Casting in schiuma persa: una svolta nel tradizionale processo di fusione di precisione

1. Analisi del concetto
Casting in schiuma persa (LFC), noto anche come fusione completa di stampo o casting di stampo vaporizzato, è un processo di fusione di precisione rivoluzionaria. Il suo nucleo è usare la plastica in schiuma (di solito EPS in polistirene o Copolimero STMMA) per creare uno stampo preciso (cioè "pattern di schiuma") che ha esattamente la stessa forma della fusione finale. Durante il processo di versamento, il metallo fuso ad alta temperatura contatta lo stampo in schiuma e fa vaporizzare rapidamente e scomparire. Il metallo fuso occupa quindi il suo spazio e la fusione desiderata viene ottenuta direttamente dopo il raffreddamento e la solidificazione. La "scomparsa" dello stampo in schiuma durante l'intero processo è la sua caratteristica più significativa e l'origine del suo nome.

2. Spiegazione dettagliata dell'intero processo

Design e produzione dello stampo:
Design tridimensionale basato sul disegno di casting, calcolo accurato dell'indennità di rimprigion.
Lo stampo in schiuma richiesto (o la combinazione di stampo) viene prodotto utilizzando la lavorazione a CNC o la modanatura di schiuma dello stampo.
Preparazione del modello di schiuma:
Materiale: utilizzare principalmente perline EPS (polistirene espandibile) o STMMA (copolimero di stirene-metil metacrilato). STMMA può ridurre i difetti del carbonio nero e ha un'applicazione più ampia.
Stampaggio: riempire le perle in uno stampo in lega di alluminio con una cavità, passare il vapore per riscaldare, le perle si espandono, fusi, riempi la cavità e forma un fitto motivo in schiuma dopo il raffreddamento. I getti complessi richiedono il legame e l'assemblaggio di più componenti di pattern (utilizzando uno speciale adesivo a caldo).
Assemblaggio del cluster di pattern:
Legare precisamente più modelli di schiuma (incluso il sistema di versamento e il sistema di riser) in un intero "cluster di pattern". La progettazione del sistema di versamento è cruciale e influisce direttamente sul riempimento e nella gassificazione.
Rivestimento di vernice:
Scopo: migliorare la forza e la finitura superficiale del modello; formare uno strato isolante per impedire al liquido metallico di penetrare nella sabbia secca; Fornire un canale traspirante per scaricare il prodotto di gassificazione in schiuma.
Vernice: principalmente rivestimenti refrattari a base d'acqua (come polvere di quarzo, polvere di bauxite, polvere di mica, ecc. Con leganti e agenti di sospensione).
Metodo: rivestimento di immersione, rivestimento doccia o rivestimento spray, spessore del rivestimento (di solito 0,5-2 mm) e l'uniformità devono essere strettamente controllati e quindi essiccati.
Modanatura a vibrazione di sabbia secca:
Metti il ​​cluster di pattern rivestito in uno speciale scatola di sabbia che può essere aspirato.
Riempi la sabbia di quarzo secca o altra sabbia refrattaria (come la sabbia di pietra gemella) senza legante, umidità aggiunta e dimensione uniforme delle particelle.
Avvia il tavolo delle vibrazioni in modo che la sabbia asciutta possa essere riempita strettamente in tutti gli spazi attorno al cluster di pattern sotto vibrazione per ottenere la compattezza necessaria.
Versare:
Coprire la parte superiore della scatola di sabbia con pellicola di plastica e vuoto (di solito mantieni una pressione negativa di 0,025-0,05 MPa).
In condizioni di vuoto, versare metallo fuso (ghisa comunemente usata, acciaio fuso, lega di alluminio, lega di rame, ecc.) Nel sistema di versamento costante e continua.
Il metallo fuso ad alta temperatura riscalda rapidamente e vaporizza il modello di schiuma e il gas generato passa attraverso i pori tra il rivestimento e la sabbia secca e viene estratto dal sistema a vuoto. Il metallo fuso riempie completamente la cavità formata dopo che il motivo della schiuma scompare.
Pulizia di raffreddamento e rimozione della sabbia:
La fusione è completamente raffreddata e solidificata nella scatola di sabbia.
Rimuovere il vuoto e rimuovere la sabbia asciutta sulla parte superiore della scatola di sabbia.
Versare o sollevare la fusione insieme alla sabbia asciutta avvolta.
Attraverso il lancio, le vibrazioni e altri metodi, la sabbia asciutta viene automaticamente separata dalla fusione per ottenere una caduta di sabbia efficiente. Dopo il raffreddamento e la rimozione della polvere, la sabbia asciutta può essere riciclata quasi al 100%.
Pulizia: rimuovere il sistema di versamento e riser, vernice residua, bavani flash, ecc. Per ottenere la fusione finita.
3. Caratteristiche e vantaggi core

Alta precisione e forme geometriche complesse:
Gli stampi in schiuma sono facili da elaborare in forme estremamente complesse (comprese cavità complesse e superfici curve).
Non è necessaria alcuna superficie di divulgazione, nessuna cono a stampo (o conico molto piccolo), precisione ad alta dimensione (fino a livello CT7-9), buona rugosità superficiale (RA fino a 6,3-25 μm).
Semplificare il processo e ridurre il costo complessivo:
Ometti i processi complessi come la produzione di stampi in legno/metallo, la creazione del nucleo e il gruppo scatola richiesto per la tradizionale fusione di sabbia.
Non sono necessarie attrezzature di miscelazione di leganti e sabbia e il costo di lavorazione della sabbia è estremamente basso (la sabbia secca può essere riutilizzata ripetutamente).
Ridurre l'indennità di lavorazione e salvare i materiali metallici. Accorciare il ciclo di produzione, particolarmente adatto alla produzione di lotti di piccole e medie parti complesse.
Progetta flessibilità e integrazione:
Il casting integrato multi-pezzi può essere ottenuto attraverso il legame, riducendo i successivi processi di assemblaggio.
La libertà di progettazione è estremamente alta e facile da cambiare.
Eccellente qualità della superficie:
La superficie è liscia, il contorno è chiaro e la qualità dell'aspetto della fusione è buona.
Pulito e rispettoso dell'ambiente:
Utilizzare sabbia secca senza legante, nessun inquinamento da gas di scarico organico causato da resina, vetro d'acqua, ecc. (Ma i prodotti di gassificazione in schiuma devono essere gestiti correttamente).
La velocità di riciclaggio della vecchia sabbia è alta e ci sono meno rifiuti solidi.
L'ambiente di lavoro è relativamente polveroso (grazie all'estrazione del vuoto).
4. Sfide e limitazioni

Costo di produzione di stampi in schiuma: per piccoli lotti a singolo pezzo, il costo degli stampi in schiuma può essere elevato (ma gli stampi per schiuma da stampa 3D stanno migliorando questo problema).
Restrizioni dimensionali: quando si versano grandi getti (specialmente parti spesse e grandi), la schiuma si gassa in modo violente per produrre una grande quantità di gas, che può causare difetti come il versamento insufficiente, i pori e le inclusioni di carbonio e il controllo del processo è più difficile. L'intervallo tipico è compreso tra 0,5 kg e 50 tonnellate, ma è comunemente usato in decine di chilogrammi a diverse tonnellate.
COMBINAZIONE CLUST e controllo della qualità del rivestimento: l'accuratezza dell'assemblaggio e la qualità del rivestimento hanno un grande impatto sulla qualità della fusione finale, che richiede un funzionamento delicato e un'ispezione rigorosa.
Trattamento del prodotto di gassificazione: la pirolisi in schiuma e la gassificazione produrranno una grande quantità di prodotti gassosi e una piccola quantità di prodotti liquidi (simili a catrame), che devono essere scaricati nel tempo dal sistema a vuoto e trattati correttamente (come la combustione), altrimenti è facile causare difetti come i pori, l'aumento del carbonio e le rughe nel casting.
Gamma di lega applicabili: l'applicazione di leghe che sono facilmente ossidate o sensibili al carbonio (come alcune leghe di titanio e acciaio ad alto manganese) è relativamente limitata.
5. Aree di applicazione ampie

Il casting di schiuma smarrita brilla in molti settori con i suoi vantaggi unici:

Industria automobilistica: blocco cilindro del motore, testata, tubi di aspirazione e scarico, albero a gomiti, alloggiamento del cambio, staffa, disco/tamburo freno e altri componenti chiave.
Valvole e raccordi per tubi: valvole complesse, raccordi per tubi e corpi di pompa di vari materiali (ghisa, acciaio in ghisa, acciaio inossidabile).
Macchinari ingegneristici: parti resistenti all'usura, parti idrauliche e parti di alloggiamento.
Macchinari agricoli: alloggio, cambio, staffa.
Macchine minerarie: fodette resistenti all'usura, trasportatori.
Casting d'arte e hardware architettonico: sculture, parti decorative, accessori per ringhiera e altri mestieri di forma complessa.
Aerospaziale: alcune parti strutturali non carichi di leghe di alluminio e leghe di magnesio.
6. Future Tendenze di sviluppo

Materiali in schiuma ad alte prestazioni: sviluppare materiali in schiuma con residui di gassificazione bassa, maggiore resistenza e stabilità dimensionale.
Stampi per schiuma da stampa 3D: la tecnologia di prototipazione rapida (come il getto di legante, FDM) viene utilizzata per produrre prototipi complessi e piccoli lotti di modelli, sfondando i limiti degli stampi tradizionali e lo sviluppo dell'accelerazione del prodotto.
Innovazione tecnologica di rivestimento: sviluppare una maggiore resistenza, una migliore permeabilità all'aria e rivestimenti ecologici.
Controllo del processo intelligente: applicare sensori e simulazione numerica (simulazione di accoppiamento a flusso di flusso-solidificazione di riempimento) per ottimizzare la progettazione del sistema di fusione e i parametri di processo.
Su larga scala e pareti sottile: superare il collo di bottiglia della tecnologia di produzione di getti più grandi e più sottili.
Verde: migliorare la raccolta dei gas e la tecnologia di purificazione per ridurre ulteriormente l'impatto ambientale.