Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям 

Литье в формы, получаемые по выплавляемым моделям, является наиболее древним способом изготовления отливок. Его иcпользовали при отливке памятников, скульптур, украшений, предметов домашнего обихода, модели для которых создавались из воска с последующей обмазкой глиной и выплавлением воска при сушке и обжиге форм. Однако промышленное применение этот способ получил в годы Великой Отечественной воины при производстве лопаток турбин авиационных дви-гателей.

В настоящее время технологический  процесс получения отливок способом литья по выплавляемым моделям значительно  усовершенствован, в стране созданы  крупные механизированные и автоматизированные цехи с выпуском 7000 т и более  литья в год. Способ литья по выплавляемым моделям применяют при изготовлении рабочих колес и лопаток авиационных, газовых и паровых турбин, сложных  деталей приборов, режущего и мерительного инструмента, крыльчатых насосов сложной конфигурации, деталей машин и механизмов практически всей металлообрабатывающих отраслей. Особенно широко этот способ литья применяют для получения деталей из жаропрочных, специальных труднообрабатываемых и не поддающихся механической обработке сплавов, как например для изготовления магнитов из сплава железа, никеля и алюминия в электротехнической промышленности. Способом литья по выплавляемым моделям можно получать отливки из всех видов сплавов от нескольких граммов до 50—80 кг, весьма сложной конфигурации, толщиной стенки до 0,3—0,5 мм, низкой шероховатости поверхности. Эти детали, как правило, не подвергаются механической обработке, за исключением сопрягаемых поверхностей, что позволяет высвободить большое количество металообрабатывающего оборудования и получить значительную экономию металла .

На рис.99 представлена схема  технологического процесса получения  отливок способом литья по выплавляемым моделям. В специально изготовленную  форму 1 через отверстие запрессовывается легкоплавкий модельный состав, который  после охлаждения и извлечения из формы образует модели 2 с элементам  п литниковой системы. Полученные модели собираются в модельные блоки 3, на которые в несколько слоев наносится

путем окунания суспензия 4 с  последующей обсыпкой 5 сухим песком каждого слоя. После сушки блоков и выплавления молельного состава образуется огнеупорная оболочка 6 которую помещают в специальную опоку 7, заформовывают, прокаливают и заливают металлом.

Формы для запрессовки  модельного состава (пресс-формы) и  массовом и крупносерийном производстве обычно изготовляют из стали с механизацией разъема пресс-форм и извлечения моделей. При этом пресс-формы, как правило, выполняют многогнездными для одновременного изготовления нескольких моделей, объединенных в модельные звенья, включающих литниковые каналы (питатели) и секции стояка для заливки ме- I алла.

В мелкосерийном производстве обычно пресс-формы можно выполнять  из легкоплавких сплавов, пластмасс, эпоксидной смолы, резины. При изготовлении пресс-форм следует учитывать усадку модельного состава, которая составляет 0,9—1,9 %»  и шенение размеров оболочки при нагреве и охлаждении 0,5— 1.0%, а также усадку материала отливки. При расчете размеров пресс-форм суммарную усадку отливок из латуни принимают 0,9—1,2 %, из бронзы — 0,7—1,5 %.

От свойств и качества модельных составов во многом зависит  качество литых деталей, трудоемкость изготовления и стоимость литья. Модельные составы должны обладать невысокой •температурой плавления (60—100°С), минимальной усадкой при  охлаждении, хорошей текучестью, обеспечивающей заполнение тонких полостей пресс-форм, возможностью многократного использования, твердостью и прочностью в условиях температуры помещения. Для приготовления  модельных составов используют парафин, стеарин, полистирол, церезин, буроугольный и торфяной воск и другие материалы. Однако наибольшее распространение  в промышленности получили составы (массовое содержание, %): ПС — 50 парафина и 50 стеарина; ПТ — 70 парафина и 30 торфяного воска; КПЦ — 50 канифоли, 30 полистирола и 20 церезина; Р-2— 56 парафина, 38 синтетического церезина и 6 кубкового остатка крекинга нефти; РЗ— 60 парафина, 22 синтетического церезина, 12 буроугольного воска и 6 кубового остатка крекинга нефти. Приготовление модельных составов заключается в расплавлении компонентов составов, их перемешивании и доведении до пастообразного состояния, пригодного для запрессовки в пресс-формы, лля чего используют различного вида смесители с подогреваемыми ваннами и перемешивающими устройствами. Модельный состав в производственных условиях обычно состоит из 40— 50 % свежих материалов и 60—50 % возвращенных, ранее выплавленных модельных составов. Для запрессовки модельного состава в пресс-формы при изготовлении моделей применяют: ручные шприцы в мелкосерийном производстве и автоматизированные установки в крупносерийном и массовом.

Литьем по выплавляемым моделям  изготовляют в основном отлпвкн небольших габаритных размеров, поэтому изготовление каждой отдельной отливки нецелесообразно. Обычно отдельные модели группируют в блоки, присоединяя их посредством литниковых ходов (питателей) к общему стояку, который изготавливают так же, как модели. При изготовлении моделей в виде звеньев (секций) их собирают в блоки. Присоединение моделей к стояку и заделку швов при секционной сборке осуществляют с помощью электропаяльного или нагретого до температуры 80—100 °С обычного ножа. Собранные блоки- передают на операцию нанесения огнеупорного покрытия для создания огнеупорной оболочки.

Формирование огнеупорной  оболочки заключается в многоразовом окунании модельного блока в керамическую суспензию, обсыпки кварцевым песком или другим материалом и сушки. Керамическая суспензия представляет собой смесь  жидкого связующего и наполнителя, в качестве которого чаще всего применяют  пылевидный искусственный или естественный кварц (маршалит), плавленный кварц, шамот. При изготовле-нии отливок из тугоплавких сплавов на основе никеля в качестве наполнителя применяют циркон, двуокись титана, корунд, фарфор и другие материалы, имеющие повышенную огнеупорность. При получении отливок из магниевых сплавов в состав керамического покрытия вводят борную кислоту, предотвращающую окисление сплава, а вместо пылевидного кварца — корунд А1203 или гипс, чтобы исключить взаимодействие кремния и магния.

В качестве связующих для приготовления суспензии применяют гидролизованный раствор этилсиликата или жидкое стекло. Наиболее распространенным связующим является этилсиликат, который выпускается промышленностью, однако в готовом виде его не используют, так как он содержит от 30 до 40 % двуокиси кремния. Для придания этилсиликату связующих свойств в целях создания прочной оболочки его необходимо подвергнуть гидролизу. Так как этилсиликат не растворяется в воде, для ускорения реакции добавляют этиловый спирт- ректификат, ацетон или эфироальдегидную фракцию спиртово- водочного производства. Для улучшения процесса гидролиза в водно-спиртовом или водно-ацетоновом растворе применяют соляную кислоту, которая способствует образованию геля кремнезема. Обычно гидролизованный раствор этилсиликата содержит 0,16—0,3% соляной кислоты. Количество дистиллированной воды, растворителя и кислоты для гидролиза опреде-ляют в зависимости от содержания двуокиси кремния в исходном этилсиликате расчетным путем или по номограммам. Процесс гидролиза протекает в гидролизаторе, оборудованном мешалкой и водяной рубашкой для охлаждения, так как при этом происходит выделение тепла, а температура раствора не должна превышать 45 °С.

Керамическое покрытие готовят  из смеси пылевидного кварца или  другого наполнителя и гидролизованного раствора этилсиликата в составе 60—70 % наполнителя и 40—30 % этилсиликата. Однако раздельное приготовление гидролизованного эгилсиликата и керамического покрытия возможно на небольших участках литья по выплавляемым моделям. В настоящее время в механизированных литейных цехах применяют совмещенный способ гидролиза и приготовления огнеупорной суспензии, который заключается в том, что в специальную установку заливается расчетное количество растворителя, воды и соляной кислоты и при постоянном размешивании добавляется этилсиликат. После загрузки жидких составляющих вводится пылевидный кварц или другой наполнитель и суспензия перемешивается в течение 1 ч при охлаждении резервуара проточной водой. При этом способе приготовления огнеупорного покрытия в зависимости от дозировки составляющих можно готовить суспензии различной консистенции — для первого слоя применяют более густую суспензию в составе 65—70 % пылевидного кварца или другого наполнителя и 35—30 % гидролизованного раствора этилсиликата, для последующих слоев — более жидкую с увеличением связующего до 40—45 %.

Нанесение огнеупорного покрытия производят путем окунания блоков моделей  в керамическую суспензию и обсыпки  их кварцевым песком. При небольшом  объеме производства эти операции выполняют  вручную с применением для  обсыпки блоков вращающихся или  других типов пескосыпов. В механизированных литейных цехах применяют специализированные линии нанесения огнеупорных покрытий, выпускаемые промышленностью. Для создания прочной оболочки на модельный блок наносят от трех до восьми слоев огнеупорного покрытия. Каждый слой нанесенного покрытия подвергают сушке при температуре 20—25 °С на воздухе или в специальных камерах в воздушно-аммиачной среде. Длительность сушки на воздухе

4-5 ч, в воздушной камере, оборудованной вентиляционной установкой,—  60—90 мин, в камере с воздушно-аммиачной  средой 20—30 мин. После нанесения  необходимого числа слоев огнеупорного  покрытия и сушки модельные  комплекты поступают на выплавление модельного состава, которое осуществляется в горячей воде, паром, горячим воздухом. Наибольшее распространение на заводах получило выплавление модельного состава в ваннах с горячей водой, нагретой до 85—95 °С. Выплавление осуществляется погружением модельного комплекта и і оря чу к) воду на 5—10 мин, за этот промежуток времени модельный состав расплавляется и всплывает на поверхность ванны, он собирается и возвращается на повторное использование

Для упрочнения оболочек во время заливки жидким металлом их наформовывают в специальные металлические опоки.

В качестве наполнителя опок чаще всего используют сухой носок, который засыпают вокруг оболочки и  уплотняют с помощью трамбовки  или легкой вибрации. Подготовленные формы подвергают прокаливанию в  камерных или проходных печах  в течение 6—8 ч при 850—950 °С. При  прокаливании происходит выгорание  остатков модельного состава, и процесс  образо-вания керамической оболочки завершается. После прокаливания происходит охлаждение форм вместе с печью, во избежание трещин в керамической оболочке. Охлажденные до определенной температуры формы заливают сплавом при помощи ручных ковшей, выдерживают залитыми до охлаждения отливок в форме и подвергают выбивке. Завершаются операции получения отливок из цветных сплавов очисткой отливок от остатков керамического покрытия кипячением в 20—40 %-ном растворе КОН или NаОН при температуре 110—115°С.

Наиболее  часто  в производстве медалей  медом литья сплавов  цветных металлов применяется технология литья по выплавляемым моделям.