Moulage par perte de cire en alliage de titane pour engrenages

Les engrenages, en tant que composant de base indispensable dans la transmission mécanique, sont largement utilisés dans de nombreux domaines tels que l'automobile, l'aérospatiale, les machines-outils, les robots, etc. Dans les moteurs et les transmissions automobiles, les engrenages sont utilisés pour transmettre la puissance et changer de vitesse, assurant ainsi le fonctionnement normal du véhicule ; Dans le domaine aérospatial, la haute précision et la fiabilité des engrenages sont cruciales pour le système de contrôle et de puissance des avions.

L'alliage de titane présente d'excellentes caractéristiques telles qu'une faible densité, une haute résistance, une bonne résistance à la corrosion et une bonne biocompatibilité. Sa densité est environ la moitié de celle de l'acier, mais il peut atteindre une résistance équivalente à celle de l'acier à haute résistance, ce qui permet aux engrenages en alliage de titane de réduire le poids tout en assurant une capacité portante suffisante. Dans certaines applications soumises à des exigences de poids strictes, telles que les moteurs d'aviation et les engins spatiaux, les engrenages en alliage de titane peuvent réduire considérablement le poids global et améliorer l'efficacité énergétique. De plus, l'excellente résistance à la corrosion des alliages de titane leur permet de maintenir des performances stables dans des environnements de travail difficiles tels que les industries maritimes et chimiques, réduisant ainsi le problème de défaillance des composants provoquée par la corrosion.

Le moulage à la cire perdue, également connu sous le nom de moulage de précision, est une méthode de moulage de précision. Le principe est d'utiliser d'abord de la cire pour créer un moule en cire ayant la même forme que l'engrenage souhaité, puis d'appliquer plusieurs couches de matériau réfractaire sur la surface du moule en cire pour former une coque complète. Chauffez ensuite la coque pour faire fondre le moule en cire et laissez-le s'écouler, formant ainsi une cavité à l'intérieur de la coque qui épouse la forme de l'engrenage. Enfin, versez le liquide d'alliage de titane fondu dans la cavité de la coque du moule, et après refroidissement et solidification, écrasez la coque du moule pour obtenir le moulage d'engrenage souhaité. Le moulage à la cire perdue présente les avantages d'une haute précision, d'une qualité de surface élevée et de la capacité de fabriquer des pièces de forme complexe. Il peut reproduire avec précision les détails des moules en cire, produisant des engrenages avec une précision dimensionnelle élevée et une bonne douceur de surface, réduisant ainsi la charge de travail du traitement ultérieur. Dans le même temps, pour certains engrenages présentant des structures internes complexes et des formes de dents irrégulières, la coulée à la cire perdue peut être formée en une seule fois, évitant ainsi les difficultés que les méthodes de traitement traditionnelles sont difficiles à réaliser.

1. Conception et fabrication du moule : sur la base des dessins de conception des engrenages, utilisez un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) pour effectuer une modélisation 3D du moule. Dans le processus de conception, des facteurs tels que la précision de la taille des engrenages, la rugosité de la surface et le taux de retrait doivent être pris en compte pour garantir la qualité de la pièce moulée finale. Ensuite, des technologies de fabrication avancées telles que l’usinage CNC et l’usinage par électroérosion sont utilisées pour traiter le moule. Le matériau du moule est généralement choisi parmi un alliage d'aluminium, de l'acier, etc. pour garantir qu'il présente une résistance et une résistance à l'usure suffisantes.

2. Sélection et traitement des matériaux en cire : Choisissez des matériaux en cire adaptés au moulage par perte de cire, ceux couramment utilisés incluent la cire de paraffine, l'acide stéarique, etc. Avant utilisation, la cire doit être fondue, filtrée et dégazée pour éliminer les impuretés et les gaz, garantissant ainsi la pureté et la fluidité de la cire.

3. Moulage de cire : Chauffer le matériau en cire traité à une température appropriée pour lui donner une bonne fluidité. Ensuite, par injection, compression et autres méthodes, la cire est injectée dans le moule pour remplir la cavité du moule. Une fois la cire refroidie et solidifiée, ouvrez le moule et retirez le moule en cire. Afin de garantir la précision dimensionnelle et la qualité de surface du moule en cire, il est nécessaire de contrôler les paramètres du processus tels que la pression d'injection, la température et la vitesse de refroidissement du matériau en cire.

4. Combinaison de modèles de cire : pour certaines situations nécessitant la combinaison de plusieurs modèles de cire en un tout, comme les jeux d'engrenages, les modèles de cire individuels doivent être combinés entre eux par soudage, collage et autres méthodes. Dans le processus d'assemblage, il est nécessaire d'assurer la position relative précise et la connexion ferme entre les moules en cire pour éviter le problème de déplacement ou de séparation du moule en cire lors du processus ultérieur de fabrication et de coulée de la coque.

1. Préparation du revêtement : Les revêtements de coque sont généralement composés de matériaux réfractaires, de liants, d'additifs, etc. Les matériaux réfractaires courants comprennent le sable de silice, le sable de zirconium, etc., et les liants comprennent le sol de silice, le verre soluble, etc. Pendant le processus de préparation, il est nécessaire de contrôler strictement la proportion des différents composants et les indicateurs de performance tels que la viscosité et la densité du revêtement pour garantir l'effet du revêtement et la qualité de la coque.

2. Revêtement et ponçage : trempez le moule en cire dans le revêtement pour recouvrir uniformément la surface du moule en cire. Ensuite, le sable réfractaire est uniformément saupoudré sur la surface du moule en cire recouverte de peinture à travers un dispositif de ponçage, de sorte que les particules de sable adhèrent fermement à la peinture. Le nombre de revêtements et de ponçages est généralement de plusieurs couches, nécessitant généralement 3 à 7 couches. Les paramètres du processus de revêtement et de ponçage de chaque couche peuvent varier pour former une coque suffisamment résistante et respirante.

3. Séchage et durcissement : Après le revêtement et le ponçage, la coque doit être séchée et durcie pour améliorer sa résistance et sa stabilité. Le processus de séchage est généralement effectué dans une salle de séchage, où l'humidité de la coque s'évapore progressivement en contrôlant la température de séchage, l'humidité et les conditions de ventilation. Le traitement de durcissement est le processus consistant à utiliser des méthodes chimiques ou thermiques pour provoquer une réaction chimique dans le liant, liant les matériaux réfractaires ensemble pour former une coque solide.

4. Décirage : placez la coque séchée et durcie dans l'équipement de décirage et chauffez-la pour faire fondre le moule en cire et l'écouler hors de la coque. Les méthodes de décirage comprennent le décirage à l'eau chaude, le décirage à la vapeur, le décirage aux micro-ondes, etc. Pendant le processus de décirage, il est nécessaire de contrôler la température et le temps de chauffage pour garantir que le moule en cire est complètement fondu et déchargé de la coque, tout en évitant que la coque ne se brise en raison d'une température excessive.

1. Fusion de l'alliage de titane : des méthodes de fusion avancées telles que la fusion par induction sous vide (VIM) et la fusion à l'arc consommable sous vide (VAR) sont utilisées pour faire fondre les matières premières en alliage de titane. Pendant le processus de fusion, il est nécessaire de contrôler strictement les paramètres du processus tels que la température de fusion, le temps et le degré de vide pour garantir l'uniformité et la pureté de la composition chimique des alliages de titane. Dans le même temps, des mesures doivent être prises pour empêcher les réactions chimiques entre les alliages de titane et l'environnement pendant le processus de fusion, et pour éviter les défauts tels que les impuretés et les pores.

2. Conception du système de versement : Concevez un système de versement raisonnable basé sur la forme, la taille et le poids des engrenages. Le système de coulée comprend des portes, des colonnes montantes, des canaux, etc. Sa fonction est d'introduire en douceur et rapidement le liquide d'alliage de titane fondu dans la cavité de la coque, tout en assurant le remplissage et l'échappement de la pièce coulée. Lors de la conception d'un système de coulée, il est nécessaire de prendre en compte des facteurs tels que les caractéristiques de fluidité et de solidification des alliages de titane pour éviter des défauts tels qu'une coulée insuffisante, une isolation au froid et un retrait.

3. Contrôle du processus de coulée : avant de verser, la coque doit être préchauffée à une température appropriée pour réduire la différence de température entre le liquide en alliage de titane et la coque et éviter les défauts causés par le refroidissement rapide du liquide en alliage de titane pendant le processus de coulée. Ensuite, le liquide d’alliage de titane fondu est versé dans la cavité de la coque via le système de coulée. Pendant le processus de coulée, il est nécessaire de contrôler des paramètres tels que la vitesse de coulée et la température de coulée pour garantir que le liquide en alliage de titane remplit la coque et la cavité, tout en évitant des problèmes tels que les éclaboussures et l'oxydation.

1. Nettoyage et découpe de la coque : Une fois la pièce moulée refroidie et solidifiée, un nettoyage par vibration, un nettoyage par sablage et d'autres méthodes sont utilisés pour retirer la coque. Ensuite, utilisez un équipement de coupe pour couper les pièces moulées du système de coulée, obtenant ainsi des pièces moulées individuelles.

2. Traitement thermique : Un traitement thermique est appliqué aux pièces moulées pour engrenages pour améliorer leur microstructure et leurs propriétés. Les processus de traitement thermique couramment utilisés comprennent le recuit, la trempe, le revenu, etc. Grâce au traitement thermique, la résistance, la dureté, la ténacité et d'autres propriétés des engrenages peuvent être améliorées pour répondre aux besoins de différents scénarios d'application.

3. Traitement mécanique et traitement de surface : Selon les exigences de conception des engrenages, un traitement mécanique tel que le tournage, le fraisage, le meulage, etc. est effectué sur les pièces moulées pour obtenir la précision dimensionnelle et la rugosité de surface requises. Ensuite, un traitement de surface tel que nitruration, nickelage, peinture, etc. est effectué sur les engrenages pour améliorer leur résistance à l'usure, à la corrosion et à la fatigue.

1. Inspection des matières premières en alliage de titane : inspectez strictement les matières premières en alliage de titane achetées, y compris l'analyse de la composition chimique, les tests de propriétés mécaniques, l'analyse de la structure métallographique, etc. Assurez-vous que la composition chimique des matières premières en alliage de titane répond aux exigences de conception, que les propriétés mécaniques répondent aux normes d'utilisation et que la structure métallographique est uniforme et cohérente.

2. Inspection des matériaux de cire et de coque : Effectuez une inspection de qualité des matériaux de cire et de coque pour vérifier leur pureté, la taille des particules, leur viscosité et d'autres indicateurs de performance. La pureté et la fluidité de la cire affectent directement la qualité des moules en cire, tandis que la taille des particules et les performances de liaison du matériau de la coque ont un impact significatif sur la résistance et la respirabilité de la coque.

1. Contrôle de la température : La température doit être strictement contrôlée dans divers processus tels que la fabrication de moules en cire, la fabrication de coques, la fusion et le versement. Par exemple, la température lors de l'injection du moule en cire, la température pendant le séchage et le durcissement de la coque, et la température pendant la fusion et le coulage de l'alliage de titane. La fluctuation de température peut affecter la qualité de formage des moules en cire, la résistance de la coque et le processus de solidification des alliages de titane, entraînant des défauts dans les pièces moulées.

2. Contrôle du temps : contrôlez avec précision le temps de chaque étape du processus. Tels que le temps de refroidissement des moules en cire, le temps de séchage des coques, le temps de décirage, le temps de fusion, le temps de coulée, etc. Un temps excessif ou insuffisant peut avoir des effets néfastes sur la qualité des pièces moulées.

3. Contrôle de la pression : Il est nécessaire de contrôler la pression pendant l’injection de cire, le revêtement et d’autres processus. Une pression appropriée peut garantir que la cire et le revêtement sont uniformément remplis dans la cavité du moule et recouvrent la surface du moule en cire, évitant ainsi des problèmes tels que le manque de matériau et les bulles.

1. Test de précision dimensionnelle : utilisez des outils de mesure tels que des instruments de mesure de coordonnées, des étriers, des micromètres, etc. pour mesurer avec précision les dimensions des pièces moulées pour engrenages. Vérifiez si le diamètre extérieur, le diamètre intérieur, l'épaisseur des dents, la largeur des dents et les autres dimensions de l'engrenage répondent aux exigences de conception, et l'écart dimensionnel doit être contrôlé dans la plage de tolérance autorisée.

2. Inspection de la qualité de la surface : l'inspection visuelle, l'observation au microscope métallographique, la mesure de la rugosité de la surface et d'autres méthodes sont utilisées pour vérifier la qualité de la surface des pièces moulées pour engrenages. Vérifiez s'il y a des fissures, des pores, des trous de sable, des inclusions de scories et d'autres défauts sur la surface de la pièce moulée, et si la rugosité de la surface répond aux exigences de conception.

3. Inspection de la qualité interne : utilisez des méthodes de test non destructifs telles que les tests par ultrasons (UT), les tests radiographiques (RT), les tests par particules magnétiques (MT), etc. pour inspecter la qualité interne des pièces moulées pour engrenages. Ces méthodes peuvent détecter s'il y a des fissures, des pores, du jeu et d'autres défauts à l'intérieur de la pièce moulée, garantissant ainsi que la qualité interne de la pièce moulée répond aux normes.

4. Tests de performances mécaniques : effectuez des tests de performances mécaniques sur les pièces moulées d'engrenages, tels que des tests de traction, des tests de dureté, des tests d'impact, etc. Évaluez si la résistance, la dureté, la ténacité et d'autres indicateurs de performance de l'engrenage répondent aux exigences d'utilisation grâce à des tests de performances mécaniques.

1. Domaine aérospatial : Dans le système de transmission du moteur d'un certain modèle d'avion, une série d'engrenages de forme complexe ont été fabriqués à l'aide de la technologie de moulage à la cire perdue en alliage de titane. Ces engrenages présentent les caractéristiques de haute précision, de haute résistance et de légèreté, répondant aux exigences de haute -performance des moteurs d'avion pour les composants. Grâce au moulage à la cire perdue, le moulage intégré des engrenages a été réalisé, réduisant le nombre de pièces et de pièces de connexion et améliorant la fiabilité et l'efficacité de l'ensemble du système de transmission.

2. Dans le domaine de l'industrie automobile : un certain constructeur automobile a appliqué des engrenages coulés sans cire en alliage de titane dans la boîte de vitesses de ses véhicules hautes-performances. Ces engrenages ont une bonne résistance à l'usure et à la fatigue, et peuvent résister à des conditions de travail à couple élevé et à vitesse élevée-. Par rapport aux engrenages en acier traditionnels, les engrenages en alliage de titane ont réduit leur poids d'environ 30 %, améliorant ainsi l'économie de carburant et les performances d'accélération des automobiles.

1. Optimisation du processus et innovation : optimisez en permanence le processus de coulée par perte de cire de l'alliage de titane pour engrenages afin d'améliorer la qualité et l'efficacité de la production des pièces moulées. Par exemple, rechercher de nouveaux types de cires et de matériaux de coque, améliorer les techniques de fusion et de coulée et développer des processus de post-post-traitement plus avancés. Dans le même temps, explorez de nouveaux procédés de moulage à perte de cire, tels que la combinaison du prototypage rapide et du moulage à perte de cire, pour parvenir à une fabrication rapide d'engrenages.

2. Intelligence et automatisation : introduction de technologies avancées telles que l'intelligence artificielle et la robotique pour parvenir à l'intelligence et à l'automatisation du processus de coulée à perte de cire des alliages de titane pour engrenages. Un équipement automatisé est utilisé pour terminer le processus de fabrication de moules en cire, de fabrication de coques, de fusion et de coulée, réduisant ainsi les interventions manuelles et améliorant la stabilité et la cohérence de la production. Parallèlement, l'utilisation de la technologie d'intelligence artificielle pour-la surveillance et l'optimisation en temps réel des paramètres du processus peut améliorer la qualité et le rendement des pièces moulées.

3. Intégration avec d'autres technologies : combinaison de la technologie de moulage par perte de cire de l'alliage de titane pour engrenages avec la fabrication additive, les matériaux composites et d'autres technologies pour développer des produits d'engrenages aux performances supérieures. Par exemple, en utilisant la technologie de fabrication additive pour préparer des revêtements-résistants à l'usure sur la surface des engrenages en alliage de titane, ou en combinant un alliage de titane avec des matériaux composites pour fabriquer des engrenages composites alliant haute résistance et légèreté.

4. Vert et respectueux de l'environnement : dans le processus de moulage par perte de cire de l'alliage de titane pour engrenages, une attention particulière doit être accordée à la protection de l'environnement et à la conservation des ressources. Adopter des matériaux de cire, des revêtements et des processus de fusion respectueux de l'environnement pour réduire la production de déchets et la consommation d'énergie. Dans le même temps, les déchets générés lors du processus de coulée sont recyclés et réutilisés pour parvenir à un développement durable.