1 .4 Литье по выплавляемым моделям

Еще 4 тыс.лет назад в Вавилонии и Древнем Египте для отливки украшений и деталей оружия применялся метод восковой формовки, ставший прообразом современного способа литья по выплавляемым моделям. Всемирно известные «Персей с головой медузы» Бенвенуто Челлини, ленинградский «Медный всадник» и московский памятник Минину и Пожарскому были отлиты по восковым моделям.

Но если раньше этот способ применялся для изготовления уникальных изделий, то современная технология приспособила его к нуждам массового производства. Так, советские ученые и инженеры, удостоенные за это Ленинской премии, создали уникальную автоматическую линию для литья по выплавляемым моделям мелких отливок. При массе каждой отливки не больше 160 г годовая производительность линии составляет 2500 т, т.е. больше 10 млн. деталей!

Победное шествие нового варианта древней технологии в наши дни стало возможно благодаря успехам химии кремнийорганических соединений, а именно, разработке промышленного метода получения этилсиликата, исходного материала для связующих растворов, склеивающих огнеупорную пыль в прочные литейные формы.

Литье по выплавляемым моделям широко применяется для изготовления отливок сложной конфигурации из сплавов практически любых составов. Этим способом отливки изготавливают в неразъемных формах, выполненных по точным неразъемным моделям. Материал формы в виде суспензии наносится на модель из легкоплавкого модельного состава и образует керамическую оболочку. При нагреве модельный состав расплавляется и вытекает из полости формы. Таким образом, каждая модель служит для изготовления только одной формы. Отсутствие разъемов в форме и удаление модели путем выплавления обеспечивает повышенную точность литья, благодаря отсутствию перекосов, смещения отдельных частей формы и др. Точность отливок по выплавляемым моделям достигает +0,05 мм на 25 мм длины отливки, а толщина стенок может составлять 0,3-0,8 мм. Модельные составы, применяемые в промышленности, разнообразны и обычно состоят из 2-3 компонентов, основными из которых являются стеарин, парафин, буроугольный воск, этилцеллюлоза, полистирол и др. Модельные составы плавят в автоклавах или термостатах, снабженных приспособлениями для перемешивания. Заполнение пресс-форм модельным составом производят заливкой из автоклава под давлением или специальным шприцем. После затвердения легкоплавкие модели извлекают из пресс-форм и зачищают. Мелкие модели объединяют в блоки с общей литниковой системой. Затем на модели наносят 3–6 слоев (толщина стенки 4–8 мм) огнеупорного покрытия. Покрытие представляет собой жидкую суспензию, состоящую из 60-70% природного пылевидного кварца или молотого, тонкодисперсного кварцевого песка и 30-40% связующего вещества. Связующим обычно служит гидролизованный раствор этилсиликата, получаемый путем гидролиза технического (С₂Н₅О)₄Si в присутствии растворителей ацетона или этилового спирта. Из полученной керамической литейной формы выплавляют модель. Выплавление производят горячей водой, паром или горячим воздухом (120-150С). Освобожденные от моделей формы помещают в опоки или контейнеры, засыпают снаружи сухим прокаленным песком, уплотняют и прокаливают в электрических печах при 900-970 С в течение 4-7 ч. При этом происходит выгорание остатков модельного состава и обжиг керамической формы. После прокаливания готовые формы в горячем состоянии подают под заливку металлом. Литьем по выплавляемым моделям получают отливки высокой точности и чистоты поверхности.

Применение магнитного поля позволило заменить технологический процесс литья по выплавляемым моделям на литье по выжигаемым моделям, изготавливаемым из легкообрабатываемого пенопласта.

Итак, на дно опоки, вставленной внутрь соленоида, присоединенного к сети переменного тока, высыпают слой железного порошка, кладут на него пенопластовую модель с литником и засыпают ее доверху, затем включают ток, превращающий железный порошок в монолит, и заливают металл, мгновенно сжигающий пенопласт. Как только отливка чуть затвердеет, ток выключают, и форма вновь рассыпается в порошок. Поверхность отливок получается безупречной, до мельчайших подробностей воспроизводящей даже фактуру моделей.

Установка представляет собой конвейер с опоками, проходящий сквозь мощное электромагнитное поле. Как уже говорилось, опоки остаются в зоне действия поля до образования тонкой металлической корочки на расплаве, после чего конвейер делает очередной шаг, и отливка легко извлекается из потерявшего монолитность железного порошка. На установке успешно отливались магниевые блоки для автомобильных двигателей, причем, качество не уступало кокильному литью. Отсутствие же дорогостоящих кокилей, простота и универсальность магнитных форм позволило снизить себестоимость продукции ровно вдвое. И никаких отходов, никаких установок для регенерации литейной земли – идеальный с точки зрения охраны окружающей среды технологический процесс, в котором расходовался главным образом жидкий металл, превращавшийся в готовые отливки.