Holle Onderdelen Vormen met Behulp van Laag Smeltende Metalen Kernen

In deze video laten we zien hoe u holle onderdelen maakt met behulp van laag smeltende legeringen als doorn. Deze worden vervolgens omwikkeld met een prepreg die in de oven wordt uitgehard voordat het legeringsmetaal wordt uitgesmolten.

Dit is vooral nuttig voor methoden waarbij het onmogelijk zou zijn om een vacuümzak of blaas in het binnenste van het onderdeel te krijgen, of voor complexe onderdelen waarbij de binnenzijde van het onderdeel een redelijk goede afwerking moet hebben – zoals bij deze inlaatbuis.

Het basisproces omvat het maken van een patroon van de doorn. Een siliconenmal wordt vervolgens van het patroon genomen en gebruikt om de laagsmeltende legering te gieten. De doorn wordt vervolgens omwikkeld met pre-preg koolstofvezel en uitgehard bij een temperatuur lager dan het smeltpunt van de legering. De legering kan dan worden uitgesmolten voor later hergebruik.

In deze video laten we 2 methoden zien om het prepreg-laminaat te consolideren. De eerste is het gebruik van krimptape voor deze inductiebuis, de tweede het gebruik van een vacuümzak. De vacuümzakmethode is nuttig wanneer de vorm (zoals bij deze draagarm) zodanig is dat het gebruik van krimptape onpraktisch zou zijn vanwege scherpe randen en andere details.

Het model vertegenwoordigt de interne geometrie van het afgewerkte onderdeel en in gevallen waar nauwkeurigheid belangrijk is, moet hiermee rekening worden gehouden en indien nodig een geschikte offset worden gebruikt.

In dit geval hebben we een patroon voor één item 3D-geprint en het wishbone-patroon CNC-gefreesd uit PU-modelplaat. Als CNC niet beschikbaar is, kan het patroon ook gemakkelijk met de hand worden gevormd uit vele materialen zoals hout en MDF of een mal direct van het originele onderdeel worden genomen.

De mal is gemaakt van siliconen. Met een hoge gebruikstemperatuur van 250°C zijn de siliconen ideaal, omdat ze de temperatuur kunnen weerstaan die nodig is om de laagsmeltende legeringen te gieten.

Om de siliconen te gieten, moet u barrières rond het model creëren om de siliconen in te gieten. In het geval van de inductiebuis hebben we enkele barrières 3D-geprint door een offset van het originele model te creëren. Over het algemeen is een dikte van 20mm voor de siliconenmal ideaal om een sterke en stabiele mal te creëren.

Waar u geen toegang hebt tot 3D-geprinte of bestaande barrières, is het relatief eenvoudig om barrières te construeren, zoals het geval is voor de wishbone. In dit geval gebruiken we gesneden polypropyleenplaten omdat dit gemakkelijk te gebruiken is, hoewel bijna elk materiaal kan worden gebruikt.

Om het gieten van het metaal te vergemakkelijken, zijn er enkele eenvoudige afstandhouders gemaakt en aan het patroon bevestigd om te dienen als trechters voor het gesmolten metaal. Het patroon is afgedicht met verschillende lagen S120 Board Sealer, hoewel dit niet essentieel is en de siliconen van de plaat loslaten, geeft de sealer een hogere glans en een gladder oppervlak.

De afstandhoudertrechters worden met secondelijm aan de modelplaat bevestigd. Het patroon moet worden opgehangen, dus er zijn een paar deuvels aan de wishbone toegevoegd. Het patroon wordt vervolgens met smeltlijm op de grondplaat bevestigd en de barrières kunnen op hun plaats worden gevormd en gelijmd. Er worden blokken plaat gebruikt om de barrières te ondersteunen, omdat er aanzienlijk gewicht van siliconen tegen de barrières zal drukken. Smeltlijm wordt vervolgens gebruikt om de barrières volledig op hun plaats te verzegelen. Op het 3D-geprinte patroon wordt fileerwas gebruikt om de flenzen van de barrières af te dichten voor een goede afdichting.

Voor de doornmallen gebruiken we de AS40 additie-siliconen met een bedrijfstemperatuur van 250°C, ruim boven het smeltpunt van de laagsmeltende legeringen.

De siliconen worden nauwkeurig afgemeten met behulp van weegschalen en vervolgens grondig gemengd. Hoewel het niet essentieel is, kunnen de siliconen, indien u over ontgassingsfaciliteiten beschikt, worden ontgast om eventuele ingesloten lucht te verwijderen. De siliconen worden vervolgens in de mallen gegoten en krijgen 24 uur de tijd om volledig uit te harden.

Zodra de siliconen volledig zijn uitgehard, is het tijd om de barrières te verwijderen en het patroon uit de siliconen mallen te halen. Aangezien siliconen vanzelf loslaten van de meeste materialen, zouden de patronen gemakkelijk uit de mal moeten komen.

Na het schoonmaken wordt een scalpel gebruikt om de mallen te splijten. Het proces is om de mallen voorzichtig langs de splitlijn te snijden. Precisie is niet zo kritisch, omdat een licht golvende rand helpt bij het registreren en weer aan elkaar afdichten van de 2 helften van de mal voor het gieten van het metaal. Blijf de helften uit elkaar trekken terwijl u snijdt totdat het patroon uit de mal kan worden gehaald.

Nu de siliconen mallen klaar zijn, is het tijd om de metaallegeringen te gieten. Draag altijd handschoenen bij het hanteren van LM95 vanwege het loodgehalte.

Om te berekenen hoeveel metaallegering nodig is, is het belangrijk om het volume van de malholte te bepalen. Wanneer CAD is gebruikt, is dit relatief eenvoudig omdat de software deze informatie meestal kan geven. In andere gevallen waarin het onbekend is, zoals bij een handgevormd patroon, is het vullen van de mal met water en vervolgens uitgieten om het volume te meten de snelste en gemakkelijkste methode.

Zodra u het volume in liters weet, vermenigvuldigt u dit met 9,7 om het gewicht van LM95 in kilo's te krijgen. In het geval van de inductiebuis is het volume 0,3 liter, wat betekent dat er 2,91kg legering nodig is. In het geval van de wishbone is het volume 0,53 liter, wat betekent dat er 5,14kg legering nodig is. Aangezien het metaal volledig herbruikbaar is, maakt het niet uit of er wat extra wordt gesmolten, dus er wordt 3kg gebruikt voor de inductiebuis en 6kg voor de wishbone.

Vanwege het gewicht van het te gieten metaal, moeten de malhelften worden ondersteund en aan elkaar worden geklemd, zodat ze niet loskomen en een lekkage veroorzaken. Voor de wishbone worden eenvoudige platen gemaakt voor elke kant, die vervolgens aan elkaar worden geklemd. Voor de inductiebuis zorgen kabelbinders die met regelmatige tussenpozen zijn vastgemaakt voor voldoende compressie om die mal te ondersteunen.

De LM95 smelt bij 95°C, maar om ervoor te zorgen dat het metaal niet stolt bij het gieten tegen de koude mal of tijdens het gietproces, verwarmen we het tot 130°C. In dit geval gebruiken we onze OV301 uithardingsoven om de legering te verwarmen, maar elke oven zou geschikt moeten zijn, aangezien nauwkeurige temperatuurregeling niet nodig is. Voor het gieten van de inductiebuis duurde het ongeveer 1 uur voordat het begon te smelten en nog een uur om volledig te smelten. De tijd die dit kost, is afhankelijk van het vermogen van de oven en de massa van het te smelten metaal.

Hoewel de LM95 lood bevat, zijn de temperaturen niet hoog genoeg om damp problemen te veroorzaken, dus normale voorzorgsmaatregelen zijn voldoende. Als u lood volledig wilt vermijden, of als de pre-preg die u gebruikt een hogere uithardingstemperatuur heeft, dan is de LM138 loodvrij. De LM138 smelt bij 138°C.

Als het metaal de vereiste temperatuur heeft bereikt, kan het voorzichtig in de mal worden gegoten. De container is zwaarder dan hij eruitziet, dus zorg ervoor dat u hem ondersteunt en dat u goede hittebestendige handschoenen draagt. Voor grotere gietingen kunt u het metaal in verschillende kannen verdelen om het hanteren veel gemakkelijker te maken. U zult, vooral bij grotere gietingen, een kleine hoeveelheid krimp opmerken tijdens het afkoelen.

Zodra het metaal volledig is uitgehard, kunnen de mandrels uit de mal worden verwijderd. De AS40 laat gemakkelijk los van het metaal zonder het gebruik van een lossingsmiddel, waardoor het ontvormingsproces eenvoudig en snel is.

De complete gietstukken zijn met een zeer goed oppervlak eruit gekomen en het enige dat nog moet gebeuren, is een kleine afwerking voordat ze worden gebruikt. De ongewenste gietkenmerken worden eenvoudigweg afgesneden. Het oppervlak is al erg glad, dus er is geen verdere afwerking nodig.

Om de gietstukken voor te bereiden op het lamineerproces, moet een lossingsmiddel worden aangebracht. Dit zorgt ervoor dat er geen metaalfilm achterblijft aan de binnenkant van het afgewerkte onderdeel. Hoewel het niet essentieel is, kan het lossingsmiddel ervoor zorgen dat het metaal schoon loskomt, waardoor een gladde binnenkant van het onderdeel achterblijft. Door experimenten is gebleken dat het beste lossingsmiddel PVA-lossingsmiddel is. Het wordt eenvoudigweg in een gelijkmatige laag over het hele oppervlak geborsteld en vervolgens laten drogen.

Voor dit project wordt het XC130 pre-preg systeem gebruikt. Voor de inductiebuis wordt een enkele laag van de XC130 210g doek gebruikt en voor de wishbone wordt de XC130 210g gebruikt, evenals meerdere lagen van de XC130 UD-stof. Pre-preg is een vorm van koolstof- of glasweefsel dat vooraf is geïmpregneerd met hars. Deze harsen blijven weken of soms maanden ongehard bij kamertemperatuur en harden vervolgens in een paar uur uit in een oven. Meer informatie over het verwerken van pre-preg materialen is te vinden in andere video's die we hebben geproduceerd die aan dit proces zijn gewijd.

Sjablonen worden gebruikt om de stukken pre-preg voor het lamineerproces te helpen snijden en de stukken worden gesneden en voorbereid om te lamineren voor zowel de inductiebuis als de wishbone. De vorm hoeft hiervoor niet te precies te zijn, omdat de uiteindelijke afwerking wordt voltooid wanneer de pre-preg op de mandrel wordt gelegd.

De inductiebuis gebruikt slechts een enkele laag van 210g om het gewicht tot een minimum te beperken. Eerst wordt de ene helft op de mandrel gelegd en bijgesneden. De tweede helft wordt op de andere kant gelegd en vervolgens zorgvuldig bijgesneden zodra deze overlapt en stevig op zijn plaats wordt gedrukt.

Pre-pregs zijn ideaal geschikt voor dit soort processen vanwege hun kleverige aard en hogere temperatuurbestendigheid. Het is technisch mogelijk om dit proces te doen met een natte lay-up en harsen, maar over het algemeen hebben dergelijke harssystemen niet de vereiste temperatuurbestendigheid voor het uitsmeltproces, waardoor pre-pregs de voorkeur genieten als materiaal.

Voor de wishbone begint het proces met een laag van de XC130 210 doek en vervolgens met extra lagen van de XC130 UD. De wishbone is voor een ligfietsproject, dus de lay-up lijkt meer op een fietsframe dan je zou verwachten voor een automotive wishbone. Het aanbrengen van de pre-preg wordt enorm geholpen door het gebruik van pre-preg dibber tools om ervoor te zorgen dat het laminaat volledig is geconsolideerd in strakke hoeken en kenmerken. Voor moeilijke kenmerken kan de pre-preg worden gesneden en overlapt om volledige dekking en consolidatie te garanderen.

Meerdere lagen unidirectionele vezels worden toegevoegd om de wishbone de sterkte te geven voordat een laatste laag van de XC130 210g wordt toegevoegd. Het is gebruikelijk om unidirectionele stoffen te sandwichen met een geweven doek om duurzaamheidsredenen. UD-stoffen zijn kwetsbaar voor splijten, vooral bij gebruik over langere lengtes, dus de geweven stof helpt die unidirectionele stoffen te beschermen en bij elkaar te houden.

In deze fase worden twee verschillende consolidatiemethoden gebruikt. Voor de inductiebuis is de krimptape-methode perfect. Voor de wishbone betekenen de complexe vorm en details dat de krimptape-methode niet zou werken. In dit geval wordt een meer conventioneel vacuümzakproces gebruikt.

Bij de inductiebuis wordt de krimptape aangebracht voor de consolidatie. Bij krimptape moet een redelijk spanningsniveau worden gehandhaafd en voor elke wikkel slechts ongeveer 3mm per keer worden opgeschoven voor elke omwenteling. Eenmaal volledig gewikkeld, kan het uiteinde van de tape worden vastgezet met wat flash release tape.

Het vacuümzakproces is vergelijkbaar met andere processen die worden gezien bij pre-preg, met uitzondering van het feit dat er geen ademende laag wordt gebruikt om een gladder oppervlak aan het onderdeel te geven. De ongeperforeerde lossingsfilm wordt zorgvuldig op de wishbone aangebracht om ervoor te zorgen dat het oppervlak goed bedekt is. Kleine kreukels zijn geen probleem, omdat eventuele harsresten gemakkelijk kunnen worden verwijderd tijdens het afwerkingsproces.

Vervolgens wordt een envelop-vacuümzak geproduceerd met behulp van onze VB160-film en ST150 Gum Sealing Tape. Een kleine hoeveelheid ademend materiaal wordt onder de door-zakconnector geplaatst, de wishbone wordt in de zak geplaatst en de zak wordt vervolgens afgesloten. Er wordt vacuüm getrokken en een lektest uitgevoerd om ervoor te zorgen dat er een goede zak is geproduceerd.

Beide items worden in de OV301 Composites uithardingsoven geplaatst en vervolgens wordt de eerste uitharding uitgevoerd bij 80°C gedurende enkele uren. De uithardingscyclus kan variëren, afhankelijk van de specifieke pre-preg die u gebruikt, dus we raden aan om de specifieke pre-preg documentatie te raadplegen. Zodra de onderdelen zijn uitgehard, worden de vacuümzak en krimptape verwijderd.

In deze fase is het tijd om de kern eruit te smelten. Met behulp van een laboratoriumstandaard of iets dergelijks om het onderdeel vast te klemmen en te ondersteunen, kan het terug in de oven voor het uitsmelten. In deze fase heeft de pre-preg nog geen volledige nabehandeling gehad, dus het is belangrijk om de temperatuur geleidelijk te verhogen om te voorkomen dat de hars te veel zacht wordt in de pre-preg. In dit geval gebruiken we de XC130 nabehandelingscyclus voor het uitsmelten.

De uithardingscyclus gaat tot 130°C, dus wanneer de LM95 95°C bereikt, begint hij te smelten. Omdat de legering de neiging heeft om eerst aan de bovenkant te smelten, kan dit leiden tot een nogal dramatische uitsmelting wanneer de onderkant eindelijk smelt en de legering in één keer eruit valt. In sommige industrieën wordt een warm oliebad gebruikt voor het uitsmelten, maar een eenvoudige uitsmelting in de oven is over het algemeen praktischer.

Nu de legering eruit is gesmolten, zijn de onderdelen zowel licht als sterk. Bij de inductiebuis is er nog een kleine hoeveelheid metaal aan de binnenkant aanwezig. Dankzij het PVA-lossingsmiddel kan de buis in een waterbad worden geplaatst om de PVA-coating te helpen verzachten.

De draagarm heeft een enigszins ruwe buitenkant als gevolg van de aard van het baggingproces. Met behulp van schuurpapier met korrel 120 worden de hoge plekken op het oppervlak gevlakt. Het is niet nodig om het hele oppervlak volledig te vlakken. Het doel is om de hoge plekken en flashlijnen te verwijderen en een goede basis te creëren voor de hars coating. De meeste vlakke oppervlakken kunnen snel worden gevlakt met behulp van een DA-schuurmachine, waarbij de fijnere details met de hand worden geschuurd. Het proces duurde slechts ongeveer 5 minuten.

De draagarm wordt schoongemaakt met een snelle veeg met aceton. Vervolgens wordt een kleine hoeveelheid XCR gemengd en op de draagarm aangebracht. Het doel is om een gelijkmatige, dikke coating aan te brengen, maar niet zo dik dat de hars van het oppervlak afloopt. Eventuele druppels kunnen met de kwast worden verwijderd. De draagarm wordt vervolgens 2-3 uur met rust gelaten om het B-stadium van de uitharding te bereiken, dat stevig maar nog steeds plakkerig is. Er worden nog 2 lagen op dezelfde manier aangebracht, waardoor er in totaal 3 lagen ontstaan. Het onderdeel wordt vervolgens met rust gelaten om volledig uit te harden.

Het onderdeel is nu gevlakt, beginnend met schuurpapier met korrel 240 voordat wordt overgegaan op een fijner schuurpapier met korrel 400. Dit kan opnieuw worden gedaan met een DA-schuurmachine, waarbij fijne details met de hand worden afgewerkt. Het doel is om een volledig vlak en glad oppervlak te krijgen. Er moet worden voorkomen dat er in het onderliggende koolstof wordt gebroken, hoewel kleine doorbraken net op het oppervlak geen probleem zouden moeten zijn. Voor de draagarm wordt dit afgewerkt met een enkele spuitlaag van de Fantom Clear satijnen blanke lak. Als een glanzende afwerking gewenst is, kan een dunne laatste laag XCR-hars met een kwast worden aangebracht.

Nu de verf op de draagarm droogt, is het de ideale tijd om de inductiebuis af te werken, die heeft staan weken om de PVA los te maken. Het metaalresidu kan nu worden verwijderd met een borstel aan de binnenkant van de buis. Het waterbad kan worden gebruikt om veel componenten te reinigen voordat het water moet worden afgevoerd - bij voorkeur door verdamping - voordat het metaalresidu wordt teruggewonnen. Dergelijke resten mogen niet door de afvoer worden gegoten. De uiteinden worden vervolgens afgewerkt met een schuurblok en het onderdeel is klaar.

Zodra de blanke lak is gedroogd, is ook de draagarm klaar. De combinatie van de XCR-coatinghars en de Fantom Clear heeft een hoogwaardige oppervlakteafwerking opgeleverd die moeilijk te onderscheiden zou zijn van de afwerking van een onderdeel dat is gemaakt met behulp van een tweedelige gesloten mal.