Модельные составы для точного литья

Модельное литье – эффективное решение для повышения точности готовой заготовки, что актуально при изготовлении сложных по форме деталей, когда финишная обработка затруднена или невозможна. Впервые технология была применена около 4000 лет назад в Китае и Египте, где с ее помощью изготавливали всевозможные украшения. Второе рождение метод получил в эпоху Возрождения, а в Российской империи, например, был изготовлен им памятник Петру Первому в Санкт-Петербурге.

Разновидности видов выплавляемых моделей

В основе модельного литья лежит удаление специального состава одним из следующих способов:

  • выплавление;
  • выжигание;
  • растворение.

Выплавляемые смеси для точного модельного литья представляют легкоплавкие материалы (парафин, воск и аналоги). Удаление состава идет с помощью нагрева горячим воздухом, паром, горячей водой, температура которых выше температуры плавления самого модельного состава.

Выжигаемые смеси выполняют из обычного или вспененного полистирола. В этом случае удаление первоначальной формы происходит на стадии прокаливания оболочки, так температура в этом случае значительно выше плавления полимеров.

Растворяемые составы для модельного литья имеют основу в виде синтезированной мочевины (карбамида), нитрата калия или натрия, ряда других материалов, которые хорошо растворяются в воде. Для удаления вещества используют обычную теплую воду.

Требования к используемым модельным составам

Вне зависимости от типа и вида материала для получения модели к ним предъявляют следующие требования:

  • пониженная температура плавления (обычно в диапазоне 60-100 градусов);
  • хорошая текучесть в жидком состоянии для быстрого удаления из оболочки и полного заполнения полости пресс-формы;
  • минимальные изменения объема при повышении либо снижении температуры.;
  • быстрая кристаллизация по всему объему;
  • возможность многократного применения;
  • быстрая спаиваемость для соединения с литниковой системой;
  • отсутствие прилипания к стенкам пресс-формы;
  • высокая механическая прочность при температуре в цеху;
  • отсутствие негативного влияния на персонал;
  • низкая зольность для гарантии высокого качества поверхности;
  • доступная цена и широкое распространение;
  • хорошее смачивание;
  • низкая плотность.

Классификация применяемых составов для точного литья

Материал можно сгруппировать по нескольким параметрам: основа, тип используемого наполнителя, температурный диапазон запрессовки в пресс-форму, размер линейной усадки.

По первому параметру смеси делят на следующие группы:

  • вещества на базе парафина и других углеводородов;
  • составы с базой из минвоска;
  • сплавы на основе ряда смол естественного происхождения;
  • материалы на основе искусственных смол и восков;
  • металлы с пониженной температурой плавления.

В зависимости от типа используемого наполнителя в пастообразном видемодельные составы делят на несколько групп:

  • без наполнителя;
  • газообразные (обычный воздух);
  • жидкий (обычная обессоленная вода);
  • твердые, нерастворимые (ограниченно растворимые или полностью растворимые) в жидком пластификаторе.

В зависимости от каждого из следующих типов определяется маркировка модельных составов. На практике применяют чаще всего парафиново-стеариновые модельные смеси, имеющие доступную стоимость и хорошие характеристики. Они могут многократно использоваться при условии регенерации после 5-6 циклов. Последняя выполняется серной кислотой, которую добавляют в нагретую до 70-90 градусов смесь с последующим перемешиванием и выдержкой при этой температуре в течение часа. За это время происходит выпадение осадка, который удаляется, а в оставшуюся часть добавляется жидкое стекло. Последнее удаляет остатки серной кислоты, которая выпадает в удаляемый осадок в течение 2-3 часов. Завершающей стадией регенерации модельного состава остается добавление 3-5% свежего стеарина, который частично теряется во время обработки серной кислотой.

Экономическая эффективность применения модельных составов

Его особенностью остается достаточно высокая себестоимость готовой отливки из-за более длительного процесса подготовки, дороговизны первоначальных расходов на изготовление пресс-форм. В итоге этот метод используют для точного литья в условиях массового и серийного производства, когда есть возможность компенсировать первоначальные значительные расходы. На практике метод используют в машиностроении для, например, изготовления корпусных деталей электротехнической продукции. Достаточно широко используют модельные составы в кораблестроении и автомобилестроении, где необходимо добиться высокой точности сложных деталей. Практикой установлены следующее количество деталей в зависимости от группы сложности, когда целесообразно переходить на литье по выплавляемым моделям:

  • первая – 500 штук;
  • вторая – 200 штук;
  • третья – 100 штук.

Использование на заготовительном производстве модельных составов снижает припуск до 0,2-0,7 мм, позволяет получить чистоту поверхности по 5-7 классу., что подтвердят фото. В итоге себестоимость готовых изделий снижается на 30-60%, обеспечивая хороший экономический эффект. Одновременно растет коэффициент использования металла (до 0,85), уменьшается отходы металла в стружку (до 6-7 раз), а трудоемкость обработки резко падает (до 60-70%).

Основные этапы литья по выплавляемым моделям

Принципиально процесс не отличается от классического литья в песчаные смеси, подразумевая заливку в готовую форму расплавленного цветного сплава или стали. Непосредственно литье включает следующие этапы:

  • создание модели;
  • получение формы;
  • получение готовой литейной формы;
  • непосредственно литье.

На первом этапе происходит подготовка пресс-формы, ее заполнение модельным составом и ожидание затвердевания с последующим извлечением. Получение формы включает обсыпку и сушку твердой модели. В дальнейшем происходит удаление модельной массы горячим воздухом, водой или иным методом с дожигом оставшейся массы во время прокаливания. На финальном этапе происходит непосредственно литье с последующим отпуском, удалением форм и литниковой системой, первичной обработкой заготовок дробеструйным методом или сжатым воздухом.

Для получения качественного литья по модельным составам не допускается. На практике это означает, что разбивать форму можно через 5-6 часов. В условиях производства используют вибрационный стол, а затем удаляется литниковая система и при наличии облой. Последнее может использоваться повторно для изготовления деталей без каких-либо ограничений.