К атегория:

Изготовление форм

Формовочные материалы и смеси

Формовочные материалы. Формовочные материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней, делятся на следующие группы: пески, связующие, противопригарные, высокоогнеупорные, специальные и подсобные.

Цески (кварцевые, глинистые) образовались в результате разрушения горных пород (гранита, базолита и др.); они состоят из зерен минерала кварца (Si02) размером 0,06-1,6 мм с примесью глины и других минералов (окислы железа, полевые шпаты). Кварц обладает большой твердостью и высокой огнеупорностью (температура плавления 1713 °С).

Кварцевые пески содержат до 2% глины и незначительное количество посторонних примесей, глинистые содержат глины до 50%. Глинистые пески по содержанию глины разделяются на тощие (2-10%), полужирные (10-20%), жирные (20-30%) и очень жирные (30-50% глины).

Связующие материалы: формовочная глина, жидкое стекло, сульфитная барда, различные крепители, этилсиликат, пульвербакелит и др.

Формовочная глина обладает высокой огнеупорностью (температура плавления 1750-1787 °С) и состоит из очень мелких (0,001 мм) минеральных частиц, которые при взаимодействии с водой образуют клейкие растворы.

Жидкое стекло, сульфитная барда, крепители вводят в смеси, противопригарные краски и другие составы для придания им прочности.

Противопригарные материалы (графит, пылевидный кварц, тальк, каменный уголь и др.), а также приготовляемые из них литейные краски, пасты-натирки наносят на поверхность форм и стержней с целью предупреждения пригара формовочных материалов к поверхности отливок. Графит и пылевидный кварц -применяют как припыл и при приготовлении красок и натирок. Каменный уголь добавляется в состав формовочных смесей.

Высокоогнеупорные материалы (шамот, хромистый железняк, циркон, магнезит, асбест и др.) применяют при изготовлении литейных форм и стержней для очень крупных и массивных отливок из легированных (нержавеющих, жаропрочных и т. д.) сталей, а также многократно используемых форм.

Специальные материалы - чугунная дробь, каустическая сода, формалин, древесные опилки, торф и др. Чугунную дробь применяют при изготовлении отливок специальным методом литья как наполнитель. Древесные опилки, торф и др. вводят в смеси для повышения газопроницаемости и податливости высушиваемых форм и стержней.

Подсобные материалы - модельные пудры, разделительные жидкости, клей и др. Модельные пудры и разделительные жидкости применяют при изготовлении форм и стержней для того, чтобы при извлечении модели из формы, а также стержня из стержневого ящика не повредить их поверхность. Клей применяется при сборке стержней и форм для склеивания половинок.

Основные свойства формовочных материалов: теплопроводность, теплоемкость, газопроницаемость, прочность, текучесть и др.

Формовочные смеси. В настоящее время в литейных цехах применяют большое количество разнообразных формовочных смесей. Выбор состава смесей обусловливается характером (весом, размерами, формой, родом сплава) изготовляемых отливок, а также видом применяемых форм (сырые, сухие, поверхностно подсушенные, химически твердеющие).

В зависимости от назначения смеси разделяются на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь имеет наиболее высокое качество и употребляется для покрытия рабочей поверхности формы, непосредственно соприкасающейся с расплавленным металлом. Толщина слоя облицовочной смеси зависит от рода и характера отливки (15-50 мм).

Наполнительная смесь насыпается поверх облицовочной, обладает меньшей прочностью и газопроницаемостью и дешевле. Приготавливается наполнительная смесь путем переработки бывшей в употреблении формовочной смеси с добавлением (3-5%) свежих материалов (песка и глины).

Единая смесь составляет весь объем формы и применяется при машинной формовке, на автоматах в условиях массового производства мелких и тонкостенных отливок. От наполнительной смеси она отличается большим содержанием свежих материалов и лучшими физико-механическими свойствами.

Стержневые смеси. Состав и свойства стержневых смесей обусловливаются главным образом классом изготавливаемых стержней.

Ответственные стержни первого класса изготавливаются из стержневых смесей, состоящих целиком из кварцевого песка с добавлением крепителей. Крупные стержни изготавливают из более дешевых стержневых смесей, в них очень часто входит бывшая в употреблении смесь (20-35%), а связующим является формовочная глина, сульфитная барда, а в качестве органической добавки - древесные опилки.

Стержневые смеси должны обладать теми же свойствами, что и формовочные. Но учитывая, что большая часть стержня (кроме знаков) подвергается воздействию высокой температуры и давлению заливаемого металла в форму, их делают с более высоким показателями прочности, газопроницаемости, податливости и огне упорности.

В состав стержневых смесей чаще всего входит чистый кварцевый песок от 70 до 100%;, огнеупорная глина или бентонит и различного рода крепители. Такие смеси обладают высокой газопроницаемостью до 120, прочностью до 0,55 в сыром состоянии и до 12 кг/см2 в сухом. За последние годы широкое применение для изготовления стержней получили жидкие самотвердеющие смеси, обладающие хорошими технологическими свойствами.

Регенерация отработанных смесей. Регенерации подвергаются отработанные смеси, накапливающиеся в обрубно-очистном отделении (от выбивки стержней, от очистных машин), просыпи, собираемые с пола формовочного и стержневого отделений, сушильных камер и др. Такая смесь содержит в себе много пыли, золы от сгоревших опилок и угля, куски стержней и форм, различные металлические и неметаллические включения, а также до 60-80% зерен песка, пригодных к дальнейшему применению. Для извлечения зерен песка из этой смеси ее подвергают переработке: разминанию комьев, магнитной сепарации, просеиванию и обеспыливанию.

Получение высококачественных отливок в значительной степени зависит от качества формовочных материалов и смесей, из которых изготовлены формы и стержни.

Формовочные материалы разделяют на основные - пески, глины и вспомогательные, к которым относятся связующие, применяемые для приготовления стержневых смесей, противопригарные материалы (каменный уголь, графит, краски, хромистый железняк, циркон и др.), а также клей, замазки, припылы и т. п.

Формовочные пески

Формовочные пески поставляются в естественном и обогащенном состояниях. По ГОСТ 2138-74, пески в зависимости от содержания глинистой составляющей (так называются зерна с величиной в поперечнике менее 0,022 мм), кремнезема и вредных примесей делятся на классы, а в зависимости от величины зерен основной фракции - на группы.

Для определения группы песка его нужно просеять через стандартный набор сит и выяснить, на каких трех смежных ситах осталась наибольшая сумма остатков (в массовых единицах), называемых основной фракцией. Зная, на каких ситах располагается основная фракция песка, его можно отнести к группе, которая определяется средним номером сита.

Формовочные глины

Формовочные глины, применяемые в литейном производстве в качестве минеральных связующих в формовочных и стержневых смесях, классифицируются по минералогическому составу, по пределу прочности во влажном и сухом состояниях, по содержанию вредных примесей и по некоторым другим свойствам.

По минералогическому составу формовочные глины делятся на виды, по пределу прочности при сжатии во влажном состоянии - на группы, в сухом - на подгруппы. В зависимости от содержания вредных примесей формовочные глины делятся на группы.

Главное различие между формовочными глинами заключается в том, что они имеют разные кристаллические решетки, в связи с чем на поверхности могут образоваться водные пленки разной толщины. Наименьшее количество воды может удержаться на поверхности каолинитовых зерен, а наибольшее - на поверхности монтмориллонитовых зерен. Из этого следует, что монтмориллони-товые (бентонитовые) глины целесообразно использовать при формовке по сырому. Применение этих глин позволяет в 2-3 раза снизить содержание глинистой добавки в смесях, повысить их газопроницаемость, в ряде случаев заменить формовку по сухому формовкой по сырому, улучшить поверхность отливок и т. д. При формовке по сухому можно использовать глины любого вида.

При приготовлении формовочных и стержневых смесей все составные части, за исключением воды и жидких связующих, загружают в смесители в размолотом или сыпучем виде. Так как процесс получения глиняного порошка связан с обильным пылевыде-лением, то при изготовлении чугунных отливок по сырому вместо него применяют глиняные или глиняно-угольные суспензии.

3. Связующие материалы

Стержневые смеси, в которых связующим является формовочная глина, как правило, не обеспечивают таких качеств стержней, как прочность, газопроницаемость, выбиваемость. Вследствие этого глину приходится заменять материалами, обладающими высокой связующей способностью и придающими стержням значительную прочность при сохранении хорошей выбиваемости и газопроницаемости.

Связующие материалы подразделяются на органические и неорганические и на три класса:
А - органические неводные, Б - органические водные и В - неорганические водные.

Класс А объединяет связующие, которые обладают связующей способностью и не требуют добавления воды. Они не растворяются в воде, не смешиваются с ней и не смачиваются ею (масла, олифы, пеки, битумы, канифоль). В класс- Б входят связующие, растворяющиеся в воде, после чего они приобретают способность связывать песок (декстрин, сульфитно-спиртовые барда и бражка). К классу В относятся все неорганические связующие (формовочная глина, цемент, жидкое стекло), которые, так же как и связующие материалы класса Б, оказывают свое действие только после добавления к ним воды.

Для удобства пользования связующие каждого класса разбиты на три группы. В каждую из трех групп входят связующие, обладающие примерно одинаковыми физико-механическими и технологическими свойствами. Основным признаком отнесения связующего к той или иной группе является прочность (временное сопротивление разрыву, в кгс/см2, пробного образца в сухом состоянии), приходящаяся на 1% связующего материала, введенного в состав смеси.

Оценка связующих производится по технологической пробе в лабораторных условиях. Из полученной смеси со связующим изготовляют образцы для испытания прочности на сжатие всырую и на разрыв всухую, а также на газопроницаемость. Сушка образцов производится в соответствии с техническими условиями на данное связующее.

В большинстве случаев связующими являются побочные продукты, получаемые прн переработке нефти, горючих сланцев, древесины, хлопкового масла и др.

4. Противопригарные и другие вспомогательные материалы

В результате химического и механического взаимодействия формы или стержня с жидким сплавом, недостаточной огнеупорности и увеличенной пористости смесей, а также высокой температуры заливки на отливках образуется пригар. Для борьбы с ним применяют специальные противопригарные материалы.

Каменный уголь. При формовке по сырому в состав смеси вводят добавки каменного угля в измельченном состоянии следующего состава, в %: летучие вещества - не менее 30, сера - не более 2 и зола - не более 11, влага - не более 12. Каменный уголь может быть заменен эстонским сланцем в виде порошка.

При нагревании формы жидким сплавом частицы угольной либо сланцевой пыли выделяют летучие вещества и сгорают с образованием окиси углерода, при этом между сплавом и формой образуется газовая прослойка, которая исключает возможность смачивания зерен песка сплавом и образования пригара.

Пылевидный кварц. Различают два вида этого материала: естественный и искусственный. Наибольшее применение имеет искусственный пылевидный кварц, который получают путем размола кварцевого песка.

Пылевидный кварц используют при производстве стальных отливок в качестве добавки в облицовочные смеси. Это уменьшает пористость рабочего слоя формы или стержня, в результате чего уменьшается механический пригар.

При введении пылевидного кварца в состав краски для покрытия формы и стержня на поверхностях образуется высокоогнеупорный слой, защищающий их от влияния высокой температуры заливаемого сплава.

Циркон. При обогащении титаноцирконовых руд получают материал, называемый цирконом. Промышленность выпускает цир-коновый концентрат для приготовления облицовочных формовочных и стержневых смесей и цирконовый порошок для красок.

Циркон - высокоогнеупорный материал (температура его плавления 2190 °С), он не вступает в химическое соединение с железом и легирующими элементами и является хорошим противопригарным материалом.

Хромистый железняк. Продукт помола хромитовой руды - хромистый железняк характеризуется высокой огнеупорностью-Температура его плавления около 1850° С. Отсутствие сродства с окислами железа и постоянство объема при нагревании обеспечивают получение отливок высокого качества.

Применяют облицовочные формовочные и стержневые смеси следующего состава, в : хромистый железняк (просеивается через сито с ячейками 1,5×1,5 мм) -100 и сверх 100 сульфитно-спиртовая барда - 2-3.

Физико-механические свойства смеси: прочность на сжатие в сыром состоянии - 0,5-0,7 кгс/мм2; влажность - 5-6%.

Толщина облицовочного слоя должна быть 10-30 мм, а подслоя из песчано-глинистой смеси - 40-60 мм. Остальной объем опоки заполняется обычной наполнительной смесью, а стержни - стержневой опилочной смесью.

Графит. Широко применяемый в чугунолитейном производстве графит является высокоогнеупорным материалом. Различают графит кристаллический - в виде серебристых чешуек и скрытокри-сталлический (аморфный) - в виде черного порошка.

Припылы и краски. При формовке по сырому поверхности форм покрывают различными припылами (серебристым графитом, сланцем, цементом и др.). Для улучшения поверхностной прочности формы наряду с припылом применяют опрыскивание поверхностей сульфитно-спиртовой бардой (плотностью 1,1) или патокой (плотностью 1,28).

Для покрытия форм и стержней по сухому используют краски и натирки. В состав их входят противопригарные материалы (аморфный графит, пылевидный кварц, тальк, молотый кокс и др.) и связующие вещества (бентонитовая глина, сульфитная барда, патока и Др.) Для предохранения красок от брожения в них вводят формалин.

Натирочные пасты, замазка и клей. Натирочные пасты применяют в тех случаях, когда образуемые стержнями полости в дальнейшем не подвергаются механической обработке и требуют большой точности размеров и чистоты поверхности. Для особо ответственных стержней для чугунных отливок используют пасты следующего состава: серебристый графит - 1 часть; аморфный графит - 1 часть; сульфитно-спиртовая барда -- до получения однородной пасты в виде густой сметаны.

Стержневые клеи служат для склеивания и ремонта стержней. Сульфитный клей состоит из 5 частей сульфитно-спиртовой барды, 5 частей формовочной глины и 2 частей воды. Клей наносят ровным слоем на склеиваемые поверхности половинок стержней.

При спаривании крупных и средних стержней швы заделывают специальными замазками, в состав которых входят, в %:
мелкий кварцевый песок - 60, черный графит - 25 и формовочная глина - 15.

5. Основные свойства формовочных материалов и смесей

Формовочные материалы и смеси, из которых изготовляют литейные формы и стержни, должны обладать определенными свойствами, обеспечивающими получение высококачественных форм, стержней и отливок.

Влажность влияет на все свойства формовочных смесей и главным образом на газопроницаемость, прочность и текучесть. Пониженная влажность повышает осыпаемость смеси и затрудняет формовку, а повышенная снижает прочность всырую, увеличивает прилипаемость смеси к модели и снижает газопроницаемость, вследствие чего возникает опасность образования вскипа отливки.

Газопроницаемость - очень важное свойство формовочных материалов и смесей. Низкая газопроницаемость смесей может быть причиной образования газовых раковин в отливках. Газопроницаемость зависит от формы зерен, однородности зерновых составляющих смеси, от содержания в ней глинистых веществ и ряда других причин. Для повышения газопроницаемости мелкого песка его необходимо смешивать с 50-60% крупного песка.

Прочность. Недостаточная прочность формовочных смесей ведет к деформации форм и стержней, искажению отливок, вызывает распоры и обвалы. Прочность зависит от влажности смеси, количества глинистой составляющей, зернистости песка и степени уплотнения. Она регулируется дозировкой глины.

Прочность формовочных смесей в сухом состоянии возрастает с увеличением в них содержания глины и влаги. Более высокая прочность может быть достигнута при использовании специальных связующих материалов.

Прочность стержневых смесей зависит от вида и количества применяемого связующего и должна находиться в определенных пределах.

Твердость характеризует степень и равномерность уплотнения формовочных смесей. Переуплотнение, так же как и недостаточное уплотнение смеси, вызывает дефекты отливок: распоры, вскип, газовые и земляные раковины, пригар и др.

Определение этих и других свойств формовочных материалов и смесей производится в цеховых лабораториях.

6. Формовочные смеси

В литейном производстве наибольшее применение имеют песчано-глинистые смеси, которые классифицируются по способу формовки и по роду сплава, заливаемого в формы.

Смеси разделяются на единые облицовочные и наполнительные. Единой называют смесь, используемую для набивки всей формы (в основном при машинной формовке). Облицовочными смесями оформляют только ту часть формы, которая соприкасается с жидким сплавом. Наполнительную смесь наносят на слой облицовочной, ею заполняют и остальную часть формы.

По состоянию формы перед заливкой различают смеси для формовки по сырому и по сухому. По роду сплава, заливаемого в формы, различают формовочные смеси для чугунных, стальных и цветных отливок.

Состав смеси для чугунного литья зависит от массы отливки, толщины стенок и технологии изготовления формы.

Для стальных отливок формовочные смеси должны иметь более высокую огнеупорность и газопроницаемость, чем смеси для чугунного литья.

Для форм цветных отливок могут применяться смеси со значительно более низкой огнеупорностью, чем у смесей для чугунного и стального литья.

Для повышения чистоты поверхности отливок из сплавов на медной основе в состав формовочной смеси вводят глинистые пески класса П. Фтористая присадка, вводимая в формовочную смесь при литье из магниевых сплавов, дает возможность избежать окисления сплава в процессе заливки и затвердевания отливки. Она может быть заменена борной кислотой или серным цветом.

7. Быстроотверждающиеся, химически отверждающиеся и самоотверждающиеся пластичные и жидкие смеси

Наряду с обычными песчано-глинистыми получили распространение разработанные в нашей стране формовочные смеси с особыми свойствами.

Быстроотверждающиеся смеси.

Связующим материалом в них также является жидкое стекло. Однако процесс отверждения осуществляется не за счет продувки углекислым газом, а под действием добавки смесь отвердителя - шлака феррохромового производства. Живучесть пластичной смеси обычно равна 20- 25 мин, поэтому ее приготовляют в два этапа: основную жидко-стекольную смесь изготовляют в смесеприготовительном отделении, а ввод в нее шлака, просеянного через сито с ячейками 0,5 мм, производят непосредственно на участке формовки с перемешиванием в шнековом смесителе.

Облицовочную смесь наносят на модель слоем толщиной 50 мм и более, в зависимости от габаритов и толщины стенки отливки. Остальной объем опоки заполняют оборотной смесью. Продолжительность выдержки крупных форм - не менее 1 ч. После извлечения модели форму окрашивают самовысыхающей огнеупорной либо обычной водной краской. В последнем случае применяют поверхностную подсушку.

Жидкие самоотверждающиеся смеси (ЖСС ) отличаются от пластичных тем, что в их состав вводятся поверхностно-активные вещества (ПАВ ), которые при перемешивании смеси образуют на границах зерен пену. Пузырьки этой пены снижают силы трения между зернами песка, что придает смеси жидкоподвижность (текучесть). В качестве поверхностно-активного вещества чаще всего используют детергент советский рафинированный (ДС-РАС ).

ЖСС применяют при изготовлении крупных отливок и стержней, причем в отличие от всех смесей их «заливают«» в опоки и стержневые ящики. Время сохранения смесью текучести обычно составляет 9-10 мин, в течение которого она должна быть использована. Установка для приготовления ЖСС размещается непосредственно на формовочных или стержневых участках. Производительность установок -до 30 т/ч.

8. Стержневые смеси

9. Технология приготовления формовочных стержневых смесей

Технологический процесс приготовления формовочных и стержневых смесей состоит из трех этапов: подготовки свежих материа-н» подготовки отработанных смесей и изготовления смесей.

Подготовка свежих материалов заключается в их сушке, дроблении и просеивании.

Сушка песка и глины производится в барабанных сушилах производительностью от 3,2 до 29,2 т/ч для песка и 0,9-8 т/ч для глины, а также в установках для сушки и охлаждения песка в кипящем’слое производительностью 3-10 т/ч.

Для дробления и измельчения комьев песка и сухой глины, угля, комьев отработанной смеси, сухих бракованных стержней применяют размалывающие бегуны, валковые дробилки, шаровые мельницы мокрого измельчения угля.

Просеивание формовочных материалов перед употреблением осуществляют в передвижных землесеялках, а также в вибрационных и полигональных ситах производительностью от 5 до 125 т/ч и через плоские сита производительностью 50 т/ч.

Подотовка отработанной смеси заключается в магнитной сепарации ее для извлечения металлических включений. Смеси, применяемые при пескометной формовке, подвергаются двойной сепарации.

Приготовление смесей. Технологический процесс приготовления формовочных смесей состоит из дозирования сухих составляющих и загрузки их в бегуны в следующей последовательности: оборотная смесь+песок+глина в порошке или в виде эмульсии – каменный уголь (для чугунных отливок, формуемых по сырому) или опилки (для формовки по сухому); после предварительного перемешивания добавляются жидкие компоненты.

Для смешивания составляющих применяют бегуны периодического действия с вертикально вращающимися катками или центробежные с горизонтально вращающимися катками.

В литейных цехах серийного и массового производства создаются центральные смесеприготовительные отделения, оснащенные высокопроизводительным современным оборудованием и разветвленной транспортной системой. В некоторых из них комплексно механизировано и автоматизировано управление всеми операциями по приготовлению смесей.

10. Регенерация отработанных формовочных и стержневых смесей

Широкое внедрение в литейном производстве специальных смесей, приготовляемых из свежих кварцевых песков, а также ежегодный прирост производства отливок ведет к систематическому повышению расхода кварцевых песков, природные ресурсы которых небезграничны. В целях сокращения расхода их необходимо частично заменять регенерированными (восстановленными) песками из отработанных смесей, в настоящее время вывозимых в отвал.

Рис. 1. Установка для регенерации отработанных смесей.

Пятилетний опыт работы установки показал, что получаемый регенерат является полноценным заменителем свежего кварцевого песка и может быть использован для приготовления формовочных и стержневых смесей.

К атегория:

Производство точных отливок

Получение точных отливок из алюминиевых, магниевых и медных сплавов по постоянной модели

В гипсовых формах изготовляют отливки только определенной массы. Особо сложные отливки получают в оболочковых керамических формах. Согласно сообщениям некоторых специализированных фирм (Canadion-Marconi, Sterling Metals Limited, Munetto) керамические формы более выгодны для отливок, имеющих очень большую разностенность.

Преимущества гипсовых форм для литья алюминиевых сплавов приводятся в работах.

Гипсовые формовочные смеси. Связующим в этих смесях является гипс, качеству которого придается большое значение. Для гипсовых форм пригоден только такой гипс, который при затвердевании не дает усадку. Гипсовые формовочные смеси имеют следующий ориентировочный состав, %: 30-100 гипса, 5-40 асбеста, 19-30 талька, 5-80 кварцевой муки, 0-10 гончарной глины, 33 молотого кирпича, 0-50 кварцевого песка, 70 кристобалита, 0-1,5 извести, 0-5 портландцемента, 0,25- 3,0 бромистого аммония.

Гипсовые формовочные смеси замешивают на воде до сметано-образного состояния в следующих соотношениях компонентов: 0,35 ч. воды на 1 ч. смеси. Отдельные присадки в гипсовые смеси влияют на их свойства следующим образом: молотый асбест повышает пористость; если асбест используют в волокнистой форме, то улучшаются механические свойства формы. Молотый асбест должен иметь соответствующую зернистость. Кварцевая мука снижает объемные изменения гипсовой смеси во время затвердевания, прокаливания и охлаждения формы. Тальк и кварцевый песок, как инертные наполнители, компенсируют объемные изменения. Известь и цемент стабилизируют объемные изменения формы. Бромистый аммоний при обжиге форм разлагается на газообразные вещества и способствует повышению газопроницаемости форм.

Помимо указанных присадок вводят также много других, применяемых значительно реже: борную кислоту в количестве от 1 до 2% и буру 0,35-0,5%, способствующих быстрому отверждению смеси. Жидкое стекло повышает прочность и сопротивление форм против истирания. Альгинат натрия в количестве 0,1-0,5%, карбонат натрия (0,1-0,5%), формалин регулируют скорость отверждения. Алюминат кальция в количестве 2,5-12% и окись цинка замедляют отверждение и придают формам большую прочность. В качестве присадки для повышения прочности форм используют также добавки окислов алюминия, железа и т. п.

Гипсовые формы должны иметь следующие основные свойства: достаточную прочность и сопротивление истиранию; достаточную газопроницаемость; возможно наименьшие объемные изменения.

Перечисленные свойства обеспечиваются составом смеси и способом ее приготовления. Наибольшее влияние на свойства смеси (помимо ее состава) оказывает вязкость гипсовой массы, определяемой соотношением сухих компонентов и воды. В результате исследований авторов оказалось, что количество воды на 1 кг формовочной смеси не должно превышать 0,8 л, иначе формы будут иметь низкую прочность, высокую газопроницаемость и при сушке большую усадку; наилучшим является соотношение 0,45- 0,55 л воды на 1 кг смеси. При меньших количествах воды гипсовая смесь очень густая и заливать ею сложные модели трудно; в такую смесь замешивается много воздушных пузырьков. Если соотношение приближается к 0,8 л воды на 1 кг смеси, то отверждение смеси резко замедляется и она даже через 48 ч остается мягкой. Это относится к гипсовой смеси, состоящей из 50% гипса «Rocasso», 30% асбестовой крошки и 20% кварцевой муки.

На свойства гипсовых форм еще влияют температура и время перемешивания формовочной смеси. Для указанной гипсовой смеси лучше всего применять воду с температурой 50-52 °С; при этой температуре формы имеют максимальную прочность, сопротивление истиранию, газопроницаемость и постоянство объема. Время перемешивания гипсовой смеси не должно превышать 3 мин. Более быстрое или более длительное перемешивание приводит к усадке гипсовых форм.

Несмотря на то, что гипсовые формы имеют в составе смеси вещества для повышения газопроницаемости, все же ее величина недостаточна, и поэтому получаются отливки с дефектами, например неслитинами.

Газопроницаемость можно повысить тремя способами:

1) присадкой в формовочную смесь таких веществ, которые после отверждения и нагрева формы газифицируются и удаляются из нее и за счет этого повышают газопроницаемость. Чаще всего для этих целей используют хлорид или бромид аммония;

2) нагревом в автоклаве (способ Antioch). При нагреве во влажной атмосфере при температуре 90° С гипс (дигидрат кальция) переходит в полугидрат , так как при этой температуре дигидрат является неустойчивой формой сульфата кальция. Вода, выделившаяся при разложении дигидрата кальция, растворяет полугидраты до насыщения. Так как растворимость полугидратов с увеличением температуры снижается, то в автоклаве поддерживается низкое давление (от 0,07 до 0,2 МПа). После выдержки (6 ч) формы в автоклаве ее охлаждают во влажной атмосфере. Поверхность формы охлаждается быстрее, чем внутренняя ее часть, поэтому в наружных слоях формы выделяются мелкие кристаллы дигидрата, а во внутренних частях формы - крупные. В такой форме с мелкозернистым поверхностным слоем и пористой внутренней частью газопроницаемость существенно выше;

3) вспениванием смеси (способ Gypsum Hydroperm). Сущность способа в том, что в гипсовые смеси добавляют вспениватель. В смесь вводят вещества, например, карбонат и разбавленную кислоту или перекись водорода и аммиачную воду. Между ними при перемешивании смеси идут реакции с выделением большого объема газа. Можно вводить в гипсовую смесь органические пенообразователи, которые при перемешивании захватывают воздух и хорошо его стабилизируют во всем объеме. Отвердевшая гипсовая форма насыщена мелкими газовоздушными пузырьками, что увеличивает газопроницаемость формы; условно назовем этот способ механическим вспениванием. Для каждого из этих способов существует своя технология.

В первом случае газопроницаемость повышается только после нагрева до температуры, при которой из формы практически удалена вся вода (и свободная, и связанная). При нагреве в автоклаве и при механическом вспенивании формовочной массы пористость образуется в тот момент, когда в форме имеется вся вода, как химически связанная, так и свободная.

Формы, у которых газопроницаемость повышают по первому способу, содержат в исходной гипсовой смеси вещества, которые образуют пористость тотчас после затвердевания массы. Это необходимо для того, чтобы облегчить отвод водяных паров при последующей термообработке. Механически удаляется вода при температуре 85-96 °С. Сушить форму следует осторожно, так как пористость весьма невелика и при образовании больших объемов водяного пара может произойти ее повреждение. Минимальное время нагрева до указанной температуры составляет 8 ч. Затем следует нагрев до 200-220 °С, при котором удаляется большая часть связанной воды. Скорость нагрева 50 °С/ч. При этой температуре формы выдерживают до 12 ч. Затем следует нагрев до 380 °С с той же скоростью, чтобы разложить аммониевые соли. Выдержка при этой температуре 5 ч. Далее формы охлаждают при 100 °С их извлекают из печи и подготовляют к заливке.

При изготовлении гипсовых форм, подлежащих нагреву в автоклаве или вспениванием, ‘в смесь не вводят присадки, повышающие газопроницаемость, такие, как асбест, стеклянная вата. Они в данном случае излишни. Более того, при их использовании увеличивается шероховатость поверхности форм. В период тепловой обработки гипсовой формы она становится достаточно газопроницаемой для удаления влаги. Именно в этот период удаляется свободная и дигидратная вода. Полугидратная вода удаляется во время заливки металла в форму. Образующиеся пары благодаря высокой газопроницаемости формы удаляются через стенки без какого-либо повреждения формы.

Таким образом, тепловая обработка форм при нагреве в автоклаве или при вспенивании очень проста, и сами формы не так чувствительны к скорости нагрева. Тепловую обработку форм проводят при низких температурах, находящихся между эндотермическими пиками, обусловленными потерей дигидратной и полу-гидратной воды. При нормальных условиях эта температура находится в пределах 180-225 °С. В диапазоне этих температур формы (в зависимости от их величины) выдерживают 10- 18 ч. После охлаждения формы подготовляют к заливке.

Сравнительные испытания всех трех описанных способов, проведенные предприятием ZPS г. Готвальдов (ЧССР ), показали, что

газопроницаемость форм была в пределах 48-52 J. N. Р. Одинаковыми были также качество поверхности отливок и плотность металла непосредственно под литейной коркой.

Вспенивание форм требует точного выдерживания технологических параметров: давления, температуры и времени пребывания в автоклаве.

Для повышения газопроницаемости за счет разложения аммониевых солей необходима медленная и осторожная тепловая обработка форм. Объемную стабильность таких форм можно повысить присадкой 1% сульфата алюминия A12 3. Обработку гипсовых форм в автоклаве применяют в серийном производстве, а механическое вспенивание-в единичном.

Если необходимо иметь только определенную часть отливки с особо качественной поверхностью и жесткими допусками на размер, используют комбинированную форму. В песчаную форму вставляют или гипсовый стержень, или часть гипсовой формы.

Максимальная масса отливок из алюминиевых сплавов, которые можно получать в гипсовых формах, составляет 10-160 кг. Минимальная толщина стенки 1,5 мм, в особых случаях 0,55 - 1,0 мм.

Шероховатость поверхности в пределах от 60 до 80 RMS . Теплопроводность гипсовых форм относится к теплопроводности обычных песчаных форм как 0,65: 1,0, что необходимо учитывать, в частности, при литье свинцовистых бронз. Содержание свинца в таких бронзах должно быть не более 2,5%, а содержание углерода максимум 7%; при более высоком содержании свинца при охлаждении происходит его ликвация.

Определения литья в землю
Определим, какими терминами называют литейную технологию заливки металла в формы на основе песка. Аналогичными считаются формулировки:
- Литье в песчаные формы, смеси;
- Литье в песчано-глинистые формы, смеси;
- Литье в землю.
Все эти термины обозначают одну и туже технологию литья. Применение далее любого из названий, будем считать аналогами.

Литейная продукция

Литье в песчаные формы – метод литья металлов и сплавов, при котором расплавленный металл заливается в форму сделанную из плотно утрамбованного песка. Для связи песчинок между собой, песок смешивают с глиной, водой и другими связующими материалами.
Более 70% всех металлических отливок производится с помощью процесса литья в песчаные формы.
Основные этапы

Есть шесть шагов в этом процессе:
-Поместить модель в опоку с песком, чтобы создать форму.
-В необходимых местах присоединяются литниковая система и выпоры.
-Удалить из опоки модель и соединить полуформы.
-Заполнить полость формы расплавленным металлом.
-Выдержать застывающий металл в опоках согласно технологии.
-Выбить отливку и освободить от литников и выпоров.

Литейные модели

По чертежам и литейным технологиям, разработанных технологом или конструктором, опытный модельщик изготавливает модель детали из дерева, металла или пластмассы или пенополистирола. Металл в процессе охлаждения даёт усадку, и кристаллизация может быть неоднородной из-за неравномерного охлаждения. Таким образом, модель должна быть чуть больше, чем готовая отливка, с применением, так называемого, коэффициента усадки металла. Различные усадочные коэффициенты используются для различных металлов. Модели в процессе формовки оставляют в песке полости-отпечатки в форме, в которые помещают стержень из песка. Такие стержни иногда усиливается проволочной арматурой, которые используются для создания полостей, которые не могут быть сформированы основной моделью, например, внутренние проходы клапанов или места охлаждения в блоках двигателей.
Литниковая система для входа металла в полости формы представляют собой направляющую и включает воронку, литники, которые поддерживают хороший напор жидкого металла, для более равномерного заполнения полости формы. Газ и пар, образующихся при литье выходят через проницаемые пески или через стояки, которые изготавливаются либо в самой модели, или в виде отдельных частей.

Опоки для формовочных материалов
Для формовки используют две или несколько опок. Опоки изготавливаются в виде ящиков, которые могут быть соединены друг с другом и скреплены между собой. Модель утапливается в нижней части опоки вплоть до её самого широкого поперечного сечения. Затем монтируется верхняя часть модели. К нижней части опоки зажимами прикрепляется верхняя и туда добавляется и утрамбовывается формовочная смесь таким образом чтобы она полностью закрывала модель. В необходимых местах устанавливаются литники и выпора. Затем опока половинится и из неё вынимается модель, деревянные литники и выпора.

Охлаждение металла
Для управления кристаллизацией структуры металла, в форму можно поставить металлические пластины, холодильники. Соответственно быстрое локальное охлаждения образует более детальную структуру металла в этих местах. В черной отливке эффект аналогичен закалке металла в кузнице. В других металлах, холодильники могут быть использованы для управления направленной кристаллизации отливки. При управлении способом охлаждения литья можно предотвратить внутренние пустоты или пористость внутри литья.

Производство
Для получения полостей в отливке, например, для охлаждающей жидкости в блоке двигателя и головок цилиндров используются стержни. Обычно стержни для литья ставятся в форму после удаления модели. После сушки опоку с формой устанавливают на литейный плац для заполнения расплавленным металлом, обычно сталь, бронза, латунь, алюминий, магний и цинк. После заполнения жидким металлом опоки не трогают до охлаждения отливки. После выбивки отливки, стержни удаляются из литья. Металл литников и прибылей любым способом должен быть отделен от отливки. Различные термические обработки могут быть использованы для снятия напряжений от первоначального охлаждения и добавить твёрдости в случае закалки в воде или масле. Поверхность литья может быть дополнительно упрочена дробеструйной обработкой, которая добавляет устойчивости к растрескиванию, растягивает и разглаживает шероховатую поверхность.

Разработка технологии
Чтобы было возможным удалить модель не нарушая целостности формовочной смеси все части модели должны быть предварительно рассчитаны технологом и иметь знаковые части для установки стержней. Небольшой уклон должен использоваться на поверхностях, перпендикулярных линии разъема, для того, чтобы была возможность удалить модель из формы. Это требование также распространяется на стержни, так как они должны быть удалены из полостей, которые они образуют. Выпора и стояки должны быть расположены так, чтобы обеспечить оптимальный поток металла в форму и газов из неё для того, чтобы избежать недолива литья.

Способы литья в землю
Различают два способа литья в песчаные формы, первый с использованием «сырого» песка, так называемые сырые формы, а второй метод - жидкостекольный.
Сырые формы
Мокрый песок, используются, чтобы сделать форму в опоке. Название произошло от того, что мокрым песком пользуются в процессе формования. "Сырой песок" – это смесь:
-кремнеземистый песок (SiO2), или хромистые пески (FeCr2O), или циркониевый песок (ZrSiO4), от 75 до 85%, и другие составляющие, включая графит, глину от 5 до 11%, воды от 2 до 4%, других неорганических элементов от 3 до 5%, антрацит до 1%.
Есть много формовочных смесей с глиной, но все они различны по пластичным свойствам смеси, качеству поверхности, а также возможностью применения в литье расплавленного металла в отношении пропускной способности для выхода газов. Графит, как правило, содержится в соотношении не более 5%, он частично сгорает при соприкосновении с расплавленным металлом с образованием и выделением органических газов. Сырые смеси как правило для литья цветных металлов не используются, так как сырые формы приводят к сильному окислению, особенно медного и бронзового литья. Сырые песчаные формы для литья алюминия не используют. Для алюминиевого литья используют более качественные формовочные смеси. Выбор песка для формовки зависит от температуры заливки металла. Температура заливки меди, стали и чугуна выше других металлов, поэтому, глина от воздействия высокой температуры далее не регенерируется. Для заливки чугуна и стали на основе железа как правило, работают с кварцевым песком – он относительно недорог по сравнению с другими песками. Так как глина выгорает, в новую порцию песчаной смеси добавляют новую порцию глины и некоторую часть старого песка. Кремний является нежелательным в песке, т.к. зерна кварцевого песка имеют тенденцию взрываться при воздействии высокой температуры во время заливки формы. Эти частицы находятся во взвешенном состоянии в воздухе, что может привести к силикозу у рабочих. В литейном цехе имеется активная вентиляция для сбора пыли. Мелкие древесные опилки (древесная мука) добавляется, чтобы создать место, при ее выгорании, для зерен песка, когда они расширяются без деформации формы.

Технология ЖСС (жидко-стекольная смесь)

Эта технология состоит в следующем:
в состав формовочной смеси входит прокаленный песок без глины, затем его в специальной емкости перемешивают с жидким стеклом и перемешанной массой заливают модель. Залитую форму накалывают для последующего подвода углекислоты. Опоку накрывают колпаком и подают газ СО2. После чего залитый формовочный состав ЖСС приобретает твердость.
В обоих методах, песчаная смесь остается вокруг модельной оснастки, образуя полости формы для заливки металла. Формовка жидкостекольными смесями позволяет получить две полуформы, которые после затвердевания собирают. Модель удаляется, образуя полость формы. Эту полость заливают жидким металлом. После того, как металл остыл отливки очищают от формовочного состава. Форма из ЖСС полностью разрушается при извлечении отливки.
Точность литья напрямую связана с типом формовочной смеси и формовки. Сырые формы создают на поверхности отливки повышенную шероховатость. Поэтому литье в землю можно сразу отличить от литья по ЖСС и ХТС. Литье в формы из мелкого песка значительно чище и менее шероховато. Технология ЖСС позволяет изготавливать отливки с гладкой поверхности, особенно при использовании пластиковых моделей. В отдельных случаях, например при литье корпусных деталей, можно обойтись даже без механической обработки на больших поверхностях – это позволяет отливать крупногабаритные чугунные блоки цилиндров. Остатки пригоревшей к отливке формовочной смеси удаляются дробеструйной обработкой.
С 1950 года, частично автоматизированные литейные процессы литья были переработаны для полностью автоматизированных производственных линий.

Холодно твердеющая смесь (литье в ХТС)
Использование органических и неорганических связующих, которые укрепляют формы для литья химически связывают песок. Этот тип формовки получил свое название от того, что он не требует просушки, как другие виды песчаной формовки. Литье в ХТС является более точным, чем литье в землю. Размеры форм ХТС меньше, чем при литье в песчаные смеси, но дороже. Таким образом, ХТС используется реже, в тех случаях, когда требуется более качественное литье. Наше предприятие готово поставлять вам отливки по ХТС.

Формовка ХТС
Формы из холодно твердеющей смеси, требуют быстрой формовки, в отличие от песчано-глинистых смесей, т.к. они содержат быстро твердеющие жидкие смолы, ускорители затвердевания и катализаторы. Вместо трамбовки смеси (как при литье в землю), формовочную смесь ХТС заливают в опоку и дожидаются, когда смола затвердеет. Обычно затвердевание происходит при комнатной температуре в течение 20 минут. Литье в ХТС значительно улучшает качество необработанных поверхностей стальной отливки по сравнению с другими технологиями литья в песчаных формах. Обычно для изготовления модельной оснастки по ХТС используют дерево, металл или пластик МДФ. Чаще других формовка холодно твердеющими смесями применяется при литье меди, литье алюминия, углеродистой стали, жаропрочной и нержавеющей стали, а также легированного чугуна, так как значительно снижает вероятность образования литейного брака.

Рассмотрим три наиболее известные из них:

1. Литье по шаблонам в земляные формы.
2. Литье по выплавляемым моделям.
3. Литье по выжигаемым моделям.

Инструменты для формовки и приспособления для литья по моделям

Формовочный инструментарий (инструменты, используемые для набивки формы и удаления из нее модели или шаблона): лопатка, сито, трамбовка, линейка, специальный правильный брусок, вентиляционная игла, киянка, мастерок, шпатель, кисти.

Инструменты для отделки формы: гладилки, отделочные и подрезные ланцеты.

Оснастка для литья по моделям

Опока - рама (ящик без дна) с формовочной землей для заливки металлом; деревянная или металлическая.

Рис. 2. Формовочный инструмент: 1 - вентиляционная игла; 2 - трамбовка формовочная; 3 - правильный брусок

Рис. 3. Ланцет

Подмодельная доска - деревянная или металлическая плита с гладкой поверхностью.

Резиновая пресс-форма - приспособление из резины, двух полированных стальных пластин и вулканизатора (в частной мастерской вполне пригоден автомобильный, на 12 В через трансформатор).

Пресс-шприц-самодельный шприц для заполнения под давлением модельного состава в пресс-форму.

Центрифуга ручная - приспособление для центробежного литья в индивидуальной мастерской; с помощью такого приспособления жидкий металл заполняет форму под давлением.

Материалы для формовки Формовочная земля - увлажненная смесь глины (до 25% содержания) и песка.

• Графит.
• Гипс.
• Пемза.
• Кварц.
• Глюкоза (в качестве замедлителя).
• Щелочи (в качестве разделителя).
• Известняк (шифер).
• Каолин.

Материалы для изготовления моделей

1. Пластилин, гипс, пластик, дерево. 2. Воск, парафин, стеарин; технический желатин, столярный клей. 3. Полистирол (пенопласт) - ячеистый пластик.

Литье по моделям в земляные формы

Это простейший способ получения отливок. Вкратце технология такова: по нужному шаблону (модели) из формовочной земли изготавливают форму для заливки расплавленным металлом. Форма, сделанная по тому или иному шаблону,- одноразовая: при выемке отливки она разрушается, поскольку создана из смеси песка и глины (25% содержания всмеси глины, 75% - песок). Но саму смесь для получения литейной формы можно использовать многократно, обновляя лишь внутренний облицовочный слой. Шаблон может быть изготовлен из любого материала - пластилина, гипса (наиболее приемлемые и удобные материалы), из дерева, пластмассы, металла. Моделью может служить и сама деталь; если нужно сделать такую же (восстановить ее первоначальный вид), то пластилином наращивают на реставрируемой или восстанавливаемой детали недостающие части по начальному образцу.

Если по каким-то причинам невозможно воспользоваться в качестве модели пластилиновой копией оригинала, все-таки есть выход: можно сделать гипсовый слепок с оригинала (пусть это и более трудоемкий и хлопотный способ).

Процесс получения гипсовой модели изделия таков: оригинал помещают лицом вверх на ровную плиту в раму из дерева или другого материала, при этом борта рамы должны быть выше копируемого изделия и изнутри смазаны мыльной пеной.

Гипс растворяют в обильном количестве воды до состояния жидкой сметанообразной массы. В быстром темпе оригинал тщательно покрывают слоем жидкого гипса, нанося его широкой малярной кистью, а затем заливают раму гипсовым раствором до краев. Можно ускорить или замедлить схватывание гипса: в первом случае нужна добавка 4% раствора поваренной соли, во втором - 1% раствора уксусной кислоты. Далее гипсовую форму (слепок) сушат при температуре, не превышающей 50"С, обрабатывают в контррельефе, наращивают по мере необходимости рельеф, сглаживают выступы, заделывают раковины. Перед непосредственным изготовлением модели слепок покрывают 3% раствором щелока, а еще проще - хорошо взбитой мыльной пеной, что создаст разделительный слой, и заливают жидким гипсом. Таким образом, шаблон готов, и можно приступать к его формовке.

Процесс формовки шаблона и получения готовой отливки

Опоку ставят на подмодельную доску, на которую также кладут шаблон или оригинал. Доску посыпают графитом, чтобы не прилипала облицовочная смесь, которую насыпают через сито для полного покрытия модели. Плотно заполняют опоку до краев, укладывая землю слоями и уплотняя трамбовкой, а излишек земли сглаживают специальным бруском или ровной планкой, проводя по краям опоки, и переворачивают ее; сверху ставят вторую опоку, в которой заформовывают конусные бруски - модели литника и выпора. Затем, сняв верхнюю опоку, удаляют бруски, а из нижней опоки удаляют шаблон, после чего к отверстиям, оставшимся от моделей литника и выпора, из полости шаблона прорезают узкие соединительные каналы. Опоки совмещают в прежнем положении и заливают через литник жидкий металл, который течет в полость формы, а по другому каналу, направленному к выпору, из литейной формы вытесняется воздух, форма равномерно и полностью заполняется металлом. Заданная отливка получена.

Рис. 4. Технология получения отливки простейшим способом: 1 - модель; 2 - подмодельная плита; 3 - опока; 4 - выпор; 5 -литник

Технология литья по выплавляемым моделям

В основе литейного процесса по выплавляемым моделям лежит использование легкоплавких материалов: модель отливки и ее литниковая система делается из воска, парафина или стеарина. Любой из этих легкоплавких материалов в горячем режиме заливают в пресс-форму, а после затвердения получают восковую модель и покрывают ее специальным составом. После просушивания на модели образуется огнеупорная оболочка - керамическая форма, из которой выплавляют модельный состав и получают тонкостенную литейную форму, которую после прокалки заливают расплавленным металлом.

Для получения нескольких одинаковых моделей из воска применяют эластичную форму, используя для ее изготовления столярный клей или технический желатин. Второй материал более предпочтителен как в качественном отношении, так и по срокам приготовления. Если желатин набухает за полчаса (150 г желатина на 15 мг воды при регулярном перемешивании), столярный клей замачивают водой на сутки. Желатин после некоторой добавки воды разбухает, но при нагревании обретает прежний объем. Желатиновую массу варят до состояния однородной, напоминающей по виду густую сметану, добавляют 708 мл горячей воды с пластификатором (3-4 г глицерина) и тщательно перемешивают. Чтобы полученную массу уберечь при хранении от плесени, в нее вливают полграмма антисептика - формалина или фенола. После массу остуживают до 50ºС и заливают ею образец. Чтобы эластичная форма не деформировалась после застывания, ее с тыльной стороны дополнительно укрепляют гипсом. При формовке гипсовой модели в форме из клея, ее обезжиривают, протерев тальком, и дважды задубливают 20% раствором алюминиевых квасцов.

С целью тиражирования восковых моделей для отливки одинаковых деталей, например литых украшений для ограды усадьбы, изготавливают резиновую пресс-форму.

Пресс-формы подразделяют на разъемные и разрезные. Разъемные снабжают подшипниковыми шариками, которые служат замками-фиксаторами частей формы, и укладывают их на нижней части резиновой формы так, чтобы они не препятствовали извлечению восковой модели.

В разрезной пресс-форме необходимость в подшипниковых шариках отсутствует. Из сырой резины вырезают листы по размеру металлических зажимных пластин, промывают бензином и складывают в стопы, которые наслаиваются в зависимости от размера модели. Сама прессформа состоит из двух половин, между которыми укладывается металлическая модель, резина вокруг которой натирается тальком. После этого пакет располагается на талькированной зажимной плите, накрывается второй плитой и зажимается в струбцине вулканизатора на 40-50 минут при температуре 140-150ºС. После вулканизации освобожденный пакет вместе с пластинами охлаждается под водой. Если на образце литник отсутствовал, то его вырезают прямо в пресс-форме.

Рис. 5. Изготовление резиновой пресс-формы: 1 - вулканизатор; 2 - стальные пластины; 3 - сырая резина; 4-замок (стальные шарики); 5 - образец

Резиновая пресс-форма очень удобна при изготовлении большого количества одинаковых деталей - звеньев цепи, браслета, элементов разъемного орнамента и других декоративных изделий, поскольку для их отливки требуется много восковых моделей.

Различают легкоплавкие и тугоплавкие составы для создания моделей. Первые более податливы, их изготавливают на парафиновой и стеариновой основе (см. табл. 1).

Таблица 1. Составы для создания моделей

№ рецепта	Компоненты, минимальный %
	Парафин	Стеарин	Воск	Переплав
1	50	50	-	-
2	25	25	50	-
3	12	8	-	80
4	17	17	-	66

В пресс-форму модельный состав запрессовывается под давлением пресс-шприца, который литейщик легко изготовит сам. Для этого необходимы отрезок трубы, 2 штуцера, поршень, алюминиевая трубка.

Способ изготовления таков. С одной стороны трубу заваривают или запаивают. Из алюминия вырезают поршень по отверстию трубы, который необходимо снабдить ручкой (стертжень при этом равен длине трубы). В заделанной части трубы сверлят отверстие, в которое впаивают штуцер под резиновый шланг, другой конец которого снабжают штуцеромнаконечником, соответствующим диаметру литника пресс-формы.

Заполненный модельным составом, пресс-шприц окунают в кипящую воду до готовности расплава, который тщательно перемешивают и охлаждают до пастообразного состояния при температуре 55-60ºС и запрессовывают в талькированную пресс-форму.

Рис. 6 Ручная центрифуга

Так же, под давлением, в пресс-форму подается и расплавленный металл.

Также литейщик может самостоятельно смастерить еще одно необходимое для работы приспособление - ручную центрифугу.

В деревянную ручку нужно пропустить стальной стержень диаметром 7 мм, к нему неподвижно прикрепить серьгу (при этом ручка должна свободно вращаться на стержне). Подставкой для опоки будет служить стальной цилиндр, дно которого составляет не более 100 мм в диаметре. К подставке приваривают скобу с кольцом посредине, которое соединяется с серьгой коромыслом (40 см) из прочной проволоки с надежными кольцами на концах. Опока должна свободно умещаться в подставке и по форме дублировать ее - тот же цилиндр, но без дна.

Формовка модели производится таким образом. Расплавленным воском к модели крепят стальные иглы - литниковые штифты, которые должны пересекаться в одной точке, где они также скрепляются воском. Исходя из размеров модели, опоку выбирают такой высоты, чтобы между ее дном и моделью был зазор не менее сантиметра, а вверху в формовочной массе можно было бы вырезать литниковую чашу для плавки металла.

Состав формовочной массы предлагаемых рецептов (см. табл.2).

Таблица 2. Составы формовочной массы

Готовой формовочной массой заполняют опоку на огнеупорном листе (асбесте). Взяв модель за штифт, ее погружают в незастывшую формовочную массу, слегка покачивая из стороны в сторону, чтобы не попадал воздух. После затвердения массы (при наличии замедлителя - не раньше, чем через час) в верхней части опоки вырезают литниковую чашу и вытаскивают штифты. Литниковые каналы должны находиться в центре чаши.

Операция выплавления (удаления) восковой модели такова: опоку ставят в зажженную духовку газовой плиты и постепенно, чтобы не повредить форму, около двух часов повышают температуру до 350°С; затем опоку вынимают и кладут поочередно одним или другим боком на горелку, предварительно подложив асбестовую плитку, и окончательно выплавляют воск.

Получение отливки

Как только бока опоки раскалятся докрасна, ее помещают в ручную центрифугу, а литниковую чашу загружают металлом с добавкой соответствующего флюса и плавят на пламени горелки. После полной расплавки начинают вращать центрифугу, в результате чего жидкий металл устремляется в полость формы, заполняя ее и кристаллизуясь приблизительно за 20 оборотов центрифуги. Процесс завершается охлаждением в воде и выемкой готовой отливки, то есть изделия художественного литья.

Наиболее совершенным методом литья по выплавляемым моделям считается процесс, в результате которого сохраняется оригинал и получают пустотелые изделия, оригинал служит моделью. Технологически этот способ состоит из двух частей: вначале изготавливают по оригиналу пустотелую модель, а затем по этой модели литейную форму.

Процесс получения отливок по выжигаемым моделям

Чтобы проследить технологию такого способа, рассмотрим конкретный пример - изготовление сложной фигурной вазы или кубка.

При отливке кубка верхнюю часть модели несложной геометрической формы изготавливают из любого материала, нижнюю, более сложную, вырезают из пенопласта. После этого, уложив верхнюю часть модели на подмодельную плиту, начинают формовку в опоке. Когда формовочная земля сравнивается с уровнем модели, к ней приставляют вторую (пенопластовую) часть и заформовывают до конца. Далее опоку переворачивают, на нее устанавливают вторую опоку и проводят окончательную формовку, сделав при этом литниковую систему. После опоки разжимают и удаляют верхнюю часть модели, а нижнюю (пенопластовую) оставляют заформованной в землю.

При использовании таких комбинированных способов получают цельные, довольно качественные сложные по форме отливки. Однако в момент формовки элемента модели могут сместиться относительно друг друга. Чтобы этого не произошло, в сочленения гипсовой формы и пенопластовых элементов вставляют швейные иглы или булавки, на которые накалывают элементы. Чтобы предотвратить осевые вращения, можно использовать несколько иголок.

Для изготовления пустотелой модели опоку устанавливают на подмодельную плиту и заформовывают в нее землей до половины оригинал изделия - выполняют так называемую фальшивую опоку.

Рис. 7. Формовка комбинированной модели: 1 - пенопластовая часть модели; 2 - гипсовая часть модели

Поверхность оригинала, имеющего небольшие размеры, смазывают мыльной пеной и обкладывают слоем пластилина толщиной до 1 см. Более крупные изделия обкладывают слоем глины. Для того чтобы глина не прилипала к оригиналу, в качестве разделительного слоя используют бумагу. На фальшивую опоку с оригиналом сверху устанавливают вторую опоку и заливают гипсом. В гипсе делают литниковые каналы, которые доходят до пластилинового или глиняного слоев. После затвердения гипса опоки переворачивают. Фальшивую опоку, оказавшуюся сверху, удаляют вместе с землей и устанавливают новую.

Рис. 8. Изготовление модели: 1 - опока; 2 - подмодельная доска; 3 - формовочная смесь; 4 - литник; 5 - выпор; 6 - дополнительные отверстия; 7 - модель

На вторую половину оригинала, ранее находившегося в фальшивой опоке, также укладывают слой пластилина или глины. Смазав нижнюю опоку, залитую гипсом, мыльной пеной, заливают гипсом верхнюю, оставив литниковые отверстия. Когда гипс затвердеет, верхнюю опоку снимают и удаляют слой пластилина или глины, следя за тем, чтобы ничего не осталось на оригинале. Затем опоку устанавливают на место.

После удаления прокладочного слоя между гипсом, залитым в опоку, и оригиналом образовалось свободное пространство, соответствующее толщине прокладочного слоя. В образовавшуюся полость через литниковые каналы, оставленные в гипсовом слое, заливают раствор на основе столярного клея или технического желатина.

Опоки переворачивают после остывания клеевого раствора, со второй опоки удаляют разделительный слой и заливают клеевым раствором. Затем опоки разнимают, и из полученной формы удаляют оригинал изделия. Благодаря эластичности клеевого раствора можно формовать изделие со сложной формой поверхности (узоры, орнаменты, шрифты и т.д.), а также имеющего пазухи, что сложно выполнить при обычном способе формовки. К тому же клеевая масса является защитой оригинала. Внутреннюю поверхность клеевой рубашки покрывают лаком, а после высыхания наносят кистью слой воска.

Форму собирают и через предварительно оставленное отверстие в ее полость заливают расплавленную канифоль, которую сразу же выливают из формы, пока она не остыла, но при этом часть ее остается на стенках. Эту операцию повторяют до тех пор, пока не будет достигнута требуемая толщина изделия. Нельзя перегревать расплав канифоли, так как могут расплавиться мелкие элементы клеевой формы.

После затвердения слоя канифоли опоки осторожно разнимают и извлекают полученную модель, представляющую собой пустотелую тонкостенную копию оригинала, которая будет служить выплавляемой моделью.

Формовку пустотелых изделий начинают с изготовления стержня. Стержнем называют часть формовочной смеси, которой заполняют полость формы. Основой стержня может служить металлический каркас, изготовленный из проволоки, диаметр которой зависит от размеров модели. Основой каркаса является более толстый стержень, конец которого выходит из модели. После изготовления каркаса его вводят в полость модели и заполняют формовочной массой. В качестве стержневой, а также формовочной массы для небольших изделий, отливаемых из металлов с невысокой температурой плавления, можно использовать массу на основе гипса и талька или гипса и кварца. В случае применения масс на основе гипса следует помнить, что в этих массах практически отсутствует газопроницаемость, поэтому в процессе формовки нужно сделать дополнительные отверстия для выхода газов, образующихся в момент выплавки модели.

Если выполняется отливка из бронзы, латуни или других металлов с высокой температурой плавления, в качестве стержневой массы используют кварц, кварцевый песок с добавлением конторского силикатного клея. Песок прокаливают при температуре.750-900°С в чугунной емкости, например в сковороде, чтобы в него не попали окислы железа. Жидкого стекла в смеси должно содержаться в пределах 30%, остальное составляет песок.

При отливке больших изделий в формовочную смесь добавляют 1-2% технической буры или борной кислоты, которые, имея собственную температуру плавления 741°С и 575°С соответственно, в момент прокаливания формы плавятся и, обволакивая зерна наполнителя, скрепляют формовочную массу.

Выплавленную модель со стержнем формуют в опоку обычным способом. Модель из канифоли выплавляют в сушильном шкафу, постепенно повышая температуру. Опоку располагают литниковой системой вниз. Через нее будет выходить расплавленная канифоль, поэтому под выходом литниковой системы необходимо поставить емкость. В этом случае стенки формы укрепятся расплавленными частицами канифоли. Когда канифоль полностью стечет, форму прокаливают в муфельной печи. Если ее нет, то это можно проделать в духовке газовой плиты при температуре 350°С, поскольку канифоль начинает обугливаться при температуре 310°С. Образующаяся копоть от сгоревшей канифоли покрывает стенки формы, что улучшает качество отливки.

Целесообразно использовать опоку с дном, модель заформовать обычной формовочной смесью, а верхний слой, не соприкасающийся с моделью, сделать из смеси кварцевого песка или шамотной крошки с жидким стеклом. В момент выплавки модели он будет удерживать всю форму в опоке. Металл, подающийся в форму через литниковую систему, заполнит ее за счет давления собственной массы.

Если пустотелая модель имеет одно отверстие, через которое выходит арматура стержня, после выплавки ее стержень теряет опору и оседает внутри формы.

Чтобы зафиксировать его в нужном положении при изготовлении отливок больших размеров или при отливке изделий, имеющих не просматриваемые места (например, вазы), основной стержень с закрепленной на нем арматурой пропускают через модель насквозь и опирают двумя концами на края опоки, придавая ему строго фиксированное положение.

Оставшиеся после отливки изделия и удаления арматуры отверстия заделывают или в том месте модели, которое находится снизу и как бы опирается на формовочную смесь, сверлят одно или несколько отверстий. Затем изготавливают пробки из металла, из которого будет отливаться изделие. Размер должен соответствовать диаметру отверстий в толще модели. Пробки вставляют в отверстие модели и формуют ее.

Имея такую же толщину, как и модель, металлическая пробка после выплавки модели остается в форме и фиксирует расстояние между стержнем и ее краем. После заливки пробки сплавляются с основным металлом, и от них не остается никаких следов.

Площадь поперечного сечения пробок должна быть такой, чтобы они выдержали массу стержня и не вдавились в формовочную смесь. Следует учесть, что при выплавке модели форму переворачивают, поэтому пробки необходимо ставить и в верхней ее части. В качестве фиксаторов можно также использовать стальные стержни, которые пропускают через всю форму (модель и формовочную смесь). После отливки стержни извлекают, а в образовавшихся отверстиях нарезают резьбу и вкручивают резьбовые пробки. Иногда отверстия раззенковывают и заглушают с помощью заклепок из того же металла - металлических шпилек. Затем эти места тщательно зачищают или зачеканивают.

Оригиналы художественных изделий с относительно плоской поверхностью (медальоны, барельефы) выполняют обычно из мягких материалов - пластилина, глины, воска. Для формовки с них снимают гипсовые модели, при этом обратная сторона модели получается плоской и не повторяет изнутри форму лицевой поверхности. Выполненная по такой модели отливка имеет значительную массу, что нецелесообразно, так как расходуется большое количество металла. Чтобы этого избежать, применяют способ формовки по гипсовой модели с рамкой. В этом случае получают отливку, у которой внутренний рельеф повторяет форму лицевой поверхности, а толщина стенки соответствует толщине рамки и одинаковая по всей поверхности изделия. Формовку с рамкой применяют при изготовлении литейных форм по гипсовым моделям небольшой высоты и с пологими стенками.

Если гипсовая модель имеет высокие вертикальные стенки с малым уклоном, то данный способ применять нежелательно, потому что при формовке вертикальные стенки получаются значительно тоньше верхней, и металл при заливке может заполнить не всю форму, а только верхнюю ее часть.

При формовке с рамкой модель необходимо зафиксировать на подмодельной плите, в качестве которой можно использовать кусок древесностружечной плиты с несколькими просверленными отверстиями. Через них модель крепят шурупами, а в плите также делают отверстия для фиксирующих штырей нижней опоки.

Укрепив модель на плите и установив на нее опоку с подложенной под края рамкой, начинают набивать ее формовочной смесью, тщательно ее утрамбовывая. Толщина рамки будет соответствовать толщине стенок будущей отливки. Заформо-ванную опоку переворачивают вместе с подмодельной плитой и, слегка постукивая по поверхности плиты, аккуратно снимают ее с опоки вместе с рамкой.

После снятия рамки выше опоки образуется выступ из формовочной смеси, который необходимо срезать по всей поверхности опоки до уровня ее края. Таким способом получают отпечаток платформы меньшей высоты модели на толщину рамки, подкладываемой под опоку, и соответствующей толщине стенки будущей отливки. Затем на заформованную опоку устанавливают вторую, и по отпечатку в нижней части набивают верхнюю полуформу с литниковым каналом и выпором.

Верхнюю опоку формуют более тщательно и аккуратно, так как непрочную поверхность песчаной модели можно легко повредить при уплотнении смеси трамбовкой.

Удалив литник, верхнюю опоку снимают и при необходимости исправляют форму. Заформованную нижнюю опоку с рамкой, служившей моделью для верхней полуформы, выбивают и с помощью фиксирующих штырей устанавливают снова на под-модельную плиту в том же положении, в котором она находилась первоначально. Затем набивают ее формовочной смесью, но уже без рамки. После окончания формовки опоку переворачивают, снимают подмодельную плитку с моделью, а обе полуформы собирают. Таким способом получают полость, соответствующую толщине рамки.

Рис. 9. Литейная форма из глины: 1 - литник; 2 - фиксаторы; 3 - форма; 4 - выпоры

Кроме основных способов литья в землю и по выплавляемым моделям, в старину мастера применяли литье в твердые разборные формы. Этим способом отливали ювелирные изделия, пуговицы, декоративные накладки для оружия. Материалом для форм служила глина и мягкие породы известняка. Изготовленные вручную формы из глины состояли из 2-х половин с углублениями для фиксации их относительно друг друга. Полость формы выполняли вручную или формовали по образцу из сырой глины, затем высушивали и обжигали.

Рис. 10. Стяжка литейной формы из глины: 1 - стягивающий винт; 2 - хомут; 3 - форма

Для изготовления таких форм можно использовать огнеупорную шамотную глину или тигельную массу. Шамотный наполнитель для этих масс при выполнении литейных форм должен быть тонкого помола. Нужно помнить, что шамотная глина при высыхании дает значительную усадку - от 7 до 14%. Обжигают глиняную форму в муфельной печи при температуре 900°С, а затем скрепляют две полуформы между собой хомутами, изготовленными из стальной полосы и соединенными с помощью винтов и гаек.

Принцип изготовления литейных форм из известняка такой же, как и из глины. Разница лишь в том, что полость формы набивается резцами. Используя для литейных форм одну из разновидностей известняка - шифер, имеющий плотную структуру и хорошо поддающийся обработке, старинные мастера с помощью гравировки выполняли сложные формы и получали высокохудожественные произведения. В качестве материала для таких форм можно использовать пластины из тигельного графита или графитовых электродов для электроплавильных печей, так как графит хорошо поддаётся обработке резанием. В заготовленных пластинах необходимого размера прилегающие поверхности зачищают мелкой наждачной бумагой, а затем притирают одну к другой. В двух точках пластин просверливают сквозные отверстия, через которые их стягивают болтами и гайками. Отверстия сверлят в тех местах, где они не будут мешать изготовлению формы и литников. После подготовительных операций приступают непосредственно к изготовлению (вырезка и гравировка) литейной формы и литниковой системы.

Перед заливкой металла графитовую форму изнутри необходимо покрыть тонким слоем каолина или мела, разведенных в воде и с добавлением столярного клея, чтобы предохранить ее от выгорания.

После извлечения отливки из формы она обычно имеет некрасивый вид- с пригаром частичек формовочной смеси, всевозможными цветами побежалости и т.д. В этом случае механические загрязнения удаляют с помощью стальной щетки, а затем изделие отбеливают в кислотах и щелочах.

Медь, бронзу, латунь и мельхиор обычно обрабатывают в два приема: сначала выполняют предварительное травление, а потом окончательное или глянцевое. Состав раствора для предварительного травления следующий: азотной и серной кислот - соответственно по 250 мл, натрия хлористого - 0,5 г. Время обработки - 4-5 сек, температура раствора - 20-25°С. Для окончательного травления используют такой раствор: азотной и серной кислот - по 250 мл, соляной кислоты - 5 мл, голландской сажи -1-1,5 г. В этот раствор изделия погружают на 6-8 секунд, затем быстро промывают в воде.

Свинец травят 5 -10% азотной кислотой, цинк и кадмий - 5-20% соляной кислотой, а алюминий - 10-20% раствором едкого натра.

В приведенных составах растворов применяются концентрированные кислоты. Следует помнить, что работа с ними требует особой осторожности, готовить их необходимо под вытяжкой или на улице.

В заключение раздела о художественном литье в условиях индивидуальной мастерской будет полезно познакомить нашего читателя с конкретным человеком, настоящим мастером своего дела, литейщиком-художником Сергеем Поповым и его технологиями, практическими советами.

Уроженец города Борисоглебска Воронежской области, после окончания школы отправился в Подмосковье, где учился в Абрамцевском художественно-промышленном училище имени Васнецова и там же преподавал по специальности "Художественная обработка камни".

Занимался ковкой, тянуло к литейным произведениям.

Сверлильный станок

Заточный станок 2-х сторонний

Станок шлифовально-полировальный.

Рис. 19. Ваза

• Бормашина
• Стол для ручной обработки моделей
• Паяльник
• Пескоструйный аппарат

Формовка восковых изделий

Состав модельной смеси. Смесь воска и парафина, нагретая до 60ºС, взбивается дрелью для насыщения воздухом, затем при помощи специального шприца закачивается в гипсовые разъемные формы. После остывания форма разнимается и из нее извлекается модель. Затем модель обрабатывается. Снимается облой, напаивается паяльником питатель и обмазывается модель.

Обмазка

Для обмазки применяется суспензия, изготавливаемая из этилсиликата, воды и маршалита путем длительного перемешивания составляющих В приготовленную суспензию обмакивается модель, которая затем обсыпается шамотным песком.

После просушки наносятся 5-6 слоев обмазки с интервалом в 2-3 часа.

Для первой-второй обмазки используется более мелкий песок - 0,5 мм зерно, для последующих обмазок - 1-1,5 мм.

После обмазки 5-6 слоями и достаточной просушки модель выплавляется в ванне вытопки при температуре 130ºС.

Заливка

Вытопленные корки прокаливаются до температуры 400-500ºС и в горячие корки заливается металл (латунь, бронза). После кристаллизации бронзы корка аккуратно отбивается.

Питатели отпиливаются. Отлитое изделие очищается от прикипевшей корки струей песка.

Слесарная обработка

Ведется с использованием абразивов различной зернистости. После снятия поверхностного слоя и остатков литников можно приступить к шлифовке, которая производится с помощью резиновых кругов (парапитовых).

Для полировки используются войлочные и тряпочные круги и паста ГОИ.

При слесарной обработке изделий со сложным рельефом, при котором радиус камня не позволяет добраться до многих участков изделия, используется обычная зуботехническая бормашина и металлические и твердоплавкие боры, а также мелкие* абразивы.

Литье в корку имеет ограниченные возможности в размерах, зависит от массы, толщины модели. Поэтому крупные или объемные работы приходится разбивать на мелкие фрагменты, например, подсвечник может состоять из 15-17 деталей (подставка, дужки и т.д.). Все это монтируется на основании при помощи центрального стержня.

В других работах могут быть использованы заклепки, скрутки, различные крепления. В некоторых случаях используется газовая или аргонная сварка.

Литье в корку имеет некоторые особенности, например, ограничено размерами, которые, в свою очередь, определяются возможностью модели.

Перед разливом бронзу необходимо раскислить, добавить фосфоросодержащий сплав. Латунь льется без добавок.

Модельная масса должна быть насыщена воздухом, т.е. содержать воздушные пузырьки, иначе парафиновая модель при вытопке разорвет корку вследствие расширения.

Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) - это промышленный процесс, который также называется литьем по восковым моделям или литьем в разрушаемую форму. Форма разрушается, когда изделие извлекается. Выплавляемые модели широко используются как в машиностроительном, так и в художественном литье.

Область применения

Особенности техпроцесса позволяют применять метод ЛВМ в широком диапазоне: от крупных предприятий до небольших мастерских. Также возможно литье по выплавляемым моделям в домашних условиях, в личных и коммерческих целях для изготовления детализированных фигурок, сувениров, игрушек, деталей конструкций, ювелирных изделий. В качестве наполнителя можно использовать практически все металлы:

• стали (легированные и углеродистые);
• цветные сплавы;
• чугун;
• сплавы, не поддающиеся мехобработке.

Впрочем, технология универсальна - вполне можно изготовить относительно крупные конструкции сложных форм. Для облегчения техпроцесса используют специализированное оборудование для литья по выплавляемым моделям и 3D-моделирование с помощью специализированных программ.

Литье в керамические формы

В зависимости от требований к изделиям используют различные, наиболее подходящие технологии. Точное литье по выплавляемым моделям (ТЛВМ) позволяет получать самые сложные по конфигурации отливки с высокой точностью, с минимальной толщиной стенок и шероховатостью поверхности. Для ТЛВМ восковая модель погружена в жидкую смесь на основе керамики. Керамическая смесь сохнет и формирует оболочку формы для литья. Этот процесс повторяется, пока желаемая толщина не будет достигнута. Затем воск удаляется в автоклаве. Однако этот метод характеризуется высокой стоимостью, продолжительностью технологического процесса, выделением вредных веществ в производственной зоне и загрязнением окружающей среды остатками керамических форм.

Литье в формы из ХТС

Во многих случаях при изготовлении поделок на дому к отливкам сложной конфигурации не предъявляется требование низкой шероховатости, а для ряда художественных отливок поверхность с равномерной шероховатостью не только допустима, но является дизайнерским решением. В этом случае целесообразно применять литье по выплавляемым моделям.

Технология, разработанная для изделий, не требующих гладких поверхностей, достаточно проста. Такую поверхность можно получить литьем в формы из холодно-твердеющих смесей (ХТС). Этот процесс значительно проще, дешевле и экологически чище.

Однако данный метод литья по выплавляемым моделям не позволяет получать сложные отливки с использованием выплавляемых моделей. Это объясняется тем, что при вытопке фигур значительная часть модельного состава остается в полости формы и может быть удалена только прокалкой. Прокалка, то есть нагрев до температуры воспламенения, модельного состава приводит к деструкции смоляного связующего вещества ХТС. При заливке металла в форму с остатками модельного состава происходит их сгорание, приводящее к выбросам металла из формы.

Использование жидкостекольных смесей

Нивелировать недостатки ХТС-технологии при изготовлении некоторых типов отливок позволяет литье по выплавляемым моделям в жидкостекольные смеси с жидким катализатором (ЖСС ЖК). Эти смеси с содержанием жидкого стекла в количестве 3-3,5 % и катализатора около 0,3 % от массы песчаной основы начали применяться за рубежом в начале 80-х и используются до сих пор. По данным исследований, эти смеси в отличие от ЖСС первого поколения отличаются экологической чистотой, хорошей выбиваемостью и незначительным пригаром на отливках.

Литье по выплавляемым моделям: технология

Процесс ЛВМ включает в себя операции подготовки модельных составов, изготовления моделей отливок и литниковых систем, отделки и контроля размеров моделей, дальнейшей сборки в блоки. Модели, как правило, изготавливают из материалов, представляющих собой многокомпонентные композиции, комбинации восков (парафино-стеариновая смесь, природные твердые воски и т.д.).

При изготовлении модельных составов используется до 90 % возврата, собираемого при выплавлении восковых моделей из форм. Возврат модельного состава следует не только освежать, но и периодически регенерировать.

Изготовление моделей состоит из шести этапов:

• подготовки пресс-формы;
• введения в ее полости модельного состава;
• выдержки модели до затвердевания;
• разборки формы и извлечения модели;
• охлаждения ее до комнатной температуры.

Особенности техпроцесса

Сущность ЛВМ заключается в том, что силиконовая или восковая модель выплавляется из заготовки путем нагревания, а освободившееся пространство заполняют металлом (сплавом). Техпроцесс имеет ряд особенностей:

• При изготовлении формовочной смеси широко используют суспензии, состоящие из огнеупорных мелкозернистых материалов, скрепляемых связующим раствором.
• Для заливки металлов (сплавов) применяют неразъемные формы, получаемые путем нанесения на модель огнеупорного покрытия, его сушки с дальнейшим вытапливанием модели и прокаливанием формы.
• Для отливок используются одноразовые модели, так как они разрушаются в процессе изготовления форм.
• Благодаря мелкозернистым огнеупорным пылевидным материалам обеспечивается достаточно высокое качество поверхности отливок.

Преимущества ЛВМ

Преимущества литья по выплавляемым моделям очевидны:

• Универсальность. Можно использовать любые металлы и сплавы для литья изделий.
• Получение конфигураций любой сложности.
• Высокая чистота поверхностей и точность изготовления. Это позволяет на 80-100 % сократить последующую дорогостоящую металлообработку.

Недостатки ЛВМ

Несмотря на удобство, универсальность и достойное качество изделий, не всегда целесообразно применять литье по выплавляемым моделям. Недостатки главным образом связаны со следующими факторами:

• Длительностью и сложностью техпроцесса производства отливок.
• Завышенной стоимостью формовочного материала.
• Большой нагрузкой на экологию.

Пример изготовления изделия на дому: подготовительный этап

Литье по выплавляемым моделям в домашних условиях не потребует глубоких знаний в металлургии. Для начала подготовим модель, которую хотим повторить в металле. В качестве макета сойдет готовое изделие. Также фигурку можно изготовить самостоятельно из глины, скульптурного пластилина, дерева, пластика и других плотных пластичных материалов.

Устанавливаем модель внутри скрепленной струбцинами либо кожухом разборной емкости. Удобно использовать прозрачную пластиковую коробку или специальную пресс-форму. Для заливки пресс-формы воспользуемся силиконом: он обеспечит отличную детализацию, проникая в мельчайшие трещинки, отверстия, впадины и формирует очень гладкую поверхность.

Второй этап: заливка силиконом

Если требуется точное литье по выплавляемым моделям, для изготовления формы без жидкой резины не обойтись. Силикон готовится по инструкции путем смешивания разных компонентов (как правило, двух) и последующего нагревания. Для удаления мельчайших пузырьков воздуха емкость с жидкой резиной целесообразно на 3-4 минуты поместить в специальный портативный вакуумный аппарат.

Заливаем готовую жидкую резину в емкость с моделью и повторно проводим вакуумирование. Для последующего затвердения силикона потребуется время (согласно инструкции). Используемые полупрозрачные материалы (емкостей и самого силикона) позволяют воочию наблюдать процесс формирования пресс-формы.

Извлекаем схватившуюся резину с моделью внутри из емкости. Для этого освобождаем струбцины (кожух) и отделяем две половинки коробки - силикон легко отходит от гладких стенок. Для полного застывания жидкой резины потребуется 40-60 минут.

Третий этап: изготовление восковой модели

Литье по выплавляемым моделям предполагает вытапливание плавкого материала и замещение образовавшегося пространства расплавленным металлом. Так как воск легко плавится, его и используем. То есть следующая задача - сделать восковую копию использованной первоначально модели. Для этого и потребовалось создание резиновой пресс-формы.

Аккуратно разрезаем силиконовую заготовку вдоль и достаем модель. Здесь есть небольшой секрет: чтобы впоследствии точно соединить форму, разрез рекомендуется делать не гладким, а зигзагообразный. Прикладываемые части формы не будут сдвигаться по плоскости.

Заполняем образовавшееся пространство в силиконовой пресс-форме жидким воском. Если изделие готовится для себя и не требует высокой точности сопряжения деталей, можно залить воск отдельно в каждую половину, а затем после застывания соединить две детали. Если необходимо точно повторить силуэт модели, резиновые половинки соединяются, закрепляются и в образовавшуюся пустоту с помощью инжектора закачивается горячий воск. Когда он заполнит все пространство и застынет, разбираем силиконовую пресс-форму, достаем восковую модель и подправляем изъяны. Она послужит прототипом для готового изделия из металла.

Четвертый этап: формование

Теперь необходимо сформировать с внешней поверхности восковой фигуры термостойкий прочный слой, который после вытапливания воска станет формой для металлического сплава. Выберем способ литья по выплавляемым моделям с использованием кристобалитовой смеси (модификация кварца).

Формируем модель в металлической цилиндрической опоке (приспособлении, удерживающем формовочную смесь при ее уплотнении). Устанавливаем в опоку припаянную модель с литниковой системой и заливаем смесь на основе кристобалита. Чтобы вытеснить воздушные карманы, помещаем в вибровакуумный аппарат.

Финальный этап

Когда смесь уплотнится, остается выплавить воск и залить в освободившееся пространство металл. Процесс литья по выплавляемым моделям в домашних условиях лучше осуществлять с использованием сплавов, плавящихся при относительно невысоких температурах. Отлично подойдет литейный силумин (кремний + алюминий). Материал износостойкий и твердый, однако отличается хрупкостью.

После заливки расплавленного силумина ждем, когда он застынет. Затем извлекаем изделие из окопки, удаляем литник и очищаем от остатков формовочной смеси. Перед нами - практически готовая деталь (игрушка, сувенир). Дополнительно ее можно отшлифовать и отполировать. Если в канавках намертво застряли остатки литейного производства, их нужно удалить бормашиной или другим инструментом.

Литье по выплавляемым моделям: производство

Немного иначе проводится ЛВМ для изготовления ответственных деталей, имеющих сложную форму и (или) тонкие стенки. На отливку готового металлического изделия может уйти от недели до месяца.

Первый шаг - заполнить воском форму. На предприятиях для этого часто применяют алюминиевую изложницу (аналог рассматриваемой выше силиконовой пресс-формы) - полость, имеющую форму детали. На выходе получают восковую модель чуть больших размеров, чем конечная деталь.

Далее модель послужит основой для керамической пресс-формы. Она также должна быть чуть больше итоговой детали, так как металл после остывания сожмется. Затем, используя горячий паяльник, к восковой модели припаивают специальную литниковую систему (также из воска), по которой раскаленный металл польется в полости формы.

Изготовление керамической пресс-формы

Далее восковую конструкцию опускают в жидкий керамический раствор, называемый шликером. Делается это вручную, дабы избежать дефектов в отливке. Для прочности шликера керамический слой укрепляют напылением мелкого циркониевого песка. Только после этого заготовку «доверяют» автоматике: специальные механизмы продолжают поэтапный процесс напыления более крупного песка. Работы продолжаются, пока керамо-песчаный прочный слой не достигнет заданной толщины (как правило, 7 мм). На автоматизированных производствах на это уходит 5 дней.

Литье

Теперь заготовка готова для выплавления воска из пресс-формы. Ее помещают на 10 минут в автоклав, заполненный горячим паром. Воск растапливается и из оболочки полностью вытекает. На выходе получаем керамическую форму, полностью повторяющую форму детали.

Когда керамо-песчаная форма затвердеет, проводят литье металлов по выплавляемым моделям. Предварительно форму нагревают 2-3 часа в печи, дабы она не потрескалась при заливке раскаленных до 1200 ˚C металлов (сплавов).

В полость формы поступает расплавленный металл, который в дальнейшем оставляют остывать и твердеть постепенно, при комнатной температуре. Для остывания алюминия и его сплавов требуется 2 часа, для сталей (чугуна) - 4-5 часов.

Финишная обработка

Собственно литье по выплавляемым моделям на этом заканчивается. После застывания металла заготовку помещают в специальную вибромашину. От щадящей вибрации керамическая основа растрескивается и осыпается, металлическое же изделие своей формы не меняет. В дальнейшем проходит окончательная обработка металлической заготовки. Вначале отпиливают систему заливки металла, а место ее контакта с основной деталью тщательно шлифуют.

В завершение контролеры проверяют, чтобы размеры изделия соответствовали заданным на чертеже. Алюминиевые детали измеряют холодными (при комнатной температуре), стальные предварительно нагревают в печи. Специалисты используют для контрольно-измерительных работ различные инструменты: от простых шаблонов до сложных электронных и оптических систем. Если выявляется несоответствие параметрам, деталь либо направляют на доработку (исправимый брак), либо на переплавку (неустранимый брак).

Литниковая система

Конструкция литниково-питающей системы играет в ЛВМ ведущую роль. Это связано с тем, что она выполняет три функции:

• При изготовлении оболочек литейных форм и блока моделей литниковые системы являются несущими конструкциями, удерживающими на себе оболочку и модели.
• Через систему каналов литника жидкий металл при заливке подводится к отливке.
• При затвердевании система выполняет функцию прибыли (питающего элемента, компенсирующего усадку металла).

Оболочка отливки

В процессе ЛВМ ключевым является создание слоев оболочки формы. Процесс изготовления оболочки состоит в следующем. На поверхность блока моделей, чаще всего окунанием, наносят сплошную тонкую пленку суспензии, которую далее обсыпают песком. Суспензия, налипая на поверхность модели, точно воспроизводит ее форму, а песок обсыпки внедряется в суспензию, смачивается ею и фиксирует состав в виде тонкого облицовочного (первого или рабочего) слоя. Образуемая кварцевым песком нерабочая шероховатая поверхность оболочки способствует хорошему сцеплению последующих слоев суспензии с предыдущими.

Важными показателями, определяющими прочность формы, являются вязкость и жидкотекучесть суспензии. Вязкость можно регулировать введением определенного количества наполнителя (наполненностью). При этом с увеличением наполненности состава толщина прослоек связующего раствора между частицами порошка уменьшается, снижается усадка и вызываемые ею негативные эффекты, а также повышаются прочностные свойства оболочки формы.

Используемые материалы

Материалы для изготовления оболочки подразделяются на следующие группы: материалы основы, связующие, растворители и добавки. К первым относятся пылевидные, применяемые для приготовления суспензий, и пески, предназначенные для ее обсыпки. Ими служат кварц, шамот, циркон, магнезит, высокоглиноземистый шамот, электрокорунд, хромомагнезит и другие. Широко используется кварц. Некоторые материалы основы оболочки получают в готовом к употреблению виде, а другие предварительно сушат, прокаливают, размалывают, просеивают. Существенным недостатком кварца являются его полиморфные превращения, которые протекают при изменении температуры и сопровождаются резким изменением объема, в итоге приводящим к растрескиванию и разрушению оболочки.

Плавный подогрев форм с целью снижения вероятности растрескивания, который проводят в опорном наполнителе, способствует увеличению длительности технологического процесса и дополнительным энергетическим затратам. Одним из вариантов снижения растрескивания в ходе прокаливания является замена пылевидного кварцевого песка как наполнителя на диспергированный кварцевый песок полифракционного состава. При этом улучшаются реологические свойства суспензии, повышается трещиноустойчивость форм и снижается брак по засорам и пробою оболочек.

Вывод

Метод ЛВМ получил широчайшее распространение. Его применяют для получения сложных деталей в машиностроении, при производстве оружия, сантехники, сувенирной продукции. Для изготовления украшений из драгоценных металлов используют ювелирное литье по выплавляемым моделям.