4. Изготовление литейных форм

Следующий этап работы заключается в том, что восковое дерево, помещают в опоку и заливают огнеупорной гипсовой смесью (формовочной массой).

Формовочная масса состоит их химически чистого кристоболита, высокопрочного гипса, кремнезема, а также модифицирующих веществ (замедлителей), регулирующих скорость затвердевания гипса.

Кристоболит – это минерал вулканической породы, его получают, нагревая кремнезем до температуры 1470-1670 градусов. Формовочная масса, содержащая кристоболит не растрескивается при заливке расплавленного металла.

Гипс – используется в формомассе как связующий материал.

Кремнезем – это двуокись кремния SiO2. Он действует на огнеупорную смесь как стабилизирующий фактор при нагревании для выжигания воска и охлаждения непосредственно перед отливкой.

Модифицирующие вещества – это специальные добавки (борная кислота, сернокислый алюминий, мочевина и т.д.) которые снижают окисляемость сплавов, а также замедляют схватывание гипса.

При выборе формовочной массы необходимо обращать внимание на следующие ее характеристики:

1. Формомасса должна выдерживать требуемую для ее прокаливания температуру (760 градусов), не давая при этом трещин.

2. Формомасса должна выдерживать температуру заливки металла (для золота около 1020© радусов, а так же давление расплавленного металла, который затекает в форму с большой скоростью.

3. Формомасса не должна содержать химически вредных веществ, которые могут привести к коррозии или окислению опоки и отливок.

4. Формомасса должна позволять быстрое и легкое извлечение отливок из опоки после литья.

В настоящее время имеются такие формовочные смеси, выпускаемые различными зарубежными фирмами:

1. KERRCast (США)

2. Hoben International (Англия)

3. SRS Ltd (Англия)

Прежде чем залить формовочную массу в опоку, где установлено восковое дерево, необходимо провести обезжиривание восковых моделей.

Обезжиривание воскового дерева проводят в спирте или четыреххлористом углероде. Обезжиривание производится путем окунания воскового дерева 5-6 раз в ванну с раствором. Затем просушить восковое дерево на воздухе.

Обезжиривание воскового дерева можно производить так же и с помощью мыльного раствора. Его готовят, растворив 7-8 граммов стирального порошка в 1 литре теплой (35-40 градусов) воды. После этого восковое дерево промывают в холодной воде и просушивают с помощью вентилятора.

Для обезжиривания можно так же использовать препараты, изготовленные специально для этих целей:

- Film-o-wax раствор, снижающий поверхностное натяжение;

- Rio-vacu-film смачивающий раствор, предотвращающий образование воздушных пузырьков на поверхностях моделей во время заливки формомассы.

Практика показывает – без использования смачивающих растворов – нельзя получить качественные отливки.

Опоки для литья – это трубы из нержавеющей стали разного диаметра и разной высоты. Опоки для вакуумного литья имеют более сложную форму. На поверхности этих опок имеется множество отверстий, через которые происходит всестороннее вакуумное всасывание и быстрое остывание краев опоки после заливки расплава.

Опоки должны плотно входить в резиновые уплотнители, что бы не было утечки формомассы. Перед использованием, опока должна быть тщательно очищена от остатков старой формомассы, а внутреннюю ее поверхность необходимо очистить от ржавчины с помощью железной щетки. Размеры опок выбирают в зависимости от количества отливок, их габаритов и возможностей литейной машины. Опока размером 100x150 означает, что она имеет диаметр 100мм. и высоту 150мм.

Технологический процесс получения литейных форм состоит из следующих технологических операций:

1. Приготовление водяной суспензии.

2. Перемешивание смеси.

3. Вакуумирование смеси

4. Вибровакуумирование.

5. Вытапливание воска.

6. Отжиг опоки.

Для приготовления водяной суспензии рекомендуется соотношение «порошок-вода» 100-40 или 100-38. Воду отмеряют с помощью мерительной емкости, а порошок взвешивают на весах. Температура суспензии должна быть около 20 градусов.

Для определения массы воды требуемой для заполнения опоки, содержащей восковые модели, надо осторожно залить опоку водой комнатной температуры, а затем вылить воду в мензурку. Если известна масса воды, требуемой для заливки в опоку, то массу порошка можно вычислить следующим образом:

Заливаем опоку

Перемешивают порошок с водой, с целью получить однородную массу при помощи миксера. При длительном и тщательном замешивании ускоряется процесс схватывания, и получаются качественные отливки с более гладкими поверхностями. Нельзя перемешивать смесь слишком быстро. Это приводит к поднятию воды в верхнюю часть опоки, поскольку она легче, чем порошок формомассы и как следствие, к образованию дефектов на отливках.

Полученная суспензия помещается под вакуумный колпак для удаления воздуха из суспензии. Если воздух из суспензии не удалить, то он прилипает к восковым моделям в виде воздушных пузырьков, что приведет к дефектам на отливках. Вакуумирование производится при давлении 1400Па в течение 2-3 минут.

При вакуумировании суспензии, воздух из-под колпака удаляется за счет снижения давления. Когда давление над суспензией достаточно понизится, суспензия в емкости начнет кипеть, что приведет к полному удалению из нее воздуха. Затем суспензию медленно, чтобы не поломать восковые модели заливают в опоку до тех пор, пока уровень суспензии не поднимется не менее чем на 10мм. выше восковых моделей.

Опоки, залитые суспензией, помещают под вакуумный колпак, установленный на вибрационном столе. Вибрация и одновременное вакуумирование позволяют суспензии полностью обтекать восковые модели, и окончательно удаляет пузырьки воздуха. Процесс продолжается от 1 до 2 минут при давлении 1400 Па. За это время суспензия снова сильно поднимается, затем оседает и начинает кипеть.

После того как формомасса затвердеет, надо снять с нее резиновую подставку уплотнитель и удалить излишки формомассы на ее краях и боковых стенках. Модельный воск вытапливается паром, или в прокалочной печи во время обжига опоки. Операция вытапливания воска с последующим обжигом является важнейшей фазой в литейном деле. Поэтому обжиг опок необходимо проводить в строгом соответствии с разработанными режимами прокаливания формовочных масс. Рекомендуемый изготовителем режим прокаливания обычно прилагается к каждой упаковке с формовочной массой. При отклонении от указанных режимов прокаленные опоки могут дать трещины, неровности и другие дефекты на отливках. При температуре 90-100 градусов большая часть воска расплавляется и вытекает через литниковое отверстие. Пар, образующийся в результате нагревания опоки с влажной формомассой, помогает удалению воска из полостей формы. Оставшаяся часть воска при последующем нагревании до 550 градусов превращается в сажу. При температуре 750 градусов сажа соединяется с кислородом воздуха, образуя газообразное соединение, и полностью удаляется. При этом печь должна вентилироваться. В современных производствах используются прокалочные печи с программируемыми регуляторами температуры. Преимущества таких печей заключаются в том, что они позволяют экономить рабочее время. Запрограммировав печь, можно прокаливать опоки в нерабочее время, подготавливая их к заливке на следующий день.

Рекомендуемые правила обжига опок:

1. Опоки, залитые формовочной массой нельзя долго хранить в холодной печи. Если залитые опоки нужно хранить долго, то их заворачивают в мокрые тряпки. Если формомасса высохнет, то при вытапливании воска из опоки он будет впитываться в поры формомассы, осложняя в последствии процесс заливки опок расплавленным металлом.

2. При вытапливании воска из опоки ее необходимо медленно прогреть до 200 градусов. В противном случае, если прогревание вести быстро, то пар, образовавшийся в модельных полостях, расширяется быстрее, чем выходит через литниковое отверстие, и как следствие может произойти деформация модельных полостей, что приведет к браку отливок.

3. Камера печи, где происходит обжиг опок, должна вентилироваться. При этом печь должна вентилироваться. Недостаточная вентиляция прокалочной печи, приводит к забиванию пор формомассы золой, в особенности при большом количестве одновременно прокаливаемых опок, или при очень кратковременных циклах обжига опок.

4. Нельзя нагревать опоку выше максимальной температуры указанной фирмой изготовителем (как правило, 760 градусов). При превышении максимальной температуры происходит разрушение гипсовой связки, кроме того, металл, залитый в такую опоку, будет медленно остывать, что приводит к пористости и плохой чистоте поверхности отливок.

При литье по выплавляемым моделям с принудительной заливкой металла в форму применяются различные литейные установки и устройства: центробежные литейные установки, вакуумные литейные установки, центробежно-вакуумные литейные установки.