יציקה אבודה של סגסוגת טיטניום מיקרו טורבינה
למיקרו-טורבינות יש יישומים נרחבים בתעופה וחלל, באנרגיה ובתחומים אחרים. הצורות המורכבות ודרישות הדיוק הגבוהות שלהם הופכים את תהליכי הייצור למאתגרים למדי. סגסוגות טיטניום, בשל הצפיפות הנמוכה, החוזק הגבוה והעמידות הטובה בפני קורוזיה שלהן, הן חומרים אידיאליים לייצור מיקרו-טורבינות.
סקירה כללית של-יציקת רקיק של סגסוגת טיטניום עבור טורבינות מיקרו-
למיקרו-טורבינות יש יישומים נרחבים בתעופה וחלל, באנרגיה ובתחומים אחרים. הצורות המורכבות ודרישות הדיוק הגבוהות שלהם הופכים את תהליכי הייצור למאתגרים למדי. סגסוגות טיטניום, בשל הצפיפות הנמוכה, החוזק הגבוה והעמידות הטובה בפני קורוזיה שלהן, הן חומרים אידיאליים לייצור מיקרו-טורבינות. יציקת- פרוסות אבודות היא תהליך יציקה מדויקת,-מותאמת היטב לייצור חלקים בעלי צורות מורכבות ודרישות דיוק גבוהות, במיוחד טורבינות מיקרו-.
שלבי תהליך של אבודים-יציקת רקיק של סגסוגת טיטניום עבור טורבינות מיקרו-
o. עיצוב עובש: ראשית, בהתבסס על שרטוטי עיצוב המיקרו- של הטורבינה, נוצר מודל תלת-ממדי באמצעות תוכנת תכנון-ממוחשב (CAD) כדי לקבוע את הממדים והצורה המדויקים של דגם השעווה. בהתחשב בגורמים כגון הצטמקות במהלך תהליך היציקה, מידות הדגם משתנות כראוי.
o. ייצור עובש: באמצעות עיבוד CNC או שיטות אחרות, הדגם המעוצב הופך לתבנית ממשית. חומרי עובש נבחרים בדרך כלל מסגסוגות אלומיניום כדי להבטיח חוזק ודיוק מספקים.
o. הזרקת שעווה: השעווה מחוממת לטמפרטורה מתאימה להשגת נזילות טובה. לאחר מכן, חומר השעווה מוזרק לתבנית באמצעות מכונת הזרקה. הוא מוחזק תחת לחץ וטמפרטורה למשך פרק זמן כדי להבטיח שהשעווה תמלא במלואה את חלל העובש. לאחר שהשעווה מתקררת ומתמצקת, פותחים את התבנית ומסירים את דגם השעווה.
o גימור דגם שעווה: דגם השעווה שהוסר נבדק ומסתיים, תוך הסרת עודפי הבזקים, כתמים וכו', כדי להבטיח את דיוק הממדים ואיכות פני השטח של דגם השעווה עומדים בדרישות.
o בחירת מערכת שערים: בהתבסס על הצורה, הגודל והמשקל של המיקרו-טורבינה, נבחרת מערכת שערים מתאימה, לרבות זרמים, רצים ויציאות. תכנון מערכת השער חייב להבטיח שהמתכת המותכת ממלאת את החלל בצורה חלקה ואחידה, תוך הימנעות מפגמים כגון מערבולות ולכידת אוויר.
o דגמי שעווה לריתוך: דגמי שעווה מרובים מחוברים למערכת השער על ידי ריתוך ליצירת מודול שלם. במהלך הריתוך, חיוני להבטיח חיבור יציב ואטימה טובה בין דגם השעווה למערכת השער כדי למנוע דליפה במהלך תהליכי יצירת מעטפת- הבאים.
o. מריחת הציפוי העליון: מכלול התבנית טובל בציפוי עליון שנוסח במיוחד, המבטיח שכבת ציפוי אחידה על משטח דגם השעווה. הציפוי העליון מורכב בדרך כלל מחומרים עקשנים (כגון אבקת זירקון), קלסרים (כגון זכוכית מים או סיליקה סול) ותוספים. גודל החלקיקים העדין שלו מבטיח את איכות פני השטח של היציקה. לאחר הציפוי, מפזרים שכבה של חול דק על משטח הרכבת התבנית כדי להגדיל את עובי הציפוי וחוזק.
o. ייבוש והתקשות: מכלול התבנית עם הציפוי העליון ממוקם בתא ייבוש לייבוש והתקשות בתנאי טמפרטורה ולחות ספציפיים. זמן הייבוש וההתקשות תלוי בסוג הציפוי ובתנאי הסביבה, בדרך כלל נעים בין מספר שעות לעשרות שעות.
o. מריחת הציפוי האחורי: לאחר שהציפוי העליון התייבש והתקשה, הציפוי האחורי מיושם ברצף. הציפוי האחורי מכיל חומרי עקשן גסים יותר-, המשרתים בעיקר את החוזק והקשיחות של המעטפת. שיטת מריחת הציפוי האחורי דומה לזו של הציפוי העליון. לאחר כל שכבת ציפוי יש צורך בשיוף וייבוש/התקשות. בדרך כלל, יש צורך במספר שכבות של ציפוי גב עד שמעטפת התבנית מגיעה לעובי מספיק.
o הסרת שעווה בקיטור: קליפת התבנית המוכנה מונחת בקומקום לניקוי שעווה, ומוכנסים אדים בלחץ גבוה-, מה שגורם לדגם השעווה להימס ולזרום החוצה מקליפת התבנית. היתרונות של הסרת שעווה בקיטור הם המהירות המהירה, היעילות הגבוהה והנזק המינימלי למעטפת העובש.
o הסרת שעווה במים חמים: ניתן להניח את מעטפת התבנית גם במים חמים, ולגרום לדגם השעווה להימס ולצוף על פני השטח ובכך להשיג הסרת שעווה. ציוד להסרת שעווה במים חמים הוא פשוט וזול, אך זמן הסרת השעווה ארוך יותר והוא חשוף לבעיות כמו פיצוח קליפת עובש.
o שלב החימום: מעטפת התבנית שעברה שחרור משעווה מונחת בכבשן שריפה ומחוממת באיטיות בקצב מבוקר. זה מאפשר ללחות ולשעווה שיורית במעטפת התבנית להתאדות במלואה, ובו זמנית לגרום לתגובה כימית בחומר המקשר, ולשפר את החוזק והעמידות של מעטפת התבנית. קצב החימום לא צריך להיות מהיר מדי כדי למנוע פיצוח של מעטפת התבנית עקב מתח תרמי מוגזם.
o שלב ההחזקה: לאחר שטמפרטורת הכבשן מגיעה לטמפרטורת השריפה שנקבעה מראש, שמרו עליה למשך פרק זמן כדי לאפשר למעטפת התבנית להסתנן במלואה. טמפרטורת השריפה וזמן ההחזקה תלויים בחומר של מעטפת התבנית ובדרישות היציקה. בדרך כלל, טמפרטורת השריפה היא בין 800-1200 מעלות, וזמן ההחזקה הוא 1-3 שעות.
o שלב הקירור: לאחר השריפה, הפחיתו באיטיות את טמפרטורת התנור כדי לאפשר למעטפת התבנית להתקרר בהדרגה. קצב הקירור לא צריך להיות מהיר מדי כדי למנוע פיצוח של מעטפת התבנית.
o התכה של סגסוגת טיטניום: הנח את חומר הגלם מסגסוגת טיטניום לתוך ציוד התכה כגון תנור אינדוקציה ואקום והמס אותו תחת הגנה מפני ואקום או גז אינרטי. במהלך תהליך ההיתוך, שלטו בקפדנות על הטמפרטורה, הזמן והרכב הסגסוגת כדי להבטיח את איכות סגסוגת הטיטניום.
o יציקה: לאחר שסגסוגת הטיטניום הומסה לטמפרטורה ונזילות מתאימות, יוצקים אותה לתוך מעטפת התבנית המחוממת מראש. במהלך היציקה, שימו לב למהירות היציקה ולשיטת היציקה כדי למנוע פגיעה של מתכת מותכת במעטפת התבנית, מה שעלול לפגוע במעטפת או לגרום לפגמים ביציקה.
o הסרת חול: לאחר שהיציקה התקררה והתמצקה, הסר את מעטפת התבנית ואת ליבת החול באמצעות שיטות כגון הסרת חול ברטט או פיצוץ יריות כדי לחשוף את משטח היציקה.
o חיתוך שערים: השתמש בציוד חיתוך כדי להפריד את היציקה ממערכת השער.
o טיפול בחום: בהתאם לדרישות הביצועים של סגסוגת הטיטניום, בצע טיפול חום מתאים על היציקה, כגון טיפול בתמיסה וטיפול יישון, כדי לשפר את החוזק, הקשיות והקשיחות של היציקה.
o עיבוד שבבי: בצע עיבוד שבבי הכרחי על היציקה, כגון חריטה, כרסום וטחינה, כדי להשיג את הדיוק הממדים וחספוס פני השטח הנדרשים על ידי התכנון.
o בדיקה: ערכו בדיקה מקיפה של היציקה, כולל מדידת מימד, בדיקה ויזואלית, ניתוח מטאלוגרפי ובדיקות לא-הרסניות, כדי להבטיח שאיכות היציקה עומדת בתקנים ובדרישות השימוש.
היתרונות של אבודה-יציקת רקיק של סגסוגות מיקרו-טיטניום טורבינה
דיוק גבוה
יציקת פרוסות אבודות- יכולה לשכפל במדויק את הצורה והגודל של דגם השעווה, מה שמאפשר ייצור של טורבינות מיקרו- מורכבות ודיוק גבוהות העומדות בדרישות מחמירות לדיוק ממדים וצורות.
איכות פני השטח טובה
בשל גודל החלקיקים העדין של הציפוי על מעטפת התבנית, חספוס פני השטח של היציקה נמוך, וכתוצאה מכך איכות פני השטח טובה יותר והפחתת עומס העבודה של העיבוד הבא.
ניצול חומרים גבוה
יציקת פרוסות אבודות- מאפשרת עיצוב מדויק של מערכת השער ודגם השעווה בהתבסס על הצורה והגודל של החלק, הפחתת פסולת מתכת ושיפור ניצול החומרים.
מתאים לייצור המוני
על ידי ייצור תבניות ומודולים, ניתן להשיג ייצור המוני של מיקרו-טורבינות, לשפר את יעילות הייצור ולהפחית את עלויות הייצור.
אתגרים של אבודים-יציקת רקיק של סגסוגות מיקרו-טיטניום טורבינה
קושי בהתכה ויציקה של סגסוגות טיטניום
סגסוגות טיטניום בעלות תגובתיות כימית גבוהה והן מגיבות בקלות עם אלמנטים כמו חמצן וחנקן באוויר במהלך ההיתוך והיציקה, ויוצרות זיהומים כמו תחמוצות וניטרידים, המשפיעים על ביצועי היציקות. לכן, ההיתוך והיציקה חייבות להתבצע תחת הגנה מפני ואקום או גז אינרטי, מה שמציב דרישות גבוהות לציוד ולתהליכים.
קושי בבקרת איכות מעטפת
איכות המעטפת משפיעה ישירות על איכות היציקה. החוזק, החדירות והיציבות התרמית של המעטפת דורשים בקרה קפדנית. במהלך ייצור המעטפת, גורמים כגון ניסוח הציפוי, תהליך הציפוי ותנאי הייבוש וההתקשות משפיעים כולם על איכות המעטפת, המחייבים בקרת תהליך מדויקת.
בקרת פגמי יציקה
נקבוביות, חללי התכווצות וסדקים נוטים להתרחש במהלך-יציקת השעווה האבודה של סגסוגות טיטניום במיקרו-טורבינות, הדורשות אמצעי בקרה יעילים. לדוגמה, אופטימיזציה של עיצוב מערכת השער, שליטה בטמפרטורות ההיתוך והיציקה ושיפור החדירות של המעטפת יכולים להפחית את פגמי היציקה.
שלח החקירה
