Модельный состав и изготовление легкоплавких моделей.

Модели получают из специальных модельных составов, в которые входят такие материалы как: парафин[1], стеарин[2], воск, церезин[3], канифоль, полистирол[4] и др.

Модельные составы по температуре плавления подразделяют на три группы: легкоплавкие с температурой плавления до 100 °С (сплавы на основе парафина); тугоплавкие с температурой плавления до 200 °С (на основе канифоли, церезина); не расплав-ляемые (выжигаемые) с температурой размягчения до 300 °С (пластмассы типа полистирола). В приложении 1 приведены применяемые модельные составы.

Для получения отливок небольшой массы широко используют модельный состав, состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина с температурой плавления в 53 °С. Для плавки таких легкоплавких модельных составов в лабораторных условиях лучше всего применять термостаты и электроплитки. Термостат представляет собой металлический бак с двойными стенками, между которыми циркулирует горячая вода, передающая тепло модельному составу, находящемуся внутри бака. Температура воды измеряется термометром и поддерживается в пределах 41…43 °С.

При достижении модельным составом пастообразной консистенции его загружают в цилиндр ручного или механического шприца. Запрессовывание модельного состава в пресс-форму можно осуществлять вручную или специальными шприцами с использованием различных прессов. Модели из легкоплавких составов изготавливаются также их заливкой в полость пресс-форм.

Пресс-форма для изготовления модели. Пресс-формы изготавливаются из металлических материалов. Они могут быть как одноместные (одногнездные), так и многоместные (многогнезд-ные) с вертикальным или горизонтальным разъемом. Для снижения шероховатости поверхности изготовляемой модели и лучшего отлипания модельного состава полости стальных пресс-форм хромируют, а из цветных металлов полируют.

На рис. 3.1 приведена одноместная пресс-форма, используемая для получения модели стальных отливок кронштейна. Пресс-форма состоит из трёх частей:нижней (а), средней (б) и верхней (в). В нижнюю часть запрессованы четыре стержня 8, на которые опирается пресс-форма в рабочем положении, также два шипа 5, которые при сборке входят в сквозные отверстия втулок 4 средней части. В средней и верхней частях изготовлены полости (ручьи), где формируется модель. Модельная масса запрессовывается при помощи пресса через отверстие 10, а через второе отверстие 11 – воздух из полости вытесняется при заполнении её модельной массой. В отверстия ручьёв средней части вставляются стержни – выталкиватели, которые служат для формирования отверстий в модели и ее выталкивания из полости пресс-формы после изготовления.

 

Рис. 3.1. Прессформа для изготовления легкоплавких моделей: а – низ; б – середина; в – верх; г – сборка нижней и средней частей; д –в собранном виде; е – вид снизу на собранную пресс-форму

 

Для сборки нижней и верхней частей пресс-формы необходимо на нижнюю часть установить среднюю, пропустив стержни - выталкиватели через отверстия нижней части и совместить шипы с отверстиями. Затем установить верхнюю часть и накинув соединительные болты, затянуть гайками 9.

Установив пресс-форму на стол пресса, через специальный шприц расплавленная модельная масса запрессовывается в полость. После охлаждения модельной массы верхняя часть пресс-формы снимается и при помощи стержней – выталкивателей осторожно извлекается модель из ручья. Затем модель подвергается контролю и очистке (срезаются заусенцы). Полученная модель, в отличие от деревянной или металлической модели, является точной копией детали, т. е. имеет все внутренние полости, отверстия, резьбу и не имеет стержневых знаков.

Стояки и питатели также изготавливаются из модельного состава (рис. 3.2, а).

Изготовление форм. Поскольку литъём по выплавляемым моделям получают в основном мелкие детали, то за одну заливку экономически целесообразнее получить несколько отливок. С этой целью к стояку “припаивают” несколько штук (или десятков) легкоплавких моделей и получают так называемый блок моделей (рис. 3.2, б). Пайку моделей выполняют электропаяльником обычного типа или паяльником, изготовленным в виде узкой лопатки (либо просто ножом, нагреваемым на электроплитке).

Рис. 3.2. Основные операции литья по выплавляемым моделям:

а – стояк; б – блок моделей; в – блок после нанесения облицовочного слоя; г – блок после нанесения огнеупорного слоя; д - блок после выплавления модельной массы; е – блок отливок

Затем вокруг блока моделей, изготавливается огнеупорная литейная форма в виде корки. Для этого используется формовочная смесь, состоящая из связующей, например, в виде жидкого стекла и наполнителя в виде кварцевого песка или карборунда и др. Для нанесения облицовочного огнеупорного покрытия блок моделей окунается в раствор, состоящий из 60…70 % маршалита и 30…40 % жидкого стекла, а затем вынимается из раствора и некоторое время выдерживается над ёмкостью с раствором. При этом излишек раствора стекает, а на моделях, элементах литниковой системы, стояке и питателях остается тонкая пленка облицовочной огнеупорной смеси, обеспечивающей низкую шероховатость поверхности отливки. Чтобы укрепить эту пленку, блок моделей посыпают мелким кварцевым песком. Блок моделей с нанесенным слоем покрытия для его закрепления погружают на 1…2мин в ванну с 20…25 % - ным водным раствором нашатыря (аммиака). Затем таким образом полученному облицовочному покрытию дают высохнуть (рис. 3.2, б). Для получения наружных слоёв корки после окунания в жидкое стекло блока с облицовочным покрытием на него наносится крупнозернистый песок или карборунд. Обычно последовательно наносят от 3 до 5 покрытий до образования корки толщиной 6…8 мм. В итоге получается форма, внутри которой находится легкоплавкая модельная масса в виде модели, стояка и питателей (рис. 3.2, в). После сушки последнего слоя огнеупорного покрытия легкоплавкую модельную массу из созданной формы выплавляют. Для этого форму чашей вниз помещают в металлическую корзину, которую затем, в зависимости от требуемой температуры плавления модельной массы, помещают в сушильный шкаф или опускают в ванну с горячей водой или обдают горячим паром. При этом модели и элементы литниковой системы расплавляются и расплавленная масса вытекает из оболочки.

Обжиг и заливка форм, очистка отливок. Полученная сырая огнеупорная литейная форма оказывается недостаточно прочной. Для упрочнения ее подвергают обжигу в термической печи при температуре 800…900 °С с выдержкой ≈ 30 мин. Во избежание разрушения при транспортировке, во время обжига и заливки металлом форму устанавливают вертикально в металлический ящик, обсыпают песком или чугунной дробью и утрамбовывают (рис. 3.3).

Упрочнение формы при обжиге сопровождается выгоранием остатков модельного состава. После обжига, не дожидаясь остывания, форму подают в разливочное отделение литейного цеха и заливают. Заливка металла в горячую форму позволяет получать тонкостенное литье. После затвердевания металла выбивка (удаление) блока отливок из форм производится на вибрационных установках, на которых форма разрушается и легко отделяется от поверхности отливок (рис. 3.2, е). Отливки отделяют от блока чаще вырезанием на станках.

 

Рис. 3.3. Литейная форма, установленная в металлический ящик и подготовленная к обжигу и заливке.

 

Литье в оболочковые формы

 

Сущность метода. Для получения отливок в оболочковых формах при формовке используют термореактивные смолы, обладающие высокой связующей способностью и быстро твердею-щие при нагревании. Эти смолы входят в состав формовочной и стержневой смеси в качестве крепителя. Такую формовочную смесь наносят на нагретую модель, и соприкасающиеся с поверхностью модели слои смеси принимают ее очертания. По точности размеров и чистоте поверхности детали, полученные в оболочковых формах, превосходят таковые из песчано-глинистых и даже металлических форм благодаря тому, что оболочка затвердевает на модели и сохраняет ее размеры. Отливки имеют точность размеров, соответствующие 12…13 квалитетам. Использование в формовочной смеси измельченного кварцевого песка, магнезитового порошка или цирконового песка обеспечивает шероховатость поверхности отливки в пределах R_z = 20…40 мкм. Припуски на механическую обработку составляют лишь 0,2…0,5 мм.

Применяют этот способ при крупносерийном и массовом производстве мелких и средних отливок из различных сплавов.

Технология изготовления оболочковых форм. Для изготовления оболочковых полуформ применяют модельную оснастку, состоящую из металлической плиты, на которой смонтированы одна или несколько металлических полумоделей с литниковой системой. Съем готовых полуформ (корок) обеспечи-вается толкателями, вмонтированными заподлицо с плитой и моде-лями. Некоторые из толкателей могут выступать или быть утоплен-ными (на одной из модельных плит) на несколько миллиметров относительно плоскости разъема для образования фиксаторов (выступов на одной полуформе и, соответственно, впадин во второй), обеспечивающих точность сборки формы. При изготовле-нии металлических моделей учитывают величину линейной усадки отливки и величину линейного расширения самой модели при ее нагревании до 300…400 °С.

Формовочная смесь для оболочковых форм содержит кварцевый песок и 4…6 % пульвербакелита (мелкий порошок желтого цвета, состоящий из фенолформальдегидных смол и уротропина) и 0,3…0,5 % керосина. При нагревании до температуры порядка 250 °С пульвербакелит быстро плавится, обволакивая и связывая зерна песка в корку, а при дальнейшем нагреве, до температуры 350 °С, необратимо затвердевает, придавая корке высокую прочность.

Изготовление оболочковых форм начинается с нагрева модельных плит с закрепленной на ней моделью в электрической печи (рис. 3.4, а) до температуры 220…280 °С. Затем рабочая поверхность плиты покрывается тонким слоем 4…5 % раствора каучука СКТ в уайт – спирите. Это покрытие предотвращает прилипание корковой оболочки к оснастке. Затем модельная плита закрепляется на бункере моделью вниз (рис. 3.4, б). Бункер вместе с модельной плитой поворачивают на 180°, и формовочная смесь падает на нагретую модельную плиту (рис. 3.4, в). При выдержке в течение 15…20 с смола смеси плавится и на поверхности модельной плиты образуется полутвердая смолопесчаная корка толщиной 6…8 мм. После этого бункер с плитой снова поворачивают в исходное положение, и неиспользованная формовочная смесь падает на дно бункера (рис. 3.4, г). Снятую с бункера плиту направляют в печь для окончательного отвердевания оболочки при температуре порядка 340…360 °С до тех пор (90…180 с)пока не образуется темно – коричневый цвет оболочки (рис. 3.4, д). Готовую отвердевшую оболочковую полуформу снимают толкателями с модельной плиты, и цикл изготовления оболочек повторяется.

Рис. 3.4. Схема процесса изготовления оболочковых форм

Готовые оболочковые полуформы после остывания спаривают по фиксаторам. Затем полуформы скрепляют скобами, струбцинами или склеивают по разъему. Собранные оболочковые формы устанавливаются вертикально в металлический ящик и засыпается песком или чугунной дробью. Затем форма заливается литейным сплавом. Если отливка имеет отверстие, то при сборке формы в неё устанавливается стержень.

Стержни изготавливают из такой же смеси в металли­ческих стержневых ящиках. Оболочковые стержни получаются пустоте-лыми, что снижает расход формовочных материалов и каркасной проволоки. К моменту полного отвердевания отливки смола из смеси выгорает, форма и стержни теряют свою прочность и легко разрушаются при выбивке отливки из формы.