Coulage d'investissement (procédé de la chariot perdu): Fabrication de précision pour les lames de turbine aérospatiale, les implants médicaux et les alliages à haute température

Lorsque les ingénieurs aérospatiaux doivent produire des lames de turbine avec une épaisseur de seulement 0,1 mm et une précision de surface jusqu'à ± 0,05 mm, la coulée d'investissement vieille de 5000 ans (procédé de chariot perdu) devient la technologie critique. Cette technique, qui sous-tend 90% des composants modernes de moteur aérospatial modernes, continue de repousser les frontières de précision dans les dispositifs médicaux, la fabrication de produits de luxe et d'autres industries de grande valeur.

En tant qu'entreprise de fonderie professionnelle, Tiegu vous fournira ensuite une introduction détaillée à la coulée d'investissement (également connue sous le nom de casting perdu), un processus de fabrication de précision qui est largement appliqué dans des industries telles que l'aérospatiale, l'automobile et les appareils médicaux.

Comment fonctionne le casting d'investissement？

La coulée d'investissement (processus de chariot perdu) atteint la formation de métaux de précision grâce à une technique de réplication soluble de motif. Le flux de travail central implique: la création de motifs de cire en injectant de la paraffine à basse température dans des moules, en assemblant des motifs en structures en forme d'arbres et en appliquant des couches de suspension en céramique pour former une coque robuste. La déwax de vapeur et le frittage à haute température retirent la cire et densifient la coquille, suivie d'une coulée sous vide d'alliages fondus. Après refroidissement, la coquille est retirée pour produire des pièces moulées de haute précision ne nécessitant pas de post-acquisition.

Qu'est-ce que le processus de casting d'investissement？

Comment la coulée des investissements diffère des autres types de casting

La coulée d'investissement excelle dans la précision, la compatibilité des matériaux et la complexité structurelle:

1. Contrôle de précision: atteint la tolérance CT4 (± 0,15 mm / 25 mm), doubler la précision de la coulée de sable, permettant des micropores de 0,2 mm et des angles de tirage négatifs de 30 °

2. Adaptabilité des matériaux: le seul processus capable de couler directement les superalliages (> 1300 ℃ Point de fusion comme Inconel 718) et les alliages de titane

3. Complexité: forme des structures internes complexes comme les canaux de refroidissement de la lame de turbine en une étape, réduisant les besoins après l'assemblage

Données de comparaison:

• Épaisseur de paroi minimale: 0,5 mm (contre 3 mm pour la coulée de sable, 0,8 mm pour la coulée de matrice)

• Utilisation des matériaux: 90% (contre 40% pour l'usinage traditionnel)

• Coût unitaire: coulée de sable 5 à 8x, mais plus rentable dans les applications de grande valeur

Pourquoi s'appelle-t-il le casting d'investissement et d'autres noms?

Le terme "casting d'investissement" provient du mot latin "investisire", ce qui signifie "vêtir" ou "couvrir". Cela fait référence au processus d'enclure le modèle de cire avec du matériel d'investissement en céramique, qui forme la coquille de protection pendant la coulée. Bien que la «coulée d'investissement» soit le terme standardisé dans des contextes d'ingénierie, le processus est également largement connu sous le nom de moulage de la chronique perdue en raison de son étape de base de fondre le motif de cire avant la coulée du métal.

Noms alternatifs en pratique （autre nom）

Selon les contextes régionaux ou industriels, vous pouvez rencontrer ces synonymes:

Coulage de précision - met en évidence sa capacité à atteindre une précision dimensionnelle CT4

Coulage de motifs consommables - se concentre sur la nature sacrificielle du modèle de cire

Coulage de moisissures en céramique) - décrit le matériau de coquille réfractaire

Processus de coulée d'investissement expliqué

Un guide étape par étape pour les pièces métalliques de précision

1. Création de motifs de cire

Le processus commence par la conception de modèles 3D à l'aide d'un logiciel CAO, où la compensation de retrait de 0,3-0,6% est prise en compte pour tenir compte de la solidification des métaux. La cire de paraffine à basse température (48-52 ℃ point de fusion) mélangée à 15% d'acide stéarique est ensuite injectée dans des moisissures en aluminium acculées en précision à 5-8MPA. Il en résulte des motifs de cire avec une épaisseur de paroi allant de 0,5 à 3 mm et une précision dimensionnelle de ± 0,05 mm.

Bord technique: Moules en aluminium avec finition de surface RA≤0,8 μm Assurent la libération de motif lisse.

2. Ensemble de cluster

Les motifs de cire individuels sont soudés aux coureurs à l'aide de pistolets à air chauffé, formant des grappes en forme d'arbres. Ces assemblages subissent une inspection des rayons X pour détecter les bulles internes inférieures à 0,2 mm de diamètre, assurant une intégrité structurelle avant la coulée.

Contrôle de la qualité: La variation du poids des grappes est maintenue dans ≤5g pour équilibrer le débit métallique pendant la coulée.

3. Formation de la coque en céramique

Les grappes sont trempées à plusieurs reprises dans la suspension de silice sol-zircon (teneur en Sio₂ de 30 à 35%) et recouvertes de sables réfractaires. Après 7 à 9 couches et 4 à 6 heures de séchage entre les couches, les coquilles sont frittées à 980 ℃. Ce processus crée des coquilles en céramique avec une résistance à la flexion ≥30 MPa capable de résister à 1500 ℃ métal fondu.

Science des matériaux: La farine de zircon offre une stabilité thermique élevée, tandis que le sable de Mullite améliore la rigidité structurelle.

4. Dewaxing et nettoyage

La vapeur à 160 ℃ élimine les motifs de cire, laissant moins de 0,05% de résidus. Le dynamitage d'air à haute pression efface alors les débris restants des cavités de coquille. Environ 95% de la cire est recyclée pour réutilisation.

Avantage environnemental: les systèmes avancés de récupération de cire minimisent les déchets de matériaux.

5. Casting sous vide

Les superalliages à base de nickel comme Inconel 718 sont fondus à 1550 ± 20 ℃ dans les fours à induction sous vide. Le métal fondu est versé dans les coquilles en céramique sous un vide ≤10pa pour éliminer la porosité, assurant des pièces moulées denses et sans défaut.

Innovation de processus: l'environnement sous vide réduit l'oxydation et améliore la pureté des matériaux.

6. refroidissement et démoultage

Les pièces coulées sont refroidies progressivement - d'abord dans la fournaise à 600 ℃, puis refroidies à l'air à 5-10 ℃ par minute. Les vibrations enlèvent plus de 99,9% de la coquille de céramique, laissant des composants métalliques en forme de net.

Contrôle des contraintes: le refroidissement lent empêche la distorsion thermique dans les géométries complexes.

7. Traitement final et inspection

La finition de surface via le dynamitage d'oxyde d'aluminium atteint la rugosité RA1.6-6,3 μm. Les machines de mesure des coordonnées vérifient la tolérance dimensionnelle CT4 (± 0,15 mm / 25 mm), tandis que les scans CT avec une résolution de 5 μm détectent des défauts internes.

Certifications: Les processus sont conformes aux exigences ISO 9001, AS9100D (Aerospace) et ISO 13485 (médicale).

Qu'est-ce que les avantages et les inconvénients des produits de la mise en place des investissements？

Avantages de la coulée d'investissement

1. Extrême précision

   
   Atteint la tolérance dimensionnelle CT4 (± 0,15 mm / 25 mm) et la rugosité de surface RA1,6-6,3 μm, éliminant la post-acquisition pour la plupart des applications.

2. Capacité de géométrie complexe

   
   Forme des structures internes complexes comme les canaux de refroidissement de la lame de turbine et des angles de tirage négatifs à 30 ° impossibles avec la coulée ou la forge de sable.

3. Compatibilité des matériaux à haute température

   
   Lance les superalliages à base de nickel (par exemple, Inconel 718, Melting Point 1330 ℃) et les alliages de titane directement, qui sont difficiles à machine conventionnellement.

4. Efficacité des matériaux

   
   90% d'utilisation des matériaux par rapport à 40% pour l'usinage CNC, réduisant les déchets et les coûts pour les alliages coûteux.

5. Flexibilité de conception

   
   Permet des itérations de conception rapide en utilisant des motifs de cire imprimés en 3D, en réduisant le temps de prototypage de 30 jours à 5 jours.

Données techniques

• Taille de la fonctionnalité minimale: 0,2 mm

• Plage d'épaisseur de paroi: 0,5 à 3 mm

• Rétention de résistance à la traction: 98% des matériaux forts

Limites de la coulée d'investissement

1. Coûts de production élevés

   
   Les coûts unitaires sont 5 à 8 fois plus élevés que la coulée de sable en raison des processus de coquille en céramique à forte intensité de main-d'œuvre et des investissements matériels.

2. Temps de plomb long

   
   Le cycle de production typique varie de 15 à 20 jours pour les petits lots, plus longtemps que les 3 à 5 jours de la moulage.

3. Restrictions de taille

   
   Le poids de coulée maximal est généralement ≤ 50kg, bien que les coquilles composites avancées puissent couler jusqu'à 300 kg de composants.

4. Impact environnemental

   
   Les processus traditionnels génèrent des émissions de COV à partir de liants organiques, bien que les revêtements à base d'eau le réduisent désormais de 90%.

5. Risques de porosité

   
   Des niveaux de vide inappropriés pendant la coulée peuvent entraîner une porosité supérieure à 0,5%, nécessitant un traitement de la hanche post-casting pour les applications critiques.

Stratégies d'atténuation des risques

• Logiciel de simulation: Procast La modélisation prédit le retrait et la porosité

• Contrôle du processus: niveaux de vide maintenus à ≤10pa pendant le coulage

• Post-traitement: une pression isostatique chaude (HIP) élimine les vides internes

Matrice de décision

Quelle est l'application du casting d'investissement?

Quels sont les exemples de produits de coulée d'investissement? Le casting d'investissement est utilisé pour produire des composants de haute précision dans les industries critiques, notamment:

• Aérospatiale: lames de turbine (utilisées dans les moteurs à réaction pour résister à 1200 ℃ chaleur), doublures de chambre à combustion

• Médical: implants de hanche à chrome de cobalt (utilisés pour l'intégration osseuse biocompatible), espaceurs vertébraux en titane

• Industriel: valves à haute température (utilisées dans les plantes pétrochimiques), hélices marines

• Articles de luxe: Paramètres de bijoux en or 18K (utilisés pour les dents en diamant complexes), étuis de montre en acier inoxydable

• Énergie: composants du réacteur nucléaire (utilisés dans les environnements de rayonnement), roulements d'éoliennes

Pourquoi ces produits utilisent le casting d'investissement
✅ Géométries complexes (par exemple, canaux de refroidissement internes dans les lames de turbine)
✅ Matériaux à haute température (par exemple, les superalliages à base de nickel fondent à 1330 ℃)
✅ Finies de surface répondant aux normes médicales / consommateurs (RA1,6-6,3 μm)

Pourquoi l'investissement est-il coûteux?

La coulée d'investissement entraîne des coûts plus élevés en raison de ses exigences de processus et de matériel axées sur la précision, notamment:

1. Étapes à forte intensité de main-d'œuvre: La création de coquilles en céramique implique 7-9 revêtements de suspension et frittage, nécessitant des techniciens et du temps qualifiés (5-7 jours pour la préparation des obus seuls).

2. Alloys à haute température: des matériaux comme les superalliages à base de nickel (par exemple, Inconel 718) coûtent 3 à 5 fois plus que les métaux conventionnels, bien que leur taux d'utilisation de 90% compense certaines dépenses.

3. Coûts d'outillage: les moules en aluminium pour les motifs de cire peuvent coûter 10 000 $ à 50 000 $ par conception, bien que l'impression 3D le réduit de 80% pour les prototypes.

4. Assurance qualité: tomodensitométrie (résolution de 5 μm) et tests de traction ajoutent 200 $ à 500 $ par pièce pour les applications aérospatiales / médicales.

Stratégies d'atténuation des coûts

• Modèles de cire imprimés en 3D: Réduisez les coûts d'outillage pour les petits lots

• Bargarations automatisées: raccourcir le temps de production de 30%

• Optimisation du matériau: la forme proche du réseau réduit les déchets d'usinage de 50%

VOTRE APPROCHE
Exploite des robots de revêtement en céramique automatisés et des capacités de fusion en alliage interne pour réduire les coûts de 25% par rapport aux moyennes de l'industrie.

Quels matériaux sont utilisés dans le casting d'investissement?

La coulée d'investissement est un processus polyvalent qui peut fonctionner avec un large éventail de matériaux pour répondre à différents besoins industriels. Voici les principaux documents utilisés:

1. Matériaux métalliques

• Superalliages basés sur le nickel: ce sont les applications GO - à des applications aérospatiales et énergétiques. Les alliages tels que Inconel 718 (qui répondent à ASTM B637) et CMSX - 4 sont connus pour leur capacité à résister à des températures élevées, avec des points de fusion dépassant 1300 ° C.

• Alloys à base de cobalt: Stellite 6, en particulier, est évalué à sa dureté élevée, atteignant HRC52, ce qui le rend adapté à des pièces résistantes à l'usure.

• Les alliages de titane: Ti - 6Al - 4V (conformément à ASTM F136) sont largement utilisés dans le domaine médical en raison de sa biocompatibilité et de son rapport haute résistance au poids.

• Aciers inoxydables: 316L (avec une faible teneur en carbone ≤0,03%) et 17 - 4ph (qui peuvent atteindre HRC42 après traitement thermique) sont couramment sélectionnés pour leur résistance à la corrosion.

2. Matériaux de cire

• Cire de paraffine: Il sert de composant principal, représentant généralement 85% du mélange de cire. Il a un point de fusion allant de 48 à 52 ° C.

• Acide stéarique: représentant 15% du mélange, il aide à contrôler la viscosité de la cire.

• Additifs: La cire microcristalline est ajoutée pour réduire le taux de retrait à moins de 0,6%, assurant la stabilité dimensionnelle du motif de cire.

3. Matériaux en céramique

• Farine de zircon: Avec une taille de particules de 270 mesh, il est utilisé dans la couche de surface de la coque en céramique pour assurer la stabilité thermique.

• Sable de Mullite: Ayant une taille de particules de 80 maille, il est utilisé dans les couches de support pour améliorer la résistance de la coque.