ریختهگری سرمایهگذاری آلومینیوم (همچنین به عنوان ریختهگری با موم گمشده نیز شناخته میشود) اجزایی شبیه به شبکه را با سطح فوقالعاده، دقت ابعادی و یکپارچگی مکانیکی تولید میکند که آن را به فرآیندی مناسب برای براکتهای هوافضا، بدنههای پزشکی و قطعات خودرو با کارایی بالا تبدیل میکند. در صورت طراحی صحیح، ریختهگریهای آلومینیومی به تلورانسهای 0.005 ± اینچ در اینچ (0.13 ± میلیمتر بر میلیمتر) و زبری سطح 63 تا 125 µin Ra دست مییابند که اغلب نیاز به ماشینکاری ثانویه را از بین میبرند.
بر خلاف ریخته گری شن و ماسه یا دایکاست، ریخته گری سرمایه گذاری از پوسته سرامیکی ساخته شده در اطراف الگوی مومی استفاده می کند که هندسه های پیچیده، دیواره های نازک (تا 0.060 اینچ / 1.5 میلی متر) و جزئیات ظریف مانند حروف یا گذرگاه های داخلی را امکان پذیر می کند. این فرآیند برای تولید با حجم کم تا متوسط که در آن دقت بیشتر از نگرانیهای هزینه ابزارآلات است، ایدهآل است.
فرآیند سرمایه گذاری گام به گام سرمایه گذاری
این فرآیند با تزریق موم مذاب به یک قالب آلومینیومی شروع می شود تا الگویی مشابه با قسمت نهایی ایجاد کند. سپس الگوهای متعددی روی یک اسپرو مومی مرکزی جمع میشوند تا یک «درخت» ایجاد کنند. این مجموعه به طور مکرر در یک دوغاب مبتنی بر سیلیس غوطه ور می شود و با گچ بری ریز پوشانده می شود و یک پوسته سرامیکی در 6 تا 12 لایه ایجاد می کند.
پس از خشک شدن، پوسته در اتوکلاو (معمولاً در دمای 180 تا 200 درجه سانتیگراد) موم زدایی می شود و یک حفره باقی می ماند. پوسته سپس تا 870 تا 1000 درجه سانتیگراد شلیک می شود تا موم باقیمانده حذف شود و سرامیک تقویت شود. آلومینیوم مذاب - معمولاً آلیاژهایی مانند A356، A360 یا 380 - تحت فشار جاذبه یا خلاء در پوسته داغ ریخته می شود. پس از انجماد، پوسته از طریق واتر بلاست یا ارتعاش مکانیکی جدا می شود و قطعات ریخته گری جداگانه از اسپرو جدا می شوند.
آلیاژهای متداول آلومینیوم و خواص آنها
همه آلیاژهای آلومینیوم برای ریخته گری سرمایه گذاری مناسب نیستند. پرمصرف ترین آنها سیالیت عالی، مقاومت در برابر پارگی گرم و قابلیت عملیات حرارتی پس از ریختگی را ارائه می دهند:
| آلیاژ | سیلیکون (%) | مقاومت کششی (ksi) | استفاده اولیه |
|---|---|---|---|
| A356.0 | 7.0 | 30-35 (به عنوان بازیگر) 40–45 (T6) | هوافضا، پزشکی |
| A360.0 | 9.0 | 30–33 (به عنوان بازیگر) | محفظه های مقاوم در برابر خوردگی |
| 380.0 | 8.5 | 44–48 (به عنوان بازیگر) | قطعات ساختاری با مقاومت بالا |
A356-T6 استاندارد صنعتی برای کاربردهای حیاتی است به دلیل پاسخ عالی به عملیات حرارتی و مقاومت در برابر خستگی.
مزایای طراحی نسبت به سایر روش های ریخته گری
ریخته گری سرمایه گذاری در جایی که پیچیدگی با عملکرد مطابقت دارد برتری می یابد. در مقایسه با دایکاست، از هزینههای بالای ابزار (10 تا 50 هزار دلار در مقابل 50 تا 500 هزار دلار برای قالبها) جلوگیری میکند و به ویژگیهای داخلی پیچیدهتر بدون زوایای پیشکش اجازه میدهد. در مقایسه با ریختهگری شن و ماسه، پوشش سطحی عالی و تحملهای سختتر را ارائه میکند - ماشینکاری را تا 70% کاهش میدهد.
- بدون خطوط جداکننده یا فلاش، زیبایی یکپارچه را امکان پذیر می کند
- تکرار عالی از جزئیات ظریف (به عنوان مثال، 0.010 در حکاکی)
- سازگار با HIP (پرس ایزواستاتیک داغ) برای از بین بردن تخلخل داخلی
محدودیت ها و ملاحظات هزینه
با وجود دقت آن، ریخته گری سرمایه گذاری آلومینیوم محدودیت هایی دارد به دلیل ساخت پوسته چند مرحله ای، زمان سرب طولانی تر است (4 تا 8 هفته). اندازه قطعه معمولاً به 30 تا 40 پوند (14 تا 18 کیلوگرم) محدود می شود، اگرچه برخی ریخته گری ها تا 100 پوند را تحمل می کنند. این فرآیند همچنین با اجراهای با حجم بسیار بالا (بیش از 50000 واحد در سال)، که در آن ریختهگری قالب اقتصادیتر میشود، مشکل دارد.
هزینه هر قطعه از 15 تا 200 دلار متغیر است که به شدت تحت تأثیر وزن، پیچیدگی و پس از پردازش است. با این حال، هنگامی که هزینه کل چرخه عمر - از جمله ماشینکاری، مونتاژ و قراضه - در نظر گرفته می شود، ریخته گری سرمایه گذاری اغلب برای قطعات پیچیده و کم حجم مقرون به صرفه تر است.
کنترل کیفیت حیاتی و پروتکل های تست
ریخته گری های معتبر بازرسی دقیق را در هر مرحله اجرا می کنند: اندازه گیری الگوی موم، تأیید ضخامت پوسته، تجزیه و تحلیل طیف نگاری آلیاژ، و بررسی نهایی CMM ریخته گری. تست غیر مخرب (NDT) برای قطعات حیاتی ایمنی استاندارد است:
- اشعه ایکس یا سی تی اسکن برای تخلخل داخلی (بر اساس ASTM E1742)
- بازرسی رنگ نافذ (ASTM E165) برای ترک های سطحی
- آزمایش مکانیکی نمونه های شاهد برای کشش و ازدیاد طول
ریختهگریهای هوافضا اغلب به اعتبار Nadcap و قابلیت ردیابی کامل از قطعه مذاب تا قسمت نهایی نیاز دارند.
کاربردهای دنیای واقعی در سراسر صنایع
ریخته گری های سرمایه گذاری آلومینیوم همه جا در بخش های با ارزش بالا وجود دارد. در هوافضا، آنها منیفولدهای سوخت، محفظههای محرک و قابهای هواپیماهای بدون سرنشین را تشکیل میدهند که در آن صرفهجویی در وزن و قابلیت اطمینان غیرقابل مذاکره است. صنعت پزشکی از آنها برای اجزای MRI و دسته ابزار جراحی که نیاز به سازگاری با عقیم سازی دارند استفاده می کند. کاربردهای دفاعی شامل براکت های سیستم هدف گیری و قطعات پهپاد است که باید در برابر لرزش شدید مقاومت کنند.
یک مثال قابل توجه: یک تولید کننده پیشرو خودروهای الکتریکی از بیلت ماشینکاری شده به ریخته گری سرمایه گذاری A356 برای سرپوش های انتهایی موتور، وزن قطعه را تا 35٪ و هزینه را تا 22٪ کاهش داد و در عین حال سفتی را حفظ کرد.
روندهای آینده و نوآوری های پایدار
این صنعت به سمت پایداری و اتوماسیون بیشتر پیش می رود. دوغاب های مبتنی بر آب جایگزین اتیل سیلیکات برای کاهش انتشار VOC می شوند. مونتاژ الگوی موم رباتیک و هستههای سرامیکی پرینت سه بعدی، نمونهسازی سریعتر و کانالهای خنککننده منسجم را امکانپذیر میکنند. برخی از ریختهگریها در حال حاضر از محتوای آلومینیوم بازیافتی بیش از 80% بدون به خطر انداختن خواص مکانیکی استفاده میکنند.
همانطور که تولید افزودنی با ریختهگری سنتی سرمایهگذاری ترکیب میشود - با استفاده از موم یا الگوهای پلیمری چاپ شده با چاپ سه بعدی - این فرآیند سریعتر، سبزتر و حتی قادر به آزادی هندسی میشود. برای مهندسانی که به دنبال دقت، یکپارچگی و انعطافپذیری طراحی در قطعات آلومینیومی هستند، ریختهگری سرمایهگذاری بیهمتا باقی میماند.
