают и шлифуют для финишной отделки поверхности готовых изделий, после чего их можно реализовывать.

Инвестиционная литья против литья в песке

Инвестиционная литья — аналог литья в песке, где воск заменяют песком. Различия: сложность процесса, требуемые формы, потребность в механической обработке.

Сложность процесса

Процессы инвестиционной литья более сложны, так как она ориентирована на интеграцию формы для соответствия требуемым изделиям. Изделия из песка менее универсальны, поэтому процессы проще и меньше.

Требуемые формы

Инвестиционная литья требует больше этапов для изготовления формы и изделия, так как единственная форма покрывает всю конфигурацию изделия. В литье в песке формовка проще и требует меньше шагов. Для нужной конфигурации в песке нужны две половинки формы на одно изделие — больше, чем в инвестиционной литье.

Потребность в механической обработке

Из-за большей сложности инвестиционной литья интеграция и совершенство формы выше, поэтому механическая обработка менее требуется. Формы песка грубее, поэтому позже нужна больше механической обработки для достижения геометрии готовых изделий.

Инвестиционная литья против литья под давлением (die-casting)

Другой метод — литье под давлением (die-casting). Он преобразует электрическую энергию в тепловую и создает искры от электродов для формирования полостей форм. Процессы выполняются станком ЭОС (EDM), электроды из серого чугуна, что требует электропроводящих заготовок. Это ограничивает применимость ЭОС. Керамические формы инвестиционной литья гораздо универсальнее.

Однако по эффективности работы литье под давлением превосходит инвестиционную литье, так как свободно от сложных процессов. Выбор между ними зависит от предпочтений производителя: универсальность литейного метода vs эффективность работ.