Turnarea cu investiții din aluminiu (cunoscută și sub denumirea de turnare cu ceară pierdută) produce componente de formă aproape netă, cu finisare excepțională a suprafeței, precizie dimensională și integritate mecanică - făcându-l procesul de bază pentru suporturi aerospațiale, carcase medicale și piese auto de înaltă performanță. Atunci când sunt proiectate corect, piesele turnate din aluminiu obțin toleranțe de ±0,005 in/in (±0,13 mm/mm) și rugozitatea suprafeței de până la 63–125 µin Ra - eliminând adesea nevoia de prelucrare secundară.
Spre deosebire de turnarea cu nisip sau sub presiune, turnarea prin investiție folosește o carcasă ceramică construită în jurul unui model de ceară, care permite geometrii complicate, pereți subțiri (de până la 0,060 inchi / 1,5 mm) și detalii fine, cum ar fi litere sau pasaje interne. Procesul este ideal pentru producția de volum mic până la mediu, unde precizia depășește preocupările legate de costul sculelor.
Procesul de turnare a investițiilor pas cu pas
Procesul începe cu injectarea de ceară topită într-o matriță de aluminiu pentru a forma un model identic cu piesa finală. Mai multe modele sunt apoi asamblate pe un sprue central de ceară pentru a crea un „copac”. Acest ansamblu este scufundat în mod repetat într-o suspensie pe bază de silice și acoperit cu stuc fin, formând o înveliș ceramică pe 6-12 straturi.
Odată uscată, coaja este deparafinată într-o autoclavă (de obicei la 180-200°C), lăsând o cavitate. Învelișul este apoi ars la 870–1000°C pentru a îndepărta ceara reziduală și pentru a întări ceramica. Aluminiul topit - de obicei aliaje precum A356, A360 sau 380 - este turnat în carcasa fierbinte prin gravitație sau vid. După solidificare, carcasa este îndepărtată prin sablare cu apă sau prin vibrații mecanice, iar piesele turnate individuale sunt tăiate din spruce.
Aliaje comune de aluminiu și proprietățile lor
Nu toate aliajele de aluminiu sunt potrivite pentru turnarea cu investiții. Cele mai utilizate pe scară largă oferă fluiditate excelentă, rezistență la rupere la cald și tratabilitate termică post turnare:
| Aliaj | Siliciu (%) | Rezistența la tracțiune (ksi) | Utilizare primară |
|---|---|---|---|
| A356.0 | 7.0 | 30–35 (ca distribuție) 40–45 (T6) | Aerospațial, medical |
| A360.0 | 9.0 | 30–33 (ca distribuție) | Carcase rezistente la coroziune |
| 380.0 | 8.5 | 44–48 (ca distribuție) | Piese structurale de înaltă rezistență |
A356-T6 este standardul industrial pentru aplicații critice datorită răspunsului său excelent la tratamentul termic și rezistenței la oboseală.
Avantaje de proiectare față de alte metode de turnare
Castingul pentru investiții excelează acolo unde complexitatea se întâlnește cu performanța. În comparație cu turnarea sub presiune, evită costurile mari de scule (10.000 – 50.000 USD față de 50.000 – 500.000 USD pentru matrițe) și permite caracteristici interne mai complexe, fără unghiuri de deschidere. Față de turnarea cu nisip, oferă un finisaj superior al suprafeței și toleranțe mai strânse — reducând prelucrarea cu până la 70%.
- Fără linii de separare sau flash, permițând o estetică perfectă
- Replicare excelentă a detaliilor fine (de exemplu, 0,010 în gravuri)
- Compatibil cu HIP (Presare izostatică la cald) pentru a elimina porozitatea internă
Limitări și considerații de cost
În ciuda preciziei sale, turnare de aluminiu are constrângeri. Perioadele de livrare sunt mai lungi (4–8 săptămâni) datorită construcției învelișului în mai multe etape. Dimensiunea piesei este de obicei limitată la 30–40 lbs (14–18 kg), deși unele turnătorii manipulează până la 100 lbs. Procesul se confruntă, de asemenea, cu operațiuni de volum foarte mare (>50.000 de unități/an), în care turnarea sub presiune devine mai economică.
Costul pe piesă variază de la 15 USD la 200 USD, puternic influențat de greutate, complexitate și post-procesare. Cu toate acestea, când se ia în considerare costul total al ciclului de viață - inclusiv prelucrarea, asamblarea și deșeurile -, turnarea cu investiții se dovedește adesea mai economică pentru piesele complexe, cu volum redus.
Controlul critic al calității și protocoale de testare
Turnatorii de renume implementează inspecții riguroase în fiecare etapă: metrologia modelului de ceară, verificarea grosimii carcasei, analiza spectrografică a aliajelor și verificările CMM ale turnării finale. Testarea nedistructivă (NDT) este standard pentru piesele critice pentru siguranță:
- Scanare cu raze X sau CT pentru porozitate internă (conform ASTM E1742)
- Inspecție cu penetrant colorant (ASTM E165) pentru fisuri de suprafață
- Încercarea mecanică a probelor martor pentru tracțiune și alungire
Turnările aerospațiale necesită adesea acreditarea Nadcap și trasabilitatea completă de la lotul de topire până la piesa finită.
Aplicații din lumea reală în diverse industrii
Piesele turnate din aluminiu sunt omniprezente în sectoarele cu valoare ridicată. În domeniul aerospațial, ele formează galerii de combustibil, carcase de acţionare și cadre de drone - unde reducerea greutății și fiabilitatea nu sunt negociabile. Industria medicală le folosește pentru componentele RMN și mânerele instrumentelor chirurgicale care necesită compatibilitate cu sterilizarea. Aplicațiile de apărare includ suporturi ale sistemului de țintire și părți UAV care trebuie să reziste la vibrații extreme.
Un exemplu notabil: un producător de top de vehicule electrice a trecut de la țagle prelucrate la piese turnate de investiții A356 pentru capacele motorului, reducând greutatea piesei cu 35% și costul cu 22%, menținând în același timp rigiditatea.
Tendințe viitoare și inovații durabile
Industria avansează către o mai mare durabilitate și automatizare. Suspensiile pe bază de apă înlocuiesc silicatul de etil pentru a reduce emisiile de COV. Ansamblul robotizat al modelului de ceară și miezurile ceramice imprimate 3D permit o prototipare mai rapidă și canale de răcire conforme. Unele turnătorii folosesc acum un conținut de aluminiu reciclat care depășește 80% fără a compromite proprietățile mecanice.
Pe măsură ce fabricarea aditivă se hibridizează cu turnarea tradițională de investiții - folosind modele de ceară sau polimer imprimate 3D - procesul devine mai rapid, mai ecologic și chiar mai capabil de libertate geometrică. Pentru inginerii care caută precizie, integritate și flexibilitate de proiectare în componentele din aluminiu, turnarea de investiții rămâne de neegalat.
