Investitionsguss (Prozess der Lost-Wachs): Präzisionsfertigung für Luft- und Raumfahrtturbinenblätter, medizinische Implantate und Hochtemperaturlegierungen

Wenn Luft- und Raumfahrtingenieure Turbinenblätter mit einer Dicke von nur 0,1 mm und einer Oberflächengenauigkeit von bis zu ± 0,05 mm produzieren müssen, wird das 5.000 Jahre alte Investitionsguss (Lost-Wax-Prozess) zur kritischen Technologie. Diese Technik, die 90% der modernen Luft- und Raumfahrtkomponenten untermauert, überschreitet weiterhin Präzisionsgrenzen in medizinischen Geräten, Luxusgütern und anderen hochwertigen Branchen.

Als professionelles Gießerei Enterprise wird Tiegu Ihnen als nächstes eine detaillierte Einführung in das Investitionsguss (auch als Lost-Wax Casting) zur Verfügung stellen, einem Präzisions-Herstellungsprozess, der in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil- und medizinischen Geräten weit verbreitet ist.

Wie das Investitionsguss funktioniert？

Das Investment Casting (Lost-Wax-Prozess) erreicht durch eine lösliche Musterreplikationstechnik eine Präzisionsmetallformung. Der Kernworkflow beinhaltet: Erstellen von Wachsmustern durch Injektion von Paraffin mit niedriger Temperatur in Formen, das Zusammenbau von Mustern in baumähnliche Strukturen und die Anwendung von Keramikschlammschichten, um eine robuste Hülle zu bilden. Dampfentwachung und Hochtemperatursintern entfernen Sie das Wachs und verhindern die Hülle, gefolgt vom Vakuumguss von geschmolzenen Legierungen. Nach dem Abkühlen wird die Hülle entfernt, um hochpräzierende Gussteile zu ergeben, die keine Nachbearbeitung erfordern.

Was ist Investitionsgussprozess？

Wie sich das Casting von Investitionen von anderen Arten von Casting unterscheidet

Investitionsguss zeichnet sich in Präzision, materieller Kompatibilität und struktureller Komplexität aus:

1. Präzisionskontrolle: Erreicht die CT4 -Toleranz (± 0,15 mm/25 mm), doppelt so hoch wie die Genauigkeit des Sandgusses, und ermöglicht 0,2 mm Mikroporen und 30 ° negative Entwurfswinkel

2. Materielle Anpassungsfähigkeit: Der einzige Prozess, der in der Lage ist, Superlegierungen (> 1300 ℃ Schmelzpunkt wie Inconel 718) und Titanlegierungen direkt zu gießen

3. Komplexität: Formen bildet komplizierte interne Strukturen wie Turbinenklingenkühlkanäle in einem Schritt und reduzieren die Bedürfnisse nach dem Assembly

Vergleichsdaten:

• Mindestwanddicke: 0,5 mm (gegenüber 3 mm für Sandguss, 0,8 mm für das Gießen))

• Materialnutzung: 90% (gegenüber 40% für herkömmliche Bearbeitung)

• Einheitenkosten: 5-8x Sandguss, aber kostengünstiger in hochwertigen Anwendungen

Warum heißt es Investment Casting und andere Namen?

Der Begriff "Investitionskaste" stammt aus dem lateinischen Wort "Investire", bedeutet "Kleidung" oder "Deckung". Dies bezieht sich auf den Prozess der Einhüllung des Wachsmusters mit Keramikinvestitionsmaterial, das während des Gießens die Schutzhülle bildet. Während "Investment Casting" der standardisierte Begriff in technischen Kontexten ist, ist der Prozess aufgrund seines Kernschritts, das Wachsmuster vor dem Metallgießen wegschmelzen, auch als Kernschritt bekannt zu sein.

Alternative Namen in der Praxis （Anderer Name）

Abhängig von regionalen oder industriellen Kontexten können Sie diese Synonyme begegnen:

Präzisionsguss - unterstreicht seine Fähigkeit, CT4 -dimensionale Genauigkeit zu erreichen

Verbrauchbares Musterguss - konzentriert sich auf die Opfer Natur des Wachsmodells

Keramikschimmelguss) - beschreibt das feuerfeste Schalenmaterial

Investitionsgussprozess erklärt

Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für Präzisionsmetallteile

1. Wachsmustererstellung

Der Prozess beginnt mit der Gestaltung von 3D-Modellen mithilfe der CAD-Software, wobei 0,3-0,6% Schrumpfung Kompensation berücksichtigt werden, um die Verfestigung der Metall zu berücksichtigen. Paraffinwachs mit niedrigem Temperatur (48-52 ℃ Schmelzpunkt), gemischt mit 15% Stearinsäure, wird dann bei 5-8MPa in präzisionsbewegte Aluminiumformen injiziert. Dies führt zu Wachsmustern mit Wandstärke im Bereich von 0,5 bis 3 mm und dimensionale Genauigkeit von ± 0,05 mm.

Technische Kante: Aluminiumformen mit RA ≤ 0,8 μm Oberflächenfinish sorgen für eine glatte Musterfreisetzung.

2. Cluster -Montage

Einzelne Wachsmuster werden mit beheizten Luftpistolen an Läufern geschweißt und bilden baumähnliche Cluster. Diese Baugruppen unterliegen einer Röntgeninspektion, um interne Blasen mit einem Durchmesser von weniger als 0,2 mm zu erkennen, um die strukturelle Integrität vor dem Gießen zu gewährleisten.

Qualitätskontrolle: Die Variation des Clustergewichts wird während des Gießens innerhalb von ≤ 5 g bis zum Bilanzierung Metallfluss gehalten.

3. Keramikschalenbildung

Die Cluster werden wiederholt in Silica Sol-Zirc-Aufschlämmung (30-35% SiO₂-Gehalt) getaucht und mit feuerfestem Sand beschichtet. Nach 7-9 Schichten und 4-6 Stunden trocknen zwischen den Schichten werden die Muscheln bei 980 ℃ gesintert. Dieser Prozess erzeugt Keramikschalen mit einer Biegefestigkeit von ≥ 30 MPa, die 1500 ℃ geschmolzenes Metall standhalten kann.

Materialwissenschaft: Zirkonmehl bietet eine hohe thermische Stabilität, während Mullite -Sand die strukturelle Starrheit verbessert.

4. Entwachsen und Reinigung

Dampf bei 160 ℃ entfernt die Wachsmuster und hinterlässt weniger als 0,05% Rückstände. Hochdruckluftsprengung löscht dann alle verbleibenden Schmutz aus den Hülsenhöhlen. Ungefähr 95% des Wachs werden zur Wiederverwendung recycelt.

Umweltvorteil: Fortgeschrittene Wachsrückgewinnungssysteme minimieren Materialabfälle.

5. Vakuumguss

Superlegierungen auf Nickelbasis wie Inconel 718 werden bei 1550 ± 20 ° C in Vakuuminduktionöfen geschmolzen. Das geschmolzene Metall wird unter ≤ 10 Pa-Vakuum in die Keramikschalen gegossen, um die Porosität zu beseitigen und dichte, fehlerfreie Gussgüsse zu gewährleisten.

Prozessinnovation: Die Vakuumumgebung reduziert die Oxidation und verbessert die materielle Reinheit.

6. Kühlung & Demolding

Gussteile werden allmählich abgekühlt-erstmals im Ofen auf 600 ° C und dann mit 5-10 ° C pro Minute luftgekühlt. Vibrationsschütteln beseitigt über 99,9% der Keramikschale, wobei die Metallkomponenten in der Nähe von NETSHAPE bleiben.

Spannungskontrolle: Eine langsame Kühlung verhindert die thermische Verzerrung in komplexen Geometrien.

7. Endgültige Verarbeitung und Inspektion

Die Oberflächenverarbeitung über Aluminiumoxidstrahlung erreicht die RA1.6-6.3 μm Rauheit. Die Koordinatenmessmaschinen überprüfen die CT4 -dimensionale Toleranz (± 0,15 mm/25 mm), während CT mit 5 μM Auflösungen interne Defekte erfasst.

Zertifizierungen: Prozesse entsprechen den Anforderungen der ISO 9001, AS9100D (Luft- und Raumfahrt) und ISO 13485 (medizinisch).

Was sind Investitionsgastprodukte Vor- und Nachteile？？

Vorteile des Investitionskastens

1. Extreme Präzision

   
   Erreicht die CT4-dimensionale Toleranz (± 0,15 mm/25 mm) und die Oberflächenrauheit RA1.6-6,3 μm, wodurch die Nachbearbeitung für die meisten Anwendungen eliminiert wird.

2. Komplexe Geometriefähigkeiten

   
   Bildet komplizierte innere Strukturen wie Turbinenklingenkühlkanäle und 30 ° negative Winkel, die mit Sandguss oder Schmieden unmöglich sind.

3. Hochtemperaturmaterialkompatibilität

   
   Wirft Nickel-basierte Superlegierungen (z. B. Inconel 718, Schmelzpunkt 1330 ℃) und Titanlegierungen direkt, die konventionell schwer zu maschinell sind.

4. Materialeffizienz

   
   90% Materialnutzung im Vergleich zu 40% für CNC -Bearbeitung, Reduzierung von Abfällen und Kosten für teure Legierungen.

5. Designflexibilität

   
   Ermöglicht schnelle Design-Iterationen mit 3D-gedruckten Wachsmustern, wodurch die Prototypingzeit von 30 Tagen bis 5 Tagen verkürzt wird.

Technische Daten

• Mindestfunktionsgröße: 0,2 mm

• Wandstärke: 0,5-3 mm

• Retention der Zugfestigkeit: 98% des Schmiedematerials

Einschränkungen des Investitionskastens

1. Hohe Produktionskosten

   
   Die Einheitenkosten sind 5- bis 8-mal höher als das Sandguss aufgrund arbeitsintensiver Keramikschalenprozesse und materielle Investitionen.

2. Lange Vorlaufzeiten

   
   Der typische Produktionszyklus reicht von 15 bis 20 Tagen für kleine Chargen, länger als 3-5 Tage als die Casting.

3. Größenbeschränkungen

   
   Das maximale Gussgewicht beträgt im Allgemeinen ≤ 50 kg, obwohl fortschrittliche Verbundschalen bis zu 300 kg Komponenten gießen können.

4. Umweltauswirkungen

   
   Herkömmliche Prozesse erzeugen VOC-Emissionen von organischen Bindemitteln, obwohl die Beschichtungen auf Wasserbasis dies jetzt um 90%reduzieren.

5. Porositätsrisiken

   
   Unsachgemäße Vakuumspiegel während des Gießens kann zu einer Porosität von mehr als 0,5%führen, was eine Hüftbehandlung nach der Kaste für kritische Anwendungen erfordert.

Risikominderungsstrategien

• Simulationssoftware: Procast -Modellierung sagt Schrumpfen und Porosität voraus

• Prozesskontrolle: Vakuumniveaus bei ≤ 10 Pa während des Gießens beibehalten

• Nachbearbeitung: Hot Isostatic Pressing (HIP) beseitigt interne Hohlräume

Entscheidungsmatrix

Was ist die Anwendung von Investment Casting?

Was sind die Beispiele für Investitionsgussprodukte? Investitionskaste wird verwendet, um hochpräzierende Komponenten in kritischen Branchen zu produzieren, einschließlich:

• Luft- und Raumfahrt: Turbinenblätter (in Düsenmotoren verwendet, um 1200 ℃ Wärme standzuhalten), Brennkammer -Liner

• Medizinische: Kobalt-Chrom-Hüftimplantate (für biokompatible Knochenintegration), Titan-Spinalabstandshalter

• Industrie: Hochtemperaturventile (in petrochemischen Pflanzen verwendet), marine Propeller

• Luxusgüter: 18k Goldschmuckeinstellungen (für komplizierte Diamantstaffel), Edelstahlwachtkoffer

• Energie: Kernreaktorkomponenten (in Strahlungsumgebungen verwendet), Windturbinenlager

Warum diese Produkte Investitionsguss verwenden
✅ Komplexe Geometrien (z. B. interne Kühlkanäle in Turbinenschaufeln)
✅ Hochtemperaturmaterialien (z. B. Superlegierungen auf Nickelbasis, die um 1330 ℃ schmelzen)
✅ Oberflächenverlauf erfüllen medizinische/Verbraucherstandards (RA1.6-6.3 μm)

Warum ist Investition teuer?

Investitionsguss verursacht höhere Kosten aufgrund seiner präzisorientierten Prozess- und materiellen Anforderungen, einschließlich:

1. Arbeitsintensive Schritte: Die Schaffung von Keramikschalen umfasst 7-9 Gräuy-Beschichtungen und Sintern, die qualifizierte Techniker und Zeit benötigen (5-7 Tage für die Herstellung von Schalen).

2. Hochtemperaturlegierungen: Materialien wie Nickel-Basis-Superlegierungen (z. B. Inconel 718) kosten 3-5-mal mehr als herkömmliche Metalle, obwohl ihre Nutzungsrate von 90% ein gewisses Maß an Kosten auspasset.

3. Werkzeugkosten: Aluminiumformen für Wachsmuster können 10.000 bis 50.000 US-Dollar pro Design kosten, obwohl der 3D-Druck dies für Prototypen um 80% reduziert.

4. Qualitätssicherung: CT-Scans (5 & mgr; m Auflösung) und Zugprüfung fügen 200 bis 500 US-Dollar pro Teil für Luft- und Raumfahrt/medizinische Anwendungen hinzu.

Kostungsminderungsstrategien

• 3D-gedruckte Wachsmuster: Reduzierung der Werkzeugkosten für kleine Chargen reduzieren

• Automatisierter Beschuss: Verkürzung der Produktionszeit um 30%

• Materialoptimierung: Die Form der Nähernetz reduziert den Bearbeitungsabfall um 50% um 50%

Dein Ansatz
Nutzt automatisierte Keramikbeschichtungs-Roboter und die Schmelzfunktionen für interne Legierung, um die Kosten im Vergleich zu Industrie-Durchschnittswerten um 25% zu senken.

Welche Materialien werden im Investitionsguss verwendet?

Investment Casting ist ein vielseitiger Prozess, der mit einer Vielzahl von Materialien zusammenarbeiten kann, um unterschiedliche industrielle Bedürfnisse zu erfüllen. Hier sind die wichtigsten Materialien:

1. Metallische Materialien

• Nickel - Basierte Superlegierungen: Dies sind die Auswahl für Luft- und Raumfahrt- und Energieanwendungen. Legierungen wie Inconel 718 (die ASTM B637 begegnen) und CMSX - 4 sind für ihre Fähigkeit bekannt, hohen Temperaturen standzuhalten, wobei Schmelzpunkte über 1300 ° C liegen.

• Cobalt - Basierte Legierungen: Insbesondere Stellit 6 wird für seine hohe Härte geschätzt und erreicht bis zu HRC52, wodurch es für Verschleißteile geeignet ist.

• Titanlegierungen: Ti - 6al - 4V (Einhaltung von ASTM F136) wird aufgrund seiner Biokompatibilität und hohen Festigkeit - Gewichtsverhältnis im medizinischen Bereich häufig verwendet.

• Edelstähle: 316L (mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt von ≤ 0,03%) und 17 - 4PH (die nach Wärmebehandlung HRC42 erreichen können) werden üblicherweise für ihre Korrosionsresistenz ausgewählt.

2. Wachsmaterialien

• Paraffin -Wachs: Es dient als Hauptkomponente, die typischerweise 85% der Wachsmischung ausmacht. Es hat einen Schmelzpunkt von 48 - 52 ° C.

• Stearinsäure: Mit 15% des Gemisches hilft es bei der Kontrolle der Viskosität des Wachs.

• Additive: Mikrokristalline Wachs wird hinzugefügt, um die Schrumpfungsrate auf weniger als 0,6%zu senken, wodurch die dimensionale Stabilität des Wachsmusters gewährleistet ist.

3. Keramikmaterialien

• Zirkonmehl: Mit einer Partikelgröße von 270 mesh wird es in der Oberflächenschicht der Keramikschale verwendet, um die thermische Stabilität zu gewährleisten.

• Mullitsand: Mit einer 80 -Maschen -Partikelgröße wird es in den Hintergrundschichten verwendet, um die Festigkeit der Schale zu verbessern.