Выраб восковых адлівак: пакрокавая інструкцыя 

Што такое ліццё па выплавляемым мадэлям і чаму гэта лепшы выбар для складаных дэталяў

Восковае ліццё - гэта тэхналагічны працэс, які дазваляе вырабляць высокадакладныя металічныя дэталі са складанай геаметрыяй, якія не могуць быць рэалізаваны іншымі спосабамі ліцця. У адрозненне ад пясочнага або кокільнага ліцця, тут не патрабуецца механічная апрацоўка паверхняў пасля вымання з формы, што зніжае кошт канчатковага прадукту на 30–45%. Сутнасць метаду заключаецца ў стварэнні васковай копіі будучай дэталі, пакрыцці яе керамічнай абалонкай, расплаўленні воску і запаўненні атрыманай паражніны расплаўленым металам. Працэс ідэальна падыходзіць для вытворчасці лапатак турбін, медыцынскіх імплантатаў, ювелірных вырабаў і аэракасмічных кампанентаў, дзе допускі вымяраюцца ў сотых долях міліметра.

У сваёй практыцы мы сутыкаліся з сітуацыямі, калі кліенты спрабавалі зэканоміць, выбіраючы больш танныя метады ліцця для дэталяў са складанымі ўнутранымі каналамі. Вынік быў прадказальны: дэфектнасць дасягала 60%, а выдаткі на наступную механічную апрацоўку перавышалі кошт самой адліўкі. Адзін з нашых кліентаў, вытворца помпавага абсталявання, страціў тры месяцы і 15 000 еўра, спрабуючы адаптаваць тэхналогію ліцця ў грунт да корпуса помпы з шрубавым каналам. Пераход на тэхналогію lost wax (lost wax) адразу вырашыў праблему: дэфектнасць знізілася да 2%, а тэрмін службы прадукту павялічыўся за кошт аднастайнай структуры металу без газавых адтулін.

Працэс патрабуе строгага захавання тэмпературнага рэжыму і хімічнага складу звязальных. Напрыклад, пры тэмпературы плаўлення воску вышэй за 95°C можа адбыцца дэфармацыя керамічнай абалонкі, што прывядзе да змены геаметрыі адліўкі. Мы рэкамендуем выкарыстоўваць аўтаматызаваныя лініі кантролю тэмпературы, бо чалавечы фактар ​​тут адыгрывае вырашальную ролю. Калі вы плануеце замовіць партыю дэталяў, пераканайцеся, што пастаўшчык мае сертыфікат ISO 9001 і мае вопыт працы з вашым канкрэтным сплавам, няхай гэта будзе высокатэмпературны нікелевы сплав або біясумяшчальны тытан.

Падрыхтоўчы этап: стварэнне майстар-мадэлі і формы

Поспех усяго цыклавытворчасць васковага ліццязалежыць ад якасці першага этапу - распрацоўкі майстар-мадэлі. Гэта не проста малюнак, а фізічны эталон, звычайна выраблены з алюмінія або сталі з шурпатасцю паверхні не горш за Ra 0,4. На гэтым этапе інжынеры павінны ўлічваць ўсаджванне матэрыялу пры астуджэнні, якое вар'іруецца ад 1,2% да 2,5% для розных сплаваў. Памылка ў разліку каэфіцыента ўсаджвання на гэтым этапе з'яўляецца фатальнай: часцяком механічна выправіць памеры гатовай металічнай адліўкі немагчыма з-за складанасці профілю.

Пасля зацвярджэння майстар-мадэлі вырабляецца форма для адліўкі васковых мадэляў. Тут важна правільна выбраць матэрыял формы. Для невялікіх серый (да 500 штук) падыходзяць алюмініевыя формы, якія танней і хутчэй вырабляюцца. Аднак для серыйнай вытворчасці мы настойліва раім выкарыстоўваць загартаваную сталь. У адным праекце мы выкарыстоўвалі алюмініевую форму для партыі ў 2000 адзінак, і да 800-й адліўкі геаметрыя пачала «плыць» з-за цеплавога пашырэння алюмінія. Кліент атрымаў партыю бракаваных дэталяў, якія трэба было пераплавіць. Гэта каштавала нам рэпутацыі і грошай, таму цяпер мы заўсёды праводзім аб'ёмны аўдыт, перш чым выбраць інструментальны матэрыял.

• Дакладнасць апрацоўкі:Майстар-мадэль павінна быць апрацавана на станках з ЧПУ з дакладнасцю не менш IT6. Любыя сляды інструментаў будуць паўтарацца на кожнай васковай мадэлі.
• Сістэма варотаў:Канструкцыя варот пракладваецца ўжо на этапе майстар-мадэля. Няправільны кут устаўкі металу прывядзе да турбулентнасці і захопу паветра.
• Матэрыял формы:Сталь маркі 45 або эквівалент для доўгатэрміновых серый вытворчасці, алюміній для стварэння прататыпаў.

Не забудзьцеся запытаць у пастаўшчыка справаздачу аб праверцы першага артыкула (FAI - First Article Inspection) перад запускам асноўнай серыі. Гэта дакумент, які пацвярджае, што першая адліўка адпавядае ўсім памерам чарцяжа. Не пачынайце масавую вытворчасць без падпісанага акта прыёмкі прататыпа.Даведайцеся больш аб распрацоўцы прататыпаў і майстар-мадэляў.

Пакрокавая інструкцыя: ад васковай мадэлі да керамічнай ракавіны

Цэнтральны элемент тэхналогіі - стварэнне васковай мадэлі. Працэс пачынаецца з упырску расплаўленага воску пад ціскам у падрыхтаваную форму. Тэмпературу воску неабходна падтрымліваць у вузкім дыяпазоне, звычайна 65-75 °С, у залежнасці ад складу сумесі (парафін, стэарын, палімерныя дабаўкі). Занадта гарачы воск сціскаецца, калі астывае; занадта халодны воск не запоўніць тонкія элементы формы. Пасля зняцця мадэль візуальна правяраецца на наяўнасць дэфектаў, такіх як запаўненне або ўспышка.

Наступным важным крокам з'яўляецца зборка васковых мадэляў у кластар (дрэва). Асобныя мадэлі прыварваюцца да цэнтральнага літніку з дапамогай нагрэтага інструмента. Якасць зваркі швоў вызначае цэласнасць будучай керамічнай формы. Калі злучэнне слабое, воск можа адарвацца пры нанясенні завісі, або прарыў адбудзецца пазней пры заліванні металу. У нашай практыцы быў выпадак, калі з-за няякаснай зваркі шва метал прарваўся ў паражніну формы, разбурыўшы ўвесь кластар з 40 дэталяў. Аператар проста недастаткова разагрэў інструмент, і воск не рассейваўся належным чынам.

1. Нанясенне першага пласта (Face Coat):Гронку апускаюць у завісь з дробназярністым напаўняльнікам (цыркон або электракарунд фракцыі 0,05-0,1 мм). Гэты пласт утварае будучую паверхню адліўкі. Важна пазбягаць бурбалак паветра, якія могуць стварыць ямкі на метале. Сушка першага пласта праводзіцца ў кантраляваных умовах з вільготнасцю 40-50% і тэмпературай 20-22°C на працягу 4-6 гадзін.
2. Нанясенне наступных слаёў (штукатурка):Пасля высыхання першага пласта наносіцца другі, трэці і наступныя пласты больш буйным пяском (фракцыя 0,2-0,8 мм). Колькасць слаёў залежыць ад масы адліўкі і віду сплаву. Сталёвыя дэталі звычайна патрабуюць 6-9 слаёў, алюмініевыя - 4-6. Кожны пласт павінен цалкам высахнуць перад нанясеннем наступнага.
3. Кантроль таўшчыні абалонкі:Агульная таўшчыня керамічнай абалонкі павінна складаць ад 6 да 10 мм. Занадта тонкая абалонка можа трэснуць пры заліванні; занадта тоўстая абалонка можа ўскладніць разагрэў формы і прывесці да няпоўнага запаўнення.
4. Дэваксацыя (выдаленне воску):Гатовую гронку змяшчаюць у аўтаклаў або духоўку. Воск плавіцца і выцякае, пакідаючы полую керамічную форму. Тэмпература працэсу звычайна складае 150-180°C. Астатні воск выпальваюць пры тэмпературы да 900–1000 °С на працягу 2–4 гадзін. Гэты этап вельмі важны: калі воск не цалкам выдалены, ён уступіць у рэакцыю з металам, што прывядзе да науглероживания паверхні адліўкі.

Звярніце ўвагу на якасць звязальнага рэчыва ў завісі. Выкарыстанне таннага сіліката натрыю замест этылавага сіліката можа прывесці да паніжэння трываласці гарачай формы. Мы бачылі выпадкі, калі форма разбуралася падчас залівання, таму што злучнае не вытрымлівала цеплавога ўдару. Заўсёды правярайце хімічны склад матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ў ліцейнай вытворчасці.Тэхнічныя патрабаванні да керамічных абалонак.

Заліванне металу і аздабленне адлівак

Пасля выдалення воску керамічная форма абпальваецца пры высокіх тэмпературах (абпальваецца) для дасягнення канчатковай трываласці. Тэмпература абпалу залежыць ад тыпу заліваецца металу. Для нержавеючай сталі форму награваюць да 850–950°С, для тытанавых сплаваў - да 1100°С і вышэй у вакуумных печах. Заліваць трэба адразу ж пасля вымання формы з духоўкі, каб пазбегнуць астывання. Розніца тэмператур паміж формай і металам павінна быць мінімальнай, каб прадухіліць тэрмічныя расколіны.

Працэс ліцця можа ажыццяўляцца рознымі метадамі: гравітацыйнае ліццё, ліццё пад ціскам або цэнтрабежнае ліццё. Для ювелірных вырабаў і дробных дэталяў часта выкарыстоўваюцца цэнтрабежныя машыны, каб забяспечыць лепшае запаўненне тонкіх секцый. Для буйных прамысловых установак выкарыстоўваецца вакуумна-дугавая плаўка, якая дазваляе атрымліваць метал высокай чысціні без аксідных уключэнняў. Менавіта такі падыход да працы з актыўнымі і ўстойлівымі да карозіі металамі, такімі як тытан, нікелевыя сплавы N06625 і марская латунь C46400, з'яўляецца ключавым у вытворчасці найважнейшага абсталявання. Напрыклад, кампаніяWuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equipment Co., Ltd., якая спецыялізуецца на цеплаабменніках і кампанентах для нафтавай і газавай прамысловасці, паспяхова прымяніла падобныя прынцыпы ліцця і апрацоўкі для вытворчасці трубных пучкоў і рашотак са складаных сплаваў. Іх прадукты, сертыфікаваныя ASME і PED, дэманструюць, наколькі строгі кантроль металічнай структуры і адсутнасці дэфектаў дазваляе ствараць абсталяванне, якое можа вытрымліваць экстрэмальны ціск і агрэсіўныя асяроддзя ў суднабудаўнічай і хімічнай прамысловасці.

Пасля застывання металу і астывання формы адбываецца накаўт - механічнае разбурэнне керамічнай абалонкі. Гэта працаёмкі працэс, які часта выконваецца ўручную з дапамогай пнеўматычных малаткоў або пескоструйных камер. Далей адбываецца аддзяленне адлівак ад литниковой сістэмы. Для гэтага выкарыстоўваюцца істужачныя пілы, гідраўлічныя нажніцы або электраэрозная рэзка, калі матэрыял асабліва цвёрды. Затым месца зрэзу зачышчаецца і шліфуецца.

Аздобная апрацоўка ўключае тэрмічную апрацоўку (загартоўку, адпуск, старэнне) для дасягнення патрабаваных механічных уласцівасцей. Затым праводзіцца кантроль якасці: рэнтгенаграфія для выяўлення ўнутраных дэфектаў, ультрагукавы кантроль і вымярэнне геаметрычных параметраў на КІМ (каардынатна-вымяральных машынах). Толькі пасля праходжання ўсіх этапаў кантролю дэталь лічыцца гатовай да адгрузкі. Ігнараванне этапу неразбуральнага кантролю (NDT) - распаўсюджаная памылка бюджэтных вытворцаў, якая прыводзіць да адмовы дэталяў пад нагрузкай.

Тыповыя памылкі і як іх пазбегнуць пры замове адлівак

Нават з усімі тэхналогіямівытворчасць васковага ліцця, рызыкі шлюбу існуюць. Разуменне гэтых рызык дапаможа пісьменна скласці тэхнічнае заданне і выбраць надзейнага падрадчыка. Самая распаўсюджаная памылка - няправільны выбар матэрыялу мадэлі. Часта заказчыкі дасылаюць чарцяжы без указання маркі сплаву або паказваюць аналаг, які па ліцейных уласцівасцях кардынальна адрозніваецца ад арыгінала. Напрыклад, замена сталі 304 на 316 можа здацца малаважнай, але 316 адрозніваецца паводзінамі цякучасці і мае тэндэнцыю да гарачых расколін у пэўных геаметрыях.

Другая крытычная памылка - нерэальныя допускі. Тэхналогія страчанага воску дазваляе дасягнуць высокай дакладнасці, але патрабаванне допуску IT7 для вялікіх адлівак вагой больш за 5 кг эканамічна немэтазгодна і тэхнічна складана. Для гэтага спатрэбіцца спецыяльнае абсталяванне і шматразовыя пробныя плаўкі, што павялічыць кошт дэталі ў 3-4 разы. Мы рэкамендуем прытрымлівацца стандарту CT4-CT5 для класаў дакладнасці ліцця, калі іншае не абгрунтавана функцыянальнасцю дэталі. У адным выпадку заказчыку патрабавалася выраўноўванне адтулін 0,02 мм для корпуса рэдуктара. Ліцейны цэх спрабаваў дасягнуць гэтага пяць ітэрацый, але ў рэшце рэшт дэталь прыйшлося фрэзераваць, што звяла на нішто перавагу ліцця.

• Недаацэнка прыпускоў на апрацоўку:Нават пры дакладным ліцці некаторыя паверхні патрабуюць механічнай апрацоўкі. Пакіньце дастатковы прыпуск (звычайна 1-2 мм), інакш пасля выдалення лускі могуць застацца «чорныя меткі» або дэфект памеру.
• Ігнараванне кірунку ўсаджвання:Ўсаджванне металу адбываецца нераўнамерна ў розных напрамках. Дызайнер павінен загадзя прадугледзець гэта ў 3D-мадэлі, інакш дэталь выйдзе перакошанай.
• Эканомія на кантролі:Адмова ад рэнтгеналагічнага кантролю з мэтай эканоміі 10% ад кошту партыі можа прывесці да таго, што вы атрымаеце дэталі з унутранымі порамі, якія разбурацца пад нагрузкай праз месяц працы.

Яшчэ адзін важны аспект - экалагічныя нормы. Вытворчасць васковых мадэляў прадугледжвае выкарыстанне хімічных рэчываў і выкідаў. Пераканайцеся, што ў вашага пастаўшчыка ёсць дазволы і самыя сучасныя сістэмы кантролю за выкідамі. У Еўропе і Расіі патрабаванні да ліцейных прадпрыемстваў становяцца больш жорсткімі, і праца з «шэрым» цэхам можа прывесці да прыпынку паставак з-за праверак кантралюючых органаў. Крыніца:Крыніца: Росстандарт (Трэбаванні да ліцейнай вытворчасці).

Параўнанне з іншымі тэхналогіямі: калі выбіраць васковыя мадэлі

Выбар тэхналогіі ліцця - гэта заўсёды кампраміс паміж коштам, дакладнасцю і памерам партыі. Каб даведацца, ці падыходзіць гэта вамвытворчасць васковага ліцця, давайце параўнаем яго з асноўнымі канкурэнтамі: ліццём у пясок і ліццём пад ціскам (кокілам).

Пяшчанае ліццё значна танней падрыхтаваць да вытворчасці. Выраб адной пясочнай формы каштуе капейкі ў параўнанні з коштам стварэння кластара васковых мадэляў і керамічнай абалонкі. Аднак дакладнасць ліцця ў пясок нізкая (IT15-IT16), паверхня шурпатая і патрабуецца дадатковая механічная апрацоўка. Гэты спосаб добры для буйнагабарытных дэталяў простай формы (рама, корпус рухавіка) у дробнасерыйнай вытворчасці. Калі ваша дэталь важыць 50 кг і мае простыя плоскі, выбірайце пясок. Калі дэталь важыць 200 грамаў і мае ўнутраныя каналы складанай формы, пясок не падыдзе.

Ліццё пад высокім ціскам забяспечвае высокую прадукцыйнасць і выдатную аздабленне паверхні. Але кошт металічнай формы - дзясяткі тысяч даляраў. Гэтая тэхналогія акупляецца толькі пры накладах ад 10 000 штук. Акрамя таго, ліццё пад ціскам абмежавана ў выбары сплаваў (у асноўным алюміній, цынк, магній) і не дазваляе вырабляць дэталі з высокай шчыльнасцю газу з-за турбулентнасці напаўнення.

Нішу паміж гэтымі метадамі займаюць васковыя мадэлі. Яны дазваляюць працаваць з любымі сплавамі, у тым ліку тугаплаўкімі і цяжка паддаюцца механічнай апрацоўцы (тытан, инконель, гарачатрывалыя сталі). Дакладнасць блізкая да механічнай апрацоўкі, што часта дазваляе зусім адмовіцца ад яе. Кошт аснасткі ніжэй, чым у ліцця пад ціскам, што робіць спосаб рэнтабельным для сярэдніх серый (ад 50 да 5000 штук). Галоўны недахоп - працягласць цыклу. Выраб партыі можа заняць ад 3 да 6 тыдняў з-за шматступеннай сушкі і абпалу.

Мы рэкамендуем выкарыстоўваць гэтую тэхналогію, калі:

1. Дэталь мае складаную геаметрыю, якую нельга атрымаць фрэзераваннем з суцэльнай нарыхтоўкі без вялікіх адходаў матэрыялу (суадносіны пакупкі і патоку > 5).
2. Патрабуе высокай дакладнасці і чысціні паверхні без дадатковай апрацоўкі.
3. Матэрыял дэталі цяжка паддаецца апрацоўцы.
4. Памер партыі недастатковы, каб апраўдаць кошт дарагой формы для ліцця пад ціск металу.

Часта задаюць пытанні

Якая мінімальная колькасць замовы для ліцця па выплавляемым мадэлям?

Тэхналагічна магчыма адліць нават адну дэталь, але гэта эканамічна нявыгадна з-за высокай працаёмкасці падрыхтоўкі гронка і керамічнай формы. Мінімальная прыбытковая партыя звычайна пачынаецца з 10-20 штук. Пры заказе адзінкавых узораў кошт адной дэталі можа быць у 10-15 разоў вышэй, чым пры серыйнай вытворчасці. Для стварэння прататыпаў мы рэкамендуем выкарыстоўваць воск або прамую 3D-друк на метале, калі вам патрэбныя толькі 1-2 часткі для тэставання.

Якія максімальныя памеры дэталі можна атрымаць з дапамогай гэтага метаду?

Тэарэтычных абмежаванняў няма, але на практыцы памеры абмежаваныя магчымасцямі абсталявання майстэрні і рызыкай дэфармацыі вялікай керамічнай формы. Стандартны дыяпазон - ад некалькіх грамаў да 20-30 кг. Дэталі вагой больш за 50 кг сустракаюцца рэдка, так як рэзка ўзрастае рызыка дэфектаў з-за нераўнамернай ўсаджвання і тэмпературных нагрузак. Для вельмі вялікіх дэталяў часцей выкарыстоўваецца пясчанае ліццё з выкарыстаннем восковых стрыжняў для фарміравання складаных паражнін.

Колькі часу займае выраб партыі?

Поўны цыкл, уключаючы распрацоўку абсталявання, займае ад 4 да 8 тыдняў. Выраб майстар-мадэлі і васковай формы займае 2-3 тыдні. Сама адліўка і нарошчванне керамічнай абалонкі для партыі ў 100 штук займае яшчэ 2-3 тыдні з-за неабходнасці папластовай сушкі. Тэрміновыя заказы магчымыя з дадатковай аплатай за працу ў некалькі змен і выкарыстаннем хуткасохлых пераплётаў, але гэта павялічвае кошт на 30–50%.

Ці можна выкарыстоўваць перапрацаваны воск?

Так, воск можна рэгенераваць. Пасля выплаўлення з формы яго збіраюць, чысцяць ад керамічных і водных прымешак і выкарыстоўваюць зноў. Аднак для захавання стабільнасці уласцівасцяў доля першаснага воску ў сумесі павінна складаць не менш за 30-40%. Поўнае выкарыстанне перапрацаванага воску прыводзіць да пагаршэння якасці паверхні мадэляў і павелічэнню дэфектаў. Добрыя ліцейныя прадпрыемствы маюць уласныя ўстаноўкі для аднаўлення воску, што зніжае ўздзеянне на навакольнае асяроддзе і выдаткі.

Якія стандарты якасці прымяняюцца да такіх адлівак?

У Расіі і краінах СНД асноўным стандартам з'яўляецца ДАСТ Р 53453-2009 (Адліўкі з каразійна-стойкіх, жараўстойлівых і тэрмаўстойлівых сплаваў па выплавляемых мадэлях). Таксама шырока выкарыстоўваюцца міжнародныя стандарты ASTM A641 (для вугляродзістай сталі) і AMS (спецыфікацыі аэракасмічных матэрыялаў) для аэракасмічнай прамысловасці. Пры замове абавязкова пакажыце, якому стандарту павінны адпавядаць механічныя ўласцівасці і хімічны склад. Адсутнасць у дамове спасылкі на стандарт - прамы шлях да спрэчак па якасці.

Выснова і наступныя крокі

Ліццё па выплавляемым мадэлям застаецца незаменнай тэхналогіяй для стварэння высакаякасных металічных дэталяў складанай формы. Нягледзячы на ​​відавочную складанасць і працягласць працэсу, канчатковая эканамічнасць праекта часта спрыяе скарачэнню матэрыяльных адходаў і ліквідацыі дарагой апрацоўкі. Заклад поспеху - у дэталёвым планаванні на этапе праектавання, правільным выбары інструментальных матэрыялаў і строгім кантролі кожнага этапу - ад воску да канчатковай тэрмічнай апрацоўкі.

Калі вы разглядаеце магчымасць укаранення гэтай тэхналогіі ў свой вытворчы цыкл або шукаеце надзейнага партнёра па аўтсорсінгу ліцця, важна правесці папярэдні аўдыт канструктарскай дакументацыі. Нашы спецыялісты гатовыя правесці бясплатны аналіз чарцяжоў для вызначэння тэхналагічнасці адліўкі і разліку арыентыровачнага кошту партыі. Мы працуем са сплавамі любой складанасці і гарантуем адпаведнасць патрабаванням ДАСТ, ISO і AMS.

Не адкладайце аптымізацыю вытворчасці на потым. Звяжыцеся з намі сёння, каб абмеркаваць ваш праект і атрымаць прапанову з падрабязнымі характарыстыкамі.Звяжыцеся з намі сённядля кансультацыі з вядучым інжынерам-тэхнолагам.