Moulage perdu en alliage de titane à micro-turbine
Les micro-turbines ont de nombreuses applications dans les domaines de l'aérospatiale, de l'énergie et bien d'autres. Leurs formes complexes et leurs exigences de haute précision rendent les processus de fabrication assez difficiles. Les alliages de titane, en raison de leur faible densité, de leur haute résistance et de leur bonne résistance à la corrosion, sont des matériaux idéaux pour la fabrication de micro-turbines.
Présentation du moulage de plaquettes-perdues d'alliage de titane pour micro-turbines
Les micro-turbines ont de nombreuses applications dans les domaines de l'aérospatiale, de l'énergie et bien d'autres. Leurs formes complexes et leurs exigences de haute précision rendent les processus de fabrication assez difficiles. Les alliages de titane, en raison de leur faible densité, de leur haute résistance et de leur bonne résistance à la corrosion, sont des matériaux idéaux pour la fabrication de micro-turbines. Le moulage de plaquettes perdues-est un processus de moulage de précision, bien-adapté à la fabrication de pièces aux formes complexes et aux exigences de haute précision, en particulier les micro-turbines.
Étapes du processus de coulée de-plaquettes perdues d'alliage de titane pour micro-turbines
o. Conception du moule : Tout d'abord, sur la base des dessins de conception de la micro-turbine, un modèle 3D est créé à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur-(CAO) pour déterminer les dimensions et la forme précises du modèle en cire. En tenant compte de facteurs tels que le retrait lors du processus de coulée, les dimensions du modèle sont modifiées en conséquence.
o. Fabrication de moules : grâce à l'usinage CNC ou à d'autres méthodes, le modèle conçu est transformé en un véritable moule. Les matériaux du moule sont généralement choisis parmi les alliages d'aluminium pour garantir une résistance et une précision suffisantes.
o. Injection de cire : La cire est chauffée à une température appropriée pour obtenir une bonne fluidité. Ensuite, la cire est injectée dans le moule à l’aide d’une machine de moulage par injection. Il est maintenu sous pression et à température pendant un certain temps pour garantir que la cire remplisse complètement la cavité du moule. Une fois la cire refroidie et solidifiée, le moule est ouvert et le modèle en cire est retiré.
o Finition du modèle en cire : le modèle en cire retiré est inspecté et fini, en éliminant l'excès de bavures, les bavures, etc., pour garantir que la précision dimensionnelle et la qualité de la surface du modèle en cire répondent aux exigences.
o Sélection d'un système de déclenchement : en fonction de la forme, de la taille et du poids de la microturbine, un système de déclenchement approprié est sélectionné, comprenant des carottes d'injection, des canaux et des ingates. La conception du système d'injection doit garantir que le métal en fusion remplit la cavité de manière fluide et uniforme, en évitant les défauts tels que les turbulences et le piégeage de l'air.
o Modèles de cire de soudage : plusieurs modèles de cire sont connectés au système de déclenchement par soudage pour former un module complet. Pendant le soudage, il est essentiel d'assurer une connexion solide et une bonne étanchéité entre le modèle en cire et le système d'accès pour éviter les fuites lors des processus ultérieurs de fabrication des coques.
o. Application du revêtement supérieur : L'ensemble du moule est immergé dans un revêtement supérieur spécialement formulé, assurant une couche de revêtement uniforme sur la surface du modèle en cire. Le revêtement supérieur est généralement constitué de matériaux réfractaires (tels que la poudre de zircon), de liants (tels que le verre soluble ou le sol de silice) et d'additifs. Sa fine granulométrie assure la qualité de surface de la pièce moulée. Après le revêtement, une couche de sable fin est saupoudrée sur la surface de l'ensemble du moule pour augmenter l'épaisseur et la résistance du revêtement.
o. Séchage et durcissement : L'ensemble de moule avec le revêtement supérieur est placé dans une chambre de séchage pour sécher et durcir dans des conditions spécifiques de température et d'humidité. Le temps de séchage et de durcissement dépend du type de revêtement et des conditions environnementales, allant généralement de plusieurs heures à plusieurs dizaines d'heures.
o. Application du revêtement arrière : Une fois que le revêtement supérieur a séché et durci, le revêtement arrière est appliqué séquentiellement. Le revêtement arrière contient des matériaux réfractaires à grains plus grossiers-, servant principalement à augmenter la résistance et la rigidité de la coque. La méthode d’application du revêtement arrière est similaire à celle du revêtement supérieur. Après chaque couche de revêtement, un ponçage et un séchage/durcissement sont nécessaires. Généralement, plusieurs couches de revêtement arrière sont nécessaires jusqu'à ce que l'enveloppe du moule atteigne une épaisseur suffisante.
o Déparaffinage à la vapeur : la coque du moule préparée est placée dans une bouilloire de décirage et de la vapeur à haute -pression est introduite, ce qui fait fondre le modèle en cire et s'écoule hors de la coque du moule. Les avantages du décirage à la vapeur sont sa vitesse rapide, son efficacité élevée et ses dommages minimes à l'enveloppe du moule.
o Décirage à l'eau chaude : la coque du moule peut également être placée dans l'eau chaude, ce qui fait fondre et flotter le modèle en cire à la surface, réalisant ainsi le décirage. L'équipement de déparaffinage à l'eau chaude est simple et peu coûteux, mais le temps de déparaffinage est plus long et il est sujet à des problèmes tels que la fissuration de la coque du moule.
o Étape de chauffage : la coque du moule décirée est placée dans un four de cuisson et chauffée lentement à un rythme contrôlé. Cela permet à l'humidité et à la cire résiduelle dans l'enveloppe du moule de s'évaporer complètement, tout en provoquant simultanément une réaction chimique dans le liant, améliorant ainsi la résistance et le caractère réfractaire de l'enveloppe du moule. La vitesse de chauffage ne doit pas être trop rapide pour éviter la fissuration de la coque du moule due à une contrainte thermique excessive.
o Étape de maintien : une fois que la température du four atteint la température de cuisson prédéterminée, maintenez-la pendant un certain temps pour permettre à la coque du moule de fritter complètement. La température de cuisson et le temps de maintien dépendent du matériau de l'enveloppe du moule et des exigences de la pièce moulée. Généralement, la température de cuisson est comprise entre 800 et 1 200 degrés et le temps de maintien est de 1 à 3 heures.
o Étape de refroidissement : Après la cuisson, réduisez lentement la température du four pour permettre à l'enveloppe du moule de refroidir progressivement. La vitesse de refroidissement ne doit pas être trop rapide pour éviter la fissuration de la coque du moule.
o Fusion de l'alliage de titane : placez la matière première de l'alliage de titane dans un équipement de fusion tel qu'un four à induction sous vide et faites-la fondre sous vide ou sous protection de gaz inerte. Pendant le processus de fusion, contrôlez strictement la température, la durée et la composition de l'alliage pour garantir la qualité de l'alliage de titane.
o Coulée : Une fois l'alliage de titane fondu à une température et une fluidité appropriées, versez-le dans la coque du moule préchauffée. Pendant le coulage, faites attention à la vitesse et à la méthode de coulée pour éviter que le métal en fusion n'impacte la coque du moule, ce qui pourrait endommager la coque ou provoquer des défauts dans la coulée.
o Enlèvement du sable : une fois la pièce moulée refroidie et solidifiée, retirez la coque du moule et le noyau de sable en utilisant des méthodes telles que l'enlèvement du sable par vibration ou le grenaillage pour exposer la surface de la pièce moulée.
o Découpe de déclenchement : utilisez un équipement de découpe pour séparer la pièce moulée du système de déclenchement.
o Traitement thermique : selon les exigences de performance de l'alliage de titane, effectuez un traitement thermique approprié sur la pièce moulée, tel qu'un traitement en solution et un traitement de vieillissement, pour améliorer la résistance, la dureté et la ténacité de la pièce moulée.
o Usinage : effectuez les usinages nécessaires sur la pièce moulée, tels que le tournage, le fraisage et le meulage, pour obtenir la précision dimensionnelle et la rugosité de surface requises par la conception.
o Inspection : effectuez une inspection complète de la pièce moulée, y compris la mesure dimensionnelle, l'inspection visuelle, l'analyse métallographique et les tests non destructifs-, pour garantir que la qualité de la pièce moulée répond aux normes et aux exigences d'utilisation.
Avantages du moulage de plaquettes perdues-d'alliages de titane pour micro-turbines
Haute précision
Le moulage de tranches perdues-peut reproduire avec précision la forme et la taille du modèle en cire, permettant ainsi la fabrication de-microturbines-complexes et de haute précision qui répondent à des exigences strictes en matière de précision dimensionnelle et de forme.
Bonne qualité de surface
En raison de la fine granulométrie du revêtement sur la coque du moule, la rugosité de surface de la pièce moulée est faible, ce qui entraîne une meilleure qualité de surface et réduit la charge de travail de l'usinage ultérieur.
Utilisation élevée des matériaux
Le moulage de plaquettes perdues-permet une conception précise du système d'injection et du modèle en cire en fonction de la forme et de la taille de la pièce, réduisant ainsi les déchets métalliques et améliorant l'utilisation des matériaux.
Convient à la production de masse
En fabriquant des moules et des modules, il est possible de produire en masse des micro-turbines, améliorant ainsi l'efficacité de la production et réduisant les coûts de production.
Défis liés au moulage de plaquettes perdues-d'alliages de titane pour micro-turbines
Difficulté de fusion et de coulée des alliages de titane
Les alliages de titane ont une réactivité chimique élevée et réagissent facilement avec des éléments tels que l'oxygène et l'azote présents dans l'air pendant la fusion et la coulée, formant des impuretés telles que des oxydes et des nitrures, qui affectent les performances des pièces moulées. Par conséquent, la fusion et la coulée doivent être effectuées sous vide ou sous protection de gaz inerte, ce qui impose des exigences élevées aux équipements et aux processus.
Difficulté dans le contrôle de la qualité des coquilles
La qualité de la coque affecte directement la qualité du moulage. La résistance, la perméabilité et la stabilité thermique de la coque nécessitent un contrôle strict. Lors de la fabrication de la coque, des facteurs tels que la formulation du revêtement, le processus de revêtement et les conditions de séchage et de durcissement influencent tous la qualité de la coque, nécessitant un contrôle précis du processus.
Contrôle des défauts de coulée
La porosité, les cavités de retrait et les fissures sont susceptibles de se produire lors de la coulée à la cire perdue des alliages de titane à micro-turbines, ce qui nécessite des mesures de contrôle efficaces. Par exemple, l'optimisation de la conception du système d'injection, le contrôle des températures de fusion et de coulée et l'amélioration de la perméabilité de la coque peuvent réduire les défauts de coulée.
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