13.2.2. Литье по выплавляемым моделям и сущность метода

Литье в формы, полученные по выплавляемым моделям, с давних времен применяли для получения литых скульптур, украшений и т. д.

В промышленности для изготовления деталей машин и приборов этот прогрессивный способ получает все более широкое применение. Сущность способа состоит в том, что детали получают заливкой в неразъемные тонкостенные керамические формы, изготовленные с помощью моделей из легко плавящихся составов. Применение таких форм позволяет получать сложные по форме отливки из любых сплавов с повышенной точностью по размерам и частоте поверхности. Этот способ часто называют способом точного литья.

Модельные составы. Для изготовления моделей применяют различные легкоплавкие составы, например, ПС 50-50, который состоит из 50 % парафина и 50 % стеарина с температурой плавления около 55 градусов и хорошей жидкотекучестью.

Недостаток такого сплава в том, что он начинает размягчаться при 30…35 градусах.

ПСБ и ПЦТ в модельные составы обладают высокой прочностью и теплостойкостью, применяются в виде паст, что уменьшает время затвердевания моделей в пресс-формах. Однако повышенная вязкость требует увеличения мощности установок при их приготовлении и увеличения давления запрессовки модельного состава в пресс-формы.

Четырехкомпонентные составы Р-3 обладают высокой прочностью и теплостойкостью.

Модельные составы ПСЭ и ПЦЭ, содержащие до 15% этилцеллюлозы, имеют повышенную температуру размягчения, прочность в 1,5-2 раза выше по сравнению с прочностью составов ПС. Составы с этилцеллюлозой склонны к утяжинам, особенно в массивных частях модели. Модельные составы применяют в жидком состоянии и в виде пасты для тонкостенных, крупных моделей.

Изготовление моделей в массовом и крупносерийном производстве осуществляют запрессовкой состава, подогретого до пастообразного состояния, в стальные пресс-формы под давлением 3-5 ат.

В серийном производстве, где часто меняют номенклатуру деталей, вместо стальных применяют пресс-формы из алюминиевых сплавов, а так же более дешевые, но не долговечные пресс-формы из пластмасс, гипса и других материалов. Запрессовку модельных составов производят на пневматических, рычажных и других прессах или вручную.

Монтаж блоков моделей.

Мелкие модели собирают в блоки, приклеивая или припаивая их электропаяльниками к общей литниковой системе. Это дает значительную экономию металла и облегчает последующие операции изготовления керамических форм. В механизированных и автоматизированных цехах блоки из моделей собирают на специальных приспособлениях (металлических стояках-каркасах), что обеспечивает плотное соединение моделей без припаивания.

Формирование керамической оболочки на блоках.

Тонкая керамическая оболочка должна иметь высокую прочность и огнеупорность, хорошую податливость и газопроницаемость, обеспечивать высокую частоту поверхности отливок. Оболочка общей толщиной до 5-6 мм состоит из трех-восьми последовательно наносимых слоев. Для образования каждого слоя модель погружают в жидкую суспензию, затем обсыпают песком и сушат. Суспензия состоит из связующего – гидролизированного раствора этил силиката (70%), содержащего 40-50% оксида кремния и пылевидного кварца (30%).

Разработаны и другие связующие, например, растворы с низким содержанием оксида кремния и добавками поверхностно-активных веществ. Применение жидко стекольных суспензий ухудшает качество поверхности отливок. Для первого слоя целесообразно применять мелкозернистый песок, для последующих слоев – крупнозернистый с целью повышения газопроницаемости оболочки и снижения стоимости материала. В обычном кварцевом песке при прокаливании происходят полиморфные превращения, что может привести к образованию трещин и деформации оболочки. Значительно более качественным в этом отношении являются плавленый кварц, корунд и другие материалы.

Сушку проводят на воздухе после нанесения каждого слоя в течение 2-4 часов. Её можно ускорить, используя пары аммиака. При сушке в псевдокипящем слое силикагеля её продолжительность резко сокращается (до 3-5 минут) при одновременном улучшении качества оболочек. Окончательное затвердевание оболочек происходит при прокаливании.

Выплавление моделей из керамических форм производят различными способами. Легкоплавкие парафина-стеариновые составы обычно удаляют в ваннах с горячей водой. Этот способ технически прост и обеспечивает возврат модельного состава до 90-95%. Его недостаток состоит в том, что при увеличении продолжительности пребывания в воде понижается прочность оболочек на этилсиликатном связующем.

Более тугоплавкие модельные составы выплавляют горячим воздухом, иногда паром.

Эффективным является новый способ удаления моделей в высококипящих жидкостях, например, полигликолях при 200-250 градусах. При этом не только значительно сокращается время выплавки, но и улучшается качество оболочки.

Формовку оболочек проводят для упрочнения, чтобы не происходило их деформирования и разрушения при заливке. Для этого оболочковые формы устанавливают в опоки или в жакеты и засыпают песком или другими формовочными материалами, уплотняя их на вибростолах, для этой же цели можно использовать жидкие самотвердеющие смеси.

Прокаливание оболочковых форм до 900-1000 градусов проводят для удаления остатков модельных составов, газотворных веществ из материала оболочки, завершения процессов её твердения. Кроме того, нагревание формы обеспечивает лучшее заполнение при заливке.

Заливка, выбивка и очистка отливок.

Заливку обычно проводят в горячие формы сразу же после их прокаливания. С повышением температуры нагрева формы до 1200-1250 градусов во многих случаях уменьшается усадочная пористость и повышается качество отливок. Заливку особо ответственных изделий ведут с применением фильтров.

Керамическая оболочка легко отслаивается и удаляется при выбивки опок на вибрационных решетках. Остатки оболочки, в частности в полостях и отверстиях, удаляют кипячением отливок в щелочных растворах с последующей промывкой горячей водой.

На ряде отечественных заводов работают автоматические линии, включающие установки для изготовления модельного состава, нанесения суспензии и т.д. Автоматизация обеспечивает экономическую эффективность указанного способа литья, особенно в условиях массового производства.

Особенности способа и области применения.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме литых деталей из любых сплавов с повышенной точностью и чистотой поверхности. При его применении значительно уменьшается, а в ряде случаев исключается механическая обработка деталей. Вмести с этим, технологический процесс является продолжительным и технически сложным, требует расхода дорогих материалов. Стоимость одной тонны отливок в несколько раз больше, чем в других способах литья. Наиболее часто этим способам получают небольшие отливки. Литье по выплавляемым моделям применяют при массовом производстве мелких, сложных, тонкостенных отливок. Для некоторых труднообрабатываемых жаропрочных магнитных и других сплавов с особыми свойствами получение точных отливок по выплавляемым моделям является единственным способом изготовления изделий. Одним из направлений в развитии точного литья является применение взамен легковыплавляемых моделей, легкорастворимых и газифицируемых моделей.

Легкорастворимые модели делают из различных составов, например, на основе мочевины с добавками полиэфирного спирта, легко растворяющихся в воде. Такие модели в некоторых случаях обеспечивают более высокое качество отливок, чем применение выплавляемых моделей.

Литье по газифицируемым моделям – новый, прогрессивный способ точного литья. Модели, изготовленные из вспененного полистирола, из формы не удаляют. Они газифицируются (разлагаются) во время заливки сплава. Такой способ значительно упрощает и удешевляет формовку, обеспечивает высокое качество литья. Экономическая эффективность такого способа особенно значительна, особенно значительна в производстве крупных сложных отливок.