Описание технологии

Процесс начинается с изготовления мастер-модели. Мастер-модель может быть как одноразовая (из воска, пластилина, глины), так и многоразовая (металлическая, гипсовая, пластиковая). Одноразовые мастер-модели готовятся вручную методами лепки или вырезания. Многоразовые модели предполагают неоднократное создание по ним пресс-форм, а следовательно, получение малой или средней серии одинаковых отливок, по этому такая мастер-модель готовится более тщательно, не предполагается доработка изделия после литья.

Многоразовую мастер модель могут изготавливать в несколько этапов, например, вырезание из воска одноразовой мастер модели, отливка ее в легкоплавком сплаве и механическая доработка мастер-модели. Один из наиболее современных и высокотехнологичных способов получения многоразовой мастер-модели – прототипирование. При этом в любом трехмерном редакторе создается 3D-модель изделия с увеличенными размерами на величину усадки. Еще на этапе моделирования разрабатывается литниковая система. В программах, симулирующих процесс заливки и застывания металла, прогнозируются и устраняются возможные дефекты литья, и производится окончательная доработка литниковой системы. На конечном этапе проектирования на 3D-принтере создается мастер-модель с литниковой системой.

На следующем этапе изготавливается пресс-форма. Пресс-формы могут быть изготовлены из разных материалов, предполагающих создание разного количества моделей. При производстве крупных серий изделий простой формы пресс-формы могут быть изготовлены из алюминия на станках с ЧПУ.

Затем производится копирование, результатом которого является создание восковых моделей. Способ получения модели зависит от размера изделия и количества копий. Так, ювелирные изделия, или изделия массового производства производятся при помощи инжектора. Кабинетное и статуарное литье чаще всего производится свободной заливкой и намораживанием слоя воска на стенках пресс-формы, в результате чего получается полая тонкостенная восковая модель. Это делается для экономии металла и уменьшения веса отливки.

Изделия небольшого размера намного выгоднее отливать не по одному, а небольшой партией, объединяя изделия в одну литниковую систему, которую помещают в опоку. Такую литниковую систему называют «елка». Стволом «елки» в данном случае будет являться литник. А ветвями соответственно изделия с питателями, присоединенными к стволу.

На верхнем снимке (рис. 1.) «елка» для литья по выплавляемым моделям предназначенная для заливки стали. На нижнем снимке «елка» с ювелирными украшениями, отлитая эстрих-процессом. На нижнем снимке хорошо видно, что модели крепятся к литнику питателями. Надо учитывать правило расположение моделей по высоте зависимости от вида: сверху более легкие, ажурные, чем ниже, тем проще и массивнее, это наглядно видно на нижнем снимке (елка формируется в перевернутом положении, то есть снизу будет литниковая чаша; заливается же наоборот, в положении когда литниковая чаша сверху, по этому наиболее массивные изделия будут ближе всего к литниковой чаше). Первыми при заливке металла будут заполнены ажурные изделия (на снимке в самом низу) порцией наиболее горячего металла, а более массивные и простые детали будут заполняться последними, когда металл будет менее горячим. Таким образом, наиболее тонкие детали будут заливаться металлом с более высокой жидкотекучестью, а более массивные - металлом с наименьшей усадкой (чем выше температура, тем больше жидкотекучесть и усадка).Зачастую угол между литником и питателями составляет 45 °. Благодаря этому все детали проливаются, и в форме не остается пузырьков воздуха. При этом, чем ближе к прямому углу, тем больше деталей вы сможете расположить на «елке», но тем выше вероятность того, что детали могут не пролиться. Такой вариант расположения деталей виден на верхнем снимке.

Рис. 1. Примеры «елок»

После получения модельного комплекта («елки») при осуществлении технологии литья по выплавляемым моделям получают оболочковую форму.

Технология изготовления оболочковой формы связана с изготовлением суспензии, которая состоит из огнеупорного пылевидного материала, нанесением суспензии на блок моделей, обсыпкой его песком или другим огнеупорным материалом и сушкой слоев (их наносят от 3 до 12). После отверждения последнего слоя поверхность литниковой чаши освобождается от оболочки механическим путем до появления модельного состава, который удаляют выплавлением в паровой бане, в нагретой вытопной печи или в расплавленном модельном составе, бывшем в употреблении. После вытапливания модельной массы оболочку прокаливают при 900 – 1000 ° С в течение 5 – 8 часов. На небольших предприятиях процесс приготовления оболочек производится оператором, который должен иметь высокую квалификацию. Процесс нанесения песка на суспензию сопряжён с риском для здоровья оператора, поскольку мелкая пыль оседает в легких и вызывает неизлечимое заболевание – силикоз. На крупных предприятиях этот процесс может быть полностью автоматизирован, как например на заводе НЗХК, и все операции по нанесению слоев выполняет запрограммированный робот. Но подобный вариант почти невозможен, когда речь заходит о художественных изделиях, как правило, имеющих очень сложную форму.

В художественном литье вокруг оболочковой формы создают опорный слой, роль которого играет сухой песок или другой огнеупорный материал. Таким образом, оболочку предохраняют от разрушения в процессе заливки металла. Формовку оболочковых форм может производиться разными способами:

Оболочковый - при котором сначала выплавляют модели, затем оставшиеся без модельного состава оболочки прокаливают для удаления остатков модельной массы и в конце в специальных коробках заформовывают сухим песком и заливают металлом.

Оболочково-опочный – при котором, вначале выплавляют модели, потом оболочку засыпают песком в ящиках с дном, прокаливают и подают под заливку. К этому способу можно отнести и «механизированный» - с конвейерной заливкой.

Опочный – при котором модели в оболочке заформовывают «по-сырому» в ящиках – опоках, затем выплавляют и прокаливают форму, а потом подают под заливку.Этот метод отличается от предыдущего тем, что выплавление модельного состава производится после формовки.

Опочный с формовкой пробок «по-сырому» применяется для принудительной заливки.

Схема технологического процесса изготовления отливок