Литье по выплавляемым моделям | Процесс, материалы, плюсы и минусы

Обзор процесса литья по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям, также называемое литьем по выплавляемой восковой модели, — это технология производства с тысячелетней историей. Она известна возможностью получать детали с превосходной чистотой поверхности, высокой точностью размеров и сложными деталями. Этот процесс используется во многих отраслях, таких как авиакосмическая, автомобильная и медицинская, для создания деталей, которые трудно изготовить иными методами литья. Процесс литья по выплавляемым моделям демонстрирует универсальность и точность компании Investment & Precision Casting Ltd.

Процесс литья по выплавляемым моделям

Процесс литья по выплавляемым моделям включает несколько важных этапов. Ниже приведен поэтапный обзор:

Создание модели

Начинают с изготовления восковой модели, точно повторяющей форму будущей детали. Модель обычно создают методом впрыска: расплавленный воск заливают в металлическую форму и оставляют застывать.

Сборка восковых моделей и формирование «дерева»

После изготовления восковые модели собирают на литниковой системе, образуя конструкцию, напоминающую дерево. Это позволяет заливать несколько деталей одновременно, повышая эффективность процесса.

Формирование керамической оболочки

«Дерево» из воска погружают в керамическую суспензию, формируя вокруг моделей оболочку. Процесс повторяют несколько раз с промежуточной сушкой после каждой облицовки.

Удаление воска

Когда керамическая оболочка высохнет, воск расплавляют в печи, оставляя полую форму — отсюда и название «выплавляемые модели».

Плавка и заливка металла

Форму предварительно нагревают и заливают расплавленным металлом. Металл затвердевает в керамической форме, образуя конечную деталь.

Финишная обработка

После охлаждения керамическую оболочку разбивают, а детали отделяют от литниковой системы. Для достижения требуемых размеров и чистоты поверхности применяют шлифование, полирование или механическую обработку.

Обзор материалов, используемых в литье по выплавляемым моделям

Универсальность процесса проявляется в разнообразии доступных материалов. Выбор зависит от области применения, затрат, механических свойств и характеристик литья. Среди наиболее часто используемых — нержавеющая сталь, алюминий и специальные сплавы.

Процесс литья по выплавляемым моделям допускает использование широкого спектра материалов, каждый из которых имеет уникальные свойства:

Нержавеющая сталь

Благодаря коррозионной стойкости и отличным механическим характеристикам, нержавеющая сталь широко используется в пищевой, медицинской и морской отраслях.

Низколегированная сталь

Обладает лучшими механическими свойствами по сравнению с углеродистой сталью и применяется там, где требуются высокая прочность и вязкость. Низколегированная сталь обеспечивает надежные детали для суровых условий эксплуатации.

Литой алюминий

Легкий и устойчивый к коррозии, литой алюминий применяется в автомобилестроении и авиастроении.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь — экономичный материал с хорошим балансом прочности и гибкости, применяется в литье по выплавляемым моделям.

Суперсплавы

Суперсплавы выдерживают высокие температуры и агрессивные среды, применяются в авиационных двигателях и газовых турбинах.

Чугун

Чугун известен отличной литейностью и обрабатываемостью, часто используется в автомобильной и промышленной сферах.

Медные сплавы

Медные сплавы, включая латунь и бронзу, известны высокой проводимостью и коррозионной стойкостью.

Специальные сплавы

Специальные сплавы применяют там, где нужны уникальные свойства: высокая температура плавления, магнитные свойства или износостойкость. Примеры: титановые сплавы, кобальтовые сплавы и никелевые сплавы.

Обработка поверхности отливок

Обработка поверхности применяется для улучшения внешнего вида, повышения коррозионной стойкости, изменения свойств материала и защиты от внешних воздействий. Выбор метода зависит от требований к готовому изделию.

Основные методы обработки поверхности

Часто используются следующие методы:

Гальваническое покрытие

Гальваническое покрытие использует электрический ток для восстановления металлических ионов из раствора и нанесения тонкого равномерного металлического слоя на поверхность проводящего изделия. Изделие служит катодом, анод — металлической заготовкой. Покрытие повышает коррозионную и износостойкость, улучшает внешний вид и снижает трение.

Полировка

Полировка создает гладкую, блестящую поверхность с помощью абразивов и круговых движений, удаляя мелкие дефекты и придавая зеркальный блеск.

Поверхностное упрочнение

Поверхностное упрочнение выборочно делает твердой только наружную зону изделия, сохраняя вязкий и пластичный сердечник. Методы включают цементацию, нитроцементацию, лазерную закалку и др.

Порошковая окраска

Порошковое покрытие наносится электростатически заряженным порошком, затем изделие нагревается для спекания и формирования прочной, равномерной стойкой к коррозии поверхности.

Допуски при литье по выплавляемым моделям

Процесс обеспечивает повторяемые литейные допуски. Обычно достигаются ±0,003–±0,004 дюйма на дюйм (±0,076–0,102 мм/см) при многократных измерениях одной точки.

Факторы, влияющие на допуски:

• Геометрия детали: симметричные формы и равномерные стенки уменьшают вариации.

• Допуски оснастки: около 10 % от общей вариации.

• Вариации процесса: около 70 %, включая изготовление модели, оболочку и заливку.

Способы повышения точности:

• Переработка конструкции (добавление ребер, усилений).

• Настройка инструмента для впрыска воска после первых образцов.

• Выпрямление и отпуск.

• Дополнительный контроль и измерения.

• Механическая обработка.

В отдельных случаях можно достичь допусков ±0,002 дюйма (±0,051 мм), однако стандартный премиальный допуск составляет ±0,004 дюйма на дюйм.

Преимущества литья по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям обладает рядом преимуществ:

• Изготовление деталей практически любых размеров — от микроскопических до крупных.

• Выполнение сложных геометрий, недостижимых другими методами.

• Превосходная чистота поверхности и точность размеров без дополнительной механической обработки.

• Повторяемые литейные допуски.

• Отличные механические свойства и целостность структуры.

Особенности применения

Несмотря на преимущества, необходимо учитывать:

• Высокая стоимость оснастки для сложных форм.

• Ограничения по размеру, зависящие от возможностей литейного цеха.

• Сложности при изготовлении очень мелких или тонких деталей.

• Длительное время изготовления для сложных или крупных серий.

Заключение

Литье по выплавляемым моделям — универсальный метод для получения сложных деталей с высокой точностью и превосходным качеством поверхности. Выбирая его, учитывайте требования проекта: материал, обработку поверхности и допуски.