JĘZYK 
Dom / Aktualności / Wiadomości branżowe / Odlewanie wosku z aluminium: proces odlewania metodą inwestycyjną i przewodnik po stopach
Odlew woskowy z aluminium , dokładniej znany jako odlewanie metodą traconego wosku lub odlewanie stopów aluminium w traconym wosku, to proces produkcyjny, podczas którego wytwarza się części aluminiowe w kształcie netto lub w kształcie zbliżonym do netto poprzez wlewanie stopionego aluminium do ceramicznej skorupy zbudowanej wokół jednorazowego wzoru wosku. Bezpośrednia odpowiedź na pytanie, które większość kupujących zadaje w pierwszej kolejności: tak, aluminium można odlewać metodą traconego metodą traconego aluminium, a gdy geometria części jest złożona, cienkościenna lub wymaga wąskich tolerancji wymiarowych bez ciężkiej obróbki wtórnej, odlewanie aluminium w wosku jest bardzo często najbardziej opłacalną metodą uzyskania końcowego komponentu.
W tym przewodniku omówiono, jak faktycznie przebiega ten proces na hali produkcyjnej, które stopy aluminium zachowują się dobrze w powłoce z wzorem wosku, gdzie proces jest lepszy od odlewania ciśnieniowego lub piaskowego, a gdzie nie, jakie tolerancje i wykończenia powierzchni są realistyczne, w jaki sposób pojawiają się defekty i jak im zapobiegać oraz o co kupujący powinien zapytać dostawcę przed złożeniem zamówienia. Każda sekcja została napisana tak, aby można ją było bezpośrednio wykorzystać, a nie tylko przeczytać.
Najważniejsze fakty dotyczące odlewów inwestycyjnych z aluminium w skrócie
| Parametr | Typowy zasięg | Notatki |
|---|---|---|
| Masa części | 0,02 kg – 25 kg | Możliwe są cięższe części, ale są one mniej powszechne ze względu na ograniczenia wytrzymałości skorupy |
| Grubość ścianki | 1,5 mm – 50 mm | Poniżej 1,5 mm istnieje ryzyko niepełnego wypełnienia (nieprawidłowego przebiegu) |
| Tolerancja liniowa | ±0,13 mm do ±0,25 mm na 25 mm | Mocniejsze niż odlewanie piaskowe, luźniejsze niż obróbka CNC |
| Chropowatość powierzchni (w stanie odlewu) | Ra 1,6 – 3,2 mikrometra | Porównywalny z odlewaniem ciśnieniowym, lepszy niż odlewanie piaskowe |
| Temperatura zalewania | 680 stopni C – 760 stopni C | Zależne od stopu; A356 zwykle wylewa się w temperaturze około 705 stopni C |
| Temperatura wstępnego podgrzewania skorupy | 150 stopni C – 550 stopni C | Wyższe nagrzanie poprawia wypełnienie cienkich przekrojów |
| Typowy czas realizacji (oprzyrządowanie plus pierwszy artykuł) | 4 – 8 tygodni | Szybkie oprzyrządowanie lub wydrukowane wzory 3D mogą skrócić ten czas do 1-2 tygodni |
Jak faktycznie działa odlewanie wosku z aluminium, krok po kroku
Proces odlewania metodą traconego aluminium przebiega według tej samej logiki, co w przypadku odlewów precyzyjnych ze stali lub stopów miedzi, ale temperatury zalewania, projekt wlewu i skład powłoki są dostosowywane, ponieważ aluminium zachowuje się inaczej w formie ceramicznej niż metale żelazne. Poniżej znajduje się sekwencja, przez którą część faktycznie przechodzi od pliku 3D do gotowego produktu odlew aluminiowy .
Krok 1: Wstrzyknięcie oprzyrządowania i wzoru wosku
Matryca z hartowanej stali narzędziowej lub aluminium jest obrabiana maszynowo do kształtu części, nieco powiększona, aby uwzględnić skurcz zarówno wosku, jak i aluminium. Roztopiony wosk, zazwyczaj mieszanina parafiny i żywic naturalnych, jest wtryskiwany do tej matrycy pod niskim ciśnieniem i schładzany do momentu zestalenia się, tworząc woskową replikę końcowej części. W przypadku krótkich serii produkcyjnych lub prototypów wzór wosku jest coraz częściej wytwarzany poprzez bezpośrednie drukowanie 3D z żywicy woskopodobnej do odlewania, co całkowicie eliminuje etap oprzyrządowania i znacznie skraca czas realizacji.
Krok 2: Montaż drzewa woskowego
Do centralnego wlewu wosku przymocowanych jest wiele wzorów wosku, tworząc coś, co odlewnie nazywają drzewem lub kępą. Konstrukcja wlewu i wlewu na tym etapie określa, jak równomiernie roztopione aluminium wypełni każdą wnękę, a nieprawidłowe wlewy są jedną z najczęstszych przyczyn porowatości i błędów w późniejszym procesie.
Krok 3: Budowa skorupy ceramicznej
Drzewo woskowe zanurza się wielokrotnie w zawiesinie ceramicznej, a następnie pokrywa drobnym lub grubym piaskiem ogniotrwałym, nakładając warstwę po warstwie z czasem schnięcia pomiędzy każdym zanurzeniem. Typowa powłoka do odlewu aluminium wymaga od 5 do 9 warstw, czyli mniej niż 8 do 12 warstw typowych dla odlewów stalowych, ponieważ niższa temperatura odlewania aluminium powoduje mniejsze naprężenia termiczne na skorupie.
Krok 4: Odwoskowanie
Powłoka, teraz całkowicie utwardzona, jest umieszczana w autoklawie parowym lub piecu opalanym błyskawicznie, gdzie wosk znajdujący się w środku topi się i jest odzyskiwany do ponownego użycia. Dlatego ten etap nazywa się odlewaniem w wosku traconym; wzór wosku jest poświęcany, aby jego dokładny negatywowy kształt pozostał wewnątrz ceramicznej powłoki.
Krok 5: Wypalanie i podgrzewanie powłoki
Pustą skorupę ceramiczną wypala się w wysokiej temperaturze w celu wypalenia resztek wosku i wilgoci, a następnie podgrzewa bezpośrednio przed wylaniem. Temperatura wstępnego podgrzewania jest kluczową dźwignią w przypadku aluminium: ponieważ aluminium twardnieje szybko w porównaniu z żelazem lub stalą, zbyt zimna skorupa spowoduje przedwczesne zamrożenie, zanim cienkie sekcje całkowicie się wypełnią.
Krok 6: Nalewanie
Roztopione aluminium, zwykle stop A356, A357, 355 lub 713, wlewa się do podgrzanej skorupy grawitacyjnie lub przy pomocy próżni lub siły odśrodkowej, aby pomóc wypełnić cienkie ścianki i skomplikowane detale. Odlewanie wspomagane próżniowo jest powszechne, zwłaszcza w przypadku aluminium, ponieważ metal jest podatny na tworzenie się warstwy tlenku i uwięzienie gazu, a kontrolowana atmosfera ogranicza oba te zjawiska.
Krok 7: Usunięcie i odcięcie skorupy
Po ochłodzeniu ceramiczna skorupa jest rozbijana za pomocą wibracji, strumieniowania wody lub mechanicznego wybijania, odsłaniając aluminiowe drzewo. Poszczególne części są następnie wycinane z wlewu za pomocą piły taśmowej lub tarczy ściernej.
Krok 8: Zakończenie operacji
Bramy są szlifowane na płasko, części są poddawane obróbce cieplnej, jeśli wymaga tego stop i zastosowanie, a kontrola końcowa sprawdza wymiary z rysunkiem. Typowe etapy wykańczania odlewów aluminiowych obejmują obróbkę cieplną T6, śrutowanie, chemiczne powlekanie konwersyjne, anodowanie lub malowanie proszkowe, w zależności od końcowego zastosowania.
Które stopy aluminium są faktycznie używane w odlewaniu wosku
Nie każdy stop aluminium jest dobrym kandydatem do odlewania metodą traconą. Stopy odlewnicze zawierają krzem specjalnie w celu poprawy płynności, ponieważ stopione aluminium musi przejść przez cienkie kanały powłoki ceramicznej, zanim zastygnie. Poniższa tabela zawiera listę stopów, które najczęściej pojawiają się w rzeczywistych wycenach produkcyjnych.
| Stop | Kluczowa kompozycja | Typowy przypadek użycia |
|---|---|---|
| A356.0 | Al-7Si-0,3Mg | Wsporniki lotnicze, obudowy konstrukcyjne, ogólne części precyzyjne |
| A357.0 | Al-7Si-0,5Mg (wyższa czystość niż A356) | Części lotnicze i obronne wymagające większej wytrzymałości po obróbce T6 |
| 355.0 | Al-5Si-1,3Cu-0,5Mg | Obudowy pomp, elementy hydrauliczne wymagające umiarkowanej wytrzymałości |
| 713.0 | Al-7,5Zn-0,7Cu | Części wymagające odlewania bez obróbki cieplnej, okucia morskie |
| 354.0 | Al-9Si-1,8Cu-0,5Mg | Wytrzymałe komponenty lotnicze i do sportów motorowych |
Wśród nich A356 pozostaje domyślnym wyborem dla większości komercyjnych odlewów aluminiowych ponieważ równoważy lejność, właściwości mechaniczne po obróbce cieplnej i koszt. Kupujący, którzy potrzebują oszczędności masy w porównaniu z odlewami precyzyjnymi z żeliwa lub stali, ale nadal potrzebują precyzji wymiarowej w procesie inwestycyjnym, zazwyczaj rozpoczynają rozmowę na temat stopu z A356 przed rozważeniem powyższych opcji o wyższej wydajności.
Właściwości mechaniczne odlewanych stopów aluminium po obróbce cieplnej
Tolerancja ciągnienia to tylko połowa tego, co kupujący musi wiedzieć przed zatwierdzeniem stopu odlewniczego; druga połowa to to, co stop może faktycznie wytrzymać w eksploatacji po przejściu cyklu obróbki cieplnej. Odlewnie odlewnicze zazwyczaj zgłaszają właściwości w dwóch stanach: po odlaniu (stan F) i po obróbce cieplnej (stan T6), a różnica między nimi jest na tyle duża, że określenie niewłaściwego stanu na rysunku jest jedną z najczęstszych przyczyn awarii części w praktyce, mimo że jest ona prawidłowa pod względem wymiarów.
| Stop / Temper | Wytrzymałość na rozciąganie | Siła plonu | Wydłużenie | Twardość Brinella |
|---|---|---|---|---|
| A356-T6 | 228 MPa | 165 MPa | 3,5 proc | 75 HB |
| A357-T6 | 317 MPa | 248 MPa | 5 procent | 95HB |
| 355-T6 | 241 MPa | 172 MPa | 2 procent | 80 HB |
| 713-F (w stanie odlewu) | 207 MPa | 145 MPa | 3 procent | 70 HB |
| 354-T6 | 310 MPa | 260 MPa | 2 procent | 100 HB |
Liczby te są reprezentatywnymi wartościami zaczerpniętymi z długoletnich arkuszy danych stopów odlewniczych stowarzyszeń aluminiowych stosowanych w całej branży; Wyniki poszczególnych odlewów będą się nieco różnić w zależności od czystości stopu, szybkości chłodzenia w przekroju i konkretnego harmonogramu starzenia stosowanego podczas obróbki T6. A357, który zawiera bardziej rygorystyczną kontrolę dodatków żelaza i berylu w porównaniu do A356, jest stopem z wyboru, gdy projekt wymaga najwyższego stosunku wytrzymałości do masy dostępnego w przypadku standardowego stopu do odlewania metodą traconego węgla.
Wydajność zmęczeniowa jest często właściwością, która faktycznie decyduje o wyborze stopu na elementy obrotowe lub wibrujące. Zarówno A356, jak i A357 dobrze radzą sobie pod względem zmęczenia w porównaniu z odlewem ciśnieniowym aluminium, ponieważ proces odlewania metodą traconego węgla, w połączeniu z prasowaniem izostatycznym na gorąco, jeśli jest to określone, zamyka porowatość wewnętrzną, która w przeciwnym razie działałaby jako miejsce inicjacji pęknięć pod cyklicznym obciążeniem. W przypadku części, w przypadku których podczas eksploatacji występują rzeczywiste cykliczne zmiany zmęczenia, takich jak elementy zawieszenia lub obudowy obrotowe, warto omówić z odlewnią prasowanie izostatyczne na gorąco, nawet jeśli zwiększa to koszty, ponieważ wynikająca z tego poprawa trwałości zmęczeniowej jest często znaczna.
Opcje wykańczania powierzchni i powlekania odlewów aluminiowych
Powierzchnia odlewu aluminiowego jest już gładsza niż w przypadku odlewu ciśnieniowego lub odlewu piaskowego prosto z powłoki, ale większość zastosowań komercyjnych nadal wymaga wtórnej obróbki powierzchni w celu ochrony przed korozją, wyglądu kosmetycznego lub przygotowania powierzchni do montażu z innymi komponentami.
Śrutowanie i wykańczanie wibracyjne
Najczęstszym pierwszym krokiem po usunięciu bramy jest piaskowanie przy użyciu szkła lub tlenku glinu, co pozwala uzyskać jednolitą matową teksturę i usunąć wszelkie pozostałości powłoki z powierzchni. W przypadku części produkowanych masowo na drzewie często stosuje się zamiast tego bębnowanie wibracyjne z mediami ceramicznymi, co jest bardziej ekonomiczne w przeliczeniu na sztukę, ale mniej kontrolowane w przypadku złożonej geometrii wewnętrznej.
Chemiczna powłoka konwersyjna
Aby poprawić odporność na korozję i zapewnić warstwę bazową do późniejszego malowania, stosuje się chromianową lub niechromianową powłokę konwersyjną. Jest to powszechne w przypadku części lotniczych i obronnych, gdzie odlew będzie później malowany lub gdzie wymagana jest czysta odporność na korozję w łagodnym środowisku.
Anodowanie
Anodowanie kwasem siarkowym typu II i anodowanie twarde typu III są stosowane w przypadku odlewanych części aluminiowych, chociaż odlewnie generalnie zalecają pamiętanie o zawartości krzemu i porowatości, ponieważ stopy odlewnicze o większej zawartości krzemu, takie jak A356, anodują do nieco matowego, bardziej szarego wykończenia niż stopy aluminium do obróbki plastycznej. Anodowanie twardą powłoką zapewnia znaczną odporność na zużycie powierzchni odlewu i jest często stosowane w przypadku części, które podczas pracy mają kontakt ślizgowy.
Malowanie proszkowe i mokra farba
W przypadku części, dla których kolor kosmetyczny ma większe znaczenie niż podstawowa odporność na korozję powodowaną przez samą warstwę tlenku glinu, malowanie proszkowe na powłokę konwersyjną zapewnia trwałe, jednolite wykończenie w zasadniczo dowolnym kolorze i jest powszechne w obudowach przeznaczonych dla konsumentów i elementach sprzętu zewnętrznego.
Obróbka po odlewie
Każda powierzchnia, która łączy się z inną częścią, uszczelnia uszczelkę lub ma gwintowany otwór, jest zwykle pozostawiana z dodatkowym zapasem w postaci wosku i wykańczana na frezarce lub tokarce CNC po odlaniu. Określanie tylko tych powierzchni, które naprawdę wymagają obróbki, zamiast obróbki całej części, to jeden z najprostszych sposobów na obniżenie całkowitego kosztu jednostkowego przy jednoczesnym zachowaniu tolerancji funkcjonalnych tam, gdzie ma to znaczenie.
Metody kontroli jakości stosowane w odlewach aluminiowych
Ponieważ wewnętrznego stanu odlewu nie można ocenić na zewnątrz odlewu, odlewnie polegają na kombinacji metod kontroli obejmujących cały proces produkcyjny, a nie na pojedynczej kontroli końcowej.
| Metoda inspekcji | Co wykrywa | Kiedy jest używany |
|---|---|---|
| Kontrola wizualna i wymiarowa | Wady powierzchniowe, wypływki, odchyłki wymiarowe | Każda partia produkcyjna |
| Radiografia rentgenowska | Porowatość wewnętrzna, skurcz, wtrącenia | Elementy krytyczne lub związane z bezpieczeństwem |
| Kontrola penetracyjna barwnika | Pęknięcia powierzchniowe | Części wymagające zmęczenia lub ciśnienia |
| Próba ciśnieniowa lub szczelności | Porowatość ścianki wpływająca na uszczelnienie | Obudowy hydrauliczne i pneumatyczne |
| Kontrola współrzędnościowej maszyny pomiarowej | Precyzyjne wymiarowanie geometryczne | Kontrola pierwszego artykułu i audyty okresowe |
| Weryfikacja składu chemicznego | Potwierdza, że stop jest zgodny ze specyfikacją | Przyjmowanie surowców i okresowe kontrole stopu |
Przydatnym nawykiem każdego kupującego po raz pierwszy zaopatrującego się w aluminiowe odlewy inwestycyjne jest zażądanie raportu z kontroli pierwszego artykułu wraz z początkową wysyłką. Ten raport wiąże rzeczywiste zmierzone wymiary rzeczywistych części z rysunkiem i jest najszybszym sposobem wykrycia problemu z oprzyrządowaniem lub naddatkiem skurczu, zanim stanie się on pełną serią produkcyjną części poza tolerancją.
Efektywność materiałowa i recykling w odlewach aluminiowych
Aluminium jest jednym z metali przemysłowych poddawanych najczęściej recyklingowi na świecie, a proces odlewania metodą traconego procesu wspiera ten cykl bezpośrednio na poziomie odlewni. Wlewy, wlewy, piony i odrzucone części są zbierane, oczyszczane i przetapiane z powrotem do wsadu do pieca, a aluminium pochodzące z recyklingu wymaga mniej więcej ułamka energii potrzebnej do wytworzenia pierwotnego aluminium z rudy boksytu, co sprawia, że ogólny ślad energetyczny odlanej części aluminiowej jest niższy, niż początkowo zakłada wielu nabywców.
Sam materiał powłoki ceramicznej, po oddzieleniu od odlewu, może w wielu zakładach zostać rozdrobniony i ponownie wykorzystany jako kruszywo lub zregenerowany do produkcji tynku szlamowego w przyszłych łupinach, co jeszcze bardziej zmniejsza ilość odpadów procesowych opuszczających odlewnię. Wosk jest odzyskiwany na etapie odparafinowania w autoklawie parowym, filtrowany i ponownie wykorzystywany do przyszłego wtryskiwania modelu, dzięki czemu bardzo niewiele pierwotnego materiału modelu jest faktycznie zużywane jako odpad w przeliczeniu na wyprodukowaną część. Dla nabywców oceniających dostawców pod kątem zrównoważonego rozwoju pytanie bezpośrednio, jaki procent materiału wierzchniego i wosku jest odzyskiwany na miejscu, jest bardziej konkretnym pytaniem niż pytanie o ogólną politykę środowiskową.
Aktualne trendy kształtujące produkcję odlewów z wosku aluminiowego
- Bezpośrednie drukowanie 3D modeli z wosku lanego i żywicy na bazie PMMA zastępuje twarde narzędzia w przypadku zamówień prototypowych i małych serii, skracając czas realizacji wzorów z tygodni do dni.
- Oprogramowanie do symulacji krzepnięcia jest obecnie rutynowo używane przed cięciem narzędzia, umożliwiając przewidywanie lokalizacji porowatości skurczowej i umożliwiając inżynierom regulację bramkowania na komputerze, a nie po nieudanym pierwszym artykule.
- Metody odlewania wspomaganego próżniowo i przeciwgrawitacyjnego są coraz powszechniej stosowane, zwłaszcza w przypadku aluminium, ponieważ zmniejszają porywanie warstwy tlenku, która jest główną przyczyną wad odlewów charakterystycznych dla aluminium.
- Programy zmniejszania ciężaru w sektorach motoryzacyjnym i lotniczym w dalszym ciągu wymuszają wypychanie coraz większej liczby komponentów ze stali i żeliwa w stronę odlewów precyzyjnych z aluminium, ponieważ projektanci poszukują części, które zachowują złożoną geometrię podczas cięcia masy.
- Prasowanie izostatyczne na gorąco, niegdyś zarezerwowane prawie wyłącznie dla części o krytycznym znaczeniu dla przemysłu lotniczego, staje się coraz bardziej dostępne cenowo dla zamówień przemysłowych średniej wielkości, które wymagają odlewów pozbawionych porowatości do zastosowań krytycznych pod względem zmęczenia.
Pytania, które należy zadać dostawcy przed złożeniem zamówienia na odlew z wosku aluminiowego
Krótka lista pytań bezpośrednich na etapie wyceny zapobiega większości problemów z pozyskiwaniem, które pojawiają się w dalszej części programu.
- Który konkretny stop polecasz do tego zastosowania i dlaczego właśnie ten, a nie alternatywy.
- Jaki zakres grubości ścian faktycznie udało Ci się wyprodukować przy tym rozmiarze i geometrii, a nie tylko to, do czego teoretycznie jest zdolny proces.
- Czy część będzie wymagała obróbki cieplnej i jaki ma to wpływ na czas realizacji i cenę.
- Jakie metody kontroli są uwzględnione w standardowej wycenie, a jakie są oferowane jako opcja za dodatkową opłatą.
- Ile sztuk mieści się na jednym drzewku woskowym dla tej części i czy ta liczba zmienia podaną cenę jednostkową przy różnych ilościach zamówienia.
- Jaki jest oczekiwany współczynnik odrzutów lub odrzutów dla części tej geometrii i jak ten współczynnik jest zazwyczaj traktowany na rynku.
- Czy możesz dostarczyć raport z inspekcji pierwszego artykułu z danymi wymiarowymi powiązanymi z rysunkiem przed pełnymi statkami produkcyjnymi.
Odlewanie wosku aluminium a odlewanie ciśnieniowe kontra odlewanie piaskowe
Najczęstszym momentem decyzji kupującego nie jest to, czy użyć aluminium, ale jaki proces odlewania zastosować dla tej części aluminiowej. Każdy proces ma naprawdę inny profil kosztów i możliwości, a wybór niewłaściwego jest najczęstszym błędem zaopatrzeniowym w tej kategorii.
| Czynnik | Odlewanie inwestycyjne (woskowe). | Odlewanie ciśnieniowe | Odlewanie piasku |
|---|---|---|---|
| Koszt oprzyrządowania | Umiarkowane | Wysoka | Niski |
| Najlepsza wielkość produkcji | 50 – 10 000 sztuk | 5000 sztuk | 1 – 500 sztuk |
| Dokładność wymiarowa | Wysoka | Bardzo wysoki | Niski to moderate |
| Minimalna grubość ścianki | 1,5 mm | 0,5 mm | 4 mm |
| Wewnętrzna solidność | Dobrze | Skłonny do porowatości gazowej | Umiarkowane |
| Obsługiwana złożoność projektu | Bardzo wysoki, including internal passages | Wysoka, but limited by die pull direction | Umiarkowane |
| Typowy czas realizacji nowej części | 4 – 8 tygodni | 10 – 16 tygodni | 3 – 6 tygodni |
W przypadku części, która wymaga precyzji odlewu ciśnieniowego, ale wielkość produkcji jest zbyt mała, aby uzasadnić zastosowanie utwardzanej matrycy do odlewania ciśnieniowego, odlewanie aluminium w wosku znajduje się w szczelinie pomiędzy dwoma pozostałymi procesami i często jest lepszym ekonomicznym wyborem w przypadku serii od prototypów do średnich serii.
Wytyczne projektowe, które faktycznie wpływają na koszty i wydajność
Odlewnie wyceniają każde zlecenie odlewania metodą traconego aluminium na podstawie kilku czynników geometrycznych. Wykonanie ich już na etapie rysowania pozwala uniknąć kosztownych przeprojektowań po wycięciu narzędzi.
- Utrzymuj możliwie jednolitą grubość ścianki; nagły skok z 3 mm na 12 mm tworzy gorący punkt, który kurczy się nierównomiernie i często tworzy wewnętrzną porowatość tuż przy przejściu.
- Dodaj zaokrąglenia w każdym wewnętrznym narożniku; ostre kąty wewnętrzne skupiają naprężenia w skorupie ceramicznej podczas chłodzenia i są częstym źródłem pęknięć skorupy, które objawiają się jako żeberka lub wypływki na odlewie.
- Unikaj izolowanych, ciężkich bossów, które nie są zasilane z pionu; twardnieją one na koniec i wyciągają materiał z otaczającej ściany, pozostawiając porowatość skurczową dokładnie w miejscu późniejszego wiercenia otworu na śrubę.
- Określ tylko tolerancje, których faktycznie potrzebuje funkcja; każda tolerancja węższa niż domyślna wartość procesu wynosząca około plus minus 0,005 cala na cal zwiększa koszty kontroli i ryzyko odrzucenia.
- Grupuj zapasy obróbcze tylko na powierzchniach, które naprawdę wymagają gotowego wymiaru, ponieważ powierzchnie w stanie surowym są zarówno tańsze, jak i, w przypadku tej rodziny stopów, kosmetycznie akceptowalne w większości zastosowań przemysłowych.
Typowe wady odlewów z wosku aluminiowego i sposoby zapobiegania im przez odlewnie
Porowatość gazu
Aluminium łatwo wchłania wodór w stanie stopionym, a jeśli wodór ten nie zostanie usunięty przed wylaniem, wyjdzie z roztworu, gdy metal ostygnie i utworzy zaokrąglone wewnętrzne puste przestrzenie. Odgazowanie stopu za pomocą gazu obojętnego, takiego jak azot lub argon, w połączeniu z czystym, suchym materiałem wsadowym, jest standardową metodą zapobiegania.
Porowatość skurczowa
W przeciwieństwie do porowatości gazowej, porowatość skurczowa ma nieregularny kształt i pojawia się w ostatnim obszarze przekroju, który ulega zestaleniu. Prawidłowe rozmieszczenie pionów i kontrolowane krzepnięcie kierunkowe, wbudowane w system wlewowy jeszcze przed zbudowaniem drzewa woskowego, to podstawowa obrona.
Misrun i zimne zamknięcie
Występują one, gdy roztopione aluminium zaczyna krzepnąć, zanim całkowicie wypełni cienką sekcję, pozostawiając niekompletny odlew lub widoczny szew w miejscu, w którym dwa metalowe fronty spotkały się, ale nie całkowicie się stopiły. Podniesienie temperatury wstępnego podgrzewania powłoki i temperatury zalewania lub poszerzenie zasuwy w tym miejscu rozwiązuje większość przypadków.
Inkluzje
Małe cząstki warstwy tlenku lub materiału powłoki ogniotrwałej mogą zostać uwięzione w odlewie. Filtrowanie strumienia metalu przez ceramiczny filtr piankowy umieszczony w systemie wlewowym jest obecnie standardową praktyką w większości odlewni aluminium, aby wyłapywać je zanim dotrą do gniazda formy.
Branże i części, w których stosuje się odlewanie wosku z aluminium
| Przemysł | Typowe komponenty |
|---|---|
| Lotnictwo | Zespoły wsporników, obudowy siłowników, korpusy rozdzielaczy hydraulicznych |
| Motoryzacja i sporty motorowe | Obudowy turbosprężarek, elementy hamulców, zwrotnice zawieszenia |
| Broń palna i obrona | Niskier receivers, optic mounts, trigger housings |
| Sprzęt medyczny | Obudowy sprzętu obrazowego, uchwyty narzędzi chirurgicznych |
| Sprzęt morski | Knagi, obudowy wciągarek, korpusy pomp |
| Sprzęt przemysłowy | Korpusy zaworów, wirniki pomp, pokrywy skrzyni biegów |
Co wpływa na koszt wyceny odlewu inwestycyjnego aluminium
Kupujący proszący o wycenę często są zaskoczeni, że dwie wizualnie podobne części mogą różnić się ceną o 30 procent lub więcej. Poniższe czynniki wyjaśniają większość tego spreadu.
- Objętość części i wydajność: stosunek metalu nadającego się do użytku w gotowej części do całkowitej ilości metalu wlanego do drzewa, łącznie z wlewami i podstopnicami, które są później złomowane i przetapiane.
- Liczba części na drzewo woskowe: więcej wnęk na drzewo zmniejsza nakład pracy przypadający na sztukę przy budowie muszli, odparafinowaniu i wylewaniu.
- Półfabrykat i operacje dodatkowe: każda powierzchnia wymagająca wykończenia CNC po odlaniu zwiększa koszt stały niezależnie od złożoności odlewu.
- Wymóg obróbki cieplnej: obróbka T6 dodaje cykl pieca i zazwyczaj 3 do 5 dni do czasu realizacji.
- Poziom kontroli: części wymagające kontroli rentgenowskiej lub penetracyjnej pod kątem wewnętrznego stanu podlegają dodatkowej opłacie za kontrolę za sztukę.
Często zadawane pytania dotyczące odlewania aluminium w wosku
Czy odlewanie metodą traconego aluminium jest mocniejsze niż odlewanie ciśnieniowe aluminium?
Wytrzymałość zależy bardziej od stopu i obróbki cieplnej niż od samego procesu odlewania, ale odlewy metodą ciśnieniową mają na ogół mniejszą porowatość gazową niż odlewy ciśnieniowe, co poprawia odporność na zmęczenie i pozwala na obróbkę cieplną, której odlewy ciśnieniowe często nie mogą zostać poddane bez powstawania pęcherzy.
Jaka jest minimalna wielkość zamówienia na odlewy z wosku aluminiowego?
Większość odlewni przyjmuje zamówienia od 25 do 50 sztuk na nowe narzędzie, chociaż coraz częściej dostępne są pojedyncze elementy prototypowe wykorzystujące drukowane w 3D wzory zastępujące wosk, które całkowicie pomijają twarde narzędzia.
Czy aluminiowe odlewy inwestycyjne można anodować?
Tak, zarówno A356, jak i A357 dobrze anodują po odpowiednim przygotowaniu powierzchni, a anodowanie jest powszechnym wykończeniem aluminiowych odlewów inwestycyjnych w przemyśle lotniczym i kosmicznym.
Jak grubość ścianki wpływa na cenę odlewu aluminiowego?
Cieńsze ścianki wymagają wyższych temperatur wstępnego podgrzewania skorupy i zalewania oraz niosą ze sobą większe ryzyko złomowania w wyniku nieprawidłowych przebiegów, dlatego bardzo cienkie sekcje o grubości poniżej 2 mm zazwyczaj zwiększają cenę jednostkową, mimo że zużywają mniej metalu.
Jakiej tolerancji mogę się spodziewać w przypadku odlewu metodą traconego aluminium?
Realistyczna wartość domyślna wynosi plus minus 0,13 mm do 0,25 mm na 25 mm wymiaru, przy czym węższe tolerancje można uzyskać w przypadku określonych krytycznych cech poprzez obróbkę wtórną.
Czy odlewy z wosku aluminiowego wymagają obróbki cieplnej?
Nie zawsze. Stopy takie jak 713.0 są stosowane szczególnie dlatego, że osiągają akceptowalną wytrzymałość w stanie po odlaniu, ale A356 i A357 zazwyczaj poddawane są roztworowi T6 i obróbce starzenia, aby osiągnąć pełne właściwości mechaniczne.
Jaka jest różnica między stopem odlewniczym aluminium A356 i A357?
A357 zawiera bardziej rygorystyczną kontrolę składu, w tym niewielki dodatek berylu i niższą dopuszczalną zawartość żelaza, co razem daje wyższą wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności po obróbce T6 w porównaniu z A356. A357 zazwyczaj kosztuje więcej za kilogram surowca, dlatego jest zwykle zarezerwowany do zastosowań, w których dodatkowa wytrzymałość uzasadnia tę premię.
Jak cienka może być ściana w aluminiowym odlewie traconym?
Większość odlewni może niezawodnie utrzymać ściany do grubości około 1,5 mm przy standardowym odlewaniu grawitacyjnym, a specjalistyczne odlewanie próżniowe lub wspomagane odśrodkowo może spowodować rozcieńczenie w ograniczonych obszarach, chociaż stała cienka ściana na dużej powierzchni zwiększa ryzyko nieprawidłowego wypływu niezależnie od metody odlewania.
Czy aluminiowe odlewy inwestycyjne można spawać lub naprawiać?
Drobne defekty kosmetyczne można czasami naprawić za pomocą spawania TIG przy użyciu pręta wypełniającego dopasowanego do stopu podstawowego, chociaż generalnie unika się spawania naprawczego w obszarach nośnych lub wrażliwych na ciśnienie na rzecz złomowania części, ponieważ naprawa spoiny zmienia lokalną mikrostrukturę i może wprowadzić nowe koncentracje naprężeń.
Jak wypada cena odlewów precyzyjnych z aluminium w porównaniu z obróbką CNC z kęsów?
W przypadku prostych geometrii w małych ilościach obróbka z kęsów jest często tańsza, ponieważ nie wiąże się to z kosztami oprzyrządowania, ale w miarę wzrostu złożoności części lub wielkości zamówienia przekraczającej około 50 do 100 sztuk, odlewanie metodą traconego efektu zwykle staje się opcją o niższym koszcie całkowitym, ponieważ usuwa większość materiału, który w przeciwnym razie obróbka zostałaby odcięta jako złom.
Co powoduje szorstką lub ziarnistą powierzchnię odlewu aluminiowego?
Ziarnista powierzchnia po odlaniu jest zwykle wynikiem gruboziarnistego piasku sztukatorskiego użytego w zewnętrznych warstwach skorupy lub skorupy, która nie została całkowicie utwardzona przed wylaniem; zażądanie drobniejszej zawiesiny powłoki wierzchniej na powierzchniach kosmetycznych na etapie wyceny zazwyczaj rozwiązuje ten problem.
Czy odlewanie metodą traconego aluminium nadaje się do części znajdujących się pod ciśnieniem?
Tak, pod warunkiem, że odlew jest odpowiednio zaprojektowany pod kątem kierunkowego krzepnięcia i, w razie potrzeby, zweryfikowany za pomocą promieni rentgenowskich lub testów ciśnieniowych, aluminiowe odlewy metodą ciśnieniową są rutynowo stosowane w rozdzielaczach hydraulicznych i obudowach pomp, które muszą utrzymywać ciśnienie wewnętrzne bez wycieków.
Ile czasu zajmuje otrzymanie pierwszej próbki odlewu z wosku aluminiowego?
Używając wydrukowanego w 3D wzoru zastępującego wosk zamiast twardych narzędzi, pierwszą próbkę można często wyprodukować w ciągu 1 do 2 tygodni; w przypadku konwencjonalnych narzędzi wtryskowych należy odczekać od 4 do 6 tygodni na zbudowanie narzędzia, zanim w ogóle zostanie wylany pierwszy korpus.
