Литейные модели могут изготавливаться из следующих материалов. Литье по выплавляемым моделям

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

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

отливка из АБС и одна из неизвестного материала.

История эта началась с интернет-знакомства с Евгением Полюцким

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

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

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

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

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

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

Ну, что напечатали, то и отлили:D

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

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

и для чего применяется).

На ёлке:

Отлито:

Это изделие не очень функциональное, но прекрасно демонстрирует возможности

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

отлить запросто!

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

Отлито (примерно 980 грамм, бронза):

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

конторы, якобы занимающейся разработкой выжигаемого фотополимера, и нужна была

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

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

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

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

которых нам не сообщили.

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

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

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

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

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

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

за что ему огромное спасибо!

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

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

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

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

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

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

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

невозможно или очень трудоёмко.

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

Вконтакте: https://vk.com/litejka62

Сущность литья по выплавляемым моделям заключается в следующем (рис. 69). На модель или блок из нескольких моделей 1, сделанную из воска или подобного материала, наносят несколько слоев (3-5) огнеупорного материала 2 сметанообразной консистенции с обсыпкой сухим мелким песком для прочности. После сушки формы модель из оболочки S выплавляют, оболочку прокаливают до 800 °С, заформовывают в опоку 4 и горячую форму заливают металлом 5
Таким способом удается получить литые (от нескольких граммов до 2 кг и более), сложной конфигурации тонкостенные (до 0,3 мм) детали с высокой чистотой поверхностей (4-6-й класс чистоты) и с повышенной точностью размеров по 7-9-му классу. Такие детали обычно применяют в конструкциях и механизмах без предварительной механической обработки, за исключением сопрягаемых поверхностей. По выплавляемым моделям получают, например, турбинные лопатки авиационных турбинных двигателей, различные детали автомобилей (массой от 0,3 до 2 кг), сложные детали приборов, крыльчатки различных насосов сложной формы и многое другое. Производство точного литья дает народному хозяйству экономию проката (примерно 1,5-2 т проката на каждой тонне литья) и высвобождает огромное число металлорежущего оборудования (станков).

Особенности этого способа литья - одноразовое использование моделей и керамической формы, отсутствие в форме разъемов, что исключает образование перекосов и заливов, отсутствие процесса расталкивания модели, а также заливка сплава в подогретую форму, что снижает опасность образования внутренних напряжений в отливках и повышает заполняемость. Однако стоимость отливок, полученных этим способом, значительно выше, чем при литье в песчаные формы, и цикл их изготовления более длителен. Чем механизированнее производство, тем отливки дешевле, поэтому в России работают (ГАЗ, ЗИЛ и др.) и строятся новые цехи с высокой степенью механизации и автоматизации процессов, со сравнительно высокой производительностью и годовым выпуском 2500-7000 т отливок.
Для приготовления модельных составов применяют смеси ПС (50 % парафина и 50 % стеарина) и ПВ (70 % парафина и 30 % воска); составы КПЦ (50 % канифоли, 30 % полистирола и 20 % церезина) и РЗ (60 % парафина, 22 % церезина, 12 % буроугольного воска, 6 % кубового остатка) и др. Модельные составы имеют низкие температуры плавления (60-100 °С), небольшие коэффициенты объемного расширения при нагреве (что обеспечивает стабильную точность размеров формы), сравнительно высокую прочность (23/28)*10в5 Па при изгибе (что не позволяет разрушаться деталям при изготовлении и монтаже), хорошую жидкоподвижность при запрессовке их в пресс-формы.
Для составления пастообразной модельной массы используют различные смесители в виде подогреваемых ванн с различными перемешивающими устройствами 6. В действующих цехах модельная масса состоит из свежих материалов (30-50 %) и возврата (70-50%). Модели изготавливают путем запрессовки модельной массы в металлические пресс-формы (рис. 69, б) с помощью ручных шприцев 7 (для мелкосерийного производства) или на автоматических установках.
Пресс-формы делают из стати, легких сплавов, а также из неметаллических материалов - пластмасс, резины и др. Размеры полости пресс-формы рассчитывают так, чтобы обеспечить получение необходимых размеров отливки учитывают усадку легкоплавкой модели в пресс форме (0,9-1,9 %), изменение размеров оболочки при нагреве (0,5-1,0%) и охлаждении, а также величину усадки материала отливки Пресс-формы делают разъемными, чтобы облегчить извлечение модели. В зависимости от конструкции в одной пресс-форме могут быть получены одна или несколько моделей одновременно. На рис. 70 показана пресс-форма с горизонтальным разъемом для получения нескольких моделей 5. Она состоит из подвижной и неподвижной матриц 1 и 2, плит 3, толкателей 4, охлаждающих каналов 6.

В условиях массового производства применяют подобные многогнездные пресс-формы для изготовления нескольких моделей, объединенных в модельные звенья, состоящие из моделей самих деталей литниковых каналов и секций стояка (через которые заливается металл после выплавки моделей из керамической оболочки).
В современных цехах процессы изготовления модельной массы и моделей объединены в общую механизированную и автоматизированную линию. На рис. 71 приведена одна из таких установок. Модельный состав 1 укладывают в обогреваемый горячей водой бак 2, где он плавится и через фильтрующую сетку 3 стекает в ванну 4, откуда насосом 5 перекачивается в бак 6. Мерное количество модельной массы переливается в бак 8 при закрытом клапане 7. В баке 8 готовится масса необходимой температуры и консистенции, которая затем перегоняется в раздаточный бак 9. Из этого бака масса пневмонасосом 10 подается к запрессовочному устройству 11. При совмещении носка запрессовочного устройства с отверстием пресс-формы 12 происходит заполнение ее модельной массой. Пресс-формы установлены на вращающейся карусели 13. После затвердевания массы пресс-форма раскрывается и модель 14 выталкивается в ванну 15 с проточной водой. Там модели охлаждаются, а затем их вынимают для сборки модельных блоков.

Сборка (вручную) заключается в объединении моделей на одном стояке литниковой системы, т. е. готовят блок моделей для групповой отливки нескольких деталей в одной форме, так как отливать каждую небольшую отливку отдельно неэкономично. Блок моделей получают иногда припаиванием отдельных моделей к стояку. В этом случае стояк получают отдельно запрессовкой той же массы в специальную пресс-форму. Чаще же набирают секции моделей 1 (см. рис. 69, I) на металлический каркас стояка 8 (см. рис. 69, II).
Присоединение модели к стояку без припайки позволяет собирать блоки на конвейере. Благодаря этому увеличивается производительность и улучшаются условия труда. Собранный блок обдувается воздухом и передается (подвесным конвейером) на операцию нанесения огнеупорного покрытия и сушки
Параллельно с изготовлением моделей готовят огнеупорное покрытие. Оно состоит из связующего и наполнителя в виде пылевидного или плавленого и размолотого кварца SiO2 или шамота. При получении отливок из тугоплавких сплавов на основе никеля применяют циркон, диоксид титана TiO2, электрокорунд, фарфор и другие материалы, которые имеют повышенную огнеупорность и низкие коэффициенты термического расширения, что меньше нарушает размеры форм. При литье магниевых сплавов в состав керамического покрытия добавляют борную кислоту как защитное средство от окисления металла, а вместо SiO2 применяют Al2O3 либо гипс, так как кремнезем взаимодействует с магнием. При литье титана и его сплавов по выплавляемым моделям в качестве огнеупорных наполнителей используют графит, оксид циркония, нитрат циркония, электрокорунд (плавленая Al2O3). С другими же окислами титан взаимодействует. Первый слой толщиной 0,2 мм обычно делают из смеси порошка графита со связующим на основе фенольнобаритовой или фенольнофурфуроловой смол, разбавленных спиртом.
В качестве связующих применяют гидролизованный раствор этилсиликата и жидкое стекло. Этилсиликат (C1H5O)4Si - это смесь эфиров, содержащая 29 до 43 % SiO2. Чтобы этилсиликат имел связующие свойства, его подвергают гидролизу, который заключается во взаимодействии с водой, подкисленной соляной кислотой (иногда в смеси с серной) и замещении группы (C2H5O) гидроксильными группами ОН. Соляная кислота служит катализатором и способствует образованию геля кремниевой кислоты. Для растворения этилсиликата к воде добавляют спирт, например изопропиловый технический спирт (65%) в смеси с ацетоном (35 %). Количество разбавителя обычно рассчитывают так, чтобы в гидролизованном растворе содержалось 17-20 % SiO2. При таком количестве SiO2 в связующем достигается максимальная прочность керамической пленки при последующем твердении оболочки. Этилсиликат, взаимодействуя с водой по реакции (C2H5O)4Si + 2Н2О → SiO2 + 4C2H5OH, выделяет кремнезем, переходящий затем в аморфный, а после прокалки в кристаллический (твердый).
Огнеупорное покрытие готовят смешением связующего и наполнителя в специальных мешалках. В зависимости от дозировки этих составляющих получают суспензию необходимой консистенции; обычно для первого слоя готовят более густые суспензии (65-70 % пылевидного кварца и 30-35 % гидролизованного раствора этилсиликата), а для последующих - более жидкие (35-45 % раствора связующего). Количество слоев, наносимых на выплавляемые модели, зависит от размера и массы получаемой отливки и может быть от 3 до 15 с общей толщиной оболочки формы 2-15 мм.
Огнеупорное покрытие наносят при окунании блока моделей в бак с суспензией (на 1-2 с), затем обсыпают прокаленным кварцевым песком или зерновым шамотом, чтобы упрочнить слой суспензии на модели и не позволить ей стекать при сушке.

На рис. 72 приводится схема автоматической линии нанесения покрытия на блок. Блок 1, двигаясь на конвейере со скоростью 1,5-2 м/с, по контуру поворачивается и погружается в ванну 2 с суспензией и далее в бак 3 с кипящим слоем присыпочного материала. Кипящий слой песка создастся путем подачи в бак с песком воздуха под давлением 0,4-0,5 МПа, который поднимает и удерживает его во взвешенном состоянии. В зависимости от того, сколько необходимо по технологии нанести слоев, столько предусматривается и этих операций (в среднем наносят 4-7 слоев).
Нанесенное покрытие сушится при прохождении блока на подвеске движущегося конвейера через камеру воздушной или воздушно-аммиачной сушки при 23-25 °C течение 60-90 или 15-20 мин соответственно (добавление 3 % аммиака в воздух ускоряет сушку). После сушки последнего слоя покрытия блоки направляют (с помощью цепного конвейера) для выплавки модельного состава.
Модельные комплекты с металлическими стояками, закрепленными на подвесках непрерывно движущегося конвейера, подают в ванну с горячей водой (85-95 °C) литниковыми воронками вверх. После расплавления модельного состава оболочки через 5-10 мин их подают к другому конвейеру для прокалки. Выплавленный модельный состав всплывает на поверхность ванны и периодически собирается для повторного использования.
Оболочки после выплавления состава подвергают сушке и последующему прокаливанию (или формовке и прокаливанию). При сушке оболочки нагревают до 150-200 °C в течение 1,5-2 ч. Сушку ведут в электрических или газовых сушилках либо в низкотемпературной зоне прокалочных печей непрерывного действия Прокалку ведут непосредственно после сушки. Вначале оболочки заформовывают (снаружи засыпают наполнителем) в специальные металлические коробки - опоки или жакеты для увеличения массы формы, замедления ее нагрева или остывания и возможности заливки в горячую форму, что важно при изготовлении тонкостенных отливок, а также для предупреждения разрушения их во время заливки от давления и массы металла. В качестве наполнителя используют сухой песок, хромистый железняк, металлическую дробь и др., которые в опоку свободно поступают из бункеров, засыпаются вокруг оболочки и уплотняются с помощью легкой вибрации. Для предупреждения деформации оболочки и сохранения постоянными ее размеров перед и во время заливки иногда используют сухую засыпку с добавкой связующих материалов в виде 1-2 % буры или борной кислоты. Бура или борная кислота при нагреве до 600-800 °C оплавляется и скрепляет засыпку в прочную массу. С этой же целью применяют жидкие наполнители (консистенция жидкой сметаны): 10-20% (по массе) песка, 80-40% цемента и воду (25-30 % сверх 100 % массы сухой смеси). Залитая в опоку смесь плотно прилегает к поверхности оболочки, быстро твердеет на воздухе (либо в результате подогрева), а затем формы подаются на прокаливание.
Прокаливание - последняя и ответственная операция изготовления форм. Оболочки (в опоках с наполнителями) прокаливаются в течение 6-8 ч при 850- 950 °С в камерных или проходных печах, нагреваемых газом или электроэнергией. Графитовые оболочки, предназначенные для литья титана, прокаливают при 1000-1100 °С для удаления газотворных составляющих обмазки.
В процессе прокаливания из формы выжигаются остатки модельного состава и газотворные примеси оболочки, увеличивается газопроницаемость формы, заканчивается процесс образования керамической оболочки. Прокалка оболочковых форм, заформованных в опоки с помощью наполнителя, значительно удлиняет подготовку форм под заливку, что особенно неблагоприятно при использовании автоматизированного поточного способа получения отливок по выплавляемым моделям. В России разработан способ прокалки оболочек без засыпки, в результате чего время прокалки сокращается до 0,5-1,0 ч, а засыпка производится после прокалки путем создания вокруг нагретой оболочки наполнителя в виде кипящего слоя, аналогичного показанному на рис. 72. В отдельных случаях при небольшой массе отливок и плотности сплава заливку ведут без применения засыпки.
Керамические формы заливают при определенных температурах металла и формы в зависимости от массы и конфигурации отливок, а также технологических свойств сплавов. Температура алюминиевых сплавов при заливке составляет 650-710 °С, а формы 50-300 °С, температура оловянных бронз 1080-1100 °C и формы 400-500 °С, алюминиевых бронз 1120-1140 °C и формы 650-700 °С, латуни 950-980 °C и формы 200-600 °C, никелевых сплавов 1580-1630 °С и формы 800-850 °С.
Заливка форм металлом производится обычно из ковшей. Если сплавы склонны к пленообразованию, то заливку ведут непосредственно из печи. Для получения более качественных отливок формы иногда ставят и заливают на центробежных машинах с вертикальной осью вращения. При вращении в результате центробежной силы происходит хорошее заполнение полости формы, обеспечивается направленное затвердевание и повышенная плотность отливки. Иногда формы помещают в герметические камеры и заливку ведут в вакууме или в атмосфере инертных газов (аргона, гелия) для предотвращения окисления металла.
Залитые формы охлаждаются на заливочных площадках либо в охладительных ветвях конвейера в течение 1-5 ч. Охлажденные отливки выбивают различными способами в зависимости от материала формы и объема производства.
Формы с сухим наполнителем освобождают от наполнителя на специальных механических опрокидывателях. Формы с наполнителем, имеющим связующее, выбивают с помощью пневмомолота или на вибрационных решетках.
После выбивки из форм на отливках обычно остается часть огнеупорного покрытия, которую удаляют на специальных станках вибрацией. От литников и прибылей отливки отделяют с помощью прессов, абразивных кругов и механических дисковых и ленточных пил, газовой резкой, на токарных и фрезерных станках.
Завершающая операция - очистка отливок от остатков керамического покрытия и окалины кипячением в щелочах KOH или NaOH (20-40 %-ные растворы) при 105-110 °C (выщелачивание) с последующей промывкой в горячей воде (во вращающемся барабане). Качество отливок проверяют по химическому составу и механическим свойствам материала, по состоянию поверхности и точности размеров и массы деталей визуально, просвечиванием рентгеновскими или гамма-лучами, люминесцентным контролем, с помощью калибров и эталонов.
Основные виды брака отливок в цехах точного литья - отклонения от размеров, засоры, ухудшенная поверхность. Этот брак получается в результате разрушения или деформации оболочки и химического взаимодействия формы с металлом. Возможен брак по усадочной пористости и негерметичности, что связано с недостаточным питанием отливок, неправильной конструкцией литниковопитающей системы, а также недоливы, отклонения от химического состава, трещины, вызванные термическими напряжениями и неподатливостью форм.
В производственных условиях различают окончательный брак и исправимый. Дефекты исправляют заваркой, чеканкой, зачисткой, пропиткой и другими способами.
Отливки по выплавляемым моделям по стоимости относятся к сравнительно дорогому литью, поэтому потери от брака стремятся свести к минимуму. В цехах с хорошо отлаженным процессом можно добиться снижения стоимости литья в 1,5-2 раза по сравнению с немеханизированным производством, а уменьшения трудоемкости изготовления тонны литья - в 2-4 раза.

Сущность способа литья по выплавляемым моделям состоит в том, что модель изготовляют из такого материала, который без разрушения формы можно выплавить или растворить и получить неразъемную форму, что обеспечивает высокую точность отливок. Чаще всего материалом модели является легковыплавляемая воскообразная масса. Литьем по выплавляемым моделям получают отливки сложной конфигурации с толщиной стенки до 0,5 мм в основном из стали и жаропрочных сплавов, трудно обрабатываемых механическим способом.

Преимущества литья по выплавляемым моделям: возможность изготовления отливок из сплавов, не поддающихся механической обработке; получение отливок с точностью размеров до 4-го класса и шероховатостью до 6-го класса чистоты, что в ряде случаев устраняет механическую обработку; возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей.
Литье по выплавляемым моделям можно использовать в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства. Экономические показатели этого способа, рациональность его применения зависят от номенклатуры отливок. Наиболее целесообразно изготовлять этим способом мелкие, но сложные по конфигурации отливки, а также крупные отливки, к которым предъявляются высокие требования по точности размеров и чистоте литой поверхности, отливки из труднообрабатываемых сплавов.
Выплавляемые модели для литья изготавливают из смеси или сплавов легкоплавких материалов, чаще всего органического происхождения. В качестве исходных материалов используют парафин, стеарин, церезин, буроугольный воск, торфяной битум, канифоль, полистирол, полиэтилен, этилцеллюлозу, жирные кислоты, озокерит и др.
Модельные составы должны обладать определенными свойствами: 1) температурой плавления 60-100° С, температурой начала размягчения выше температуры рабочего помещения на 35-45° С; 2) минимальной и стабильной линейной усадкой, минимальным объемным и линейным расширением; 3) хорошей жидкотекучестью; 4) достаточной прочностью и твердостью для предохранения от повреждения поверхности моделей; 5) минимальной зольностью и неприлипаемостью к поверхности пресс-форм, инструменту и рукам рабочего; 6) химической инертностью по отношению к материалам пресс-форм и огнеупорных покрытий; 7) не выделять вредных паров при нагревании и сгорании; 8) возможностью многократного использования; 9) хорошей смачиваемостью облицовочным составом; 10) дешевизной исходных материалов. Основным способом изготовления выплавляемых моделей для литья является запрессовка пастообразного состава в рабочую полость пресс-форм, что обеспечивает лучшую точность и чистоту поверхностей моделей.
Эту операцию выполняют на установке, на которой приготовление пасты из жидкого расплава и запрессовка модельной массы в пресс-формы производятся автоматически. После затвердевания модельного состава пресс-форма автоматически раскрывается, модель выталкивается в ванну с холодной водой, откуда по водяному конвейеру направляется на участок сборки моделей. Готовые модели осматривают.
Модели хранят либо в холодной проточной воде, либо в термостатах. Одновременно с изготовлением модели отливки изготавливают модели элементов литниковой системы: стояка и воронки.
К качеству металла отливок при литье по выплавляемым моделям предъявляются те же требования, что и к отливкам, получаемым другими способами. Поэтому металл из любого плавильного агрегата может быть использован и для литья по выплавляемым моделям. Плавка металла для заливки форм осуществляется по обычной технологии.
После охлаждения форм производят выбивку отливок на специальных установках (пневматических) с поворотом опок на 180°, для того чтобы из опоки высыпался наполнитель. Отделение отливок от литников осуществляется следующими способами: 1) на вибрационных установках; 2) продавливанием стояка с отливками через обрезной штамп; 3) отрезкой ножовками, дисковыми пилами, фрезами и на шлифовальных станках; 4) отрезкой прибылей, а иногда и стояка газовыми горелками; 5) анодно-механической резкой.
Для очистки отливок от керамической оболочки широко используют выщелачивание: в нагретую до 140° С ванну с 50%-ным раствором КОН погружают детали в специальных корзинах; керамическая оболочка, взаимодействуя со щелочью, разрушается.
Остатки литников зачищают на наждачных станках или зачистных полуавтоматах.

Литье по выплавляемым моделям по существу является усовершенствованным способом, применявшимся в древние времена для литья художественных и ювелирных изделий по восковым моделям.
Точность размеров изделий, полученных литьем по выплавляемым моделям большого значения не имела. Литье по восковым моделям использовалось также для изготовления изделий сложной конфигурации без применения трудоемких операций механической обработки.
По сравнению с обычным литьем в песчаные формы литье по выплавляемым моделям имеет следующие преимущества:
1. Высокая чистота поверхности и получение точности размеров отливок в пределах 4 - 5-го классов по ОСТ 1010, ОСТ 1024 и ОСТ 1025.
2. Применение литых деталей без механической обработки, в том числе из сплавов, не поддающихся обработке резанием.
3. Изготовление деталей сложнейшей конфигурации с толщиной стенок до 0,3 мм.
4. Возможность разделения технологического процесса на простые операции, легко поддающиеся механизации и автоматизации.
5. Гибкость технологического процесса, позволяющая быстро наладить производство новых изделий.
6. Минимальный расход металла на отливку.

Точность и чистота поверхности отливок, изготавливаемых литьем по выплавляемым моделям, зависит от следующих факторов:
1) способов получения и состояния поверхности пресс-формы (литая, механически обработанная, шлифованная, хромированная и т.д.);
2) конструкции пресс-форм (с механизацией соединения частей пресс-формы и без механизации);
3) вида применяемых модельных составов и методов получения легкоплавких моделей (свободной заливкой модельного состава или запрессовкой пасты);
4) размеров зерен кварцевого песка в первом слое керамического покрытия;
5) методов выплавления модельного состава из керамических оболочек (водой, паром, воздухом) и режимов прокалки последних (оптимальные, ускоренные);
6) толщины стенок отливки (с увеличением толщины возрастает возможность образования пригара);
7) химического состава материала отливки.

Чистота поверхности отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, должна соответствовать 2 - 6-му классам ГОСТа 2789-59.
Целесообразный объем производства литья по выплавляемым моделям зависит от затрат на изготовление пресс-форм, которые при изготовлении малой партии отливок могут не окупиться. Процесс изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям состоит из следующих укрупненных технологических операций:
1. Разработка чертежа детали и технологической документации.
2. Изготовление технологической оснастки.
3. Изготовление выплавляемых моделей отливки и литниковой системы.
4. Контроль качества моделей и сборка их в блоки.
5. Приготовление огнеупорного покрытия моделей.
6. Нанесение огнеупорного покрытия на поверхность блока моделей и сушка их.
7. Изготовление и прокалка формы.
8. Выплавка металла и заливка форм.
9. Выбивка, обрезка, очистка и термообработка отливок.
10. Контроль качества и приемка отливок.

От положения детали при заливке формы в значительной степени зависит плотность отливки. Компенсацию объемной усадки стали в процессе ее затвердевания можно обеспечить соответствующим устройством прибылей и питающей литниковой системы. Поэтому при разработке технологического процесса изготовления отливки нужно выбрать такое положение детали при заливке, при котором обеспечивались бы условия питания отливки при минимальном расходе металл на прибыли. При этом следует руководствоваться общими указаниями по разработке технологического процесса изготовления стальных отливок с малыми толщинами стенок. Весьма эффективным является питание отливки жидким металлом, сосредоточенным в литниковой системе.

В идео:

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

Преимущества метода

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

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

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

Недостатки литья по выплавляемым моделям

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

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

Технология

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

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

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

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

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

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

Модельные составы

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

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

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

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

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

Изготовление пресс-форм

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

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

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

Изготовление моделей и блоков

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

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

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

Изготовление формы

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

Песчано-глиняные смеси (ПГС).
Оболочковые.

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

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

Литье в землю

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

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

Литья в ПГС состоит из следующих фаз:

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

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

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

Применяют два подвида:

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

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

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

Литье в оболочковые формы

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

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

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

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

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

Дополнительные плюсы метода:

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

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

Точное литье

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

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

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

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

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

Оборудование

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

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

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

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

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

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

под низким давлением;
центробежного;
обычным гравитационным способом.

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

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

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.