Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям применяют как в индивидуальном производстве (художественное литье, стоматология и др.) так и в серийном и массовом производстве.

Сущность способа заключается в том, что металл заливают в целиковую литейную форму, полученную по выплавляемой или выжигаемой модели (ГОСТ 18169-86). Выплавляемые смеси представляют собой легкоплавкие материалы ( парафин, воск и т.п), которые удаляют из керамической формы путем нагрева горячим воздухом, горячей водой, температура которых выше температуры плавления модельных составов. Выжигаемые смеси изготовляют из обычного или вспененного полистирола. В этом случае удаление модели происходит на стадии прокаливания оболочки, так как температура прокаливания значительно выше плавления полимеров. Растворяемые модели на основе карбамидов и

нитрата калия или натрия удаляются теплой водой.

Применение форм, изготовленных по выплавляемым (выжигаемым ) моделям позволяет получать сложные отливки из любых сплавов с высокой точностью размеров и чистоты поверхности. Модельные составы для ЛВМ должны быть легкоплавкими ( до 100 о С ), жидкотекучими, не должны взаимодействовать с растворителями суспензий и одновременно обеспечивать термостойкость и прочность готовой модели. Основными компонентами модельных составов являются парафин (П )(ГОСТ 23683-89), стеарин(С), натуральный и синтетический церезин, буроугольный(Б ) и торфяной(Т ) воски(битумы ), сложные эфиры органических кислот и др.

В зависимости от состава и количества компонентов модельные составы для ЛВМ можно разделить на 7 групп ( В.А.Озеров ). Классификация модельных составов приведена в табл. 258.

Таблица 258. Классификация модельных составов для литья по выплавляемым моделям

358

Примечание : 1. В маркировке модельных составов буквы обозначают наименование компонентов : П - парафин; С - стеарин; Ц - церезин; Б — буроугольный воск; Ко - кубовый остаток крекинга; Т - торфяной воск ; Тр - триэтаноламин ; Пс - полистирол ; Пэв - полиэтиленовый воск ; Кб - карбамид ; Пвс — поливиниловый спирт ; Мс - Mg SO4 ; Бк - борная кислота ; Нк - нитрат калия ; К - канифоль ; Св - сибирский воск ; Цифры в маркировке указывают массовую долю ( % ) компонентов в составе. Например ПС 50-50 содержит 50 % по массе парафина и 50 % стеарина.

2, В скобках указано название торговой марки.

. Для литья по выплавляемым моделям применяют высокоочищенный парафин марок П-1 и П-2 (ГОСТ 23683 -89. Парафины должны соответствовать техническим требованиям, приведенным в табл. 259.

Таблица 259. Парафины нефтяные твердые ( ГОСТ 23683 - 89 ).

Добавление в модельные составы на основе парафина полиэтиленовых восков ПВ-200 и ПВ-300 повышает их теплоустойчивость и прочность. Свойства некоторых модельных составов первой группы приведены в табл. 262.

Церезин — продукт переработки петролатума и озокерита, представляет собой воскообразное вещество без вкуса и запаха от белого до коричневого цвета, нерастворимое в воде, но растворимое в бензоле. Температура каплепадения от 65 до 88 о С. В зависимости от температуры каплепадения выпускаются марки : 65, 70, 75, 80 (ГОСТ 2488-79). Для изготовления легкоплавких моделей применяют также церезин синтетический высокоплавкий марки 100 (ГОСТ 7658-74), имеющий температуру каплепадения 100 о С.

Церезин не вступает в реакцию с гидролизованным раствором этилсиликата. Зольность церезина не превышает 0,03 %, плтность 910-940 кг/м3. К недостаткам церезина относятся его сравнительно невысокие прочность и твердость, малая пластичность и значительная линейная усадка (до 3,5 %).

Буроугольный воск — смесь сложных углеводородов, получают из бурого угля. Температура каплепадения буроугольного воска — 88 -89 о С, зольность — 0,1 %. Буроугольный воск хорошо сплавляется с парафином, церезином, с синтетическими восками. Не взаимодействует с гидролизованныи раствором этилсиликата.

Стеарин — смесь твердых жирных кислот. Стеарин получают из живот ных жиров и гидрированных растительных масел. Стеарин представляет собой бесцветную

359

кристаллическую массу с температурой плавления - 69,6 оС. Недостатками стеарина являются склонность к взаимодействию с гидролизованным раствором этилсиликата, что приводит к образованию дефектов на поверхности отливок, а также дефицитность и высокая стоимость.

Канифоль (ГОСТ 19113-73) - обладает хорошей пластичностью при температуре

52 -70 о С. В модельных составах обычно используют составу канифоль высшего и первого сортов с температурой размягчения не менее 66 о С и зольностью 0,04 % в сочетании с парафином, церезином, полистиролом, полиэтиленом.

Карбамид (техническая мочевина ) (ГОСТ 2081-75 ) - получают из аммиака и угольной кислоты. Карбамид представляет собой кристаллы или гранулы белого или светло-желтого цвета с плотностью 1335 кг/м3. Хорошо растворяется в воде. Карбамид плавится при температуре 129 — 134 о С и в расплавленном состоянии обладает высокой жидкотекучестью . Модели, изготавливаемые из карбамида в металлических пресс-формах, обладают высокой точностью, прочностью и гладкой поверхностью.

Полистирол для вспенивания (ГОСТ 20282 - 86 ) - синтетический полимерный материал представляет собой бесцветные полупрозрачные гранулы размером от 2,0 до 5,0 мм. Для изготовления литейных моделей используют полистирол вспенивающийся блочный марок ПСМ 111, ПСМ 115 и ПСМ 118. Физико- механические показатели и марки полистирола приведены в табл. 260.

Таблица 260. Физико — технические показатели литейных полистиролов

(ГОСТ 20282 -86)

Полиэтиленовые воски добавляют в смеси ЛВМ на основе парафина и стеарина для повышения их теплостойкости и предела прочности. Свойства некоторых полиэтиленовых восков приведены в табл. 261.

Таблица 261. Марки и свойства полиэтиленовых восков для ЛВМ (ТУ 6-05-1516-72)

Физико-технические свойства модельных составов первой группы приведены в табл. 262.

Таблица 262. Марки и физико-технические свойства модельных составов 1 группы

для литья по выплавляемым моделям

Модельные составы 2 и 3 групп обладают большей по сравнению с первой группой прочностью и теплостойкостью, но из-за высокой температуры плавления имеют сложности с запрессовкой модельного состава в пресс-форму и удалением его из оболочки. Свойства модельных составов 2 и 3 групп приведены в табл. 263.

361

Таблица 263. Марки и физико-технические свойства модельных составов 2 и 3 группы

для литья по выплавляем ым моделям

Модельные составы 3 группы обладают высокой текучестью в расплавленном состоянии, поэтому их используют для изготовления моделей сложных тонкостенных отливок.

К четвертой группе относятся выжигаемые модельные составы. Плотность изготовленных из него моделей составляет 0,24 -030 г/см3, прочность при изгибе -

10-14 МПа, усадка — 0,2-0,3 %.

Модели для ЛВМ изготовляют методом запрессовки модельной пасты в металлическую пресс-форму с последующим охлаждением. В серийном производстве пресс-формы изготовляют из алюминиевых, реже стальных сплавов. Они, как правило, бывают многоместными. В индивидуальном производстве для изготовления пресс-форм применяют пластмассы, гипс и пр. материалы. Запрессовку модельных составов производят на пневматических, рычажных и ручных. прессах. В серийном производстве для изготовления моделей применяют 10-позиционный карусельный автомат и др. оборудование.

Мелкие модели собирают в блоки, припаивая их паяльником к литниковой системе

Применение пенопластовых моделей позволяет использовать неразъемные формы, из которых модель не извлекается, а выжигается. Пенопласт ( ГОСТ 15588-86 ), из которого изготовляют модель, имеет малую плотность( 0,02-0,03 г/см3) , предел прочности при изгибе - 0,07 - 0,2 МПа и разлагается при температуре 300-350 оС ( теплостойкость 70 -80 о С ). Он легко обрабатывается простым ножом или горячей проволокой, что позволяет получать отливки от 0,2 кг до нескольких тонн из стали, чугуна, медных и алюминиевых сплавов в единичном и мелкосерийном производстве.

Особенностью литья по пенопластовым моделям является нанесение быстросохнущих противопригарных красок непосредственно на модель. В зависимости от массы отливки толщина слоя может быть от 0,3 до 2,5 мм. Составы красок для пенопластовых моделей приведены в табл 264.

363

Таблица 264. Составы красок для пенопластовых моделей

В крупносерийном производстве модели из полистирола изготовляют методом вспенивания полистирола в металлических или пластмассовых пресс-формах. В пресс-форму, полость которой имеет конфигурацию и размеры модели, загружают полистироловые гранулы. При нагревании гранулы вспениваются, расширяются и спекаются между собой полностью заполняя полость формы. Нагревание пресс-формы осуществляют в ванной с горячей водой 95-100 о С или паром 100-110 о С. Время выдержки — до 10 минут.

Тонкая керамическая оболочка должна иметь высокую прочность и огнеупорность, высокую податливость и газопроницаемость, обеспечивать высокую чистоту поверхности отливок. Оболочка толщиной 5-6 мм состоит из трех- восьми последовательно наносимых слоев. Для образования каждого слоя модель погружают в жидкую суспензию, затем обсыпают песком и сушат. Суспензия состоит из 70 % связующего (Этилсиликат-40 с содержанием 40 % оксида кремния или Этилсиликат- 50% с содержанием 50 % оксида кремния ) и 30% пылевидного кварца. Каждый слой сушат от двух до четырех часов на воздухе. При сушке в псевдокипящем слое силикагеля время сушки сокращается до 5 минут при одновременном улучшении качества оболочки.

Выплавление моделей производят горячей водой ( парафин, стеарин ), а также горячим воздухом и паром.

Формовку оболочек производят для упрочнения, чтобы не происходило их деформирование и разрушение при заливке. Для этого оболочковые формы устанавливают в опоки или жакеты и засыпают песком или другими формовочными материалами и уплотняют их на вибростолах. Можно использовать для этих же целей жидкие самотвердеющие смеси.