Odlévání z titanové slitiny ozubeného vosku

Ozubená kola, jako nepostradatelná základní součást mechanických převodů, jsou široce používána v mnoha oblastech, jako jsou automobily, letecký průmysl, obráběcí stroje, roboti atd. V motorech a převodovkách automobilů se ozubená kola používají k přenosu výkonu a změně rychlosti, zajišťující normální provoz vozidla; V oblasti letectví a kosmonautiky je vysoká přesnost a spolehlivost ozubených kol rozhodující pro řídicí a energetický systém letadel.

Titanová slitina má vynikající vlastnosti, jako je nízká hustota, vysoká pevnost, dobrá odolnost proti korozi a dobrá biokompatibilita. Jeho hustota je asi poloviční než u oceli, ale může dosáhnout pevnosti ekvivalentní vysoko-pevnostní oceli, což umožňuje převodům vyrobeným z titanové slitiny snížit hmotnost a zároveň zajistit dostatečnou nosnost-. V některých aplikacích s přísnými požadavky na hmotnost, jako jsou letecké motory a kosmické lodě, mohou ozubená kola z titanové slitiny výrazně snížit celkovou hmotnost a zlepšit energetickou účinnost. Kromě toho vynikající odolnost titanových slitin proti korozi jim umožňuje udržovat stabilní výkon v náročných pracovních prostředích, jako je námořní a chemický průmysl, čímž se snižuje problém selhání součástí způsobený korozí.

Odlévání do ztraceného vosku, známé také jako lití na vytavitelné odlévání, je metoda přesného lití. Principem je nejprve použít vosk k vytvoření voskové formy se stejným tvarem jako požadované ozubené kolo a poté nanést více vrstev žáruvzdorného materiálu na povrch voskové formy, aby se vytvořila kompletní skořepina. Poté zahřejte skořepinu, aby se roztavila vosková forma a nechte ji vytéct, čímž se uvnitř skořepiny vytvoří dutina, která odpovídá tvaru ozubeného kola. Nakonec nalijte roztavenou kapalinu z titanové slitiny do dutiny skořepiny formy a po jejím ochlazení a ztuhnutí skořepinu rozdrťte, abyste získali požadovaný odlitek ozubeného kola. Odlévání do ztraceného vosku má výhody vysoké přesnosti, vysoké kvality povrchu a schopnosti vyrábět složité tvarové díly. Dokáže přesně replikovat detaily voskových forem, vyrábět ozubená kola s vysokou rozměrovou přesností a dobrou hladkostí povrchu, což snižuje pracovní zátěž následného zpracování. Současně lze u některých ozubených kol se složitou vnitřní strukturou a nepravidelnými tvary zubů vytvořit odlitek ztraceného vosku najednou, čímž se vyhnete obtížím, kterých se tradičními způsoby zpracování obtížně dosahují.

1. Návrh a výroba formy: Na základě výkresů návrhu ozubeného kola použijte k provedení 3D modelování formy počítačový-software pro návrh (CAD). V procesu návrhu je třeba vzít v úvahu faktory, jako je přesnost velikosti ozubeného kola, drsnost povrchu a míra smrštění, aby byla zajištěna kvalita konečného odlitku. Ke zpracování formy se pak používají pokročilé výrobní technologie, jako je CNC obrábění a elektroerozivní obrábění. Materiál formy se obvykle volí z hliníkové slitiny, oceli atd., aby byla zajištěna dostatečná pevnost a odolnost proti opotřebení.

2. Výběr a úprava voskových materiálů: Volte voskové materiály vhodné pro voskové odlévání, mezi běžně používané patří parafín, kyselina stearová atd. Výkon vosku přímo ovlivňuje kvalitu voskových forem, proto je nutná přísná kontrola kvality voskových materiálů. Před použitím by měl být voskový materiál roztaven, filtrován a odplyněn, aby se odstranily nečistoty a plyny a zajistila se tak čistota a tekutost voskového materiálu.

3. Formování voskem: Zahřejte zpracovaný voskový materiál na vhodnou teplotu, aby byl dobře tekutý. Potom se vstřikováním, kompresí a jinými metodami vstřikuje voskový materiál do formy, aby vyplnil dutinu formy. Poté, co voskový materiál vychladne a ztuhne, otevřete formu a vyjměte voskovou formu. Aby byla zajištěna rozměrová přesnost a kvalita povrchu voskové formy, je nutné řídit parametry procesu, jako je vstřikovací tlak, teplota a rychlost chlazení voskového materiálu.

4. Kombinace voskových vzorů: V některých situacích, které vyžadují spojení více voskových vzorů do celku, jako jsou ozubená kola, je třeba jednotlivé voskové vzory kombinovat dohromady pomocí svařování, lepení a dalších metod. V procesu montáže je nutné zajistit přesnou vzájemnou polohu a pevné spojení mezi voskovými formami, aby se předešlo problému přemístění nebo oddělení voskových forem v následném procesu výroby a lití skořepiny.

1. Příprava povlaku: Povlaky skořepiny jsou obvykle složeny ze žáruvzdorných materiálů, pojiv, přísad atd. Mezi běžné žáruvzdorné materiály patří křemičitý písek, zirkoniový písek atd. a mezi pojiva patří křemičitý sol, vodní sklo atd. Připravte vhodné povlaky podle různých procesních požadavků a požadavků na kvalitu odlévání. Během procesu přípravy je nutné přísně kontrolovat podíl různých složek a výkonnostní ukazatele, jako je viskozita a hustota nátěru, aby byl zajištěn účinek nátěru a kvalita skořepiny.

2. Potahování a broušení: Ponořte voskovou formu do nátěru, aby se rovnoměrně pokryl povrch voskové formy. Poté se žáruvzdorný písek přes brusné zařízení rovnoměrně nasype na povrch voskové formy potažený barvou, aby částice písku pevně přilnuly k barvě. Počet nátěrů a broušení je obvykle více vrstev, obvykle vyžaduje 3-7 vrstev. Procesní parametry pro potahování a broušení každé vrstvy se mohou měnit, aby se vytvořila skořepina s dostatečnou pevností a prodyšností.

3. Sušení a vytvrzení: Po potažení a broušení je třeba skořepinu vysušit a vytvrdit, aby se zlepšila její pevnost a stabilita. Proces sušení se obvykle provádí v sušárně, kde se vlhkost ve skořápce postupně odpařuje řízením teploty sušení, vlhkosti a podmínek větrání. Kalení je proces použití chemických nebo tepelných metod k vyvolání chemické reakce v pojivu, kdy se žáruvzdorné materiály spojí dohromady a vytvoří pevný plášť.

4. Odvoskování: Vysušenou a ztvrdlou skořápku vložte do odparafinovacího zařízení a zahřejte, aby se vosková forma roztavila a vytekla ze skořápky. Metody odparafinování zahrnují horkovodní odparafinování, parní, mikrovlnné atd. Během procesu odparafinování je nutné řídit teplotu a čas ohřevu, aby bylo zajištěno, že se forma na vosk zcela roztaví a vypustí ze skořepiny a zároveň se zabrání rozbití skořepiny v důsledku nadměrné teploty.

1. Tavení titanové slitiny: K tavení surovin ze slitin titanu se používají pokročilé metody tavení, jako je vakuové indukční tavení (VIM) a vakuové tavení spotřebním obloukem (VAR). Během procesu tavení je nutné přísně kontrolovat parametry procesu, jako je teplota tání, čas a stupeň vakua, aby byla zajištěna jednotnost a čistota chemického složení slitin titanu. Současně by měla být přijata opatření, která zabrání chemickým reakcím mezi slitinami titanu a okolním prostředím během procesu tavení a zabrání defektům, jako jsou nečistoty a póry.

2. Konstrukce nalévacího systému: Navrhněte přiměřený nalévací systém založený na tvaru, velikosti a hmotnosti ozubených kol. Nalévací systém zahrnuje šoupátka, nálitky, žlaby atd. Jeho funkcí je plynulé a rychlé zavádění roztavené kapaliny z titanové slitiny do dutiny skořepiny a zároveň zajištění plnění a odsávání odlitku. Při navrhování licího systému je nutné vzít v úvahu faktory, jako je tekutost a vlastnosti tuhnutí titanových slitin, aby se předešlo defektům, jako je nedostatečné lití, izolace za studena a smrštění.

3. Řízení procesu lití: Před litím by měl být plášť předehřát na vhodnou teplotu, aby se snížil teplotní rozdíl mezi kapalinou z titanové slitiny a pláštěm a zabránilo se defektům způsobeným rychlým ochlazením kapaliny z titanové slitiny během procesu lití. Poté se roztavená kapalina ze slitiny titanu nalije do dutiny pláště licím systémem. Během procesu lití je nutné řídit parametry, jako je rychlost lití a teplota lití, aby bylo zajištěno, že kapalina z titanové slitiny vyplní skořepinu a dutinu, přičemž se zabrání problémům, jako je rozstřikování a oxidace.

1. Čištění a řezání skořepiny: Po vychladnutí a ztuhnutí odlitku se k odstranění skořepiny používá vibrační čištění, čištění pískováním a další metody. Poté pomocí řezacího zařízení vyřízněte odlitky z licího systému, čímž získáte jednotlivé odlitky ozubených kol.

2. Tepelné zpracování: Tepelné zpracování se aplikuje na odlitky ozubených kol ke zlepšení jejich mikrostruktury a vlastností. Mezi běžně používané procesy tepelného zpracování patří žíhání, kalení, temperování atd. Prostřednictvím tepelného zpracování lze zlepšit pevnost, tvrdost, houževnatost a další vlastnosti ozubených kol, aby vyhovovaly potřebám různých aplikačních scénářů.

3. Mechanické opracování a povrchová úprava: Podle konstrukčních požadavků ozubených kol se na odlitcích provádí mechanické opracování jako soustružení, frézování, broušení atd. pro dosažení požadované rozměrové přesnosti a drsnosti povrchu. Poté se na ozubených kolech provádí povrchová úprava, jako je nitridace, niklování, lakování atd., aby se zlepšila jejich odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a odolnost proti únavě.

1. Kontrola surovin z titanové slitiny: Přísně kontrolujte zakoupené suroviny z titanové slitiny, včetně analýzy chemického složení, testování mechanických vlastností, analýzy metalografické struktury atd. Zajistěte, aby chemické složení surovin z titanové slitiny odpovídalo požadavkům na design, mechanické vlastnosti odpovídaly normám použití a metalografická struktura byla jednotná a konzistentní.

2. Kontrola voskových a skořápkových materiálů: Proveďte kontrolu kvality voskových a skořápkových materiálů, abyste zkontrolovali jejich čistotu, velikost částic, viskozitu a další výkonnostní ukazatele. Čistota a tekutost vosku přímo ovlivňují kvalitu voskových forem, zatímco velikost částic a vazebné vlastnosti materiálu pláště mají významný vliv na pevnost a prodyšnost pláště.

1. Kontrola teploty: Teplota musí být přísně kontrolována v různých procesech, jako je výroba voskových forem, výroba skořepin, tavení a lití. Například teplota při vstřikování vosku do formy, teplota při sušení a vytvrzování skořepiny a teplota při tavení a lití titanové slitiny. Kolísání teploty může ovlivnit kvalitu tváření voskových forem, pevnost skořepiny a proces tuhnutí titanových slitin, což vede k defektům odlitků.

2. Časová kontrola: Přesná kontrola času každého kroku procesu. Jako je doba chlazení voskových forem, doba schnutí skořepin, doba odpařování, doba tavení, doba lití atd. Nadměrná nebo nedostatečná doba může mít nepříznivý vliv na kvalitu odlitků.

3. Kontrola tlaku: Je nutné kontrolovat tlak během vstřikování vosku, lakování a dalších procesů. Vhodný tlak může zajistit, že vosk a povlak jsou rovnoměrně naplněny do dutiny formy a pokrývají povrch voskové formy, čímž se zabrání problémům, jako je nedostatek materiálu a bubliny.

1. Testování rozměrové přesnosti: Použijte měřicí nástroje, jako jsou souřadnicové měřicí přístroje, posuvná měřítka, mikrometry atd. k přesnému měření rozměrů odlitků ozubených kol. Zkontrolujte, zda vnější průměr, vnitřní průměr, tloušťka zubu, šířka zubu a další rozměry ozubeného kola splňují konstrukční požadavky a rozměrová odchylka by měla být kontrolována v rámci povoleného rozsahu tolerance.

2. Kontrola kvality povrchu: Pro kontrolu kvality povrchu odlitků ozubených kol se používá vizuální kontrola, pozorování metalografickým mikroskopem, měření drsnosti povrchu a další metody. Zkontrolujte, zda na povrchu odlitku nejsou praskliny, póry, pískové otvory, vměstky strusky a jiné vady a zda drsnost povrchu odpovídá konstrukčním požadavkům.

3. Interní kontrola kvality: Ke kontrole vnitřní kvality odlitků ozubených kol používejte nedestruktivní testovací metody, jako je ultrazvukové testování (UT), radiografické testování (RT), magnetické částice (MT) atd. Tyto metody dokážou odhalit, zda jsou uvnitř odlitku praskliny, póry, uvolněnost a jiné vady, a zajistit tak, že vnitřní kvalita odlitku odpovídá normám.

4. Testování mechanického výkonu: Provádějte testování mechanického výkonu na odlitcích ozubených kol, jako je tahové testování, testování tvrdosti, nárazové testování atd. Vyhodnoťte, zda pevnost, tvrdost, houževnatost a další výkonnostní ukazatele ozubeného kola splňují požadavky na použití prostřednictvím testování mechanického výkonu.

1. Letecký a kosmický průmysl: V převodovém systému motoru určitého modelu letadla byla vyrobena řada složitě tvarovaných ozubených kol pomocí technologie lití do ztraceného vosku z titanové slitiny. Tato ozubená kola se vyznačují vysokou přesností, vysokou pevností a nízkou hmotností a splňují požadavky na vysoký-výkon leteckých motorů na součásti. Prostřednictvím lití do ztraceného vosku bylo dosaženo integrovaného lisování ozubených kol, snížení počtu dílů a spojovacích dílů a zlepšení spolehlivosti a účinnosti celého převodového systému.

2. V oblasti automobilového průmyslu: Jistý výrobce automobilů použil v převodovkách svých vysoce-výkonných vozidel ozubená kola bez vosku z titanové slitiny. Tato ozubená kola mají dobrou odolnost proti opotřebení a únavě a dokážou odolat vysokému točivému momentu a-rychlostním pracovním podmínkám. Ve srovnání s tradičními ocelovými ozubenými koly snížila ozubená kola z titanové slitiny svou hmotnost asi o 30 %, čímž se zlepšila spotřeba paliva a zrychlení automobilů.

1. Optimalizace procesu a inovace: Průběžně optimalizujte proces odlévání voskem z titanové slitiny s cílem zlepšit kvalitu a efektivitu výroby odlitků. Například výzkum nových typů voskových a skořápkových materiálů, zlepšování technik tavení a odlévání a vývoj pokročilejších procesů následného zpracování. Současně prozkoumejte nové procesy odlévání voskem, jako je kombinace rychlého prototypování a odlévání voskem, abyste dosáhli rychlé výroby ozubených kol.

2. Inteligence a automatizace: Zavádění pokročilých technologií, jako je umělá inteligence a robotika, k dosažení inteligence a automatizace v procesu odlévání voskem z titanových slitin. Automatizované zařízení se používá k dokončení procesu výroby voskových forem, výroby skořepin, tavení a lití, což snižuje ruční zásahy a zlepšuje stabilitu a konzistenci výroby. Využití technologie umělé inteligence pro-monitorování v reálném čase a optimalizaci parametrů procesu může zlepšit kvalitu a výtěžnost odlitků.

3. Integrace s dalšími technologiemi: Kombinace technologie voskového odlévání z titanové slitiny ozubených kol s aditivní výrobou, kompozitními materiály a dalšími technologiemi pro vývoj ozubených produktů s vynikajícím výkonem. Například použití technologie aditivní výroby k přípravě povlaků odolných proti opotřebení- na povrchu ozubených kol z titanové slitiny nebo kombinace titanové slitiny s kompozitními materiály k výrobě kompozitních ozubených kol, která kombinují vysokou pevnost a nízkou hmotnost.

4. Zelené a šetrné k životnímu prostředí: V procesu odlévání vosku z titanové slitiny je třeba věnovat pozornost ochraně životního prostředí a zachování zdrojů. Přijímání ekologicky šetrných voskových materiálů, povlaků a tavicích procesů ke snížení produkce odpadu a spotřeby energie. Zároveň je odpad vzniklý během procesu odlévání recyklován a znovu využíván k dosažení udržitelného rozvoje.