Процесс литья по выплавляемым моделям
Инвестиционное литье Введение
Литье по выплавляемым моделям (литье по выплавляемым моделям) - это процесс формовки металла. Керамический жаропрочный материал наносится на восковую модель для формирования керамической формы. Затем керамическая форма высушивается, расплавляется, и восковая модель удаляется, образуя оболочку. Расплавленный металл заливают в керамическую оболочку, а после того как металл сформировался, оболочку удаляют, чтобы получить отливку. Некоторые отливки по выплавляемым моделям требуют дополнительной обработки после литья. Литье по выплавляемым моделям обычно используется для производства деталей сложной формы с высокими требованиями к точности размеров и качеству поверхности.
Процесс литья по выплавляемым моделям
Основная логика литья по выплавляемым моделям - “использование воска в качестве формы, оболочки в качестве модели и отливка золота методом литья по выплавляемым моделям”. Этот процесс требует точности и систематического подхода, требуя строгого контроля параметров процесса на каждом этапе (таких как температура, влажность и толщина покрытия) для обеспечения качества литья.
Suijin Machinery предоставляет стандартные технологические процессы для крупномасштабного промышленного производства, а также предлагает оптимизированные решения для мелкосерийной индивидуализации.
Шаг 1: Подготовительный этап: Чертежи и технологическая схема
1. Анализ и оптимизация чертежей деталей
На основе 3D-модели (формат STEP/IGES) или 2D-чертежей, предоставленных заказчиком, проанализируйте структуру детали (толщина стенок, внутренние полости, галтели), допуски на размеры (например, требования к классу CT4-CT7), стандарты качества поверхности (Ra1,6-6,3 мкм) и требования к материалу (например, нержавеющая сталь 316L, титановый сплав TC4);
Оптимизация процессов:
- Для тонкостенных деталей (≤1 мм) добавьте технологическую толщину, чтобы избежать неполной заливки;
- Разработайте “вентиляционные каналы” для сложных внутренних полостей, чтобы предотвратить задержку газа в оболочке формы, которая может привести к образованию дефектов пористости;
- Отметьте ключевые размеры (сопрягаемые поверхности, уплотнительные поверхности) для целенаправленного контроля при последующих проверках.
2. Затворная система и конструкция оболочки
- Литниковая система: Спроектируйте литниковый затвор, стояки и бегуны, чтобы обеспечить плавное заполнение полости формы расплавленным металлом с одновременным отводом газов и примесей (стояки должны располагаться в самой высокой точке или горячей точке отливки для целей подачи);
- Параметры оболочки: Исходя из веса отливки (≤50 кг для стандартных деталей) и температуры плавления материала (высокотемпературные сплавы требуют более толстой оболочки), определите количество слоев оболочки (3-7 слоев), толщину каждого слоя покрытия (0,5-1,5 мм) и тип огнеупорного материала (например, цирконовый песок для высокоточных поверхностей, корундовый песок для высокопрочных требований).
Шаг 2: Формирование и сборка восковой модели
1. Подготовка воска
- Распространенные воски: Парафиновый воск и сплав стеариновой кислоты (соотношение 7:3), среднетемпературный воск (температура плавления 60-80℃), высокотемпературный воск (температура плавления 100-130℃, используется для литья высокотемпературных сплавов);
- Требования к процессу: Воск необходимо нагреть до расплавленного состояния (температура на 10-20℃ выше температуры плавления), равномерно перемешать и удалить пузырьки воздуха (можно использовать вакуумную дегазацию).
2. Впрыскивание восковой модели
- Впрысните расплавленный воск в металлическую форму при давлении впрыска 0,3-0,8 МПа, время выдержки 10-30 секунд (регулируйте в зависимости от размера восковой модели);
- Метод охлаждения: Естественное охлаждение или охлаждение водой. Убедитесь, что восковая модель полностью затвердела перед открытием формы (во избежание деформации).
3. Отделка и проверка восковых моделей:
- Вручную удалите заусенцы и вспышки с поверхности восковой модели, а также устраните мелкие дефекты (например, проколы или отсутствие материала);
- Контроль размеров: Используйте координатно-измерительную машину для проверки основных размеров, чтобы убедиться, что допуски восковой модели соответствуют требованиям (обычно допускается усадка на 0,5-1,0 мм по сравнению с допуском на отливку);
- Качество поверхности: Визуально осмотрите или используйте лупу, чтобы убедиться в отсутствии царапин, трещин или пузырей (шероховатость поверхности).
4. Сборка восковой модели:
- Соедините отдельные восковые модели с воротами и стояками с помощью сварки (восковой сварки), чтобы сформировать “сборку восковых моделей” (например, к одним воротам можно подключить 5-20 восковых моделей, в зависимости от размера детали);
- Цель: Повышение эффективности производства, сокращение отходов металла при литье и обеспечение равномерности температуры в нескольких отливках.
Шаг 3: Подготовка оболочки (ключевой этап)
Оболочка - это “форма” для отливки, требующая высокой точности, высокой прочности и воздухопроницаемости. Она состоит из 5 этапов:
1. Предварительное покрытие (первый слой покрытия)
- Состав покрытия: Мелкодисперсный огнеупорный материал (цирконовый порошок, размер частиц 10-20 мкм) + связующее (кремнезем, содержание SiO₂ 30%-35%) + смачиватель (для предотвращения отслаивания покрытия);
- Эксплуатация: Погрузите восковую форму в покрытие, медленно вращайте, чтобы обеспечить равномерное покрытие поверхности, затем удалите и слейте излишки покрытия;
- Основная функция: Формирует окончательную поверхность отливки, непосредственно определяя точность и шероховатость ее поверхности. Толщина покрытия (0,1-0,2 мм) должна строго контролироваться.
2. Нанесение песка (первый слой)
- Материал песка: Мелкозернистый цирконовый песок (40-70 меш), соответствующий огнеупорному материалу предварительно покрытой краски;
- Операции: Поместите покрытый воском шаблон в оборудование для нанесения песка (дождевого типа или с псевдоожиженным слоем), чтобы частицы песка равномерно прилипли к поверхности краски;
- Назначение: Повышает прочность первого слоя покрытия и предотвращает растрескивание последующих слоев.
3. Сушка (первый слой)
- Условия сушки: Температура 20-25℃, влажность 40%-60%, время сушки 4-8 часов (естественная сушка) или 1-2 часа (сушка с принудительной вентиляцией);
- Требования к качеству: Покрытие должно быть полностью сухим, без капель и пузырьков, а частицы песка должны прочно сцепляться с краской.
4. Повторное нанесение покрытия и шлифовка (последующие слои)
- Второй - предпоследний слой: Используйте крупнозернистый огнеупорный материал (корундовый песок, 20-40 меш) + кремнеземный раствор. После нанесения покрытия посыпьте корундовым песком соответствующего размера частиц. Каждый слой должен сохнуть в течение 6-12 часов.
- Заключительный слой (накрывочный слой): Нанесите только материал покрытия, не посыпая песком. Это повышает герметичность формы и предотвращает просачивание расплавленного металла во время заливки.
- Общее количество слоев: 3-7 слоев (3-4 слоя для мелких деталей, 5-7 слоев для крупных деталей). Общая толщина формы: 3-10 мм (регулируется в зависимости от веса и материала отливки).
5. Окончательная сушка и проверка оболочки перед обжигом
- Окончательная сушка: Температура 25-30℃, влажность 30%-50%, время сушки 12-24 часа, при этом содержание влаги в оболочке формы должно быть ≤0,5% (избыточная влажность приведет к растрескиванию оболочки формы во время литья);
- Осмотр: Визуально осмотрите поверхность корпуса пресс-формы на предмет трещин, отсутствия песка и отслоения. При необходимости проведите неразрушающий контроль (например, пенетрантный контроль).
Шаг 4: Депарафинизация (процесс потери воска)
1. Выбор метода депарафинизации
- Депарафинизация паром (обычная): Поместите корпус пресс-формы в паровой автоклав высокого давления, введите насыщенный пар под давлением 0,6-1,0 МПа, поддерживайте температуру 160-180℃ и подождите 10-30 минут. Восковой рисунок расплавится и вытечет из затвора, который можно собрать и использовать повторно (коэффициент восстановления ≥80%).
- Высокотемпературная депарафинизация (подходит для высокотемпературного воска или сложных оболочек форм): Поместите оболочку формы в печь для обжига, медленно поднимите температуру до 400-600℃ и выдержите в течение 2-4 часов. Восковой рисунок полностью сгорает и разлагается, предотвращая влияние остатков воска на качество литья.
2. Проверка после депарафинизации
- В полости корпуса пресс-формы нет остатков воска (можно проверить эндоскопом), корпус пресс-формы не имеет трещин и деформаций.
- Если обнаружены остатки воска, необходимо увеличить время депарафинизации или повысить температуру; в противном случае карбонизация воска во время заливки приведет к образованию пористости и дефектов включения в отливке.
Шаг 5: Стрельба
1. Температура обжига:
- 900-1100℃ (регулируется в зависимости от материала отливки: Нержавеющая сталь, углеродистая сталь 900-950℃, высокотемпературные сплавы, титановые сплавы 1000-1100℃);
- Время обжига: 2-4 часа, скорость нагрева 5-10℃ в минуту (чтобы избежать растрескивания оболочки из-за теплового шока);
2. Основные функции:
- Удаление остатков воска, влаги и органических веществ из раковины;
- Повышение прочности оболочки (прочность оболочки при комнатной температуре ≥20 МПа после обжига) и проницаемости;
- Образует плотную структуру на поверхности оболочки, снижая химические реакции между расплавленным металлом и оболочкой.
Шаг 6: Плавление и литье металла
1. Подготовка металлического материала
- Выберите чистые металлы или сплавы (например, нержавеющую сталь 304, высокотемпературный сплав Inconel 718) в соответствии с требованиями к отливке, обеспечив соответствие состава материала стандартам (например, ASTM, EN);
- Предварительная обработка материала: Удалите поверхностное масло и оксидную окалину, чтобы предотвратить попадание примесей в расплавленный металл.
2. Плавление
- Плавильное оборудование: Среднечастотная индукционная печь (широко используется, подходит для углеродистой стали, нержавеющей стали, алюминиевых сплавов), вакуумная индукционная печь (используется для легко окисляемых материалов, таких как титановые сплавы и высокотемпературные сплавы);
- Температура плавления: На 50-150℃ выше, чем температура плавления металла (например, температура плавления нержавеющей стали 304 1450℃, температура плавления 1500-1550℃);
- Рафинирование: Добавление раскислителей (например, кремниево-кальциевого сплава, алюминиевой проволоки) для удаления газов и примесей из расплавленного металла, обеспечивая чистоту расплавленного металла.
Шаг 8: Постобработка и контроль качества
1. Снятие литниковой системы
- Для снятия затворов и стояков используйте абразивный круг, плазменный резак или проволочный электроэрозионный станок (при высоких требованиях к точности);
- Отшлифуйте поверхности срезов, чтобы обеспечить плавный переход к поверхности отливки.
2. Очистка поверхности
- Удалите заусенцы и вспышки, а также отшлифуйте поверхность отливки от остатков песка и окислов;
- При необходимости выполните дробеструйную обработку (стальной или стеклянной дробью) для улучшения качества поверхности (Ra может быть снижена до менее 1,6 мкм).
3. Термообработка (при необходимости)
- В соответствии с требованиями к качеству отливки, выполняют отжиг, нормализацию, закалку + отпуск, обработку раствором и т.д.;
- Пример: Обработка раствором отливок из нержавеющей стали 304 (выдержка при 1050-1100℃ в течение 1-2 часов, охлаждение водой) для повышения коррозионной стойкости; закалка (850-900℃) + отпуск (200-300℃) отливок из инструментальной стали для повышения твердости и износостойкости.
4. Контроль качества и Упаковка и отправка
Принцип литья Суйцзинь
Краткое описание процесса литья по выплавляемым моделям:
Основные принципы литья по выплавляемым моделям - это “точность формовки, контролируемое качество и баланс между эффективностью и стоимостью”. Эти принципы формируют логику, лежащую в основе разработки технологического процесса, настройки параметров и контроля качества, и напрямую определяют точность, производительность, выход годного и экономическую эффективность отливок.