Casting per gli investimenti (processo di cima perduta): produzione di precisione per pale di turbine aerospaziali, impianti medici e leghe ad alta temperatura

Quando gli ingegneri aerospaziali devono produrre pale di turbine con uno spessore di soli 0,1 mm e precisione superficiale fino a ± 0,05 mm, la fusione di investimenti di 5.000 anni (processo di cima perduta) diventa la tecnologia critica. Questa tecnica, che sostiene il 90% dei moderni componenti del motore aerospaziale, continua a spingere i confini di precisione in dispositivi medici, produzione di beni di lusso e altre industrie di alto valore.

Come impresa di fonderia professionale, Tiegu ti fornirà successivamente un'introduzione dettagliata al casting per gli investimenti (noto anche come fusione di cera perduta), un processo di produzione di precisione che è ampiamente applicato in settori come dispositivi aerospaziali, automobilistici e medici.

Come funziona il casting degli investimenti？

Il casting per gli investimenti (processo di cima perduta) raggiunge la formazione di metallo di precisione attraverso una tecnica di replicazione del modello solubile. Il flusso di lavoro di base prevede: la creazione di motivi di cera iniettando paraffina a bassa temperatura negli stampi, assemblaggio di schemi in strutture simili a alberi e applicando strati di liquame ceramica per formare un guscio robusto. Sinterizzazione a vapore di dewax e ad alta temperatura rimuovono la cera e densificano il guscio, seguito da una coda a vuoto di leghe fuse. Dopo il raffreddamento, il guscio viene rimosso per produrre getti ad alta precisione che non richiedono post-lavorazione.

Che cos'è il processo di cast di investimento？

In che modo il casting di investimento differisce dagli altri tipi di casting

Casting di investimenti eccelle in precisione, compatibilità materiale e complessità strutturale:

1. Controllo di precisione: raggiunge la tolleranza CT4 (± 0,15 mm/25 mm), raddoppia l'accuratezza della fusione di sabbia, consentendo micropori da 0,2 mm e angoli di tiraggio negativi a 30 °

2. Adattabilità del materiale: l'unico processo in grado di lanciare direttamente SuperAlloys (> 1300 ℃ punto di fusione come Inconel 718) e leghe di titanio

3. Complessità: forma strutture interne intricate come i canali di raffreddamento della lama della turbina in un solo passo, riducendo le esigenze post-assemblaggio

Dati di confronto:

• Spessore minimo della parete: 0,5 mm (vs. 3 mm per fusione di sabbia, 0,8 mm per la cottura)

• Utilizzo del materiale: 90% (vs. 40% per la lavorazione tradizionale)

• Costo unitario: fusione di sabbia 5-8x, ma più conveniente nelle applicazioni di alto valore

Perché si chiama Casting per gli investimenti e altri nomi?

Il termine "casting di investimento" proviene dal latino "investitore," significa "vestire" o "per coprire". Ciò si riferisce al processo di racchiudo del modello di cera con materiale di investimento in ceramica, che forma il guscio protettivo durante la fusione. Mentre il "casting per gli investimenti" è il termine standardizzato in contesti ingegneristici, il processo è anche ampiamente noto come fusione di cera perduta a causa della sua fase centrale di sciogliere il modello di cera prima del versamento del metallo.

Nomi alternativi in ​​pratica （altro nome）

A seconda dei contesti regionali o industriali, è possibile incontrare questi sinonimi:

Casting di precisione: evidenzia la sua capacità di ottenere una precisione dimensionale CT4

Casting del modello sacrificabile - si concentra sulla natura sacrificale del modello di cera

Casting per stampo in ceramica) - Descrive il materiale di guscio refrattario

Processo di casting di investimento spiegato

Una guida passo-passo per parti metalliche di precisione

1. Creazione di pattern di cera

Il processo inizia con la progettazione di modelli 3D utilizzando il software CAD, in cui viene preso in considerazione la compensazione di restringimento dello 0,3-0,6% per tenere conto della solidificazione dei metalli. La cera di paraffina a bassa temperatura (48-52 ℃ punto di fusione) miscelato con acido stearico al 15% viene quindi iniettata in stampi in alluminio con accusati di precisione a 5-8mpa. Ciò si traduce in motivi di cera con spessore della parete che vanno da 0,5-3 mm e accuratezza dimensionale di ± 0,05 mm.

Bordo tecnico: stampi in alluminio con finitura superficiale RA≤0,8 μm assicurano un rilascio di pattern liscio.

2. Assemblaggio del cluster

I singoli motivi di cera sono saldati ai corridori usando pistole ad aria riscaldate, formando cluster a forma di albero. Questi assemblaggi subiscono un'ispezione a raggi X per rilevare bolle interne di diametro inferiore a 0,2 mm, garantendo l'integrità strutturale prima della fusione.

Controllo di qualità: la variazione del peso del cluster viene mantenuta all'interno di ≤5g per bilanciare il flusso di metallo durante il versamento.

3. Formazione di guscio in ceramica

I cluster sono ripetutamente immersi nella sospensione di sol-zircone di silice (contenuto di siO₂ del 30-35%) e rivestiti con sabbie refrattarie. Dopo 7-9 strati e 4-6 ore di essiccazione tra i cappotti, i gusci vengono sinterizzati a 980 ℃. Questo processo crea conchiglie ceramiche con resistenza alla flessione ≥30 MPA in grado di resistere al metallo fuso 1500 ℃.

Scienza dei materiali: la farina di zircone fornisce un'elevata stabilità termica, mentre la sabbia di bulmine migliora la rigidità strutturale.

4. Dewaxing e pulizia

Il vapore a 160 ℃ rimuove i motivi di cera, lasciando meno dello 0,05% di residui. L'aria ad alta pressione si schianta quindi eventuali detriti rimanenti dalle cavità del guscio. Circa il 95% della cera viene riciclato per il riutilizzo.

Vantaggio ambientale: i sistemi di recupero delle cere avanzati minimizzano i rifiuti dei materiali.

5. Casting a vuoto

Le superloe a base di nichel come Inconel 718 sono fuse a 1550 ± 20 ℃ in forni a vuoto. Il metallo fuso viene versato nei gusci ceramici sotto il vuoto ≤10Pa per eliminare la porosità, garantendo getti densi e privi di difetti.

Innovazione di processo: l'ambiente del vuoto riduce l'ossidazione e migliora la purezza del materiale.

6. Raffreddamento e demolding

Le parti lanciate vengono raffreddate gradualmente, prima nella fornace a 600 ℃, quindi raffreddate ad aria a 5-10 ℃ al minuto. Le vibrazioni che scuotono rimuove oltre il 99,9% del guscio di ceramica, lasciando i componenti in metallo a forma di rete.

Controllo dello stress: il raffreddamento lento impedisce la distorsione termica nelle geometrie complesse.

7. Elaborazione e ispezione finale

La finitura superficiale tramite esplosione di ossido di alluminio raggiunge la rugosità RA1.6-6,3μm. Le macchine di misurazione delle coordinate verificano la tolleranza dimensionale CT4 (± 0,15 mm/25 mm), mentre le scansioni CT con risoluzione 5 μm rilevano difetti interni.

Certificazioni: i processi sono conformi ai requisiti ISO 9001, AS9100D (Aerospace) e ISO 13485 (Medical).

Che cos'è i vantaggi e gli svantaggi dei prodotti di casting degli investimenti？

Vantaggi del casting di investimenti

1. Precisione estrema

   
   Raggiunge la tolleranza dimensionale CT4 (± 0,15 mm/25 mm) e la rugosità superficiale RA1.6-6,3μm, eliminando la post-lavorazione per la maggior parte delle applicazioni.

2. Capacità di geometria complessa

   
   Forma strutture interne intricate come canali di raffreddamento della lama della turbina e angoli di tiraggio negativi a 30 ° impossibili con la fusione di sabbia o la forgiatura.

3. Compatibilità del materiale ad alta temperatura

   
   Cast su superloys a base di nichel (ad es. Inconel 718, punto di fusione 1330 ℃) e leghe di titanio direttamente, che sono difficili da macchiare in modo convenzionale.

4. Efficienza materiale

   
   Utilizzo del materiale al 90% rispetto al 40% per la lavorazione a CNC, riducendo i rifiuti e i costi per le leghe costose.

5. Flessibilità di progettazione

   
   Consente iterazioni di progettazione rapida utilizzando motivi di cera stampati in 3D, tagliando il tempo di prototipazione da 30 giorni a 5 giorni.

Dati tecnici

• Dimensione minima della funzione: 0,2 mm

• Gamma di spessore della parete: 0,5-3 mm

• Conservazione della resistenza alla trazione: 98% del materiale formato

Limitazioni del casting degli investimenti

1. Alti costi di produzione

   
   I costi unitari sono 5-8 volte superiori al fusione di sabbia a causa dei processi di conchiglia in ceramica ad alta intensità di lavoro e degli investimenti materiali.

2. Tempi di consegna lunghi

   
   Il ciclo di produzione tipico varia da 15-20 giorni per piccoli lotti, più lungo dei 3-5 giorni di Die Casting.

3. Restrizioni alle dimensioni

   
   Il peso massimo di fusione è generalmente ≤50 kg, sebbene i conchiglie composite avanzate possano lanciare fino a 300 kg di componenti.

4. Impatto ambientale

   
   I processi tradizionali generano le emissioni di COV da leganti organici, sebbene i rivestimenti a base d'acqua ora lo riducano del 90%.

5. Rischi di porosità

   
   Livelli di vuoto impropri durante la fusione possono portare a porosità superiore allo 0,5%, che richiede un trattamento dell'anca post-cast per applicazioni critiche.

Strategie di mitigazione del rischio

• Software di simulazione: la modellazione Procast prevede il restringimento e la porosità

• Controllo del processo: livelli di vuoto mantenuti a ≤10pa durante il versamento

• Post-elaborazione: la pressione isostatica calda (anca) elimina i vuoti interni

Matrix decisionale

Qual è l'applicazione del casting per gli investimenti?

Quali sono gli esempi di prodotti per la fusione degli investimenti? Il casting di investimento viene utilizzato per produrre componenti ad alta precisione in settori critici, tra cui:

• Aerospace: pale della turbina (usate nei motori a reazione per resistere a 1200 ℃ calore), fodere della camera di combustione

• Medical: impianti dell'anca cobalt-cromo (utilizzati per l'integrazione ossea biocompatibile), distanziali spinali in titanio

• Industrial: valvole ad alta temperatura (usate nelle piante petrolchimiche), eliche marine

• Merci di lusso: impostazioni di gioielli in oro 18K (utilizzati per torte di diamanti intricate), custodie per orologi in acciaio inossidabile

• Energia: componenti del reattore nucleare (utilizzati in ambienti di radiazione), cuscinetti delle turbine eoliche

Perché questi prodotti utilizzano il casting di investimenti
✅ geometrie complesse (ad es. Canali di raffreddamento interni nelle pale della turbina)
✅ Materiali ad alta temperatura (ad es. Superalloys a base di nichel che si scioglie a 1330 ℃)
✅ Surface Finisse per soddisfare gli standard medici/consumatori (RA1.6-6.3μm)

Perché il casting degli investimenti è costoso?

Il casting di investimenti comporta costi più elevati a causa del suo processo basato sulla precisione e dei requisiti materiali, tra cui:

1. Passaggi ad alta intensità di manodopera: la creazione di conchiglie di ceramica comporta 7-9 rivestimenti di liquami e sinterizzazione, che richiedono tecnici e tempo qualificati (5-7 giorni solo per la preparazione delle conchiglie).

2. Leghe ad alta temperatura: materiali come SuperAlloys a base di nichel (ad es. Inconel 718) costano 3-5 volte più dei metalli convenzionali, sebbene il loro tasso di utilizzo del 90% compromesse alcune spese.

3. Costi di utensili: gli stampi in alluminio per motivi di cera possono costare $ 10.000- $ 50.000 per design, sebbene la stampa 3D lo riduca dell'80% per i prototipi.

4. Assicurazione della qualità: scansioni TC (risoluzione di 5μm) e test di trazione aggiungono $ 200- $ 500 per parte per applicazioni aerospaziali/mediche.

Strategie di mitigazione dei costi

• Modelli di cera stampati in 3D: ridurre i costi degli utensili per piccoli lotti

• Bombardamenti automatizzati: abbreviare i tempi di produzione del 30%

• Ottimizzazione del materiale: la forma quasi netta riduce i rifiuti della lavorazione del 50%

Il tuo approccio
Sfrutta robot di rivestimento in ceramica automatizzati e capacità di fusione in lega interna per ridurre i costi del 25% rispetto alle medie del settore.

Quali materiali sono utilizzati nella fusione degli investimenti?

Il casting per gli investimenti è un processo versatile in grado di funzionare con una vasta gamma di materiali per soddisfare le diverse esigenze industriali. Ecco i materiali principali impiegati:

1. Materiali metallici

• SuperAlloe basate sul nichel: questi sono i Go - per la scelta per applicazioni aerospaziali ed energetiche. Leghe come Inconel 718 (che incontra ASTM B637) e CMSX - 4 sono note per la loro capacità di resistere a temperature elevate, con punti di fusione superiori a 1300 ° C.

• Leghe a base di cobalto: lo stellite 6, in particolare, è valutato per la sua alta durezza, raggiungendo l'HRC52, rendendolo adatto per parti resistenti all'usura.

• Leghe di titanio: Ti - 6al - 4V (conforme a ASTM F136) è ampiamente utilizzato nel campo medico a causa della sua biocompatibilità e ad alta resistenza - rapporto di peso.

• Acciai inossidabile: 316L (con un basso contenuto di carbonio di ≤0,03%) e 17 - 4Ph (che possono raggiungere HRC42 dopo il trattamento termico) sono comunemente selezionati per la loro resistenza alla corrosione.

2. Materiali di cera

• Cera di paraffina: funge da componente primario, in genere rappresenta l'85% della miscela di cera. Ha un punto di fusione che va da 48 a 52 ° C.

• Acido stearico: costituire il 15% della miscela, aiuta a controllare la viscosità della cera.

• Additivi: viene aggiunta la cera microcristallina per ridurre il tasso di restringimento a meno dello 0,6%, garantendo la stabilità dimensionale del modello di cera.

3. Materiali in ceramica

• Farina di zircone: con una dimensione delle particelle di 270 mesh, viene utilizzata nello strato superficiale del guscio di ceramica per fornire stabilità termica.

• Sabbia di mulite: con una dimensione delle particelle di 80 mesh, viene utilizzata negli strati di supporto per migliorare la resistenza del guscio.