Литье по выплавляемым моделям

Литейная форма для литья по выплавляемым моделям (рис. 16.4) представляет собой неразъемную тонкостенную керамическую оболочку, изготовленную из мелкозернистых формовочных материалов по разовым (выплавляемым или растворяемым) моделям. Модели изготавливают обычно в металлических пресс-формах путем заливки или запрессовки.

Пресс-форма (см. рис. 16.4, 6) чаще всего состоит из двух частей — матриц с горизонтальным или вертикальным разъемом. Точная фиксация половин пресс-формы при сборке обеспечивается направляющими штырями. Отверстия в модели обычно получают с помощью подвижных или неподвижных металлических стержней. Рабочая полость пресс-формы выполняется с высокой точностью и чистотой поверхности.

В пресс-форме предусматривается литниковая система для заполнения ее модельным составом. Пресс-формы выполняются многоместными и одноместными. Открывание и запирание их осу;

Рис. 16.4. Схема процесса литья по выплавляемым моделям:

а — деталь и модель; 6 — изготовление модели в пресс-форме; в — сборка моделей в блок; г — образование оболочки на блоке моделей; д — подготовка формы к заливке; 1 — деталь; 2 — модель; 3,6 — нижняя и верхняя матрицы пресс-формы; 4,9 — металлические подвижные стержни; 5 — направляющий штырь; 7 — поршень; 8 — модельная масса; 10 — оболочка; 11 — полость формы; 12 — наполнитель ществляется ручными, механическими или пневматическими механизмами. Модельные составы, применяемые для изготовления разовых моделей, многочисленны, но их можно подразделить на следующие группы: легкоплавкие на основе воскообразных веществ; тугоплавкие на основе пластмасс; растворимые. В качестве исходных материалов для приготовления модельных составов используются:

• • парафин — продукт возгонки нефти, бурого угля, горючих сланцев;
• • стеарин — продукт переработки растительных и животных жиров;
• • буроугольный и торфяной воск — продукты переработки бурого угля и торфа;
• • церезин — смесь твердых высокомолекулярных углеводов;
• • канифоль — продукт хвойных пород дерева;
• • полистирол — твердое бесцветное вещество с аморфной структурой (получают полимеризацией стирола);
• • карбамид — техническая мочевина;
• • ряд других веществ.

Воскообразные модельные составы получают обычно из парафина и стеарина. Парафино-стеариновый (ПС) двухкомпонентный состав приготавливают в любом соотношении. Наиболее часто применяют состав ПС50−50, содержащий по 50% каждого компонента. Модельные составы ПС имеют невысокую температуру плавления (54—55°С), достаточно хорошую жидкотекучесть и пригодны для многократного использования (возврат модельного состава равен 90—98%).

Недостатками модельных составов ПС являются низкая прочность и твердость и большая нестабильная усадка.

Для улучшения качества моделей в модельные составы добавляют буроугольный воск, церезин и другие материалы. Воскообразные модельные составы применяют для изготовления моделей мелких отливок средней сложности.

Модели крупногабаритных и тонкостенных отливок изготавливают из более тугоплавких модельных составов. К ним относится модельный состав КПсЦ50−30−20, содержащий 50% канифоли; 30% полистирола и 20% церезина. Он обладает высокой прочностью, твердостью и стабильной усадкой; температура плавления состава — около 180 °C. К недостаткам КПсЦ можно отнести сложность приготовления, низкую жидкотекучесть и высокую вязкость. Вследствие низкой жидкотекучести при запрессовке КПсЦ требуется повышенное давление. Из-за высокой вязкости этот модельный состав плохо выплавляется из формы, большая часть его остается в форме и выжигается при ее прокалке, поэтому только 30—40% состава идет на повторное использование.

Растворимые модельные составы приготавливают на основе карбамида с добавкой до 2% борной кислоты (например, состав КбБк98−2). Температура плавления этого состава 120—125°С. Карбамидные модели обладают высокими прочностью, твердостью и практически не имеют усадки. Недостатками состава КбБк98−2 являются гигроскопичность и плохая спаиваемость, что ограничивает применение состава для сложных моделей, изготавливаемых по частям.

Процесс изготовления моделей состоит в заполнении подготовленной пресс-формы модельным составом, выдержке для затвердевания модели, извлечении модели из пресс-формы и охлаждении модели на воздухе или в проточной воде до окончания усадки.

К крупным моделям припаивают элементы литниковой системы, а мелкие модели объединяют в блоки с общей литниковой системой (см. рис. 16.4, в). Сборка в блоки осуществляется путем припаивания моделей к литниковой системе подогретым ножомпаяльником вручную, склеиванием с помощью клеящих веществ или нанизыванием секций на металлический стояк-каркас. Секцию моделей изготавливают в многоместной пресс-форме. Она состоит из нескольких моделей, питателей и центрального кольца.

Для получения тонкостенной керамической формы по изготовленным моделям используют формовочную смесь в виде жидкой суспензии, состоящую в основном из пылевидного кварца Si0₂ и связующего, например гидролизованного раствора этилсиликата (C₂H50)₄Si. Жидкую формовочную смесь (обмазку) наносят на блок моделей, многократно окуная его в ванну с обмазкой.

При извлечении блока из ванны дают стечь излишней обмазке, после чего покрытие немедленно обсыпают кварцевым песком. Обсыпка блока производится окунанием в псевдокипящий слой песка (песчинки находятся во взвешенном состоянии под действием сжатого воздуха). Каждый слой покрытия на этилсиликате сушат парами воздуха или аммиака. Для образования оболочки на блоке моделей (см. рис. 16.8, г) необходимой толщины и прочности на блок наносят четыре, пять, шесть и более слоев обмазки.

Удаление моделей из полученной неразъемной керамической формы производят выплавлением горячей водой, паром, горячим воздухом или растворением в воде. Выбор способа удаления моделей в основном определяется модельным составом. Формы для отливок по выплавляемым моделям применяются без наполнителей и с наполнителями, упрочняющими формы (см. рис. 16.1, д). Наполнителями могут быть сыпучие огнеупорные материалы или специальные смеси — жидкие наполнители.

Прокалку формы при температуре порядка 950 °C осуществляют с целью удаления остатков модельного состава и окончательного упрочнения формы за счет спекания частиц связующего с частицами пылевидного огнеупорного материала. Кроме того, форма после прокалки становится газопроницаемой.

Заливку металла производят чаще всего в горячие формы сразу же после прокалки. Формы для толстостенных отливок перед заливкой охлаждают.

После выбивки отливок из формы производят их очистку от керамической оболочки на пневматических установках. Затем от отливок отделяют литниковую систему, подвергают их окончательной очистке в кипящем растворе щелочей и промывают водой.

С целью улучшения структуры и механических свойств отливок их подвергают термической обработке.

Способ литья по выплавляемым моделям имеет следующие характерные особенности: разовая легкоплавкая модель не имеет разъема и знаковых частей и строго соответствует конфигурации отливки; формовочная смесь в виде жидкой суспензии хорошо смачивает модель при изготовлении неразъемной формы. Это обеспечивает получение гладкой поверхности формы и высокую точность ее размеров. Заливка металла в горячие формы дает возможность изготавливать тонкостенные отливки сложной конфигурации, причем из сплавов с низкими литейными свойствами.

Способом литья по выплавляемым моделям изготавливают детали сложной конфигурации из сталей, цветных металлов, тугоплавких и труднообрабатываемых сплавов. Масса таких деталей может быть от нескольких граммов до 500 кг, толщина стенки — 1—3 мм.