투자 캐스팅 (잃어버린 프로세스) : 항공 우주 터빈 블레이드, 의료 임플란트 및 고온 합금을위한 정밀 제조

항공 우주 엔지니어가 0.1mm 두께로 터빈 블레이드를 생산하고 최대 ± 0.05mm의 표면 정밀도를 생산 해야하는 경우 5,000 년 된 투자 캐스팅 (잃어버린 웨이스 프로세스)이 중요한 기술이됩니다. 현대 항공 우주 엔진 부품의 90%를 뒷받침하는이 기술은 의료 기기, 고급 제품 제조 및 기타 고 부가가치 산업의 정밀 경계를 계속 추진하고 있습니다.

Professional Foundry Enterprise로서 Tiegu는 다음으로 항공 우주, 자동차 및 의료 기기와 같은 산업에 널리 적용되는 정밀 제조 공정 인 투자 캐스팅 (Lost-Wax Casting이라고도 함)에 대한 자세한 소개를 제공 할 것입니다.

투자 캐스팅이 작동하는 방식 works

투자 캐스팅 (Lost-Wax 프로세스)은 가용성 패턴 복제 기술을 통해 정밀 금속 형성을 달성합니다. 핵심 워크 플로에는 다음이 포함됩니다 : 저온 파라핀을 금형에 주입하여 왁스 패턴을 만들고, 패턴을 트리와 같은 구조로 조립하고, 세라믹 슬러리 층을 적용하여 강력한 쉘을 형성합니다. 증기 탈량 및 고온 소결은 왁스를 제거하고 껍질을 밀도 한 다음, 용융 합금의 진공 주조. 냉각 후, 쉘을 제거하여 고정이 필요한 고정밀 주물을 생성합니다.

투자 캐스팅 프로세스는 무엇입니까?

투자 캐스팅이 다른 유형의 캐스팅과 다른 방법

투자 캐스팅은 정밀, 재료 호환성 및 구조적 복잡성이 뛰어납니다.

1. 정밀 제어 : CT4 공차 (± 0.15mm/25mm)를 달성하고 모래 주조의 정확도를 두 배로 늘려 0.2mm 마이크로 포어 및 30 ° 음성 드래프트 각도를 가능하게합니다.

2. 재료 적응성 : 슈퍼 합금을 직접 캐스팅 할 수있는 유일한 과정 (> 1300 ℃ inconel 718과 같은 융점) 및 티타늄 합금

3. 복잡성 : 터빈 블레이드 냉각 채널과 같은 복잡한 내부 구조를 한 단계로 형성하여 조립 후 요구를 줄입니다.

비교 데이터 :

• 최소 벽 두께 : 0.5mm (모래 주조의 경우 3mm, 다이 캐스팅의 경우 0.8mm)

• 재료 활용 : 90% (전통적인 가공의 경우 40%)

• 단가 : 5-8 배의 모래 주조, 고 부가가치 응용 분야에서 더 비용 효율적입니다.

투자 캐스팅 및 기타 이름이라고하는 이유는 무엇입니까?

"투자 캐스팅"이라는 용어는 라틴어 "Investire"에서 시작되며, "의류"또는 "커버"를 의미합니다. 이것은 주조하는 동안 보호 쉘을 형성하는 세라믹 투자 재료로 왁스 패턴을 세라믹 투자 재료로 섭취하는 과정을 나타냅니다. "투자 캐스팅"은 엔지니어링 상황에서 표준화 된 용어이지만,이 프로세스는 금속 쏟아지기 전에 왁스 패턴을 녹이기위한 핵심 단계로 인해 잃어버린 왁스 캐스팅으로 널리 알려져 있습니다.

실습 대체 이름 (기타 이름)

지역 또는 산업적 맥락에 따라 이러한 동의어가 발생할 수 있습니다.

정밀 주조 - CT4 차원 정확도를 달성하는 능력을 강조합니다.

소모품 패턴 캐스팅 - 왁스 모델의 희생적인 특성에 중점을 둡니다.

세라믹 곰팡이 주조) - 내화성 쉘 재료를 설명합니다

투자 캐스팅 프로세스가 설명되었습니다

정밀 금속 부품에 대한 단계별 안내서

1. 왁스 패턴 생성

이 프로세스는 CAD 소프트웨어를 사용하여 3D 모델을 설계하는 것으로 시작합니다. CAD 소프트웨어는 0.3-0.6% 수축 보상이 금속 응고를 설명하기 위해 고려됩니다. 15% 스테아르 산과 혼합 된 저온 파라핀 왁스 (48-52 ℃ 융점)를 5-8mpa에서 정밀-매치 된 알루미늄 몰드에 주입한다. 이로 인해 벽 두께가 0.5-3mm이고 치수 정확도는 ± 0.05mm입니다.

기술 엣지 : Ra≤0.8μm 표면 마감된 알루미늄 몰드는 부드러운 패턴 방출을 보장합니다.

2. 클러스터 어셈블리

개별 왁스 패턴은 가열 된 공기 건을 사용하여 러너에게 용접되어 나무와 같은 클러스터를 형성합니다. 이 어셈블리는 직경이 0.2mm보다 작은 내부 기포를 감지하여 주조하기 전에 구조적 무결성을 보장합니다.

품질 관리 : 쏟아지는 동안 금속 흐름의 균형을 잡기 위해 클러스터 중량 변화가 ≤5g 이내에 유지됩니다.

3. 세라믹 쉘 형성

클러스터는 실리카 SOL-ZIRCON 슬러리 (30-35% SIO₂ 함량)에 반복적으로 담그고 내화성 모래로 코팅됩니다. 코트 사이의 7-9 층과 4-6 시간의 건조 후, 껍질은 980 ℃에서 소결된다. 이 공정은 1500 ℃ 용융 금속을 견딜 수있는 ≥30mpa 굽힘 강도를 갖는 세라믹 쉘을 생성합니다.

재료 과학 : 지르콘 밀가루는 높은 열 안정성을 제공하는 반면, 멀 라이트 모래는 구조적 강성을 향상시킵니다.

4. 탈 왁스 및 청소

160에서 증기는 왁스 패턴을 제거하여 0.05% 미만의 잔류 물을 남깁니다. 고압 공기 폭발은 쉘 캐비티로부터 남아있는 잔해를 제거합니다. 왁스의 약 95%가 재사용을 위해 재활용됩니다.

환경 우위 : 고급 왁스 회수 시스템은 재료 폐기물을 최소화합니다.

5. 진공 주조

Inconel 718과 같은 니켈 기반 슈퍼 합금은 진공 유도 용광로에서 1550 ± 20 ℃에서 용융된다. 용융 금속은 ≤10pa 진공 하에서 세라믹 쉘에 쏟아져 다공성을 제거하여 밀도가 높고 결함이없는 주물을 보장합니다.

공정 혁신 : 진공 환경은 산화를 줄이고 재료 순도를 향상시킵니다.

6. 냉각 및 데 몰딩

캐스트 된 부품은 점차적으로 냉각됩니다-퍼니스에서 처음부터 600 ℃에서, 분당 5-10 ℃에서 에어 냉각됩니다. 진동 흔들림은 세라믹 쉘의 99.9% 이상을 제거하여 네트 모양의 금속 구성 요소를 남깁니다.

스트레스 제어 : 느린 냉각은 복잡한 형상에서 열 왜곡을 방지합니다.

7. 최종 처리 및 검사

산화 알루미늄 폭파를 통한 표면 마감은 RA1.6-6.3μm 거칠기를 달성합니다. 좌표 측정 기기는 CT4 차원 공차 (± 0.15mm/25mm)를 확인하고 5μm 해상도를 가진 CT 스캔은 내부 결함을 감지합니다.

인증 : 프로세스는 ISO 9001, AS9100D (Aerospace) 및 ISO 13485 (의료) 요구 사항을 준수합니다.

투자 캐스팅 제품의 장점과 단점이란 무엇입니까?

투자 캐스팅의 장점

1. 극단적 인 정밀도

   
   CT4 차원 공차 (± 0.15mm/25mm) 및 표면 거칠기 RA1.6-6.3μm를 달성하여 대부분의 응용 분야에서 발생한 후 제거를 제거합니다.

2. 복잡한 형상 기능

   
   터빈 블레이드 냉각 채널과 같은 복잡한 내부 구조물과 30 ° 음의 초안 각도는 모래 주조 또는 단조로 불가능합니다.

3. 고온 재료 호환성

   
   니켈 기반 슈퍼 합금 (예를 들어, Inconel 718, Melting Point 1330 ℃) 및 티타늄 합금을 직접 주조하는데, 이는 전통적으로 가공하기가 어렵다.

4. 재료 효율성

   
   CNC 가공의 40%에 비해 90% 재료 활용, 비싼 합금의 폐기물 및 비용 절감.

5. 설계 유연성

   
   3D 인쇄 왁스 패턴을 사용하여 빠른 설계 반복을 허용하여 프로토 타이핑 시간을 30 일에서 5 일로 줄입니다.

기술 데이터

• 최소 기능 크기 : 0.2mm

• 벽 두께 범위 : 0.5-3mm

• 인장 강도 보유 : 단단한 재료의 98%

투자 캐스팅의 한계

1. 높은 생산 비용

   
   노동 집약적 세라믹 쉘 프로세스와 재료 투자로 인해 단가는 모래 주조보다 5-8 배 높습니다.

2. 긴 리드 타임

   
   전형적인 생산주기는 작은 배치의 경우 15-20 일, 다이 캐스팅의 3-5 일보다 길다.

3. 크기 제한

   
   최대 주조 중량은 일반적으로 ≤50kg이지만 고급 복합 쉘은 최대 300kg 구성 요소를 시전 할 수 있습니다.

4. 환경에 미치는 영향

   
   전통적인 공정은 유기 결합제로부터 VOC 배출을 생성하지만 수성 코팅은 이제 90%감소합니다.

5. 다공성 위험

   
   주조 중 부적절한 진공 수준은 다공성이 0.5%를 초과하여 중요한 응용 분야의 고관절 처리가 필요할 수 있습니다.

위험 완화 전략

• 시뮬레이션 소프트웨어 : Procast 모델링은 수축과 다공성을 예측합니다

• 공정 제어 : 쏟아지는 동안 진공 수준이 ≤10pa로 유지됩니다

• 사후 처리 : Hot Isostatic Pressing (HIP)은 내부 공극을 제거합니다

의사 결정 매트릭스

투자 캐스팅의 적용은 무엇입니까?

투자 주조 제품의 예는 무엇입니까? 투자 캐스팅은 다음을 포함하여 중요한 산업에서 고정밀 부품을 생산하는 데 사용됩니다.

• 항공 우주 : 터빈 블레이드 (제트 엔진에서 1200 ℃ 열을 견딜 수있는 제트 엔진에 사용), 연소 챔버 라이너

• 의료 : Cobalt-Chromium 고관절 임플란트 (생체 적합성 뼈 통합에 사용), 티타늄 척추 스페이서

• 산업 : 고온 밸브 (석유 화학 식물에 사용), 해양 프로펠러

• 럭셔리 용품 : 18K 금 보석류 설정 (복잡한 다이아몬드 갈래에 사용), 스테인리스 스틸 워치 케이스

• 에너지 : 원자로 구성 요소 (방사선 환경에서 사용), 풍력 터빈 베어링

이 제품들이 투자 캐스팅을 사용하는 이유
complex 복잡한 형상 (예 : 터빈 블레이드의 내부 냉각 채널)
✅ 고온 물질 (예 : 1330 ℃에서 녹는 니켈 기반 슈퍼 합금)
✅ 의료/소비자 표준을 충족하는 표면 마감 (RA1.6-6.3μm)

투자 캐스팅이 비싸는 이유는 무엇입니까?

투자 캐스팅은 정밀 구동 프로세스 및 다음을 포함한 재료 요구 사항으로 인해 더 높은 비용이 발생합니다.

1. 노동 집약적 단계 : 세라믹 껍질을 만드는 데 7-9 슬러리 코팅과 소결이 포함되며 숙련 된 기술자와 시간이 필요합니다 (쉘 준비를위한 5-7 일).

2. 고온 합금 : 니켈 기반 슈퍼 합금 (예 : Inconel 718)과 같은 재료는 기존 금속보다 3-5 배 더 많은 비용이 들지만 90%의 이용률은 약간의 비용을 상쇄합니다.

3. 툴링 비용 : 왁스 패턴의 알루미늄 금형은 설계 당 $ 10,000- $ 50,000이지만 3D 프린팅은 프로토 타입의 경우 80% 감소합니다.

4. 품질 보증 : CT 스캔 (5μm 해상도) 및 인장 테스트는 항공 우주/의료 응용 프로그램에 부품 당 $ 200- $ 500를 추가합니다.

비용 완화 전략

• 3D 프린트 왁스 패턴 : 작은 배치의 툴링 비용을 줄입니다

• 자동 포격 : 생산 시간을 30% 단축

• 재료 최적화 : Net Shape는 가공 폐기물을 50% 줄입니다.

당신의 접근
자동화 된 세라믹 코팅 로봇과 사내 합금 용해 기능을 활용하여 산업 평균에 비해 비용을 25% 낮출 수 있습니다.

투자 캐스팅에 어떤 자료가 사용됩니까?

투자 캐스팅은 다양한 산업 요구를 충족시키기 위해 광범위한 재료로 작동 할 수있는 다양한 프로세스입니다. 사용 된 주요 자료는 다음과 같습니다.

1. 금속 물질

• 니켈 - 기반 슈퍼 합금 : 이들은 항공 우주 및 에너지 응용을위한 선택입니다. Inconel 718 (ASTM B637을 만나는) 및 CMSX -4와 같은 합금은 1300 ° C를 초과하는 고온을 견딜 수있는 능력으로 알려져 있습니다.

• 코발트 - 기반 합금 : 특히 Stellite 6은 높은 경도로 가치가 있으며 HRC52까지까지 마모에 적합합니다.

• 티타늄 합금 : TI -6AL -4V (ASTM F136 준수)는 생체 적합성과 강도 대 중량 비율로 인해 의료 분야에서 널리 사용됩니다.

• 스테인레스 강 : 316L (낮은 탄소 함량은 ≤0.03%) 및 17-4ph (열처리 후 HRC42를 달성 할 수 있음)는 일반적으로 부식 저항을 위해 선택됩니다.

2. 왁스 재료

• 파라핀 왁스 : 1 차 성분으로 사용되며, 일반적으로 왁스 혼합물의 85%를 차지합니다. 48-52 ° C 범위의 용융점이 있습니다.

• 스테아르 산 : 혼합물의 15%를 구성하면 왁스의 점도를 제어하는 ​​데 도움이됩니다.

• 첨가제 : 미세 결정질 왁스를 첨가하여 수축률을 0.6%미만으로 줄여 왁스 패턴의 치수 안정성을 보장합니다.

3. 세라믹 재료

• 지르콘 밀가루 : 입자 크기가 270 메쉬의 메쉬로, 열 안정성을 제공하기 위해 세라믹 쉘의 표면층에 사용됩니다.

• Mullite Sand : 80- 메쉬 입자 크기를 갖는 것은 쉘의 강도를 향상시키기 위해 백킹 층에 사용됩니다.