Fundição por perda de cera em liga de titânio de engrenagem

As engrenagens, como componente básico indispensável na transmissão mecânica, são amplamente utilizadas em diversos campos, como automóveis, aeroespacial, máquinas-ferramentas, robôs, etc. Nos motores e transmissões de automóveis, as engrenagens são utilizadas para transmitir potência e alterar velocidade, garantindo o funcionamento normal do veículo; No campo aeroespacial, a alta precisão e confiabilidade das engrenagens são cruciais para o sistema de controle e potência das aeronaves.

A liga de titânio possui excelentes características como baixa densidade, alta resistência, boa resistência à corrosão e boa biocompatibilidade. Sua densidade é cerca de metade da do aço, mas pode atingir resistência equivalente à do aço de alta-resistência, o que permite que engrenagens feitas de liga de titânio reduzam o peso e ao mesmo tempo garantam capacidade de carga-suficiente. Em algumas aplicações com requisitos rigorosos de peso, como motores de aviação e naves espaciais, as engrenagens de liga de titânio podem reduzir significativamente o peso total e melhorar a eficiência energética. Além disso, a excelente resistência à corrosão das ligas de titânio permite-lhes manter um desempenho estável em ambientes de trabalho adversos, como indústrias marítimas e químicas, reduzindo o problema de falha de componentes causada pela corrosão.

A fundição por cera perdida, também conhecida como fundição por cera perdida, é um método de fundição de precisão. O princípio é primeiro usar cera para criar um molde de cera com o mesmo formato da engrenagem desejada e, em seguida, aplicar várias camadas de material refratário na superfície do molde de cera para formar uma concha completa. Em seguida, aqueça a casca para derreter o molde de cera e deixe-o escorrer, formando uma cavidade dentro da casca que corresponde ao formato da engrenagem. Finalmente, despeje o líquido da liga de titânio derretido na cavidade da carcaça do molde e, após esfriar e solidificar, esmague a carcaça do molde para obter a fundição de engrenagem desejada. A fundição por cera perdida tem as vantagens de alta precisão, alta qualidade de superfície e capacidade de fabricar peças de formatos complexos. Ele pode replicar com precisão os detalhes dos moldes de cera, produzindo engrenagens com alta precisão dimensional e boa lisura superficial, reduzindo a carga de trabalho do processamento subsequente. Ao mesmo tempo, para algumas engrenagens com estruturas internas complexas e formatos de dentes irregulares, a fundição por cera perdida pode ser formada de uma só vez, evitando as dificuldades que os métodos tradicionais de processamento são difíceis de alcançar.

1. Projeto e fabricação do molde: com base nos desenhos do projeto da engrenagem, use um software de-projeto auxiliado por computador (CAD) para realizar a modelagem 3D do molde. No processo de projeto, fatores como precisão do tamanho da engrenagem, rugosidade da superfície e taxa de encolhimento precisam ser considerados para garantir a qualidade da peça fundida final. Em seguida, tecnologias avançadas de fabricação, como usinagem CNC e usinagem por descarga elétrica, são usadas para processar o molde. O material do molde é geralmente selecionado entre liga de alumínio, aço, etc. para garantir que tenha resistência e resistência ao desgaste suficientes.

2. Seleção e tratamento de materiais de cera: Escolha materiais de cera adequados para fundição por perda de cera, os comumente usados ​​incluem cera de parafina, ácido esteárico, etc. Antes do uso, o material ceroso deve ser derretido, filtrado e desgaseificado para remover impurezas e gases, garantindo a pureza e fluidez do material ceroso.

3. Moldagem de cera: Aqueça o material de cera processado a uma temperatura apropriada para proporcionar boa fluidez. Então, por injeção, compressão e outros métodos, o material de cera é injetado no molde para preencher a cavidade do molde. Depois que o material de cera esfriar e solidificar, abra o molde e remova o molde de cera. Para garantir a precisão dimensional e a qualidade da superfície do molde de cera, é necessário controlar os parâmetros do processo, como pressão de injeção, temperatura e taxa de resfriamento do material de cera.

4. Combinação de padrões de cera: Para algumas situações que exigem que vários padrões de cera sejam combinados em um todo, como conjuntos de engrenagens, os padrões de cera individuais precisam ser combinados por meio de soldagem, colagem e outros métodos. No processo de montagem, é necessário garantir a posição relativa precisa e a conexão firme entre os moldes de cera para evitar o problema de deslocamento ou separação do molde de cera no subsequente processo de fabricação e vazamento da casca.

1. Preparação do revestimento: Os revestimentos de casca são geralmente compostos de materiais refratários, ligantes, aditivos, etc. Os materiais refratários comuns incluem areia de sílica, areia de zircônio, etc., e os ligantes incluem sol de sílica, vidro de água, etc. Durante o processo de preparação, é necessário controlar rigorosamente a proporção dos diversos componentes e os indicadores de desempenho como viscosidade e densidade do revestimento para garantir o efeito do revestimento e a qualidade da casca.

2. Revestimento e lixamento: Mergulhe o molde de cera no revestimento para revestir uniformemente a superfície do molde de cera. Em seguida, a areia refratária é borrifada uniformemente na superfície do molde de cera revestido com tinta por meio de uma lixadeira, para que as partículas de areia adiram firmemente à tinta. O número de revestimento e lixamento é geralmente de múltiplas camadas, geralmente exigindo de 3 a 7 camadas. Os parâmetros do processo para revestir e lixar cada camada podem variar para formar uma casca com resistência e respirabilidade suficientes.

3. Secagem e endurecimento: Após o revestimento e lixamento, a casca precisa ser seca e endurecida para melhorar sua resistência e estabilidade. O processo de secagem geralmente é realizado em uma sala de secagem, onde a umidade da casca é evaporada gradativamente, controlando a temperatura de secagem, a umidade e as condições de ventilação. O tratamento de endurecimento é o processo de utilização de métodos químicos ou de aquecimento para causar uma reação química no aglutinante, unindo materiais refratários para formar uma casca resistente.

4. Desparafinação: Coloque a casca seca e endurecida no equipamento de desparafinação e aqueça-a para derreter o molde de cera e fluir para fora da casca. Os métodos de desparafinação incluem desparafinação com água quente, desparafinação a vapor, desparafinação por microondas, etc. Durante o processo de desparafinação, é necessário controlar a temperatura e o tempo de aquecimento para garantir que o molde de cera esteja completamente derretido e descarregado da casca, evitando que a casca se quebre devido à temperatura excessiva.

1. Fusão de liga de titânio: Métodos avançados de fusão, como fusão por indução a vácuo (VIM) e fusão por arco consumível a vácuo (VAR), são usados ​​para derreter matérias-primas de liga de titânio. Durante o processo de fusão, é necessário controlar rigorosamente os parâmetros do processo, como temperatura de fusão, tempo e grau de vácuo, para garantir a uniformidade e pureza da composição química das ligas de titânio. Ao mesmo tempo, devem ser tomadas medidas para evitar reações químicas entre as ligas de titânio e o ambiente circundante durante o processo de fusão e para evitar defeitos como impurezas e poros.

2. Projeto do sistema de vazamento: Projete um sistema de vazamento razoável com base na forma, tamanho e peso das engrenagens. O sistema de vazamento inclui portões, risers, corredores, etc. Sua função é introduzir de maneira suave e rápida o líquido da liga de titânio derretido na cavidade da carcaça, garantindo ao mesmo tempo o enchimento e a exaustão da peça fundida. Ao projetar um sistema de vazamento, é necessário considerar fatores como as características de fluidez e solidificação das ligas de titânio para evitar defeitos como vazamento insuficiente, isolamento a frio e encolhimento.

3. Controle do processo de vazamento: Antes de despejar, o invólucro deve ser pré-aquecido a uma temperatura apropriada para reduzir a diferença de temperatura entre o líquido da liga de titânio e o invólucro e evitar defeitos causados ​​pelo resfriamento rápido do líquido da liga de titânio durante o processo de vazamento. Em seguida, o líquido da liga de titânio derretido é derramado na cavidade da carcaça através do sistema de vazamento. Durante o processo de vazamento, é necessário controlar parâmetros como velocidade e temperatura de vazamento para garantir que o líquido da liga de titânio preencha a casca e a cavidade, evitando problemas como respingos e oxidação.

1. Limpeza e corte da casca: Depois que a peça esfria e solidifica, limpeza por vibração, limpeza com jato de areia e outros métodos são usados ​​para remover a casca. Em seguida, utilize equipamento de corte para cortar as peças fundidas do sistema de vazamento, obtendo peças fundidas de engrenagens individuais.

2. Tratamento térmico: O tratamento térmico é aplicado às peças fundidas de engrenagens para melhorar sua microestrutura e propriedades. Os processos de tratamento térmico comumente usados ​​incluem recozimento, têmpera, revenido, etc. Através do tratamento térmico, a resistência, dureza, tenacidade e outras propriedades das engrenagens podem ser melhoradas para atender às necessidades de diferentes cenários de aplicação.

3. Processamento mecânico e tratamento de superfície: De acordo com os requisitos de projeto das engrenagens, o processamento mecânico, como torneamento, fresamento, retificação, etc., é realizado nas peças fundidas para atingir a precisão dimensional e rugosidade superficial exigidas. Em seguida, o tratamento de superfície, como nitretação, niquelagem, pintura, etc., é realizado nas engrenagens para melhorar sua resistência ao desgaste, à corrosão e à fadiga.

1. Inspeção de matérias-primas de liga de titânio: Inspecione rigorosamente as matérias-primas de liga de titânio adquiridas, incluindo análise de composição química, testes de propriedades mecânicas, análise de estrutura metalográfica, etc.

2. Inspeção de cera e materiais de casca: Realize inspeção de qualidade em cera e materiais de casca para verificar sua pureza, tamanho de partícula, viscosidade e outros indicadores de desempenho. A pureza e a fluidez da cera afetam diretamente a qualidade dos moldes de cera, enquanto o tamanho das partículas e o desempenho de ligação do material da casca têm um impacto significativo na resistência e na respirabilidade da casca.

1. Controle de temperatura: A temperatura deve ser estritamente controlada em vários processos, como fabricação de moldes de cera, fabricação de cascas, fusão e vazamento. Por exemplo, a temperatura durante a injeção do molde de cera, a temperatura durante a secagem e endurecimento da casca e a temperatura durante a fusão e vazamento da liga de titânio. A flutuação da temperatura pode afetar a qualidade de formação dos moldes de cera, a resistência da casca e o processo de solidificação das ligas de titânio, levando a defeitos nas peças fundidas.

2. Controle de tempo: controle com precisão o tempo de cada etapa do processo. Como o tempo de resfriamento dos moldes de cera, o tempo de secagem das cascas, o tempo de desparafinação, o tempo de fusão, o tempo de vazamento, etc. O tempo excessivo ou insuficiente pode ter efeitos adversos na qualidade das peças fundidas.

3. Controle de pressão: É necessário controlar a pressão durante a injeção de cera, revestimento e outros processos. A pressão adequada pode garantir que a cera e o revestimento sejam preenchidos uniformemente na cavidade do molde e cubram a superfície do molde de cera, evitando problemas como falta de material e bolhas.

1. Teste de precisão dimensional: Use ferramentas de medição, como instrumentos de medição de coordenadas, paquímetros, micrômetros, etc., para medir com precisão as dimensões das peças fundidas de engrenagens. Verifique se o diâmetro externo, o diâmetro interno, a espessura do dente, a largura do dente e outras dimensões da engrenagem atendem aos requisitos do projeto, e o desvio dimensional deve ser controlado dentro da faixa de tolerância permitida.

2. Inspeção da qualidade da superfície: Inspeção visual, observação do microscópio metalográfico, medição da rugosidade da superfície e outros métodos são usados ​​para verificar a qualidade da superfície das peças fundidas de engrenagens. Verifique se há rachaduras, poros, buracos de areia, inclusões de escória e outros defeitos na superfície da peça fundida e se a rugosidade da superfície atende aos requisitos do projeto.

3. Inspeção de qualidade interna: use métodos de testes não{1}}destrutivos, como testes ultrassônicos (UT), testes radiográficos (RT), testes de partículas magnéticas (MT), etc., para inspecionar a qualidade interna das peças fundidas de engrenagens. Esses métodos podem detectar se há trincas, poros, folgas e outros defeitos no interior da peça fundida, garantindo que a qualidade interna da peça fundida atenda aos padrões.

4. Teste de desempenho mecânico: Realize testes de desempenho mecânico em peças fundidas de engrenagens, como testes de tração, testes de dureza, testes de impacto, etc. Avalie se a resistência, dureza, tenacidade e outros indicadores de desempenho da engrenagem atendem aos requisitos de uso por meio de testes de desempenho mecânico.

1. Campo aeroespacial: No sistema de transmissão do motor de um determinado modelo de aeronave, uma série de engrenagens de formatos complexos foram fabricadas usando tecnologia de fundição por cera perdida de liga de titânio. Essas engrenagens têm características de alta precisão, alta resistência e leveza, atendendo aos altos-requisitos de desempenho de motores de aeronaves para componentes. Através da fundição por cera perdida, foi alcançada a moldagem integrada das engrenagens, reduzindo o número de peças e peças de conexão e melhorando a confiabilidade e eficiência de todo o sistema de transmissão.

2. No campo da indústria automobilística: um determinado fabricante de automóveis aplicou engrenagens fundidas sem cera de liga de titânio na caixa de câmbio de seus veículos de alto-desempenho. Essas engrenagens têm boa resistência ao desgaste e à fadiga e podem suportar alto torque e condições de trabalho de alta{3}}velocidade. Em comparação com as engrenagens de aço tradicionais, as engrenagens de liga de titânio reduziram seu peso em cerca de 30%, melhorando a economia de combustível e o desempenho de aceleração dos automóveis.

1. Otimização e inovação de processos: Otimize continuamente o processo de fundição por perda de cera da liga de titânio de engrenagens para melhorar a qualidade e a eficiência da produção das peças fundidas. Por exemplo, pesquisando novos tipos de cera e materiais de casca, melhorando técnicas de fusão e fundição e desenvolvendo processos de pós{2}}tratamento mais avançados. Ao mesmo tempo, explore novos processos de fundição com perda de cera, como a combinação de prototipagem rápida e fundição com perda de cera, para obter uma fabricação rápida de engrenagens.

2. Inteligência e automação: introdução de tecnologias avançadas, como inteligência artificial e robótica, para obter inteligência e automação no processo de fundição por perda de cera de ligas de titânio para engrenagens. Equipamentos automatizados são usados ​​para completar o processo de fabricação de moldes de cera, fabricação de cascas, fusão e vazamento, reduzindo a intervenção manual e melhorando a estabilidade e consistência da produção. Enquanto isso, a utilização de tecnologia de inteligência artificial para monitoramento-em tempo real e otimização dos parâmetros do processo pode melhorar a qualidade e o rendimento das peças fundidas.

3. Integração com outras tecnologias: Combinação da tecnologia de fundição por perda de cera de liga de titânio para engrenagens com fabricação aditiva, materiais compósitos e outras tecnologias para desenvolver produtos de engrenagens com desempenho superior. Por exemplo, usar tecnologia de fabricação aditiva para preparar revestimentos{2}}resistentes ao desgaste na superfície de engrenagens de liga de titânio ou combinar liga de titânio com materiais compostos para fabricar engrenagens compostas que combinam alta resistência e leveza.

4. Verde e ecologicamente correto: No processo de fundição por perda de cera de liga de titânio para engrenagens, deve-se prestar atenção à proteção ambiental e à conservação de recursos. Adotando materiais de cera, revestimentos e processos de fusão ecologicamente corretos para reduzir a geração de resíduos e o consumo de energia. Ao mesmo tempo, os resíduos gerados durante o processo de fundição são reciclados e reutilizados para alcançar o desenvolvimento sustentável.