Литье по выплавляемым моделям

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 следующем. 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 глухих углублениях, где образуются воздушные мешки, следует предусматривать тонкие вентиляционные отверстия.

4. Размеры каналов для подвода модельного состава должны обеспечивать 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 углубления 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 изготовлении. 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:

хорошее заполнение формы;
получение отливок без усадочных раковин, рыхлот и пористости, без инородных включений и коробления
высокие механические свойства металла отливок.

Вес литниковой системы и ее габариты должны быть возможно меньшими. Модель литниковой системы представляет собой несущую конструкцию 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.

Модели

При выборе составов для изготовления моделей руководствуются Следующими требованиями:

температура плавления должна быть в пределах 60—100°, а температура начала размягчения — выше температуры рабочего помещения.
усадка при охлаждении и расширение при нагреве должны быть минимальными и стабильными;
удельный вес должен быть невысоким (желательно меньше 1;
состав должен обладать хорошей жидкотекучестью;
время затвердевания состава в пресс-форме должно быть минимальным;
состав должен точно воспроизводить конфигурацию рабочей полости пресс-формы;
состав не должен прилипать к поверхности пресс-формы и взаимодействовать с материалом пресс-формы;
компоненты состава не должны растворяться в связующих облицовки;
в твердом состоянии состав должен иметь достаточную твердость и прочность;
состав должен обладать хорошей спаиваимостью,
состав должен быть пригодным для многократного использования;
состав должен хорошо смачиваться облицовочным составом;
зольность состава должна быть минимальной;
состав должен быть безвредным для здоровья работающих;
компоненты состава должны быть дешевыми;
приготовление составов должно быть несложным.

Применяемые модельные составы могут быть классифицированы:

в зависимости от основных компонентов и их соотношения,
в зависимости от температур плавления и размягчения, прочности и т д.;
по состоянию при введении в пресс-форму (жидкие составы, пастообразные, подогретые до размягчения)
по способу удаления из литейных форм (выплавлением, растворением, выжиганием).

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

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

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; запрессовкой под высоким давлением подогретых до состоянии размягчения порошка или крупки модельных составов типа пластмасс.

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

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

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 выталкивается в лоток.

Сборка готовых моделей в блоки осуществляется различными способами.

модели деталей припаиваются к модели литниковой системы с помощью подогретого лезвия ножа, электропаяльником или расплавленным модельным составом;
модели соединяются в кондукторе с элементами литниковой системы механически или склеиванием.

Сборочные кондукторы применяются для моделей из плохо спаивающихся модельных составов. Механическое соединение моделей деталей и литниковой системы применяется в тех случаях, когда модели делаются из материала, не поддающегося спаиванию (например, полистирол). Для этой цели используется специальный 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 прокаливания 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 этилсиликата 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 методом 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, необходимо 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 заполнение нагретой формы жидким металлом.

Прокаливание производится при температуре 850—900° в печах разных 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.