Quan un disseny requereix canals de refrigeració interns, retalls complicats o parets ultra-fines, els enginyers sovint xoquen contra una paret amb la fabricació tradicional. El mecanitzat CNC esdevé un cost-prohibitiu a causa dels límits d'accés a les eines, i els conjunts de diverses-parts introdueixen punts de fallada no desitjats.
Aquí és on es distingeix la fosa de precisió (específicament la fosa d'inversió). En lloc de lluitar contra les lleis de la fabricació subtractiva, la fosa de precisió aprofita la dinàmica de fluids per crear components de "forma propera-net-" que d'altra manera són impossibles de produir.
Què defineix la "geometria complexa" a la fabricació moderna?
A la foneria, fa referència a característiques que desafien els límits físics de les eines de tall o els motlles rígids.
Passatges interns: canals corbats o interiors buits utilitzats per al flux de fluids o gasos (comuns en impulsors i col·lectors de bombes).
Retalls profunds: rebaixats que una eina CNC de 3 eixos o fins i tot de 5 eixos simplement no pot arribar sense múltiples configuracions.
Estructures de paret-fines: característiques tan primes de 0,8 mm a 1,5 mm que requereixen una gran integritat estructural.
Contorns orgànics: formes aerodinàmiques o ergoòmiques que es troben a les pales de la turbina o als implants mèdics.
El problema amb els mètodes subtractius: el mecanitzat CNC és un procés de "línia-de-visió". Si una eina no pot arribar-hi, no ho pot fer. Tot i que la impressió 3D soluciona això per als prototips, sovint no compleix les propietats del material o els requisits de cost-de volum de la producció industrial.
L'avantatge del càsting d'inversió: disseny sense límits
La fosa de precisió, també conegut com a procés de-cera perduda, utilitza una carcassa de ceràmica construïda al voltant d'un patró de cera. Com que el motlle es crea al voltant de la peça i després es trenca, evita les limitacions d'"angle d'esborrany" i "accés a eines" de la fosa i el mecanitzat de sorra.
Comparació de rendiment: fosa de precisió i alternatives
|
Factor |
Fosa de precisió |
Mecanitzat CNC |
fosa de sorra |
|
Geometria Llibertat |
Excel·lent (el més alt) |
Limitat per la trajectòria de l'eina |
Moderat (necessita esborrany) |
|
Característiques internes |
Intricat i suau |
Extremadament difícil |
Limitat (requereix nuclis) |
|
Acabat superficial (Ra) |
3.2 – 6.3 µm |
0.8 – 3.2 µm |
12.5 – 25 µm |
|
Residus materials |
Mínim (a prop de-net) |
Alt (xips/ferralla) |
Moderat |
|
Eines inicials |
Moderat |
Cap (volum baix) |
Baixa |
Les 3 principals raons per triar la fosa de precisió per a peces complexes
Consolidació de parts (Reducció de l'"Impost de muntatge")
Un dels costos "ocults" més grans en la fabricació és el muntatge. Un cos de vàlvula complex que abans requeria tres peces mecanitzades, cinc cargols i dues juntes sovint es pot fer com a component monolític únic.
El resultat: menys punts de fallada, pes reduït i treball de muntatge zero.
Versatilitat dels materials per a aliatges d'alt-rendiment
A diferència de la fosa a pressió, que es limita principalment a metalls no-ferrosos com l'alumini i el zinc,fosa de precisiódestaca amb:
Acers inoxidables (316L, 17-4PH): per a la resistència i resistència a la corrosió.
Superaliatges (Inconel, Hastelloy): Per a la calor extrema a l'aeroespacial.
Acers al carboni i aliatges: per a aplicacions industrials resistents.
Precisió dimensional (estàndards CT4-CT6)
Sovint veiem als clients sorpresos que la fosa d'inversió pot aconseguir toleràncies lineals de ± 0,005 polzades per polzada. Tot i que no substituirà el CNC per a l'ajust dels coixinets, sovint elimina la necessitat de mecanitzat secundari en el 90% de les superfícies d'una peça.
Disseny per a la fabricabilitat (DFM): Consells des del sòl de fosa
Per maximitzar els avantatges de la fosa de precisió, els dissenyadors haurien de tenir en compte aquests principis DFM de "nivell-expert":
Gruix de paret uniforme
Eviteu les transicions abruptes de seccions gruixudes a primes per evitar defectes de "contracció". Si calen transicions, utilitzeu radis generosos.
01
Filets i radis
Les cantonades afilades són concentradors d'estrès. Un radi mínim de 0,5 mm - 1.0mm millora el flux metàl·lic i la resistència de la closca.
02
Profunditats del forat
Com a regla general, la profunditat d'un forat de fosa no ha de superar 2 vegades el seu diàmetre. Per a forats més profunds, la perforació secundària sovint és més rendible-.
03
Comprovació de la realitat de la tolerància
Només especifiqueu toleràncies estretes quan siguin funcionals. La-tolerància excessiva de les funcions no-crítiques augmenta el percentatge de rebutjos i el vostre cost per-peça.
04
Anàlisi de costos: quan es paga la inversió?
Tot i que la matriu d'injecció de cera inicial representa un cost inicial (normalment entre 2.000 i 10.000 dòlars depenent de la complexitat), el cost total de propietat (TCO) cau significativament a volums entre 100 i 5.000 peces.
Volum baix (<50 pcs): CNC or 3D printing is usually cheaper.
Volum mitjà a alt: la fosa de precisió guanya reduint els residus de material (especialment en aliatges cars com el cobalt) i eliminant la mà d'obra secundària.
Aplicacions del-món real
per què triar-nos
És fantàstic treballar amb Creative. increïblement organitzat, fàcil de comunicar-se. responent amb les properes iteracions i un treball preciós.
Aeroespacial
Broquets de combustible amb patrons de polvorització interns complexos.
Medicina
Implants ortopèdics amb formes orgàniques bio-compatibles.
Automoció
Carcassa del turbocompressor i col·lectors d'escapament d'alt rendiment-.
Energia
Pales de turbina per a la generació d'energia que han de suportar forces centrífugues elevades.
PMF
P: El fosa de precisió pot aconseguir zero-angles d'esborrany?
A: Sí. A diferència de la sorra o la fosa a pressió, els motlles de fosa d'inversió són de ceràmica i es trenquen després de l'abocament, la qual cosa permet característiques de corrent zero-i socavacions profundes que seria impossible "treure" d'un motlle permanent.
P: Com es compara l'acabat de la superfície amb la impressió 3D?
R: La majoria de les impressions 3D metàl·liques industrials (DMLS) tenen un acabat "sorrenc" relativament rugós. La fosa de precisió proporciona una superfície de fosa molt més llisa (Ra 3,2 µm), que sovint és acceptable per a superfícies que no s'acoblen- sense polir més.
P: És possible llançar fils interns?
R: Tot i que tècnicament és possible, poques vegades es recomana. Els fils de fosa solen conduir a un ajustament deficient a causa de la contracció del metall. Normalment recomanem llançar el cap i tocar els fils mitjançant CNC per obtenir més precisió.
P: Quin és el temps de lliurament típic per a la fosa de precisió en comparació amb la impressió CNC o 3D?
R: La fosa de precisió requereix la fabricació d'eines de cera (encuny), que normalment triga entre 4 i 8 setmanes depenent de la complexitat de la peça. Aquest termini de lliurament inicial és més llarg que el CNC (dies) o la impressió 3D (hores) per a la primera peça. No obstant això, un cop completat l'eina, el termini de producció per lot és de 2 a 4 setmanes.
P: Les peces de fosa de precisió es poden tractar tèrmicament o soldar després de la fosa?
A: Sí. Moltes peces de fosa de precisió se sotmeten a un tractament tèrmic post-col·locació (p. ex., recuit de solució, envelliment) per millorar les propietats mecàniques -, especialment per als acers inoxidables (17-4PH, 316L) i superaliatges (Inconel). La soldadura també és possible per a la reparació o el muntatge, però s'ha de parlar amb la vostra foneria d'hora.