2.9 Изготовление литейной формы

Художественная отливка «Золотая антилопа» формуются в жидконаливную формовочную смесь на гипсовом вяжущем. Гипсовые формы обладают следующими достоинствами по сравнению с формой на этилсиликатном связующем: низкой теплопроводностью и теплоаккумулирующей способностью, высокой технологичностью и простотой изготовления.

Для изготовления литейной формы применим основные материалы, которые определяют основные свойства формы, чистоту поверхности и точность размеров: песок, гипс, асбест. Асбест и песок – наполнители, они придают газопроницаемость, податливость и прочность.

В художественном литье очень широко применяется гипс для изготовления моделей, форм, подмодельных плит и т.д. Для сложных форм с большим количеством поднутрений используют эластичные материалы: клей, формопласт, виксинт. Для разъединения поверхностей гипс – гипс; гипс – металл; гипс – модельная масса и т. п. применяются смазки.

Гипс (CaSO₄ · 2H₂O) получают в результате обжига природного гипсового камня и его последующего измельчения. По степени измельчения различают гипс грубого (I), среднего (II) и тонкого (III) помола.

Применение гипса основано на «схватывании» смеси гипса и воды. Эту смесь называют гипсовым тестом или гипсовым раствором. В зависимости от количества гипса на 1 литр воды получают растворы разной консистенции: 1,4 кг гипса – жидкий раствор; 1,5 кг гипса – средний раствор; 2,0 кг гипса – густой раствор;

Смешивание гипса с водой производят следующим образом: в посуду, обычно деревянную или эластичную (половина резинового мячика) наливают воду, а затем засыпают гипс при непрерывном перемешивании. При обратном процессе приготовления раствора (в гипс вливают воду) высока вероятность появления комков. Большие порции раствора перемешивают деревянными мешалками (шумовками) или металлическими пропеллерами, прикрепленными к электродрелям с малым числом оборотов.

В таблице 8 показано, что по времени схватывания гипс делится на классы А, Б, В.

Выпускается гипс различных марок – от Г2 до Г25. Цифра в обозначении марки показывает _сж [МПа] (10 МПа = 1 кг/см²) среднего раствора после полного схватывания. Для ускорения схватывания гипсового раствора на 1 литр воды добавляют 5 г алюминиевых квасцов KAl(SO₄)₂, вместо квасцов возможно добавление 1 ÷ 2 г поваренной соли.

Таблица 8 - Классификация гипса в зависимости от времени схватывания

В минутах

Класс	Время после смешивания
	начало схватывания	окончание схватывания
А	2	15
Б	6	20
В	20	не нормируется

Для замедления схватывания в воду добавляют слабый раствор столярного клея, который также увеличивает прочность после твердения. В процессе твердения гипсовое тесто расширяется и нагревается. Это вызывает коробление изделий. Чтобы снизить склонность к короблению, рекомендуется разводить гипс в известковой воде, которую приготавливают из гашеной извести или известкового теста. Добавление буры до 5 г на 1 л воды также снижает коробление изделий и замедляет схватывание гипсового раствора. Если в твердеющее гипсовое тесто добавлять воду и размешивать, оно «омолаживается» - перестает твердеть и теряет прочность. Хранение гипса более 3-х месяцев приводит к ухудшению схватываемости и потере прочности на 25  50 %. Работать с гипсом следует при температуре не ниже + 16 ºС. Замерзшие гипсовые изделия после нагревания обычно самопроизвольно разрушаются.

Асбест является армирующей добавкой, его использование уменьшает вероятность образования трещин, следовательно, повышается прочность литейных форм.

При изготовлении форм применяли формовочный кварцевый песок марки 0315К2О3 – 50 %, маршаллит – 50 %.

Перед смесеприготовлением тщательно подготавливают и взвешивают все компоненты смеси.

Асбест сушат и размалывают в шаровой мельнице с последующим просеиванием через мелкое сито.

Гипс и все остальные компоненты твердой фазы также просеивают через сито для отделения крупных фракций и примесей, оптимальный размер частиц гипса должен составлять не более 100 мкм. Чем больше гипса в смеси, тем выше будет прочность и больше усадка в процессе сушки и прокалки. При увеличении содержания гипса прочность формы увеличивается. Для изготовления качественной отливки в литейных формах с огнеупорным наполнителем необходимо использовать смеси с минимальным содержанием гипса, обеспечивающим прочность формы без излишнего запаса на всех этапах технологического процесса.

Вода используется для получения наливной жидкоподвижной самотвердеющей формовочной смеси. Водомассовое соотношение В/Г – отношение массы воды к массе сухой смеси, влияет на характеристики полученных форм. Чем больше воды в формовочной гипсовой смеси, тем ниже её прочность. Различные сорта гипса имеют максимальный и минимальный пределы содержания воды. При превышении максимального уровня воды гипсовая масса становится не пригодной.

На свойства гипсовых форм большое влияние оказывает температура воды и время перемешивания формовочной смеси.

Форма в сборе показана на рисунке 8.

Рисунок 8 – Эскиз литейной формы для отливки художественной композиции «Золотая антилопа»

Для повышения прочности форм необходимо использовать воду, подогретую до температуры 50 С, перемешивание вести не более 1 ÷ 3 минут.

Приготовленную формовочную смесь заливают в модельную оснастку внутрь опок по краям, так как при интенсивном гипсовом потоке хрупкие модели могут отломиться, формируем болван.

После формовки литейные формы отправляют в термическую печь для выплавления модельно состава и прокаливания формы.

2.10 Литейная оснастка

Для изготовления данной отливки применяем стальную, сварную опоку. Размеры опоки следующие:

- высота опоки Н = 325 мм;

- ширина опоки В = 140 мм;

- длина опоки 250 мм.

2.11 Выплавление модельного состава

В практике существует несколько способов выплавления модельного состава из форм: 1) в ваннах с горячей водой; 2) с помощью подогретого воздуха или пара, направляемого в литниковую чашу оболочки модельного блока; 3) нагретым модельным составом и в печах, применяемых для прокаливания форм. Последний чаще используют не как способ выплавления, а как способ выжигания, так как модельный состав при этом не только расплавляется, но и выгорает.

В зависимости от размера формы и типа модельного состава модели могут выплавляться непосредственно из корочки огнеупорного покрытия или из форм, приготовленных для прокаливания.

В производстве художественного литья наиболее часто применяют способ выплавления модели в ваннах с горячей водой. Преимущества этого способа следующие:

• Возможность более полного (на 80  95 %) использования выплавляемого модельного состава для изготовления моделей и литниковой системы (многократное использование).

• При выплавлении моделей в ваннах с горячей водой модель­ный состав начинает плавиться у стенок формы раньше, чем вся остальная масса, что дает возможность остальной части модели свободно расширяться при нагревании, не оказывая давления на форму.

• Появляющийся на внутренней поверхности формы после выплавления модели (от взаимодействия этилсиликата со стеарином поверхностного слоя модели) белый налет—«пепел» при выплавлении моделей в водяных ваннах легко смывается горячей водой.

Для выплавления моделей горячей водой модельные блоки устанавливают в специальное приспособление — комплектодержатель литниковой чашей вверх и погружают в ванну t с температурой воды 85 ÷ 90 °С. Через 1 ÷ 2 мин после погружения модельного блока в ванну металлический стержень стояка прогревается и освобождается от слоя модельного состава; после чего стержень удаляют для дальнейшего использования, а модельный блок продолжают выдерживать до полного выплавления из форм: модельного состава. При этом модельный состав, будучи легче воды, поднимается из формы (в виде капелек) на поверхность воды в ванне и по мере скопления в ней сливается в отделитель 3 модельного состава, расположенный сбоку ванны. После выплавления моделей комплектодержатель с формами вынимают из ванны. Керамические формы вынимают из приспособления, сливают из них воду и не менее двух раз промывают их внутреннюю поверхность горячей водой. Промытые керамические формы устанавливают на стеллажах для сушки. Сушку производят в течение 3 часов при температуре 20 ÷ 25 °С.

Восстановление выплавленного модельного состава. В процессе выплавления модельного состава свойства стеарина ухудшаются, он омыляется и становится хрупким, модели при этом получаются с шероховатой поверхностью. Для восстановления) прежних свойств выплавленный парафино-стеариновый модельный состав подвергают специальной обработке (восстановлению). Для этого в ванну из коррозионно-стойкой (нержавеющей стали) заливают 5 %-ный водный раствор соляной кислоты. Плотность 1,19 г/см³. Раствор нагревают до 70 ÷ 80 °С и загружают в него предназначенный для восстановления модельный состав. В ванне раствор доводят до кипения и кипятят в течение 25 ÷ 30 мин. На грев ванны прекращают, раствор с возвратом отстаивают в течение 20 мин. Затем обработанный возврат спускают через кран и разливают в форму для охлаждения.

Если после выплавки модельного состава литейная форма не успевает охладиться перед прокалкой, то снижается вероятность растрескивания форм, при котором формы разупрочняются, повышается осыпаемость форм, что нередко ведет к появлению засоров в отливке.

Перед постановкой форм в нагревательную печь выполняют следующие операции:

- торец стояка очищают;

- литейные формы устанавливают на поддон чашей вниз;

- поддон с формами устанавливают в печь;

- формы выдерживают в печи 2 ÷ 3 часа при температуре 150 ÷ 200 °С;

-поддон из-под литейных форм убирают и начинают прокалку