Технологический процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям состоит из следующих основных операций:
1. Изготовление моделей и сборки их в блоки.
2. покрытие моделей огнеупорными оболочками.
3. Выплавление модельного состава.
4. Подготовка литейной формы к заливке.
5. Охлаждение и затвердение литниковой формы.
6. Отделение отливки от литниковой системы.
Формирование литейной формы
1- й этап -Разовые модели изготовляют в специальных пресс-формах из составов, состоящих из 2-х и более легкоплавких компонентов: парафина, стеарина и др.
Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывается в пресс-формах. После затвердения модельного состава пресс-форма раскрывается и модель выталкивается в ванну с холодной водой.
Полученные модели имеют высокую точность формы и размеров т.к. пресс-формы для их изготовления очень точные. Полученные модели для повышения производительности процесса собираются в модельные блоки (
деталей) с общим каналом для заливки металла.
2-й этан - на поверхность модельного блока наносится формовочная смесь – керамическая суспензия, которая состоит из огнеупорных материалов и связующего. Как огнеупорный материал используются пылевидный кварц, тонкоизмельченный шамот, электрокорунд и др. Модельный блок опускают в керамическую суспензию несколько раз. Каждый слой суспензии обсыпают кварцевым песком. Процесс повторяется несколько раз до получения оболочки требуемой толщины. Затем полученная форма высушивается на воздухе.
3-й этап – из полученной формы удаляют парафино-стеориновую смесь. Для этого используют несколько способов:
1. Полученную форму опускают в сосуд с горячей водой и парафин вытапливается и выплывает на поверхность.
2. Продувка горячим воздухом.
3. Прокаливание в электро печи со специальным поддоном, с одновременным удалением смеси в специальный поддон.
Если не применяется электропечь для удаления смеси, то после удаления смеси из формы, её просушивают и прокаливают в печи для повышения твёрдости и прочности оболочки.
4-й этап - Высушенная форма устанавливается в специальные бункеры. Снаружи засыпается кварцевым песком или мелкой дробью, чтобы предотвратить разрушение формы при заливке металлом.
5 –й этап - заливается металл в форму, затем даётся время на кристаллизацию и охлаждение отливки, после этого форма разрушается (оболочка) и вынимается отливка. После этого отливка подвергается механической, а в случае необходимости, термической обработке.
Преимущества:
1. Высокая производительность процесса за счёт большого количества деталей изготовляемых одновременно.
2. Высокая точность формы и размеров.
3. Небольшие припуски на механическую обработку.
4. Низкая шероховатость поверхности за счёт контакта расплавленного металла с оболочкой полученной из суспензий и мелкозернистого кварцевого песка.
5. Возможность использования рабочих невысокой квалификации.
Недостатки:
1. Большие отходы металла на литниковую систему.
2. Высокая стоимость и трудоёмкость для изготовления пресс-формы.
3. Необходимость изготовления новой пресс-формы для каждого нового типоразмера деталей.
4. Разовое применение формы.
Литьё в формы многоразового использования. (Литьё в металлические формы):
1) Литьё в кокиль.
2) Центробежное литьё.
3) Литьё под давлением.
1. Литьё в кокиль:
Сущность данного способа литья заключается в том, что расплавленный металл заливается в специальную форму изготовленную из металла - кокиль. Внутренняя поверхность формы полностью соответствует внешней конфигурации отливки. Отличительной особенностью литья в кокиль состоит в том, что формирование отливки происходит в условиях интенсивного теплового взаимодействия с литейной формой, т.е. заливаемый в кокиль металл охлаждается с большей скоростью, чем в песчано-глинистых формах. Кокиль практически не податлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что затрудняет извлечение отливки из кокиля, а также приводит к короблению и трещинам отливки. Кокиль газонепроницаем, а газоотводная способность зависит от качества и состава теплоотводных покрытий, наносимых на рабочие поверхности кокиля. Физико – химическое взаимодействие отливки и кокиля минимально, что способствует повышению качества поверхностного слоя отливки.
Для оформления внутренних полостей (отверстий) в отливке применяются стержни или стержневые системы. Процесс изготовления отливки начинается с разработки чертежа отливки с учётом всех необходимых требований:
- литейные уклоны,
- припуски на механическую обработку.
По чертежу отливки разрабатывается и изготовляется модель, а затем с учётом усадки разрабатывается чертёж кокиля. Кокили изготовляются из чугуна или из стали. В основном Кокили по конструкции бывают разъёмные трёх видов:
a) вытряхные
b) с вертикальной плоскостью разъёма
c) с горизонтальной плоскостью разъёма
Расплавленный металл заливается в кокиль с помощью ковшей, затем определённое время отводится на кристаллизацию отливки её охлаждение. При достижении температуры приблизительно 0,5-0,6 градусов от температуры рекристаллизации (переход из жидкого состояния в твёрдое) кокили разбираются. Затем отливки подвергаются механической и термической обработке. Термическая обработка для изменения свойств отливки.
Преимущества:
1. Возможность многократного использования формы.
2. Очень высокая степень точности формы и размеров отливки.
3. Низкая шероховатость, следовательно, высокое качество поверхности отливки.
4. Возможность использования низко квалифицированных рабочих или учеников.
5. Получаются отливки с высокими механическими свойствами за счёт улучшенного теплоотвода формы.
Недостатки:
1. Трудоёмкость, сложность и высокая стоимость изготовления кокиля.
2. Ограничение по массе и по размерам.
3. Изготовление отливок несложной формы.
Область применения
Изготовление небольших отливок из чёрного и цветного металла в серийном и крупносерийном производстве.
2. Центробежное литьё:
Сущность данного способа литья заключается в том, что расплавленный металл заливается во вращающуюся металлическую форму. Под действием центробежных сил частицы металла отбрасываются к стенкам формы. Таким образом получаются отливки пустотелые, типа (труб, втулок, колец).
В зависимости от расположения оси вращения, формы применяются – центробежные машины с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Металлическая форма в основном изготовляется из стали толщина формы в 1,5-2 раза больше толщины стенки отливки. Для получения качественной отливки с наружи форма охлаждается либо водой, либо сжатым воздухом.
Преимущества:
1. Возможность получения пустотелых отливок без применения стержней.
2. Большая плотность металла отливок, следовательно лучше прочностные показатели (механические свойства).
3. Отсутствие литниковой системы.
4. Припуски на обработку очень незначительные или отсутствуют.
5. Высокое качество поверхности отливок за счёт контакта расплавленного металла с обработанной металлической поверхностью формы.
Недостатки:
1. Изменение скорости вращения формы приводит к получению разностенной заготовки (с разной толщиной стенки).
2. Невозможность получения боковых отверстий.
3. Использование сплавов с низкой степенью жидкотекучести.
3. Литьё под давлением.
Данный способ литья заключается в заливке металла в металлическую форму под давлением. Отличительной особенностью литья под давление является заполнение рабочей полости расплавленным металлом за доли секунд, что позволяет получать отливки с толщиной стенок до 1 мм.
Высокая скорость выпуска расплава в полость пресс-формы не позволяет воздуху и продуктам разложения смазочного материала полностью удаляться из полости пресс-формы. Они попадают в расплав, что приводит к образованию газовоздушной пористости и снижению плотнлсти и пластичности сплава.
Высокая интенсивность теплообмена между расплавом и пресс-формой способствует изменению структуры поверхностного слоя отливки, повышению ее прочности и т.д.
Система для литья под давлением состоит из двух частей:
- пресс-формы
- камеры прессования
Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120-130оС.
Металл подаётся сначала в камеру прессования, затем под давлением поступает в пресс-форму, внутренняя полость которой очень точно воспроизводит форму и размеры будущей отливки. Для оформления внутренне полости применяются специальные стержни.
После удаления отливки рабочую полость обдувают воздухом и смазывают специальными материалами для предупреждения приваривания отливки к пресс-форме.
В основном способ применяется для литья из цветных металлов.
Преимущества:
1. Высокая производительность процесса.
2. Возможность получения сложных заготовок.
3. Высокая точность формы и размеров.
4. Высокое качество поверхности.
Недостатки:
1. Высокая трудоёмкость, стоимость, сложность изготовления машины для литья.
2. Под действием ударных и тепловых нагрузок происходит износ внутренней поверхности камеры.
