Aluminijsko livenje za uložak (poznato i kao livenje po izgubljenom vosku) proizvodi komponente gotovo neto oblika s izuzetnom završnom obradom površine, preciznošću dimenzija i mehaničkim integritetom—što ga čini uobičajenim postupkom za zrakoplovne nosače, medicinska kućišta i automobilske dijelove visokih performansi. Kada su pravilno projektirani, aluminijski odljevci za ulaganje postižu tolerancije od ±0,005 in/in (±0,13 mm/mm) i površinsku hrapavost čak 63–125 µin Ra—često eliminirajući potrebu za sekundarnom strojnom obradom.
Za razliku od pijeska ili tlačnog lijevanja, livenje po ulošku koristi keramičku ljusku izgrađenu oko voštanog uzorka, što omogućuje zamršene geometrije, tanke stijenke (samo 0,060 in / 1,5 mm) i fine detalje poput slova ili unutarnjih prolaza. Proces je idealan za malu do srednju proizvodnju gdje preciznost nadmašuje zabrinutost oko troškova alata.
Korak po korak proces lijevanja u kalupu
Proces počinje ubrizgavanjem rastaljenog voska u aluminijsku matricu kako bi se formirao uzorak identičan konačnom dijelu. Višestruki uzorci se zatim sastavljaju na središnji voštani kanal kako bi se stvorilo "stablo". Ovaj sklop se opetovano uranja u kašu na bazi silicijevog dioksida i oblaže finom štukaturom, gradeći keramičku ljusku preko 6-12 slojeva.
Nakon što se osuši, ljuska se deparafinizira u autoklavu (obično na 180–200°C), ostavljajući šupljinu. Školjka se zatim peče na 870–1000°C kako bi se uklonio ostatak voska i ojačala keramika. Rastaljeni aluminij - obično legure poput A356, A360 ili 380 - ulijeva se u vruću ljusku pod djelovanjem gravitacije ili vakuuma. Nakon skrućivanja, ljuska se uklanja vodenim mlazom ili mehaničkim vibracijama, a pojedinačni odljevci se izrezuju iz cijevi.
Uobičajene aluminijske legure i njihova svojstva
Nisu sve aluminijske legure prikladne za livenje u kalupe. Najčešće korišteni nude izvrsnu fluidnost, otpornost na vruće trganje i mogućnost toplinske obrade nakon lijevanja:
| Legura | Silicij (%) | Vlačna čvrstoća (ksi) | Primarna upotreba |
|---|---|---|---|
| A356.0 | 7.0 | 30–35 (kao lijevano) 40–45 (T6) | Zrakoplovstvo, medicina |
| A360.0 | 9.0 | 30–33 (kao lijevano) | Kućišta otporna na koroziju |
| 380.0 | 8.5 | 44–48 (kao lijevano) | Strukturalni dijelovi visoke čvrstoće |
A356-T6 je industrijski standard za kritične aplikacije zbog izvrsnog odgovora na toplinsku obradu i otpornosti na zamor.
Prednosti dizajna u odnosu na druge metode lijevanja
Lijev za ulaganje ističe se tamo gdje složenost susreće performanse. U usporedbi s tlačnim lijevanjem, izbjegava visoke troškove alata (10.000 – 50.000 USD naspram 50.000 – 500.000 USD za kalupe) i omogućuje zamršenije unutarnje značajke bez nagibnih kutova. U usporedbi s lijevanjem u pijesak, pruža vrhunsku završnu obradu površine i uže tolerancije—smanjujući strojnu obradu do 70%.
- Bez linija razdvajanja ili bljeska, što omogućuje besprijekornu estetiku
- Izvrsna replikacija finih detalja (npr. 0,010 u gravurama)
- Kompatibilan s HIP (vruće izostatičko prešanje) za uklanjanje unutarnje poroznosti
Ograničenja i razmatranje troškova
Unatoč svojoj preciznosti, aluminijski liveni liveni ima ograničenja. Vrijeme isporuke je dulje (4–8 tjedana) zbog izgradnje ljuske u više koraka. Veličina dijela obično je ograničena na 30-40 lbs (14-18 kg), iako neke ljevaonice rade i do 100 lbs. Proces se također bori s vrlo velikim serijama (>50.000 jedinica godišnje), gdje lijevanje pod pritiskom postaje ekonomičnije.
Trošak po dijelu kreće se od 15 do 200 USD, na što uvelike utječu težina, složenost i naknadna obrada. međutim, kada se uzmu u obzir ukupni troškovi životnog ciklusa—uključujući strojnu obradu, montažu i otpad—lijevanje po ulošku često se pokazuje ekonomičnijim za složene dijelove male količine.
Kritična kontrola kvalitete i protokoli ispitivanja
Ugledne ljevaonice provode rigoroznu inspekciju u svakoj fazi: mjeriteljstvo voštanog uzorka, provjera debljine ljuske, spektrografska analiza legure i CMM provjere konačnog lijevanja. Ispitivanje bez razaranja (NDT) standardno je za sigurnosno kritične dijelove:
- Rendgensko ili CT skeniranje unutarnje poroznosti (prema ASTM E1742)
- Ispitivanje penetrantom boje (ASTM E165) za površinske pukotine
- Mehanička ispitivanja ispitnih uzoraka na vlačnost i istezanje
Zrakoplovni odljevci često zahtijevaju Nadcap akreditaciju i potpunu sljedivost od serije taline do gotovog dijela.
Primjene u stvarnom svijetu u raznim industrijama
Aluminijski odljevci za uložak su sveprisutni u sektorima visoke vrijednosti. U zrakoplovstvu, oni tvore razvodnike goriva, kućišta pokretača i okvire dronova—gdje se o uštedi težine i pouzdanosti ne može pregovarati. Medicinska industrija ih koristi za MRI komponente i ručke kirurških instrumenata koji zahtijevaju kompatibilnost sa sterilizacijom. Obrambene primjene uključuju nosače sustava za ciljanje i dijelove UAV-a koji moraju izdržati ekstremne vibracije.
Značajan primjer: vodeći proizvođač električnih vozila prebacio se sa strojno obrađene gredice na A356 uložne odljevke za završne kape motora, smanjujući težinu dijela za 35% i cijenu za 22% uz zadržavanje krutosti.
Budući trendovi i održive inovacije
Industrija napreduje prema većoj održivosti i automatizaciji. Muljke na bazi vode zamjenjuju etil silikat kako bi se smanjile emisije VOC. Robotska montaža voštanog uzorka i 3D ispisane keramičke jezgre omogućuju bržu izradu prototipova i konformne kanale za hlađenje. Neke ljevaonice sada koriste reciklirani aluminijski sadržaj koji prelazi 80% bez ugrožavanja mehaničkih svojstava.
Kako se aditivna proizvodnja hibridizira s tradicionalnim lijevanjem po livenju pomoću 3D printanih voštanih ili polimernih uzoraka, proces postaje brži, ekološki prihvatljiviji i još sposobniji za geometrijsku slobodu. Za inženjere koji traže preciznost, cjelovitost i fleksibilnost dizajna u aluminijskim komponentama, livenje u kalupu ostaje bez premca.
