Литье по выплаляемым моделям. Выплавляемые, выжигаемые и растворяемые модели

Сущность литья по выплавляемым моделям заключается в использовании точной неразъемной разовой модели, по которой, из жидких формовочных смесей изготовляется неразъемная керамическая оболочковая форма; перед заливкой расплава модель уда­ляется из формы выплавлением-выжиганием, растворением или испарением; для удаления остатков модели и упрочнения форма может быть нагрета до высоких температур, что улучшает ее заполняемость расплавом.

Основные операции технологического процесса. Модель или звено моделей 2 изготовляют в разъемной пресс-форме 1, рабочая полость которой имеет конфигурацию отливки с припусками на усадку и обработку резанием (рис. 1.1, а). Модель изготовляют из материалов, имеющих невысокую температуру плавления (воск, стеарин, парафин}, способных растворяться (карбамид) или сго­рать без образования твердых остатков (полистирол). Готовые модели или звенья моделей собирают в блоки 3 (рис. 1.1, б) имеющие модели элементов литниковой системы из того же ма­териала, что и модель. Блок моделей состоит из звеньев централь­ная часть которых образует модели, питателей и стояка. Модели чаши и нижней части стояка изготовляют отдельно и устанавли­вают в блок при его сборке. Блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью — суспензией для обо­лочковых форм, состоящей из пылевидного огнеупорного материа­ла, например кварца пылевидного или электрокорунда, и связую­щего (рис. 1.1, в). В результате на поверхности модели образуется тонкий (менее 1 мм) слой 4 суспензии. Для упрочнения этого слоя, увеличения его толщины на него наносят слои огнеупорного зернистого материала 5 (мелкий кварцевый песок, электрокорунд, зернистый шамот) (рис. 1.1, г). Операции нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины (3—10 слоев).

Каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака б, что зависит от связующего (рис. 1.1, д). После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарением. На рис. 1.1, е показан процесс удаления выплавляемой модели в горячей воде 7 (Т_воды = 373 К). Так получают многослойную оболочковую форму по выплавляемой модели. Для упрочнения перед заливкой оболочковую форму помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным материалом 8 (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых форм) {рис; 1.1, ж). Для удаления остатков моделей из формы и упрочнения связующего контейнера с оболочковой формой помещают в печь 9- для прокаливания (рис. 1.1, з\. Форму прокаливают при температуре 1223—1273 К. Прокаленную форму 10 извлекают из печи и заливают расплавом (рис.1.1, и). После затвердевания и охлаждения отливки до заданной температуры форму выбивают, отливки очищают от остатков керамики и отрезают от них литники.

Во многих случаях оболочки прокаливают в печи до засыпки огнеупорным материалом, а затем для упрочнения их засыпают предварительно нагретым огнеупорным материалом. Это позволяет сократить продолжительность прокаливания формы перед заливкой.

Малая шероховатость поверхности формы при достаточно высокойогнеупорности н химической инертности материала позво­ляет получать отливки с поверхностью высокого качества.

После очистки отливок от остатков оболочковой формы шероховатость. их поверхности характеризуется величинойR_z =40-10 мкм , а в отдельных случаях достигает 2,5 мкм.

Отсутствие операций разъема моделей иформы, использование для изготовления моделей материалов, позволяющих не разбирать форму при удалении модели, высокая огнеупорность материалов формы, нагрев ее до высоких температур перед заливкой, что улуч­шает заполняемость, дают возможность получить отливки слож­нейшей конфигурация максимально приближающиеся к конфигу­рации готовой летала практически из любых сплавов. Поэтому литье по выплавляемым моделям относится к прогрессивным материало- а трудосберега­ющим технологическим процессам обработки металлов. |

Приготовление модельных составов

Легкоплавкие модельные составы приготовляют расплавлени­ем составляющих в водяных или масляных банях с электрическим обогревом.

Исходные материалы перед загрузкой измельчают до кусков
размером 30—50 мм для ускорения плавления. Материалы загру­жают в порядке возрастания их температур плавления или рас­творимости. Расплавленный модельный состав перемешивают и фильтруют через металлическую сетку 02. Готовый модельный состав используют для изготовления моделей или разливают
в изложницы для последующего употребления.

Парафино-стеариновые составы с добавками, составы с буроугольным воском (Р-3) перемешивают особенно тщательно. Если составы содержат этилцеллюлозу, то сначала расплавляют мате­риалы, в которых этилцеллюлоза хорошо растворяется (церезин, стеарин и др.), доводят температуру состава до 393—413 К, при непрерывном перемешивании вводят этилцеллюлозу, просеянную через сито 02. После растворения этилцеллюлозы вводят осталь­ные материалы. Модельный состав тщательно перемешивают и фильтруют.

Пастообразные модельные составы приго­товляют охлаждением жидкого состава при непрерывном переме­шивании в специальных смесителях. Воздух замешивается в модельный состав в количестве 8—12 % по объему. Для этого исполь­зуют лопастные; поршневые, шестеренные смесители. Наибольшее применение нашли шестеренные и поршневые смесители.

Поршневые смесители менее производительны, так как они пе­риодического действия и процесс замешивания воздуха протекает в них ~20 мин. Поэтому их используют в основном в серийном я мелкосерийном производстве.

Тугоплавкие модельные составы приготовляют в тигельных поворотных электропечах с терморегуляторами; тигли изготовляют из коррозионно-стойких сталей, не взаимодействующие с модель­ным составов. Для приготовления модельных составов типа КПсЦ сначала растворяют церезин, затем вводят канифоль нагревают состав до 413—430 К; фильтруют расплав, нагревают его до 493 К и постепенно засыпают полистирол, перемешивая расплав. Затем модельный состав выдерживают 30—40 мин, охлаждают до 453 К, снова выдерживают до полного выделения пузырей газа, и заливают в пресс-формы.

Растворимые модельные составы приготовляют сплавлением составляющих в тигельных электропечах. Перед расплавлением карбамид высушивают при температуре 373—383 К. для удаления влаги. Высушенную соль расплавляют совместно с пластификатором (борной кислотой) в металлических тиглях из коррозинностойкой стали при температуре 393—403 К. Расплав фильтруют изаливают в пресс-формы. Высокая по сравнению с легкоплав­кими составами теплопроводность модельного состава способствует быстрому затвердеванию моделей в пресс-форме. Этот процесс менее длительный, малооперационный.

Карбамидные составы гигроскопичны, поэтому модели должны храниться в сухом воздухе.

Выжигаемые модельные составы приготовляют перемешива­вшем гранул вспенивающегося полистирола ПСВ со смачивателем и пластификатором. В начале в гранулы вводят 10%-ный спирто­вой раствор бутилового эфира стеариновой кислоты в количестве 0,03—0,05 мас..% полистирола, тщательно перемешивают и затем вводят0,003- 0,005% 1%-ного раствора смачивателя НБ или 0,01—0/03% 10%-ного водного раствора полиэтиленоксида.

5.Выбивка, обрезка, очистка отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям.

Заливка форм.Температура форм перед заливкой зависит от толщины стенок и материала отливки. Обычно расплав зали­вают в горячие формы (1023—1173 К) сразу после их прокали­вания. Стали и жаропрочные сплавы для тонкостенных отливок заливают при температуре 1793—1873 К, медные сплавы — при 1173—1373 К, алюминиевые сплавы — при 973—1073 К. При из­готовлении отливок с массивными стенками расплав заливают в формы, охлажденные до 473—673 К, что способствует улуч­шению структуры отливок.

При изготовлении тонкостенных отливок из жаропрочных сталей и сплавов, склонных к окислению, плавку производят в вакуумных плавильно-заливочных установках .Эти установки имеют камеры, в которых располагаются печи для подогрева оболочковых форм перед заливкой расплава. Перед плавкой форму устанавливают в печь подогрева. После приготовления расплава форму перемещают вместе с печью подогрева на - позицию заливки и заливают расплавом. При изготовлении тонкостенных отливок из сплавов, обладающих пониженной жидкотекучестью (сплавы титана, некоторые высокопрочные стали), заливку форм -для улучшения их заполняемости производят центробежным способом, размещая центробежную машину в вакуумной камере плавильно-заливочной установки

При изготовлении отливок из углеродистых сталей с целью ускорения процесса формы охлаждают до выбивки и после выбивки сжатым воздухом и водой в специальных камерах.

Выбивка форм.Оболочковые формы без опорного материала после заливки и охлаждения отливки поступают на предвари­тельную очистку. Формы, упрочненные сыпучим материалом, легко выбиваются при опрокидывании контейнеров на проваль­ную решетку, а формы с жидким упрочняющим материалом выбивают на выбивных решетках.

Предварительную очисткуотливок от оболочки формы осуществляют на вибрационных установках. Стояк литниково-питающей системы зажимают в приспособлении и подвергают вибрации: под действием вибрации оболочка формы отделяется от отливки. В некоторых случаях возможно совмещение операций очистки и отделения отливок от стояков. Частичное отделение оболочки формы происходит под действием резкого охлаждения водой формы с отливкой. При этом стальные отливки, как правило, закаливаются, но при последующей термообработке эффект закалки устраняется.

Отделение отливокот литников выполняют различными спо­собами в зависимости от состава сплава, типа производства, размеров отливок и конструкции литниково-питающей системы.

При отделении отливок от литников на виброустановках путем ударной вибрации отливке сообщается колебательное движение, металл разрушается в зоне питателя. Последний обычно имеет пережим — концентратор напряжений. Этот способ используется для компактных отливок из углеро­дистых сталей; для тонкостенных отливок сложной конфигура­ции его не применяют. Недостаток способа — высокий уровень шума; что вынуждает размещать установки в звукоизолиро­ванных помещениях, а также появление усталостных напряжений в отливках.

Отрезку отливок на металлорежущих стан­ках применяют лишь в тех случаях, когда другие способы использовать невозможно по причине сложных конструкций литниковых систем; обычно ее используют в единичном и мелко­серийном производстве. Стойкость инструмента при этом невелика из-за ударных нагрузок (по питателям) и абразивного изна­шивания остатками керамики. Для отрезки отливок используют токарные, фрезерные станки, дисковые пилы, механические ножовки.

Отделение отливок на прессах (рис. 1.21)широко используют в крупносерийном и массовом производстве отливок небольшой массы (до.5 кг) преимущественно из углеродистой и низколегированной сталей. Блок отливок должен иметь лнтнйково-питающую систему I . типа с центральным стояком.

Газопламенную .резку используют. для отрезки стояков .и прибылей от крупных' отливок. .Вследствие резкого местного нагрева в отливках могут возникнуть термические на­пряжения, что ведет к деформации отливки. Поэтому отливки
необходимо рихтовать, т. е. использовать дополнительную операцию.

Ан одно-механическую резку. используют для. отрезки литников от отливок из труднообрабатываемых сплавов. Окончательная очистка отливок. Во время предварительной очистки отливок остатки формы полностью отделяются только на плоских отливках без отверстие и поднутрений. В отливках сложной конфигурации остатки формы остаются в сквозных и глухих отверстиях, поднутрениях. Вследствие усадки сплава остатки формы в этих местах сжаты, их удаление требует больших энергозатрат при механической очистке. Поэтому чаще применяют гидроабразивный, электроискровой, химический, химико-термиче­ский, гидравлический способы окончательной очистки отливок.

При механическом способе очистки (дробемётном, дробеструйном) Используют металлический песок или дробь (размером частиц до 0,3 мм). Очистка крупной дробью приводит к увеличению шероховатости поверхности.

Г и д р о а б р а з и в н а я очистка целесообразна для очистки отливок из -алюминиевых, медных сплавов.

Для очистки отливок из алюминиевых сплавов, к которым предъявляются высокие тре­бования по шероховатости поверхно­сти, используют гидравлический спо­соб; тонкая струя воды под давлением 20—30 МПа подается на отливку или в ее полость, при этом остатки формы, разрушаются.

Электроискровой способ применяют для отливок из сплавов, обладающих достаточной прочностью (например, углеродистые, легирован­ные стали).