ریخته گری سرمایه گذاری آلومینیوم: فرآیند، آلیاژها و تحمل ها

مروری بر قابلیت های ریخته گری سرمایه گذاری آلومینیوم

ریخته گری سرمایه گذاری آلومینیوم یک فرآیند ساخت دقیق است که اجزای فلزی پیچیده و نزدیک به شبکه را با دقت ابعادی استثنایی و سطوح صاف تولید می کند. این روش به تلورانس های ابعادی معمولی دست می یابد 0.005 ± اینچ در هر اینچ (± 0.127 میلی متر بر میلی متر) و مقادیر زبری سطح بین Ra 63-125 میکرون (1.6-3.2 میکرومتر) به عنوان ریخته گری، به طور قابل توجهی کاهش یا حذف عملیات ماشینکاری ثانویه. این به ویژه برای تولید با حجم کم تا متوسط مفید است 50 تا 10000 واحد در جایی که هزینه های بالای ابزارآلات قالب دائمی یا ریخته گری دایک قابل توجیه نیست، اما ریخته گری شن و ماسه فاقد دقت و کیفیت لازم است.

آلیاژهای متداول آلومینیوم و کاربردهای آنها

همه آلیاژهای آلومینیوم به دلیل تفاوت در سیالیت، حساسیت به پارگی گرم و انقباض انجماد به یک اندازه برای ریخته گری سرمایه گذاری مناسب نیستند. ریخته‌گری‌ها معمولاً بر روی گریدهای ریخته‌گری خاص بهینه‌سازی شده برای فرآیند موم از دست رفته به جای معادل‌های آلیاژی فرفورژه استاندارد می‌کنند.

آلیاژ A356-T6 به طور گسترده‌ای مشخص شده است و تقریباً این آلیاژ را تشکیل می‌دهد 70 درصد از ریخته گری های سرمایه گذاری آلومینیوم تجاری به دلیل ترکیب متعادلی از قابلیت ریخته گری، خواص مکانیکی و هزینه. آلیاژهای با استحکام بالا مانند A201 به قابلیت‌های ریخته‌گری تخصصی از جمله ریختن به کمک خلاء و مدیریت حرارتی دقیق در طول انجماد برای جلوگیری از نقص‌های ریز انقباض نیاز دارند.

فرآیند Lost-Wax مرحله به مرحله

ایجاد و مونتاژ الگو

این فرآیند با الگوهای موم قالب گیری تزریقی که از آلومینیوم یا ابزارآلات فولادی تولید می شود آغاز می شود. این الگوها هندسه قسمت نهایی را با اضافه شده تکرار می کنند کمک هزینه انقباض 1.3-1.7٪ بسته به آلیاژ الگوهای متعددی با استفاده از ابزارهای گرم شده روی یک اسپرو موم مرکزی مونتاژ می‌شوند تا یک خوشه درخت مانند را تشکیل دهند که پردازش دسته‌ای را ممکن می‌سازد. 10 تا 100 قسمت در هر بار ریختن . طراحی دروازه بسیار مهم است. دروازه های کم اندازه باعث یخ زدگی زودرس و اشتباه می شوند، در حالی که دروازه های بزرگ باعث افزایش کار و ضایعات مواد پس از ریخته گری می شود.

پوسته سازی و موم زدایی

مجموعه موم به طور مکرر در دوغاب سرامیکی غوطه ور شده و با ماسه نسوز گچ بری می شود تا یک پوسته چند لایه ایجاد شود. پوسته های معمولی شامل 6 تا 9 لایه ، با روکش های ظریف تر که جزئیات سطح را به تصویر می کشد و لایه های پشتیبان درشت تر که استحکام ساختاری را ارائه می دهد. پس از خشک شدن، پوسته وارد اتوکلاو بخار یا کوره فلاش آتش می شود 150-200 درجه سانتیگراد برای ذوب شدن موم موم باقی مانده باید به طور کامل حذف شود. حتی آلودگی جزئی باعث تخلخل گاز و عیوب سطحی در ریخته گری نهایی می شود.

عملیات ریخته گری و پس از ریخته گری

پوسته های از قبل گرم شده آلومینیوم مذاب را در دماهای بین دریافت می کنند 700-760 درجه سانتیگراد اغلب تحت خلاء یا اتمسفر گاز بی اثر برای به حداقل رساندن تشکیل اکسید و جذب هیدروژن. پس از انجماد و سرد شدن، پوسته سرامیکی به صورت مکانیکی از طریق ارتعاش یا واتر بلاست جدا می شود. ریخته‌گری‌های منفرد با استفاده از اره‌های نواری یا چرخ‌های برش ساینده از اسپرو جدا می‌شوند و به‌دنبال آن سنگ‌زنی دریچه‌ها انجام می‌شود. عملیات حرارتی (حلول‌سازی پیری) زمانی انجام می‌شود که مزاج T6 مشخص شده باشد، اضافه می‌شود 8-12 ساعت به کل زمان هدایت، اما افزایش استحکام تسلیم 40 تا 60 درصد نسبت به شرایط ریختگی.

رهنمودهای طراحی برای قابلیت ساخت

بهینه سازی هندسه قطعات برای ریخته گری سرمایه گذاری آلومینیوم از طراحی مجدد پرهزینه و تاخیر در تولید جلوگیری می کند. رعایت این قوانین طراحی ثابت شده کیفیت ثابت را تضمین می کند و نرخ ضایعات را به حداقل می رساند:

• ضخامت دیوار: دیوارهای یکنواخت را حفظ کنید 0.080-0.250 اینچ (2-6 میلی متر) حداقل انتقال ناگهانی باعث ایجاد نقاط داغ و تخلخل انقباض می شود. از مخروط های تدریجی با نسبت های تندتر از 3:1 استفاده کنید.
• فیله و شعاع: حداقل شعاع داخلی را اعمال کنید 0.030 اینچ (0.75 میلی متر) به تمام گوشه های تیز زوایای تیز داخلی تنش را در حین انجماد متمرکز می کند و خطر پارگی داغ را به طور چشمگیری افزایش می دهد.
• زوایای پیش نویس: در حالی که ریخته گری سرمایه گذاری در مقایسه با ریخته گری به حداقل پیش نویس نیاز دارد، افزودن پیش نویس 1-2 درجه در سطوح عمودی خروج الگو از ابزار مومی را تسهیل می کند و آسیب پوسته را در طول موم زدایی کاهش می دهد.
• سوراخ های هسته ای: از سوراخ‌های کور عمیق‌تر اجتناب کنید قطر 2 برابر ; هسته های سرامیکی شکننده و مستعد شکستگی می شوند. سوراخ‌های سوراخ‌دار یا پلکانی با چاپ‌های هسته‌ای در دسترس نرخ موفقیت بسیار بالاتری را به همراه دارد.
• تخصیص تحمل: سخت ترین تلرانس ها را رزرو کنید ( ± 0.003 اینچ ) فقط برای ویژگی های کاربردی حیاتی. استاندارد ±0.005 in/in را در جای دیگری مشخص کنید تا از کنترل های غیرضروری فرآیند و هزینه های بازرسی جلوگیری کنید.

کنترل کیفیت و پیشگیری از نقص

ریخته گری های سرمایه گذاری آلومینیوم برای اطمینان از یکپارچگی، به ویژه برای کاربردهای هوافضا و پزشکی، به اعتبارسنجی دقیق نیاز دارند. روش های آزمایش غیر مخرب شامل معاینه رادیوگرافی (اشعه ایکس) برای انقباض داخلی و تخلخل گاز، تست نفوذ رنگ برای ترک های سطح شکن، و تجزیه و تحلیل طیف نگاری برای تأیید شیمی آلیاژ در مشخصات AMS/ASTM. کنترل فرآیند آماری داده‌های ابعادی را در کل تولیدات ردیابی می‌کند. فرآیندهای توانمند مقادیر Cpk را در بالا حفظ می کنند 1.33 برای ابعاد بحرانی

عیوب رایج و علل ریشه ای آن عبارتند از: چین خوردگی های اکسید ناشی از ریختن آشفته (کاهش شده توسط سیستم های دریچه ای فیلتر شده)، پارگی داغ ناشی از انقباض مهار شده (که از طریق بهبود طراحی ریگینگ برطرف می شود)، و پر شدن ناقص ناشی از سوپرگرم یا هواگیری ناکافی (اصلاح شده از طریق بهینه سازی پیش گرمایش قالب). مشارکت با هلدینگ ریخته گری گواهینامه NADCAP یا AS9100 این اطمینان را فراهم می کند که رویه های مستند بر هر متغیر فرآیند از تزریق موم تا بازرسی نهایی حاکم است.