صب الاستثمار (عملية ضياع الشمع): التصنيع الدقيق لشفرات التوربينات الفضائية ، والزرع الطبية وسبائك درجات الحرارة العالية

عندما يحتاج مهندسو الفضاء الجوي إلى إنتاج شفرات توربينية بسمك 0.1 ملم ودقة سطحية تصل إلى 0.05 ملم فقط ، تصبح التكنولوجيا الاستثمارية التي يبلغ عمرها 5000 عام (عملية الشمع المفقودة) هي التكنولوجيا الحرجة. تستمر هذه التقنية ، التي تدعم 90 ٪ من مكونات محرك الطيران الحديثة ، في دفع حدود الدقة في الأجهزة الطبية ، وتصنيع السلع الفاخرة ، وغيرها من الصناعات ذات القيمة العالية.

بصفتك مؤسسة مسبك محترفة ، ستزودك TieGu بمقدمة مفصلة عن عملية الاستثمار (المعروفة أيضًا باسم Corsing Lost-Wox) ، وهي عملية تصنيع دقيقة يتم تطبيقها على نطاق واسع في الصناعات مثل الفضاء والسيارات والأجهزة الطبية.

كيف يعمل صب الاستثمار？

تحقق عملية الاستثمار (عملية الشمع المفقودة) من المعدن الدقيق من خلال تقنية تكرار نمط قابلة للذوبان. يتضمن سير العمل الأساسي: إنشاء أنماط الشمع عن طريق حقن البارافين منخفضة الحرارة في القوالب ، وتجميع الأنماط في هياكل شبيهة بالأشجار ، وتطبيق طبقات الملاط السيراميك لتشكيل قشرة قوية. إزالة شمع البخار والتلبيخ ارتفاع درجة الحرارة إزالة الشمع وتكثيف القشرة ، تليها صب الفراغ من السبائك المنصهرة. بعد التبريد ، تتم إزالة الصدفة لإعطاء تصبفة عالية الدقة التي لا تتطلب أي ما بعد الاشتراك.

ما هي عملية صب الاستثمار？

كيف يختلف صب الاستثمار عن الأنواع الأخرى من الصب

يتفوق صب الاستثمار في الدقة ، والتوافق المادي ، والتعقيد الهيكلي:

1. التحكم الدقيق: يحقق التسامح CT4 (± 0.15 مم/25 مم) ، ومضاعفة دقة صب الرمال ، مما يتيح micropores 0.2 مم و 30 درجة زوايا سلبية سلبية

2. القدرة على التكيف للمواد: العملية الوحيدة القادرة على إلقاء Superalloys مباشرة (> 1300 ℃ نقطة انصهار مثل Inconel 718) وسبائك التيتانيوم

3. التعقيد: أشكال هياكل داخلية معقدة مثل قنوات تبريد شفرة التوربينات في خطوة واحدة ، مما يقلل من احتياجات ما بعد التجميع

بيانات المقارنة:

• الحد الأدنى لسمك الجدار: 0.5 ملم (مقابل 3 مم لصب الرمل ، 0.8 ملم للموت الصب)

• استخدام المواد: 90 ٪ (مقابل 40 ٪ للآلات التقليدية)

• تكلفة الوحدة: 5-8x صب الرمال ، ولكن أكثر فعالية من حيث التكلفة في التطبيقات عالية القيمة

لماذا يسمى الاستثمار الأسماء وغيرها من الأسماء؟

ينشأ مصطلح "الاستثمار" من الكلمة اللاتينية "الاستثمار" ، "بمعنى" لللباس "أو" لتغطية ". يشير هذا إلى عملية تغليف نمط الشمع مع مواد الاستثمار السيراميك ، والتي تشكل قشرة الواقية أثناء الصب. في حين أن "الاستثمار" هو المصطلح الموحد في السياقات الهندسية ، فإن العملية تُعرف أيضًا على نطاق واسع باسم صب الشمع المفقود بسبب خطوته الأساسية في ذوبان نمط الشمع قبل سكب المعادن.

أسماء بديلة في الممارسة （الاسم الآخر）

اعتمادًا على السياقات الإقليمية أو الصناعية ، قد تواجه هذه المرادفات:

صب الدقة - يسلط الضوء على قدرتها على تحقيق دقة الأبعاد CT4

صب النمط المستهلكة - يركز على الطبيعة الذبيحة لنموذج الشمع

صب القالب الخزفي) - يصف مادة القشرة الحرارية

أوضحت عملية صب الاستثمار

دليل خطوة بخطوة لأجزاء المعادن الدقيقة

1. خلق نمط الشمع

تبدأ العملية بتصميم نماذج ثلاثية الأبعاد باستخدام برنامج CAD ، حيث يتم أخذ تعويض الانكماش 0.3-0.6 ٪ في حساب التصلب المعدني. ثم يتم حقن شمع البارافين منخفضة الحرارة (48-52 ℃ نقطة انصهار) المخلوطة مع حمض ستيريك 15 ٪ في قوالب الألومنيوم المدمجة الدقة في 5-8MPa. ينتج عن هذا أنماط الشمع مع سمك الجدار تتراوح من 0.5 إلى 3 مم ودقة الأبعاد من ± 0.05 مم.

الحافة التقنية: قوالب الألومنيوم مع الانتهاء من السطح RA≤0.8μm تضمن إطلاق نمط ناعم.

2. مجموعة الكتلة

يتم لحام أنماط الشمع الفردية للعدائين الذين يستخدمون مدافع الهواء الساخنة ، وتشكيل مجموعات تشبه الأشجار. تخضع هذه التجميعات لفحص الأشعة السينية للكشف عن فقاعات داخلية أصغر من 0.2 مم ، مما يضمن النزاهة الهيكلية قبل الصب.

مراقبة الجودة: يتم الحفاظ على تباين وزن الكتلة داخل -5g لموازنة تدفق المعادن أثناء صب.

3. تشكيل قذيفة السيراميك

يتم تراجع المجموعات مرارًا وتكرارًا في ملاط ​​السيليكا Sol-Zircon (محتوى SIO₂ 30-35 ٪) ومغلفة بالرمال الحرارية. بعد 7-9 طبقات و 4-6 ساعات من التجفيف بين المعاطف ، يتم تلبيس الأصداف عند 980 ℃. تنشئ هذه العملية قذائف خزفية مع قوة الانحناء ≥30MPa قادرة على صيد 1500 ℃ المعدن المنصهر.

علوم المواد: يوفر دقيق الزركون ثباتًا حراريًا عاليًا ، في حين أن رمل موليت يعزز الصلابة الهيكلية.

4. إزالة الشمع والتنظيف

البخار عند 160 ℃ يزيل أنماط الشمع ، مما يترك أقل من 0.05 ٪ بقايا. ثم يمسح تفجير الهواء ذي الضغط العالي أي حطام متبقي من تجاويف الصدفة. يتم إعادة تدوير حوالي 95 ٪ من الشمع لإعادة الاستخدام.

الميزة البيئية: أنظمة استرداد الشمع المتقدمة تقلل من نفايات المواد.

5. الفراغ الصب

يتم إذابة Superalloys المستندة إلى النيكل مثل Inconel 718 عند 1550 ± 20 ℃ في أفران التعريفية الفراغية. يتم سكب المعدن المنصهر في قذائف السيراميك تحت فراغ ≤10PA للتخلص من المسامية ، وضمان المسبوكات الكثيفة الخالية من العيوب.

ابتكار العملية: بيئة الفراغ تقلل من الأكسدة وتحسن نقاء المواد.

6. التبريد و demolding

يتم تبريد الأجزاء المملوءة تدريجياً-أولاً في الفرن إلى 600 ℃ ، ثم يتم تبريدها بالهواء في 5-10 ℃ في الدقيقة. يزيل اهتزاز الاهتزاز أكثر من 99.9 ٪ من قذيفة السيراميك ، مما يترك مكونات معدنية شبه الشكل.

التحكم في الإجهاد: يمنع التبريد البطيء التشويه الحراري في الأشكال الهندسية المعقدة.

7. المعالجة النهائية والتفتيش

يحقق التشطيب السطحي عن طريق تفجير أكسيد الألومنيوم RA1.6-6.3μm خشونة. تنسيق آلات القياس تتحقق من تحمل CT4 الأبعاد (± 0.15 مم/25 مم) ، في حين أن الأشعة المقطعية مع دقة 5μm تكتشف العيوب الداخلية.

الشهادات: العمليات تمتثل لمتطلبات ISO 9001 و AS9100D (Aerospace) و ISO 13485 (الطبية).

ما هو الاستثمار في منتجات الاستثمار مزايا وعيوب？

مزايا الاستثمار

1. الدقة الشديدة

   
   يحقق التسامح الأبعاد CT4 (± 0.15 مم/25 مم) وخشونة السطح RA1.6-6.3μm ، مما يلغي بعد التنفيذ لمعظم التطبيقات.

2. قدرة الهندسة المعقدة

   
   أشكال هياكل داخلية معقدة مثل قنوات تبريد شفرة التوربينات وزوايا مسودة سلبية 30 درجة مستحيلة مع صب الرمل أو التزوير.

3. توافق المواد عالية درجة الحرارة

   
   يلقي Superalloys المستندة إلى النيكل (على سبيل المثال ، Inconel 718 ، Melting Point 1330 ℃) وسبائك التيتانيوم مباشرة ، والتي يصعب الجهاز تقليديًا.

4. كفاءة المواد

   
   90 ٪ استخدام المواد مقارنة بنسبة 40 ٪ للآلات CNC ، مما يقلل من النفايات والتكاليف للسبائك باهظة الثمن.

5. مرونة التصميم

   
   يسمح تكرارات التصميم السريع باستخدام أنماط الشمع المطبوعة ثلاثية الأبعاد ، وقطع وقت النماذج الأولية من 30 يومًا إلى 5 أيام.

البيانات الفنية

• الحد الأدنى لحجم الميزة: 0.2 مم

• نطاق سمك الجدار: 0.5-3 مم

• احتباس قوة الشد: 98 ٪ من المواد المطاورة

قيود الاستثمار

1. ارتفاع تكاليف الإنتاج

   
   تكاليف الوحدة أعلى من 5 إلى 8 مرات من صب الرمال بسبب عمليات الصدفة الخزفية كثيفة العمالة والاستثمار المادي.

2. أوقات طويلة

   
   تتراوح دورة الإنتاج النموذجية بين 15-20 يومًا للحصول على دفعات صغيرة ، أطول من الموت من 3 إلى 5 أيام.

3. قيود الحجم

   
   الحد الأقصى لوزن الصب هو عمومًا -50 كجم ، على الرغم من أن الأصداف المركبة المتقدمة يمكن أن تصل إلى 300 كيلوجرام.

4. التأثير البيئي

   
   تولد العمليات التقليدية انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة من المجلدات العضوية ، على الرغم من أن الطلاءات القائمة على الماء تقلل الآن بنسبة 90 ٪.

5. مخاطر المسامية

   
   يمكن أن تؤدي مستويات الفراغ غير السليمة أثناء الصب إلى مسامية تتجاوز 0.5 ٪ ، مما يتطلب علاج الورك بعد الصب للتطبيقات الحرجة.

استراتيجيات تخفيف المخاطر

• برنامج المحاكاة: النمذجة المتنبأ

• التحكم في العملية: مستويات الفراغ المحفوظة عند ≤10Pa أثناء صبها

• ما بعد المعالجة: يضغط الضغط المتساوي الساخن (الورك) على الفراغات الداخلية

مصفوفة القرار

ما هو تطبيق صب الاستثمار؟

ما هي أمثلة منتجات الصب الاستثمارية؟ يستخدم صب الاستثمار لإنتاج مكونات عالية الدقة عبر الصناعات الحرجة ، بما في ذلك:

• الفضاء الجوي: شفرات التوربينات (تستخدم في محركات نفاثة لتحمل 1200 ℃ الحرارة) ، بطانات غرفة الاحتراق

• طبية: غرسات الورك والكوبالت كروميوم (تستخدم لتكامل العظام المتوافق حيوياً) ، فواصل العمود الفقري التيتانيوم

• الصناعي: صمامات درجات الحرارة العالية (المستخدمة في النباتات البتروكيماوية) ، المراوح البحرية

• البضائع الفاخرة: إعدادات مجوهرات ذهبية 18 ألفًا (تستخدم في شوكة الماس المعقدة) ، حالات مراقبة الفولاذ المقاوم للصدأ

• الطاقة: مكونات المفاعل النووي (المستخدمة في بيئات الإشعاع) ، محامل توربينات الرياح

لماذا تستخدم هذه المنتجات صب الاستثمار
✅ الأشكال الهندسية المعقدة (على سبيل المثال ، قنوات التبريد الداخلية في شفرات التوربينات)
✅ مواد درجات الحرارة العالية (على سبيل المثال ، يذوب Superalloys المستندة إلى النيكل في 1330 ℃)
✅ ينهي السطح معايير الطبية/المستهلك (RA1.6-6.3μm)

لماذا الاستثمار يكلف باهظ الثمن؟

يوضح صب الاستثمار تكاليف أعلى بسبب متطلباتها ومتطلبات المواد التي تعتمد على الدقة ، بما في ذلك:

1. خطوات كثيفة العمالة: إن إنشاء قذائف سيراميك يتضمن 7-9 طلاء ملاط ​​وتلبيخ ، ويتطلب من الفنيين المهرة والوقت (5-7 أيام لإعداد الصدفة وحده).

2. سبائك درجات الحرارة العالية: تكلفة مواد مثل Superalloys المستندة إلى النيكل (على سبيل المثال ، Inconel 718) أكثر من 3-5 مرات من المعادن التقليدية ، على الرغم من أن معدل استخدامها بنسبة 90 ٪ يعوض بعض النفقات.

3. تكاليف الأدوات: يمكن أن تكلف قوالب الألومنيوم لأنماط الشمع 10000 دولار-50000 دولار لكل تصميم ، على الرغم من أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تقلل من ذلك بنسبة 80 ٪ للنماذج الأولية.

4. ضمان الجودة: أضف التصوير المقطعي المحوسب (دقة 5μm) واختبار الشد من 200 إلى 500 دولار لكل جزء للتطبيقات الطيران/الطبية.

استراتيجيات تخفيف التكلفة

• أنماط الشمع المطبوعة ثلاثية الأبعاد: تقليل تكاليف الأدوات للدفعات الصغيرة

• القصف الآلي: تقصير وقت الإنتاج بنسبة 30 ٪

• تحسين المواد: يقلل الشكل شبه الشبكية من نفايات الآلات بنسبة 50 ٪

نهج لك
تستفيد من روبوتات طلاء السيراميك الآلية وقدرات ذوبان السبائك الداخلية لخفض التكاليف بنسبة 25 ٪ مقارنة بمتوسطات الصناعة.

ما هي المواد المستخدمة في صب الاستثمار؟

إن الاستثمار هو عملية متعددة الاستخدامات يمكن أن تعمل مع مجموعة واسعة من المواد لتلبية الاحتياجات الصناعية المختلفة. فيما يلي المواد الرئيسية المستخدمة:

1. المواد المعدنية

• Nickel - Superalloys: هذه هي GO - للاختيار لتطبيقات الطيران والطاقة. السبائك مثل Inconel 718 (التي تفي ASTM B637) و CMSX - 4 معروفة بقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية ، مع نقاط ذوبان تتجاوز 1300 درجة مئوية.

• السبائك القائمة على الكوبالت: Stellite 6 ، على وجه الخصوص ، يتم تقديرها لصلابة عالية ، تصل إلى HRC52 ، مما يجعلها مناسبة للأجزاء المقاومة للارتداء.

• سبائك التيتانيوم: TI - 6AL - 4V (الامتثال لـ ASTM F136) يستخدم على نطاق واسع في المجال الطبي بسبب توافقه الحيوي وقوة عالية - إلى - نسبة الوزن.

• الفولاذ المقاوم للصدأ: 316L (مع محتوى منخفض الكربون من ≤0.03 ٪) و 17 - 4PH (والتي يمكن أن تحقق HRC42 بعد المعالجة الحرارية) شائعة لمقاومة التآكل.

2. مواد الشمع

• شمع البارافين: إنه يعمل كمكون أساسي ، وعادة ما يمثل 85 ٪ من خليط الشمع. لديها نقطة انصهار تتراوح بين 48 - 52 درجة مئوية.

• حمض ستيريك: يشكل 15 ٪ من الخليط ، فهو يساعد في السيطرة على لزوجة الشمع.

• إضافات: تتم إضافة شمع البلورة الدقيقة لتقليل معدل الانكماش إلى أقل من 0.6 ٪ ، مما يضمن الاستقرار الأبعاد لنمط الشمع.

3. مواد السيراميك

• دقيق الزركون: مع حجم الجسيمات 270 شبكة ، يتم استخدامه في الطبقة السطحية للقشرة الخزفية لتوفير الاستقرار الحراري.

• الرمال الموليت: وجود حجم جسيم 80 - شبكة ، يتم استخدامه في طبقات الدعم لتعزيز قوة القشرة.