Технология художественного литья

УДК 672.13(075.8) С42

Рецензенты:

канд. техн. наук, проф. В.Н. Шишляев (Пермский государственный технический университет);

чл.-корр. Российской академии Космонавтики им. К.Э. Циолковского, канд. техн. наук В.А. Дубровский

(ОАО «Протон-ПМ»)

Скамьянова, Т.Ю.

С42 Технология художественного литья: учеб, посо­

бие / Т.Ю. Скамьянова. - Пермь: И зд-во Перм.

гос. техн. ун-та, 2008. - 43 с.

ISBN 978-5-398-00135-8

Представлены технологические процессы изготовления юве­ лирных, кабинетных, статуарных отливок, в том числе современный способ литья колоколов.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по специальностям 150204 «Машины и технология литейного произ­ водства» и 261001 «Технология художественной обработки материа­ лов», а также для всех, кто интересуется художественным литьем.

УДК 672.13(075.8)

1.гипс

1.1.Свойства гипса

Широкому распространению литья по выплавляе­ мым моделям цветных и черных металлов до некоторой степени препятствует значительная трудоемкость полу­ чения модельной оснастки. Гипсовую модельную осна­ стку можно изготовить значительно быстрее, чем деревян­ ную или металлическую. Применяют гипсовую оснастку в основном в мелкосерийном и опытном производстве. На изготовление металлических пресс-форм средней слож­ ности затрачиваются сотни часов машинного времени. Для изготовления гипсовых пресс-форм очень сложных очертаний необходимо 40-50 часов, простую пресс-форму можно выполнить за 3-8 часов. Стоимость гипсовых пресс-форм в несколько раз меньше стоимости металли­ ческих, получаемых механической обработкой. Гипсовая оснастка значительно легче металлической. Небольшая масса гипсовой пресс-формы или стержневого ящика об­ легчает их сборку и разборку.

Гипс (от греческого gypsos - мел, известь) - минерал, водная сернокислая соль кальция CaS0 4 x2 H20 ; встречает­ ся преимущественно в виде сплошных зернистых (але­ бастр) и волокнистых (селенит) масс, а также различных кристаллических групп. Чистый гипс бесцветен и прозра­ чен, при наличии примесей имеет серую, желтоватую, ро­ зоватую, бурую и другие окраски. Твердость по минерало­ гической шкале 1,5; плотность 2300 кг/м3; растворимость 2,05 г/л при 20 °С (наибольшая - между 32 и 41 °С). Часть месторождений гипса находится Пермской области.. Мине­

рал широко применяется не только как вяжущий материал, но и для изготовления гипсокартона; как поделочный (се­ ленит) и облицовочный камень; в производстве красок; для гипсования почвы; в медицине. Гипсовые изделия хорошо поддаются тонировке и раскраске.

Различают два сорта гипсастроительный и высоко­ прочный. Модели и оснастку изготовляют только из высоко­ прочного гипса, поскольку по свойствам с ним не может сравниться ни один из известных вяжущих материалов. Отличительная особенность высокопрочного гипса - бы­ строе нарастание прочности в первые часы твердения.

Прочность гипса зависит от многих факторов: избыт­ ка воды при затворении, продолжительности смешивания его с водой, наличия в нем двугидрата, примесей и др. На­ пример, при продолжительном перемешивании гипсовой массы может произойти «отмолаживание» гипса; при этом резко падает его прочность или гипсовая масса вообще не схватывается.

Для получения моделей и оснастки максимальной прочности добавляют 38-40 % воды по отношению к массе порошкообразного гипса. Максимальная прочность гипса достигается через семь суток. Нарастание прочности гипса происходит благодаря сушке гипсовой оснастки при тем­ пературе не выше 60 °С (чтобы не было обратной дегидра­ тации гипса).

Прочность затвердевших гипсовых моделей можно уменьшить, увлажняя модели, части модельных плит и стержневых ящиков. Гипсовые модели и оснастку ув­ лажняют, например, при ремонте, а также чтобы устранить прилипание выплавляемых моделей к частям гипсовых пресс-форм.

При изготовлении гипсовых моделей и оснастки исполь­ зуют различное состояние гипса. Этот материал может бьггь прочным, как камень, и иметь консистенцию густой пасты.

Пластичность гипса позволяет обрабатывать его тонкими дюралюминиевыми шаблонами, придавая гипсо­ вому тесту примерные очертания гипсовой модели. При этом ускоряется изготовление гипсовых моделей, посколь­ ку их основные контуры получают тогда, когда этот мате­ риал находится в пластическом состоянии.

Гипс является быстросхватывающимся вяжущим материалом, затвердевающим в течение 10-15 минут со времени его затворения.

Благодаря пористости даже у затвердевающего гип­ са при послойной обработке гипсовой модели шаблонами нижние слои поглощают влагу из верхних слоев.

Тонкость помола гипса значительно влияет на ка­ чество поверхности гипсовых моделей. При тонком из­ мельчении гипса не только получается гладкая поверх­ ность гипсовой оснастки, но происходит также неболь­ шой и равномерный ее износ. Тонкость помола гипса характеризуется остатком на сите 02 (918 отв/см2) не бо­ лее 2 % материала.

Недостатками гипса являются хрупкость (скалываемость) и ползучесть, т.е. появление неупругих деформаций при длительном хранении оснастки.

1.2. Гипсовые модели и оснастка

Преимущество применения гипсовых моделей и по­ лучения по ним литой гипсовой и металлической оснастки заключается в том, что в ее изготовлении по готовому чер­ тежу на изделие принимает участие главным образом один

специалистгипсомоделыцик, а также отчасти формов­ щик, в то время как для получения металлической оснаст­ ки нужно примерно 15 специалистов.

Для получения целой гипсовой модели ее отливают с помощью фальшивых стержневых ящиков. Под фаль­ шивым стержневым ящиком подразумевается временный стержневой ящик такого же профиля, как и рабочий. Фальшивый стержневой ящик готовят по модели целого или составного (из отдельных кусков) стержня. После удаления кусковой модели стержня из фальшивого стержневого ящика в него заливают гипс и получают це­ лую модель стержня. Таким же образом получают из кус­ ковой целую модельную плиту.

Если гипсовые модели получают с помощью шабло­ нов, вырезанием, то модельную оснастку (модельные пли­ ты, стержневые ящики, пресс-формы) получают только литьем из гипса.

2. ПОЛУЧЕНИЕ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

2.1. Использование резиновых пресс-форм

Заготовки ювелирных изделий и их деталей получают методом литья по выплавляемым моделям в следующей по­ следовательности: эталон модели, резиновая пресс-форма, восковая модель, отливка (рис. 2).

Эталоном модели (рис. 2, а) называется оригиналобразец будущей отливки. К эталону модели предъявляют­ ся следующие требования.

1.Материал для изготовления эталона не должен менять свои свойства, разрушаться в процессе вулкани­ зации резиновых пресс-форм, химически взаимодейство­ вать с резиной.

2.Класс шероховатости поверхности эталона дол­ жен быть не ниже требуемого для получаемых по нему отливок; раковины, царапины, вмятины на его поверхно­ сти недопустимы.

3.Размеры эталона должны превышать размеры го­ товой модели (на 5-6 %) с учетом общей усадки металла при затвердевании отливок и припуска на механическую обработку.

На предприятиях ювелирной промышленности для из­ готовления эталона обычно используют золото пробы 583, причем поверхность его покрывают родием для нейтрали­ зации действия азотной кислоты, выделяемой в процессе вулканизации.

Резиновые пресс-формы предназначены для полу­ чения восковых моделей отливок. Их изготавливают как из импортных, так и из отечественных сортов резины. Пресс-формы делятся на разрезные и разъемные.

В предложенной схеме рассматривается процесс изго­ товления разъемных пресс-форм. Опока основанием уста­ навливается на гладкую опорную поверхность и заполняет­ ся пластилином, в пластилин вдавливают (до половины) эталон модели (рис. 2, б). На первую опоку устанавливают вторую и заливают их водно-гипсовым раствором. Когда гипс затвердевает, опоки переворачивают, пластилин удаля­ ют, а освободившееся пространство заполняют небольшими кусочками сырой резины (рис. 2, в). Заготовки сырой мо­ дельной резины укладывают в металлическую обойму сле­ дующим образом. Мастер-модель с внутренними полостя­ ми, заполненными кусочками сырой резины, помещают на приготовленный слой. Остальные заготовки сырой резины укладывают сверху модели. Затем в обойму вставляют пу­ ансон. Эталон, как это видно на рис. 2, в, остается наполо­ вину в гипсе, в котором делаются углубления для возмож­ ности получения в дальнейшем выступов резиновой формы. Опоки устанавливают на вулканизационный пресс, на кото­ ром в течение 45-60 минут при температуре 150-160 °С производят вулканизацию кусочков резины (рис. 2, г). По­ ловина резиновой пресс-формы готова (рис. 2, д).

После вулканизации гипс разбивают и удаляют из опок, предварительно перевернув их. Резиновую пресс-форму тоже очищают, посыпают тальком и снова укладывают в нее эта­ лон. Затем опока устанавливается для заполнения кусочками сырой резины того пространства, которое до этого было за­ нято гипсом. Опоки вновь устанавливают на вулканизацион­ ный пресс для вулканизации резины второй части прессформы. После завершения вулканизации (рис. 2, е) эта­ лон отделяют от резиновой пресс-формы, последнюю извле­ кают из опок (металлических вулканизационных рам-обойм) и прорезают в ней литниковый канал (рис. 2, ж).