Литье по выплавляемым моделям: технология, преимущества и недостатки

Технология

Этот метод используется для производства изделий из различных сплавов. Обеспечивается показатель качества до ±0,005 мм на каждые 25 мм поверхности. Указанная точность позволяет изготавливать изделия, не требующие дальнейшей обработки. Залог успеха технологического процесса в том, что модель изготовлена ​​из быстроплавкого материала. Используется керосин, воск, канифоль или их смесь.

Технологический процесс состоит из следующих этапов:

1. Производство моделей:

• под моделью находится специальная форма, взятая из гипса, пластмассы, стали или чугуна;
• в него заливается вещество, образующее модель;
• необходимо дождаться его полного застывания;
• после этого открывается специальная форма, извлекается восковая модель и помещается в емкость под холодную воду.

Сборка моделей в блоки:

• для производства качественного изделия модели собираются в простые и сложные блоки, каждый из которых может содержать от 2 до 100 штук;
• для повышения прочности в блочную конструкцию устанавливаются алюминиевые стойки;
• они покрыты слоем моделирующей ткани до 25 мм;
• блочные конструкции объединяются в воротную систему.

Применение огнезащитной оболочки к модели:

• блок, собранный из нескольких моделей, помещают в емкость, содержащую взвесь керамики (кварцевая пыль, мелкие фракции шамота) и связующий компонент (этилсиликатный раствор);
• в течение суток сохнет в естественной среде, это время можно сократить до 40 минут под действием нашатырного спирта;
• таким образом, на указанный блок наносят поочередно 46 слоев огнезащитной оболочки, тщательно просушивая каждый из них;
• готовую модель в несгораемой оболочке помещают в нагретую до 90°С воду;
• через несколько минут модельная ткань растает и всплывет на поверхность воды, где будет собрана для следующего применения.

Подготовка формы к заливке:

• пустую оболочку промывают водой и сушат в печи 2 часа при 200°С;
• сухую оболочку укладывают вертикально в термостойкую колбу и уплотняют по краям кварцевым песком, помещают в печь на 2 часа при 950 °С;
• оставшаяся в печи влага испаряется, остатки модельного состава выгорают, оболочка спекается с огнеупорным материалом, повышающим прочность;
• расплавленный металл заливают в прокаленную горячую форму.

Литое охлаждение:

• после остывания отливки оболочка разрушается;
• продукт очищается от остатков, для чего его можно очистить химическим способом;
• затем изделие промывают водой и подвергают окончательной сушке.

В результате он подвергается термообработке и контрольным измерениям. Таким образом изготавливаются отливки нужного размера и конфигурации.

Читайте также: Как сварить вертикальный шов электросваркой (ручная дуговая сварка электродом) с зазором

Второй этап: заливка силиконом

Если требуется точное литье по выплавляемым моделям, для изготовления формы незаменима жидкая резина. Силикон готовят по инструкции путем смешивания разных компонентов (обычно двух) и последующего нагревания. Для удаления мельчайших пузырьков воздуха емкость с жидкой резиной целесообразно поместить на 3-4 минуты в специальное переносное вакуумное устройство.

Готовую жидкую резину перелейте в емкость с моделью и снова пропылесосьте. Потребуется время для последующего отверждения силикона (согласно инструкции). Используемые полупрозрачные материалы (контейнеры и сам силикон) позволяют воочию наблюдать за процессом формирования формы.

Извлекаем прихваченную резину с моделью внутри из контейнера. Для этого освобождаем фиксаторы (корпус) и разъединяем две половинки коробки — силикон легко отходит от гладких стенок. Для полного затвердевания жидкой резины потребуется 40-60 минут.

Третий этап: изготовление восковой модели

Литье по выплавляемым моделям включает расплавление легкоплавкого материала и замену полученного пространства расплавленным металлом. Так как воск легко плавится, мы используем его. То есть следующая задача – сделать восковую копию используемой оригинальной модели. Это потребовало создания резиновой формы.

Аккуратно разрежьте силиконовую заготовку вдоль и снимите модель. Здесь есть небольшой секрет: чтобы потом точно связать форму, срез рекомендуется делать не ровным, а зигзагообразным. Прикрепленные части формы не будут двигаться по плоскости.

Заполняем образовавшееся пространство в силиконовой форме жидким воском. Если изделие готовится для себя и не требует высокой точности сопряжения деталей, можно залить воск отдельно в каждую половинку, а затем, после застывания, соединить две детали. Если необходимо точно повторить силуэт модели, резиновые половинки соединяются, фиксируются и в образовавшуюся пустоту с помощью инъектора закачивается горячий воск. Когда он заполнит все пространство и затвердеет, разбираем силиконовую форму, достаем восковую модель и исправляем ошибки. Он послужит прототипом готового металлического изделия.

Выбор литейного сплава

Современный процесс изготовления отливок по моделям предполагает серьезный подход к выбору литейного сплава. Их изготавливают из различных литейных сплавов: углеродистых и легированных, коррозионно-стойких, жаропрочных и жаропрочных сталей, цветных сплавов и составов на основе чугуна.

При производстве литейных изделий учитываются условия, в которых они будут функционировать. От этого зависит материал отливки. Так для производства высокогерметичных корпусов выбирают металл, не склонный к образованию усадочной охрупчивания и пористости. Для компонентов, требующих высокой жаропрочности, — соединения никеля.

При выборе литейного сплава необходимо иметь полное представление и точные требования к литейному материалу. Четко сгруппируйте условия работы и назначение будущих деталей. Это позволит наиболее правильно подобрать необходимый сплав с учетом его специфических свойств.

Финишная обработка

Собственно, на этом литье по выплавляемым моделям заканчивается. После затвердевания металла заготовку помещают в специальный вибратор. От легкой вибрации керамическая основа трескается и крошится, при этом металлическое изделие не меняет форму. Затем идет окончательная обработка металлической заготовки. Сначала отпиливается система металлических плит, а место соприкосновения с основной деталью тщательно шлифуется.

Наконец, инспекторы проверяют соответствие размеров изделия указанным на чертеже. Алюминиевые детали измеряются холодными (при комнатной температуре), стальные детали предварительно нагреваются в печи. Специалисты используют различные инструменты для контрольно-измерительной работы: от простых шаблонов до сложных электронных и оптических систем. При обнаружении несоответствия параметрам деталь отправляется либо на доработку (исправимый брак), либо на переплавку (неисправимый брак).

Изготовление пресс форм

Пресс-форма представляет собой сложную инженерную конструкцию, предназначенную для обеспечения качества получаемых отливок. По сути, это высокоточный инструмент, состоящий из нескольких частей, внутри которых есть полости, куда поступает расплав.
Форма устанавливается в том узле, где формовочная машина закрыта. При каждом закрытии расплав подается в форму, затем выдерживается под определенным давлением и по истечении заданного технологией времени открывается. Охлажденная отливка попадает в приемное устройство.

Этот инструмент разработан и изготовлен в несколько этапов.

1. Анализ технических характеристик. На этом этапе заказчик передает подрядчику технические требования к будущей форме. Среди требований должны быть данные об условиях эксплуатации, в частности должны быть указаны данные о материале, из которого должны быть изготовлены отливки, производственная программа на месяц, квартал или год. На основе полученных данных конструкторы рассчитывают оптимальные свойства формы. Кроме того, заказчик должен предоставить производителю либо чертежи изделия, либо образец, который планируется к выпуску.
2. На этапе проектирования дизайнеры создают 3D-модель. Это поможет визуализировать, как она (форма) будет работать, как будет продвигаться материал. Современные программные средства позволяют детально моделировать работу всех узлов формы, температурные параметры и массу другой информации, необходимой для создания рабочей документации. Следует отметить, что в распоряжении проектировщиков имеются программные средства, повышающие качество рабочей (конструкторской и технологической) документации, минимизирующие ошибки и значительно ускоряющие процесс проектирования.
3. Современные формы в основном производятся на оборудовании с компьютерным управлением. Это минимизирует участие человека в производстве элементов формы, а соблюдение требований сводит к нулю получение некачественной продукции. Кстати, безбумажные технологии успешно работают в серьезных отраслях. То есть разработчик после проектирования формы с помощью специальных программных комплексов имеет возможность писать управляющие программы для станков с ЧПУ. После этого его можно отправить на машину через заводскую сеть.
4. После изготовления формы-прототипа заказчик проверяет качество полученной отливки и принимает решение об изготовлении серийной формы.

Сплавы и инструментальные сплавы используются для изготовления пресс-форм. Их использование позволяет производить изделия, выдерживающие десятки тысяч операций закрытия и открытия.

Пример изготовления изделия на дому: подготовительный этап

Литье по выплавляемым моделям в домашних условиях не требует глубоких познаний в металлургии. Для начала подготовим модель, которую хотим повторить в металле. Готовое изделие сойдет в виде макета. Фигурку можно сделать и самостоятельно из глины, скульптурного пластилина, дерева, пластмассы и других плотных пластичных материалов.

Устанавливаем модель внутрь разборного контейнера, закрепляемого хомутами или кожухом. Удобно использовать прозрачную пластиковую коробку или специальную форму. Для заполнения формы воспользуемся силиконом: он даст отличную детализацию, проникнет в мельчайшие трещинки, дырочки, впадины и сформирует очень ровную поверхность.

1. Машины для приготовления модельного состава

В начале технологической цепочки готовится модельный состав, для этого используется автомат 61701, состоящий из узлов подачи твердых и жидких компонентов в смесь, дозаторов, емкостей и смесителей. Легкоплавкие модельные составы получают путем плавления компонентов в водяной или масляной ванне с электронагревом.

В модельный состав подмешивается воздух в количестве 8. Для этого используются шестеренчатые, поршневые и лопастные смесители.

Рис. Рис. 4. Схема шестеренчатого смесителя для приготовления пастообразного модельного состава с воздухом: 1 — валы; 2 — колеса; 3 — перегородки; 4 — выход; 5 — работа смесителя

Шестеренчатые смесители непрерывного действия (рис. 4) имеют два вала 1, на которые насажена шестерня 2. Каждая пара колес отделена от соседней пары колес перегородкой 3. В каждой паре одно из колес свободно установлено на оси, а другое закреплено на оси на шпонке, в соседней паре — наоборот. Валы вращаются от общего привода 5 в одном направлении. Поэтому на одной оси плавная, а на другой вместе с осью вращаются разные шестерни, приводящие в движение незакрепленные спаренные колеса. Соседние пары колес вращаются в противоположных направлениях.

Ширина каждой пары уменьшается по направлению движения сборки модели для создания давления и перемещения пасты. Жидкий модельный состав подается в смесительную горловину вместе с воздухом и после смешивания первой парой колес выталкивается через отверстие 4 в перегородке 3 в соседнюю секцию, где перемешивается в обратном направлении и перемещается к отверстию 4 в соседней перегородке. В процессе перемешивания модельный состав интенсивно охлаждается, переходя в пастообразное состояние

Литниково-питающая система при литье по выплавляемым моделям

Особенности следующие:

1. Этот метод давно применяется в литейном производстве, позволяет создавать сложные конструкции, упрощает производственный процесс. Система состоит из:

• литейные воронки;
• поддерживает;
• кормушки и кормушки.

При наклоне — балка разделяется в зумпфе, что снижает влияние температуры. Это положительно сказывается на качестве литья. Используется в машиностроении и других отраслях промышленности.

2. Могут появиться следующие недостатки:

• гидродинамическое воздействие способно вызвать трещины в керамической форме;
• увеличение заливочной струи может разрушить оболочку;
• турбулентность струи может привести к разрыхлению элементов и их попаданию в структуру готового изделия.

Для предотвращения этого было разработано техническое решение разделения горячей металлической балки, предохраняющее общую конструкцию от преждевременного разрушения.

3. Правильный баланс преимуществ и недостатков такой конструкции при литье снизит негативное воздействие на 40%. Для этого сделайте следующее:

• модель изготовлена ​​из обычных материалов; на форму наносится определенное количество слоев для защиты от температурных воздействий;
• каждый слой после нанесения должен быть на 100% сухим%;
• при разливке расплавленного металла струя постепенно увеличивается.

Все это приводит к увеличению прочности оболочки и уменьшению воздействия на нее. Простое решение для литья по выплавляемым моделям позволяет использовать систему в промышленных масштабах. Это значительно снижает себестоимость готовой продукции.

Как осуществляется процесс

При серийном изготовлении мелких или крупных деталей разрабатывают эскиз и чертеж изделия, создают макет и форму, материал выбирают из металла, гипса, огнеупорной глины. Производственный процесс осуществляется в следующем порядке:

1. монтаж съемной пресс-формы;
2. в отверстие формы заливают подогретую воскообразную массу легкоплавкого вещества (керосин, стеарин, воск) под давлением 2,5-3 атм;
3. после остывания заготовки соединяются в блоки пайкой с литниковой системой.

Принцип литья по выплавляемым моделям заключается в получении материала на основе формы в виде цельного куска, что обеспечивает высокую точность готового изделия. Выбранный способ литья позволяет получать детали с толщиной стенки 0,5 мм из стали тугоплавкого сплава, не поддающегося механической обработке.

Готовое изделие покрывают суспензией, в состав которой входит пылевидная фракция кварца и жидкое стекло или этилсиликат.

Жидкость для лица, для производства которой используют этилсиликат содержащий в составе 32 или 40 % SiO 2 , наносят в несколько слоев. Этиловый спирт участвует в гидролизе суспензии. Каждый последующий слой корма посыпают мелко промытым кварцевым песком или измельченным порошком маршалита, высушивают, после чего цикл повторяют от 5 до 11 раз. Модельный состав нагревается паром, горячей водой или отоплением.

Формование формы занимает от 2-х часов до 2-х суток, конечным результатом является твердая оболочка толщиной до 3 мм, после чего форма отправляется в участок для выплавки модели из формы путем нагревания в термошкафу при температуре +1200 С… +1500 С или в горячей воде 900 С. После удаления наполнителя форму помещают в колбу и покрывают сухим порошком кварца, циркона, электрокорунда или магнезита.

На следующем этапе производства подготовленную форму переносят в термическую печь для выжигания остатков легкоплавкой массы и последующего затвердевания при температуре ~9000 С в течение 4 часов. После завершения нагрева форму заливают расплавленным металлом, дают остыть, отливку извлекают из литниковой системы, подвергают термической обработке и окончательной очистке. Храните модели в термостате или в холодной проточной воде.

Особенностью огнеупорной суспензии является изменение физического состояния поверхности раствора при изменении рецептуры. Если в приготовленную чистую суспензию ввести водный раствор щелочи, начинается процесс твердения, благодаря которому становится возможным получение основы для изготовления съемной керамической формы.

Организация литейного производства

Не у всех есть возможность иметь целый арсенал средств для самостоятельной лепки. Поэтому не стоит своими руками, в домашних условиях, без применения специального оборудования выполнять сложные литейные работы. Доверьте их профессионалам, которые имеют для этого все необходимые навыки, оборудование и опыт.

Если вы задумали открыть собственное литейное производство, но чувствуете нехватку знаний, лучше доверить организацию прогрессивной инжиниринговой компании, которая специализируется на различных технологиях литейного производства. Это специалисты с многолетним опытом работы в данной сфере, оказывающие все виды инжиниринговых услуг – от стадии проектирования, ввода в эксплуатацию литейного цеха и до выхода на высокую проектную мощность.

Плюсы отлитых деталей

Преимуществом модельного метода производства является возможность использования экономичной неразрушающей технологии для производства ряда единичных, серийных или массовых изделий с высокими требованиями к точности размеров и отделке. Модели для литья по выплавляемым моделям мелких фасонных деталей, сложных конфигураций и крупных изделий изготавливаются из органических материалов:

1. 
   керосин;
2. церезин;
3. стеарин;
4. торфяной битум;
5. полистирол;
6. канифоль;
7. коричневый угольный воск;
8. полиэтилен;
9. озокерит и др.

При выборе модельного состава учитывается комплекс физических свойств материала. Восковые модели должны соответствовать следующим требованиям:

1. способность к плавлению при температурах от 600 С до 1000 С;
2. минимальная усадка и расширение;
3. хороший поток;
4. механическая сила;
5. минимальный показатель зольности и привязанности к предметам и рукам;
6. химическая инертность;
7. экологическая безопасность;
8. возможность повторного использования;
9. хорошая адгезия с встречной жидкостью;
10. возможность механизации и автоматизации процесса;
11. экономичный расход металла.

Технологический процесс на инвестиционных моделях позволяет изготавливать детали из легированной и углеродистой стали, цветного сплава или чугуна. Отливка металла в инструмент, штамп, пуансон, пресс-форму, стержень или пресс-форму делает детали для автомобилей и пистолетов. Получение отливок в съемной керамической форме (притирке) осуществляется в несколько этапов:

1. перелить суспензию в колбу;
2. затвердевание формы;
3. извлечь полученную модель из полусферы;
4. термический отжиг полуформы;
5. сборка и отливка полуформ из расплавленного металла.

Область применения технологии

Областью применения этого метода является получение отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов. Это корпуса и элементы приборов, режущий и медицинский инструмент, детали автомобильной, фото- и видеотехники, швейного и текстильного оборудования, для изготовления некоторых элементов художественного литья, а также в ювелирной промышленности.

Инвестиционные модели изготавливаются в формах из парафина, воска, стеариновых соединений, в том числе жирных кислот. Эти составы отличаются высокой эластичностью, полностью заполняют все полости и дают четкое впечатление.

Применение технологии литья открывает перед инженерами большие возможности, позволяя проектировать сложные тонкостенные конструкции, соединяя отдельные детали в компактные монолитные литые блоки. При этом значительно уменьшаются масса и габариты изделий, создаются нестандартные элементы, необходимые в процессе ускоренного развития технического прогресса, усложняются конструкции, модифицируются, совершенствуются и корректируются многие узлы и агрегаты. Со временем изменился и состав отливок. В ряде случаев приходилось изготавливать жаропрочные сплавы, которые получали в результате применения никеля.

Использование жидкостекольных смесей

Для компенсации недостатков технологии ХТС при производстве отдельных видов отливок допускается литье по выплавляемым моделям в жидкостекольные смеси с жидким катализатором (ЖЦГ). Эти смеси, содержащие жидкое стекло в количестве 3-3,5% и катализатор в количестве ок. 0,3% от массы песчаной основы начали применять за рубежом в начале 80-х годов и используют до сих пор. Согласно исследованиям, эти смеси отличаются, в отличие от JSS первого поколения, экологической чистотой, хорошей выбивкой и легкими следами пригара на отливках.

Финальный этап

Когда смесь загустеет, остается расплавить воск и залить металл в свободное пространство. Процесс литья по выплавляемым моделям в домашних условиях лучше всего проводить с использованием сплавов, которые плавятся при относительно низких температурах. Литой силиконовый алюминий (кремний + алюминий) идеально подходит. Материал прочный и твердый, но хрупкий.

После заливки расплавленного силумина ждем, пока он затвердеет. Затем извлекаем изделие из траншеи, снимаем литник и очищаем его от остатков литьевого песка. Перед нами почти готовая деталь (игрушка, сувенир). Кроме того, его можно шлифовать и полировать. Если остатки отливки прочно застряли в канавках, их необходимо удалить дрелью или другим инструментом.

Литье в оболочковые формы

Способ литья по выплавляемым моделям в оболочковые формы характеризуется наилучшей передачей размеров изделий и малой шероховатостью поверхности. Модель изготовлена ​​из легкоплавких соединений, таких как буроугольный воск. Литейные заводы также широко используют состав керосин-стеарин в равных пропорциях. Для отливок больших размеров в модельный материал включают соли для защиты модели от деформации. При методе погружения в раствор модель покрывают в 6-10 слоев высокотемпературной суспензией.

Гидролизованные силикаты действуют как связующее; кристаллы электрокорунда или кварца принимают в качестве термостойкой посыпки. Материалы для изготовления оболочковых форм отличаются высокой прочностью, малой гигроскопичностью и отличной газопроницаемостью.

Модель сушат в атмосфере газообразного аммиака. На следующем этапе форму нагревают до 120°С, чтобы удалить парафиновую модель. Остатки смеси удаляют перегретым паром под высоким давлением. Затем форму прокаливают при температуре до 1000 ˚С, что приводит к окончательному закреплению и удалению веществ, которые могут выделяться в виде газов в процессе литья.

Снаряд помещен в своеобразную опоку, которая покрыта стальной дробью. Это способствует сохранению конфигурации при заполнении формы расплавом и одновременно улучшает условия охлаждения отливки. Расплав заливают в формы, нагретые до 1000 ˚С. После охлаждения изделия по специальной программе в термостате форма разрушается, отливка вынимается и очищается.

Основным преимуществом этого метода литья является высокая точность размеров изделия и малая шероховатость поверхности.

Дополнительные преимущества метода:

• Отливки деталей из сплавов, трудно поддающихся механической обработке.
• Литые изделия, которые в противном случае пришлось бы отливать по частям, а затем собирать.

Недостатками этого метода литья по выплавляемым моделям являются низкая утилизация металла и повышенная трудоемкость.

Достоинство литья по моделям

К положительным особенностям технологического процесса можно отнести высокую точность отливки детали до 4 класса точности с чистой поверхностью, не требующей дополнительной обработки. Важной особенностью метода является также возможность получения изделия сложной конфигурации, которое при обычном способе производства потребовало бы сборки из отдельных элементов. Производство отливок из металлотвердых сплавов позволяет получать изделия с шероховатостью поверхности до 6 класса от Rz=20 мкм до Ra=1,25 мкм в соответствии с требованиями ГОСТ 2789–59 .

Литье в кокиль

Литье под давлением – это литье металлов, осуществляемое путем свободной отливки форм. Охлаждающая форма – это металлическая форма с естественным или принудительным охлаждением, заполняемая расплавленным металлом под действием сил гравитации. После затвердевания и охлаждения форму открывают и из нее извлекают изделие. Затем матрицу можно повторно использовать для отливки той же детали.

Этот метод широко используется в серийном и крупносерийном производстве.

Точность отливок обычно соответствует классам 5-9 для отливок из цветных металлов и классам 7-11 для отливок из черных металлов (ГОСТ 26645-85). Точность отливки, получаемой в изложнице. По весу она примерно на класс выше по сравнению с песчаными формами.

Литье под давлением ограничено возможностью изготовления крупных форм и обычно масса отливок не превышает 250 кг.

Широкий ассортимент продукции для всех отраслей промышленности (детали двигателей, заготовки для зубчатых колес, кузовные детали и т.д.).

Марки расплава металла:

• алюминиевые сплавы: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АК12, АК9, АК7;
• магниевые сплавы МЛ5, МЛ6, МЛ12, МЛ10;
• медные сплавы;
• чугунные отливки;
• стальные отливки: 20Л, 25Л, 35Л, 45Л, а также некоторые легированные стали 110Г13Л, 5ХНВЛ

Литье под давлением

Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической формы расплавом и формировании отливки под действием сил от поршня пресса, движущегося в камере пресса, заполненной расплавом.

Высокая точность, 1-4 класс по ГОСТ 26645-85 (10 класс), малая шероховатость поверхности (практически не требует обработки). Возможность изготовления крупных отливок с малой толщиной стенки (менее 1 мм).

Сплавы для литья:

• цинковые сплавы: ЦАМ4-1, ЦА4М3;
• алюминиевые сплавы АК12, АК9, АК7, АЛ2, АЛ9, АЛ4;
• магниевые сплавы: МЛ3, МЛ5;
• медные сплавы: ЛЦ40Сд, ЛЦ16К4.

Литье под давлением является наиболее совершенным способом получения отливок из цветных сплавов (цинковых, алюминиевых, магниевых, латунных) и в последнее время широко применяется в точном приборостроении, автомобилестроении, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности. Конструктивные особенности отливок, получаемых при литье под давлением, весьма разнообразны: от простых типов поддонов, решеток, заготовок и вкладышей, до сложных типов картеров двигателей, головок цилиндров, ребристых корпусов электродвигателей и плужных стоек. При литье под давлением получают детали с особыми свойствами: повышенной плотностью, износостойкостью (например, чугун с поверхностным и местным охлаждением), стойкостью к нагарообразованию и др. важно подчеркнуть, что детали различного, в том числе очень ответственного назначения, изготавливаются под давление.

Литье под давлением целесообразно только при серийном массовом производстве из-за сложности изготовления пресс-формы и ее дороговизны.

Литье под регулируемым давлением

К литью под регулируемым давлением относятся способы литья, суть которых заключается в том, что заполнение полости формы расплавом и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа. На практике наибольшее применение нашли следующие процессы регулируемого литья под давлением: литье под низким давлением, литье под низким давлением с противодавлением, литье под вакуумом, литье под вакуумом с кристаллизацией под давлением (вакуумное компрессионное литье).

Основными преимуществами являются возможность получения заготовок с минимальными допусками или без них и минимальной шероховатостью на необработанных поверхностях, а также обеспечение высокой производительности и низкой трудоемкости изготовления деталей.

Литье в оболочковые формы

Формование оболочек возникло как попытка автоматизировать производство разрушаемых форм. На разогретую модель из металла насыпают смесь песка с частицами неполимеризованного термоусадочного материала. После выдержки этой смеси на поверхности нагретой заготовки в течение определенного времени получается слой смеси, в котором частицы пластика расплавились и полимеризировались, образуя твердую корку (оболочку) на поверхности модели. При переворачивании бака лишняя смесь сливается, а корка удаляется с модели с помощью специальных эжекторов. Кроме того, полученные таким образом обечайки соединяют между собой склеиванием силикатным клеем, устанавливают в опоры и засыпают песком для обеспечения прочности при заливке металла. Также принимают керамические стержни для формирования внутренних полостей в отливке.

Литье в оболочковые формы имеет существенное преимущество по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы — простота автоматизации изготовления форм. Но следует отметить, что получение крупных отливок и изделий особо сложной формы путем литья в оболочковые формы невозможно.

Литье в оболочковые формы: радиаторов парового и водяного отопления, деталей автомобилей и различных машин.

Центробежное литье

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливки происходит при вращении формы либо вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при ее вращении по сложной траектории.

Технология центробежного литья предлагает ряд преимуществ, которые часто недостижимы при использовании других методов, таких как:

• высокая износостойкость.
• металл высокой плотности.
• отсутствие весов.
• в изделиях центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлаки.

Центробежным литьем получают отливки в форме тел вращения:

• вкладыши
• обода червячного колеса
• барабаны для бумагоделательных машин
• роторы двигателей.

Наибольшее применение центробежное литье находит при изготовлении втулок из медных сплавов, главным образом оловянной бронзы.

По сравнению с литьем в неподвижные формы центробежное литье имеет ряд преимуществ: увеличиваются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок. Однако для организации требуется специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточные размеры свободных поверхностей отливки, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности форм.

Литье по газифицируемым моделям

Технология литья по газифицируемым моделям является одной из наиболее перспективных и развивающихся в настоящее время технологий литья. Данную технологию можно отнести к методу литья по выплавляемым моделям, но в отличие от этих подобных методов извлечение (газификацию) модели производят не перед заливкой, а в процессе заливки формы металлом, что вытесняет (заменяет) «испарительную модель» из форма, занимает свободное пространство от полости.

Основные преимущества отливок, изготовленных по данной технологии, заключаются в следующем:

• высокая точность получаемых отливок даже сложной конфигурации. (7-12 класс по ГОСТ 26645-85)
• качество и плотность металла в отливке обеспечивается частичным вакуумированием в процессе литья.
• высокое качество поверхности отливок (RZ 80) позволяет в некоторых случаях полностью отказаться от механической обработки, которая была бы необходима при других способах производства.
• минимальный припуск на механическую обработку, если она все еще требуется.
• полная идентичность актерскому составу сериала.

Областями применения газифицированного модельного литья являются отливки различных серий, от единичного производства до промышленных серий.

Материалы литья – чугуны практически всех марок от СЧ15 до ВЧ-50, износостойкие ИЧХ. Сталь — из одинарной углеродистой стали. 20-45 до высоколегированных, жаропрочных и жаропрочных. Бронза — почти все литейные марки бронзы.

Базовая масса отливок от 1 до 300 кг. Штучное производство — до 1 тонны.

Непрерывное литье

Суть метода заключается в том, что жидкий металл равномерно и непрерывно заливают в охлажденную форму с одного конца и в виде закаленного блока (прутка, трубы, заготовки квадратного, прямоугольного или другого сечения). Затем он вытягивается специальным механизмом с другого конца. Этим методом можно получать отливки из всех известных черных и цветных сплавов.

При непрерывной разливке можно получить блок, трубу, профиль неограниченной длины и необходимого сечения.

Метод непрерывной разливки применяется также для получения слитков из сплавов цветных и черных металлов. Этим методом разливают в слитки почти все алюминиевые сплавы для переработки прокаткой в ​​плиты, профили и другие изделия.

Изготовление выплавляемых моделей

Для этого используются легкоплавкие составы, состоящие из парафина, церезина, воска и других компонентов. Эти композиции должны обладать свойствами:

• температура плавления 60–81,6 °С;
• стабильная линейная усадка и расширение должны быть сведены к минимуму;
• хорошая текучесть материала;
• хорошая прочность и твердость в замороженном состоянии;
• не прилипают к поверхности, минимальное образование золы;
• не вступать в химические реакции с тугоплавкими материалами в форме; отсутствие вредного дыма при нагреве;
• повторное использование;
• низкие затраты на комплектующие.

Суть заключается в том, что модельный материал должен заполнять все элементы формы и не допускать повреждений. А затем, не вызывая повреждений, вытекать из формы, освобождая место для металлической заливки.

Преимущества и недостатки литья по выплавляемым моделям

Данная технология литья имеет следующие преимущества:

1. Высокая точность получаемых отливок, это позволяет исключить или уменьшить объем механической обработки.
2. Возможность получения отливок сложной конфигурации, в том числе с тонкими стенками.

Преимуществом метода является точность детали

Но у литья под давлением есть существенный недостаток, они довольно сложны в изготовлении и имеют большие затраты.

Операции получения отливки

При производстве таких изделий есть особенности литья по выплавляемым моделям. Это включает:

• Расплавленный металл заливается равномерно и постепенно. Это позволяет изготавливать инвестиционные детали с гладкой и точной поверхностью, не требующей механической обработки.
• Отливка должна иметь необходимую температуру, для каждого материала она разная.
• Время заливки расплавленного состава будет зависеть от сложности будущей конструкции. Важно делать это постепенно, но не затягивать процесс слишком долго.
• Чтобы плавить качественный продукт, необходимо понимать, что тонкие детали кристаллизуются и остывают быстрее, чем массивные.
• Чтобы отливка охлаждалась равномерно, форма оснащается специальным теплообменником в виде элементов с повышенной теплопроводностью. Это может быть чугун или графит.
• При охлаждении отливка передает свою температуру форме неравномерно, внутри температура не отклоняется от остывающей заготовки.
• Расплавленные продукты осаждаются после окончания процесса кристаллизации и полного охлаждения. Скорость может негативно сказаться на качестве продукта.

Благодаря инвестиционным моделям можно сделать деталь любой сложности самостоятельно. Это дает возможность улучшить производство необходимых предметов.

2. Машины для заполнения пресс-форм модельным составом

На следующем этапе основное оборудование – машины для заливки форм модельным составом. Основным методом является вдавливание пасты в рабочую полость форм, что обеспечивает точность модели и малую шероховатость поверхностей. Макаронные изделия готовятся на установках, аналогичных показанным на рис. 4. При крупносерийном производстве модели с питателями для отливок изготовляют на десятипозиционной роторной машине 61201 (рис. 5) производительностью 400 прессов в час или на однопозиционной машине 61101 производительностью 63 прессовки в час.

Рис. 5. Десятипозиционный станок Карусель модели 61201А для производства модельных звеньев в механизированных формах

После затвердевания модельного состава форма автоматически открывается, модель проталкивается в ванну с холодной водой, откуда по водяному транспортеру направляется в участок сборки модели. Модели хранят либо в холодной проточной воде, либо в термостатах Одновременно с изготовлением отливки модели изготавливают модели элементов литниковой системы: стояка и воронки.

В единичном, мелкосерийном и серийном производстве модели изготавливают в неавтоматизированных формах на станке 6А54 — заливку форм осуществляют с помощью литьевой машины (рис. 6) или ручного шприца, после чего ставят на десятипозиционный карусельный столик.

Распылители воска имеют С-образную форму с четырьмя направляющими.

Рис. 6. Опрыскиватель с четырьмя направляющими

Изготавливаются с усилием прессования от 150 до 1000 кН с рабочим пространством под пресс-формой со стороной от 360 до 1020 мм.

Процесс прессования модельной массы управляется системой управления на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) и может выполняться в трех вариантах, в зависимости от степени сложности системы управления и специфики производства и задач:

1. Стандартная система управления, где ПЛК управляет только режимом впрыска модельной массы и ее температурой за счет последовательной работы различных систем в литьевой машине. При такой системе управления впрыск моделирующей массы происходит только на одной скорости, переключение на каждую новую форму осуществляется вручную.
2. Упрощенная электронная система управления. В этой версии система управления оснащена интерфейсом оператора с черно-белым сенсорным экраном для управления машиной и обеспечивает одношаговое управление давлением, скоростью и ускорением потока во время прессования.
3. Полностью электронная система управления. Наиболее совершенный вариант системы управления литьевой машиной предназначен для изготовления сложных моделей с различной толщиной сечения и/или керамических стержней (например, модели лопаток турбины). В этой версии система управления оснащена интерфейсом оператора с цветным сенсорным экраном и обеспечивает многоступенчатое регулирование давления, скорости и ускорения потока пульпы для предотвращения поломки хрупких керамических стержней при прессовании пульпы. Система обеспечивает графическое отображение модельного пластового давления и дебита, хранение до 4000 программ, самодиагностику системы и отчеты об ошибках для простоты обслуживания.

Точное литье

Литье по выплавляемым моделям — это название как технологии, так и самого конечного продукта. Высокая точность отливки обеспечивается тем, что при изготовлении формы нет необходимости извлекать из нее модель изделия. Изготовление литейного штампа традиционным методом представляет собой сложный и очень трудоемкий многоэтапный процесс. Особенно это касается отливок деталей сложной конфигурации, с выемками, впадинами и внутренними полостями.

Например, при отливке вазы из чугуна или меди, имеющей переменную кривизну поверхности, приходится использовать множество приемов. Так сначала заполняется нижняя половина опоки, затем модель вынимается, переворачивается и утрамбовывается верхняя половина. Модель должна быть составной, ручки вазы сделаны из двух элементов, они вытягиваются через полость модели в два этапа — сначала нижний элемент, затем верхний. Все эти многочисленные повороты и протаскивания не могут положительно сказаться на целостности поверхности формы и в конечном итоге на точности выдерживания размеров отливки и качестве поверхности. Кроме того, остается проблема точной соосности частей фляг и их надежного крепления друг к другу.

Производство литья по выплавляемым моделям лишено этих недостатков, не требует столь высокой квалификации моделистов и значительно снижает трудоемкость операций по подготовке отливок. Особенно это проявляется при больших тиражах отливок.

Способ позволяет достичь 2-5 классов точности по ГОСТ 26645-85. Это позволяет отливать такие высокоточные изделия, как лопатки турбин, режущий инструмент, в том числе высокопроизводительные фрезы и сверла, ответственные высоконагруженные кронштейны, мелкие высоконагруженные детали автомобилей, станков и других сложных механизмов.

Высокая размерная точность и высокий класс поверхности сводят к минимуму необходимость дальнейшей механической обработки отливки, что позволяет экономить металл и снижает затраты на производство.