Связующие материалы для литья по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям. Сущность процесса. Материалы форм.

Литье по выплавляемым моделям является прогрессивным способом получения точных и сложных по форме отливок из литейных сплавов. В специальных легко разбираемых пресс-форме изготовляют легкоплавкие модели детали и элементов литниковых систем. Модели и элементы литниковых систем собирают в блоки, на которые в несколько слоев (3—12) наносится жидкая формовочная смесь, состоящая из пылевидного огнеупорного материала и связующего (чаще гидролизованного раствора этилсиликата). Каждый слой обсыпается песком и высушивается на воздухе или в парах аммиака. Обсыпка наносится для упрочнения слоев и лучшей взаимосвязи. Затем модель выплавляется и получается тонкая керамическая оболочка Оболочку устанавливается в неразъемную опоку и засыпают песком или другим наполнителем с целью предохранения ее от разрушения при заливке металла, форма прокаливается при 950-1000° С Металл заливается сразу после прокалки, т е в горячую форму. Затем следуют операции охлаждения залитых форм, выбивки отливок из оболочки и т.д..Характерные особенности литья по выплавляемым моделям:

Особенности технологического процесса позволяют пол отливки с размерами по 4-7-му классам точности (ОСТы 1 1014) с шероховатостью поверхности по 5-7-му классам чистоты (ГОСТ 2789—59) массой от нескольких грамм до 500 различных сталей, жаропрочных сплавов и сплавов с особыми свойствами на основе никеля, кобальта, молибдена, титана, а медных и алюминиевых сплавов. По выплавляемым моделям быть изготовлены отливки почти любой конфигурации, определенными требованиями к их технологичности. Однако ЛВМ является самым сложным и с длительным технологическим процессом из всех видов. Наиболее экономично изготовлять мелкие, но сложные и ответственные детали, к которым предъявляются высокие требования к точности размеров и чистоте литой по поверхности, а также детали из труднообрабатываемых сплавов и сплавов с низкими литейными свойствами.

Материалы форм.

Выплавляемые модели изготовляют в специальных пресс-форм чаше всего состоящих из двух частей — матриц с вертикальным или горизонтальным разъемом. Плоскость разъема и число разъемов выбирают из условий быстрого и удобного извлечения моделей Конструкция пресс-форм должна быть технологичной в изго­товлении и отвечать требованиям, вытекающим из условий их работы. Они должны обеспечивать получение качественных моделей и обладать необходимой стойкостью (долговечностью). По конструктивным особенностям и методам изготовления пресс-формы обычно делят:

для I) опытного и мелкосерийного, 2) серийного и 3) массового производства. Taкая классификация обусловлена технико-экономическими показателями. Пресс-формы для опытного и мелкосерийного производства изготавливают из гипса, пластмасс и легкоплавких сплавов литьём по модели-эталону. Гипсовые и пластмассовые пресс-формы обладают низкой теплопроводностью, что увеличивает время затвердевания моделей Стойкость гипсовых пресс-форм 200 моделей Пластмассовые пресс-формы имеют более высок; стойкость и лучшую чистоту поверхности рабочей полости, но процесс их изготовления более сложен и стоят они дороже. Гипсовые пресс-формы применяют для художественного литья сложных деталей, к которым предъявляются невысокие требования по чистоте поверхности и точности размеров Для повышения качества отдельных частей отливки применяют гипсовые пресс-формы с металлическими вставками. Пресс-формы по модели эталону изготовляют также из сплавов на основе свинца, олова; цинка (ЦАМ4-1) и алюминия (АЛ2 и АЛ12) Стойкость литых металлических пресс-формы из легкоплавких сплавов достаточно высокая В алюминиевых пресс-формах можно изготовить несколько тысяч моделей. Пресс-формы для сложных молелен изготовляк методами гальванопластики и металлизации В этом случае применяют модели-эталоны из алюминиевых или цинковых сплавов И серийном производстве используют пресс-формы из стали и алюминиевых сплавов, полученные механической обработкой. В массовом для сложных по конфигурации моделей применяют стальные пресс-формы. Простые детали пресс-формы изготовляют механической обработкой, сложные - литьем с последующей доводкой механической обработкой.

Связующие материалы для литья по выплавляемым моделям.

Собственно связующим оболочковой формы служит тугоплавкий неорганический окисел или ее единения окислов, образующиеся из связующих растворов при сушке и прокаливании оболочек.

Этилсиликаты (ЭТС) - прозрачная или слабоокрашенная жид­кость с запахом эфира. Для придания ЭТС связующих свойств его необходимо гидролизовать. Гидролиз — экзотермическая реакция (с выделением воды) между ЭТС и водой. Трудность проведения гидролиза состоит в том, что ЭТС и вода взаимно не растворяют­ся, поэтому, как правило, при реакции гидролиза ЭТС применяются органические растворители - спирты, ацетон, которые растворяют и ЭТС, и воду. Растворители удаляются при последую­щих сушке и прокаливании форм.

Гидролиз может проходить несколькими способами:

1) Однофазный - в гидролизатор заливают одновременно растворитель (спирт), воду и соляную кислоту и при постоянном перемешивании добавляют этс

2) Совмещенный способ – заключается в совмещении реакции гидролиза и процесса приготовления суспензии, заливают одновременно растворитель, воду и соляную кислоту, этс и пылевидный кварц. Суспензию перемешивают в течении 30…40 мин

Процесс изготовления форм с использованием ЭТС является многооперационным и длительным, а сами растворы характеризуют­ся нестабильностью свойств, поэтому ведутся поиски новых, в основном неорганических связующих материалов для оболочковых форм.

Связующие на основе коллоидного оксида кремния. Суспензию готовят обычным способом в присутствии ПАВ в мешалках с высокой частотой вращения. Каждый слой покрытия сушат в течение 1 ч. Формы заливают без опорных материалов. Это связующее перспективно для широкой номенклатуры сплавов.

В случае связующих на основе азотнокислых солей алюминия. Суспензию готовят в смесителях с высокой частотой вра­щения. Формы сушат на воздухе. При прокаливании форм соль алюминия разлагается, выделившаяся из раствора твердая фаза А1₂0₃ служит связующим. Это связующее целесообразно при­менять при изготовлении форм для отливок из жаропрочных и тугоплавких сплавов.

В случае применения связующих на основе солей хрома в качестве исходного материала используют оксихлорид хрома. Это соединение растворяют в спиртах или ацетоне.Огнеупорной составляющей суспензии служит пылевидный хромомагнезит или хромистый железняк. Слой оболочки упрочняет­ся сушкой на воздухе за 15...20 мин. Формы обладают высокой огнеупорностью, слабо взаимодействуют с металлами и оксида­ми, отливки не имеют пригара. После заливки формы легко раз­рушаются.

Применение ЖС для «упрочняющего» слоя оболочки не отвечает требованиям получения качественных отливок. При прокаливании ЖС плавится при 793 °С, а размягчается при более низкой темпе­ратуре, т. е. наружный слой с этим связующим при прокаливаний оболочки и заливке в нее стали полностью теряет прочность. При охлаждении же до температуры ниже 600 °С прочность таких оболо­чек во много раз выше прочности их со связующим из ЭТС, а усадка вследствие жидкостного спекания наружного слоя больше, чем слоев со связующими, получаемыми из ЭТС. Потеря прочности при нагреве оболочек и высокая прочность при одновременной высо­кой усадке остывающего наружного слоя оболочки всегда приводят к искажению контура отливок и часто к трещинам в них.