Смесь для литья металлов. Технологические разновидности художественного литья. Изготовление керамической пресс-формы

К атегория:

Изготовление форм

Формовочные материалы и смеси

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Формовочные пески

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

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

Формовочные глины

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

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

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

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

3. Связующие материалы

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

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

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

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

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

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

4. Противопригарные и другие вспомогательные материалы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5. Основные свойства формовочных материалов и смесей

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

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

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

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

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

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

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

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

6. Формовочные смеси

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Быстроотверждающиеся смеси.

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

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

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

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

8. Стержневые смеси

9. Технология приготовления формовочных стержневых смесей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

10. Регенерация отработанных формовочных и стержневых смесей

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

Рис. 1. Установка для регенерации отработанных смесей.

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

Для изготовления отливок разнообразных деталей и их элементов на современных литейных предприятиях используются полупостоянные и разовые литейные формы. В соответствии с условиями технологии литейного процесса, для изготовления таких литейных форм используются специальные смеси для литья, представляющие собой сочетание высокоогнеупорных веществ (асбест, шамот) с песчано-глинистыми составляющими. Компоненты, входящие в составы для литья, могут быть как природного, так и искусственного происхождения (синтетические). В результате смешения составляющих формовочных смесей в определенных пропорциях, готовые составы могут обладать заранее заданными свойствами и иметь нужную податливость, огнеупорность, прочность, формуемость, газопроницаемость и так далее.

Виды смесей

Формовочные смеси для литья в зависимости от характера использования делятся на несколько основных категорий:

• Облицовочные смеси. Данный вид формовочных смесей предназначен для изготовления рабочего слоя литейной формы. Высокие физические и механические свойства таких смесей обеспечиваются повышенным процентом содержания исходных материалов для формовки (песка и глины);
• Наполнительные смеси для литья. Данные формовочные составы для литья используются для наполнения формы, после того, как на модель была нанесена облицовочная смесь. Для приготовления такой смеси исходные формовочные материалы (глина и песок) перерабатываются совместно с остатками оборотной смеси;
• Единая формовочная смесь для литья. Смесь такого типа представляет собой формовочный материал, объединяющий в себе свойства одновременно и наполнительной, и облицовочной смеси. Единые смеси используются на автоматических линиях в серийном и массовом изготовлении при машинной формовке. Долговечность таких смесей обеспечивается присутствием в составе глин с высокой связующей способностью и наиболее огнеупорных видов песков.

Состав формовочной смеси для литья

Химический состав, который может иметь формовочная смесь для литья, зависит от совокупности следующих факторов:

• От рода используемого сплава и размеров отливки;
• От способа формовки и вида литья (цветное литье, стальное или чугунное);
• От характера производства и имеющихся в распоряжении производства технологических средств.

Также состав, который имеет формовочная смесь для литья, может различаться в зависимости от того, в каком состоянии она должна находиться перед заливкой. Формовочные смеси для сухих форм содержат в своем составе повышенное количество воды и глины. Кроме того, в состав таких смесей могут дополнительно вводиться такие выгорающие добавки, как торф или опилки. В составе формовочных смесей для сырых форм снижается процентное содержание оборотной смеси. Формовочные составы для литья металлов в подсушенные формы отличаются одновременным наличием и оборотных компонентов, и свежих материалов (глины и песка), и крепителей.

Художественные отливки по степени сложности, массе и материалу, из которого они изготовлены, весьма разнообразны. Так, в производстве одного лишь Каслинского завода на Урале можно встретить отливки массой от нескольких граммов до нескольких тонн, по размерам от сантиметра до нескольких метров, по толщине стенки от миллиметра до десятков миллиметров. Естественно, что требования, предъявляемые к литейным формам таких разнообразных отливок, также не одинаковы. Например, прочность стенки формы статуи массой 5 т не может быть равна прочности стенки формы ажурной коробочки или браслета для часов. Следовательно, формовочные смеси для литейных форм выбираются для каждой отливки.

Облицовочная смесь соприкасается с моделью и с отливкой. Облицовочная смесь, воспроизводящая отпечаток поверхности модели, первая принимает на себя температурные воздействия заливаемого в форму металла и должна обладать хорошей прочностью, пластичностью, огнеупорностью и газопроницаемостью. Поэтому она содержит, как правило, больше свежих формовочных материалов и, как наиболее дорогая, используется в форме в небольших количествах (слоем 20–30 мм на поверхности модели).

Наполнительная смесь состоит в основном из оборотной смеси с небольшим количеством свежих материалов.

Формовочные смеси при машинной формовке архитектурного литья вследствие особенностей технологического процесса формовки используются одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси и называются едиными смесями .

Естественные, или природные, смеси представляют собой глинистые пески марок П0063 и Ж005 с содержанием глины от 12 до 30 %. Природные формовочные смеси широко применяются в производстве тонкостенных ажурных и кабинетных чугунных и цветных отливок для форм, заливаемых в сыром виде и после сушки. Эти смеси обладают хорошей пластичностью, сырой и сухой прочностью.

Искусственные , или синтетические, смеси наиболее распространенные в производстве художественных и архитектурных отливок. Они представляют собой смесь песка и глины или нескольких песков с большим или меньшим содержанием глины и отработанной смеси. Пески и оборотную смесь смешивают в таких пропорциях, чтобы в результате образовалась формовочная смесь, обладающая необходимыми свойствами.

Формовочные смеси для форм чугунных отливок. Состав формовочных смесей (табл. 72) зависит от сложности конфигурации и поверхности отливок, толщины их стенок и состояния литейной формы перед заливкой.

Таблица 72

Состав и свойства формовочных смесей для форм чугунных художественных и архитектурных отливок

Смеси для форм ажурных отливок, имеющих сложную поверхность, тонкую стенку и большое число просветов, образующих ажур, должны обеспечивать получение в форме четкого отпечатка сложной поверхности модели и прочность мельчайших болванчиков, даю­щих просветы в отливке. Кроме того, чугун при заливке в форму по срав­нению с цветными сплавами имеет более высокую температуру. Поэтому формовочные смеси для форм, заливаемых чугуном, должны обладать доста­точной огнеупорностью.

Повышение температуры заливки чугуна приводит к более интенсивному газовыделению при прогреве формы – формовочные смеси должны иметь хорошую газопроницаемость. Таким образом, формовочные смеси для форм, заливаемых чугуном, при достаточной прочности должны быть газо­проницаемыми и огнеупорными.

Формовочные смеси для форм отливок из цветных сплавов. Латунь, бронза и алюминиевые сплавы, применяемые в производстве художественного литья, по сравнению с чугу­ном имеют более низкую температуру заливки и большую жидкотекучесть. Поэтому при изготовлении литейных форм представляется возможным применять мелкозернистые формовочные смеси, дающие чистую и гладкую поверхность отливки.

Формовочные смеси для форм, заливаемых по-сырому , применяют при изготовлении литейных форм для тонко­стенных и ажурных отливок (барельефы, ажурные тарелки, вазы, детали статуэток и т.д.).

Для получения в форме хорошего отпечатка, сложной поверх­ности модели и прочности небольших болванчиков, образующих просветы в отливке, формовочные смеси таких форм должны иметь хорошую газопро­ницаемость, пластичность и быть достаточно прочными. Поэтому при приготовлении смесей применяют мелкозернистые пески с повышенным содержанием глины (природные глинистые и обогащенные с добавками глины в качестве самостоятельного компонента смеси).

Смеси для форм, заливаемых по-сырому, используют и при изготовлении форм для архитектурных отливок. В этом случае большая масса отливки и размеры форм требуют применения в формовочных смесях более крупных песков и повышающих огнеупорность смеси добавок.

Формовочная смесь для форм, заливаемых после сушки . Литейные формы статуй и бюстов значительно сложнее обычных отливок. Для их изготовления применяют, как правило, сложную кусковую формовку. При этом формовщик, разбирая форму для удаления модели, имеет дело не с полуформами, скрепленными стенками опоки, а с частями формы в виде спрессованных кусков формовочной смеси. Естественно, что такие формы должны быть изготовлены из более проч­ных формовочных смесей.

Смеси для кусковой формовки должны выдерживать давление не менее 0,09 МПа на поверхности формы. Газопроницаемость таких смесей в сыром виде вследствие содержания в них большого количества глины низкая (20–25 усл.ед.). Поэтому литейные формы, изготовленные из этих смесей, нельзя заливать в сыром виде, так как повышенное количество пара и газа не будет свободно выходить из формы через ее стенки. Газопроницаемость форм, изготовляемых из жирных формовочных смесей, улучшают путем их сушки. В процессе сушки в результате испарения влаги и выгорания добавок увеличивается пористость формы. Газопроницаемость смеси в форме после сушки повышается до 60–70 усл.ед.

В качестве наполнителя смеси используют одну отработанную смесь. Освежают ее с учетом наличия в ней значительного количества неперегоревших кусков форм, набиваемых из жирной облицовочной смеси.

Специальные формовочные смеси. В производстве художественного литья часты случаи, когда сложность отливки требует применения особых способов изготовления литейной формы, использования специальных формовочных смесей.

Жидкая формовочная смесь применяется при формовке скульптурных отливок для нанесения облицовочного слоя на поверхность восковой модели и изготовления в форме стержня. На поверхность модели жидкую смесь наносят путем оплескивания модели. При изготовлении стержня смесь заливают в полость гипсовой формы. В состав жидкой смеси входят кварцевые пески, пылевидный кварц, цемент и вода. Суспензию на этилсиликатном связующем применяют для нанесения на поверхность выплавляемой модели слоя, который после ее выплавления образует неразъемную керамическую форму – оболочку для отливки.

Связующим суспензии является гидролизованный раствор этилсиликата, наполнителем – пылевидный кварц (маршаллит) марки КП1, КП2, прокаленный при температуре 850–900 °С, с удельной поверхностью не менее 5 м 2 /г.

Песчано-смоляные смеси применяют в производстве отливок, получаемых в оболочковых формах. В состав смеси в качестве наполнителя входит кварцевый песок с зернами размером менее 0,2 мм. В качестве связующего используют термореактивную смолу. В целях экономии дорогостоящих смол оболочки полуформ изготовляют двухслойными. В этих случаях песчано-смоляные смеси делят на облицовочные и наполнительные. Облицовочные приготовляют с большим содержанием смол, наполнительные – с меньшим.

Стержневые смеси в процессе заливки формы находятся в более тяжелых условиях, чем формовочные, поэтому они должны быть более прочными, газопроницаемыми, податливыми, огнеупорными, менее гигроскопичными, с хорошей выбиваемостью из отливки (табл. 73).

Основными материалами для приготовления стержневых смесей, как и для формовочных, является песок и глина. Однако большое количество гли­ны, необходимое для повышения прочности, ухудшает газопроницаемость, податливость, выбиваемость смеси, увеличивает ее пригар к стенкам отливки. Для улучшения качества стержневой смеси в ее состав вместо глины вводят крепители. К ним относятся различного рода масла, декстрин, жидкое стекло и другие специальные материалы.

Таблица 73

Стержневые смеси для чугунных художественных и архитектурных отливок

Песчано-глинистые смеси имеют достаточную прочность в сыром виде, их применяют для стержней простых форм художественных отливок, изготовляемых по-сырому. Песчано-масляные смеси применяют для стержней кусковых форм, заливаемых после сушки.

В технологическом процессе изготовления стержней значительную часть времени занимает их сушка. Трудоемкость и продолжительность процесса сушки стержней устраняются совершенно или сокращаются до ми­нимума при использовании в стержневых смесях в качестве связующего жидкого стекла (5–7 %). Стержни из таких смесей твердеют на воздухе без обработки, после продувки углекислым газом СО 2 . Используют их в пластичном и жидком состояниях. Более эффективны самотвердеющие смеси (ЖСС, ПСС).

Для улучшения податливости и газопроницаемости в стержневые песчано-глинистые смеси для крупных стержней статуарных отливок добавляют рубленую солому, древесные опилки, торф.

Для небольших стержней статуэток иногда вместо специальной стержневой смеси используют облицовочную смесь для кусковой формовки.

Смеси для ювелирного литья

Для литья ювелирных изделий сложной конфигурации из сплавов меди (Т пл до 1 100 °С) широкое распространение получил так называемый энтион-процесс с применением кристобалито-гипсовых форм. Используют как импортные формовочные материалы («К-90», «Сатинкаст», «Суперкаст» – табл. 74, «Инвестрайт» – табл. 75), так и отечественную формовочную массу «Ювелирная». Импортные формовочные смеси имеют высокую химическую чистоту компонентов: 70–75 % смеси β-кристобалита и β-кварца; 25–30 % высокопрочного α-гипса СаSO 4 ·1/2Н 2 О. Крупность порошков кристобалита и гипса в этих смесях не превышает 100 мкм.

Таблица 74

Химический состав формовочных масс для ювелирного литья

Продолжение табл. 74

Таблица 75

Состав и свойства смеси «Инвестрайт»

В импортных формовочных массах используется кристобалитсодержащее сырье месторождения Сан-Кристобаль (Мексика) или искусственный продукт обжига при температуре 1 150–1 200 °С аморфного кремнезема, полученного разложением природ­ных минералов в щелочной среде.

Главными особенностями современного процесса являются следующие технологические операции:

1. Применение вакуума и вибрации при изготовлении водных суспен­зий и монолитов литейных форм для удаления из них газовых пузырьков, адсорбируемых частицами гипса и поверхностью восковых моделей.

2. Использование технологических добавок, замедляющих схватывание гипса и удлиняющих период текучести формовочных суспензий:

а) в смеси «К-90» – около 2 % Н 3 ВО 3 ·10Н 2 О или 0,5 % Na 2 B 4 O 7 ;

б) в смеси «Суперкаст» – около 3 % Na 2 SiO 3 и H 3 BO 3 ·10H 2 O;

в) в смеси «Сатинкаст» – около 1 % Na 2 SiO 3 и H 3 BO 3 ·10H 2 O.

3. Применение в качестве компенсаторов усадки гипса кристобалита, превращение которого происходит в интервале температур 250–300 °С сопровождается значительным эффектом объемного расширения. К достоинствам импортных формовочных смесей можно отнести технологичность операций формовки, выбивки и очистки отливок. К недостаткам – высокое содержание гипса, имеющего склонность к разложению при температуре 650 °С и выше.

Смесь «К-90» содержит 25 % гипса, 35 % кварца, 40 % кристобалита. Борную кислоту, асбест и силикат натрия используют так же, как упрочняющие добавки. Однако при точном литье по восковым моделям при введении в формовочный материал Na 2 SiO 3 ·9H 2 O + H 3 BO 3 наблюдается снижение чистоты поверхности.

В нашей стране ВНИИювелирпромом разработана формовочная масса «Ювелирная», состоящая из динаса и гипса. В качестве огнеупорного на­полнителя используют динасовый порошок из динаса сорта ЭД, имеющий по сравнению с другими сортами наименьшее и лимитированное содержание СаО, Fe 2 O, наибольшее количество SiO 2 – 96 %. У формовочных смесей из порошка динаса ЭД фракций 0,08 мм, менее 0,08 мм и порошка, не просеянного по фракциям, близкие значения текучести и периода затвердевания (табл. 76).

Таблица 76

Технологические параметры формовочных смесей

из динасового порошка различной дисперсности

П р и м е ч а н и е. Минералогический состав динаса: a-кварц + a-кристобалит + g-тридимит.

Технические данные формовочной смеси «Ювелирная» следующие: 80–88 % динаса, 20–12 % гипса, затворитель – вода с ортофосфорной кислотой (до 5 мл на 1 л воды). Количество затворителя на 1 кг порошко­вой части – 380 мл: текучесть по Суттарду – 140 мм; затвердевание, нача­ло (конец) в 14 мин, конец в 24 мин; осыпаемость – 0,27 %.

Для точного литья цветных металлов в формовочных смесях в ка­честве связующего применяют высокопрочный гипс. При гидротермальной обработке гипсового камня насыщенным водяным паром в закрытых аппа­ратах (автоклавах) образуется α-полугидрат (высокопрочный гипс), а в открытых сосудах – β-полугидрат (строительный гипс). При смешивании по­рошкообразного гипса с водой образуется дигидрат CaSO 4 ·2H 2 O – твердое камневидное вещество. Химическая реакция разложения гипса (двуводного сульфата кальция) теоретически протекает при температуре 107 °С:

CaSO 4 · 2H 2 O = CaSO 4 · 0,5H 2 O + 1,5H 2 O

В интервале температур 170–200 °С происходит дальнейшая потеря гипсом кристаллизационной воды, образуется так называемый растворимый ангидрит CaSO 4 , активно соединяющийся с водой. При температуре 200–400 °С наблюдается почти полное удаление из гипса кристаллизационной воды. Образуется смесь нерастворимого и растворимого ангидрита. При температуре выше 450 °С гипс переходит в намертво обожженный гипс-ангидрит CaSO 4 . При температурах 750–800 °С образуется эстрих-гипс.

После смешивания порошкообразного гипса с водой и образования камневидного тела прочность гипса достигает максимума при высушивании его до постоянной массы. Замедление схватывания гипса может быть до­стигнуто введением гашеной извести (1–2 %), а также борной кислоты (1,0–2,5 %) и других соединений.

В отечественной формовочной смеси «Ювелирная» в качестве огне­упорного наполнителя используется динасовый порошок, полученный уралитовым помолом динасовых кирпичей сорта ЭД. Электродинас имеет ограничение по содержанию СаО и Al 2 O 3 , наименьшее содержание соединений железа и наибольшее SiO 2 (96 %).

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

Область применения

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

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

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

Литье в керамические формы

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

Литье в формы из ХТС

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

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

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

Использование жидкостекольных смесей

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

Литье по выплавляемым моделям: технология

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

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

Изготовление моделей состоит из шести этапов:

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

Особенности техпроцесса

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

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

Преимущества ЛВМ

Преимущества литья по выплавляемым моделям очевидны:

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

Недостатки ЛВМ

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

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

Пример изготовления изделия на дому: подготовительный этап

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

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

Второй этап: заливка силиконом

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

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

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

Третий этап: изготовление восковой модели

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

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

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

Четвертый этап: формование

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

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

Финальный этап

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

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

Литье по выплавляемым моделям: производство

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

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

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

Изготовление керамической пресс-формы

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

Литье

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

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

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

Финишная обработка

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

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

Литниковая система

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

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

Оболочка отливки

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

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

Используемые материалы

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

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

Вывод

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

Формовочные смеси. Для изготовления форм и стержней применяются разнообразные формовочные и стержневые смеси, состав которых зависит от способа формовки, рода сплава, характера производства, вида литья и технологических средств и материалов, имеющихся в распоряжении производства.

В зависимости от использования песчано-глинистые формовочные смеси классифицируются следующим образом:

• по применению при формовке (облицовочные, наполнительные и единые);
• по состоянию формы перед заливкой (для сырых, сухих, подсушиваемых и химически затвердевающих форм);
• по роду заливаемого в форму сплава (для чугунного, стального и цветного литья).

Облицовочная смесь используется для облицовки рабочей поверхности форм. Толщина облицовочного слоя зависит от состава облицовочной смеси и от размеров отливки (от 20 до 100 мм и выше). Поверх облицовочной смеси в опоки засыпается наполнительная смесь, которая изготовляется из оборотной земли с добавлением 5-10% свежих материалов (песка, глины).

Единая смесь служит для набивки всего объема формы и применяется для изготовления мелкого и среднего литья в условиях серийного и массового производства. Единая смесь отличается от наполнительной смеси большим содержанием свежих материалов и некоторого количества специальных добавок (молотого угля, торфяного пека и др.).

Смеси для сухих форм отличаются от смесей для сырых форм меньшим содержанием оборотной смеси и увеличенным процентом содержания глины и воды. Часто формы, подвергающиеся сушке, изготовляются из облицовочной и наполнительной смесей, а для увеличения их податливости в смесь вводят выгорающие добавки (опилки, торф и др.).

Смеси для подсушиваемых форм имеют в своем составе оборотную смесь, свежие материалы (песок и глину) и крепители (СП, СБ). В качестве облицовочных смесей они нашли широкое применение при изготовлении чугунных средних и крупных ответственных отливок. В зависимости от веса отливки, для которой изготовляется форма, время подсушивания составляет 20-60 мин. На московском чугунолитейном заводе «Станколит» для получения отливок весом до 1000 кГ применяют смеси, подсушиваемые в течение 30 мин.

Состав смеси, подсушиваемой в течение 30 мин (в % по объему)

Песок луховицкий 1К315А (ГОСТ2138-56) 88-89

Формовочная глина ФВ-1 1-2

Опилки древесные 5

Асбестовая крошка 5

Крепитель СБ (сверх 100%) 1,5

Сульфитно-спиртовая барда (сверх 100%) 2-3

При подсушке форм на рабочих поверхностях образуется прочный, твердый слой, оказывающий влияние на получение у отливок чистой поверхности и повышенной точности.

Смеси для химически-затвердевающих форм изготовляют из кварцевого песка с добавлением 4,5-6,5% жидкого стекла и 1,5% едкого натра с концентрацией 10-20%. Добавление к смеси едкого натра (см. стр. 25) позволяет сохранить технологические свойства на более длительное время, а также повысить прочность смеси после химического затвердевания. Для чугунных отливок весом от 1000 до 5000 кГ на заводе «Станколит» применяют химически затвердевающую смесь следующего состава.

Состав химически затвердевающей смеси (в % к объему)

Песок луховицкий 1К315А (ГОСТ 2138-56) 88-89

Формовочная глина ФВ-1 3-4

Уголь молотый ГК 8

Жидкое стекло (сверх 100%) с модулем, равным 2,6-2,7 6

15%-ный раствор едкого натра (плотность 1300 кГ/м 3) 075-1,0

Жидкостекольные смеси затвердевают при продувке их углекислым газом (СО 2). При этом происходит разложение силиката натрия и образование углекислого натрия и кремнезема. Кремнезем, присоединяя к себе воду, образует химическое вещество, называемое гелем кремниевой кислоты.

Гель кремниевой кислоты, обволакивающий зерна песка в смеси, обладает способностью упрочняться при потере части присоединенной воды. В силу этого пленки геля, находясь между зернами песка, по истечении небольшого промежутка времени без подвода тепла связывают их в прочную и сухую массу. При продувке жидкостекольной смеси углекислым газом длительный тепловой цикл испарения влаги и затвердевания смеси заменяется ускоренным процессом химического связывания воды с составляющими элементами жидкого стекла.

В настоящее время широкое распространение получают самозатвердевающие облицовочные смеси. Областью применения этих смесей является производство средних и крупных отливок.

Готовую самотвердеющую смесь засыпают на модель. При изготовлении форм для крупных отливок модель облицовывают смесью и частично уплотняют.

После засыпки наполнительной смеси производят ее машинное уплотнение. Наполнительная смесь при изготовлении крупных форм уплотняется пескометом с возможной последующей подпрессовкой трамбовками. После набивки формы «самозатвердевают» на плацу или на конвейере.

Облицовочный слой формы из самотвердеющей смеси обладает высокой прочностью и газопроницаемостью, что обеспечивает получение отливок высокого качества.

Красят такие формы самовысыхающими противопригарными красками.

В табл. 7 приведены типовые составы формовочных смесей.