 |
Министерство образования и науки Российской Федерации
|
|
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
С. М. Петров
ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Учебное пособие
по курсу «Технология литейных форм»
Санкт-Петербург
Оглавление
1. Общие сведения 4
2. Проектирование и расчет литниково-питающих систем 7
3. Конструирование и изготовление пресс-форм 11
3. 1. Гипсовые формы 13
3. 2. Металлические пресс-формы 15
3. 3. Пластмассовые пресс-формы 16
3. 4. Изготовление пресс-форм методами гальванопластики и
Металлизации 17
3. 5. Пресс-формы из эластичных материалов 19
3. 5. 1. Формопласт 19
3. 5. 2. Виксинт 20
3. 5. 3. Резина 22
4. Выплавляемые, выжигаемые и растворяемые модели 24
4. 1. Требования, предъявляемые к модельным композициям 24
4. 2. Исходные модельные материалы, для приготовления
модельных композиций 26
5. Изготовление восковых моделей. 32
|
|
|
5. 1. Методы заливки и свойства модельных композиций 32
5. 2. Оборудование для изготовления моделей. 34
5. 3. Хранение и сборка моделей в блоки. 36
5. 4. Методы контроля свойств исходных модельных
материалов и их композиций. 36
6. Изготовление литейных форм 38
6. 1. Классификация форм. 38
6. 2. Материалы огнеупорной основы форм. 40
6. 3. Смеси с этилсиликатом 44
6. 3. 1. Термодинамическая устойчивость водных
растворов этилсиликата. 47
6. 3. 2. Выбор состава связующего раствора на этилсиликате. 54
6. 3. 3. Расчет состава гидролиза 59
6. 3. 4. Приготовление суспензии 63
7. Связующие на основе жидкого стекла и фосфатов 68
7. 1. Жидкое стекло 68
7. 2. Кремнезоль 70
7. 3. Фосфатные связующие 70
8. Технология изготовления форм и отливок 71
8. 1. Оборудование для приготовления гидролиза и суспензий 71
8. 2. Удаление моделей и прокаливание оболочек форм. 74
8. 3. Формовка и прокаливание оболочковых форм 76
8. 4 Финишные операции 78
|
|
|
8. 5. Виды дефектов 79
9. Технология литья по выплавляемым моделям
различных сплавов 82
9. 1. Литье по выплавляемым моделям алюминиевых сплавов 82
9. 2. Литье по выплавляемым моделям медных сплавов 83
9. 3. Никель 85
9. 4. Титан 88
Список литературы 94
ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
1. Общие сведения
Метод литья по выплавляемым моделям является универсальным способом получения художественных отливок любых габаритов, массы и степени сложности из металлов любых марок. Достоинства метода дают возможность максимально приблизить отливку к готовому изделию, а в ряде случаев получить ее без механической обработки и чеканки.
Прообразом современного процесса изготовления отливок является известный со времен глубокой древности метод восковой формовки, применяющийся во многих странах для изготовления украшений, ритуальных изделий, изделий бытового назначения, оружия преимущественно из бронзы и драгоценных металлов. И в настоящее время этот метод широко используют при изготовлении художественных, в том числе и статуарных отливок, ювелирных изделий.
В эпоху Возрождения метод восковой формовки получил значительное распространение в Европе, особенно в Италии. Примером этому служат всемирно известные отливки Бенвенуто Челлини " Персей с головой медузы", " Нимфа Фонтебло" и др. Замечательными образцами литья по восковым моделям являются памятники Петру I " Медный всадник", Минину и Пожарскому, И. А. Крылову и др.
В настоящее время для художественных отливок применяют в основном два варианта способа — метод послойного образования оболочковой формы, преимущественно на этилсиликатном связующем, и метод монолитной формы на гипсовой связке.
|
|
|
Литье по выплавляемым моделям(ЛВМ) — способ получения отливок в многослойных оболочковых неразъемных разовых формах, изготовляемых с использованием выплавляемых, а также выжигаемых и растворяемых моделей однократного использования.
В пресс-формах изготавливают модели отливок и литниковых систем, материалами для которых обычно служат воскообразные составы. Модели при изготовление отливок по выплавляемым моделям припаивают к литниковой системе и получают так называемые блок-модели. На поверхность блока наносят суспензию, состоящую из связующего раствора и пылевидного огнеупорного материала. Каждый ее слой для фиксации на поверхности блока, а также для упрочнения и лучшего сцепления со следующими слоями обсыпают песком и " сушат" (отверждают). В зависимости от размеров формы и выбранной технологии изготовления, свойств применяемых формовочных материалов и литейного сплава, а также особенностей заливки число слоев, образующих оболочку, колеблется от 3 до 10; в случае же получения крупных отливок оно достигает 20 и более. Из полученной многослойной неразъемной оболочковой формы модельный состав удаляют выплавлением, растворением или выжиганием.
Освобожденные от модельного состава оболочки, заформованные опорным наполнителем или без него, прокалив для полного удаления органических остатков модельного состава и связующего, после чего их заливают в горячем или охлажденном состоянии. Отливки отделяют от литниковой системы очищают химико-термическим способом в кипящих растворах щелочей, обеспечивает сохранение четкости печатка.
Универсальность и большие возможности метода сопряжены с много операционностью, применением большого числа материалов, высокой трудоемкостью и энергоемкостью процесса, что сказывается на себестоимости отливок. Поэтому выбор данного cпособа для конкретных отливок должен быть экономически обоснован.
Применение способа ЛВМ обеспечивает возможность изготовления из любых литейных сплавов фасонных отливок, в том числе сложных по конфигурации и тонкостенных при степени точности поверхности от 3 до 13 для соответствующих размеров до 100 мм и до 630 мм при этом шероховатость поверхности составит от Ra = 3, 2 мкм до Rа = 32 мкм 125-160 (ГОСТ Р 53464 2009 2789—73) и повышенной точностью размеров (до 8—10-го квалитетов по ГОСТ 25347—82 или до 3—13-го классов точности по ГОСТ Р 53464—2009).
|
|
|
Для цветных тугоплавких сплавов с температурой плавления более 700оС от 4 до 11 степени точности поверхности от Ra = 4 мкм до Rа = 20 мкм.
Художественные изделия изготавливаются из золота, серебра, бронзы, латуни, то есть являются по ГОСТ Р 53464-2009 тугоплавкими сплавами.
Таблица 1.
Степень точности и шероховатость поверхности по ГОСТ Р 53464-2009
| Размер, мм | СТП* | Ra | Rz | |
| Литье в керамические формы литье по выжигаемым и выплавляемым моделям | до 100 св. 100 до 250 св. 250 до 630 | 4-9 5-10 6-11 | 4, 0-12, 5 5, 0-16, 0 6, 3-20, 0 | 16-50 20-63 25-80 |
* - класс степени точности поверхности
Для цветных легких до 3 кг/м3 нетермообрабатываемых сплавов от 3 до 10 степени точности поверхности от Ra = 3, 2 мкм до Rа = 16 мкм.
С помощью ЛВМ получают отливки, максимально приближенные по форме и размерам к готовой детали, а в ряде случаев не нуждающиеся в обработке резанием. В результате значительно снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, сокращаются расход металла и инструмента, потребность в производственных площадях станочном оборудовании и приспособлениях, уменьшаются энергоемкость производства, а также потребность в рабочих-станочниках высокой квалификации.
Применение ЛВМ позволяет проектировать сложные тонкостенные де тали (с толщиной стенки 1 мм и менее), объединять отдельные детали в компактные цельнолитые узлы, уменьшая массу и габаритные размеры изделий,
Гибкостью технологии ЛВМ, многочисленностью ее вариантов.
Каждый из этих вариантов наиболее эффективен в определенных условиях производства, при разных его масштабах и требованиях к качеству отливок. В процессе ЛВМ выполняют следующие технологические операции (рис. 1).
В пресс-формах изготовляют модели деталей и литниково-питающей системы, для чего используют воскообразные легкоплавкие материалы, составы на основе смол и пластмасс, сплавы солей. Модели соединяют в блоки (спаиванием, склеиванием, механическим скреплением) и наносят на них слои суспензии из связующего раствора и пылевидного огнеупорного материала. Слои суспензии для их упрочнения и лучшей взаимной связи обсыпают песком и сушат.
Рис. 1. Схема процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям
Число наносимых слоев различно — от трех-четырех до 20 и более, в зависимости от металлоемкости и назначения формы. Из полученной многослойной неразъемной оболочковой формы удаляют выплавлением, растворением или выжиганием модельный состав. В ряде случаев, в целях защиты оболочки от силовых и термических воздействий на последующих операциях, блоки с готовой оболочкой до или после удаления моделей заформовываются в сыпучий или содержащий связующее опорный наполнитель.
|
|
|
Освобожденные от модельного состава оболочки отдельно или в опорном наполнителе прокаливают для удаления органических остатков модельных и связующих материалов, после чего горячие или охлажденные формы заливают расплавом.
Шероховатость поверхности отливок — важнейший показатель их качества. Оценку шероховатости поверхности изделий из любых металлов и сплавов независимо от способа их производства или обработки выполняют по ГОСТ 2789—73. Стандартом предусмотрены шесть параметров шероховатости. Наиболее часто для оценки шероховатости используют параметры Ra и Rz.
Шероховатость поверхности отливок, изготовляемых ЛВМ, зависит от шероховатости поверхностей оснастки и моделей, размеров частиц формообразующих материалов, особенно используемых для изготовления первого (лицевого) слоя формы, способности формообразующих материалов в жидком состоянии смачивать огнеупорные частицы и поверхность моделей, смачиваемости расплавленным металлом материала формы, а также стойкости материала формы против взаимодействия с расплавом и его оксидами. На шероховатость поверхности отливок влияют также способ их очистки и термической обработки.
Толщина стенок отливки и их сопряжения. Наиболее часто изготовляют отливки с толщиной стенок 2—5 мм, известны случаи, когда толщина стенок составляет 0, 5—1, 5 мм для ювелирного литья.
При изготовлении более толстостенных отливок необходимо учитывать, что в таких стенках может образоваться осевая пористость усадочного происхождения, вследствие чего более прочные отливки получают не в результате увеличения толщины стенок, а в результате применения ребер жесткости.
|
|
|
