8.3 Модельные составы

В ювелирной промышленности используется большое колич_ество модельных составов, которые можно разделить на три группы: выг!_Лав. ляемые, растворяемые и газифицируемые. Наибольшее применение находят выплавляемые составы на основе различных восков.

Типичным представителем растворяемых модельных составов ^вля-ется карбамид CO(NH:)2 (техническая мочевина — см. гл. 7).

Газифицируемые модели из пенополистирола (см. гл. 9) применяют­ся довольно редко.

В отечественной практике широко используются модельные сост-_авы в которые входят парафин (наполнитель), шеллачный воск или цер_е3ин 100 (упрочнитель), сополимер этилена с винилацетатом (пластиф_ика. тор), краситель быстрорастворимый антроксиноновый (табл. 8.3 и 8 4)

Лучшим наполнителем считается нефтяной высокоочищенный Мик­рокристаллический парафин марки А. Шеллачный воск — побочный продукт производства спиртовых растворов шеллака. Он обладает следующими характеристиками:

Температура каплепадения, °С ............... 74—80

Линейная усадка, % ...................... 2,2—2,4

Плотность, г/см³ ........................ 0,97—0,98

Зольность, % .......................... 0,12

Модельный состав Бронницкого завода, включающий 65 % пищевого парафина, 20% шеллачного воска и 15% сополимера, имеет такие характеристики:

Температуракаплепадения, "С ...................

Температура затвердевания, ° С ...................

Твердость, усл.ед. ТИР ........................ 96

Линейная усадка, % .......................... 2

Зольность, % .............................. 0,2

Для изготовления несложных ювелирных изделий используют мо­дельные составы, применяемые в машиностроении при точном литье. В частности, парафино-стеариновые составы (ПС 50-50, ПС 70-30) обеспечивают низкую шероховатость поверхности моделей, но облада­ют низкой прочностью при 30—35 ° С.

8.4. Изготовление моделей и модельных блоков

В ювелирной промышленности модели изготовляют под давлением, что позволяет четко воспроизвести в моделях все тончайшие элементы миниатюрных художественных произведений. Жидкий модельный со­став запрессовывают на специальных инжекторных установках.

На промышленных установках температура модельного состава ре­гулируется автоматически. Она колеблется в пределах 60—70 ° С, давле­ние воздуха в инжекторе изменяется в широких пределах (0,5—8) • 10 Па. Перед запрессовкой пресс-форму тщательно очищают, смазывают раз­делительными жидкостями (силиконовым или эвкалиптовым маслом, смесью, состоящей из 1 части воды и 1 части глицирина) или припыли-вают тальком.

На рис. 8.2 показана малогабаритная вакуумная инжекционная установка П143.

Технические характеристики установки П143

Вместимость бачка, л ......................... 1

Максимальная температура нагрева модельного состава, ° С ... 100

Время расплавления модельного состава, застывшего в бачке, мин 45

Напряжение питающей сети, В ............ ...... 220

Потребляемая мощность, кВт ..................... 0,5

Производительность, число циклов в мин .............. 30

Масса установки (без модельного состава), кг ........... 5

На установке П143 можно вакуумировать полость пресс-формы, чтобы обеспечить оптимальное заполнение полости модельным сос­тавом. Для этого установка оборудована вакуумным блоком П145, с помощью которого в пресс-форме можно создать разрежение 1333 Па.

В СКТБ-6, кроме того, разработана промышленная инжекционная установка Т07 с бачком вместимостью 3 л.

170

Перед заливкой резиновой пресс-формы ее сжимают металлически­ми пластинами и подводят литниковый канал к носику сопла инжекто­ра Инжектор устроен так, что при нажатии на сопло модельный состав вытекает из него и заполняет пресс-форму. После охлаждения на воздухе до температуры приблизительно 30—40° С модель аккуратно извлекают из пресс-формы. При длительной работе резиновая пресс-форма нагревается, и ее необходимо переодически охлаждать в холо­дильнике, так как в местах утолщений могут появиться усадочные раковины.

На автоматизированных установках все операции происходят без участия оператора. Так, на установке СХКТБ ПО «Ювелирпроц» (Киев) транспортировка пресс-форм к инжектору, впрыскивание модельного состава и транспортировка пресс-форм на охлаждение осуществляются автоматически.

171

Технические характеристики установки

Производительность, число циклов в мин ........ 17

Вместимость бачка, л .................... 4—5

Рабочее давление в бачке, Па ............... (0,2—1,0)-10

Погрешность регулирования температуры, ° С ..... ±2

Важной операцией является технический контроль качества воско­вых моделей. Разного рода дефекты проще исправить на модели, чем на металлической отливке. При наличии грубых дефектов модель отбраковывают.

Модельные блоки в ювелирном прозводстве изготавливают практи­чески так же, как и при точном литье в машиностроении. Модели припаивают к стоякам под определенным утлом, создающим необходи­мые условия для качественного заполнения формы металлом. Литни-ково-питающая система конструируется таким образом, чтобы обеспечить не только заполнение формы, но и питание отливок при затвердевании. Литниковая чаша и стояк должны быть заполнены жидким металлом до окончания затвердевания отливок.

Практика показывает, что для качественного заполнения формы металлом площади поперечного сечения стояка и литников должны соотноситься, как 1:(2-ь4).

8.5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

В ювелирной промышленности литейные формы изготавливают из огнеупорных смесей, основными компонентами которых являются гипс и динас.

Гипс является связующим материалом. Высокопрочный гипс (а-полутидрат) образуется при гидротермальной обработке гипсового камня (см. гл. 3).

После смешения порошкообразного гипса с водой и образования камневидного тела прочность гипса достигает максимума при высуши­вании. Замедление схватывания гипса достигается введением 1—2% гашеной извести или 1—1,5% борной кислоты.

Динасовый порошок получают помолом динасовых > кирпичей сортов ЭД (электродинас) или БДЮ. Электродинас должен содержать не менее 96% SiC>2 и не более 4% CaO, A1₂O₃ и соединений < железа.

В отечественной промышленности широкое применение получила , формовочная смесь «Ювелирная», разработанная ВНИИювелирпромом , и включающая 80—88% динасового порошка и 20—12% гипса. На 1 кг" этой сухой смеси берут 380 мл воды подкисленной ортофосфорной кислотой (до 5 мл на 1 л воды). Смесь имеет следующие характеристики:

Текучесть по Суттарду, мм ...................... 140

Время затвердевания, мин (начало/конец) ............ 14/24

Осыпаемость, % ............................ 0,27

172

Импортные формовочные смеси (табл. 8.5) отличаются от отечест­венных высокой химической чистотой составляющих их компонентов. В этих смесях используют кристобалитсодержащее сырье месторожде­ния Сан-Кристобаль (Мексика) или искусственный продукт обжига аморфного кремнезема. Они содержат 70—75% смеси 0-кристобалита и /J-кварца и 25—30% высокопрочного а-гипса Са5О« • O.SHjO. Размер зерна порошков кристобалита и гипса не превышает 100 мкм. Досто­инством импортных смесей является высокая технологичность, высо­кая формуемость и выбиваемосгъ и низкая адгезия, недостатком — высокое содержание гипса, имеющего склонность к разложению при 650 "С и выше.

Смесь К-90 содержит 25% гипса, 35% кварца, 40% кристобалита. В качестве упрочняющих добавок используется бура или борная кис­лота, асбест, силикат натрия.

Формовочная смесь «Инвестрайт», включающая а-кварц, а-кристо-балит и полуводный гипс (77% SiOj, 20% CaSCU, 3% примесей), обладает следующими характеристиками:

Расход воды на затворение 1 кг смеси, см ........... 380—400

Гарантируемое время жидкотекучести смеси от момента вве­дения воды, мин, не менее ................... 8—9

Начало схватывания смеси, мин ................ 14—20

Прочность на сжатие, МПа:

после двухчасовой выдержки ............... 2,0

после прокаливания ..................... 1,1

Максимально допустимая температура заливаемого метал­ла, °С ............................... 1157

Размер гранул, мм ........................ 0,02—0,09

Первым этапом изготовления литейной формы является получение суспензии. Для этого порошок формовочной смеси смешивают с дис­тиллированной водой в соотношении 0,32—0,42 л воды на 1 кг смеси.

173

Чтобы получить однородный состав и удалить воздушные пузырьки, смесь перемешивают ручным миксером (рис. 8.3), а затем вакуумируют в течение 3—4 мин. Технологические добавки кремнистого натрия и борной кислоты, вводимые в сухой порошок, способствуют удалению воздуха из массы, а подкисливание воды ортофосфорной кислотой повышает жидкотекучесть суспензии.

На втором этапе полученную однородную смесь заливают в опоки, установленные на вибростоле. Заливка производится плавно, чтобы избежать разрушения моделей. Заполненные опоки накрывают колпа­ком, создают вакуум и вибрацию. Остаточное давление составляет не более 1400 Па, продолжительность вибровакуумирования — 3—4 мин. За это время пузырьки воздуха, адсорбированные на поверхности восковых моделей, поднимаются вверх.

На рис. 8.4 изображена малогабаритная вибровакуумная установка П142.

174

Технические характеристики установки П142

Производительность, опок/ч ................... 6—12

Потребляемая мощность, кВт ................... 0,4

Напряжение питающей сети, В ................. 220

Частота колебаний, мин"¹ .................... 50 ± 5

Амплитуда колебаний, мм, не более ............... 0,8

Размеры вакуумной камеры, мм:

диаметр ............................. по

высота .............................. 190

Масса установки, кг ........................ 20

Промышленная вибровакуумная установка П100 обеспечивает про­изводительность 20 опок/ч. Диаметр вакуумной камеры этой установки составляет 324 мм, высота — 245 мм.

Затвердевание смеси заканчивается через 40—60 мин в опоках диаметром 75 мм и высотой до 140 мм. Затвердевание смеси в опоках больших размеров продолжается до 3 ч.

175

Модельный состав вытапливают или паром в бочках, или в специ­альных электрических шкафах. В шкаф, предварительно нагретый до 150° С, устанавливают опоки на колосниковый поддон литниковыми чашами вниз. Выплавленный модельный состав стекает в поддон. До 50% модельного состава впитывается в форму и затем выгорает при прокаливании в печах.

При вытапливании паром качество воска ухудшается, что затрудня­ет его повторное использование для изготовления моделей.

Прокаливание опок осуществляется в электрических печах. Режим прокаливания обусловлен превращениями, которые происходят в квар­це при различных температурах (см. рис. 3 2).

В АО «Русские самоцветы» разработан следующий режим прокали­вания гипсодинасовых керамических форм:

Температура, ° С Продолжительность, ч

20—150 1

150 2

150—300 1

300 1

300—480 2

4SO 1

480—750 1

750 1,5

Охлаждение формы до 600 ° С вместе с печью

В СКТБ-6 созданы печи для прокаливания опок, в которых, кроме того, вытапливается модельный состав из опок (рис. 8.5).

Технические характеристики малогабаритной программируемой прокалочной печи П141

Максимальная температура вытапливания модельного состава, ° С 100 Максимальная температура прокаливания опок, ° С ........ 1000

Скорость разогрева до номинальной температуры, ° С/ч ...... 200

Напряжение питающей сети, В .................... 220

Размеры рабочего пространства, мм:

длина ................................. 250

ширина ............ ...... ............ 250

высота .................... ............ 250

Масса печи, кг .............................. 70

8.6 ПЛАВКА И ЗАЛИВКА МЕТАЛЛА

Плавку и заливку металла осуществляют, как правило, при помощи специализированных плавильно-заливочных агрегатов, в большинстве

случаев оборудованных центробежным столом и индукционными пе­чами или печами электрического сопротивления.

Одним из наиболее удачных агрегатов для плавки и центробежной заливки металла является установка П51 (рис. 8.6).

Установка представляет собой металлическую конструкцию — ос­нование, на котором смонтированы центробежный и два плавильных агрегата.

Плавильный агрегат — это печь сопротивления, которая состоит из графитового тигля, установленного между двумя массивными графи­товыми электроконтактами. Внутри графитового тигля размещается керамический тигель, в котором плавят металл.

После того как металл расплавился и нагрелся до нужной темпера­туры, на плавильный агрегат устанавливают опоку, предварительно нагретую в прокалочной печи. Опоку закрывают специальным кожу­хом. При включении центробежного стола вся система «опока-плавиль­ный тигель» поворачивается на 90°. Во время вращения происходит заливка металла.

Технические характеристики установки П51 Масса шихты (по золоту), кг ................. 1,5

Максимальная температура нагрева, ° С .......... 1200

Потребляемая мощность, кВт ................. 2,8

Вместимость сменных тиглей, см³ .............. 25, 40, 75

Скорость вращения тигля, мин""¹ .............. 220

Напряжение питающей сети, В ................ 380

Размеры установки, мм, не более:

длина ............................ 1225

ширина ........................... 1225

высота ............................ 1400

Масса установки, кг, не более ................. 320

В СКТБ-6, кроме того, сконструирована малогабаритная плавильная установка с центробежным приводом Д161 (рис. 8.7).

Технические характеристики установки &161 Масса шихты (по золоту), кг ...................... 0,5

Максимальная температура нагрева, ° С ............... 1300

Потребляемая мощность, кВт ..................... 1,0

Вместимость тигля, см³ ......................... 25

Скорость вращения тигля, мин ................... 240

Напряжение питающей сети, В .................... 220

Размеры установки с ограждением и тумбой, мм:

длина ................................. 750

ширина ................................ 750

высота ................................ 1420

Масса установки с ограждением и тумбой, кг ............ 100

За рубежом широко применяется индукционная плавка.

В высокочастотной установке «Модулар 80/вак» (Италия) плавка проводится в графитовых тиглях. Средняя продолжительность плавки 400 г шихты — 10 мин.

Различные установки для индукционной плавки выпускает герман­ская фирма «Линн электроник».

Технические характеристики установки «Пластикат 600/150»

Мощность, кВт .............................. 6

Частота тока, МГц ............................ 1,3

Размеры опок, мм, не более:

диаметр ............................... 120

высота ................................ 180

Масса шихты, г, не более:

нейзильбер ............................. 1000

бронза ................................ 1000

желтое золото ............................ 1200

Установка снабжена погружной термопарой, что позволяет с боль­шой точностью регулировать температуру металла.

Созданы, кроме того, установки, в которых принудительное запол­нение литейной формы происходит за счет перепада давления в пла­вильной и заливочной камерах.

На рис. 8.8 представлена схема индукционной установки S10/C А1000 фирмы «Линн электроника для плавки меди.

179

Технические характеристики установки S10/C А1000 Мощность, кВт ............................. 15

Максимальная температура'нагрева металла, ° С .......... J300

Размеры опок, мм:

диаметр ............................... 350

высота (не более) .......................... 500

Масса шихты, кг ............................. 5

При достижении задан­ной температуры металла в заливочной камере создается разрежение (0,4—0,6)-10 Па, стопор автоматически под­нимается и металл за счет перепада давления заполняет литейную форму.-

8.7. ЛИТЬЕ МЕЛКИХ ИЗДЕЛИИ

ИЗ ЛЕГКОПЛАВКИХ

СПЛАВОВ

Одной из разновидностей художественного литья яв­ляется литье бижутерии, фурнитуры, брелков, суве­ниров, мелких статуэток из легкоплавких сплавов на ос­нове свинца, олова, цинка. По некоторым параметрам этот вид литья приближается к ювелирному. В качестве ма­териала литейной формы широко используется вулка­низированная резина. Ос­новным способом заливки металла является центро­бежный.

В СКТБ-6 АО «Русские самоцветы» создана полуав­томатическая установка П118, предназначенная для изго­товления подобных отливок. На рис. 8.9 представлена ее схема. В этой установке раз­мещена печь сопротивления с нихромовыми нагревателями. Плавка металла и поддержа­ние заданной температуры

расплава в пределах 200—600"С осуществляются автоматически. В печи установлен тигель сравнительно большой вместимости — 6,4 л. Резиновую форму размещают между двумя матрицами и прижимают специальным пневмоцилиндром. Заполнение литейной формы метал­лом происходит под действием центробежных сил.

Перед разливкой металла в тигель с расплавом опускается так называемый черпак — сосуд, имеющий в нижней части сбоку отвер­стие. Для заливки формы черпак поднимается из ванны вверх. Когда его отверстие совместится с отверстием металлопровода, жидкий ме­талл начинает поступать в литейную форму, которая к этому времени вращается с заданной скоростью. Количество поступающего металла определяется временем выдержки черпака в верхнем положении.

Технические характеристики установки П118 Производительность, заливок/ч ............... До 10

Температура нагрева сплава, ° С ............... до 600

Вместимость тигля, см .................... 6400

Частота вращения центробежного устройства, мин . . . 240 Напряжение питающей сети, В ............... 220

Управление работой печи осуществляется и в автоматическом, и в ручном режиме.

181