什么是熔模铸造?

1. 介绍

熔模铸造, 也称为失去蜡或精密铸造, 是一个精确的制造过程，在数千年中发展成为现代工业的基石.

它具有出色精度生产复杂几何形状的能力，使其在航空航天到医疗设备等领域必不可少.

以下是一个全面的, 专业丰富, 和数据驱动的投资铸造过程概述, 材料, 优势, 限制, 和申请.

2. 什么是投资铸造?

熔模铸造, 或者 迷失的蜡像, 是一种高精度制造方法，用于生产复杂和尺寸准确的金属组件.

“投资”一词是指用难治性陶瓷材料围绕蜡型的过程来创建模具, 本质上是在耐用的外壳中“投资”模式.

投资的核心是使用 易熔模式, 通常由蜡制成, 这是所需金属零件的精确复制品.

这些蜡模式小心地组装成簇 (经常被称为“树”) 并涂有多层耐火材料.

陶瓷外壳硬化后, 蜡融化并排干了, 留下干净, 详细的霉菌腔倒入哪个熔融金属.

3. 投资铸造过程

图案创建

• 蜡模式产生: 第一步涉及创建要施放的零件的蜡模式.
  这可以通过将熔融蜡注入金属模具或使用3D打印技术来完成更复杂的几何形状来完成.
• 核心插入 (如果需要): 对于具有内部空腔的组件, 可溶性或陶瓷材料制成的核心可以插入蜡模式.

集会

• 树组装: 使用称为大门的蜡杆将多种蜡图案连接到中央浇口.
  该组件类似于树结构，并允许同时施放多个部分.

涂层 (炮弹建筑)

• 浸入泥浆中: 组装的树被浸入陶瓷泥浆中，该泥浆均匀地覆盖了蜡图案. 浸入后, 它覆盖着细沙或灰泥，形成了壳的初始层.

  

  两个主要的粘合剂系统:

  范围	水玻璃过程	二氧化硅溶液过程
  粘合剂组成	硅酸钠溶液	胶体二氧化硅
  壳厚度	8–12毫米	6–8毫米
  建立时间	1–3天	5–7天
  表面处理	RA 6–12 µm	RA 1.6-3.2 µm
  成本效率	较低的成本 (〜$ 2.50/kg活页夹)	成本更高 (〜$ 6.50/kg活页夹)
  典型用途	一般行业, 低至中等复杂性	航天, 医疗的, 高精度组件

• 重复: 在陶瓷浆中重复倾角，然后用难治砂涂层. 通常, 6 到 9 应用层.
  每一层在受控温度和湿度条件下均可气干. 这积聚了一个厚, 蜡图案周围耐用的外壳.

脱蜡和烧尽

• 去除蜡: 一旦壳已经足够建造和干燥, 它被倒置在蜡融化的炉子或高压釜中, 将空心腔以原始图案的形状留下.
  此步骤是“迷失蜡”一词的起源.

  

• 预热: 陶瓷贝壳被预热以清除所有剩余的蜡残留物，并为熔融金属浇注准备.

铸件

• 金属浇注: 将熔融金属倒入预热的陶瓷模具中.
  预热可确保模具在与热金属接触时不会破裂，并有助于在填充过程中保持金属的流动性.

• 冷却: 允许金属冷却并在壳内凝固. 冷却时间取决于零件的大小和复杂性.

精加工

• 壳去除: 冷却后, 使用机械振动，陶瓷外壳小心地从固化金属部分中分解, 水喷气机, 或其他方法.
• 切断泉水和大门: 将零件从浇口切断，并去除任何多余的材料.

• 表面处理: 进一步的完成操作，例如打磨, 抛光, 热处理, 和 数控加工 可以执行以实现最终产品规格.

检查和质量控制

• 检查: 每个部分都进行彻底检查以确保维度精度, 结构完整性, 和表面质量.
  非破坏性测试 (NDT) X射线之类的方法, 染料渗透剂, 或可以使用磁性颗粒检查.
• 认证: 符合所需标准的零件经过认证并准备运输.

Langhe投资铸造过程完整视频：www.youtube.com/watch?v = mesh0dvf9nvo

4. 投资投资的典型公差

投资铸造擅长生产具有严格控制和精细表面质量的零件. 典型的AS-铸造公差 饰面在下面概述:

特征	宽容 / 价值	笔记
线性尺寸	≤ 25 毫米: ± 0.1 毫米	较小的功能达到最佳准确性
	25–50毫米: ± 0.2 毫米	随着尺寸的增加，精度略有放松
	> 50 毫米: ± 0.3 - 0.5 毫米	取决于几何和截面厚度
最小壁厚	1.0 - 1.5 毫米	薄壁向下 1 MM可能的小零件
表面粗糙度 (RA)	二氧化硅-sol: 1.2 - 3.2 µm	高精度组件的优质饰面
	水玻璃: 6 - 12 µm	经济选择有适度的完成需求
几何公差	平坦, 同心, ETC。: ± 0.1 - 0.3 毫米	随特征复杂性和检查方法而变化

5. 投资铸造的优势

卓越的维度精度

投资铸造因其产生高维精度的组件的能力而广受认可.

零件可以制造至±0.1 mm的紧密公差, 直接从模具中直接以特殊精度复制复杂的设计.

上表面饰面

投资铸造的杰出好处之一是铸造表面的平滑度.

该过程产生的零件，表面表面范围从RA 1.2 到 3.2 µm,

非常适合需要高质量的应用, 抛光完成，无需进行广泛的铸造后治疗.

广泛的物质多功能性

投资铸造支持广泛的材料, 在选择最合适的合金方面具有灵活性,

允许制造商满足特定的机械, 热的, 和化学要求.

复杂的几何能力

投资铸造允许生产具有复杂几何形状的零件, 包括底切, 薄壁, 内部段落, 和空腔, 一步一步.

这种能力消除了对焊接等其他制造步骤的需求, 集会, 或紧固件.

整体, 无缝零件

投资铸造过程产生整体, 不需要焊接或组装的无缝组件, 这导致零件结构中的潜在弱点较少.

这在高性能应用中尤其重要.

各种生产量的可伸缩性

投资铸造用途广泛，可以有效地从低容量的原型生产到大型制造.

无论您是需要几个部分还是数万个, 该过程适应很好, 平衡工具成本与单位经济学.

近网状效率

通过投资铸造创建的零件通常非常接近最终尺寸和形状 (近网状).

这减少了物质浪费，并消除了对实现最终几何形状的大量加工的需求.

设计自由

投资铸造提供了相当大的设计自由.

工程师可以整合锋利的角落, 复杂的细节, 和其他复杂的功能进入零件，而不需要额外的收缩津贴或其他铸造过程中通常看到的其他调整.

环境和成本优势

由于投资铸造的近网状能力, 与加工或沙子铸造相比，该过程产生的废料材料较少.

这通过减少原材料废物来促进可持续性努力. 此外, 与其他金属加工技术相比，能源消耗通常更低.

出色的可重复性和一致性

一旦建立了模式设计, 投资铸造过程可确保可以通过高度重复性复制相同的部分.

这对于航空航天和医疗等行业至关重要, 组件一致性和可靠性至关重要的地方.

6. 投资铸造的局限性

尽管有优势, 投资铸造有一定的局限性:

• 较高的初始工具成本: 蜡注射模具和陶瓷壳系统的大量预投资.
• 交货时间更长: 多步过程可能需要几天到几周.
• 大小约束: 最适合中小型组件; 零件 100 可以产生公斤.
• 有限的壁厚: 铸造非常薄的墙壁 (在下面 1.5 毫米) 具有挑战性.
• 物质限制: 纯钛等反应性金属需要专业环境以避免污染.
• 不理想的是大量的, 低复杂零件: 诸如铸造之类的其他方法可能更具成本效益.
• 外壳脆弱性: 陶瓷贝壳在射击前很脆弱，需要仔细处理.

7. 工业应用

投资铸造发现在高精度中广泛使用, 高性能部门:

• 航天: 涡轮刀片, 燃料喷嘴, 发动机外壳
• 汽车: 涡轮轮, 歧管, 精密齿轮
• 医疗的: 臀部/膝盖植入物, 手术剪刀, 牙桥
• 活力: 叶轮, 阀体, 燃气轮机零件
• 机器人技术 & 自动化: 联合组件, 最终效应子
• 消费产品: 观看案例, 高端音频组件

8. 用于投资铸造及其关键特征的常见合金

投资铸造支持广泛的金属, 但是某些合金是优先的，因为它们的强度表现, 耐腐蚀性, 可加工性, 和耐热性.

以下是分类的列表 常用合金等级 以及他们的主要 材料特性 和 申请说明.

常见的铸造不锈钢在投资铸造中

碳和合金钢

年级	类型	关键特征	常见应用
1020	低碳钢	良好的可加工性, 公爵, 易于焊接	结构部件, 齿轮, 轴
1045	中碳	强度高 1020, 良好的冲击力	曲轴, 耦合, 螺栓
4140	铬酸	高拉伸强度, 良好的疲劳和耐磨性, 热处理	齿轮, 车轴, 机器零件
8620	Ni-Cr-MO合金	良好的韧性和坚固性, 经常用于表面硬度	轴承, 齿轮, 小齿轮

投资铸铁铸铁

工具钢

年级	关键特征	常见应用
D2	高磨损阻力, 出色的硬度, 良好的维稳定性	死亡, 刀, 工业工具
H13	高耐热性, 良好的韧性, 用于热工作环境	注射模具, 挤压死亡
A2	均衡耐磨性和韧性, 空气硬化	冲压工具, 形成模具

超级合金 (镍- & 基于钴)

年级	关键特征	常见应用
inconel 718	高温下的高强度, 抗氧化/腐蚀性	喷气发动机, 涡轮磁盘
Hastelloy C22	在侵略性环境中的优势耐腐蚀性	化学处理, 海洋, 制药
星际 6	优质的磨损和耐腐蚀性, 在高温下保持硬度	阀座, 切割工具

钛合金

年级	关键特征	常见应用
ti-6al-4V	出色的强度与重量比, 耐腐蚀性, 生物相容性	航空航天结构, 植入物

铝合金

年级	关键特征	常见应用
A356	良好的铸造性, 耐腐蚀性, 高强度重量比	汽车, 航天, 消费品
319	高热电导率, 良好的可加工性, 压力紧张	发动机块, 泵外壳

基于铜的合金

9. 案例研究: 高性能航空航天燃料喷嘴

为了说明投资铸造的现实影响, 考虑一家领先的喷气发动机制造商 60,000 每年燃油喷嘴 718.

通过从传统加工切换到精确铸造:

• 物质利用 改进 35%, 切碎的废料 18 每个喷嘴的钢坯 1.5 浪费超级合金的公斤.
• 第一越过产量 从 78% 到 96%, 得益于严格的控制 (± 0.1 毫米) 和RA 0.8 µm表面饰面，消除了临界流体path表面上的返工.
• 总成本降低 到达 22%, 在较低加工的劳动中分解, 循环时间减少, 并最小化工具维护.

而且, 生命周期的性能测试显示铸造式高高 10% 破裂之前更高的热周期, 强调陶瓷霉菌固化的微观结构优势.

10. 可持续性 & 绿色铸造计划

随着环境法规的收紧, 投资铸造铸造厂拥抱绿色创新:

• 活页夹回收: 新的二氧化硅-sol公式可以恢复 80% 通过简单的水基过滤的二手粘合剂, 降低以前的速度 50%.
• 能源效率: 高级炮弹窑炉收回到 30% 通过再生燃烧器的热量, 削减天然气的使用 18%.
• VOC捕获: 对催化氧化剂的投资减少了在脱水过程中挥发性有机化合物排放 95%, 与新兴的EPA标准保持一致.
• 减少废物: 近网状铸造可最大程度地减少加工废料 50%, 转化为中型铸造厂价值数十万美元的年度原料储蓄.

这些措施不仅降低了运营碳足迹，而且可以节省成本，从而增强了投资的经济和生态吸引力.

11. 数字转换 & 行业 4.0

最后, 行业的整合 4.0 技术正在重塑投资铸造的未来:

实时过程监视

• 物联网传感器 嵌入壳干室轨道湿度至± 1% 准确性, 维持理想的固化条件并通过 12%.

预测分析

• 机器学习模型 分析浆液粘度, 环境湿度, 和炉温度数据流到预测缺陷 - 触发纠正措施在炮弹到达倾台之前.

添加蜡图案

• 3数码印刷 蜡或聚合物图案的低量削减了交货时间 60%, 使成本效益的生产少于 1,000 没有传统死工具的零件.

数字双模拟

• 虚拟演员试验 通过模拟热梯度来减少物理原型, 金属流, 和固化收缩 - 最多将反复试验周期截断 4 每个新设计的迭代.

12. 与其他铸造方法相比，投资铸造

关键要点

尺寸精度 & 结束

投资铸造竞争对手死于耐受性，并经常击败沙子和丢失的泡沫方法. 它的近乎摩尔人完成 (ra≤ 3 µm) 大大减少抛光和加工.

工具投资 & 交货时间

死亡铸造死亡的命令是最高的投资和最长的交货时间,

投资铸造工具 (蜡死 + 壳材料) 仍然代表着巨大的前期成本和多天周期.

沙子和 迷失的泡沫演员 提供更快的速度, 低成本图案周转，以便简单的零件.

合金多功能性

投资铸造线索具有处理钢的能力, 超级合金, 钛, 和铜合金在一个过程中.

铸造 通常将自己限制为低熔合的非有产性合金, 而沙子和失落的泡沫可以容纳更宽的金属范围，但公差较宽.

设计复杂性

薄壁, 深层削减, 内部渠道最可行.

沙子铸造 需要内部功能的核心, 增加成本和未对准的风险, 尽管 离心铸件 最适合轴对称零件.

生产量

对于很大的简单, 非有产零件 (例如。, 汽车支架), 铸造提供无与伦比的单位经济学.

投资铸造以中至较低的高价值零件发光, 从医疗植入物到航空部门.

13. 结论

综上所述, 投资铸造代表了古代工艺和尖端工程的动态融合.

通过不断完善材料, 扩大环境管理, 并利用数字创新, 该过程提供复杂, 高性能组件以较低的总成本和更高的可持续性.

随着市场的发展, 要求较轻的结构, 较高的工作温度,

和不断临时的公差 - 投资铸造仍然具有独特的能力，可以应对明天的精密制造景观的挑战.

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常见问题解答

投资铸造实现了什么典型的公差?

尺寸公差通常从±0.1 mm到±0.25 mm，具体取决于零件尺寸和设计复杂性. 良好的公差减少了对次级加工的需求.

水玻璃和二氧化硅投资铸造有什么区别?

• 水玻璃: 较低的成本, 适合较少要求的申请, 表面表面稍粗糙.
• 二氧化硅-sol: 更高的精度, 更好的表面饰面, 较高的温度抗性, 高性能零件的理想选择.

投资铸件可以大或小?

投资铸造适用于小至几克的零件，用于重量的组件 100 公斤. 然而, 最佳体重范围通常为0.05–50千克，成本效率.

投资铸造适合大量生产?

是的. 虽然工具成本高于铸造, 由于加工降低和高可重复性，投资铸造对于中等至高产量而变得高度成本效益.