Kas yra vandens stiklo investavimas?

Investiciniai liejiniai-taip pat žinomi kaip „Lost Wax Casting“-yra vienas iš universaliausių metalų formavimo būdų.

Šioje srityje, Vandens stiklas (natrio silikatas) Investicijų liejimas išsiskiria dėl jo ekonomiškumo ir gebėjimo gaminti sudėtingus geležies komponentus.

Šiame vadove, Mes gilinamės į kiekvieną proceso aspektą, Duomenų pagrįstų įžvalgų ir nuorodų pramonės standartų teikimas, siekiant paremti inžinerinius sprendimus.

1. Įvadas: Vandens stiklo investicijų supratimas

Water glass Investicijų liejimas naudojimas natrio silikatas (Na₂sio₃) kaip keraminis rišiklis, sudarantis daugiasluoksnį apvalkalą aplink vaško modelius.

Tuo tarpu silicio dioksido-SOL procesai priklauso nuo koloidinio silicio dioksido, Vandens stiklas traukia gausų, Pigių rišiklių, kurie tarnavo liejykloms nuo XX amžiaus vidurio.

Istoriškai, Azijos ir Europos amatininkai pritaikė primityvius šarminius silikatais, kad gautų lukštų formas; Laikui bėgant, Chemikai patikslino SIO₂:NATO RAIAI (dažnai 2.5:1 pagal svorį) Norėdami optimizuoti stiprumą ir nustatymo greitį.

Šiandien, Vandens stiklas užpildo kritinę nišą: Tai pristato ISO 8062 CT7-CT9 nuokrypiai ir RA 6–12 μm paviršiaus apdaila išlaikant vienos dalies apvalkalo medžiagų išlaidas $0.50/kg—S Silicio-Sol sistemų dalis.

Todėl, Gamintojai pasitelkia jį vidutinio tikslumo tikslams, biudžetu jautrios programos, tokios kaip žemės ūkio mašinos, siurblių korpusai, ir sunkių vožtuvų.

2. Kas yra vandens stiklo liejimas?

Vandens stiklo liejimas, Taip pat žinomas kaip natrio silikato investicijų liejimas, yra specifinis tipas Investicijų liejimas Tai naudoja Vandens stiklas (natrio silikato tirpalas) kaip segtuvų medžiaga, skirta statyti keraminius apvalkalus aplink vaško raštus.

Tai efektyvus ir ekonomiškas procesas, kuris sukuria tinklo formos arba beveik tinklo formos metaliniai komponentai su vidutiniu tikslumu ir paviršiaus kokybe.

Šis metodas yra ypač tinkamas liejimui Vidutinis- iki didelių geležies komponentų su palyginti paprasta ir vidutiniškai sudėtinga geometrija.

Apibrėžimas ir pagrindinis principas

Vandens stiklo liejimas, Pagrindinis principas išlieka atitinka visus prarasto vaško liejimo procesus: vienkartinis Vaško modelis yra padengtas keliais keraminiais sluoksniais, kad susidarytų apvalkalas.

Kai apvalkalas bus išgydytas ir sukietėjęs, Nuimamas vaškas (Dewaxed), ir išlydytas metalas pilamas į ertmę.

Po aušinimo ir kietėjimo, Korpus.

Šio proceso išskirtinis bruožas yra vandens stiklo naudojimas (Na₂sio₃ Sprendimas) kaip segtuvas keraminiame srutai.

Palyginti su koloidiniu silicio dioksidu (Naudojamas didesnio tikslo silicio dioksido investavimo liejinyje), Vandens stiklas suteikia:

• Mažesnės medžiagos išlaidos
• Greitesnis džiovinimo laikas
• Didesnis gamybos pralaidumas

3. Kodėl verta naudoti vandens stiklą?

Vandens stiklo investavimas, nors ne pats patobulintas procesas,

dėl ITS ir toliau plačiai priimamas keliose pramonės šakose Išskirtinė pusiausvyra tarp ekonominio efektyvumo, mechaninis patikimumas, ir gamybos mastelio keitimas.

Naudojant natrio silikatas (Na₂sio₃) kaip segtuvas, Šis metodas suteikia reikšmingų pranašumų,

ypač Vidutinio stiliaus komponentai Tai nereikalauja ypač nesvarbių nuokrypių, tačiau turi atitikti funkcinius ir struktūrinius reikalavimus.

Ekonominis efektyvumas neprarandant stiprybės

Vienas iš Pagrindinės priežastys Gamintojai pasirenka vandens stiklo liejimą ekonominis efektyvumas.

Natrio silikatas yra gausus, netoksiškas, ir daug pigiau nei koloidinis silicio dioksidas, naudojamas aukštos klasės tikslumui. Vidutiniškai:

• Segtuvų kaina už litrą vandens stiklo yra 30–50% mažesnis nei silicio dioksido sol.
• Korpuso medžiagos, tokių kaip kvarco smėlis, yra pigesni už lydytą silicį ar cirkonį.
• Trumpesni džiovinimo ciklai (4–8 valandos/sluoksnis) Įgalinkite didesnį dienos išvestį, Sumažinus bendrą švino laiką.

Rezultatas: Mažesnės gamybos kainos vienam vienam (>1,000 PCS).

Tinkamas matmenų tikslumas pramoniniam naudojimui

Nors vandens stiklo liejimas negali konkuruoti su silicia, Tai vis dar teikia priimtinas matmenų tikslumas daugumai struktūrinės ir funkcinės dalys:

• Pasiekiama tolerancija: ISO 8062 CT7 - CT9
• Linijinis tolerancijos nuokrypis: ± 0,5% iki ± 1,5% vardinio matmens
• Paviršiaus apdaila: Ra 6–25 μm, priklausomai nuo srutų kokybės ir pelėsių apdorojimo

Tokio tikslumo lygio pakanka pavarų ruošiniai, vožtuvų korpusai, skliaustai, Žemės ūkio jungiamosios detalės, ir daugelis kitų funkcinių komponentų.

Aukščiausias apvalkalų mechaninis stiprumas

Vandens stiklo pagrindu pagamintos kriauklės Tvirta žalia ir atleista jėga, įgalinantis pritaikyti procesą didesni ir sunkesni komponentai (Paprastai 1–80 kg vienetas). Tai įmanoma dėl:

• Didesnis kietų medžiagų kiekis (~ 40–50 masės%) Vandens stiklo segtuve
• Stiprus ryšys su kvarco ar silicio dioksido pagrindu pagamintais atspalviais
• Greitas nustatymo laikas, o tai sumažina defektus dėl apvalkalo deformacijos

Paraiškos, reikalaujančios Struktūrinis vientisumas per puikią išvaizdą iš to naudos.

Proceso paprastumas ir veiklos lankstumas

Vandens stiklo investavimas taip pat yra Lengviau įgyvendinti ir mastelį mažose ir vidutinėse liejyklose:

• Segtuvų paruošimas nereikia jokių pH pakeitimų ar paviršiaus aktyviųjų medžiagų priedų.
• Aplinkos kietėjimas yra greitesnis ir mažiau jautrus drėgmei nei koloidinės silicio dioksido sistemos.
• Mažiau griežta temperatūros valdymas reikalingas džiovinimo ir šaudymo metu.
• Pakartotinis naudojimas iš vaško ir srutų tvarkymo paprastumo sumažina medžiagų atliekas.

Be to, Standartinės įrangos ir įprastų liejimo įgūdžių pakanka efektyviai paleisti vandens stiklo liejyklą, kad šis procesas būtų patrauklus tiek kylančioms rinkoms, tiek patyrusiems gamintojams.

Aplinkos ir sveikatos sumetimai

Vandens stiklo rišikliai yra neorganinis, netoksiškas, ir vandenyje tirpus, mažinant riziką, susijusią su LOJ (lakūs organiniai junginiai) ir pavojingi dūmai ruošiant apvalkalą.

Palyginti su dervomis pagrįstais rišikliais:

• Nereikia organinių tirpiklių
• Reikia mažiau griežtų išmetimo ir dūmų tvarkymo sistemų
• Išmetamųjų teršalų vaškas yra mažesnis dėl švaresnio apvalkalo degimo

Tai palaiko ISO 14001 Aplinkos laikymasis ir darbo saugos patobulinimai.

4. Proceso apžvalga: Nuo vaško iki metalo

Žemiau yra žingsnis po žingsnio suskirstymas, Pabrėžti pagrindinius parametrus ir skirtumus, palyginti su liejimu silicio dioksidu.

Vaško modelio kūrimas

• Tolerancija: ± 0,05 mm
• Medžiagos: Parafino-mikrokristaliniai mišiniai (Pelenas <0.05 wt%)
• Apimtis: 10–50 dalių už medį

Medžio surinkimas

• Spirties dizainas: 5–10% dalies tūrio
• Šilumos statymai ar vaško klijai: Užtikrina tvirtus sąnarius

Korpuso pastatas su vandens stiklo segtuvu

• Srutų kompozicija: 30-35 Wt% Na₂so₃, pH 11,5–12,5, klampumas ~ 10 MPa · s
• Stucco pažymiai: #100 tinklelis (150 µm) pagrindinis kailis; #50-#30 (300–600 µm) Atsarginiai paltai
• Paltai & Džiovinimas: 4–7 DIPS; 1–2 h aplinkos arba 60 ° C orkaitė vienam paltui
• Bendras apvalkalo storis: 5–15 mm

Dewaxing (Garas arba karštas vanduo)

• Temperatūra: 160–180 ° C.
• Spaudimas: 5–7 bar garų autoklavas
• Trukmė: 20–30 min
• Vaško atkūrimas: >85% melioracija

Keraminio pelėsio šaudymas

• Rampos norma: 5 ° C/min 800 ° C.; sulaikyti 2 h
• Galutinė temperatūra: 900–1000 ° C 2–4 valandas
• Tikslas: Pašalinkite likusias organines medžiagas; Vitrify silikato segtuvas

Metalo liejimas ir aušinimas

• Lydinio tipai: Anglies plienas (1 450–1 550 ° C.), Žemo lydinio plieno (1 500–1 600 ° C.), Kariuomenė geležis (1 350–1 450 ° C.)
• Perkaitimas: +20-50 ° 100 virš skysčio
• Dėl blužnies: 10–20 kg/s tipiškiems pramoniniams tiriams

Apvalkalo pašalinimas ir apdaila

• Nukankymo metodai: Šūvio pūtimas esant 0,4–0,6 MPa, Mechaninė vibracija
• Valymas: Smėlio pūtimas ir lengvas šlifavimas
• Galutinis paviršius: RA ~ 6–8 µm prieš apdirbant

Pagrindinis skirtumas prieš. Silicio sol: Vandens stiklo rinkiniai Džiovinimas, ne rūgšties ar šilumos sukeltas geliavimas.

Dewax naudoja šlapias pašalinimas, Venkite aukštos temperatūros perdegimo, tačiau reikalaujant nuotekų valdymo.

Todėl, Dviračių laikas gali būti trumpesnis (2–3 dienos) nei „Silica-Sol“ 3–5 dienos, bet apvalkalo refrakcijos viršūnės ~ 900 ° C. o ne 1200–1300 ° C..

5. Segtuvų sistema: Chemija už vandens stiklo

„Binder“ sistema yra kertinis vandens stiklo investavimo liejimo proceso akmuo.

Tai nustato mechaninį stiprumą, matmenų stabilumas, ir keraminio apvalkalo šiluminis elgesys. Vandens stiklo liejimas, natrio silikatas- dažniausiai vadinamas „vandens stiklu“ - naudojamas kaip pagrindinis segtuvas.

Suprasti jo cheminę sudėtį, elgesys, ir apribojimai yra būtini norint optimizuoti liejimo kokybę, Sumažinkite defektus, ir gamybos išlaidų kontrolė.

Kas yra natrio silikatas?

Natrio silikatas (Na₂ho · seksui) yra an Šarminis vandeninis silicio ir sodos pelenų tirpalas, formuodamas klampų, Stiklinė medžiaga, kuri sukietėja džiovinant.

Silicio dioksido santykis (SiO₂) į natrio oksidą (Nauo) yra žinomas kaip Silikato modulis- Pagrindinis segtuvų savybių rodiklis.

• Tipiškas modulio diapazonas: 2.4 į 3.0
• Klampumas (25 ° C.): 0.5–1,5 Pa · s
• ph: 11–13 (stipriai šarminis)
• Tvirtas turinys: 35–45%
• Išvaizda: Skaidrus iki šviesaus gintaro skysčio

Didesnis modulis rodo didesnį SiO₂ kiekį, kuris pagerina apvalkalo stiprumą, tačiau gali padidinti klampumą ir sumažinti darbingumą.

Veiksmo mechanizmas: Kaip jis jungiasi

Natrio silikatas suriša keramines daleles per Garinamasis sukietėjimas ir polimerizacija:

1. Vandens išgarinimas sukelia silikato gelį koncentratą ir sukietėja.
2. Esant co₂ ar rūgščiai aplinkai, Tai patiria negrįžtama polimerizacija, formuodamas stiprią, Stiklinė matrica.

Šis greitai nustatytas pobūdis palaiko Greitesni džiovinimo ciklai Palyginti su silicio dioksidu, ypač aplinkoje, kurioje yra geras oro srautas ir maža drėgmė.

Pagrindiniai natrio silikato rišiklio pranašumai

Vandens stiklo rišikliai siūlo daugybę privalumų, ypač Programos, kuriomis grindžiamos išlaidos:

Savybė	Spektaklis
Kaina	30–50% mažesnis nei koloidinis silicio dioksidas
Korpuso džiovinimo laikas	Greitas: 4–8 valandos vienam sluoksniui
Prieinamumas	Visame pasaulyje gausu, Lengva laikyti
Susijimo stiprumas	Vidutinio sunkumo iki aukšto (~ 1–3 MPa sausas stiprumas)
Poveikis aplinkai	Žemos LOJ, Vandens pagrindu, Nedraudžios

Šios savybės daro natrio silikatą idealia Vidutinio tikslumo geležies liejimas ir Didelės apimties bėgimai kur ekonomika viršija paviršiaus apdailą.

Vandens stiklo rišiklių apribojimai

Nepaisant jo praktiškumo, Natrio silikatas nėra be trūkumų:

Apribojimas	Techninis poveikis
Higroskopinis pobūdis	Korpusai laikui bėgant sugeria drėgmę, susilpnėjusi struktūra
Mažesnis refrakcija	Skaidyti virš ~ 1250 ° C., Apribojant aukšto tempo lydinio naudojimą
Prastas atsparumas drėgmei	Korpus
Šarmingumas	Gali koroduoti tvarkymo įrangą ir sudirginti odą
Susitraukimo neatitikimas	Didesnė apvalkalo įtrūkimo rizika aušinimo metu

Palyginti su silicio solo rišikliais, kurie siūlo pranašesnį atsparumą aukštai temperatūrai ir matmenų stabilumui, Vandens stiklas sumažino patikimumą griežta tolerancija, Aukštos kokybės lydiniai, tokie kaip titanas arba Superlojai.

Modifikatorių priedai ir patobulinimai

Norėdami pagerinti našumą ir sumažinti defektus, Vandens stiklo rišikliai dažnai keičiami naudojant:

• PH stabilizatoriai: Boro rūgštis, citrinos rūgštis (kontroliuoti geliacijos greitį)
• Grūdinimo agentai: CO₂ dujų injekcija arba amonio chloridas
• Organiniai rišikliai: Maži papildymai, skirti pagerinti lankstumą
• Paviršiaus aktyviosios medžiagos: Sumažinkite srutų klampumą ir pagerinkite drėkinimą

Naujausi pasiekimai buvo įvesti Hibridiniai rišikliai—Mixing natrio silikatas su koloidiniu silicia.

Šie hibridai pagerėja apvalkalo šiluminio smūgio atsparumas ir Laidos paviršiaus kokybė iki 25%.

Standartai ir kokybės metrika

Vandens stiklo rišikliai turi būti stebimi, atsižvelgiant į pagrindinę veikimo metriką:

Nuosavybė	Bandymo metodas	Priimtinas diapazonas
Modulis	Titrimetriniai arba ICP-OES	2.4–3.0
ph	PH matuoklis (25 ° C.)	11.5–13.0
Klampumas	Brookfieldo viskozimetras	0.5–1,5 Pa · s
Gelio laikas (CO₂ testas)	Laboratorijos dujų platforma	<30 sekundės
Sauso ryšio stiprumas	ASTM C1161	≥1,0 MPa (25 ° C temperatūroje)

6. Korpuso medžiagos ir statybos technika

Vandens stiklo kriauklės pasikliauja Silicio dioksido pagrindu sudarytos refrakcijos:

• Pagrindiniai paltai: #100-#140 akių puikus kvarcas (75–150 µm) Norėdami gauti išsamią gaudymą
• Tarpiniai paltai: #60-#80 tinklelis (200–300 µm) stiprybei
• Atsarginiai paltai: #30-#50 tinklelis (300–600 µm) Dėl nelankstumo

Paprastai taikomos liejyklos 4–7 sluoksniai, Balansavimas stiprybė (3–5 MPA ir 500 ° C.) prieš pralaidumas (10–30 Darcy).

Jie prižiūri džiovinimo kambarius 22–28 ° C., <50% RH Norėdami išvengti apvalkalo įtrūkimo. Priešingai, Silicio-Sol apvalkalai dažnai turi cirkonio ar aliuminio oksido užpildus, kad pasiektų 6–8 MPA stiprumas 800–1200 ° C..

7. Metalų liejimas ir suderinamumas

Vandens stiklas išsiskiria su geležies lydiniai:

• Anglies plienas (pvz. AISI 1080): Pilamas 1500 ° C.; tempimo stiprumas ~ 450 MPa
• Žemo lydinio plieno (pvz. 4140): Pilamas 1550 ° C.; tempimas ~ 650 MPa
• Kariuomenė geležis: Pilamas 1 350 ° C.; pailgėjimas ~ 10–15%
• Mangano plienas: Pilamas 1450 ° C.; Kietumas ~ 250 HB

Tačiau, Tai blogai palaiko reaktyvius ar lengvus lydinius (Al, Mg, Iš) Dėl segtuvų šarmingumo ir likusio drėgmės. Tai reikalauja vakuuminės ar inertiškos rišamosios sistemos (silicio dioksido ar aliuminio apvalkalai).

8. Matmenų tikslumas ir paviršiaus apdaila

• Tolerancijos: ISO CT7 - CT9 (± 0,1–0,2% vardinio ilgio)- tinkama funkcijoms 2 mm storis
• Paviršiaus šiurkštumas: Ra 6–12 µm; Su papildomais pagrindiniais paltais, Dalys gali pasiekti RA ~ 4–6 μm prieš apdirbant
• Palyginimas: Smėlio liejimo pajamos RA 25–50 µm ir CT11-CT14 nuokrypiai; „Silica-Sol“ tiekia RA 1,6–3,2 µm ir CT4-CT6 tolerancijos

A 100 MM plieno laikiklis, liejamas per vandens stiklą 0.5–1,0 mm apdirbimo atsargų, kad pasiektumėte RA < 1.6 µm, Versus 0.2 mm Silicio-solo liejiniams.

9. Kokybės kontrolės ir tikrinimo protokolai

Liejyklos įgyvendina griežtą kokybę:

• Apvalkalo patikrinimas: Ultragarso storio matuokliai, Vaizdiniai įtrūkimų patikrinimai
• Dewax tikrinimas: Likutis vaškas <0.5 wt%; apvalkalo kietumas >3 MPA
• Laidos patikrinimas:

• • Radiografija (ASTM E446) Norėdami nustatyti ≥1 mm poringumą
  • Dažai skvarbi (ASTM E165) paviršiaus įtrūkimams ≥50 μm
  • Cmm Matavimas: Kritinės Dimės iki ± 0,05 mm

Proceso dokumentacija laikosi ISO 9001 ir, kur taikoma, AS9100 Aviacijos ir kosmoso dalims, užtikrinant visišką atsekamumą nuo srutos partijos iki galutinio terminio apdorojimo.

10. Ekonominiai sumetimai ir išlaidų analizė

Faktorius	Vandens stiklas	Silicio sol	Smėlio liejimas
Rišiklio kaina	$0.20–0.40/l	$4–6/l	$0.10–0.20/l
Smėlio kaina	$30–50/tonas	$200–300/tonas (cirkonis)	$20–30/tonas
Apvalkalo kūrimo laikas	2–3 dienos	3–5 dienos	1–2 dienos
Tipiška dalies kaina (plienas)	$50- 200 USD	$150- 500 USD	$30- 120 USD
Tinklo formos apdirbimo santaupos	30–50%	60–80%	0–20%

11. Pramoninės programos

Vandens stiklo liejimas- į didelio masto geležies komponentus, įskaitant:

• Siurblio ir vožtuvų kūnai: Sudėtinga vidinė geometrija, Ra < 12 µm
• Žemės ūkio įranga: Traktorių korpusai, Plūgo agregatai
• Sunkiosios mašinos: Kasybos kastuvai, Pavarų dėžės korpusai
• Bekelės transporto priemonės komponentai: Važiuoklės laikikliai, Stabdžių korpusai

12. Lyginamoji analizė: Vandens stiklas vs. Kiti metodai

Renkantis liejimo procesą, Inžinieriai turi sverti tikslumas, paviršiaus apdaila, Medžiagos suderinamumas, Įrankių investicijos, ir Gamybos skalė prieš vieneto kaina.

Vandens stiklo investavimas užima vidurį - jis siūlo geresnį tikslumą ir apdailą nei smėlio liejimas, vis dėlto už nedidelę investavimo į silicio dioksido sąnaudas sąnaudas.

Taip pat, jame telpa geležies lydiniai, kurie miršta negalima. Žemiau esanti lentelė distiliuoja šiuos kompromisus į pagrindinę metriką pagal penkis įprastus metodus.

Pagrindiniai takeliai:

• Vandens stiklas vs. Silicio sol: Vandens stiklas sumažina segtuvą ir ugniai atsparias išlaidas iki iki iki galo 70%, tuo pačiu CT7-CT9 nuokrypiai ir RA 6–25 µm apdaila.
  Priešingai, Silicia Sol pasiekia CT5-CT7 ir RA 3–12 µm, tačiau reikia didesnio sąnaudų koloidinio silicio dioksido ir cirkonio miltų.
• Vandens stiklas vs. Smėlio liejimas: Vandens stiklo susiaurėjimo tikslumas iki CT7-CT9 (palyginti su CT10-CT13) ir pagerina paviršiaus apdailą 2–4 ×,
  Padaryti tai idealu, kai smėlio liejimo šiurkštumas ir laisvi nuokrypiai negali atitikti funkcinių reikalavimų.
• Vandens stiklas vs. Mirti liejimas: Nors „Die Casting“ pasiekia griežčiausius nuokrypius (CT4-CT6) Ir sklandžiausios apdaila (Ra 1–5 µm), Tai riboja lydinio pasirinkimą ne šaldytiniams metalams ir patiria labai dideles įrankių išlaidas, Apribojant geležies komponentų gyvybingumą ir mažesnius tūrius.
• Vandens stiklas vs. Pamestos putplasčio liejimas: Abu metodai tvarko sudėtingas formas, Tačiau vandens stiklas suteikia geresnę paviršiaus kokybę (RA 6-25 µm vs. 12–50 µm) ir stipresni keraminiai kriauklės, Nors „Lost Foam“ siūlo paprastesnę pelėsių sąranką be apvalkalo statybos.

13. Išvada

Vandens stiklo investavimas pristato Optimalus balansas iš Kaina, Sudėtingumas, ir Tikslumas Juodiesiems komponentams.

Su „Binder“ kainuoja mažiau nei 0,50 USD/kg, Tolerancijos CT7, ir Paviršiaus apdaila iki RA 6 µm, Tai leidžia gamintojams gaminti sudėtingus, Sunkiųjų dalių dalys už nedidelę specializuotų investicinių kaupimo išlaidų dalį.

Be to, Tvirti QA protokolai, suderinti su ISO 9001 ir ASTM standartai Užtikrinkite nuoseklią kritinių programų kokybę.

Žvilgsnis į priekį, Pažanga Automatizuotas apvalkalo pastatas, Optimizuotos silikato kompozicijos, ir Hibridinės segtuvų sistemos gali dar labiau padidinti metodo tikslumą ir aplinkos pėdsaką.

Vis dėlto, Kai inžinieriams reikia ekonomiškai efektyvaus, Patikimas vidutinio tikslumo plieno ir geležies liejinių sprendimas, Vandens stiklo investavimas lieka a Laikas patikrintas, Pramonės įrodyta pasirinkimas.

Langhe yra puikus pasirinkimas jūsų gamybos poreikiams, jei jums reikia aukštos kokybės Vandens stiklo investavimo paslaugos.

Susisiekite su mumis šiandien!