Литье по выплавляемым моделям. Суть процесса

Литьем по выплавляемым моделям (точным литьем), изготовляют отливки весом от нескольких граммов до десятков килограммов с толщиной стенок до 0,5 мм. Этим способом достигается чистота поверхности 5—6-го классов и точность для большинства деталей 5—7-го классов, а в некоторых случаях — 3-го класса.

Сущность процесса литья по выплавляемым моделям состоит в следую-щем. Из легкоплавких модельных составов в специальных пресс-формах изготовляются модели деталей и литниковой системы. Их соединяют и получают «блок моделей», на который в несколько слоев наносят суспензио-жидкое облицовочное покрытие состоящее из огнеупорной основы и связующего раствора. Каждый слой суспензии обсыпают сухим песком и просушивают, вследствие чего на модели образуется оболочка формы. Далее следуют выплавление моделей, прокаливание формы и заливка ее металлом.

К пресс-формам предъявляются следующие основные требования..

1. Размеры и чистота поверхности полости пресс-формы должны обесречивать получение отливок с заданной точностью и чистотой поверхности. При этом точность размеров и чистота поверхности рабочей полости пресс-формы должны быть на 1—2 класса выше требуемой точности и чистоты поверхности отливки.

2. Пресс-формы должны иметь минимальное количество разъемов, причем должно быть обеспечено удобное, быстрое и надежное извлечение моделей. Извлечение модели из пресс-формы без повреждений и искажений достигается правильным выбором разъема, выполнением уклонов и применением выталкивающих устройств. Величину уклонов принимают не менее 0,5°. Выталкиватели делаются местными или сплошными. Местные выталкиватели могут оставлять следы на моделях, поэтому их надо ставить на обрабатываемых или на неответственных поверхностях, сплошные выталкиватели не оставляют следов на поверхности модели.

Для удаления воздуха из полости пресс-формы при заполнении ее модельным составом на разъемах делают тонкие риски (0,1 мм), а в глу-хих углублениях, где образуются воздушные мешки, следует предусматри-вать тонкие вентиляционные отверстия.

4. Размеры каналов для подвода модельного состава должны обеспечи-вать получение модели без пузырей, усадочных и других дефектов. Место подвода не должно портить поверхность модели и должно компенсировать объемную усадку. Если питатели отливки нельзя использовать как литники модели, Следует подводить модельную массу в наиболее толстое сежние модели и к обрабатываемой поверхности данной отливки.

5. Пресс-форма должна быть удобной в работе. Для удобства сборки И разборки на пресс-форме предусматриваются ручки, прилийы или углуб-ления для пальцев рук, а также зажимные приспособления для быстрого и надежного запирания пресс-формы.

6, Детали и узлы пресс-формы должны быть прочными, жесткими и износоустойчивыми.

Стальные пресс-формы выдерживают до 100 тыс. съёмов моделей и более. К стальным пресс-формам по износоустойчивости приближаются литые из цинково-алюминиево-медных сплавов. Пресс-формы из других легкоплавких сплавов допускают около 1 тыс. съёмов. Для увеличения срока службы пресс-формы часто армируют.

7. Конструкция пресс-формы должна быть технологичной в изготовле-нии. Сложные детали пресс-формы, изготовляемые механической обработкой, целесообразно расчленять на более простые элементы.

Изготовление гипсовых и литых металлических пресс-форм одинаково и осуществляется по мастер-модели в металлических обоймах.

Часто применяются и комбинированные пресс-формы. Часть их деталей изготовляется механической обработкой, а наиболее сложные детали — отливкой по мастер-модели методом гальванопластики и другими способами.

По способу подвода металла к отливке все литниково-питающие системы делятся, на четыре типа Правильно построенная литниковая система должна обеспечить:

1) хорошее заполнение формы;

2) получение отливок без усадочных раковин, рыхлот и пористости, без инородных включений и коробления

3) высокие механические свойства металла отливок.

Вес литниковой системы и ее габариты должны быть возможно мень-шими. Модель литниковой системы представляет собой несущую конструк-цию и должна быть прочной. Обычно металл подводится к толстым частям отливок. Питание всех массивных узлов отливки осуществляется только от стояка или коллектора через питатели, или одни узлы отливок питаются от специально установленных прибылей. Такое построение литниковой системы обеспечивает надежное питание и направленное затвердевание отливок. Размеры элементов литниковой системы определяются факторами, характеризующими скорость охлаждения отливок. Критерием скорости охлаждения отливки является ее приведенная толщина, т. е. отношение площади сечения тела отливки к его периметру. Приведенная толщина характеризует скорость охлаждения отливки только при малой интенсивности теплообмена.Размеры стояков и питателей определяются в зависимости от толщины массива отливки, веса отливки и длины питателя.

При выборе составов для изготовления моделей руководствуются Следующими требованиями:

1) температура плавления должна быть в пределах 60—100°, а температура начала размягчения — выше температуры рабочего помещения.

2) усадка при охлаждении и расширение при нагреве должны быть минимальными и стабильными;

)3 удельный вес должен быть невысоким (желательно меньше 1;

4) состав должен обладать хорошей жидкотекучестью;

5) время затвердевания состава в пресс-форме должно быть минимальным;

6) состав должен точно воспроизводить конфигурацию рабочей полости пресс-формы;

7) состав не должен прилипать к поверхности пресс-формы и взаимодействовать с материалом пресс-формы;

8) компоненты состава не должны растворяться в связующих облицовки;

9) в твердом состоянии состав должен иметь достаточную твердость и прочность;

10) состав должен обладать хорошей спаиваимостью,

11) состав должен быть пригодным для многократного использования;

12) состав должен хорошо смачиваться облицовочным составом;

13) зольность состава должна быть минимальной;

14) состав должен быть безвредным для здоровья работающих;

15) компоненты состава должны быть дешевыми;

16) приготовление составов должно быть несложным.

Применяемые модельные составы могут быть классифицированы:

а) в зависимости от основных компонентов и их соотношения,

б) в зависимости от температур плавления и размягчения, прочности и т д.;

в) по состоянию при введении в пресс-форму (жидкие составы, пастообразные, подогретые до размягчения)

;г) по способу удаления из литейных форм (выплавлением, растворением, выжиганием).

В последнее время предложены новые модельные составы парафин-полиэтиленовые, церезин-полиэтиленовые и парафин-церезин-полиэтиле-новые.

Легкоплавкие модельные составы (парафин, стеарин, церезин и др.) приготовляют в водяных, глицериновых или масляных банях с электрическим или газовым подогревом; применяют также бани-термо-статы.

Пастообразные модельные составы при малом масштабе производства приготовляют вручную, при более крупном — на специальных установках

Модельные составы с высокой температурой плавления (канифоль, полистирол и др.) изготовляют в специальных поворотных электропечах, оснащенных терморегуляторами.

Способы изготовления моделей разнообразны. Модельный состав вводят в полость формы следующими способами: свободной заливкой, запрессовкой в пастообразном состоянии; заливкой под давлением; запрес-совкой под высоким давлением подогретых до состоянии размягчения порошка или крупки модельных составов типа пластмасс.

Температуру расплавления перед заливкой нужно постоянно кон-тролировать (в зависимости от состава массы температура заливки должна быть в пределах 60—120°). Применение пустотелых моделей дает возмож-ность повысить точность отливок, сократить время изготовления моделей, снизить расход модельного состава и сократить потери последнего, уменьшить вес модельного блока, упростить и сократить, про-цесс выплавления моделей. Способ введения модельного состава в полость пресс-формы в пастообразном состоянии под давлением нашел в практике производства наибольшее распространение.

Запрессовка пастообразного модельного со-става осуществляется с помощью разнообразных устройств — от простейшего ручного шприца до сложных машин автоматов. Модельный состав запрессовы-вается из цилиндра-резервуара в полость формы под давлением поршня или сжатым воздухом, давящим непосредственно на расплавленный модельный со-став.

Модели из термопластических материалов типа полистирола изготовляются на специальных прессах, применяемых при штамповке различных изделий из пластмасс. Принцип работы машин состоит в том, что подогретый пластический материал, загружаемый в машину, обычно в порошкообразном виде, размягчается в обогревательном цилиндре и под высоким давлением поршня запрессовывается в полость пресс-формы через специальный литниковый ход. Для получения плотного изделия давление после заполнения полости пресс-формы повышается. По окончании выдержки для твердения (несколько секунд), половинки пресс-формы раздвигаются, и готовое изделие выталки-вается в лоток.

Сборка готовых моделей в блоки осуществляется различными способами.

а) модели деталей припаиваются к модели литниковой системы с по-мощью подогретого лезвия ножа, электропаяльником или расплавленным модельным составом;

б) модели соединяются в кондукторе с элементами литниковой системы механически или склеиванием.

Сборочные кондук-торы применяются для моделей из плохо спаивающихся модельных составов. Механическое соединение моделей деталей и литниковой системы приме-няется в тех случаях, когда модели делаются из материала, не поддающегося спаиванию (например, полистирол). Для этой цели используется специаль-ный металлический стояк с лепестковым зажимом. Сборка путем склеивания моделей применяется редко.

Литейные формы.

Процесс изготовления литейной формы складывается из подготовки материалов, формирования оболочки на поверхности модели, удаления модели из оболочки, заформовывания оболочки в наполнитель и прокали-вания формы.

Для образования литейной формы употребляются:

связующие материалы — этилсиликат, жидкое стекло, глиноземистый цемент,

материалы основы — пылевидный кварц, кварцевый песок, плавленый кварц, молотый шамот, пылевидный тальк, магнезит, циркон:

растворители и прочие материалы—этиловый спирт, ацетон, эфир-альдегидная фракция, гидрозит, соляная кислота, дистиллированная вода.

Связующие представляют собой раствор этилсиликата в органических растворителях (спирт, ацетон) и водные растворы жидкого стекла. Первый приготовляют гидролизом этилсиликата. Сущность гидролиза этилсили-ката состоит в переводе эфиров этилсиликата в неустойчивые кремниевые кислоты, которые переходят в коллоидное состояние. При гидролизе должен быть получен гель кремневой кислоты заданных состава и свойств.

Этилсиликат и вода не растворяются друг в друге при смешении, но этилеиликат и вода хорошо растворяются в спирте, ацетоне, эфироальдегидной фракции и других жидкостях. Поэтому гидролиз этилсиликата проводят в предварительно приготовленных водноспиртоэом или водно-ацетоновом растворе. Для ускорения реакции -применяют катализатор — соляную кислоту.

В зависимости от количественного соотношения взятых для гидролиза материалов, а также их состава можно получить различные по составу и свойствам коллоиды.

Жидкое стекло применяется для второго и третьего слоев облицовки, жидкое стекло растворяется до заданного удельного веса, после чего оно поступает на приготовление суспензии.

Приготовление суспензии состоит в перемешивании связующего раствора с пылевидным материалом (предварительно промытым, просушеным, прокаленным и просеянным) до получения однородной массы.

Формирование оболочек на поверхностях моделей состоит в нанесении суспензии, обсыпке сухим песком и твердении слоя оболочки, при формировании оболочки на жидком стекле по способу П. С. Першина Тврдение происходит при смачивании оболочки после обсыпки песком 10-процентным водным раствором хлористого или азотнокислого аммония Происходит химическое твердение.

Нанесение суспензии на поверхности моделей осуществляется мето-дом погружения модели в суспензию. Другие методы нанесения (напылением, обливанием) не получили распространения.

Обсыпка песком в начале делалась вручную в непрерывно падающем потоке песка В настоящее время она повсемесно механизирована. Способ удаления модельного материала зависит от его свойств и от того удаляется ли он непосредственно из оболочки, до формовки или после формовки.

Выплавление модельного материала может быть осуществлено в шкафах горячим воздухом, перегретым водяным паром; в ваннах горячей водой, инфракрасными лучами; токами высокой частоты/

Наибольшее распространение получили способы выплавления моделей в жидкой и газообразной среде. Выжигание и растворение моделей широкого распространения не получили.

Формовка оболочек производится в опоках с дном для сухих наполнителей или без дна для влажных наполнителей опоки обычно делают сварными из листового материала толщиной 4—5 мм, преимущественно цилиндрической формы, а таке литьем в землю.

В качестве наполнителей применяют формовочный песок.

В том случае, когда модели из оболочек выплавляются после формовки, опоку переворачивают литниковой чашей вниз, необхо-димо удержать в опоке сухой наполнитель Для этой цели приготовляется Торцовый наполнитель, например из песка с 4—6% жидкого стекла.Процесс формовки сводится к засыпке наполнителя в опоку вокруг оболочки вручную или из бункера с небольшим уплотнением.

Формовка влажным наполнителем состоит в заливке наполнителя в промежуток между оболочкой и опокой. Уплотнение осуществляется на вибрационной машине. Процесс твердения происходит в первый час После формовки и продолжается до 2 суток.

По окончании формовки и удаления модели формы подвергают прокаливанию, благодаря чему достигается удаление из оболочки газотворных составляющих, а также лучшее запол-нение нагретой формы жидким металлом.

Прокаливание производится при температуре 850—900° в печах раз-ных конструкций (электрических, газовых и др.).

Плавка металла и заливка форм.

К качеству металла отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям, предъявляются те же требования, что и к отливкам, получаемым другими способами. Поэтому металл из любого плавильного агрегата может быть использован и для литья под давлением.

Заливка жидкого металла в формы имеет свои особенности.

Заливка осуществляется одним из следующих способов:

Свободная заливка;

Заливка с приложением давления воздуха или нейтрального газа на поверхность жидкого металла;

Вакуумная заливка с созданием разрежения в форме;

Центробежная заливка;

Комбинированная центробежно-вакуумная заливка.

В случае когда удаление форм производится после их заливки, освожденные от наполнительной смеси и выбитые из опок стояки с отливками, обрабатываются на околоточном станке где с отливок удаляются остатки керамики и прикипевшей наполнительной смеси.

Отливки удаляются со стояков металоорежущим инструментом (круг), остатки питателе фререзуются за подлицо (остаток пистателя на отливках может варьироваться до 5 мм и более, как правило составляет не более 2-х мм., в зависимости от принятого на предприятияя тех. процесса).

Окончательная обработка отливок производится в пескоструйной или дробеметной камере, голтовочном барабане и т.д. В зависимости от марки сплава отливок производится термическая обработка литья.

Использование выплавляемых моделей - достаточно популярный способ литейного производства. Метод отличается сложностью технологического процесса и высокими трудозатратами на подготовительные процессы. Поэтому он используется там, где необходимо точно соблюсти размеры и обеспечить высокое качество поверхности деталей. Так отливают турбинные лопатки и высокопроизводительный инструмент, зубные протезы и украшения, а также скульптуры сложной конфигурации. Сущность литья по выплавляемым моделям состоит в том, что форма для отливки является неразъемной, модель из легкоплавких материалов в ходе формовки не извлекается, а выплавляется. Это обеспечивает тщательность соблюдения размеров и рельефа. В оставшуюся от модели полость и заливается металл. По завершении остывания форма разрушается и изделие извлекается. При отливке больших серий себестоимость изделия снижается.

Преимущества метода

Главный плюс литья по выплавляемым моделям - тщательность передачи формы и низкая шероховатость поверхности. Кроме того, в наличии другие достоинства:

• Доступно производство деталей из сплавов, слабо подверженных механической обработке.
• Снижается необходимость в дальнейшей механической обработке.
• Отливаются изделия, которые иными методами пришлось бы изготавливать частями и собирать воедино.
• При крупных сериях достигается снижение удельной трудоемкости (в расчете на одно изделие) и его себестоимости.
• Возможность механизации и частичной автоматизации подготовительных операций самого литья.

Эти достоинства выдвигают метод в число наиболее популярных и применяемых в сегодняшней металлургии, особенно в сочетании с современными прогрессивными методами заливки.

Недостатки литья по выплавляемым моделям

Несомненные преимущества способа, казалось бы, должны были обеспечить его доминирование среди других способов. Однако, несмотря на популярность метода литья по выплавляемым моделям, недостатки сдерживают его широкое распространение. Основной недостаток заключается в сложности многоэтапного технологического процесса. Он требует достаточно сложного и дорогостоящего технологического оборудования для подготовительных этапов. Для несложных изделий, выпускаемых небольшими сериями, данный метод имеет более высокую себестоимость.

Для экономически эффективного применения литья по выплавляемым моделям преимущества и недостатки метода сопоставляются, решение о его выборе принимается на основе оценки соотношения цена/качество. Поэтому и применяется он в основном для самых ответственных и дорогостоящих изделий, которые затруднительно получить другим способом, например турбинных лопаток, скульптур, высокоскоростных инструментов и т. п. Еще одна область применения - крупносерийные отливки, на которых эффект масштаба позволяет добиться значительного снижения себестоимости.

Технология

Технология литья по выплавляемым моделям - это многоэтапный производственный процесс, который отличается сравнительно высокой трудоемкостью. На первом этапе выполняют мастер-модель, она станет эталоном для изготовления рабочих моделей и после прохождения всех этапов конечного изделия. Для производства мастер-модели используют как специальные модельные составы, так и традиционные - гипс или дерево. Материал мастер-модели должен сочетать в себе прочность и легкость обработки.

Далее технология литья по выплавляемым моделям предусматривает создание пресс-формы, в которую и будут отливаться все рабочие модели. Пресс-формы изготавливают из гипса, реже из металла. Конструктивно она должна обязательно быть разъемной и рассчитанной на многократное использование. Пресс-форму заполняют модельным составом, после его отвердения ее разбирают и извлекают очередную рабочую модель.

При производстве уникальных деталей или небольших тиражей этапы создания мастер-макета и пресс-формы пропускают, а макет (или несколько) делают, формуя материал вручную.

Следующий этап процесса литья по выплавляемым моделям - изготовление вокруг макета (или блока макетов) отливочной формы. Эти матрицы конструктивно уже неразборные и одноразовые, что позволяет добиться тщательности соблюдения размеров и шероховатости изделия. В современной промышленности применяются два вида форм - традиционные песчано-глиняные для литья в землю и оболочковые формы - для производства точных и дорогостоящих деталей.

После завершения формы макет из нее выплавляют путем нагрева или продувки перегретым паром. Оболочковые формы дополнительно укрепляют путем прогрева до 1000 ˚С.

В финальный этап процесса входит собственно заливка изделия, его охлаждение в естественных условиях либо по специальной методике в термостате, разрушение формы и очистка изделия. Способ позволяет получать высококачественные отливки весом от нескольких грамм до десятков килограмм.

Модельные составы

Материал для производства макета должен обладать определенными свойствами. Он должен иметь такие свойства, как:

• Пластичность в твердой фазе. Необходима для точного повторения формы будущего изделия и коррекции его при необходимости.
• Прочность. Модель должна выдерживать без деформаций процесс формирования формы вокруг нее.
• Легкоплавкость. Вытапливание модели не должно требовать больших затрат времени и энергии.
• Текучесть в расплавленном состоянии. Состав должен легко проникать во все углубления и детали рельефа, точно повторяя очертания будущей детали.
• Экономичность. Особо важна для производства крупных серий.

Для модельных составов используют обычно смесь стеарина и парафина. Эти материалы удачно дополняют параметры друг друга, компенсируя недостаточную температуру плавления парафина и излишнюю вязкость стеарина.

Не менее популярными в промышленности являются составы на основе буроугольного воска. Главные его свойства - это влагостойкость, прочность и возможность образовывать очень гладкие покрытия, что особенно ценно для моделирования изделий.

Используются также и составы, состоящие из смеси буроугольного воска, парафина и стеарина.

Изготовление пресс-форм

Для производства уникальных изделий макет готовят, вырезая из куска модельного материала вручную или по шаблонам. Модели, имеющие форму тел вращения, изготавливают также на токарных станках. В последнее время получает все более широкое распространение метод 3D-печати моделей. Он подходит как для одиночных макетов, так и для небольших серий.

Стоимость современного промышленного 3D-принтера все еще высока, однако благодаря легкости перенастройки с одного изделия на другое он может стать эффективным инструментом изготовления моделей в случае большого количества разнородных заказов малых серий.

Для того чтобы изготовить большое количество одинаковых макетов, изготавливают матрицу из гипса, резины, силикона или металла. Рабочие макеты производят, в свою очередь, путем отливки в матрицу. По конструкции пресс-форма должна быть обязательно разборной, чтобы обеспечить возможность изготовления заданного количества моделей. Выбранный материал также должен обеспечивать такую возможность, поэтому к нему предъявляются такие требования, как прочность, плотность, низкая шероховатость, химическая инертность по отношению к макету. Вещество пресс-формы должно также обладать минимальной адгезией к макету для обеспечения легкости извлечения готовых макетов и соблюдения размеров. Важное свойство пресс-формы - ее прочность и износоустойчивость, особенно при крупных сериях.

Изготовление моделей и блоков

Широко распространенный способ изготовления выплавляемых моделей - отливка их под малым давлением в пресс-формы. Нагнетание жидкой смеси производится как вручную, с помощью поршневых шприцев, так и механическими, гидравлическими или пневматическими нагнетателями. В случае применения буроугольного воска требуется подогревать трубопроводы подачи состава ввиду его высокой вязкости. Макеты из вспененного полистирола изготавливают методом экструзии на автоматизированных формовочных агрегатах.

Для повышения экономической эффективности и снижения трудоемкости в случае серийного производства небольших отливок их макеты объединяют в блоки. Над блоками формируют литниковые системы, присоединяя отдельные макеты к литникам посредством ручного паяльника. В случае единичных отливок или малых серий модели изготовляют вручную.

При формировании необходимо обеспечить не турбулентное течение расплава, равномерное заполнение всех элементов матрицы. При набивке формы из ПГС нужно также следить за равномерным заполнением всех проемов между литниками и недопущением их повреждения.

Изготовление формы

В рассматриваемом способе литья по выплавляемым моделям встречается два основных вида форм:

• Песчано-глиняные смеси (ПГС).
• Оболочковые.

Формы для литья по выплавляемым моделям из ПГС применяют большей частью при производстве небольших серий изделий, не требующих очень высокой точности. Процесс их изготовления достаточно трудоемкий и требует высокой, а зачастую - уникальной квалификации модельщиков и формовщиков. Частичной механизации поддаются лишь отдельные операции, такие как приготовление и засыпка формовочной смеси, ее трамбовка.

Оболочковые формы, напротив, применяются для выпуска деталей, требующих особой точности изготовления. Процесс их изготовления более сложный и продолжительный, но лучше поддается механизации.

Литье в землю

Это самый ранний освоенный человечеством способ обработки металлов. Он освоен нашими предками одновременно с началом применения металлических изделий в качестве оружия, инструментов или утвари, то есть около 5 тысяч лет назад. Отливают расплавленный металл в подготовленную матрицу из смеси песка и глины. Самые ранние места обработки металлов как раз возникали там, где рядом размещались залежи металлов в виде самородков и россыпей. Характерный пример - всемирно известный своим чугунным кружевным литьем Каслинский завод на Урале.

Способ литья по выплавляемым моделям применяется для изготовления металлических изделий - как черных, так и цветных. И только для металлов, проявляющих повышенную склонность к реакции в жидкой фазе (таких как титан), приходится делать матрицы из других составов.

Литья в ПГС состоит из следующих фаз:

• изготовление модели;
• подготовка опоки;
• засыпка и уплотнение смеси в опоке;
• отливка металла;
• извлечение и очистка отливки.

Форма из ПГС - однократного применения. Чтобы достать готовое изделие, ее придется разбить. В то же время большая часть смеси доступна для вторичного применения.

В качестве материалов для ПГС применяют составы из преимущественно кварцевых песков различной зернистости и пластичных глин, содержание которых колеблется от 3 до 45 процентов. Так, например, художественные отливки производят с использованием смеси с 10-20 % содержанием глины, для особо крупных отливок содержание глины доводят до 25 %.

Применяют два подвида:

• Облицовочные смеси. Находятся на внутренней поверхности формы и взаимодействуют с расплавленным металлом. Должны быть жаростойкими, способными не разрушаться от разницы температур и возникающих вследствие этого напряжений. У таких смесей мелкое зерно, чтобы тщательно передать детали поверхности. Весьма значима и способность смеси к газопропусканию.
• Наполнительные смеси. Применяются для засыпки между облицовочным слоем и стенками опоки. Должны противостоять весу залитого металла, сохранять форму изделия и способствовать своевременному и полному отводу газов. Производятся из более дешевых сортов песка, подлежат повторному использованию.

Если же литьевые газы выходят не через массы формовочной смеси, а через литниковую систему, в отливке возникают дефекты, ведущие к браку.

Традиционная технология литья в землю детально проиллюстрирована в ленте А. Тарковского «Андрей Рублев». В новелле «Колокол» юноша Бориска, сын умершего мастера, по сюжету возглавляет литейную артель и отливает церковный колокол.

Литье в оболочковые формы

Способ литья в оболочковых формах по выплавляемым моделям характеризуется наилучшей передачей размеров изделия и низкой шероховатостью поверхности. Модель делается из легкоплавких составов, например буроугольного воска. На литейных предприятиях также широко применяют состав парафин-стеарин в равных долях. В случае отливок больших размеров в модельный материал включают соли, предохраняющие макет от деформаций. Способом погружения в раствор модель покрывают в 6-10 слоев высокотемпературной суспензией.

Связующим выступают гидролизованные силикаты, в качестве жаростойкой обсыпки берут кристаллики электрокорунда или кварца. Материалы для производства оболочковых форм отличаются высокой прочностью, низкой гигроскопичностью и отличной газопроницаемостью.

Макет сушат в атмосфере газообразного аммиака. На следующем этапе форму прогревают до 120 ˚С, чтобы удалить парафиновую модель. Остатки смеси удаляют перегретым паром под большим давлением. Далее форму прокаливают при температуре до 1000 ˚С, что ведет к ее окончательному закреплению и удалению веществ, могущих выделиться в виде газов в процессе отливки.

Оболочку помещают в подобие опоки, которую засыпают стальной дробью. Это помогает сохранить конфигурацию при заполнении формы расплавом и одновременно улучшает условия охлаждения отливки. Заливка расплава происходит в разогретые до 1000 ˚С формы. После охлаждения изделия по специальной программе в термостате форму разрушают, извлекают и очищают отливку.

Главное достоинство этого метода литья - высокая точность передачи размеров изделия и низкая шероховатость поверхности.

Дополнительные плюсы метода:

• Отливка деталей из сплавов, плохо поддающихся механической обработке.
• Отливка изделий, которые иначе придется отливать по частям и далее собирать воедино.

Недостатки данного способа литья по выплавляемым моделям - малый коэффициент использования металла и повышенная трудоемкость.

Точное литье

Точное литье по выплавляемым моделям - так называют и технологию, и саму конечную продукцию. Высокая точность литья обеспечивается тем, что в процессе подготовки формы нет необходимости извлекать из нее макет изделия. При использовании традиционного метода производство матрицы для отливки - сложный и весьма трудоемкий многоэтапный процесс. Особенно это актуально в случае отливки деталей сложной конфигурации, с выемками, впадинами и внутренними полостями.

Например, при отливке чугунной или медной вазы, имеющей переменную кривизну поверхности, приходится применять немало ухищрений. Так, сначала набивают нижнюю половину опоки, потом модель извлекают, переворачивают и трамбуют верхнюю половину. Модель приходится делать составной, ручки вазы выполняют из двух элементов, их вытаскивают через модельную полость в два приема - сначала нижний элемент, потом верхний. Все эти многочисленные переворачивания и протаскивания не могут положительно влиять на целостность поверхности формы и в конечном счете на точность соблюдения размеров отливки и качества ее поверхности. Кроме того, остается проблема точного совмещения частей опок и надежного крепления их друг к другу.

Изготовление литья по выплавляемым моделям лишено этих недостатков, оно не требует столь высокой квалификации модельщиков и существенно сокращает трудоемкость подготовительных к литью операций. Особенно ярко это проявляется при больших тиражах отливок.

Метод позволяет достигать 2-5-го класса точности по ГОСТ 26645-85. Это позволяет отливать такие высокоточные изделия, как турбинные лопатки, режущий инструмент, включая высокопроизводительные фрезы и сверла, ответственные высоконагруженные кронштейны, небольшие высоконагруженные детали транспортных средств, станков и других сложных механизмов.

Высокая точность соблюдения размеров и высокий класс поверхности сводят к минимуму потребность в дальнейшей механической обработке отливки, что позволяет экономить металл и снижать себестоимость продукции.

Оборудование

Оборудование для литья по выплавляемым моделям требуется разнообразное и сложное. Предприятия объединяют их в единый и слаженно работающий комплекс, организованный в качестве участка, цеха или отдельного производства.

Состав комплекса зависит от масштабов производства, размеров, конфигурации и тиража отливок.

Так, в производстве зубных протезов и ювелирных украшений в состав оборудования войдут:

Этот производственный комплекс легко уместится на одном столе и в одном шкафу. Если же планируется серийное производство, например, алюминиевых отливок - деталей какого-либо прибора, то потребуется оборудование для:

• формовки и заливки керамических форм;
• сушки форм;
• выплавления модельного материала и нанесения жаропрочного слоя;
• очистки отливок от формовочного материала.

Ну и наконец собственно оборудование литейного комплекса, предназначенное для получения расплава и заливки его в форму. Это может быть оборудование для литья:

• под низким давлением;
• центробежного;
• обычным гравитационным способом.

Установки для литья под давлением и центробежного литья представляют собой отдельный высокомеханизированный и автоматизированный производственный комплекс, изолированный от атмосферы цеха. В них сведен к минимуму ручной труд и нахождение человека во вредных условиях. Герметичные камеры, в которых размещены комплексы, обеспечивают полно улавливание и очистку отходящих газов, что значительно повышает экологичность предприятия.

Литье по выплавляемым моделям имеет достаточно высокий потенциал для развития, особенно в сочетании с прогрессивными способами изготовления форм и методами заливки.

Метод литья по выплавляемым моделям широко применяется в ювелирном производстве. Этот метод позволяет серийно изготовлять изделия сложной конфигурации, обеспечивая при этом требуемую точность, а также получать тонкостенные отливки с отклонением от заданного размера не более 0,5% и чистотой поверхности 5-6 кл. Это дает возможность использовать их как готовые элементы ювелирных изделий без дополнительной механической обработки.

Чаще литье по выплавляемым моделям производится на центробежных установках, откуда и сам метод литья получил название - центробежное литье. Литье может производиться и на вакуумных установках методом вакуумного всасывания. При этом схемы обоих технологических процессов литья по выплавляемым моделям (рис. 28) идентичны, различаются лишь процессы заполнения (заливки) литейной формы и оборудование, на котором эта операция производится.

Метод литья по выплавляемым моделям приобрел широкое применение даже в условиях небольших ювелирных мастерских. Применяемое оборудование несложно по конструкции, невелико по размерам и может быть смонтировано в производственном помещении площадью 20-25 м 2 . При этом даже мастерские, не имеющие в своем составе высококвалифицированных ювелиров-модельеров, методом заимствования опыта и использования готовых резиновых форм могут изготовлять высокохудожественные изделия и таким образом удовлетворять спрос населения.

Этапы изготовления. Основными этапами изготовления элементов ювелирных изделий по выплавляемым моделям являются изготовление образца-эталона, изготовление пресс-формы, изготовление восковой модели, подготовка литейной формы, отливка элементов ювелирных изделий, очистка отливок.

Приступая к разработке конструкции изделия, необходимо определить возможность ее изготовления методом центробежного литья с тем, чтобы в дальнейшем обеспечить выполнение монтировочных и отделочных операций.

Образец-эталон должен быть изготовлен из тугоплавкого металла 1 (см. рис. 28). Целесообразно изготовлять его из того же металла, из которого в дальнейшем будут серийно отливаться изделия. Разрабатывают модели и изготовляют образцы-эталоны, как правило, высококвалифицированные ювелиры. На специализированных ювелирных предприятиях модели разрабатывают художники-модельеры.

Образец-эталон изделия или его отдельный элемент должны быть выполнены качественно, с учетом художественных требований, а чистота поверхности должна соответствовать 8-9 кл. При изготовлении образца-эталона необходимо учитывать, что при последующей отливке по выплавляемой модели металл будет давать усадку. Поэтому необходимо предусмотреть припуски, которые определяются опытным путем, но не более 5-6% заданной размерной величины.

Приступая к изготовлению резиновой пресс-формы , необходимо определить ее технологичность, т. е. удобство изъятия из нее восковой модели. Резиновая пресс-форма должна повторять контур и все художественные линии будущего ювелирного изделия. Резиновая пресс-форма изготовляется методом вулканизации сырой резины, в которую закладывают образец-эталон изделия. Технология изготовления резиновой пресс-формы зависит от сложности конструкции изделия.

Процесс изготовления резиновой пресс-формы для последующей отливки восковых моделей изделий сложных форм следующий. Специальную опоку с направляющими штифтами укладывают на гладкую поверхность стола или опорную плиту основанием вниз. Затем опоку заполняют пластилином, в который вдавливают до половины образец-эталон изделия 2 (см. рис. 28). На эту опоку устанавливают вторую и заливают ее жидким раствором гипса. После затвердения гипса опоки переворачивают и удаляют пластилин, а образец-эталон при этом остается в гипсовой форме. В гипсе делают несколько углублений, которые будут направляющими выступами резиновой формы. Сырую резину нарезают мелкими кусочками, которыми наполняют верхнюю половину формы 3.

Опоки устанавливают на вулканизационный пресс 4 и вулканизируют кусочки резины в течение 45-60 мин при температуре 150-160°С. После этого гипс разбивают, извлекают и тщательно очищают образец-эталон изделия и резиновую полуформу. Затем опоку, в которой находится полуформа, укладывают основанием вниз и после посыпания тальком в полуформу 5 укладывают образец-эталон. Вторую верхнюю половину опоки заполняют кусочками сырой резины 6. Далее вулканизируют вторую половину формы и получают обе части резиновой пресс-формы. Затем из резиновой пресс-формы извлекают образец-эталон изделия и прорезают в ней литниковый канал 7.

При изготовлении пресс-формы для отливки восковых моделей изделий простых форм достаточно поместить образец-эталон между двумя пластинами сырой резины соответствующей толщины так, чтобы при вдавливании образец был полностью утоплен в резину, и вулканизовать их под прессом. Режим вулканизации такой же, как и в первом варианте изготовления пресс формы. В результате вулканизации пластины свариваются меж­у собой. После остывания резиновой пресс-формы (в воде) ее разрезают по наиболее благоприятным линиям разъема и вынимают образец-эталон. В процессе резания необходимо предусмотреть, как будет освобождаться пресс-форма.

Для изготовления восковых моделей используют инжекторную установку 8 (см. рис. 28). При этом может быть использована как стандартизированная установка типа АМЛ мощностью 0,5 кВт, так и нестандартизированная, в которой воск нагревается до 70-85°С и постоянно поддерживается на уровне этой температуры.

Перед заполнением воском пресс-форма должна быть очищена и смазана раствором глицерина (смесь воды и глицерина в равных частях) для более легкого отставания воска от резины. Заполняют пресс-форму воском под давлением 1,96-104...7,85Х10 4 Па (0,2-0,8 кгс/см 2), которое создается в бачке инжекторной установки сжатым воздухом. Жидкий воск через штуцер поступает в литниковый канал пресс-формы и заполняет ее. При этом пресс-форма должна быть плотно закрыта. Для этой цели рекомендуется в период заполнения пресс-форму с двух сторон по плоскостям прижимать термостойкими металлическими пластинками (алюминий, латунь) по размерам, соответствующим размерам пресс-формы, чтобы они не мешали доступ литника пресс-формы к штуцеру.

После заполнения воском пресс-форму нужно охладить либо в естественных условиях при комнатной температуре, либо в холодильных камерах. Охлажденную пресс-форму раскрывают и из нее вручную извлекают восковую модель изделия. В случаях прилипания модели к пресс-форме может быть использован тонкий шпатель с полированным тупым лезвием.

Восковые модели должны быть тщательно осмотрены. Модели, имеющие недоливы, отбраковывают, а имеющие незначительные переливы в виде облоя - очищают, после чего все пригодные для дальнейшего использования модели укладывают в специальную тару, чтобы избежать их поломки.

Подготовка литейной формы осуществляется следующим образом. Готовые восковые модели в соответствии с вместимостью стакана (опоки) набирают по форме елочки, припаивая литники моделей к единому стержню, также изготовленному из воска методом литья и установленному в резиновый башмак (основание). Припаивание осуществляют с помощью бытового электропаяльника. При сборке елочкой модели нельзя располагать близко друг к другу, так как при вакуумировании они могут соединиться, тогда отливки будут бракованными.

Набранную восковую елочку обезжиривают, окуная в спирт или четыреххлористый углерод, и сушат в естественных условиях. После сушки на восковую елочку надевают стакан (опоку) так, что он входит в цилиндрический паз резинового основания, и заливают в опоку предварительно приготовленную, провакуумированную формовочную смесь.

Для приготовления формовочной смеси используют формовочную массу, представляющую собой кристобалитогипсовую смесь. В настоящее время в ювелирном производстве в основном применяются импортные формовочные массы К-90, "Суперкаст" и "Сатинкаст". Готовят формовочную смесь, добавляя в формовочную массу дистиллированную воду и тщательно перемешивая ее. Расчетное количество формовочной массы и дистиллированной воды составляет 0,32-0,42 л воды на 1 кг смеси.

Затем заполненную опоку 9 (см. рис. 28) вакуумируют и уплотняют на вибровакуумной установке до остаточного давления 0,98*10 4 ...1,96*10 4 Па (0,1-0,2 кгс/см 2) в течение 2-3 мин, после чего формовочная смесь затвердевает. По окончании вакуумирования опоки ставят на отстой (примерно 1 ч), а затем снимают с них резиновые основания и подрезают формовочную смесь на нижнем торце опоки.

Следующей операцией подготовки литейной формы является выплавка воска. Эту операцию осуществляют в муфельной печи при поддержании температуры 120-140°С в течение 1 ч, после чего температуру повышают до 200°С и опоки выдерживают при этой температуре в течение 1 ч, а затем температуру плавно повышают до 700-750°С и прокаливают литейную форму в течение 3 ч. После этого можно считать, что литейная форма 10 подготовлена для заливки.

Отливка элементов ювелирных изделий производится на центробежных установках или на установках вакуумного всасывания. В зависимости от типа центробежной установки (простейшая настольная центрифуга или центробежная плавильно-заливочная машина) выбирается метод подготовки сплава для заливки в литейную форму, которую необходимо нагреть до определенной температуры.

Если имеется центробежная плавильно-заливочная машина, то в нее с помощью специальных щипцов устанавливают подогретую литейную форму, а сплав металла помещают в специальный плавильный стакан, и при достижении температуры плавления запускают центрифугу. Под действием центробежной силы сплав заполняет литниковую форму 11. Цикл вращения центрифуги задается. После окончания цикла центрифуга останавливается, и заполненная литейная форма с помощью тех же специальных щипцов извлекается и охлаждается в естественных условиях.

Для заливки литейной формы на настольной центрифуге сплав металла в виде слитка полусферической формы, предварительно отлитый в специальную изложницу, подогревают в муфельной печи до требуемой температуры (сплав золота до 700°С, сплав серебра до 600°С). Затем подогретую литейную форму с помощью специальных щипцов устанавливают в тарелку литником вверх, а на верхнюю часть опоки накладывают подогретый сплав. На другую тарелку устанавливают соответствующий противовес. За это время температура сплава понижается в среднем на 200°С. Сплав доводят до температуры плавления и состояния текучести на открытом пламени горелки, которое должно быть сильным и шумящим. При достижении состояния текучести запускают центрифугу. Под действием центробежной силы сплав заполняет литейную форму. Затем после остановки центрифуги заполненную литейную форму с помощью тех же специальных щипцов снимают с тарелки и охлаждают в естественных условиях или опускают ее в воду. После охлаждения литейной формы выбивают отливки.

Очистка отливок от формовочной массы происходит в 20-40%-ном растворе плавиковой кислоты после выбивки блока отливок из опоки 12. Затем отливку промывают в проточной воде и отбеливают в составе, соответствующем сплаву металла (для сплавов золота - в 10%-ном водном растворе азотной кислоты, для сплавов серебра - в 10%-ном водном растворе серной кислоты). Температура раствора должна быть не ниже 60-70°С. Время отбеливания длится не более 5 мин.

После отбеливания отливки просушивают в сушильном шкафу при температуре 100-120°С или в естественных условиях и откусывают отдельные изделия от стержня. Затем изделия разбраковывают. Бракованные изделия и литники откладывают для повторной переработки в соответствии с установленной на предприятии технологией.

Основные виды брака при литье и причины его возникновения

Виды брака	Причина брака
Восковая модель
Изменение размеров модели	Неправильный расчет размеров эталона изделия, неправильно собранная пресс-форма, некачественное изготовление резиновой пресс-формы
Засорение в модели	Использование загрязненных модельных материалов и модельного возврата, загрязненная пресс-форма, хранение модели в пыльном помещении
Деформация модели	Преждевременное извлечение модели из пресс-формы, излишняя выдержка модели перед сборкой, повышенная температура помещения
Местная усадка	Повышенная температура модельного состава, неостывшая пресс-форма
Пузыри и вспучивание	Избыток воздуха в модельном составе, избыточное давление при запрессовке, плохое перемешивание модельного состава, отсутствие вентиляционных каналов в пресс-форме
Недопрессовка	Низкая температура модельного состава, недостаточное давление при запрессовке, загрязненная полость пресс-формы
Заусенцы, облой	Некачественно выполненная пресс-форма, неправильная ее сборка и загрязненная полость разъема
Некачественная поверхность	Небрежные зачистки и хранение модели, избыток талька
Трещины на модели	Интенсивное охлаждение пресс-формы, излишняя выдержка модели перед извлечением из пресс-формы
Литейная форма
Раковины округлой формы на поверхности литниковой чаши	Некачественная формовка формы в процессе вакуумирования, высокая вязкость формовочной суспензии
Трещины формы	Не выдержан временной и температурный режим при удалении модельного состава
Всплытие восковых моделей	Небрежное напаивание моделей на стояк, высокая амплитуда колебании стола, небрежное крепление стояка
Темный цвет формовочной смеси после прокаливания	Неполное выжигание модельного состава
Отливка
Отклонение по химическому составу металла	Неправильная шихтовка сплава, отклонения в технологии ведения плавки
Засор	Загрязненный металл или тигель, низкая прочность литейной формы
Шлак	Попадание шлака в форму с металлом
Усадочные раковины, рыхловатость, пористость	Недостаточное питание отливки, нетехнологичность отливки, заливка перегретым металлом, перегрев какого-либо узла отливки
Газовые раковины	Недостаточное время прокаливания форм, близкая установка форм друг к другу и дверцам печи, несоблюдение технологии плавки, использование влажной шихты и влажного плавильного инструмента, недостаточное раскисление металла, неполное удаление модельного состава
Горячие трещины на отливках	Наличие напряженных мест в отливках (резкие переходы, острые углы); перегрев металла
Пригар	Повышенная температура металла или литейной формы; неполное выжигание модельного состава
Незалив, спаи	Недостаточная температура литейной формы, низкая температура металла при заливке, прерывание струи металла, разрушение литейной формы, недостаточное количество металла
"Корольки" на поверхности отливок	Прерывание струи металла при заливке, некачественная формовка литейной формы
Холодные трещины в деталях	Нетехнологичность детали, резкое охлаждение залитых блоков, поломка при выбивке и очистке
Нарушение геометрии отливок	Небрежное обращение с отливками, нарушение технологии выбивки отливок из формы
Остатки формовочной смеси на отливках	При окончательной очистке не выдержана концентрация плавиковой кислоты или время выдержки в растворе

Для уменьшения или ликвидации брака следует в первую очередь устранить причину его возникновения. При существующем технологическом процессе литья по выполняемым моделям брак не должен превышать 10-12%.

Качественно отлитые изделия проходят электрохимическую полировку в специальной ванне, состав раствора которой для различных сплавов должен быть различным. Обработанные изделия или их элементы подвергают монтировке и отделке ювелирами-монтировщиками в соответствии с предусмотренными технологическими процессами.

Оборудование . Для выполнения технологического процесса литья ювелирных изделий по выплавляемым моделям необходимо следующее оборудование: вулканизационный пресс, инжекторная установка, установка для вибровакуумирования, муфельная печь, литейная установка (плавильно-заливочная установка или простейшая настольная центрифуга, установка "вакуум-металл"), сушильный шкаф, установка для электрохимического полирования, технические весы 1 кл., оборудование для плавки, баки для выбивки отливок и размывки опок, опоки из жаропрочной стали, электропаяльник, а также различный инструмент и тара, указанные в гл. 3.

Вулканизационный пресс (рис. 29) предназначен для получения резиновых пресс-форм по образцу-эталону изделия путем вулканизации резины. По конструкции прессы могут быть различными, но все они имеют подогрев в верхней и нижней плите.

Пресс представляет собой переносную конструкцию. На жесткой (литой) станине установлена нижняя плита, в которую вмонтирован электрический нагреватель. По специальным направляющим, вертикально стоящим и жестко прикрепленным к станине с помощью червячной передачи, перемещается верхняя плита, в которую также вмонтирован электрический нагреватель. Установленная между плитами и поджатая опока с сырой резиной нагревается до определенной температуры. Под действием давления и температуры пластины сырой резины свариваются между собой. Для регулирования и поддержания температуры пресс имеет автоматическую или ручную систему регулирования.

Инжекторные установки (рис. 30) предназначены для получения выплавленных моделей путем расплавления воска и заполнения им резиновых пресс-форм. Установка состоит из резервуара для воска, электронагревателя и терморегулирующего устройства. Конструктивно она может быть выполнена в различных вариантах.

Наиболее удачной конструкцией инжекторной установки является вертикально расположенный цилиндрический кожух. Внутри кожуха смонтирован резервуар для воска, из которого воск под давлением сжатого воздуха, подаваемого от компрессора через редуктор, поступает в инжекторное сопло. Давление сжатого воздуха контролируется манометром, который установлен на верхней крышке кожуха инжекторной установки. Избыточное давление перед редуктором должно быть не выше 19,62*10 4 ...29,43*10 4 Па (2-3 кгс/см 2), а при вспрыскивании - 1,96*10 4 ...7,85*10 4 Па (0,2-0,8 кгс/см 2). Инжекторное сопло оснащено системой индивидуального обогрева. Под соплом установлен желоб для направления стекающего воска в специальный поддон. На передней части кожуха инжекторной установки смонтированы рукоятки управления. Скорость нагрева воска регулируют рукояткой регулятора мощности (ручка со шкалой 0-10). Температуру нагрева контролируют дистанционным контактным термометром. Заполнение резиновой пресс-формы воском происходит через инжекторное сопло, температуру индивидуального обогрева которого можно изменить от 0 до 50°С с помощью специально предусмотренного регулятора обогрева.

Для подготовки восковых моделей, в частности при условии вакуумного литья, может быть использована также и инжекторная установка другой конструкции, в которой подогрев модельного воска осуществляется косвенным путем - посредством трансформаторного масла. Установка состоит из внутреннего и наружного резервуаров, помещенных, один в другой. Пространство между резервуарами заполнено маслом, которое подогревается электронагревателем. Регулирование температуры нагрева воска осуществляется терморегулирующим устройством, а контроль - термометром. Заполнение резиновой пресс-формы воском происходит через инжекторное сопло под действием сжатого воздуха. Давление сжатого воздуха контролируется манометром, находящимся на верхней крышке установки, на которой закреплены также штудер для подвода сжатого воздуха (или азота, аргона) и предохранительный клапан.

Установка для вибровакуумирования (рис. 31) предназначена для уплотнения огнеупорной формовочной массы и удаления пузырьков воздуха при формовке.

Установка состоит из вакуумного насоса, вибратора и вакуумной камеры. Вакуумная камера представляет собой стеклянный колпак диаметром 300 мм и высотой 350 мм, соединенный с вибратором и установленный на специальный диск. По всему периметру металлического диска имеется паз, соответствующий с небольшими припусками диаметру колпака, в который плотно посажено резиновое кольцо. На это кольцо, выступающее по высоте выше плоскости диска, устанавливают колпак, который при вакуумировании притягивается к резине. Для удаления воздуха из формовочной массы, т. е. вакуумирования ее, в диске имеется специальное отверстие в виде штуцера, через которое отсасывается воздух.

На диск устанавливают и накрывают колпаком опоки, в которых "елочки" с восковыми моделями залиты формовочной массой. При включении вакуумного насоса и вибратора происходит одновременное вакуумирование и уплотнение формовочной массы. Количество опок, одновременно устанавливаемых в вакуумную камеру, определяется в зависимости от габаритов опок, чтобы в период вибрации не было их ударов о стенки колпака, и производительности вакуумного насоса и вибратора.

При подготовке набора восковых моделей ("елочка") для создания в опоке литейной формы с последующим выполнением литья методом вакуумного всасывания необходимо на вибровакуммной установке увеличить объем вакуумной камеры применением либо более высокого колпака, либо колпака большего диаметра, что в свою очередь потребует замены диска в соответствии с диаметром колпака. Кроме увеличения объема вакуумной камеры в установке желательна также замена электромагнитного вибратора на механическое устройство, обеспечивающее встряхивание формовочной массы.

Муфельная печь . В зависимости от объемов производства применяются печи различных видов. При мелкосерийном производстве наибольшее применение имеют сушильный электрический лабораторный шкаф СНОЛ-2,5-2,5-2,5/2М и электропечи сопротивления СНОЛ-1,6*2,5*1/9-М2У4*2; СНОЛ-1,6*2,5*1/11- М1У4*2. В этих печах предусмотрена автоматическая регулировка заданного режима нагрева внутренней шахты печи. Нагреватель выполнен из проволоки высокого омического сопротивления, Контроль и регулировка температуры осуществляются милливольтметром. Нагреватель включается с помощью магнитного пускателя.

Пространство между камерой и корпусом шкафа заполняется теплоизоляционным материалом.

Плавильно-заливочная установка предназначена для плавления металла и заливки его центробежным способом. Установка состоит из плавильной печи, сопротивления, механизма опрокидывания печи с противовесом и центробежного устройства, приводящего печь во вращение. В нижней части корпуса установки размещены трансформатор тока, приводной агрегат, а также распределительное устройство. На панели корпуса расположены ступенчатый переключатель для регулирования силы тока печи, амперметр, сигнальная лампа, а также две кнопки включения и выключения плавильного устройства (включено - зеленый цвет, выключено - красный). На крышке корпуса установлен механизм для опрокидывания плавильного устройства при соответствующей частоте его вращения. Состоит он из расцепляющегося устройства и гидравлических тормозов, препятствующих резкому опрокидыванию тигля и возможному вытеканию жидкого металла.

Для небольших цехов и мастерских, выполняющих литье изделий мелкими партиями, наиболее приемлемым оборудованием для литья является простейшая настольная центрифугам (рис. 32). На конце вертикально расположенной стойки, ось которой находится в специальных подвижных опорах, крепится коромысло, на концы которого подвешиваются специальные подвески (тарелки). Плечи коромысла должны быть равные. На одну тарелку устанавливается литейная форма, а на другую - соответствующий противовес. Центрифуга ограждается специальным цилиндрическим кожухом для обеспечения безопасности при падении литейной формы или противовеса, а также разливе металла в период запуска и вращения. Центрифугу можно запускать сразу после расплавления металла и заливки его в форму с помощью натянутого шнура или электропровода.

Установка "вакуум-металл" для литья методом вакуумного "всасывания (рис. 33) выкачивает воздух из литейной формы во время заливки опоки. Она состоит из рабочей камеры, камеры предварительного разрежения, форвакуумного насоса и пульта управления, на котором расположены манометр, сигнальная лампочка и выключатель насоса. Для соединения рабочей камеры с камерой предварительного разрежения предусмотрен вакуумный затвор с рукояткой. В верхней части рабочей камеры имеется фланец с кольцевой уплотнительной насадкой.

Рис. 33. Установка "вакуум-металл": 1 - опока, 2 - рабочая камера, 3 - камера предварительного разрежения, 4 - рукоятка вакуумного затвора, 5 - манометр. 6 - вакуумный затвор, 7 - форвакуумный насос

Принцип работы установки следующий. В камере предварительного разрежения с помощью насоса создается вакуум. Прокаленную опоку устанавливают на фланец тигля, и литейную форму заливают жидким металлом. Далее поворотом рукоятки вакуумного затвора рабочую камеру соединяют с камерой предварительного разрежения. При этом давление на стенки газопроницаемой опоки уменьшается (становится значительно ниже атмосферного), и атмосферное давление, действуя на поверхность жидкого металла, заставляет его заполнять литейную подлость формы.

Установка для электрохимического полирования предназначена для полирования отлитых заготовок. Ванна для электрохимического процесса должна быть герметичной, чтобы не было течи электролитов, содержащих частицы драгоценного металла. В качестве катодов используется листовой титан марок ВТ-1, ВТ-1-1 толщиной 0,8-1,2 мм. Катоды крепят титановой проволокой и помещают в чехлы из хлориновой ткани. В качестве анодов используют специальные подвески, на которые подвешивают изделия. Подвески изготовляются из проволоки тех же титановых сплавов, что и катод. Рекомендуется применять подвески, имеющие жесткий контакт с изделием (заготовкой). Для предотвращения растворения образовавшегося на катоде осадка катоды после окончания работы необходимо вынуть из ванны, тщательно промыть и высушить, а катодный осадок собрать для последующей регенерации драгоценных металлов.

Способ литья по выплавляемым моделям позволяет получать сложные по конфигурации отливки из различных сплавов (в том числе из сплавов с высокой температурой плавления, а также из труднообрабатываемых сплавов) с точностью, при которой полностью устраняется механическая обработка или она сводится только к шлифованию некоторых поверхностей. Поэтому такой способ в настоящее Время служит обычно для получения мелких точных отливок (например, детали счетных и пишущих машин, хирургических инструментов), а также для отливок из специальных сплавов-лопатки газовых турбин, режущие инструменты и т. п.).

Сущность процесса состоит в том, что модель отливки изготовляется путем литья из модельного состава, из пластмассы или из замороженной ртути. После образования на модели корки из огнеупорной массы модельный состав выплавляется и в полученную таким образом полость после прокаливания формы заливается жидкий металл. Благодаря тому, что форма неразъемная и не деформирована расколоткой при удалении модели (как это делается в песчаных формах), полость формы получается в точном соответствии с моделью.

Процесс литья по выплавляемым моделям складывается из следующих операций:

1) изготовление точного эталона отливки;

2) изготовление пресс-формы для получения выплавляемых моделей;

3) заливка моделей;

4) соединение нескольких моделей в комплект с литниковой системой:

5) покрытие поверхностей моделей слоем огнеупорной массы (обычно путем окунания моделей в эту массу);

6) засыпка слоя огнеупорной массы на комплекте моделей мелким песком: и сушка его;

7) формовка модельного комплекта в опоке;

8) сушка формы, вытапливание модельного состава;

9) выжигание из полости остатков модельного состава;

10) заливка горячей формы металлом (свободная, под давлением сжатого газа, центробежным или вакуумным способом).

Точность отливок зависит от их размеров. Приближенно можно считать, что отклонения размеров точного литья соответствуют 11-12-му классам точности по ISA, а чистота поверхности 5-6-му классам PN.

Обычно наносят последовательно 3-4 слоя огнеупорной массы.

Литье по выплавляемым моделям имеет точность размеров, соответствующую 5-7-му классам по ОСТ 1010, 1015 и ГОСТ 2689-54; чистота поверхности литья соответствует 3-6-му классам по ГОСТ 2789-73.

Высокая стоимость литья по выплавляемым моделям оправдывает применение этого способа только для получения точных отливок с весьма сложной конфигурацией или собираемых из многих механически обработанных частей (соединяемых с помощью пайки, винтов и т. п.), а также для отливок, изготовляемых из труднообрабатываемых сплавов. В качестве примеров, такого литья могут служить ротор с лопатками и лопатки газовой турбины (Рис. 1, а), зубчатый сегмент счетной машины (Рис. 1, б). Стоимость литого сегмента приблизительно в 15 раз меньше стоимости сегмента, собранного из отдельных частей.

Рис. 1. Примеры точного литья по выплавляемым моделям: а - ротор и мелкие детали; б - зубчатый сегмент.

С помощью литья по выплавляемым моделям иногда изготовляют довольно большие тонкостенные отливки, например отливки из жаропрочной стали для авиационных реактивных двигателей (Рис. 2).

Полноценным обзором назвать этот пост, наверное, не совсем правильно, но тем не менее,

худо-бедно в эксперименте поучаствовало 2 отливки из ПЛА, 2 отливки из ПММА, одна

отливка из АБС и одна из неизвестного материала.

История эта началась с интернет-знакомства с Евгением Полюцким

(http://сайт/blogs/049f55549b/), который поинтересовался возможностью отливки

небольшой шестерни для Р/У машинки из бронзы. Историю про шестерню и её счастливое

Так как у меня не было своего принтера (и до сегодняшнего момента в процессе сборки

:)), местный центр 3D печати напечатал мне 4 копии требуемой шестерни из ПЛА.

Результат видно на фото, качество печати, как мне показалось, не очень, но деталь

маленькая, да и мне больше было интересно, что же из этого получится.

Ну, что напечатали, то и отлили:D

Потом эту историю продолжил некий Московский центр 3D печати, с предложением

отлить их распечатку из ПММА (кому интересно, может загуглить, что это за материал

и для чего применяется).

На ёлке:

Отлито:

Это изделие не очень функциональное, но прекрасно демонстрирует возможности

технологии: снять форму и получить копию практически невозможно, а распечатать и

отлить запросто!

Эта фигурка была получена в обмен на предыдущую отливку, тоже из ПММА:

Отлито (примерно 980 грамм, бронза):

Есть косяки, фигурка массивная, но со 2-3го раза можно подобрать режим отливки и

конторы, якобы занимающейся разработкой выжигаемого фотополимера, и нужна была

проверка по стандартным режимам прокалки и заливки. Сразу скажу, что не прокатило:)

Отливались вместе на одной ёлке с нашими серийными изделиями, с нашими всё в

порядке - с распечатками беда: дыры, артефакты, корявая поверхность.

Подозреваю, что для этого материала требуются специальные условия прокаливания, о

которых нам не сообщили.

Следом прискакал наш хороший товарищ, которому я обещал помочь с дипломом, темой

которого была именно 3D печать с последующей отливкой, достоинства и

сильные стороны этой технологии. В общем, нужны были демонстрационные материалы:

распечатки из ПЛА и их копии уже в бронзе. Как обычно, дотянули до последнего, кинул

клич в объявлениях здесь на портале…. Так я познакомился с Ильёй

(http://сайт/blogs/eta4ever/), Илья оперативно напечатал двух ацтеков и две турбинки,

за что ему огромное спасибо!

Диплом был сдан с триумфом, защиты по сути никакой не было:D

И завершает обзор АБС, качество отливки похуже, чем у ПЛА, но имеет право на жизнь.

Так как раньше до меня доходили слухи, что из АБС невозможно что-то отлить.

Этого, конечно, мало, чтобы делать какие-то выводы, но в целом, я думаю, эта технология

может занять свою нишу. Прямая печать металлами ещё очень дорога, а этим способом

можно получать неплохие детали там, где требуется единичные изделия или очень

маленькая серия и гораздо дешевле. Ну или в ситуации, когда переснять форму

невозможно или очень трудоёмко.

Если будут вопросы, предложения, пожелания - пишите в комментариях, в личку,

Вконтакте: https://vk.com/litejka62