Контрольные вопросы к разделу 1.1

1. Какие материалы используют при изготовлении эластичных прессформ?

2. Какой основной компонент входит в состав формовочных резин?

3. В каком виде поставляются формовочные резины?

4. Что такое мастер-модель?

5. Из какого материала изготавливается мастер-модель?

6. Технология изготовления мастер-модели?

7. Какие приспособления и оборудование используются при вулканизации эластичных пресс-форм?

8. Что такое степень вулканизации?

9. Какие факторы влияют на степень вулканизации?

10.Как определяется время вулканизации?

11. Какие материалы используются для получения выплавляемых моделей?

12. Какие отливки можно получать при использовании выплавляемых моделей?

13. Какие факторы влияют на качество выплавляемых моделей?

14. Что такое облой при литье по выплавляемым моделям?

15. Какое оборудование используется для изготовления выплавляемых моделей?

16. Какие факторы определяют, какую температуру должен иметь модельный состав при инжектировании?

17. Как влияет давление при инжекции на качество выплавляемых моделей?

18. Что такое блок-модель и из каких элементов она состоит?

19. Технология изготовления блок-модели?

20. Какой инструмент используется для сборки блок-модели?

21. Какие материалы используют для изготовления монолитных литейных форм?

22. Что такое кристобалит?

23. Почему нельзя применять традиционную технологию литья по выплавляемым моделям (использование слоистых оболочек) в ювелирном производстве?

24. Какими свойствами должна обладать суспензия для изготовления монолитных литейных форм?

25. Какие операции включает в себя цикл изготовления монолитных литейных форм?

26. Какими способами можно производить удаление модельного состава из монолитных литейных форм?

27. Какими свойствами должна обладать монолитная литейная форма, подготовленная к заливке?

28. Какая максимальная температура прокалки монолитных литейных форм?

29. Какие факторы влияют на показатель вязкости формовочной суспензии?

30. Какое оборудование используется для изготовления монолитных литейных форм?

31. На сколько групп делятся ювелирные изделия по используемым материалам?

32. Как классифицируются кольца по сложности их изготовления?

33. Какими инструментами определяется размер кольца?

34. В каких единицах измеряется размер кольца?

35. Каким образом классифицируют ювелирные изделия?

36. Какие драгоценные металлы используют для изготовления ювелирных изделий?

37. Какие неметаллические материалы используют для изготовления ювелирных украшений?

38. Какие металлические материалы используются в ювелирной промышленности?

1.2. Способы и методы литья Лекция 5

1. Методы приготовления расплавов из драгоценных металлов.

2. Основные факторы, влияющие на качество расплавов и потери металлов при плавке, их взаимосвязь.

3. Установление качественной и количественной взаимосвязи между величиной металлургических угаров и основными теплофизическими свойствами расплавов.

В плавильно-литейном производстве драгоценных металлов и сплавов известны разнообразные методы приготовления расплавов, различающиеся по условиям выбора и подготовки шихтовых материалов к плавке, по методикам составления и расчета шихт, по порядку загрузки компонентов шихт в плавильные печи, по условиям и температурно-скоростным режимам их плавки, а также различающиеся по признакам конструктивного оформления основного оборудования.

Главным в построении методов плавки являются технологические признаки. Что же касается признаков конструктивного оформления оборудо­вания (печи дуговые, индукционные и т. п.), то, хотя они и приняты в научной и технической литературе при составлении классификации методов плавки как решающие признаки, все же таковыми не являются, так как не опреде­ляют сущности процессов.

Исходя из основных технологических признаков – выбора^: и подготовки шихтовых материалов, методики составления и расчета шихт, температурно-скоростных режимов их плавки и взаимодействия при плавке с твердыми, жидкими и газообразными веществами в рабочем пространстве печей, определяющих сущность процесса приготовления и качество приготовляемых, расплавов, а также учитывая конструктивные особенности основного, оборудования для плавильных работ, можно рекомендовать для практического применения следующую классификацию методов, приготовления расплавов драгоценных металлов и их сплавов отвечающую современным воззрениям на теорию и практику металлургического производства литых полуфабрикатов и заготовок из этих металлов и сплавов. Все методы приготовления расплавов драгоценных металлов и их сплавов классифицированы на две группы: первая охватывает и характеризует методы приготовления однокомпонентных, а вторая – методы приготовления двух и более компонентных расплавов.

Методы приготовления расплавов в производстве полуфабрикатов и заготовок драгоценных металлов и их сплавов, как на основе серебра и золота, так платины и металлов платиновой группы должны обеспечивать: получение расплавов высокого качества и минимальные потери драгоценных и других металлов от угара при их расплавлении; минимальную продолжительность плавки; минимальный, расход энергии, футеровочных и других материалов на единицу расплавляемой шихты; простоту и гигиеничность обслуживания; широкую возможность их применения при минимально потребной производственной площади. Кроме того, применение того или иного метода приготовления расплавов зависит от объема производства, характера, состава, свойств и назначения шихты, наличного парка плавильно-литейного и прокатно-прессового оборудования, обеспеченности производства электроэнергией, и других факторов.

Приготовление расплавов металлов и их сплавов – одно из наиболее сложных производств, состоящих из комплекса процессов. Сложность данного производства в многообразии факторов, определяющих его процессы, многопозиционной взаимозависимости этих факторов друг от друга и исключительном разнообразии форм и механизмов, их проявления применительно к каждому конкретному сочетанию материалов, конструктивному и технологическому оформлению оборудования и приспособлений, применяемых в этом производстве, а также из того, что действие большинства этих факторов проявляется в условиях высоких температур и скоростей.

Опыт работы плавильно-литейных производств, драгоценных металлов и их сплавов показывают, что для этих производств наибольшее значение имеют следующие факторы.

Достоверность химического состава шихтовых материалов.

Этот фактор решает правильность составления шихт и обеспечивает получение заданных составов приготовляемых расплавов, так как, если взятые для составления и расчета шихт их составляющие имеют фактически иной химический состав чем указываемого в паспортах на них, то неизбежно получение расплавов иных составов против расчетных, а следовательно, и выход в брак по несоответствию химического состава отливаемых из данных расплавов полуфабрикатов. Устранение брака, если оно вообще возможно в условиях данного предприятия, сопряжено со 100%-ным повторением всех затрат производства, включая повторные потери металлов. Поэтому данному фактору следует уделять особое внимание. Для этого необходима организация входного контроля шихтовых материалов и обязательность контроля точности работы химической лаборатории.

Достоверность химического состава вспомогательных материалов

Этот фактор, как и предыдущий, имеет прямое отношение к получению качественных по химическому составу приготовляемых материалов. Он распространяется на все применяемые при плавке шихт материалы, непосредственно соприкасающиеся с шихтами и расплавами: огнеупоры, из которых изготовляются рабочие футеровки плавильных печей (плавильные тигли) и плавильные приспособления, защитные среды, защитные покровы защитно-рафинировочные флюсы, а также раскислители. Если фактический состав данных материалов не соответствует указанному в паспортах, то их применение может привести как к изменению химического состава приготовляемых расплавов (загрязнению их вредными примесями), так и повышенной загазованности расплавов, их окислению, повышенным угарам компонентов и как следствие к браку отливаемых отливок и слитков по химическому составу, пористости, окисным включениям и другим дефектам,

При этом, если брак по химическому составу отливок выявляется непосредственно в плавильно-литейном производстве и, следовательно, сопряжен со 100%-ными затратами на его исправление, то брак по металлургическим дефектам многих других видов выявляется, в основном, лишь на промежуточных и особенно конечных стадиях общего цикла производства полуфабрикатов и изделий, а следовательно, сопряжен с затратами и потерями металлов, во много раз большими, чем исправление забракованных отливок.

Кроме того, применение несоответствующих вспомогательных материалов вообще недопустимо по условиям технической безопасности работ, так как может привести к авариям и травматизму работающих.

Поэтому данному фактору также следует уделять особое внимание и принимать меры, гарантирующие невозможность пропуска в производство несоответствующих указанному составу вспомогательных материалов (входной контроль).

Степень чистоты (степень загрязнения) шихтовых и вспомогательных материалов

Под этим фактором следует понимать не только паспортные данные о химическом составе шихтовых и других материалов, характеризующих степень чистоты по данным общего опробования и аттестации, но также и степень их внутренней и поверхностной загазованности и степень чистоты их поверхности по загрязнениям иного характера, которые обычно не учитываются результатами общих опробований химического состава. Между тем многие шихтовые, а также другие материалы могут содержать и, как правило, содержат газовые и иные загрязнения. Все эти загрязнения могут существенно влиять на ход плавки и качество расплавов, обусловливать их насыщение газами, другими вредными примесями и окисными включениями, увеличивать металлургические угары компонентов и приводить, в конечном счете, к металлургическому браку отливаемых заготовок, слитков и изготовляемых из них других полуфабрикатов, а также изделий.

Компактность и габаритность шихтовых материалов

Этот фактор имеет различное толкование и значение. Прежде всего, он характеризует шихтовые материалы с позиции развитости их поверхности, а следовательно, дает возможность оценивать качественно, насколько сильно могут быть загрязнены шихтовые материалы адсорбированными ими влагой, различными газами, смазками и другими веществами и какой метод очистки следует применить для подготовки этих материалов к плавке. Кроме того, этот фактор характеризует шихтовые материалы с позиции возможности их плавки в имеющемся или в выбираемом для приготовления данных расплавов оборудовании без защиты или с защитой от окисления. Например, при небольшом объеме плавильных тиглей крупногабаритные шихтовые материалы могут либо не поместиться в них, либо значительно выступать за пределы тиглей, что не даст возможности осуществления плавки вообще или плавки с надлежащей защитой шихт от окисления, если шихтовые материалы не будут порезаны на куски меньших размеров. Кроме того, не безразлично, какой размер кусков имеет шихта, даже если она компактна и габаритна относительно тигля. Этот фактор имеет большое значение, в частности для индукционных тигельных печей, где для эффективного их использования, а также осуществления быстрого расплавления шихты с минимальными потерями металлов имеются определенные ограничения на габаритность шихтовых материалов.

Степень освежения шихтовых материалов и пропорции составления шихт из шихтовых материалов различного происхождения

Данный фактор имеет большое значение для производства рас­плавов повышенной, высокой и особой степени чистоты, а также для расплавов, предназначенных для литья обрабатываемых давлением слитков, так как установлено практикой, возвращаемые в оборот отходы собственного производства известного состава всегда обогащены примесями относительно первичных металлов и степень загрязнения многократно обращаемых шихтовых материалов непрерывно возрастает. Что приводит, в конечном счете, к снижению способности обработки давлением отливаемых слитков, браку прокатно-тянутых полуфабрикатов из-за различных видов металлургических дефектов, связанным с этими примесями, потерям металлов и другим последствиям. Поэтому учет данного фактора при разработке технологических процессов производства расплавов и их исполнении обязателен.

Особенности физико-химических свойств металлов и других элементов, входящих в состав шихт в разных состояниях и в присутствии различных сред, огнеупоров, защитных покровов, флюсов и раскислителей

Этот фактор – основной для построения технологических процессов приготовления расплавов любых металлов и сплавов, потому что, только исходя из значения физико-химических свойств компонентов шихт, знания закономерностей изменения этих свойств в различных состояниях компонентов и их взаимодействия между собой и с другими веществами (огнеупорами, средами, покровами, флюсами, раскислителями) можно правильно рассчитать шихты по составу входящих в них компонентов, правильно выбрать для плавки и подготовить к работе соответствующее оборудование, огнеупоры, защитные среды, защитные покровы, защитно-рафинировочные флюсы и раскислители, правильно определить порядок загрузки, последовательность, температурно-скоростные режимы плавки шихтовых материалов и другие условия приготовления расплавов. Поэтому учет данного фактора –основа производства расплава любого металла и сплава.

Точность расчета шихты по выходу годного продукта, содержанию компонентов и примесей с учетом неравномерности их угара.

Этот фактор имеет решающее значение для обеспечения заданного состава расплавов и отливаемых полуфабрикатов и заготовок. Поэтому выбору метода расчета шихт и метода определения угаров различных компонентов, входящих в состав различных шихт, следует уделять особое внимание.

Следует отметить, что далеко не все известные методы расчета шихт обеспечивают точность расчета не только по выходу годного продукта и по содержанию примесей, но и по содержанию компонентов в шихте и в готовом продукте, поскольку они не учитывают различия в неравномерности угара разных компонентов, степени обогащения расплавов примесями, а также общего угара шихты в целом при плавке и литье расплавов.

По характеру все потери металлов и сплавов при плавке и литье можно разбить на две категории:

1. Потери со шлаками, флюсами, защитными покровами, футеровками печей (тиглями), другими неликвидными металлсодержащими отходами, из которых металлы в случае экономической целесообразности, можно частично извлечь дополнительной переработкой на данном или других производствах.

2. Потери, связанные с угаром (металлургический угар) вследствие испарения, летучести и др. Эти потери составляют разность между количеством загружаемых металлов (сплавов) в плавку и всеми реально ощутимыми продуктами их переработки.

Ввиду различия физико-химических свойств, драгоценных металлов, а также отличия их от других металлов, входящих в состав их сплавов, потери разных металлов на угар при плавке и литье неодинаковы и могут отличаться по величине в десятки раз. Это необходимо учитывать при расчете и составлении шихт.

Анализ и изучение потерь металлов показывают, что потери драгоценных и других металлов, входящих в их сплавы, на угар и неликвидные металлсодержащие отходы при плавке и литье зависят от следующих факторов:

1. степени сродства металлов и сплавов к кислороду (теплоты образования окислов) – чем она больше, тем больше интенсивность окисления и потери металлов на угар и в неликвидные металлсодержащие отходы;

2. плотности металлов, сплавов – чем меньше плотность, тем больше окисление и летучесть;

3. отношения температуры нагрева металла при плавке и литье к температуре его кипения – чем оно больше, тем интенсивнее испарение;

4. времени плавки и литья (времени нахождения металла, сплава под нагревом, особенно в расплавленном с перегревом состоянии) – чем оно больше, тем выше потери на окисление и испарение;

5. технологической совершенности условий ведения плавки металлов, сплавов и разливки расплавов в слитки.

Установление качественной и количественной взаимосвязи между величиной металлургических угаров и основными теплофизическими свойствами расплавов.

Анализ опытных и статических данных о потерях драгоценных металлов и сплавов при плавке и литье позволил установить закономерную связь между величиной минимальных, угаров при плавке и литье ряда драгоценных и других цветных металлов с суммой соответствующих им коэффициентов, полученных как частные отделения теплот образования окислов на плотности металлов при данных температурах нагрева и температур нагрева металлов при плавке до температуры их кипения.

Эта зависимость подчиняется закону прямых, исходящих из начала координат, и может быть выражена следующей формулой:

(1.2.1)

где – угар металла при плавке и литье при данной температуре нагрева, % от загрузки в шихту; – общий коэффициент, учитывающий суммарное отношение сродства металлов к кислороду ( ) к плотности металла при данной температуре нагрева при плавке ( , г/см ³) и отношение данной температуры нагрева металла при плавке ( °С) температуре его кипения, ( ,°С) его подсчитывают на основе справочных данных по формуле

(1.2.2)

– время плавки, ч;

– коэффициент, учитывающий степень прогрева металлов сверх температур их расплавления.

В отдельных случаях возможны несовпадения расчетных угаров при плавке и литье металлов и сплавов с практическими результатами. Причинами этого могут быть следующие: несовершенность способов плавки и литья или небрежность в работе; неточность анализа как поступающих в плавку, так и выплавляемых металлов и сплавов; неправильность установленных нормативов потерь драгоценных металлов и сплавов и др. Когда плавильные и литейные агрегаты несовершенны, а плавку и литье ведут не в соответствии с оптимальными температурно-скоростными и другими режимами, потери металлов и сплавов много выше.