Alumiinin sijoitusvalu (tunnetaan myös kadonneen vahavaluna) tuottaa lähes verkon muotoisia komponentteja, joilla on poikkeuksellinen pintakäsittely, mittatarkkuus ja mekaaninen eheys – mikä tekee siitä suositun prosessin ilmailu- ja avaruusteollisuuden kiinnikkeissä, lääketieteellisissä koteloissa ja korkean suorituskyvyn autonosissa. Oikein suunniteltujen alumiinivalujen toleranssit ovat ±0,13 mm/mm ja pinnan karheus on niinkin alhainen kuin 63–125 µin Ra, mikä usein poistaa toissijaisen koneistuksen tarpeen.
Toisin kuin hiekka- tai painevalussa, sijoitusvalussa käytetään keraamista kuorta, joka on rakennettu vahakuvion ympärille, mikä mahdollistaa monimutkaiset geometriat, ohuet seinät (jopa 0,060 tuumaa / 1,5 mm) ja hienoja yksityiskohtia, kuten kirjaimia tai sisäisiä käytäviä. Prosessi soveltuu ihanteellisesti pienten ja keskisuurten volyymien tuotantoon, jossa tarkkuus on suurempi kuin työkalukustannusongelmat.
Vaiheittainen sijoitusprosessi
Prosessi alkaa ruiskuttamalla sulaa vahaa alumiinisuuttimeen lopullisen osan kanssa identtisen kuvion muodostamiseksi. Useita kuvioita kootaan sitten keskivahaputkeen "puun" luomiseksi. Tämä kokoonpano upotetaan toistuvasti piidioksidipohjaiseen lietteeseen ja päällystetään hienolla stukkolla, jolloin muodostuu keraaminen kuori 6–12 kerroksessa.
Kuivuttuaan kuoresta poistetaan vaha autoklaavissa (tyypillisesti 180–200 °C), jolloin jäljelle jää onkalo. Sen jälkeen kuori poltetaan 870–1000 °C:ssa vahajäämien poistamiseksi ja keramiikan vahvistamiseksi. Sula alumiini – yleensä seokset, kuten A356, A360 tai 380 – kaadetaan kuumaan kuoreen painovoiman tai tyhjiön vaikutuksesta. Kiinteytymisen jälkeen kuori poistetaan vesipuhalluksella tai mekaanisella tärinällä ja yksittäiset valukappaleet leikataan kanavasta.
Yleiset alumiiniseokset ja niiden ominaisuudet
Kaikki alumiiniseokset eivät sovellu sijoitusvaluon. Yleisimmin käytetyt tarjoavat erinomaisen juoksevuuden, kuumarepäisynkestävyyden ja valun jälkeisen lämpökäsittelyn:
| Seos | Pii (%) | Vetolujuus (ksi) | Ensisijainen käyttö |
|---|---|---|---|
| A356.0 | 7.0 | 30–35 (valittuina) 40–45 (T6) | Ilmailu, lääketiede |
| A360.0 | 9.0 | 30–33 (valittuina) | Korroosionkestävät kotelot |
| 380.0 | 8.5 | 44–48 (valittuina) | Erittäin lujat rakenneosat |
A356-T6 on alan standardi kriittisille sovelluksille erinomaisen lämpökäsittelyvasteen ja väsymiskestävyyden ansiosta.
Suunnitteluedut muihin valumenetelmiin verrattuna
Investointivalu on erinomaista silloin, kun monimutkaisuus kohtaa suorituskyvyn. Painevaluon verrattuna se välttää korkeat työkalukustannukset (10 000 dollaria - 50 000 dollaria vs. 50 000 dollaria - 500 000 dollaria muotit) ja mahdollistaa monimutkaisemmat sisäiset ominaisuudet ilman vetokulmia. Hiekkavaluon verrattuna se tarjoaa erinomaisen pinnanlaadun ja tiukemmat toleranssit – vähentää koneistusta jopa 70 %.
- Ei erottuvia juovia tai salamaa, mikä mahdollistaa saumattoman estetiikan
- Hienojen yksityiskohtien erinomainen kopio (esim. 0,010 kaiverruksissa)
- Yhteensopiva HIP:n (Hot Isostatic Pressing) kanssa sisäisen huokoisuuden poistamiseksi
Rajoitukset ja kustannusnäkökohdat
Tarkkuudestaan huolimatta alumiinin sijoitusvalu on rajoituksia. Toimitusajat ovat pidemmät (4–8 viikkoa) monivaiheisen kuoren rakentamisen vuoksi. Osan koko on yleensä rajoitettu 30–40 paunaan (14–18 kg), vaikka jotkut valimot käsittelevät jopa 100 paunaa. Prosessi kamppailee myös erittäin suurten ajomäärien kanssa (>50 000 yksikköä/vuosi), jolloin painevalusta tulee taloudellisempaa.
Osan hinta vaihtelee 15–200 dollarin välillä, ja siihen vaikuttavat voimakkaasti paino, monimutkaisuus ja jälkikäsittely. kuitenkin Kun otetaan huomioon koko elinkaarikustannukset – mukaan lukien koneistus, kokoonpano ja romu – investointivalu osoittautuu usein taloudellisemmaksi monimutkaisille, pienivoluisille osille.
Kriittiset laadunvalvonta- ja testausprotokollat
Hyvämaineiset valimot suorittavat tiukan tarkastuksen jokaisessa vaiheessa: vahakuvion metrologiaa, kuoren paksuuden tarkastusta, seosten spektrografista analyysiä ja lopullisen valun CMM-tarkistuksia. Rikkomaton testaus (NDT) on vakiona turvallisuuden kannalta kriittisille osille:
- Röntgen- tai CT-skannaus sisäisen huokoisuuden selvittämiseksi (ASTM E1742:n mukaan)
- Väriaineen tunkeutumistarkastus (ASTM E165) pintahalkeamien varalta
- Todistajanäytteiden mekaaninen vetolujuus- ja venymätestaus
Ilmailu- ja avaruusvalut vaativat usein Nadcap-akkreditoinnin ja täyden jäljitettävyyden sulateerästä valmiisiin kappaleisiin.
Tosimaailman sovelluksia eri toimialoilla
Alumiinin investointivalut ovat kaikkialla arvokkailla aloilla. Ilmailualalla ne muodostavat polttoaineen jakoputkia, toimilaitteiden koteloita ja drone-runkoja – joissa painonsäästö ja luotettavuus ovat kiistattomia. Lääketeollisuus käyttää niitä MRI-komponentteihin ja kirurgisten instrumenttien kahvoihin, jotka edellyttävät sterilointia. Puolustussovelluksia ovat kohdistusjärjestelmän kiinnikkeet ja UAV-osat, joiden on kestettävä äärimmäistä tärinää.
Merkittävä esimerkki: johtava sähköajoneuvojen valmistaja siirtyi koneistetusta aihiosta A356-investointivaluihin moottoreiden päätykappaleissa, mikä pienensi osan painoa 35 % ja kustannuksia 22 % säilyttäen samalla jäykkyyden.
Tulevaisuuden trendit ja kestävät innovaatiot
Toimiala etenee kohti suurempaa kestävyyttä ja automaatiota. Vesipohjaiset lietteet korvaavat etyylisilikaattia VOC-päästöjen vähentämiseksi. Robottivahakuviokokoonpano ja 3D-painetut keraamiset ytimet mahdollistavat nopeamman prototyyppien valmistuksen ja mukautuvat jäähdytyskanavat. Jotkut valimot käyttävät nykyään kierrätettyä alumiinia, jonka pitoisuus ylittää 80 % mekaanisista ominaisuuksista tinkimättä.
Kun lisäainevalmistus hybridisoituu perinteisen sijoitusvalun kanssa – käyttämällä 3D-tulostettuja vaha- tai polymeerikuvioita – prosessista on tulossa nopeampi, vihreämpi ja geometrisen vapauden mahdollistava. Insinööreille, jotka haluavat alumiinikomponenttien tarkkuutta, eheyttä ja suunnittelun joustavuutta, sijoitusvalu on vertaansa vailla.
