Coulée d'investissement
Par Jim McGeeney, directeur, FS Precision Tech, Rancho Dominguez, Californie
Parce qu'il a été inventé 4000 il y a quelques années, vous pourriez vous attendre coulée d'investissement soit un processus de formation de métal à fond mature. Cependant, il est adaptable, facilement se prête à de telles technologies de fabrication modernes comme la modélisation 3D, la simulation de solidification numérique et le prototypage rapide qui simplifient le cycle de fabrication d'aujourd'hui. Il se dresse sur un pied d'égalité avec l'usinage et de forge, tout en conservant son avantage historique essentiel de pouvoir former des pièces très complexes.
Les anciens bijoux fonte, statues et oeuvres d'art avec un tel détail bien qu'ils sont mieux appréciés sous la loupe de bijoutier. Quatre millénaires plus tard, la même capacité attire les concepteurs d'équipements de coulée d'investissement: Des formes qui seraient impossibles à former économiquement ou pratiquement par fabrication plus classiques méthodes paires peuvent être CNC moulage de précision. Des détails tels que les logos, l'identification des textes et des textures de surface peuvent être coulés dans le corps d'une pièce. angles de projets qui limitent d'autres formes de coulée ne sont pas applicables. Options de forme sont presque illimitées.
Comment ça marche
Utilisation d'un 3-D modèle CAO de la pièce (modifié pour compenser le retrait du métal en cours de solidification, machine à roulettes de placement d'une cavité de moule d'injection, qui reproduit la géométrie de la pièce. La cire spécialisée est injectée dans la cavité pour créer un motif partiel (Figure 1) . le motif est reproduit autant de fois qu'il y a de pièces à réaliser. les motifs sont disposés en « arbres », puis revêtu avec des couches multiples de suspensions céramiques pour former une « coquille » capable d'accepter le métal fondu. une fois que la cire est fondu sur les arbres, la céramique est cuit pour le fondre dans une coque solide, solide, laissant derrière des cavités vides à l'intérieur des coquilles en céramique. dans ces coquilles sont coulés en acier, le cobalt, le titane, le nickel, le zirconium, et un certain nombre d'autres alliages.
Figure 1: Coulée de précision commence avec le moule qui est usiné CNC, en utilisant la partie CAD. Cire spéciale est injectée dans la cavité de moule pour former le motif partiel. Plusieurs modèles de cire sont construites (cire soudées) dans un arbre, en utilisant des portes de cire, coureur, et une descente de coulée. L'arbre est « investi » avec plusieurs couches de suspensions céramiques pour former une enveloppe autour des motifs. La cire est fondue sur les coquilles et les obus sont tirés, en laissant des espaces vides dans lesquels on verse le métal en fusion. Après refroidissement, l'enveloppe est enlevée et les pièces sont découpées à partir de l'arbre.
Lorsque les gels de métal en fusion, ce qui ressort des coquilles sont des pièces aussi complexes que les développantes, les collecteurs avec passage interne incurvée, des spirales et des structures uniques, telles que des compresseurs de turbocompresseur ou des outils biomédicaux avec des saillies ou des entretoises de liaison, (figure 2).
Figure 2: La précision des pièces brutes de coulée est inégalée par d'autres procédés classiques de formage. compresseurs de turbocompression exprimés en titane sont de bons exemples. Bien que certaines sont formées par usinage, des lames minces avec un degré élevé de BACKANGLE sont impossibles à former avec le forgeage et rentable pour former par usinage CNC.
coulée d'investissement est un matériau efficace, générant beaucoup moins de déchets que les procédés forgé. Cela devient de plus en plus important lors de l'utilisation d'alliages coûteux. En outre, le processus est exacte. Les tolérances dimensionnelles de ± 0,003 in./in. sont facilement atteints. Cette tolérance est critique sur des pièces telles que des roues de compresseur de turbocompresseur qui tournent à des vitesses supérieures à 200 000 tours par minute et ils doivent être bien équilibré. Enfin, les parties délicates avec des parois aussi minces que 0,025. Peut être coulée d'investissement.
Presque tout métal qui peut être versé peut être coulé d'investissement. Cependant, parce qu'il est si efficace des matériaux, l'économie sont particulièrement attractifs pour les alliages à haute performance. En haut de la liste est le titane et ses propriétés supérieures résistance-poids à haute température et dans des environnements corrosifs. Zirconium est similaire, et est souvent le choix pour des pièces telles que les composants de la vanne dans des applications extrêmement corrosifs. D'autres métaux comprennent les alliages cobalt-chrome pour les implants biomédicaux, un certain nombre d'alliages d'acier inoxydable et des alliages de nickel dont la température très élevée résistance au fluage est nécessaire comme dans les applications aérospatiales.
Forme drives complexité aux concepteurs de choisir la coulée d'investissement comme un processus de formation. Ce logement de canon militaire pèse 2,9 lb et est moulé en une seule pièce, en utilisant un alliage de titane personnalisé.
La pièce coulée d'investissement idéal
Shape complexité vous orientera vers la fonderie de précision; la partie plus impossible est à la machine, plus il est probable que ce sera coulé investissement. Par exemple, les collecteurs comportant plusieurs passages internes qui courbe dans des directions différentes, les corps de vanne avec des trous qui se croisent et les passages non uniforme, aubes de compresseurs, des implants biomédicaux et des instruments chirurgicaux sur mesure, et les récepteurs d'armes à feu complexe serait peu pratique pour former par usinage.
Figure 3: Coulée de précision est essentiellement un processus d'écoulement. Gardez lisses jonctions. Évitez les angles vifs. Évitez les arêtes vives. Et éviter transisions importantes dans l'épaisseur de la section.
évaluation de la Partie
Coulée de se prête à tous modélisation moderne état de l'art et des techniques de prototypage rapide. Pour un produit potentiel, le concepteur fournit le modèle 3-D et une impression 2-D qui détaille les spécifications et les tolérances. Si le produit a une forme complexe avec de multiples changements dans l'épaisseur de la paroi, le lanceur de sorts évaluera à l'aide d'un modèle de solidification numérique pour analyser l'écoulement du métal et des problèmes de retrait potentiels. L'étape suivante consiste à réaliser un prototype de cire de la pièce par stéréolithographie ou par usinage de la cire 5 axes. Porte positions sont définies et une coque de prototype est faite à partir de laquelle le prototype est moulé.
Le prototype est capturée avec un balayage de lumière blanche, numérisé pour créer un modèle électronique, et par rapport à la conception initiale du CAD. Le modèle de partie numérique est modifié si nécessaire pour tenir compte de retrait non uniforme. A ce moment-là, les parties sont prêtes à effectuer.
Temps typique écoulé dans le développement du prototype est 10-14 jours.
La combinaison de deux ou plusieurs parties en une seule unité est simple coulée d'investissement. Au lieu de former le corps et le manche de ce verrou et de les souder ensemble, ils ont été conçus en une seule pièce.
Comment les piles de coulée investissement initial
La ligne de fond proverbiale au sujet de l'investissement est coulée que les concepteurs font des choses avec ce qui ne peut pas être économiquement-fait autrement.
En plus de la forme la polyvalence, la fonderie de précision offre un certain nombre d'avantages économiques par rapport à la forge et l'usinage, (figure 4). Par exemple, le stock de pièces moulées qui sont faites d'investissement est le stock de lingots qui est, au pire, 50% moins cher que d'actions et forgé peut être autant un ordre de grandeur moins. En outre, dans la coulée d'investissement, les coureurs, les tiges de coulée, et les portes qui sont coupés sont tous recyclés. Peu « déchets de copeaux » est laissée sur le sol.
Figure 4: Les coûts relatifs des trois processus de formation capables de former des formes complexes.
Comme le moulage par injection, vous pouvez parfois utiliser le moulage de précision pour combiner plusieurs pièces en une seule unité, la sauvegarde d'un certain nombre d'étapes de fabrication. Peu d'autres processus de formation de métal ont cette capacité.
Plus précisément, voici comment il se compare à d'autres processus de formation communs:
Forgeage produit les plus fortes pièces métalliques disponibles parce que le travail à chaud aligne les grains de métal d'une manière qui augmente la résistance et la ténacité. pièces moulées d'investissement ne peuvent généralement pas correspondre à la force absolue de pièces forgées. Cependant, les technologies telles que la solidification sélective spécialisées et l'affinage du grain pendant la solidification ont permis des processus de coulée de fermer considérablement l'écart. Maintenant, les pièces finies sont plus fortes que les pièces classiques de coulée. En outre, une conception soignée peut ajouter le métal pour renforcer les zones critiques, faire des moulages d'investissement presque aussi fort que les pièces forgées. modification de chimies en alliage en cours peut augmenter la force, trop impossible avec forgeage. Le succès de ces techniques de renforcement est démontrée par le fait que beaucoup aujourd'hui marteaux toujours commerciaux forgés dans le passé, sont coulés d'investissement.
L'usinage est l'un des moyens les plus rapides pour produire des pièces métalliques, mais en même temps produit ferraille stock coûteux forgé puce considérable. pièces complexes qui nécessitent plusieurs étapes d'usinage en rack rapidement le temps d'usinage coûteux. polyvalence de forme d'usinage est évidemment grande, mais pas aussi grande que celle de la coulée d'investissement.