Prarastas putų liejimo procesas: privalumai, apribojimai ir tinkamos metalinės dalys 

Lost putų liejimas (garavimo modelio liejimas) yra beveik tinklinės formos metalo formavimo technologija, kurioje vietoj vientiso vaško ar medžio raštų naudojami išnaudojami EPS putplasčio raštai. Išlydytas metalas išgarina putplasčio raštą ir užpildo formos ertmę, todėl pagaminami baigti liejiniai be atskyrimo linijų ir nereikia smėlio šerdies. Netinkamas proceso valdymas sukelia anglies intarpus, dujų poringumą ir matmenų pokyčius, o tai padidina prarastų putplasčio liejimo dalių atmetimo greitį. Šiame vadove pateikiamas visas proceso eiga, techninės specifikacijos, privalumai ir trūkumai, dažniausiai pasitaikantys liejimo defektai ir pateikiamas tiesioginis palyginimas su investiciniu liejimu, padedant mechanikams ir pirkimo inžinieriams pasirinkti tinkamą metalinių komponentų gamybos metodą.

1. Kas yra Lost Foam Casting?

Liejimas iš putplasčio yra prarasto modelio liejimo būdas, kuris pašalina tradicinius liejimo smėliu apribojimus. Užuot padalinę formą atskyrimo linijomis ir surinkę smėlio šerdis, gamintojai gamina viso dydžio putų polistirolo (EPS) kopija paskutinės dalies. Putplasčio raštas padengtas plonu ugniai atspariu sluoksniu, užkasamas puriame, nesurištame sausame smėlyje ir sutankinamas vakuume. Kai į atitvarų sistemą pilamas išlydytas metalas, aukšta temperatūra pirolizuoja putų raštą į dujas ir anglies likučius. Dujos išeina per dangą ir sausą smėlį, o skystas metalas visiškai pakeičia putplasčio formą, kad po aušinimo susidarytų tvirtas metalo liejinys.

Didžiausias skirtumas nuo įprasto liejimo: nėra atskyrimo linijų, nėra grimzlės kampų ir nėra atskirų smėlio šerdžių. Dėl šios unikalios savybės procesas idealiai tinka sudėtingoms dalims su išlenktais vidiniais srauto kanalais.

2. Žingsnis po žingsnio prarastas putplasčio liejimo proceso srautas

Visa gamybos seka vyksta 7 aiškiais etapais be sudėtingo formų surinkimo:

1. EPS putplasčio raštų gamyba: Supjaustykite arba įpurškikite kietą EPS putą iki tikslios gatavo liejinio formos; suklijuokite atskirus putplasčio segmentus, kad sudarytumėte sudėtingus mazgus.
2. Šablonų medžio surinkimas: sugrupuokite kelis putplasčio raštus ant putplasčio staktos ir bėgelių sistemos, kad susidarytumėte liejimo grupę ir pagerintumėte gamybos efektyvumą.
3. Ugniai atspari danga ir džiovinimas: Pakartotinai panardinkite visą putų sankaupą į vandens pagrindu pagamintą ugniai atsparią srutą, kad susidarytų tanki, dujoms pralaidi danga; kiekvieną sluoksnį visiškai išdžiovinkite oru, kad pilant nesutrūktų danga.
4. Smėlio užpildymas ir vakuuminis tankinimas: dengtą putplasčio grupę įdėkite į liejimo kolbą; pripildykite kolbą biriu sausu silicio dioksido smėliu ir vibruokite kolbą, kad smėlis pilnai susikauptų aplink kiekvieną paviršių. Taikykite nuolatinį vakuumą, kad smėlis būtų standus be cheminių rišiklių.
5. Išlydyto metalo liejimas: Supilkite skystą lydinį į sruogą; karštas metalas išgarina EPS raštą ir palaipsniui užpildo formos ertmę. Vakuuminis slėgis išlaiko smėlį stabilų, o putplasčio skilimo dujos išeina iš smėlio sluoksnio.
6. Cooling & Shakeout: Leiskite liejiniui visiškai sukietėti. Atleiskite vakuumą ir iškratykite birų sausą smėlį, kuris gali būti perdirbamas kitoms partijoms.
7. Apdailos operacijos: Nupjaukite užtvarų sistemą, pašalinkite likusią dangą, nuvalykite paviršių srove ir apdirbkite, kad atitiktumėte galutinius matmenų reikalavimus.

3. Pagrindinės techninės specifikacijos: tolerancija ir paviršiaus kokybė

Liejimas iš putplasčio užtikrina nuoseklų matmenų tikslumą ir paviršiaus apdailą tarp įprasto smėlio liejimo ir liejimo investicijų. Visos žemiau pateiktos vertės atspindi tipinius pramoninės gamybos standartus.

• Matmenų tolerancija: ISO 8062 CT7–CT9; tiesinė tolerancija daugeliui matmenų siekia ±0,5–1,0 mm. Papildomas tolerancijos praradimas (±0,5 mm) atsiranda kiekvienoje klijų jungtyje tarp putplasčio rašto segmentų.
• Paviršiaus šiurkštumas (Ra): 6,3–12,5 μm; Liejimo paviršiuje išlieka silpna putplasčio granulių tekstūra, lygesnė nei liejant žalią smėlį, bet mažiau poliruota nei liejiniai.
• Minimalus sienos storis: 3 mm aliuminio lydiniams; 4,5 mm juodiesiems metalams (ketui ir plienui). Plonesnės sienos rizikuoja priešlaikiniu metalo sukietėjimu ir šalto uždarymo defektais.
• Apdirbimo pašalpa: 1,5–3 mm vienam paviršiui; beveik tinklinės formos konstrukcija drastiškai sumažina apdirbimo darbus po liejimo.
• Reikalavimo projektas: Reikalingas nulinis grimzlės kampas. Vertikalios sienos ir apatinės dalys gali būti liejamos tiesiogiai be rašto pašalinimo apribojimų.

4. Pagrindiniai prarasto putplasčio liejimo pranašumai

Liejimas iš putplasčio suteikia aiškią ekonominę ir dizaino naudą vidutinio ir didelio sudėtingumo liejiniams:

• Nėra skiriamųjų linijų ar blykstės: Vieno gabalo putplasčio raštas visiškai pašalina pelėsių suskaidytas linijas. Nereikia nušlifuoti blykstės, o tai žymiai sumažina apdailos darbus.
• Nereikia smėlio šerdies: Sudėtingos vidinės ertmės, lenkti srauto kanalai ir akli praėjimai gali būti integruoti tiesiai į putplasčio modelį. Šerdies poslinkio ir šerdies lūžimo defektai visiškai pašalinami.
• Nulinio grimzlės kampo dizaino laisvė: Dizaineriams nereikia pridėti grimzlės kampų modelio išstūmimui, o tai supaprastina dalies geometriją ir optimizuoja konstrukcijos stiprumą.
• Mažos įrankių sąnaudos ir trumpas pristatymo laikas: EPS putplasčio raštus pigu gaminti CNC karštosios vielos pjovimas; prototipo paruošimo laikas gali būti sutrumpintas iki 1–3 dienų be brangių metalinių įpurškimo štampų.
• Perdirbamas sausas smėlis: Nesurištą sausą smėlį galima pakartotinai naudoti po iškratymo, sumažinant žaliavų sąnaudas ir sumažinant pramoninių atliekų kiekį, palyginti su derva surišto smėlio liejimu.
• Didelė partijos nuoseklumas: Visiškai sandari forma ir vakuuminis sutankinimas sumažina matmenų svyravimus per gamybos eigą, tinka partijų dydžiams nuo mažų prototipų iki masinės gamybos.

5. Apribojimai ir tipiški prarasto putplasčio liejimo defektai

5.1 Pagrindiniai proceso apribojimai

Prarastas liejimas iš putplasčio turi būdingų techninių ribų, kurių negalima visiškai pašalinti proceso derinimu:

• Tikslumas negali atitikti investicijų liejimo. Jis negali pasiekti CT4–CT6 griežtų tolerancijos laipsnių arba itin lygaus veidrodžio paviršiaus.
• Anglies užterštumas yra neišvengiama plieno ir geležies liejinių rizika, kurią sukelia EPS putų pirolizė.
• Plonasieniai komponentai (žemiau nei minimalus sienelės storio slenkstis) dažnai nukenčia nuo netinkamo eigos ir nepilno užpildymo.
• Putplasčio karoliukų tekstūra palieka matomus paviršiaus grūdelius, kurių negalima visiškai pašalinti be stipraus šlifavimo.
• Šis procesas netinka aukštos temperatūros superlydiniams ir titano lydiniams dėl didelio anglies surinkimo ir dujų susidarymo.

5.2 Dažniausiai pasitaikantys defektai: anglies intarpai ir poringumas

Dauguma prarastų putplasčio liejimo gedimų kyla dėl dviejų šaknų defektų: anglies intarpų ir dujų poringumo.

Anglies intarpai (blizgančios anglies defektas)
Kai EPS putos skyla veikiant išlydyto metalo karščiui, nebaigtas dujofikavimas palieka kietus anglies suodžius ir dervos likučius, įstrigusius ant liejimo paviršiaus. Anglis ištirpsta į juodąjį metalą, sukeldama paviršiaus angliavandenių susidarymą, prastą apdirbamumą ir nenuoseklų terminį apdorojimą.

Pagrindiniai veiksniai: per didelis EPS putų tankis (virš 24 kg/m³), žema pylimo temperatūra ir mažo laidumo ugniai atspari danga, kuri blokuoja dujų išleidimą.

Dujų poringumas
Putų pirolizės metu susidaro dideli angliavandenilių dujų kiekiai. Jei dujos negali pakankamai greitai išeiti per dangą ir šlifuoti, dujų burbuliukai įstringa kietėjančio metalo viduje, sudarydami požemines skylutes ir prapūtimo angas. Poringumo rizika smarkiai padidėja, kai vakuumo slėgis yra nepakankamas arba dangos pralaidumas yra per mažas.

Papildomi dažni defektai yra smėlio sukibimas (uždegimas), šaltas uždarymas dėl lėto metalo užpildymo ir rašto griuvimas smėlio tankinimo metu.

6. Lost Foam Casting vs Investment Casting (Lost Wax)

Toliau pateiktoje lentelėje palyginamos pagrindinės techninės ir ekonominės metrikos, padedančios pasirinkti procesą:

Pagrindinės pasirinkimo taisyklė: pasirinkite prarastą putplasčio liejinį dideliems, sudėtingiems, vidutinio tikslumo juodųjų metalų liejiniams su sudėtingais vidiniais praėjimais. Pasirinkite investicinis liejimas plonasienėms, didelio tolerancijos mažoms dalims, kurioms reikalinga puiki paviršiaus apdaila.

7. Tinkami lydiniai ir tipiškos prarastos putų liejimo dalys

7.1 Taikomi metalų lydiniai

• Labai tinka: Pilka ketaus, kaliojo ketaus, anglinis plienas, mažai legiruotas plienas, aliuminio lydiniai (maža anglies dioksido rizika).
• Ribotas naudojimas: Nerūdijantis plienas (būtina griežtai kontroliuoti putų tankį, kad būtų išvengta anglies surinkimo).
• Nerekomenduojama: Aukštos temperatūros superlydiniai, titano lydiniai ir didelio tikslumo spalvotųjų metalų lydiniai, linkę į anglies taršą.

7.2 Tipinės prarastos putų liejimo dalys (prarastos liejimo putų dalys)

Šis procesas plačiai naudojamas skysčių energijos, automobilių ir pramonės mašinų komponentams su sudėtingomis vidinėmis ertmėmis:

1. Siurblių korpusai, vožtuvų korpusai ir hidrauliniai kolektoriai su išlenktais vidiniais srauto kanalais;
2. Automobilių įrangos variklių blokai, cilindrų galvutės ir išmetimo kolektoriai;
3. Didelės apkrovos hidrauliniai korpusai, pavarų dėžės korpusai ir vamzdžių jungiamosios detalės;
4. Kompresorių korpusai ir dideli mechaniniai konstrukciniai liejiniai be plonų briaunų.

Konstrukciniai nurodymai: pasirinkite prarastą putplasčio liejimą storoms, vienodoms sienų konstrukcijoms. Venkite dalių su daug plonų briaunų ir itin plonų dalių, dėl kurių gali atsirasti užpildymo defektų.

8. Dažnai užduodami klausimai

8.1. Ar iš putplasčio liejimo galima pagaminti liejinius su nulinėmis atskyrimo linijomis?

Taip. Vieno gabalo putplasčio raštas visiškai pašalina pelėsių skilimą, todėl baigtame liejinyje neatsiranda atsiskyrimo linijos ar blykstės. Tik klijų jungtys tarp putplasčio segmentų palieka nedidelius matmenų poslinkius.

8.2 Kodėl plieniniai putplasčio liejiniai kenčia nuo anglies užteršimo?

EPS putplasčio raštas pagamintas iš polistireno (anglies-vandenilio polimero). Pirolizės metu susidaro daug laisvos anglies. Jei putos negali visiškai dujintis, likutinė anglis prasiskverbia į išlydyto plieno paviršių ir padidina paviršiaus anglies kiekį. Rizika yra daug mažesnė aliuminio liejiniams dėl žemesnės liejimo temperatūros ir mažesnio anglies tirpimo.

8.3 Kuris procesas kainuoja pigiau vidutinio tūrio dideliems liejiniams: prarastas putplastis ar investicinis liejimas?

Dėl prarasto putplasčio liejinių yra daug mažesnės išankstinės įrankių sąnaudos ir mažesnės vidutinių ir didelių liejinių vieneto gamybos sąnaudos. Investicinis liejimas tampa ekonomiškas tik mažoms didelio tikslumo detalėms, kurių metinė produkcija yra maža.

8.4 Koks yra idealus EPS putų tankis, siekiant sumažinti anglies defektus?

Optimalus geležies ir plieno liejinių tankio diapazonas yra 22–24 kg/m³. Didesnis nei 26 kg/m³ tankis drastiškai padidina anglies įsiskverbimo riziką, o per mažas tankis (paprastai mažesnis nei 18 kg/m³) padidina putplasčio rašto žlugimo riziką pilant smėlį.

9. Išvadų ir atrankos vadovas

Pagrindinis prarasto putplasčio liejimo pasirinkimo principas priklauso nuo proceso stiprumo suderinimo su detalės geometrija, tolerancijos reikalavimais ir gamybos apimtimi:

1. Pasirinkite prarastą putplasčio liejinį vidutinio ir didelio liejiniams su sudėtingais vidiniais srauto kanalais, nuliniais atskyrimo linijos reikalavimais ir vidutiniu matmenų tolerancija (CT7–CT9). Tai sumažina apdirbimo išlaidas ir žymiai sutrumpina prototipo paruošimo laiką.
2. Venkite šio proceso ypač plonoms sienelėms, didelio tikslumo mažiems komponentams ir didelio lydinio liejiniams, jautriems anglies surinkimui; vietoj to rinkitės investicijų liejimą.
3. Valdykite tris pagrindinius proceso parametrus, kad sumažintumėte defektus: išlaikykite 22–24 kg/m³ EPS putų tankį, naudokite didelio pralaidumo ugniai atsparią dangą ir palaikykite tinkamą pilimo temperatūrą, kad būtų užtikrintas visiškas putų dujinimas.
4. Jei norite pasirinkti pamestas putplasčio liejimo dalis, prieš užbaigdami dalių brėžinius, savo liejykloje patvirtinkite minimalų sienelės storį, klijų jungties toleranciją ir lydinio anglies jautrumą.