Lost-wax støbning: teknologi, fordele og ulemper

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Brugen af investeringsmodeller er en ret populær metode til støberiproduktion. Metoden er kendetegnet ved kompleksiteten af den teknologiske proces og høje lønomkostninger til forberedende processer. Derfor bruges den, hvor det er nødvendigt at observere dimensionerne nøjagtigt og sikre høj kvalitet af delenes overflade. Sådan støbes turbineblade og højtydende værktøjer, proteser og smykker, såvel som skulpturer af kompleks konfiguration. Essensen af støbning med tabt voks er, at formen til støbning er i ét stykke, modellen af lavtsmeltende materialer fjernes ikke under støbning, men smeltes. Dette sikrer omhyggelig overholdelse af dimensioner og relief. Metal hældes i hulrummet, der er tilbage fra modellen. Efter endt afkøling ødelægges formen, og produktet fjernes. Ved støbning af store serier reduceres prisen på produktet.

Metodefordele

Den største fordel ved investeringsstøbning er nøjagtigheden af formoverførsel og lav overfladeruhed. Derudover er andre fordele tilgængelige:

• Produktion af let bearbejdede legeringsdele tilgængelig.
• Reducerer behovet for yderligere bearbejdning.
• Produkter støbes, som ellers skulle fremstilles i dele og samles sammen.
• Med store serier opnås en reduktion i specifik arbejdsintensitet (pr. et produkt) og dets omkostninger.
• Mulighed for mekanisering og delvis automatisering af de forberedende operationer af selve støbningen.

Disse fordele gør metoden til en af de mest populære og brugte i nutidens metallurgi, især i kombination med moderne progressive støbemetoder.

Ulemper ved investeringsstøbning

De utvivlsomme fordele ved metoden skulle tilsyneladende have sikret dens dominans blandt andre metoder. Men på trods af populariteten af investeringsstøbningsmetoden har ulemper forhindret dens udbredte anvendelse. Den største ulempe er kompleksiteten af flertrinsprocessen. Det kræver ret komplekst og dyrt teknologisk udstyr til de forberedende faser. For simple produkter produceret i små partier har denne metode en højere pris.

For omkostningseffektiv anvendelse af investeringsstøbning sammenlignes fordele og ulemper ved metoden, beslutningen vedr.dets valg er taget på baggrund af en vurdering af forholdet pris/kvalitet. Derfor bruges den hovedsageligt til de mest kritiske og dyre produkter, som er svære at få fat på på anden vis, såsom turbinevinger, skulpturer, højhastighedsværktøjer osv. Et andet anvendelsesområde er storskala støbegods, i hvor skalaeffekten gør det muligt at opnå en betydelig omkostningsreduktion

Teknologi

Investeringsstøbeteknologi er en flertrins fremstillingsproces, der er relativt arbejdskrævende. I den første fase laves en mastermodel, den bliver standarden for fremstilling af arbejdsmodeller efter at have passeret alle faserne af det endelige produkt. Til produktion af en mastermodel bruges både specielle modelsammensætninger og traditionelle - gips eller træ. Materialet i mastermodellen skal kombinere styrke og let forarbejdning.

Yderligere sørger investeringsstøbeteknologi for skabelsen af en støbeform, hvori alle arbejdsmodeller vil blive støbt. Forme er lavet af gips, gummi, silikone, sjældnere metal. Strukturelt skal det nødvendigvis være aftageligt og designet til gentagen brug. Formen fyldes med en modelsammensætning, efter at den er hærdet, skilles den ad og næste arbejdsmodel fjernes.

Når der produceres unikke dele eller små oplag, springes stadierne med at skabe et masterlayout og en form over, og et layout (eller flere) laves ved at støbe materialet manuelt.

Næste trin i investeringsstøbningsprocessen erfremstilling omkring layoutet (eller blokken af layouts) af støbeformen. Disse matricer er strukturelt allerede ikke-adskillelige og kan engangsbruges, hvilket gør det muligt at opnå nøje overholdelse af produktets dimensioner og ruhed. I moderne industri bruges to typer forme - traditionelle sand-ler-forme til støbning i jorden og skalforme - til fremstilling af præcise og dyre dele.

Når formen er færdig, smeltes modellen ud af den ved at opvarme eller blæse med overophedet damp. Skalformerne forstærkes yderligere ved at varme op til 1000 ˚С.

Det sidste trin af processen omfatter selve støbningen af produktet, dets afkøling under naturlige forhold eller ved en speciel metode i en termostat, destruktion af skimmelsvamp og rengøring af produktet. Metoden gør det muligt at opnå støbegods af høj kvalitet, der vejer fra flere gram til titusinder af kilogram.

Modelopstillinger

Materialet til fremstilling af layoutet skal have visse egenskaber. Det skal have egenskaber som:

• Plasticitet i den faste fase. Det er nødvendigt at gentage formen på det fremtidige produkt nøjagtigt og om nødvendigt rette den.
• Styrke. Modellen skal uden deformation modstå processen med at danne en form omkring den.
• Fusible. Gengivelse af en model burde ikke kræve megen tid og energi.
• Smeltet fluiditet. Kompositionen skal let trænge ind i alle relieffets fordybninger og detaljer, nøjagtigt gentage konturerne af den fremtidige detalje.
• Økonomi. Særligt vigtigt for store serier.

Til modelsammensætninger bruges norm alt en blanding af stearin og paraffin. Disse materialer supplerer med succes hinandens parametre og kompenserer for det utilstrækkelige smeltepunkt for paraffin og den for høje viskositet af stearin.

sammensætninger baseret på brunkulsvoks er ikke mindre populære i branchen. Dens vigtigste egenskaber er fugtbestandighed, styrke og evnen til at danne meget glatte belægninger, hvilket er særligt værdifuldt til produktmodellering.

Forbindelser bestående af en blanding af brunkulsvoks, paraffin og stearin anvendes også.

Skimmelfremstilling

Til produktion af unikke produkter udarbejdes et layout ved at skære et stykke modelmateriale ud manuelt eller efter skabeloner. Modeller i form af revolutionskroppe laves også på drejebænke. På det seneste er metoden til 3D-print af modeller blevet mere og mere udbredt. Den er velegnet til både enkeltlayouts og små serier.

Omkostningerne ved en moderne industriel 3D-printer er stadig høje, men på grund af den lette omkonfiguration fra et produkt til et andet, kan det blive et effektivt modelfremstillingsværktøj i tilfælde af et stort antal heterogene små serieordrer.

For at lave et stort antal identiske layouts laves en matrix af gips, gummi, silikone eller metal. Arbejdslayouts fremstilles til gengæld ved støbning til en matrix. Formen skal designmæssigt være sammenklappelig for at sikre muligheden for at fremstille et givet antal modeller. Det valgte materiale bør også give en sådan mulighed, derfor stilles sådanne krav til det som styrke, tæthed, lav ruhed og kemisk inerthed i forhold til layoutet. Formstoffet skal også have minimal vedhæftning til mock-up'en for at sikre, at de færdige mock-ups nemt kan fjernes og dimensioner overholdes. En vigtig egenskab ved formen er dens styrke og slidstyrke, især til store serier.

Lave modeller og blokke

En meget brugt metode til fremstilling af investeringsmodeller er at støbe dem under lavt tryk i forme. Indsprøjtningen af væskeblandingen udføres både manuelt ved hjælp af stempelsprøjter og mekaniske, hydrauliske eller pneumatiske kompressorer. I tilfælde af brug af brunkulsvoks er det nødvendigt at opvarme rørledningerne til forsyning af sammensætningen på grund af dens høje viskositet. Ekspanderet polystyren-modeller fremstilles ved ekstrudering på automatiserede støbemaskiner.

For at øge den økonomiske effektivitet og reducere arbejdsintensiteten i tilfælde af serieproduktion af små støbegods, kombineres deres layout i blokke. Portsystemer dannes over blokkene ved at fastgøre individuelle layouts til indløbene ved hjælp af et håndloddejern. Ved enkeltstøbninger eller små serier fremstilles modellerne i hånden.

Når der dannes portsystemer, er det nødvendigt at sikre ikke-turbulent strømning af smelten, ensartet fyldning af alle elementer i matrixen. Når du udfylder en formular fra PGS, skal du også overvåge den ensartede udfyldning af alleåbninger mellem indløb og forebyggelse af skader.

Lav en form

I den overvejede investeringsstøbemetode er der to hovedtyper af forme:

• Sand-lerblandinger (SGM).
• Shell.

Fued voks støbeforme bruges hovedsageligt til fremstilling af små serier af produkter, der ikke kræver særlig høj nøjagtighed. Processen med deres fremstilling er ret arbejdskrævende og kræver høje og ofte unikke færdigheder hos modelbyggere og forme. Delvis mekanisering egner sig kun til visse operationer, såsom klargøring og påfyldning af formsandet, dets stamping.

Skalforme bruges på den anden side til at producere dele, der kræver særlig fremstillingspræcision. Processen med deres fremstilling er mere kompleks og langvarig, men den egner sig bedre til mekanisering.

Groundcasting

Dette er den tidligste metode til metalbearbejdning, som menneskeheden mestrer. Det blev mestret af vores forfædre samtidig med begyndelsen af brugen af metalprodukter som våben, værktøjer eller redskaber, det vil sige for omkring 5 tusind år siden. Smeltet metal hældes i en forberedt matrix fra en blanding af sand og ler. De tidligste steder til metalbearbejdning opstod netop, hvor aflejringer af metaller i form af nuggets og placers var placeret i nærheden. Et typisk eksempel er Kasli-fabrikken i Ural, verdensberømt for sin blondestøbning af jern.

Investeringsstøbemetoden bruges til fremstilling af metalprodukter - både jernholdige ogfarvet. Og kun for metaller, der udviser en øget tendens til at reagere i væskefasen (såsom titanium), er det nødvendigt at lave matricer ud fra andre sammensætninger.

Produktionsprocessen for støbning i PGS består af følgende faser:

• modelfremstilling;
• forberedelse af kolben;
• påfyldning og komprimering af blandingen i kolben;
• metalstøbning;
• fjernelse og rengøring af afstøbningen.

Form fra ASG - engangsbrug. For at få det færdige produkt skal det brydes. Samtidig er det meste af blandingen tilgængelig til genbrug.

Sammensætninger af overvejende kvartssand af forskellige kornstørrelser og plastikler, hvis indhold varierer fra 3 til 45 procent, bruges som materialer til ASG. Så f.eks. fremstilles kunststøbegods ved hjælp af en blanding med 10-20% lerindhold, ved særligt store støbegods justeres lerindholdet til 25%.

To undertyper bruges:

• Facing-blandinger. De er placeret på den indre overflade af formen og interagerer med det smeltede metal. De skal være varmebestandige, i stand til ikke at blive ødelagt af temperaturforskelle og de deraf følgende spændinger. Disse blandinger har en fin korn til omhyggeligt at formidle detaljerne i overfladen. Blandingens evne til at passere gas er også meget betydelig.
• Fyldningsblandinger. De bruges til opfyldning mellem det modstående lag og kolbens vægge. De skal modstå vægten af det hældte metal, bevare produktets form og bidrage til rettidig og fuldstændig fjernelse af gasser. Fremstillet af billigere sandkvaliteter,genanvendelig.

Hvis støbegasserne ikke undslipper gennem støbesandets masser, men gennem portsystemet, opstår der defekter i støbningen, hvilket fører til ægteskab.

Den traditionelle teknologi med at kaste ned i jorden er illustreret i detaljer i A. Tarkovskys film "Andrei Rublev". I novellen "Klokken" står den unge mand Boriska, søn af en afdød mester, i spidsen for en støberi og støber en kirkeklokke.

Shell-casting

Metoden til investeringsstøbning i skalforme er kendetegnet ved den bedste overførsel af produktdimensioner og lav overfladeruhed. Modellen er lavet af smeltelige forbindelser, såsom brunkulsvoks. Støberier bruger også i vid udstrækning sammensætningen af paraffin-stearin i lige store mængder. Ved støbegods af store størrelser indgår s alte i modelmaterialet for at beskytte modellen mod deformation. Ved at dyppe ned i opløsningen dækkes modellen i 6-10 lag med en højtemperatur suspension.

Hydrolyserede silikater fungerer som et bindemiddel, elektrokorund eller kvartskrystaller tages som et varmebestandigt drys. Skalformmaterialer er kendetegnet ved høj styrke, lav hygroskopicitet og fremragende gaspermeabilitet.

Layoutet er tørret i en atmosfære af gasformig ammoniak. På næste trin opvarmes formen til 120 ˚C for at fjerne paraffinmodellen. Rester af blandingen fjernes med overophedet damp under højt tryk. Derefter kalcineres formen ved temperaturer op til 1000 ˚С, hvilket fører til dens endelige fiksering og fjernelse af stoffer,som kan frigives som gasser under støbeprocessen.

Skallen lægges i en slags kolbe, som er dækket med stålhagl. Dette er med til at opretholde konfigurationen ved fyldning af formen med smelte og forbedrer samtidig betingelserne for afkøling af støbningen. Smelten hældes i forme opvarmet til 1000 ˚С. Efter afkøling af produktet i henhold til et specielt program i en termostat, ødelægges formen, støbningen fjernes og renses.

Den største fordel ved denne støbemetode er høj dimensionsnøjagtighed og lav overfladeruhed.

Yderligere fordele ved metoden:

• Støbning af dele af legeringer, der er svære at bearbejde.
• Støbning af emner, der ellers skulle støbes stykvis og derefter sættes sammen igen.

Ulemperne ved denne investeringsstøbemetode er lav metaludnyttelse og øget arbejdsintensitet.

præcisionsstøbning

Nøjagtig investeringsstøbning - dette er navnet på både teknologien og selve det endelige produkt. Den høje nøjagtighed af støbning sikres af det faktum, at der under fremstillingen af formen ikke er behov for at udtrække produktets model fra den. Ved brug af den traditionelle metode er fremstillingen af en støbematrix en kompleks og meget tidskrævende flertrinsproces. Dette gælder især i tilfælde af støbning af dele af kompleks konfiguration med fordybninger, fordybninger og indre hulrum.

Når man f.eks. støber en støbejerns- eller kobbervase med variabel overfladekrumning, skal man bruge en masse tricks. Ja, førstden nederste halvdel af kolben fyldes, derefter fjernes modellen, vendes og den øverste halvdel rammes. Modellen skal laves sammensat, håndtagene på vasen er lavet af to elementer, de trækkes ud gennem modelhulrummet i to trin - først det nederste element, derefter det øverste. Alle disse talrige drejninger og slæb kan ikke have en positiv effekt på integriteten af formoverfladen og i sidste ende på nøjagtigheden af at opretholde dimensionerne af støbningen og kvaliteten af dens overflade. Derudover er der stadig problemet med at matche flaskernes dele nøjagtigt og fastgøre dem sikkert til hinanden.

Produktion af investeringsstøbning er fri for disse mangler, det kræver ikke så højt kvalificerede modelbyggere og reducerer markant arbejdsintensiteten af præ-støbningsoperationer. Dette er især udt alt med store oplag af støbninger.

Metoden gør det muligt at nå den 2-5. nøjagtighedsklasse ifølge GOST 26645-85. Dette gør det muligt at støbe højpræcisionsprodukter såsom turbineblade, skærende værktøjer, herunder højtydende fræsere og bor, kritiske højbelastede beslag, små højbelastede dele af køretøjer, værktøjsmaskiner og andre komplekse mekanismer.

Høj dimensionsnøjagtighed og høj overfladeklasse minimerer behovet for yderligere bearbejdning af støbningen, hvilket sparer metal og reducerer produktionsomkostningerne.

Udstyr

Det nødvendige investeringsstøbeudstyr er varieret og komplekst. Virksomheder kombinerer dem i et enkelt og velkoordineret kompleks,organiseret som et websted, værksted eller separat produktion.

Kompleksets sammensætning afhænger af produktionens omfang, størrelse, konfiguration og cirkulation af støbegods.

Ved produktion af tandproteser og smykker vil udstyret således omfatte:

• modelbord;
• muffelovn med termostat;
• et sæt skalpeller og spatler til at korrigere modellens form;
• forming board;
• flask;
• tanke til opbevaring og klargøring af støbesand;
• sæt sandstamperværktøj;
• digel til smeltning af metal;
• pincet;
• hammer for at bryde formen.

Dette produktionskompleks kan nemt passe på ét bord og i ét skab. Hvis det planlægges at masseproducere for eksempel aluminiumsstøbegods - dele af en enhed, så kræves der udstyr til:

• formning og hældning af keramiske forme;
• tørrende former;
• smeltning af modelmaterialet og påføring af et varmebestandigt lag;
• rengøring af støbegods fra støbemateriale.

Og endelig det faktiske udstyr i støberikomplekset, designet til at opnå en smelte og hælde den i en form. Det kan være støbeudstyr:

• under lavtryk;
• centrifugal;
• på den sædvanlige tyngdekraftsmåde.

Sprøjtestøbe- og centrifugalstøbemaskiner er en separat højmekaniseret og automatiseretproduktionskompleks, isoleret fra butikkens atmosfære. De minimerer manuelt arbejde og menneskelig eksponering for skadelige forhold. Forseglede kamre, hvori komplekserne er placeret, giver fuldstændig opsamling og rensning af udstødningsgasser, hvilket markant øger virksomhedens miljøvenlighed.

Lost-wax støbning har et ret højt potentiale for udvikling, især når det kombineres med avancerede formfremstillings- og hældeteknikker.