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.
