Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Расчетно-графическая работа

По дисциплине: Технологические процессы и производства

На тему: Литье по выплавляемым моделям

Выполнил:

студент гр.АТП-307у

Кумачёв М.И.

Проверил:

Рябов Ю.А.

1. Литье по выплавляемым моделям

1.1 Суть процесса

Литье по выплавляемым моделям - это процесс, в котором для получения отливок применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, получаемые по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Перед выжиганием, выплавлением или испарением. Для удаления остатков модели и упрочнения формы ее нагревают до высоких температур. Прокалкой формы перед заливкой достигается практически полное исключение ее газотворности, улучшается заполняемость расплавом. литье пресс форма лазернойстереолитография

Основные операции технологического процесса можно проследить по рис. 1.1. модель или звено моделей 2 изготовляют в разъемной пресс-форме 1, рабочая полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки с припусками на усадку (модельного состава и материала отливки) и обработку резанием (рис. 1.1 а). Модель изготовляют из материалов, либо имеющих невысокую температуру плавления, либо способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол). Готовые модели или звенья моделей собирают в блоки 3 (рис. 1.1 б), имеющие модели элементов литниковой системы из того же материала, что и модель отливки. Блок моделей состоит из звеньев, центральная часть которых образует модели питателя и стояка. Модели чаши и нижней части стояка изготовляют отдельно и устанавливают в блок при его сборке. Блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью - суспензией для оболочковых форм, состоящей из пылевидного огнеупорного материала, например, пылевидного кварца или электрокорунда, и связующего (рис. 1.1 в). В результате поверхности модели образуется тонкий (менее 1 мм) слой 4 суспензии. Для упрочнения этого слоя и увеличения толщины на него наносят слои огнеупорного зернистого материала 5 (мелкий кварцевый песок, электрокорунд, зернистый шамот) (рис. 1.1 г). Операции нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины (3-10 слоев).

Каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака 6, что зависит от связующего (рис 1.1 д). После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарением. Например, в процессе удаления выплавляемой модели в горячей воде 7 получают многослойную оболочковую форму по выплавляемой модели (рис. 1.1 е). С целью упрочнения перед заливкой ее (форму) помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным материалом 8 (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых форм) (рис. 1.1 ж). Для удаления остатков моделей из формы и упрочнения связующего контейнер с оболочковой формой помещают в печь 9 для прокаливания (рис. 1.1 з). Прокалку формы ведут при температуре 900..1100°С, далее прокаленную форму 10 извлекают из печи и заливают расплавом (рис. 1.1 и). После затвердевания и охлаждения отливки очищают от остатков керамики и отрезают от них литники.

Малая шероховатость поверхности формы при достаточно высокой огнеупорности и химической инертности материала позволяет получать отливки с поверхностью высокого качества.

Отсутствия разъема формы, использование для изготовления моделей материалов формы, нагрев ее до высоких температур перед заливкой - все это способствует улучшению заполняемости, дает возможность получать отливки сложнейшей конфигурации, максимально приближенной или соответствующей конфигурации, максимально приближенной или соответствующей конфигурации готовой детали, практически из известных сплавов.

Эффективность производства и область применения. Исходя из производственного опыта можно выделить ряд преимуществ способа литья в оболочковые формы по выплавляемым моделям: 1) возможность изготовления практически из любых сплавов отливок разной конфигурации, тонкостенных, с малой шероховатостью поверхности, высоким коэффициентом точности по массе, минимальными припусками на обработку резанием, с резким сокращением отходов металла в стружку; 2) возможность создания сложных конструкций, объединяющих несколько деталей в один узел, что упрощает технологию изготовления машин и приборов; 3) возможность экономически выгодного осуществления процесса в единичном и серийном производствах, что важно при создании новых машин и приборов; 4) уменьшение условий труда и уменьшение вредного воздействия литейного процесса на окружающую среду.

Наряду с преимуществами данный способ обладает и следующими недостатками: 1) процесс изготовления формы многооперационный, трудоемкий и длительный; 2) большое число технологических факторов, влияющих на качество формы и отливки, и соответственно связанная с этим возможность управления качеством; 3) большая номенклатура материалов, используемых для получения формы (материалы для моделей, суспензии, обсыпки блоков, опорные материалы); 4) сложность манипуляторных операций изготовления моделей и форм, сложность автоматизации этих операций; 5) повышенный расход металла на литники и поэтому невысокий технологический выход годного (ТВГ).

Указанные преимущества и недостатки определяют эффективную область использования литья в оболочковые формы по выплавляемым моделям, а именно:

1) Изготовление отливок, максимально приближающихся по конфигурации к готовой детали, с целью снизить трудоемкость по конфигурации к готовой детали, с целью снизить трудоемкость обработки труднообрабатываемых металлов и сплавов резанием, сократить использование обработки давлением труднодеформируемых металлов и сплавов, заменить трудоемкие операции, надежности конструкций деталей и узлов;

2) Изготовление тонкостенных крупногабаритных отливок повышенной точности с целью уменьшить массу конструкции при повышении ее прочности, герметичности и других эксплуатационных свойств;

3) Изготовление отливок повышенной точности из сплавов с особыми свойствами и структурой.

Производство отливок по выплавляемым моделям находит широкое применение в разных отраслях машиностроения и в приборостроении. Использование литья в оболочковые формы для получения заготовок деталей машин взамен изготовления их из кованых заготовок или проката приводит к снижению в среднем на 34..90% отходов металла в стружку. При этом трудоемкость обработки резанием уменьшается на 25..85%, а себестоимость изготовления деталей - на 20..80%. однако следует учитывать, что экономическая эффективность существенно зависит от выбора номенклатуры отливок, изготовляемых этим способом. Только при правильном выборе номенклатуры деталей достигается высокая экономическая эффективность данного производства.

1.2 Пресс-формы

Требования к пресс-формам. Пресс-форма - это инструмент для изготовления модели. Главное требование к пресс-форме заключается в том, чтобы в ней можно было получить модели отливки с заданными точностью размеров и шероховатостью поверхности.

Точность размеров модели и качество воспроизведение ее конфигурации зависят от точности размеров полости пресс-формы, тем выше точность моделей. Поэтому всегда стремятся использовать минимальное число разъемов. Однако для получения сложных моделей приходится делать несколько разъемов, чтобы модель можно было извлечь из пресс-формы.

Для хорошего заполнения полости пресс-формы модельным составом она должна иметь соответствующие литниковую систему, а также вентиляционную систему, обеспечивающую удаление воздуха из полости пресс-формы при заполнении ее модельным составом.

Для обеспечения достаточной скорости охлаждения модельных составов в пресс-форме предусмотрена система охлаждения водой или другими теплоносителями.

По конструкции и методам изготовления обычно различают пресс-формы для единичного и мелкосерийного, серийного и массового производства.

1.3 Технология изготовления моделей

Технологический процесс получения моделей и блоков моделей состоит из приготовления модельных составов, изготовления моделей отливок и литниково-питающих систем, отделки и контроля моделей, сборки моделей в блоки.

Требования к модельным составам. Качество моделей зависит от свойств и технологии приготовления модельного состава.

Для получения моделей используют различные модельные составы: выплавляемые, растворяемые, выжигаемые. Любой модельный состав должен удовлетворять определенным требованиям.

В расплавленном состоянии модельный состав должен обладать хорошей жидкотекучестью для четкого воспроизведения конфигурации модели при заполнении полости пресс-формы и легкого и полного удаления из оболочковой формы. Температура плавления модельного состава должна быть невысокой (60..140°С), что облегчает изготовление моделей и из удаление из оболочковой формы. Температура размягчения модельного состава должна быть 35..45°С, т.е. превышать температуру помещений, где изготовляют, хранят, собирают модели в блоки. Усадка состава при охлаждении и его расширение при нагреве должны быть минимальными и стабильными, чтобы точность моделей, а соответственно, и отливок была высокой. Модельный состав не должен прилипать к поверхности пресс-формы; химическое взаимодействие его с материалом пресс-формы недопустимо. После затвердевания в пресс-форме модельный состав должен обладать прочностью и твердостью, достаточными для того, чтобы модели не деформировались и не ломались на последующих операциях технологического процесса.

Исходные материалы для модельных составов. Для приготовления модельных составов наибольшее применение в производстве нашли следующие исходные материалы:

1) Парафин;

2) Стеарин;

3) Церезин;

4) Буроугольный воск;

5) Канифоль;

6) Полистирол блочный;

7) Полистирол вспенивающийся;

8) Полиэтилен

9) Полиэтиленовый воск;

10) Кубовый остаток;

11) Карбамид;

12) Этилцеллюлоза.

Изготовление моделей. Процесс изготовления моделей включает в себя подготовку пресс-формы, заполнение пресс-формы модельным составом, выдержку для затвердевания и охлаждения модели, разборку пресс-формы и извлечение модели, выдержку модели до окончания усадки.

При подготовке пресс-формы ее рабочую полость и поверхность разъема очищают от остатков модельного состава, наносят на поверхность рабочей полости смазочный материал (трансформаторное масло) или распыляют сжатым воздухом эмульсию. Смазочный материал должен быть нанесен ровным слоем.

Заполнение пресс-форм модельным составом в производстве чаще всего осуществляют свободной заливкой и заливкой под давлением жидкого модельного состава, а также запрессовкой пастообразного модельного состава пресс-формы.

При охлаждении мелкие несложные модели охлаждают в проточной воде или сжатым воздухом. При использовании воды последняя и охлаждает модели, и одновременно транспортирует их к месту сборки в блоки. Крупные модели так охлаждать нельзя, так как при ускоренном охлаждении возникнут неравномерности температур, которые приведут к внутренним напряжениям и, как следствие, к короблению. Поэтому крупные модели охлаждают медленно на воздухе в течение не менее 3 ч.

Существуют особые способы изготовления моделей, с помощью которых можно изготовлять сложные модели с полостями, отверстиями с криволинейной осью, с последующей сборкой модели в единое целое. Используют также растворяемые карбамидные стержни, керамические стержни и гибкие резиновые пресс-формы.

1.4 Изготовление оболочковых форм

Требования к формам. Оболочковая форма должна отвечать следующим требованиям: обладать достаточной прочностью, выдерживать динамический и статический напоры расплава, не деформироваться при заливке, затвердевании и охлаждении отливки; быть огнеупорный, т.е. не разоупрочняться при прокаливании и особенно при заливке; иметь газопроницаемые стенки, чтобы в полостях формы не возникало противодавление воздуха; быть химически инертной к модельному составу и металлу отливки; иметь достаточную податливость, чтобы не препятствовать усадке сплава; обеспечивать получение отливок с поверхностью требуемой шероховатости и высокой точности размеров, массы и конфигурации.

Материалами керамической оболочковой формы являются огнеупорная основа (две фракции - пылевидная не менее 0,05 мм и «грубая» 0,1..0,3 мм) и связующее. По химическому составу огнеупорных материалов керамические оболочные формы разделяют на оксидные и углеродные. В свою очередь, оксидные материалы форм по химическому составу разделяют на кислые, основные, амфотерные.

Материалы для изготовления форм. Для изготовления оболочковой формы используют следующие огнеупорные материалы: мелкодисперсную основу суспензии, обсыпку и опорный материал. Общими требованиями огнеупорным материалам для оболочковых форм являются: высокая огнеупорность (как правило, не ниже 1500С); низкий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР); отсутствие полиморфных превращений при нагревании и охлаждении; химическая стойкость при нагревании.

Не все огнеупоры удовлетворяют этим требованиям. Например, наиболее дешевый и не дефицитный материал - кварц кристаллический, обладает достаточно высокой огнеупорностью, при нагревании претерпевает ряд полиморфных превращений, сопровождающихся объемными изменениями. Это является причиной образования в оболочках трещин и, как следствие, брака отливок.

Материалы, используемые для изготовления оболочковых форм:

2) Пылевидный кварц

3) Кварцевый песок

4) Плавленый кварц

5) Высокоглиноземистый шамот

6) Электрокорунд

8) Оксид магния

9) Оксид кальция

Общие сведения о готовом связующем. В литье по выплавляемым моделям при изготовлении оболочковых форм в качестве связующего применяются гидролизованные растворы этилсиликата.

В том виде, в котором этилсиликаты поставляются предприятиями химической промышленности, они не являются связующими. Для технологических целей литейного производства в условиях литейного цеха связующее приготовляют путем проведения сложной химической операции - гидролиза этилсиликата. При этом из-за нестабильности состава исходного этилсиликата приходится корректировать рецептуры, обеспечивать точную дозировку составляющих суспензии.

Изготовление оболочковых форм. Суспензия наносится на блоки моделей при их окунании в ванну с суспензией, а на крупные блоки и модели - путем их обливания. В зависимости от характера производств и степени механизации блок моделей погружают в ванну вручную, с помощью манипуляторов или копирныхустройств на цепных конвейерах. Блок погружают таким образом, чтобы с поверхности моделей, особенно из глухих полостей и отверстий, могли удалиться пузырьки воздуха. Вынутый из суспензии блок моделей медленно поворачивают в разных направлениях, чтобы суспензия равномерно распределилась по поверхности моделей, а излишки ее стекли. После этого на слой суспензии сразу наносится слой песка (между моментами нанесения суспензии и обсыпкой должно быть не более 10 с, так как долее суспензия подсохнет и песок не соединится с ней). Суспензию в ванне непрерывно перемешивают с небольшой скоростью для предотвращения оседания огнеупорного материала. Песок на слой суспензии наносится при погружении блока в «кипящий» слой песка.

На рисунке представлена схема установки для обсыпки блока моделей в кипящем слое песка. Установка состоит из емкости с песком, в нижней части которой расположена полость 2, в которую подводится сжатый воздух. Полость 2 отделена от емкости 1 сеткой, на которой уложен слой войлока. Воздух, проходя через песок, переводит его во взвешенное «кипящее» состояние. Блок моделей 3, предназначенный для обсыпки, погружают в этот слой кипящего песка.

После нанесения каждого слоя суспензии и обсыпки его выполняется сушка оболочковых форм. Форму высушивают в потоке воздуха или в парах аммиака. Во время сушки на воздухе завершаются процессы гидролиза, происходит испарение растворителя и воды, коагуляция золя кремниевой кислоты и превращение его в гель с последующим затвердеванием и образованием твердых прослоек, связывающих зерна огнеупорного пылевидного материала.

Продолжительность сушки и обсыпки каждого слоя суспензии на воздухе 2..4 ч, а в парах аммиака - 50..60 мин, из которых 20..30 мин - сушка на воздухе, 10..20 мин - сушка в парах аммиака и 10..20 мин - выветривание паров аммиака. Сушку ведут в вертикальных и горизонтальных многоярусных сушилках.

Удаление моделей. Модели из выплавляемых воскообразных составов удаляют из формы погружением блока моделей в горячую воду или ванну с модельным составом. Эти способы получили наибольшее применение на производстве. Возможно удаление выплавляемых моделей также в паровых автоклавах или горячим воздухом. Эти способы вследствие больших потерь модельного состава и сложности оборудования применяют редко.

Выплавление в воде позволяет получить 90..95% возврата модельного состава, однако достаточно большой является вероятность появления трещин в оболочке.

Выплавление в перегретом модельном составе позволяет повысить прочность оболочковой формы в непрокаленном состоянии благодаря пропитке ее модельным составом. При прокаливании оболочковой формы воскообразный состав в ее порах коксуется и дополнительно упрочняет форму. Однако вследствие перегрева ухудшается качество возврата.

Выплавление горячим воздухом используют для модельных составов канифоль-полистирол-церезин. Для уменьшения вероятности образования трещин в оболочковой форме ее формуют в жидкой формовочной смеси. Затем форму высушивают при 80..90°С в течение 10 ч, и в процессе нагрева до 200..220°С модели выплавляются.

Растворимые карбамидные составы растворяют в воде при 20..27°С. Так как модельный состав не расширяется, трещин в оболочковой форме не образуется.

Пенополистироловые выжигаемые модели могут быть удалены из формы выжиганием в процессе ее нагрева вместе с модельным блоком или путем растворения.

Формовка. Для предотвращения разрушения оболочковой формы при заливке ее заформовывают в сыпучие огнеупорные материалы или жидкие формовочные смеси. В качестве опорных материалов используют сухой кварцевый песок, шамотный порошок, размолотые и просеянные через сито с ячейкой 2 мм остатки оболочки после очистки отливок.

В производстве используют два способа формовки оболочковых форм в сыпучие опорные материалы: в холодном и нагретом состоянии форм и опорных материалов.

Прокаливание оболочковых форм. Данная операция необходима для полного удаления из форм остатков модельного состава, испарения остатков воды и продуктов неполного гидролиза связующего, а также спекания связующего и огнеупорного пылевидного материала. Во время прокаливания в стенке оболочковой формы образуются поры и микротрещины, благодаря чему возрастает газопроницаемость оболочки. Оболочковые формы без опорных материалов прокаливают в течение 0,5..1 ч. Тонкая стенка формы быстро прогревается снаружи и изнутри, в ней возникают лишь минимальные напряжения и микротрещины, не оказывающие существенного влияния на ее прочность.

1.5 Заливка форм, выбивка и очистка отливок

Заливка форм. Температура форм перед заливкой зависит от толщины стенок и материала отливки. Обычно расплав заливают в горячие (700..1600°С) формы сразу после их прокаливания стали и жаропрочные сплавы для тонкостенных отливок заливают при температуре формы 1520..1600°С, медные сплавы - при 900..1100°С, алюминиевые сплавы - 700..800°С. При изготовлении отливок с массивными стенками расплав заливают в охлажденные до 200..400°С формы, что способствует улучшению структуры отливок.

При изготовлении тонкостенных отливок из жаропрочных сталей и сплавов, склонных к окислению, плавку ведут в вакуумных плавильно-заливочных установках. Установка такого типа имеет камеру, в которой располагается печь 4 для подогрева оболочковых форм 5 перед заливкой расплава. Форму устанавливают перед плавкой в печь подогрева. После приготовления расплава форму 5 перемещают вместе с печью 4 подогрева на позицию заливки и заливают расплавом.

При изготовлении тонкостенных отливок из сплавов, обладающих пониженной жидкотекучестью, заливку форм 5 для улучшения их заполняемости проводят центробежным способом, размещая центробежную машину 6 в вакуумной камере 1 плавильно-заливочной установки.

Выбивка форм и очистка отливок. Оболочковые формы без опорного материала после заливки и охлаждения отливки поступают на предварительную очистку. Формы, упрочненные сыпучим материалом, легко выбиваются при опрокидывании контейнеров на провальную решетку, а формы с жидким упрочняющим материалом выбивают на выбивных решетках.

Предварительную очистку отливок от оболочки формы выполняют на вибрационных установках. Стояк литниково-питающей системы зажимают в приспособлении и включают вибратор: под действием вибрации оболочка формы отделяется от отливки.

Окончательная очистка отливок необходима по следующим причинам. Во время предварительной очистки отливок остатки формы полностью отделяются только на плоских отливках без отверстий и поднутрений. Чаще применяют гидроабразивный, электроискровой, химический, химико-термический, гидравлический способы окончательной очистки отливок.

2. Литье по газифицируемым моделям

Суть способа.Эту развивающуюся технологию можно отнести к группе способов получения отливок в неразъемных формах по разовой модели как литье по выплавляемым моделям. Но в отличие от данных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который, вытесняя «испаряющуюся модель» из формы, занимает освободившееся пространство полости формы.

Собранную модель (рис. а) окрашивают слоем огнеупорной краски и сушат на воздухе. В итоге получается огнеупорная газопроницаемая оболочка, прочно связанная с пенополистироловой моделью.

Готовую модель устанавливают в специальную опоку-контейнер, засыпают зернистым огнеупорным наполнителем без связующего, уплотняют его вибрацией, закрывают металлической крышкой с отверстиями, нагружают и устанавливают литниковую чашу (рис. б).

При изготовлении более сложных отливок, контейнер после подачи опорного материала закрывают сверху полиэтиленовой пленкой, как при вакуумной формовке. Чтобы уменьшить вероятность разрушения формы в ней создают разрежение до 0,04..0,05 МПа. При изготовлении крупных массивных отливок используют обычные холоднотвердеющиежидкокоподвижные или сыпучие формовочные смеси.

Приготовленную форму заливают жидким металлом (рис. в). Из-за относительно низкой температуры газификации пенополистирола (около 560°С) модель газифицируется под воздействием теплоты заливаемого металла и таким образом полость формы постепенно освобождается для жидкого металла.

После затвердевания и охлаждения отливки опоку-контейнер переворачивают, наполнитель высыпается, отделяясь от отливки, и она (рис. г) поступает на финишные операции. В случае использования обычных формовочных смесей форму выбивают на выбивных решетках.

Главная особенность способа (применение неразъемной формы) определяет его основное преимущество для качества готовых отливок - повышение точности благодаря сокращению числа частей формы, стержней, а следовательно, и возможных искажений конфигурации и размеров отливок, связанных с изготовлением и сборкой этих элементов формы.

К настоящему времени областями применения литья по газифицируемым моделям являются следующие:

· Изготовление средних и крупных массивных отливок в условиях опытного и мелкосерийного производства;

· Изготовление сложных отливок массой до 50 кг с повышенной точностью размеров в условиях серийного и крупносерийного производства из черных и цветных сплавов.

Модельные материалы.В качестве материала для изготовления газифицируемых моделей служит вспенивающийся полистирол, который представляет собой синтетической полимерный продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии эмульгатора, стабилизатора и порообразователя. В качестве порообразователя чаще всего используют изопентан. При нагреве до 27,9°Сизопентан закипает и превращается в газ с увеличением объема, а при 80..90°С полистирольная оболочка размягчается под действием давления газа деформируется. При вспенивании гранул в замкнутом объеме они спекаются в монолитную пеномассу - пенополистирол, точно воспроизводя конфигурацию ограничивающей его рост конструкции.

Изготовление газифицируемых моделей. Процесс получения моделей в массовом и крупносерийном производстве состоит из двух стадий: предварительное вспенивание в свободном состоянии исходных гранул вспенивающегося полистирола и окончательное вспенивание гранул в замкнутой полости пресс-формы - получение модели из пенополистирола.

Предварительное вспенивание гранул. Предварительная тепловая обработка вспенивающегося полистирола необходима для получения впоследствии газифицируемой модели с заданной объемной массой (плотностью),которая определяет прочность модели и качество поверхности.

На рисунке показана установка непрерывного действия для предварительного вспенивания гранул полистирола. Гранулы полистирола загружают в бункер 4, из которого с помощью тарельчатого питателя они попадают в камеру вспенивания, обогреваемую паром. В процессе вспенивания гранулы продвигаются в ней с помощью шнека. Режим вспенивания регулируется подачей пара и скоростью прохождения гранул полистирола по камере. Температура вспенивания 96..98°С, продолжительность 1..2 мин.

После предварительного вспенивания гранулы выдерживают на воздухе от 6 ч до 2 сут. В этот период оболочка гранул, охлаждаясь, вновь переходит в стеклообразное твердое состояние, а пары изопентана конденсируются, что приводит к возникновению вакуума в гранулах. В процессе выдержки происходит диффузия воздуха внутрь гранул и давление выравнивается.

Изготовление моделей в пресс-форме. Процесс заключается в повторном нагреве подвспененных и активированных гранул полистирола, помещенных в пресс-форму, в результате которого они окончательно вспениваются и спекаются между собой, образуя пенополистироловую модель отливки.

Подготовленные гранулы засыпают или задувают сжатым воздухом в смазанную специальной смазкой (чтобы исключить прилипание к модели) рабочую полость пресс-формы так, чтобы они полностью заполнили ее объемы. Смазками служат: раствор синтетического термостойкого каучука (СТК), силиконовая жидкость, глицерин. Смазка рабочей поверхности пресс-формы кремнийорганическими соединениями позволяет получать 10-15 моделей без ее возобновления.

Нагрев гранул в крупносерийном и массовом производстве целесообразно проводить способом так называемого «теплового удара»: перегретый пар с температурой 125..135°С под давлением 0,2..0,35 МПа подают непосредственно в пресс-форму, заполненную гранулами полистирола. Проходя между гранулами, турбулентный поток пара интенсивно вытесняет воздух, находящийся в порах засыпки, и равномерно по всему объему нагревает полимерный материал, который окончательно вспенивается; образующийся конденсат под действием расширяющихся гранул отжимается к стенкам пресс-формы и удаляется через специальные дренажные отверстия.

Пресс-формы для пенополистироловых моделей.Общими требованиями к материалам для изготовления пресс-форм являются высокие теплопроводность, стойкость против коррозии при контакте с теплоносителем (горячей водой, паром), достаточная механическая прочность и минимальная адгезия к пенополистиролу.

Для быстрого нагрева гранул, снижения затрат на теплоноситель и равномерного протекания процесса формирования моделей на всех стадиях корпусы пресс-форм делают равностенными (8..10 мм). Тем не менее, пресс-форма должна быть достаточно прочной и жесткой, так как в ее рабочей полости возникает давление от вспенивающегося полистирола до 0,6 МПа.

Конструктивное оформление пресс-форм должно обеспечивать возможность извлечения из нее модели, иметь системы центрирования и крепления отдельных частей, загрузки гранул, подачи теплоносителя, толкателей, охлаждения и крепления к машине при механизированном изготовлении и т.д. В целом пресс-форма тем сложнее и дороже, чем сложнее изготавливаемая в ней модель, а также чем полнее степень механизации и автоматизации процесса изготовления модели.

Изготовление моделей из пенополистироловых плит. В качестве материала используют готовые пенополистироловые плиты.

Пенополистирол легко обрабатывается на обычных деревообрабатывающих станках.

Одним из способов обработки пенополистирола является обработка горячей электронагреваемойнихромовой проволокой.

Обычно сложные модели изготовляют из отдельных частей простой геометрической формы с последующим их склеиванием. Мелкие галтели выполняют клейкой лентой, при больших радиусах их также изготовляют из отдельных конструктивных элементов.

Для соединения составных частей модели, элементов литниковой системы, блоков моделей широко применяют полимерные клеи, нерастворимые в воде, которые обеспечивают быстрое склеивание, не содержат растворителей пенополистирола и не влияют на характер его газификации. Соединение частей модели можно выполнять термической сваркой или сваркой растворением.

Собранные модели и модельные блоки покрывают противопригарной краской или суспензией толщиной 0,2..2,0 мм. После сушки покрытие предохраняет отливку от пригара и повышает прочность модели. Важным показателем покрытия является его газопроницаемость,которая должна обеспечивать выход газов, образующихся при газификации, из зазора между моделью и расплавом.

Процесс формовки осуществляют следующим образом. На дно опоки-контейнера 3 насыпают спой сухого песка 4 толщиной 100..150 мм и его уплотняют вибрацией. Затем в опоку устанавливают модель или блок моделей 6 и заполняют опоку песком при одновременной вибрации.

Опока-контейнер также имеет в стенках отверстия для выхода газа, закрытые металлической сеткой. Для обеспечения высокой газопроницаемоти формы предпочтительно, чтобы зерна песка имели угловатую форму. Особые требования предъявляются к литниковым системам. Они должны обеспечивать плавное и безударное движение металла во время заливки и определенную скорость его подъема в форме. Турбулентный режим течения металла является причиной разрушения песчаной стенки. Такой режим возникает в стояке, поэтому на модель стояка наносят прочное керамическое покрытие или выполняют его из керамических трубок. При литье по газифицируемым моделям не используют выпоры и открытые прибыли.

После получения отливки и выбивки форм песок просеивают и охлаждают, так как из-за низкой термостойкости моделей применять горячий песок нельзя.

Формы для получения массивных и сложных отливок, а также крупных отливок в единичном и мелкосерийном производстве изготовляют из формовочных смесей.

Наиболее предпочтительны самотвердеющие жидкоподвижные смеси (ЖСС), которые имеют необходимые прочность и газопроницаемость, позволяют уменьшить опасность деформации модели при формовке.

Также широко используют сыпучие пластичные твердеющие смеси: песчано-цементные, смеси со смоляным связующим.

Заливка форм. Режимы этого этапа оказывают решающее влияние на качество получаемых отливок. Предпочтительным вариантом является плавное поступление металла в форму снизу с оптимальной скоростью и последовательная газификация модели снизу вверх.

На рисунке представлена схема заполнения металлом формы с газифицируемой моделью. Идеальный случай, когда скорость подъема металла при заданной температуре соответствует скорости плавления модели, т.е. когда происходит замещение материала модели жидким металлом. В постоянном зазоре между металлом и моделью возникает давление газа, достаточное для его интенсивной фильтрации в форму и предупреждения возможного обрушения формы в зазоре при использовании песка без связующего. Жидкая фаза полистирола успевает разложиться до газообразных и твердых составляющих. Причем твердые частички углерода фильтруются через стенки формы, вместе с газовой составляющей.

3. Литье по моделям, полученным методом лазернойстереолитографии

Суть процесса. Этот процесс предназначен для изготовления опытных партий отливок деталей разного назначения в автомобилестроении, авиастроении, ракетной и космической технике, его используют для медицинских целей и получения художественных изделий.

Лазерная стереолитография (ЛС) основана на полимеризации, фотоинициированной лазерным излучением, а так же излучением ртутных или люминесцентных ламп. В основе этой технологии - создание с помощью инициирующего (например, лазерного) излучения в жидкой реакционноспособной среде активных центров (радикалов, ионов, активированных комплексов), которые, взаимодействуя с молекулами с молекулами мономера, вызывают рост полимерных цепей, т.е. процесс полимеризации. Вследствие полимеризации происходит изменение фазового состояния среды - в обработанной области образуется твердый полимер.

Особенности технологического процесса. Технология предусматривает создание трехмерной электронной модели будущей отливки системой САD, которая разбивается на тонкие слои. Затем на лазерной стереолитографической установке эти слои реально воссоздаются и соединяются воедино. В результате выстраивается физический объект в виде мастер-модели из фотополимера для литья по выжигаемым моделям.

Полученная модель с литниковой системой формуется в гипсодинасовой смеси. Форму прокаливают до полного удаления мастер-модели. Для обеспечения высокого качества отливок заливку форм можно производить на установке для центробежного литья. Затем форму разрушают, отделяя литниковую систему и зачищая детали.

Преимущества процесса - резкое (в 5-10 раз) сокращение времени на разработку и внедрение новых изделий; значительное сокращение времени и средств на технологическую подготовку производства, полное исключение ручного труда при изготовлении мастер-модели; изготовление сложных деталей (моделей) и оснастки, спроектированных в разных САПР; достижение высокой точности изготовляемых отливок.

Заключение

Основой повышения экономической эффективности литейного производства, конечно же, является технический прогресс. Технический прогресс - это процесс совершенствования производства, технологических методов и форм организации труда и производства, состоящий в непрерывном совершенствовании производства на базе новой техники, научных достижений и передового опыта. К основным направлениям технического прогресса относятся: Электрификация производства - широкое применение электроэнергии для технологических процессов, орудий труда, управления и контроля производства. Комплексная механизация и автоматизация производства - замена ручного труда все боле сложным комплексом машин-автоматов, выполняющих основные и вспомогательные технологические операции и процессы контроля и управления. Особенно важным это направление является для литейного производства, представляющего комплекс трудоемких и тяжелых работ. Все более широко внедряются автоматические комплексы изготовления форм, приготовления формовочной и стержневой смеси, изготовления стержней, заливки металла в формы, выбивки и очистки отливок. Химизация производства - применение достижений современной химии - новых В литейном производстве широко используют новые связующие, затвердевающие при контакте с нагретой модельной оснасткой, а также холоднотвердеющие связующие. Литье оболочковое, по выплавляемым моделям и по газифицируемым моделям является отражением широкого использования достижений химии в литейном производстве. Таким образом, технический прогресс в литейном производстве базируется на достижениях естественных наук и их приложении к решению непосредственно производственных задач.

Список литературы

1. Технология литейного производства: специальные виды литья: учебник для студ. высш. учеб. Заведений/Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин; под ред. В.А. Рыбкина. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Процесс изготовления керамических оболочек, выплавления моделей и литья в разъемные формы. Технология получения крупногабаритных деталей литьем по выплавляемым моделям и керамических оболочковых форм. Новая концепция мелкосерийного литейного производства.

курсовая работа , добавлен 26.02.2013


Описание техники литья зубопротезных деталей по выплавляемым моделям из моделировочного воска в формах из огнеупорного материала по моделям. Борьба с усадкой сплавов и восковых композиций. Технология изготовления форм. Операции по обработке отливок.

презентация , добавлен 16.04.2016


Понятие и отличительные особенности литья по газифицируемым моделям как технологии, позволяющей получить отливки по точности равные литью по выплавляемым моделям при уровне затрат сопоставимом с литьем в землю. Исследование и оценка его преимуществ.

презентация , добавлен 26.05.2015


Сущность технологии литья по выплавляемым моделям. Процесс изготовления разрезных пресс-форм. Суть и назначение обработки конструкционных материалов резанием. Рабочие и вспомогательные движения в металлорежущих станках. Подготовка порошков к формованию.

реферат , добавлен 11.10.2013


Выбор метода литья по выплавляемым моделям для изготовления лопатки диффузора. Обоснование технологических процессов. Основные операции для изготовления заготовки. Припуски и допуски на заготовку, применение оборудования. Нормирование расхода материала.

курсовая работа , добавлен 06.04.2015


Материалы и инструменты, рабочее место ювелира. Инструменты для произведения ювелирных изделий. Литье по выплавляемым моделям в производстве украшений. Использование 3D-моделирования, применение формомассы, елки. Сущность центробежного и вакуумного литья.

дипломная работа , добавлен 29.03.2013


Структура цеха литья по выплавляемым моделям, его производственная программа. Выбор режима работы цеха и фондов времени. Условия работы детали, требования к ее функциональности. Обоснование и выбор способа изготовления отливки. Описание конструкции печи.

дипломная работа , добавлен 06.04.2015


Процесс получения ювелирных изделий литьем по выплавляемым моделям. Особенности изготовления резиновых пресс-форм, восковых моделей, литейных форм. Этапы отделки и художественной обработки ювелирных изделий. Методы литья пластмасс, типы изделий.

реферат , добавлен 16.05.2010


Изучение технологии переплава шихтовых заготовок в литейном цехе. Требования к процессу плавки жаропрочных сплавов при литье лопаток. Описание вакуумной плавильной установки с подогревом форм, принцип ее работы, параметры и технические характеристики.

контрольная работа , добавлен 13.06.2012


Производственная программа литейного цеха и режим его работы. Подбор и краткое описание необходимого оборудования. Технологический процесс изготовления отливок способом литья по выплавляемым моделям. Расчеты инвестиционных затрат и срока окупаемости цеха.

Реферат

Литье по выплавляемым моделям. Обработка конструктивных материалов резанием. Порошковая металлургия

Литье по выплавляемым моделям

Сущность технологии литья по выплавляемым моделям состоит в том, что по неразъемной легкоплавкой модели изготавливают неразъемную разовую форму. В пресс-формы (обычно металлические) запрессовывают модельный состав, который после затвердевания образует модели деталей и литниковой системы. Модельный состав удаляют, чаще всего выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа - литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800-1000°С и заливают металлом.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 4-6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с другими способами литья.

Размеры отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия.

Виды продукции, изготавливаемой литьем по выплавляемым моделям:

Технологии - Метод литья по выплавляемым моделям

Метод литья по выплавляемым моделям

Заготовки для ювелирных изделий и их деталей можно получать также методом литья по выплавляемым моделям. Метод этот известен ювелирам с давних пор. Метод является, безусловно, прогрессивным, так как применение его значительно повышает производительность труда, расширяет ассортимент изделий, сокращает потери драгоценных металлов.

Заготовки ювелирных изделий и их деталей, получаемые методом литья по выплавляемым моделям, отливают из золотых, платиновых, серебряных сплавов, называемых литейными. Это большинство золотых сплавов пробы 750, золотые сплавы пробы 583 и 585, содержащие никель и цинк, серебро и медь, платиновые сплавы пробы 950, серебряные сплавы проб 916 и 875.

При литье по выплавляемым моделям формы заливают расплавленным металлом двумя способами: центробежным и вакуумного всасывания. Принудительное заполнение литейных форм при центробежном способе происходит под действием центробежных сил вращающейся печи. Сущность способа вакуумного всасывания заключается в удалении (выкачивании) воздуха из литейной формы во время заливки. Давление в форме понижается до 0,75-2,25 Па против атмосферного, создавая таким образом искусственное избыточное давление жидкого металла на стенки формы.

Технологический процесс литья по выплавляемым моделям. Заготовки ювелирных изделий и их деталей получают методом литья по выплавляемым моделям в следующей последовательности: эталон модели, резиновая пресс-форма, восковая модель, литьевая форма, отливка. <#"654705.files/image001.gif">

<#"654705.files/image003.jpg">

Главное движение - продольное перемещение инструмента, движение подачи отсутствует. Протягивание-производительный метод обработки, обеспечивающий высокую точность и малую шероховатость обработанной поверхности заготовки.

6. Шлифование. При шлифовании главным движением ярляется вращение шлифовального круга. Движение подачи обычно комбинированное и слагается из нескольких движений. Например, при круглом внешнем шлифовании - это вращение заготовки 2, продольное перемещение ее относительно шлифо валь-ного круга и периодическое перемещение шлифовального круга относительно заготовки.

Шлифование производится для окончательной обработки поверхностей деталей. Чаще всего применяют следующие его методы:

1) круглое внешнее шлифование для обработки внешних поверхностей вращения; б) круглое внутреннее шлифование - для обработки отверстий: в) плоское шлифование - для обработки плоскостей.

Основные части и элементы резца, его геометрические параметры

Основные части и элементы резца. Резец состоит из рабочей части или головки А и стержня или тела Б, предназначенного для закрепления резца в резцедержателе. На рабочей части его, срезающей стружку, заточкой образуют такие поверхности: а) переднюю 4, по которой сходит стружка; б) задние / и 6, обращенные к обрабатываемой заготовке. Пересечения передней и задних поверхностей образуют режущие кромки резца. Режущую кромку 5, выполняющую основную работу резания, называют главной, а режущую кромку 3-вспомогательной. Сопряжение главной и вспомогательной режущих кромок образует вершину резца 2.

В некоторых случаях резцы могут иметь переходную режущую кромку 7 и примыкающую к ней переходную заднюю поверхность 8.

Заднюю поверхность 6, проходящую через главную режущую кромку, называют главной задней поверхностью, а поверхность 2, проходящую через вспомогательную режущую кромку,-вспомогательной задней поверхностью.

Поверхности на обрабатываемой заготовке, координатные и секущие плоскости. При станочной обработке заготовки на ней различают такие поверхности (рис. У1.4,а): обрабатываемую 2, обработанную 4, резания 3, образующуюся при резании непосредственно режущей кромкой 4, являющуюся переходной от обрабатываемой поверхности к обработанной.

Общие сведения

При разработке материалов и создании готовых деталей методом порошковой металлургии используются порошки металлов и их сплавов или неметаллических веществ. Из этих порошков вначале прессуют заготовки, которые затем для повышения прочности спекают. Поэтому изделия, полученные из порошков прессованием и спеканием, называют спеченными.

Метод порошковой металлургии ценен прежде всего тем, что позволяет получать материалы, которые другими методами получить невозможно: из металлов со значительной разницей в температуре плавления (например, W - Сu, W - Ag, Мо - Сu), из металлов и неметаллов (бронза - графит), из химических соединений (твердые сплавы из карбидов WС, ТiС и др.), материалы с заданной пористостью (вкладыши подшипников, фильтры); электрическими, магнитными и другими свойствами.

Порошковая металлургия, кроме того, отличается минимальными отходами материалов, позволяет резко сократить станочный парк и число рабочих для производства деталей. Поэтому метод порошковой металлургии часто используется для получения деталей общего машиностроения или бытового назначения, которые ранее изготовлялись литьем и обработкой резанием. Такие детали изготовляют из порошков сталей; бронз, латуней и других металлов.

В задачи порошковой металлургии, таким образом, входят производство порошков и получение из них заготовок или готовых деталей.

Получение порошков

литье металлорежущий порошок резание

Для изготовления спеченных изделий применяют порошки размером от 0,5 до 500 мкм. Получают такие порошки механическими и химическими методами.

1. Механические методы. К ним относятся: распыление жидкого металла, размол стружки и других отходов металлообработки дробление в вибрационной мельнице.

Распыление жидкого металла осуществляется струёй воды или газа под давлением 50...100 МПа. Этим методом получают порошки железа, ферросплавов, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов цветных металлов.

Размол отходов металлообработки осуществляют в вихревых или шаровых мельницах.

Дробление в вибрационной мельнице применяют для получения порошков из твердых и хрупких материалов (карбидов, оксидов керамики и др.).

2. Химические методы заключаются в восстановлении металлов из оксидов или солей углеродом, водородом, природным газом.

Восстановлением получают порошки железа (из окалины), вольфрама, молибдена, хрома, меди и других металлов. Сюда же относится метод термической диссоциации карбонилов - соединений типа Ме(СО) (где Ме - один из металлов), обеспечивающий получение порошков высокой чистоты.

Этим методом получают порошки железа, никеля, кобальта и некоторых других металлов.

Подготовка порошков к формованию

Для получения качественных заготовок или деталей порошки предварительно отжигают, разделяют по размерам частиц, смешивают.

Отжиг порошка способствует восстановлению оксидов, удалению углерода и других примесей, а также устранению наклепа, что стабилизирует его свойства и улучшает прессуемость. Отжигу чаще подвергают порошки, полученные механическим измельчением.

Порошки размером более 50 мкм разделяют с помощью набора сит с различным сечением ячеек, а более мелкие - воздушной сепарацией. Конечные свойства порошковых изделий в значительной степени определяются качеством смешивания компонентов шихты. Эта операция обычно осуществляется в специальных смесителях, шаровых или вибрационных мельницах и другими способами.

В ряде случаев в порошковую массу вводят различные технологические наполнители, улучшающие прессуемость порошков (например, раствор каучука в бензине), обеспечивающие получение заготовок экструдированием (выдавливанием) или их механическую обработку (парафин, воск), получение заготовок литьем (спирт, бензол) и др.

Процесс формования заготовок состоит в уплотнении порошка под действием приложенного давления с целью получения из него заготовок определенной формы. Формование осуществляется прессованием, экструдированием, прокаткой.

1. Прессование обычно производится в холодных или горячих пресс-формах. Крупные заготовки получают гидростатическим способом.

Холодное прессование заключается в следующем. В стальную, матрипу поесс-формы с поддоном засыпают определенное количество порошковой шихты и прессуют ее пуансоном 4. При этом резко уменьшается объем порошка, увеличивается контакт между, отдельными частицами, происходит механическое их сцепление. Поэтому прочность прессовки повышается, а пористость уменьшается. Недостатком такой схемы прессования является неравномерность распределения давления по высоте заготовки из-за трения ее о стенки матрицы. Поэтому заготовки, полученные в таких пресс-формах, обладают различной прочностью, плотностью и пористостью по высоте. Таким способом получают заготовки простой формы и небольшой высоты.

Для устранения этого недостатка применяют двустороннее прессование с помощью двух подвижных пуансонов 4. При такой схеме, кроме того, давление прессования уменьшается на 30... 40 %.

В зависимости от требуемой пористости и прочности материала заготовки, а также ее формы давление прессования составляет 0,1...1 ГПа.

Горячее прессование совмещает формование и спекание заготовок. Этот процесс осуществляется в графитовых пресс-формах при индукционном или электроконтактном нагреве. Благодаря высокой температуре давление при горячем прессовании можно значительно уменьшить.

Горячее прессование отличается малой производительностью, большим расходом пресс-форм, поэтому применяется, главным образом, для получения заготовок из жаропрочных материалов, твердых сплавов, чистых тугоплавких металлов (W, Мо).

Гидростатическое прессование заключается в обжатии порошка, помещенного в эластичную (например, резиновую) оболочку, с помощью жидкости в гидростате под давлением до 2 ГПа. Этот метод позволяет получать крупногабаритные заготовки типа цилиндров и труб с равномерной плотностью по всему объему.

2. Экструдированием называется процесс формования заготовок выдавливанием шихты через матрицу с отверстиями различного сечения. Для этого исходный порошок замешивают с пластификатором (парафином, воском) в количестве, обеспечивающем шихте консистенцию пластилина. Этим способом получают прутки, профили различного сечения. Для получения полых изделий (труб и др.) в матрице располагают соответствующую оправку.

3. Прокатка осуществляется путем обжатия порошковой шихты между горизонтально расположенными валками. Этим способом получают пористые и компактные ленты, полосы и листы толщиной 0,02...3 мм и шириной до 300 мм из железа, никеля, нержавеющей стали, титана и других металлов. Процесс прокатки легко совмещается со спеканием и другими видами обработки. Для этого полученную заготовку пропускают через проходную печь и затем подают на прокатку с целью калибровки.

Прокаткой можно получать и двухслойные заготовки (например, железо - медь). Для этого в бункере необходимо установить перегородку для разделения его на две секции вдоль валков.

Спекание и дополнительная обработка заготовок

Для повышения прочности сформованные из порошков заготовки подвергаются спеканию. Эта операция осуществляется в печах электросопротивления или индукционных с нейтральной или защитной средой в течение 30...90 мин при температуре около 2/3 температуры плавления основного компонента. В процессе спекания происходит восстановление поверхностных оксидов, развиваются диффузионные явления, образуются новые контактные поверхности.

При необходимости повышения точности размеров и уплотнения поверхностного слоя спеченные детали подвергают калиброванию - дополнительному прессованию в стальных пресс-формах или продавливанию прутка через калиброванное отверстие в матрице.

Спеченные заготовки можно обрабатывать резанием - точением, фрезерованием, сверлением. В связи с их пористостью не следует применять смазывающе-охлаждающие жидкости, которые, проникая в поры, могут вызвать внутреннюю коррозию материала. Если выход пор на поверхность необходимо сохранить (например, у вкладышей подшипников), обработку спеченных деталей нужно производить хорошо заточенным режущим инструментом.

Спеченные детали из сплавов на основе железа, титана, никеля и других металлов могут также подвергаться различным видам термической или химико-термической обработки.

При конструировании деталей из порошков следует:

не допускать значительной разностенности, так как вследствие большой усадки может произойти коробление детали;

избегать выступов, пазов и отверстий, расположенных перпендикулярно к оси прессования;

избегать острых углов, а в местах сопряжения элементов детали типа фланец - цилиндр предусматривать закругления радиусом не менее 0,25 мм;

толщину стенок детали задавать не менее 1 мм.

Литература

1. Багдасарова Т. А. Устройство металлорежущих станков. Рабочая тетрадь; Академия, 2011. - 480 c.

Банов М. Д., Масаков В. В., Плюснина Н. П. Специальные способы сварки и резки; Академия, 2011. - 208 c.

Галушкина В. Н. Технология производства сварных конструкций. Рабочая тетрадь; Академия, 2012. - 793 c.

Жарский М. И., Иванова Н. П., Куис Д. В., Свидунович Н. А. Коррозия и защита металлических конструкций и оборудования; Вышэйшая школа, 2012. - 304 c.

Лаврешин С. А. Производственное обучение газосварщиков; Академия, 2011. - 192 c.

Люшинский А. В. Диффузионная сварка разнородных материалов; Академия, 2006. - 208 c.

Овчинников В. В. Технология газовой сварки и резки металлов; Академия, 2012. - 240 c.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные виды брака при литье и причины его возникновения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пространство между камерой и корпусом шкафа заполняется теплоизоляционным материалом.

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

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

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

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

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

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

Литьё в песчаные формы.

Литьё в песчаные формы - дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (ранее - деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия - литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку.

Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего. Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т.д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ - поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла.

Литьё в кокиль.

Литьё металлов в кокиль - более качественный способ. Изготавливается кокиль - разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести.

Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200-300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.

В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

Литьё под давлением.

ЛПД занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30-50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм.

Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготавливают литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов. Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД:

• Высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным в условиях массового и крупносерийного производств.
• Минимальные припуски на мехобработку или не требующие оной, минимальная шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ±0,075 мм на сторону.
• Чёткость получаемого рельефа, позволяющая получать отливки с минимальной толщиной стенки до 0,6 мм, а также литые резьбовые профили.
• Чистота поверхности на необрабатываемых поверхностях, позволяет придать отливке товарный эстетический вид.

Также выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки:

• Воздушная пористость, причиной образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, захваченные потоком металла при заполнении формы. Что вызвано неоптимальными режимами заполнения, а также низкой газопроницаемостью формы.
• Усадочные пороки, проявляющиеся из-за высокой теплопроводности форм наряду с затрудненными условиями питания в процессе затвердевания.
• Неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной очистки сплава в раздаточной печи, а также выделяющиеся из твёрдого раствора.

Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы.

Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие:

• давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
• скорость прессования;
• конструкция литниково-вентиляционной системы;
• температура заливаемого сплава и формы;
• режимы смазки и вакуумирования.

Сочетанием и варьированием этих основных параметров, добиваются снижения негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются следующие традиционные конструкторско-технологические решения по снижению брака:

• регулирование температуры заливаемого сплава и формы;
• повышение давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
• рафинирование и очистка сплава;
• вакуумирование;
• конструирование литниково-вентиляционной системы;

Также, существует ряд нетрадиционных решений, направленных на устранение негативного влияние особенностей ЛПД:

• заполнение формы и камеры активными газами;
• использование двойного хода запирающего механизма;
• использование двойного поршня особой конструкции;
• установка заменяемой диафрагмы;
• проточка для отвода воздуха в камере прессования;

Литьё по выплавляемым моделям.

Ещё один способ литья металлов - по выплавляемой модели - применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае - из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногабаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС.Таким образом получаем отливку.

Преимущества этого способа: возможность изготовления деталей из сплавов, не поддающихся механической обработке; получение отливок с точностью размеров до 11 - 13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 2,5-1,25 мкм, что в ряде случаев устраняет обработку резанием; возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства.

В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.

Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:

Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала.

Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму.

При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.

Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки.

Похожая информация.

Литье по выплавляемым моделям – это процесс, в котором для получения отливки применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, полученные по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Перед заливкой расплава модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием, растворением или испарением. Для удаления остатков модели и упрочнения формы ее нагревают до высоких температур. Прокалкой формы перед заливкой достигается практически полное исключение ее газотворности, улучшается заполняемость формы расплавом. Основные операции технологического процесса показаны на рисунке 2.1.

Модель или звено моделей 2 изготовляют в разъемной пресс-форме 1, рабочая полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки с припусками на усадку модельного состава и материала отливки, а также обработку резанием (рисунок 2.1, а). Модель изготовляют из материалов, либо имеющих невысокую температуру плавления (воск, стеарин, парафин), либо способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол).

Готовые модели или звенья моделей собирают в блоки 3 (рисунок 2.1, б), имеющие модели элементов литниковой системы из того же материала, что и модель отливки. Блок моделей состоит из звеньев, центральная часть которых образует модели питателей и стояка. Модели чаши и нижней части стояка изготавливают отдельно и устанавливают в блок при его сборке.

Рисунок 2.1 – Последовательность изготовления многослойной оболочковой формы по выплавляемым моделям: а – запрессовка модельного состава в пресс-форму; б – сборка блока; в – нанесение на блок суспензии; г – посыпка огнеупорным зернистым материалом: д – сушка; е – удаление модели; ж – засыпка опорным.материалом; з – прокалка в печи; и – заливка формы расплавом; 1 – пресс-форма; 2 – модель; 3 – блок моделей отливок и литниковой системы; 4 – слой суспензии; 5 – огнеупорный зернистый материал; 6 – пары аммиака; 7 – горячая вода; 8 – опорный материал; 9 – печь; 10 – прокаленная форма; Q – подвод теплоты

Для получения оболочковых форм полученный блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью – суспензией, состоящей из пылевидного огнеупорного материала, например, пылевидного кварца или электрокорунда и связующего (рисунок 2.1, в). В результате на поверхности модели образуется слой суспензии 4 толщиной менее 1 мм. Для упрочнения этого слоя и увеличения его толщины на него наносят слои огнеупорного зернистого материала 5 (мелкий кварцевый песок, электрокорунд, зернистый шамот) (рисунок 2.1, г). Операции нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины (3 – 10 слоев). При этом каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака 6, что зависит от связующего (рисунок 2.1, д).

После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарением. В качестве примера на рисунке 2.1 показано, как в процессе удаления выплавляемой модели в горячей воде 7 при температуре менее 100 о С получают многослойную оболочковую форму (рисунок 2.1, е).

С целью упрочнения формы перед заливкой ее помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным материалом 8 (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых форм) (рисунок 2.1, ж).

Для удаления остатков моделей из формы и упрочнения связующего контейнер с оболочковой формой помещают в печь 9 для прокаливания (рисунок 2.1, з). Прокалку формы ведут при температуре 900 – 1100 о С, далее прокаленную форму 10 извлекают из печи и заливают расплавом (рисунок 2.1, и). После затвердевания и охлаждения отливки до заданной температуры форму выбивают, отливки очищают от остатков керамики и отрезают от них литники. Во многих случаях оболочки прокаливают в печи до засыпки огнеупорным материалом, а затем для упрочнения их засыпают предварительно нагретым огнеупорным материалом. Это позволяет уменьшить продолжительность прокаливания формы перед заливкой и сократить энергозатраты. Так, например, организован технологический процесс на автоматических линиях для массового производства отливок.

Малая шероховатость поверхности формы при достаточно высокой огнеупорности и химической инертности материала позволяет получать отливки с поверхностью высокого качества. После очистки от остатков оболочковой формы шероховатость поверхности отливок составляет от Rz = 20 мкм до Ra - 1,25 мкм.

Отсутствие разъема формы, использование для изготовления моделей материалов, позволяющих не разбирать форму для их удаления, высокая огнеупорность материалов формы, а также нагрев ее до высоких температур перед заливкой способствуют улучшению заполняемости, дает возможность получать отливки сложнейшей конфигурации, максимально приближенной или соответствующей конфигурации готовой детали, из практически всех известных сплавов. Достигаемый коэффициент точности отливок по массе (КТМ = 0,85 – 0,95) способствует резкому сокращению объемов обработки резанием и отходов металла в стружку. Точность отливок может соответствовать классам точности 2 – 5 по ГОСТ 26645-85 (изм. № 1,1989), припуски на обработку резанием для отливок размером до 50 мм обычно не превышают 1 мм, а для отливок размером до 500 мм – около 3 мм. Поэтому литье по выплавляемым моделям относится к прогрессивным материало- и трудосберегающим технологическим процессам обработки металлов.

Особенности формирования отливок и их качество. Получение отливок в оболочковой форме сопряжено с рядом особенностей, в частности, перед заливкой форму нагревают до сравнительно высоких температур. Это определяет следующие технологические моменты.

Небольшие теплопроводность, теплоемкость и плотность материалов оболочковой формы и повышенная температура формы снижают скорость отвода теплоты от расплава, что способствует улучшению заполняемости формы. Благодаря этому возможно получение сложных стальных отливок с толщиной стенки 0,8 – 2 мм со значительной площадью поверхности. Улучшению заполняемости формы способствуют также и малая шероховатость ее стенок, возможность использования внешних воздействий на расплав, таких, как поле центробежных или электромагнитных сил, заливка с использованием вакуума и др.

Невысокая интенсивность охлаждения расплава в нагретой оболочковой форме приводит к снижению скорости затвердевания отливок, укрупнению кристаллического строения, возможности появления в центральной части массивных узлов и толстых (6 – 8 мм) стенок усадочных дефектов – раковин и пористости. Тонкие же стенки (1,5 – 3 мм) затвердевают достаточно быстро, и осевая пористость в них не образуется. Для уменьшения усадочных дефектов необходимо создавать условия для направленного затвердевания и питания отливок. Для улучшения кристаллического строения отливок используют термическую обработку.

Повышенная температура формы при заливке способствует развитию на поверхности контакта отливки с формой физико-химических процессов, результатом которых может быть как желательное изменение структуры поверхностного слоя отливки, так и нежелательное, т. е. приводящее к появлению дефектов поверхности.

Например, на отливках из углеродистых сталей характерным дефектом является окисленный и обезуглероженный поверхностный слой глубиной до 0,5 мм. Причина окисления и обезуглероживания отливок заключается во взаимодействии кислорода воздуха с металлом отливки при ее затвердевании и охлаждении. Основные факторы, влияющие на процесс обезуглероживания, – это состав газовой среды, окружающей отливку, температура отливки и формы, содержание углерода в отливке.

С увеличением содержания в окружающей отливку среде газов-окислителей (О 2 , СО 2 и паров Н 2 О) при высоких температурах отливки и формы процессы обезуглероживания интенсифицируются. Поэтому небольшая скорость охлаждения отливки в нагретой оболочковой форме способствует увеличению глубины обезуглероженного слоя. Увеличение содержания углерода в стали повышает интенсивность обезуглероживания поверхностного слоя отливки. Для уменьшения глубины обезуглероженного слоя используют специальные технологические приемы, основанные на предотвращении или уменьшении контакта кислорода воздуха с затвердевающей отливкой, на создании вокруг отливки восстановительной газовой среды и на быстром охлаждении, т.е. сокращении длительности реакции. На отливках из легированных сталей следствием физико-химического взаимодействия материалов формы и отливки при высоких температурах появляются точечные дефекты (питтинги), приводящие к снижению коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности отливок и их браку.

Предупредить появление этого дефекта можно созданием восстановительной газовой среды в форме; проведением заливки форм в вакууме, в нейтральной или защитной среде; уменьшением или устранением взаимодействия оксидов отливки и формы; заменой ее огнеупорного материала, например кремнезема, основными огнеупорами (магнезитовыми, хромомагнезитовыми).

Наконец, стремление получить отливки с чистой гладкой поверхностью вызывает необходимость использования огнеупорных материалов с малыми размерами зерна основной фракции (менее 0,03 мм). Это снижает газопрони-цаемость оболочковой формы, создает опасность образования воздушных «мешков» в форме при ее заполнении, приводит к снижению заполняемости формы и образованию дефектов отливок из-за незаполнения форм.

Эффективность производства и область применения. Исходя из производственного опыта, можно выделить следующие преимущества способа литья в оболочковые формы по выплавляемым моделям:

1. возможность изготовления из практически любых сплавов отливок сложной конфигурации, тонкостенных, с малой шероховатостью поверхности, высоким коэффициентом точности по массе, минимальными припусками на обработку резанием, с резким сокращением отходов металла в стружку;
2. возможность создания сложных конструкций, объединяющих несколько деталей в один узел, что упрощает технологию изготовления машин и приборов;
3. возможность экономически выгодного осуществления процесса в единичном (опытном) и серийном производствах, что важно при создании новых машин и приборов;
4. уменьшение расхода формовочных материалов для изготовления отливок, снижение материалоемкости производства;
5. улучшение условий труда и уменьшение вредного воздействия литейного процесса на окружающую среду.

Наряду с преимуществами данный способ обладает и следующими недостатками:

1. процесс изготовления литейной формы является многооперационным, трудоемким и длительным;
2. большое число технологических факторов, влияющих на качество формы и отливки, и соответственно связанная с этим сложность управления их качеством;
3. большая номенклатура материалов, используемых для получения формы (материалы для моделей, суспензии, обсыпки блоков, опорные материалы);
4. сложность манипуляторных операций изготовления моделей и форм, сложность автоматизации этих операций;
5. повышенный расход металла на литники и поэтому невысокий технологический выход годного (ТВГ).

Указанные преимущества и недостатки определяют эффективную область использования литья в оболочковые формы по выплавляемым моделям, а именно:

1. изготовление отливок, максимально приближающихся по конфигурации к готовой детали, с целью снизить трудоемкость обработки труднообрабатываемых металлов и сплавов резанием, сократить использование обработки давлением труднодеформируемых металлов и сплавов, заменить трудоемкие операции сварки или пайки для повышения жесткости, герметичности, надежности конструкций деталей и узлов;
2. изготовление тонкостенных крупногабаритных отливок повышенной точности с целью уменьшить массу конструкции при повышении ее прочности, герметичности и других эксплуатационных свойств;
3. изготовление отливок повышенной точности из сплавов с особыми свойствами и структурой.

Производство отливок по выплавляемым моделям находит широкое применение в разных отраслях машиностроения и в приборостроении. Использование литья в оболочковые формы для получения заготовок деталей машин взамен изготовления их из кованых заготовок или проката приводит к снижению в среднем на 34 – 90% отходов металла в стружку. При этом трудоемкость обработки резанием уменьшается на 25 – 85%, а себестоимость изготовления деталей – на 20 – 80%. Однако следует учитывать, что экономическая эффективность существенно зависит от выбора номенклатуры отливок, изготавливаемых этим способом. Только при правильном выборе номенклатуры деталей достигается высокая экономическая эффективность данного производства.