Az alumínium befektetett öntvény (más néven elveszett viaszöntvény) szinte háló alakú alkatrészeket állít elő kivételes felületkezeléssel, méretpontossággal és mechanikai integritással – így ez a legelterjedtebb eljárás a repülőgép-tartók, az orvosi házak és a nagy teljesítményű autóalkatrészek számára. Megfelelő tervezés esetén az alumínium öntvények ±0,13 mm/mm tűrését és akár 63–125 µin Ra felületi érdességet érnek el – gyakran szükségtelenné téve a másodlagos megmunkálást.
A homok- vagy présöntéssel ellentétben a befektetett öntés viaszmintázat köré épített kerámia héjat használ, amely bonyolult geometriákat, vékony falakat (akár 1,5 mm-es) és finom részleteket, például betűket vagy belső átjárókat tesz lehetővé. Az eljárás ideális kis és közepes mennyiségű gyártáshoz, ahol a pontosság meghaladja a szerszámköltségeket.
A lépésről lépésre történő befektetési öntés folyamata
A folyamat azzal kezdődik, hogy olvadt viaszt fecskendeznek be egy alumínium szerszámba, hogy a végső alkatrészhez hasonló mintát alakítsanak ki. Ezután több mintát állítanak össze egy központi viaszágra, hogy létrehozzanak egy „fát”. Ezt az összeállítást többször szilícium-dioxid alapú iszapba mártják, és finom stukkóréteggel vonják be, így 6-12 rétegű kerámiahéjat építenek.
Száradás után a héjat autoklávban viaszmentesítik (általában 180–200 °C-on), így egy üreg marad. A héjat ezután 870–1000 °C-ra égetik, hogy eltávolítsák a maradék viaszt és megerősítsék a kerámiát. Az olvadt alumíniumot – általában olyan ötvözetek, mint az A356, A360 vagy 380 – gravitáció vagy vákuum hatására öntik a forró héjba. A megszilárdulás után a héjat vízfúvással vagy mechanikus vibrációval eltávolítják, és az egyes öntvényeket levágják a csonkról.
Általános alumíniumötvözetek és tulajdonságaik
Nem minden alumíniumötvözet alkalmas befektetési öntésre. A legszélesebb körben használt termékek kiváló folyékonyságot, forró szakadásállóságot és öntés utáni hőkezelést kínálnak:
| Ötvözet | szilícium (%) | Szakítószilárdság (ksi) | Elsődleges felhasználás |
|---|---|---|---|
| A356.0 | 7.0 | 30–35 (öntés szerint) 40–45 (T6) | Repülési, orvosi |
| A360.0 | 9.0 | 30–33 (öntés szerint) | Korrózióálló házak |
| 380.0 | 8.5 | 44–48 (öntés szerint) | Nagy szilárdságú szerkezeti részek |
Az A356-T6 a kritikus alkalmazások iparági szabványa kiváló hőkezelési és fáradtságállóságának köszönhetően.
Tervezési előnyök más öntési módszerekkel szemben
A befektetési casting kiváló ott, ahol a komplexitás és a teljesítmény párosul. A présöntéshez képest elkerüli a magas szerszámköltséget (10 000–50 000 USD, vs. 50 000–500 000 USD matricák esetén), és bonyolultabb belső funkciókat tesz lehetővé huzatszögek nélkül. A homoköntéssel szemben kiváló felületminőséget és szűkebb tűrést biztosít – akár 70%-kal csökkentve a megmunkálást.
- Nincsenek elválási vonalak vagy vaku, ami zökkenőmentes esztétikát tesz lehetővé
- A finom részletek kiváló replikációja (pl. 0,010 metszetekben)
- Kompatibilis a HIP-vel (forró izosztatikus préselés) a belső porozitás megszüntetése érdekében
Korlátozások és költségmegfontolások
Pontossága ellenére alumínium befektetési öntés korlátai vannak. Az átfutási idő hosszabb (4-8 hét) a többlépcsős héjépítés miatt. Az alkatrész mérete általában 30–40 fontra (14–18 kg) korlátozódik, bár egyes öntödék akár 100 fontot is kezelnek. Az eljárás a nagyon nagy mennyiségű (>50 000 egység/év) futtatással is küzd, ahol a présöntés gazdaságosabbá válik.
Az alkatrészenkénti költség 15 és 200 dollár között mozog, amelyet erősen befolyásol a súly, a bonyolultság és az utófeldolgozás. azonban ha figyelembe vesszük a teljes életciklus-költséget – beleértve a megmunkálást, az összeszerelést és a hulladékot is –, a befektetési öntés gyakran gazdaságosabbnak bizonyul az összetett, kis volumenű alkatrészek esetében.
Kritikus minőség-ellenőrzési és tesztelési protokollok
A jó hírű öntödék minden szakaszában szigorú ellenőrzéseket hajtanak végre: viaszmintázat-metrológia, héjvastagság-ellenőrzés, ötvözetek spektrográfiai elemzése és végső öntés CMM-ellenőrzése. A roncsolásmentes vizsgálat (NDT) szabvány a biztonság szempontjából kritikus alkatrészeknél:
- Röntgen- vagy CT-vizsgálat a belső porozitás megállapítására (ASTM E1742 szerint)
- Festékáthatoló vizsgálat (ASTM E165) felületi repedésekre
- Tanúminták mechanikai vizsgálata szakító és nyúlás szempontjából
A repülőgép-öntvények gyakran Nadcap akkreditációt és teljes nyomon követhetőséget igényelnek az olvadéktól a kész alkatrészig.
Valós alkalmazások az iparágakban
Az alumínium befektetési öntvények mindenütt jelen vannak a nagy értékű ágazatokban. A repülésben üzemanyag-elosztókat, működtetőelem-házakat és drónvázakat alkotnak – ahol a súlymegtakarítás és a megbízhatóság nem alku tárgya. Az orvosi ipar MRI alkatrészekhez és sebészeti műszerek fogantyúihoz használja, amelyek sterilizálási kompatibilitást igényelnek. A védelmi alkalmazások közé tartoznak a célzórendszer-tartók és az UAV-alkatrészek, amelyeknek ellenállniuk kell a szélsőséges vibrációnak.
Figyelemre méltó példa: egy vezető elektromos járműgyártó a megmunkált tuskóról A356-os öntvényre váltott a motorvégsapkákhoz, így 35%-kal csökkentette az alkatrésztömeget és 22%-kal a költségeket, miközben megőrzi a merevséget.
Jövőbeli trendek és fenntartható innovációk
Az ipar a nagyobb fenntarthatóság és automatizálás felé halad. A VOC-kibocsátás csökkentése érdekében az etil-szilikátot a vízbázisú iszapok váltják fel. A robotviaszmintázat és a 3D-nyomtatott kerámiamagok gyorsabb prototípuskészítést és konform hűtőcsatornákat tesznek lehetővé. Egyes öntödék ma már 80%-ot meghaladó újrahasznosított alumíniumot használnak a mechanikai tulajdonságok veszélyeztetése nélkül.
Ahogy az additív gyártás hibridizálódik a hagyományos befektetési öntéssel – 3D-nyomtatott viasz- vagy polimermintákat használva –, a folyamat egyre gyorsabbá, zöldebbé válik, és még inkább képes a geometriai szabadságra. A mérnökök számára, akik pontosságot, integritást és tervezési rugalmasságot keresnek az alumínium alkatrészekben, a befektetési öntés továbbra is páratlan.
