Lost-wax valu: tekniikka, edut ja haitat

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Investointimallien käyttö on varsin suosittu valimotuotannon menetelmä. Menetelmä erottuu teknologisen prosessin monimutkaisuudesta ja valmisteluprosessien korkeista työvoimakustannuksista. Siksi sitä käytetään, kun on tarpeen tarkkailla mittoja ja varmistaa osien pinnan korkea laatu. Näin valetaan turbiinien siivet ja korkean suorituskyvyn työkalut, proteesit ja korut sekä monimutkaiset veistokset. Los-wax valun ydin on, että valumuotti on yksiosainen, matalassa lämpötilassa sulavien materiaalien mallia ei poisteta valun aikana, vaan se sulatetaan. Tämä varmistaa mittojen ja kohokuvioiden huolellisen noudattamisen. Mallista jäljellä olevaan onteloon kaadetaan metallia. Jäähdytyksen päätyttyä muotti tuhoutuu ja tuote poistetaan. Suuria sarjoja valuttaessa tuotteen hinta laskee.

Menetelmän edut

Investointivalun tärkein etu on muotinsiirron tarkkuus ja alhainen pinnan karheus. Lisäksi saatavilla on muita etuja:

• Kevyesti koneistettujen metalliseososien tuotanto saatavilla.
• Vähentää lisätyöstön tarvetta.
• Tuotteet valetaan, jotka muutoin pitäisi tehdä osiin ja koota yhteen.
• Suurilla sarjoilla saavutetaan ominaistyövoimaintensiteetin (yksi tuotetta kohti) ja sen kustannusten aleneminen.
• Mahdollisuus koneisoida ja osittain automatisoida itse valun valmistelutöitä.

Nämä edut tekevät menetelmästä yhden suosituimmista ja käytetyimmistä nykypäivän metallurgiassa, erityisesti yhdessä nykyaikaisten progressiivisten valumenetelmien kanssa.

Investointivalinnan haitat

Menetelmän kiistattomien etujen olisi ilmeisesti pitänyt varmistaa sen hallitseva asema muiden menetelmien joukossa. Investointivalumenetelmän suosiosta huolimatta haitat ovat estäneet sen laajan käyttöönoton. Suurin haittapuoli on monivaiheisen prosessin monimutkaisuus. Se vaatii melko monimutkaisia ja kalliita teknisiä laitteita valmisteluvaiheita varten. Pienissä erissä valmistetuissa yksinkertaisissa tuotteissa tällä menetelmällä on korkeammat kustannukset.

Investointivalun kustannustehokasta soveltamista varten menetelmän etuja ja haittoja verrataan, päätössen valinta tehdään hinta/laatusuhteen arvioinnin perusteella. Siksi sitä käytetään pääasiassa kriittisimpiin ja kalliimpiin tuotteisiin, joita on vaikea saada millään muulla tavalla, kuten turbiinien siivet, veistokset, nopeat työkalut jne. Toinen käyttöalue on laajamittaiset valut, jonka mittakaavavaikutus mahdollistaa merkittävän kustannussäästön.

Teknologia

Investointivalutekniikka on monivaiheinen valmistusprosessi, joka on suhteellisen työvoimav altainen. Ensimmäisessä vaiheessa tehdään päämalli, josta tulee standardi työmallien valmistuksessa sen jälkeen, kun se on läpäissyt kaikki lopputuotteen vaiheet. Mestarimallin valmistukseen käytetään sekä erityisiä mallikoostumuksia että perinteisiä - kipsiä tai puuta. Päämallin materiaalissa tulee yhdistää lujuus ja helppokäyttöisyys.

Lisäksi sijoitusvalutekniikka mahdollistaa muotin luomisen, johon kaikki toimivat mallit valetaan. Muotit on valmistettu kipsistä, kumista, silikonista, harvemmin metallista. Rakenteellisesti sen on välttämättä oltava irrotettava ja suunniteltu toistuvaan käyttöön. Muotti täytetään malliseoksella, sen kovettumisen jälkeen se puretaan ja seuraava toimiva malli poistetaan.

Ainutlaatuisia osia tai pieniä eriä valmistettaessa pääasettelun ja muotin luontivaiheet ohitetaan, ja asettelu (tai useita) tehdään valamalla materiaali käsin.

Seuraava vaihe sijoitusvaluprosessissa onvalmistus valumuotin asettelun (tai asettelulohkon) ympärille. Nämä matriisit ovat rakenteellisesti jo ei-erotettavissa ja kertakäyttöisiä, mikä mahdollistaa tuotteen mittojen ja karheuden huolellisen noudattamisen. Nykyaikaisessa teollisuudessa käytetään kahdenlaisia muotteja - perinteisiä hiekka-savi-muotteja maahan valamiseen ja kuorimuotteja - tarkkojen ja kalliiden osien valmistukseen.

Muotin valmistuttua malli sulatetaan siitä kuumentamalla tai puh altamalla tulistetulla höyryllä. Kuoren muotoja vahvistetaan lisäksi kuumentamalla jopa 1000 ˚С.

Prosessin viimeinen vaihe sisältää tuotteen varsinaisen valun, sen jäähdytyksen luonnollisissa olosuhteissa tai erityisellä menetelmällä termostaatissa, muotin tuhoamisen ja tuotteen puhdistamisen. Menetelmän avulla saadaan laadukkaita valukappaleita, jotka painavat useista grammoista kymmeniin kilogrammoihin.

Mallikokoonpanot

Asettelun valmistusmateriaalilla on oltava tietyt ominaisuudet. Sillä pitäisi olla ominaisuuksia, kuten:

• Plastisuus kiinteässä faasissa. On tarpeen toistaa tulevan tuotteen muoto tarkasti ja korjata se tarvittaessa.
• Voima. Mallin on kestettävä ilman muodonmuutoksia sen ympärille muodostuva muoto.
• sulake. Mallin renderöinnin ei pitäisi vaatia paljon aikaa ja energiaa.
• Sula sujuvuus. Koostumuksen tulee tunkeutua helposti kaikkiin kohokuvion syvennyksiin ja yksityiskohtiin, toistaen tarkasti tulevan yksityiskohdan ääriviivat.
• Talous. Erityisen tärkeä suurissa sarjatuotannossa.

Mallikoostumuksissa käytetään yleensä steariinin ja parafiinin seosta. Nämä materiaalit täydentävät menestyksekkäästi toistensa parametreja ja kompensoivat parafiinin riittämättömän sulamispisteen ja steariinin liiallisen viskositeetin.

Ruskohiilivahaan perustuvat koostumukset eivät ole yhtä suosittuja alalla. Sen tärkeimmät ominaisuudet ovat kosteudenkestävyys, lujuus ja kyky muodostaa erittäin sileitä pinnoitteita, mikä on erityisen arvokasta tuotemallinnuksen kann alta.

Käytetään myös yhdisteitä, jotka koostuvat ruskohiilivahan, parafiinin ja steariinin seoksesta.

Muotinvalmistus

Ainutlaatuisten tuotteiden valmistusta varten laaditaan layout leikkaamalla mallimateriaalista käsin tai mallien mukaan. Sorveilla valmistetaan myös vallankumouksellisten kappaleiden muotoisia malleja. Viime aikoina mallien 3D-tulostusmenetelmä on yleistynyt. Se sopii sekä yksittäisiin asetteluihin että pieniin sarjoihin.

Nykyaikaisen teollisen 3D-tulostimen kustannukset ovat edelleen korkeat, mutta koska se on helppo konfiguroida tuotteista toiseen, siitä voi tulla tehokas mallintekotyökalu, jos kyseessä on suuri määrä heterogeenisia piensarjatilauksia.

Suuren määrän identtisiä asetteluja varten matriisi tehdään kipsistä, kumista, silikonista tai metallista. Toimivia asetteluja tuotetaan vuorostaan valamalla matriisiksi. Suunnittelun mukaan muotin on oltava kokoontaitettava, jotta varmistetaan mahdollisuus valmistaa tietty määrä malleja. Valitun materiaalin tulisi myös tarjota tällainen mahdollisuus, joten sille asetetaan sellaisia vaatimuksia kuin lujuus, tiheys, alhainen karheus ja kemiallinen inertisyys suhteessa asetteluun. Muottiaineella on myös oltava minimaalinen tarttuvuus malliin, jotta valmiit mallit voidaan helposti poistaa ja mitat pitää kiinni. Muotin tärkeä ominaisuus on sen lujuus ja kulutuskestävyys, erityisesti suurissa sarjoissa.

Mallejen ja lohkojen valmistus

Laajasti käytetty menetelmä investointimallien valmistuksessa on valaa ne muotteihin alhaisella paineella. Nestemäisen seoksen ruiskutus suoritetaan sekä manuaalisesti mäntäruiskujen että mekaanisten, hydraulisten tai pneumaattisten ahtimien avulla. Jos käytetään ruskohiilivahaa, on välttämätöntä lämmittää koostumuksen syöttämiseen tarkoitettuja putkia sen korkean viskositeetin vuoksi. Paisutettu polystyreenimallit valmistetaan suulakepuristamalla automaattisilla muovauskoneilla.

Pienten valukappaleiden sarjatuotannon taloudellisen tehokkuuden lisäämiseksi ja työvoimaintensiteetin vähentämiseksi niiden asettelut yhdistetään lohkoiksi. Porttijärjestelmät muodostetaan lohkojen yläpuolelle kiinnittämällä yksittäiset asettelut putkiin käsin juotosraudalla. Yksittäisten valujen tai pienten sarjojen mallit valmistetaan käsin.

Avainnusjärjestelmiä muodostettaessa on varmistettava sulan ei-pyörteinen virtaus, matriisin kaikkien elementtien tasainen täyttö. Kun täytät lomaketta PGS:stä, sinun on myös valvottava kaikkien yhtenäistä täyttöäputkien väliset aukot ja vaurioiden estäminen.

Muotin tekeminen

Tarkasteltavana olevassa sijoitusvalumenetelmässä on kaksi päätyyppiä muotteja:

• hiekka-saviseokset (SGM).
• Shell.

Flued wax valumuotteja käytetään pääasiassa pienten sarjojen valmistuksessa, jotka eivät vaadi kovin suurta tarkkuutta. Niiden valmistusprosessi on melko työvoimav altainen ja vaatii korkeaa ja usein ainutlaatuista mallintajien ja muovaajan taitoja. Osittainen koneistus soveltuu vain tiettyihin toimintoihin, kuten muottihiekan valmisteluun ja täyttöön, sen tiivistämiseen.

Shell-muotteja sitä vastoin käytetään erityistä valmistustarkkuutta vaativien osien valmistukseen. Niiden valmistusprosessi on monimutkaisempi ja pitempi, mutta se soveltuu paremmin koneelliseen.

Maavalu

Tämä on vanhin ihmiskunnan hallitsema metallinkäsittelymenetelmä. Esi-isämme hallitsivat sen samanaikaisesti, kun metallituotteita alettiin käyttää aseina, työkaluina tai ruokailuvälineinä, eli noin 5 tuhatta vuotta sitten. Sula metalli kaadetaan valmistettuun matriisiin hiekan ja saven seoksesta. Varhaisimmat paikat metallinkäsittelyyn syntyivät juuri siellä, missä lähellä sijaitsi metallikerrostumia kimpaleina ja paikoilleen. Tyypillinen esimerkki on Uralilla sijaitseva Kaslin tehdas, joka on maailmankuulu rautapitsivaluistaan.

Investointivalumenetelmää käytetään metallituotteiden valmistukseen - sekä rauta- ettävärillinen. Ja vain metalleille, joilla on lisääntynyt taipumus reagoida nestefaasissa (kuten titaani), on tarpeen tehdä matriiseja muista koostumuksista.

PGS:n valun tuotantoprosessi koostuu seuraavista vaiheista:

• mallinvalmistus;
• pullon valmistaminen;
• seoksen täyttö ja tiivistäminen pullossa;
• metallin valu;
• valukappaleen poistaminen ja puhdistaminen.

ASG:n lomake - kertakäyttöinen. Valmiin tuotteen saamiseksi se on rikottava. Samanaikaisesti suurin osa seoksesta on käytettävissä uudelleenkäyttöön.

ASG:n materiaaleina käytetään pääasiassa eri raekokoisten kvartsihiekkojen ja muovisavien koostumuksia, joiden pitoisuus vaihtelee 3-45 prosenttia. Joten esimerkiksi taidevalut valmistetaan 10-20 % savea sisältävällä seoksella, erityisen suurissa valukappaleissa savipitoisuus säädetään 25 %:iin.

Käytetään kahta alatyyppiä:

• Pintaseokset. Ne sijaitsevat muotin sisäpinnalla ja ovat vuorovaikutuksessa sulan metallin kanssa. Niiden on oltava lämmönkestäviä, eivätkä ne voi tuhoutua lämpötilaerojen ja niistä aiheutuvien jännitysten vaikutuksesta. Näissä seoksissa on hienojakoinen rakeisuus, joka välittää huolellisesti pinnan yksityiskohdat. Seoksen kyky läpäistä kaasua on myös erittäin merkittävä.
• Täyteseokset. Niitä käytetään täytekerroksen ja pullon seinämien väliseen täyttöön. Niiden on kestettävä kaadetun metallin paino, säilytettävä tuotteen muoto ja edistettävä kaasujen oikea-aikaista ja täydellistä poistamista. Valmistettu halvemmista hiekasta,uudelleen käytettävä.

Jos valukaasut eivät karkaa muovaushiekan massojen läpi, vaan porttijärjestelmän kautta, valussa ilmenee vikoja, jotka johtavat avioliittoon.

Perinteistä maahan valutekniikkaa havainnollistaa yksityiskohtaisesti A. Tarkovskin elokuva "Andrei Rublev". Novellissa "Kello" nuori mies Boriska, kuolleen mestarin poika, johtaa valimoartellia ja valaa kirkonkelloa.

Shell-valu

Kuorimuottien sijoitusvalumenetelmälle on ominaista paras tuotteen mittojen siirto ja alhainen pinnan karheus. Malli on valmistettu sulavista yhdisteistä, kuten ruskohiilivahasta. Valimot käyttävät laaj alti myös parafiini-steariinikoostumusta yhtä suuressa suhteessa. Suurikokoisten valukappaleiden tapauksessa mallimateriaaliin sisällytetään suoloja suojaamaan mallia muodonmuutoksilta. Liuokseen upottamalla malli peitetään 6-10 kerrokseksi korkean lämpötilan suspensiolla.

Hydrolysoidut silikaatit toimivat sideaineena, sähkökorundi- tai kvartsikiteet otetaan lämmönkestävänä sadetuksena. Kuorimuottimateriaalille on ominaista korkea lujuus, alhainen hygroskooppisuus ja erinomainen kaasunläpäisevyys.

Asettelu kuivataan kaasumaisen ammoniakin ilmakehässä. Seuraavassa vaiheessa muotti kuumennetaan 120 ˚C:een parafiinimallin poistamiseksi. Seoksen jäännökset poistetaan tulistetun höyryn avulla korkeassa paineessa. Seuraavaksi muotti kalsinoidaan jopa 1000 ˚С lämpötiloissa, mikä johtaa sen lopulliseen kiinnittymiseen ja aineiden poistoon,joita saattaa vapautua kaasuina valuprosessin aikana.

Kuori asetetaan eräänlaiseen pulloon, joka on peitetty teräshaulilla. Tämä auttaa säilyttämään kokoonpanon muottia täytettäessä sulateella ja samalla parantaa valun jäähdytysolosuhteita. Sula kaadetaan 1000 ˚С:een kuumennettuihin muotteihin. Kun tuote on jäähdytetty erityisohjelman mukaan termostaatissa, muotti tuhoutuu, valu poistetaan ja puhdistetaan.

Tämän valumenetelmän tärkein etu on suuri mittatarkkuus ja alhainen pinnan karheus.

Menetelmän lisäetuja:

• Osien valu vaikeasti työstettävistä seoksista.
• Osien, jotka muuten pitäisi valaa paloittain ja sitten koota takaisin yhteen, valuminen.

Tämän sijoitusvalumenetelmän haittoja ovat alhainen metallin käyttöaste ja lisääntynyt työvoimaintensiteetti.

Tarkkuusvalu

Tarkkuusvalu - tämä on nimi sekä teknologialle että itse lopputuotteelle. Valun korkea tarkkuus varmistetaan sillä, että muotin valmistuksen aikana siitä ei tarvitse poimia tuotteen mallia. Perinteisellä menetelmällä valumatriisin valmistus on monimutkainen ja erittäin aikaa vievä monivaiheinen prosessi. Tämä pätee erityisesti monimutkaisten osien valamiseen, joissa on syvennyksiä, syvennyksiä ja sisäisiä onteloita.

Esimerkiksi valurauta- tai kuparimaljakkoa, jonka pintakaarevuus vaihtelee, on käytettävä monia temppuja. Kyllä, ensinpullon alaosa täytetään, sitten malli poistetaan, käännetään ympäri ja ylempi puolisko puristetaan. Malli on tehtävä komposiittisiksi, maljakon kahvat on tehty kahdesta elementistä, jotka vedetään ulos mallinontelon läpi kahdessa vaiheessa - ensin alempi elementti, sitten ylempi. Kaikilla näillä lukuisilla sorvauksilla ja vetämisellä ei voi olla positiivista vaikutusta muotin pinnan eheyteen ja viime kädessä valun mittojen säilymisen tarkkuuteen ja sen pinnan laatuun. Lisäksi ongelmana on edelleen pullojen osien täsmällinen yhteensovittaminen ja niiden turvallinen kiinnittäminen toisiinsa.

Investointivalutuotannossa ei ole näitä puutteita, se ei vaadi niin korkeasti koulutettuja mallintajia ja vähentää merkittävästi esivalutöiden työvoimav altaa. Tämä on erityisen voimakasta suurilla valusarjoilla.

Menetelmä mahdollistaa GOST 26645-85:n mukaisen tarkkuusluokan 2-5 saavuttamisen. Tämä mahdollistaa erittäin tarkkojen tuotteiden, kuten turbiinien terien, leikkaustyökalujen, mukaan lukien tehokkaat jyrsimet ja porat, kriittisten korkealla kuormitettujen kiinnikkeiden, ajoneuvojen pienten ja kuormitettujen osien, työstökoneiden ja muiden monimutkaisten mekanismien valumisen.

Suuri mittatarkkuus ja korkea pintaluokka minimoivat valun lisätyöstön tarpeen, mikä säästää metallia ja alentaa tuotantokustannuksia.

Varusteet

Tarvittavat sijoitusvalulaitteet ovat monipuolisia ja monimutkaisia. Yritykset yhdistävät ne yhdeksi ja hyvin koordinoiduksi kokonaisuudeksi,järjestetään työmaaksi, työpajaksi tai erilliseksi tuotantoksi.

Kompleksin koostumus riippuu valukappaleiden tuotannon laajuudesta, koosta, konfiguraatiosta ja leviämisestä.

Siten hammasproteesien ja korujen valmistuksessa varusteisiin kuuluvat:

• mallipöytä;
• muhveliuuni termostaatilla;
• veitset ja lastat mallin muodon korjaamiseen;
• muodostuslauta;
• pullo;
• säiliöt valuhiekan varastointiin ja valmisteluun;
• sarja hiekkajunttaustyökaluja;
• upokas metallin sulattamiseen;
• pihdit;
• vasara murtaaksesi muotin.

Tämä tuotantokokonaisuus mahtuu helposti yhdelle pöydälle ja samaan kaappiin. Jos aiotaan valmistaa massatuotantona esimerkiksi alumiinivaluja - laitteen osia, laitteita tarvitaan:

• keraamisten muottien muotoilu ja kaataminen;
• kuivauslomakkeet;
• mallimateriaalin sulattaminen ja lämmönkestävän kerroksen levittäminen;
• valujen puhdistus muovausmateriaalista.

Ja lopuksi valimokompleksin varsinaiset laitteet, jotka on suunniteltu sulattamaan ja kaatamaan se muottiin. Se voi olla valulaitteisto:

• matalapaineessa;
• keskipako;
• tavalliseen painovoiman tapaan.

Ruiskuvalu- ja keskipakovalukoneet ovat erillinen pitkälle koneistettu ja automatisoitutuotantokompleksi, eristetty liikkeen ilmapiiristä. Ne minimoivat käsityön ja ihmisten altistumisen haitallisille olosuhteille. Suljetut kammiot, joissa kompleksit sijaitsevat, tarjoavat täydellisen pakokaasujen t alteenoton ja puhdistuksen, mikä lisää merkittävästi yrityksen ympäristöystävällisyyttä.

Vahavalulla on melko suuri kehityspotentiaali, varsinkin kun se yhdistetään edistyneisiin muottien valmistus- ja kaatotekniikoihin.