Casting de espuma perdida: un avance en el proceso de fundición de precisión tradicional

1. Análisis de conceptos
Casting de espuma perdida (LFC), también conocido como fundición completa de moho o fundición de moho vaporizado, es un proceso de fundición de precisión revolucionario. Su núcleo es usar plástico de espuma (generalmente EPS de poliestireno o copolímero STMMA) para hacer un molde preciso (es decir, "patrón de espuma") que es exactamente la misma forma que la fundición final. Durante el proceso de vertido, el metal fundido de alta temperatura contacta con el molde de espuma y hace que vaporice y desaparezca rápidamente. El metal fundido luego ocupa su espacio, y la fundición deseada se obtiene directamente después de enfriamiento y solidificación. La "desaparición" del molde de espuma durante todo el proceso es su característica más significativa y el origen de su nombre.

2. Explicación detallada de todo el proceso

Diseño y fabricación de moho:
Diseño tridimensional basado en el dibujo de fundición, cálculo preciso de la subsidio de contracción.
El molde de espuma requerido (o la combinación de moho) se fabrica con mecanizado CNC o moldeo de espuma de molde.
Preparación del patrón de espuma:
Material: utilice principalmente cuentas EPS prefiadas (poliestireno expandible) o perlas STMMA (copolímero de metacrilato de estireno-metilo). STMMA puede reducir los defectos de carbono negro y tiene una aplicación más amplia.
Moldado: llene las cuentas en un molde de aleación de aluminio con una cavidad, pase vapor para que se caliente, las cuentas se expandan, se fusionen, llenen la cavidad y formen un patrón de espuma denso después del enfriamiento. Las fundiciones complejas requieren unión y ensamblaje de componentes de múltiples patrones (utilizando adhesivo especial de fusión en caliente).
Conjunto de clúster de patrones:
Unir con precisión múltiples patrones de espuma (incluido el sistema de vertido y el sistema ascendente) en un "clúster de patrones" completo. El diseño del sistema de vertido es crucial y afecta directamente el llenado y la gasificación.
Recubrimiento de pintura:
Propósito: Mejore la resistencia y el acabado superficial del patrón; formar una capa aislante para evitar que el líquido metálico penetre en la arena seca; Proporcione un canal transpirable para que el producto de gasificación de espuma se descargue.
Pintura: principalmente recubrimientos refractarios a base de agua (como polvo de cuarzo, polvo de bauxita, polvo de mica, etc. con aglutinantes y agentes de suspensión).
Método: el recubrimiento de inmersión, el recubrimiento de ducha o el recubrimiento de pulverización, el grosor de recubrimiento (generalmente 0.5-2 mm) y la uniformidad deben controlarse estrictamente y luego secarse.
Moldura de vibración de arena seca:
Coloque el clúster de patrón recubierto en una caja de arena especial que se puede aspirar.
Complete la arena seca de cuarzo u otra arena refractaria (como arena de piedra preciosa) sin aglutinante, humedad adicional y tamaño de partícula uniforme.
Comience la tabla de vibración para que la arena seca pueda llenarse bien en todos los espacios alrededor del grupo de patrón bajo vibración para lograr la compacidad necesaria.
Torrencial:
Cubra la parte superior de la caja de arena con película de plástico y vacuue (generalmente mantiene una presión negativa de 0.025-0.05 MPa).
En condiciones de vacío, vierta metal fundido (hierro fundido de uso común, acero fundido, aleación de aluminio, aleación de cobre, etc.) en el sistema de vertido de manera constante y continua.
El metal fundido de alta temperatura se calienta rápidamente y vaporiza el patrón de espuma, y ​​el gas generado pasa a través de los poros entre el recubrimiento y la arena seca y es extraído por el sistema de vacío. El metal fundido llena completamente la cavidad formada después de que el patrón de espuma desaparece.
Limpieza de enfriamiento y eliminación de arena:
La fundición está completamente enfriada y solidificada en la caja de arena.
Retire la aspiradora y retire la arena seca en la parte superior de la caja de arena.
Vierta o levante el fundición junto con la arena seca envuelta.
A través del volteo, la vibración y otros métodos, la arena seca se separa automáticamente de la fundición para lograr una caída eficiente de arena. Después de enfriar y eliminar el polvo, la arena seca se puede reciclar casi al 100%.
Limpieza: retire el sistema de vertido y elevador, pintura residual, rebabas flash, etc. para obtener el fundición terminado.
3. Características y ventajas centrales

Alta precisión y formas geométricas complejas:
Los moldes de espuma son fáciles de procesar en formas extremadamente complejas (incluidas las cavidades complejas y las superficies curvas).
No se requiere una superficie de separación, no hay con tapa de moho (o conde muy pequeño), precisión dimensional de alta dimensión (hasta el nivel CT7-9), buena rugosidad de la superficie (AR hasta 6.3-25 μm).
Simplifique el proceso y reduzca el costo total:
Omita los procesos complejos, como la fabricación de moho de madera/moho de metal, la creación de núcleo y el ensamblaje de la caja necesarios para la fundición de arena tradicional.
No se requieren equipos de mezcla de carpeta y arena, y el costo de procesamiento de arena es extremadamente bajo (la arena seca se puede reutilizar repetidamente).
Reduzca la asignación de procesamiento y ahorre materiales metálicos. Acorta el ciclo de producción, especialmente adecuado para la producción de lotes pequeños y medianos de piezas complejas.
Flexibilidad e integración de diseño:
Se puede lograr una fundición integrada de varias piezas mediante la unión, reduciendo los procesos de ensamblaje posteriores.
El diseño de la libertad es extremadamente alta y fácil de cambiar.
Excelente calidad de superficie:
La superficie es suave, el contorno es transparente y la calidad de apariencia de la fundición es buena.
Limpio y ecológico:
Use arena seca sin aglutinante, sin contaminación de gases de desechos orgánicos causada por resina, vidrio de agua, etc. (pero los productos de gasificación de espuma deben manejarse adecuadamente).
La tasa de reciclaje de arena vieja es alta y hay menos residuos sólidos.
El ambiente de trabajo es relativamente polvoriento (gracias a la extracción de vacío).
4. Desafíos y limitaciones

Costo de producción de moho de espuma: para lotes pequeños de una sola pieza, el costo de los moldes de espuma puede ser alto (pero los moldes de espuma de impresión 3D están mejorando este problema).
Restricciones de tamaño: cuando se vierte piezas de fundición grandes (especialmente partes gruesas y grandes), la espuma gasifica violentamente para producir una gran cantidad de gas, lo que puede causar defectos como vertido insuficiente, poros e inclusiones de carbono, y el control del proceso es más difícil. El rango típico está entre 0.5 kg y 50 toneladas, pero se usa comúnmente en decenas de kilogramos a varias toneladas.
Combinación de clúster y control de calidad de recubrimiento: la precisión del ensamblaje y la calidad del recubrimiento tienen un gran impacto en la calidad de la fundición final, que requiere una operación delicada e inspección estricta.
Tratamiento del producto de gasificación: la pirólisis y la gasificación de la espuma producirán una gran cantidad de productos gaseosos y una pequeña cantidad de productos líquidos (alquineros), que deben ser descargados a tiempo por el sistema de vacío y tratados adecuadamente (como la quema), de lo contrario, es fácil causar defectos como los poros, el aumento de carbono y las arrugas en el molde.
Rango de aleación aplicable: la aplicación de aleaciones que se oxidan fácilmente o son sensibles al carbono (como algunas aleaciones de titanio y el alto acero de manganeso) es relativamente limitada.
5. Amplias áreas de aplicación

El casting de espuma perdida brilla en muchas industrias con sus ventajas únicas:

Industria automotriz: bloque de cilindro del motor, cabezal del cilindro, tuberías de admisión y escape, cigüeñal, alojamiento de la caja de cambios, soporte, disco de freno/tambor y otros componentes clave.
Válvulas y accesorios de tubería: válvulas complejas, accesorios de tubería y cuerpos de bombas de varios materiales (hierro fundido, acero fundido, acero inoxidable).
Maquinaria de ingeniería: piezas resistentes al desgaste, piezas hidráulicas y piezas de carcasa.
Maquinaria agrícola: vivienda, caja de cambios, soporte.
Maquinaria minera: revestimientos resistentes al desgaste, canales transportadores.
Castings de arte y hardware arquitectónico: esculturas, piezas decorativas, accesorios de barandilla y otras manualidades en forma de complejo.
Aeroespacial: algunas partes estructurales no con carga de aleaciones de aluminio y aleaciones de magnesio.
6. Tendencias futuras de desarrollo

Materiales de espuma de alto rendimiento: Desarrolle materiales de espuma con residuos de baja gasificación, mayor resistencia y estabilidad dimensional.
Moldes de espuma de impresión 3D: la tecnología de prototipos rápidos (como Binder Jetting, FDM) se utiliza para fabricar prototipos complejos y pequeños lotes de modelos, rompiendo las limitaciones de los moldes tradicionales y el desarrollo de productos aceleradores.
Innovación de la tecnología de recubrimiento: desarrolle mayor fortaleza, mejor permeabilidad al aire y recubrimientos ecológicos.
Control de proceso inteligente: aplique sensores y simulación numérica (simulación de acoplamiento de flujo de gases-solidificación de llenado) para optimizar el diseño del sistema de fundición y los parámetros del proceso.
A gran escala y paredes delgadas: supere el cuello de botella de tecnología de producción de piezas de fundición más grandes y delgadas de paredes.
Verde: Mejore la tecnología de recolección y purificación de gas residual para reducir aún más el impacto ambiental.