Литейное производство

Литейное производство

Основные этапы литейной технологии. Заливка расплавленного металла в формы. Виды шихтовых материалов, применяемых для получения расплава. Усадка в отливках. Литье в песчаные формы, в кокиль, под давлением. Область применения, преимущества и недостатки.

• посмотреть текст работы

• скачать работу можно здесь

• полная информация о работе

• весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Литейное производство

Литейная технология — это процесс получения литых заготовок путем заливки расплавленного металла в формы, полость которых повторяет конфигурацию отливки. При охлаждении металл отвердевает и принимает конфигурацию полости формы.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких грамм до 300т, длиной от нескольких сантиметров до 20м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т.д.). Отливки получают из черных сплавов (чугуны, стали) и цветных сплавов(алюминиевых, магниевых, медных, цинковых, титановых и др.).

Для получения расплава применяют шихтовые материалы:

— небольшие слитки металлургического производства (чушки)

— отходы собственного производства

Различные сплавы имеют разные литейные свойства, которые характеризуются следующими параметрами:

1) Жидкотекучесть — это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять её полости и чётко воспроизводить контуры отливки.

Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т. д. Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре (эвтектоидные сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твёрдые растворы и затвердевающие в интервале температур. Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается и тем больше, чем тоньше канал в литейной форме; с повышением температуры заливки расплавленного металла и температуры формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет её лучше, чем металлическую форму. Наибольшей жидкотекучестью обладает серый чугун, наименьшей — магниевые сплавы

2) Усадка — Свойство литейных сплавов уменьшать объём при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают объёмную и линейную усадку, выражаемую в относительных единицах.

Линейная усадка — уменьшение линейных размеров отливки при её охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

где lф и lотл — размеры полости формы и отливки при температуре 20°C.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшаем повышение содержания кремния. Усадку отливок уменьшает снижение температуры заливки. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

При охлаждении отливки происходит механическое и термическое торможение усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения между отливкой и формой. Термическое торможение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термического торможения.

Линейная усадка для серого чугуна составляет 0,9-1,3%, для высокопрочного чугуна до 1.7%, для ковкого чугуна …%, для углеродистых сталей 2-2,4%, для алюминиевых сплавов 0,9-1,5%, для медных 1,4-2,3%.

Объёмная усадка — уменьшение объёма сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объёмную усадку определяют соотношением, %:

где Vф и Vотл — объем полости формы и отливки при температуре 20°C. Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке.

Усадка в отливках проявляется в виде:

• усадочных раковин — сравнительно крупных полостей, расположенных в местах отливки, которые затвердевают последними; (На рис.2 показан процесс образования усадочной раковины в отливке.)

• усадочной пористости — скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердели последними без доступа к ним расплавленного металла;

• короблений — изменение формы и размеров отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении.

Более подробную информацию о технологических свойствах отливок можно посмотреть на страничке кафедры МТ13.

Существует несколько способов изготовления отливок. Перечислим основные из них : литье в песчаные формы (ПФ), литье в кокиль(К), литье по выплавляемым моделям(ВМ), литье под давлением(Д).

Литье в песчаные формы

1. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в песчаную форму. После затвердевания и охлаждения отливки осуществляется ее выбивка с одновременным разрушением формы.

2. Материалы и оснастка.

1)Песчаная форма(ПФ) — разовая литейная форма, изготовленная из уплотненной формовочной смеси. ПФ состоит из двух полуформ. Для образования отверстий применяются песчаные стержни.

2)Типовые составы формовочных и стержневых смесей.

3) Модельный комплект: модель детали, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики.

3. Основные технологические операции

1) Изготовление полуформ по модельным плитам (наиболее распространенными способами уплотнения смеси при машинной формовке являются прессование, встряхивание и их сочетание).

2) Изготовление стержней.

3) Сборка формы с простановкой стержней и подготовка ее к заливке.

4) Заливка форм расплавленным металлом.

5) Затвердевание и охлаждение отливок.

6) выбивка отливок из форм и стержней из отливок.

7) отделение литниковой системы от отливок, их очистка и зачистка.

контроль качества отливок.

Возможные дефекты отливок, причины и меры по их устранению.

1) Недоливы и спаи. Образуются от неслившихся потоков металла, затвердевающих до заполнения формы. Возможные причины: холодный металл, питатели малого сечения.

2) Усадочные раковины — закрытые внутренние полости в отливках с рваной поверхтностью. Возникают вследствие усадки сплавов, недостаточного питания. Устраняют с помощью прибылей.

3) Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса. Склонность сплава к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов, серы и других примесей. Образование горячих трещин вызывают резкие перепады толщин стенок, острые углы, выступающие части. Высокая температура заливки также повышает вероятность образования горячих трещин.

Для предупреждения образования горячих трещин в отливках необходимо обеспечивать одновременное охлаждение толстых и тонких частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.

4) Пригар — трудноудаляемый слой формовочной или стержневой смеси, приварившийся к отливке. Возникает при недостаточной огнеупорности смеси или слишком большой температуре металла.

5) Песчаные раковины — полости в теле отливки, заполненные формовочной смесью. Возникают при недостаточной прочности формовочной смеси.

6) Газовые раковины — полости отливки округлой формы с гладкой окисленной поверхностью. Возникают при высокой влажности и низкой газопроницаемости формы.

7) Перекос. Возникает из-за неправильной центровки.

4. Область применения

Применяют во всех областях машиностроения. Получают отливки любой конфигурации 1…6 групп сложности. Точность размеров соответствует 6…14 группам. Параметр шероховатости Rz=630…80мкм.

Можно изготавливать отливки массой до 250т. с толщиной стенки свыше 3мм.

5. Преимущества

— конфигурация 1…6 групп сложности

— возможность механизировать производство

— дешевизна изготовления отливок

— возможность изготовления отливок большой массы

— отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких.

6. Недостатки

— плохие санитарные условия

— большая шероховатость поверхности

— толщина стенок > 3мм

— вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

Литье по выплавляемым моделям

литейный расплав металл шихтовый

1. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в тонкостенные, неразъемные, разовые литейные формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям. Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов. Перед заливкой модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием и т.д. Для устранения остатков модельного состава и упрочнения форма нагревается и прокаливается. Заливка осуществляется в разогретые формы для улучшения заполняемости.

2. Материалы и оснастка.

1) Модельная форма состоит из модельного состава (парафин, стеарин, церезин, канифоль и т.д.).

2) Формовочная смесь: 2 ч. пылевого кварца, 1ч. связующего материала.

3) Пресс-форма для изготовления моделей.

4) Литейная форма.

5) Вибрационная установка.

3. Основные технологические операции изготовления форм и отливок.

1) Приготовление модельного состава.

2) Изготовление моделей отливки и элементов литниковой системы или секции моделей.

3) Сборка моделей или секций моделей в блоки.

4) Изготовление литейной формы.

5) Подготовка литейных форм к заливке и заливка металла в горячую форму.

6) Затвердевание и охлаждение отливки в форме.

7) Снятие формы с отливки.

4. Область применения.

Этим способом можно отливать изделия из различных сплавов любой конфигурации 1…5 групп сложности массой от нескольких грамм до 250кг с толщиной стенок от 1мм. Припуск на механическую обработку составляет 0.2-0.7мм.

Применяется в различных областях машиностроения.

5. Преимущества.

— Можно получать отливки из тугоплавких изделий.

— Получают конфигурации отливок 1…5 групп сложности.

— Высокая точность геометрических размеров и малая шероховатость поверхности.

6. Недостатки.

Литье в кокиль

1.Сущность процесса заключается в изготовлении отливок из жидкого расплава свободной его заливкой в многократно используемые металлические формы — кокили, обеспечивающие высокую скорость затвердевания жидкого расплава и позволяющие получать в одной форме от нескольких десяток до нескольких тысяч отливок.

2. Материалы и оснастка.

1) форма отливки — кокиль

2) расплавленный металл

3) теплоизоляционное покрытие

3. Последовательность изготовления отливок

1) Подготовка кокиля к работе: очистка от остатков теплоизоляционного покрытия, нагрев до температуры 150-200° и нанесение свежего слоя теплоизоляционного покрытия толщиной 0,1…0,5мм, а на литниковые каналы и прибыли до 1мм.

2) Сборка кокиля: установка стержней, соединение частей кокиля.

3) Заливка расплавленного металла в кокиль.

4) Затвердевание и охлаждение отливки.

5) Удаление из отливки металлических стержней (если они есть) после образования в ней достаточно прочной корки.

6) Извлечение отливки из кокиля после ее охлаждения до температуры 0,6…0,8 от температуры солидуса.

7) Охлаждение или подогрев кокиля до оптимальной температуры 200-300°С и подкраска (при необходимости) рабочей поверхности кокиля.

4. Область применения.

Применяют в автомобиле и танкостроении.

Литьем в кокиль изготавливают отливки из чугуна, стали и цв. сплавов. Трудно получить сложные стальные отливки ввиду значительной усадки литейных сталей, что ведет к образованию трещин (в отсутствии податливости формы). Целесообразно применять в серийном, крупносерийном и массовом производствах. Этим способом изготавливают отливки из стали массой до 160кг., из цв. сплавов — до 50кг. с толщиной стенок от 3 до 100мм. Точность размеров соответствует 4…12 классам. Можно изготавливать отливки 1…5 группы сложности. Параметр шероховатости поверхности Rz = 80…20мкм.

5. Преимущества

— повышенная точность геометрических размеров (по сравнению с литьем а ПФ)

— снижение шероховатости поверхностей отливок (по сравнению с литьем а ПФ)

— снижение припусков на механическую обработку на 10-20%

— лучше санитарно-гигиенические условия

— мелкозернистая структура отливок ( >прочность)

6. Недостатки

— сложность изготовления кокилей, их ограниченный срок службы (особенно при литье черных сплавов)

— неподатливость кокиля и металлических стержней

— затруднен вывод газов из полости формы

Литье под давлением

1.Сущность процесса заключается в получении отливок путем заливки расплавленного металла в металлическую форму (пресс-форму) под принудительным внешним давлением от 30 до 100Мпа. Конечное давление на расплав может достигать 490Мпа. Давление снимается посте полного затвердевания отливки в пресс-форме.

2. Материалы и оснастка.

2) смазка (машинное масло)

3) прессующая машина

3.Основные технологические операции.

1) Очистка пресс-формы.

2) Нагрев пресс-формы до 120…220°С и покрытие поверхности смазкой.

3) Сборка пресс-формы.

4) Залив расплавленного металла в камеру прессования и запрессовка расплава под давлением в полость пресс-формы.

5) Охлаждение и затвердевание отливки под внешним давлением.

6) После затвердевание отливки внешнее давление снимается и извлекается отливка.

4. Область применения.

Используется для изготовления отливок цветных металлов сложной конфигурации с тонкими стенками массой до 45кг.

Применяется в машиностроении.

5. Преимущества.

— получают сложные тонкостенные отливки

— низкая шероховатость поверхности, следовательно, снижается механическая обработка отливок на 90-95%

— высокая точность геометрических размеров

— улучшенные санитарно-гигиенические условия

6. Недостатки.

— высокая стоимость пресс-формы, сложность ее изготовления

— наличие газовоздушной пористости

— ограничение номенклатуры получения отливок по размерам и массе.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Основные способы получения заготовок

Литье как технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении литейной формы расплавленным материалом. Литье в песчаные формы и в кокиль. Литье по выплавляемой модели и по газифицируемым (выжигаемым) моделям. Прокатка и штамповка.

Воткинское литье

Характеристика, сущность и типы литейного производства. Способы литья: в песчаные и оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением. Элементы литейной формы и литейные сплавы, требования к сплавам и их эксплуатационным свойствам.

современная техника и литейное производство

Литейное производство и расчет технологической оснастки (литниковой системы, модельный комплект, оборудование для изготовления литейных форм). Литье в земляные, металлические (кокиля) формы, под давлением, по выплавляемым моделям, центробежное и другие.

Технология конструкционных материалов

Краткая характеристика материалов, применяемых в доменном производстве для получения чугуна. Описание последовательности изготовления формы методом ручной формовки. Особенности конструирования деталей, изготовленных литьем в кокиль и под давлением.

Литейные процессы

Работа посвящена технологии литейных процессов. Технология — изменение свойств или формы. Литье в песчаные (земляные) формы, в металлические формы; под давлением, центробежное литье, по выплавленным моделям; литье намораживанием, в оболочечные формы.

Литье в песчаные формы

Параметры, этапы проектирования, целесообразность и сущность типовой технологии литья в песчаные формы. Характеристика способов изготовления отливок и виды оборудования. Особенности термообработки отливок, определение их дефектов и способы устранения.

Формообразование деталей методами литья

Общие сведения о процессе литья. Классификация способов литья. Физическая сущность процесса литья. Виды литья: в песчаные формы, в кокиль, в оболочковые формы, шликерное в гипсовой форме, центробежное, намораживанием, под низким давлением.

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам

Технология литья. Литьё.. План. Введение Металлы, применяемые в процессе литья сплавов металлов Технология литья в ортопедической стоматологии Оборудование, — презентация

Российско-немецкая — это современное динамичное международное предприятие, которое производит технологически и экологически усовершенствованные материалы для литейного производства. Качественные литейные материалы позволяют значительно улучшить характеристики продукции, выпускаемой на металлургических заводах и комбинатах, а также способствуют экономичному расходу сырья и природных ресурсов.

К такой сырьевой группе, как литейные материалы для металлургической промышленности, можно без колебаний отнести различные материалы, которые применяются для изготовления литейных форм и стержней. Такие материал для литья называются формовочными и делятся на три основные разновидности:

• Исходные стержневые смеси;
• Смеси, используемые непосредственно для формовки;
• Разнообразные вспомогательные составы и вещества.

Формовочные литейные материалы в свою очередь также подразделяются на две основные подгруппы:

• Огнеупорная основа для смеси (чаще всего используется кварцевый песок, чьи физические характеристики наиболее оптимальным образом соответствуют требованиям технологического процесса литья);
• Различные вспомогательные добавочные компоненты, которые придают формовочной смеси те или иные требующиеся свойства.

Сущность и основы

На литейных предприятиях продукция получается в результате плавления исходного материала, последующей его заливки в форму, а затем затвердевания. Литейные цеха производят изделия широкого ассортимента: от компонентов двигателей до разнообразной тары пищевой промышленности. Литьём получают всю продукцию из чугуна, до половины алюминиевых деталей, до 20 % стальных изделий и т.д.

В основе всех литейных технологий лежит понятие жидкотекучести, когда материал, нагретый до температуры, превышающей температуру его плавления, превращается в высоковязкую жидкость. При этом должен соблюдаться эффект неразрывности её течения в необходимом направлении. Это даёт возможность формовать, в процессе затвердевания расплава, нужные заготовки.

Читайте также: Самодельный компрессор для мастерской, как сделать самому

Все литейные металлы обладают сложной структурой, поэтому на жидкотекучесть, оказывают влияние:

1. Вязкость.
2. Поверхностное натяжение.
3. Характер поверхностной оксидной пленки.
4. Наличие, содержание и состав включений.
5. Способ затвердевания.
6. Химический состав основного материала.
7. Физико-механические характеристики, прежде всего, удельный вес и температура плавления.

Жидкотекучесть устанавливается по результатам химических анализов и технологических проб применительно к конкретному материалу отливки.

Если ранее процесс течения жидкого металла был плохо управляемым, что приводило к различным дефектам литья – неравномерности структуры конечной продукции и пористости, то теперь ситуация изменилась. Чтобы производить отливки с оптимальным качеством и минимизировать издержки производства, освоены процессы компьютерного моделирования, в результате которых можно прогнозировать скорость потока и наличие различных охлаждающих эффектов. Именно они становятся причиной пористости литого продукта.

3-D моделирование позволяет регулировать:

• Вязкость расплава;
• Интенсивность охлаждения;
• Степень пористости.

Разрабатываемая технологом с учётом перечисленных факторов пространственная модель отливки позволяет ещё на стадии проектирования технологии оптимизировать дизайн детали (обеспечивая её оптимальную конфигурацию), конструировать литейную оснастку, а также создавать наилучшую последовательность выполняемых операций.

Литье металлов

Литье металлов – производственный процесс, основанный на технологии заливки расплавленного, горячего металла в специальные литейные формы, в результате которого получают литые заготовки — отливки. Полость формочек повторяет конфигурацию будущих заготовок и представляет собой рабочую часть литейной формы, куда поступает жидкий металл. Здесь будущие заготовки охлаждаются, затвердеют и получают вид конечной продукции. До поставки потребителю алюминиевые отливки проходят механическую обработку (токарные работы, фрезерование, шлифование и полировка).

Такой способ применяется для получения алюминиевых отливок, которые за счет уникальных химических свойств используются во многих сферах: в приборостроении, в строительстве, в автомобилестроении, мебельном производстве (фурнитура и декоративные детали) и пр. Для их получения применяются различные технологии, выбор которых зависит от размеров, конфигурации и других показателей, требуемых от конечной продукции.

Технология литейного производства чёрных и цветных металлов

Литейные свойства материалов учитывают не только жидкотекучесть, но и уменьшение объёма, которое происходит в процессе охлаждения отливки. Такое явление называют усадкой; она составляет 1…3 % от первоначальных размеров. Поскольку все металлы анизотропны, то различают линейную и объёмную усадку, которые определяют итоговый баланс металла. Первый параметр важен для отливок с увеличенным соотношением длины к ширине, а второй – для отливок сложной формы.

В процессе охлаждения металла в его структуре наблюдается ликвация – неоднородность зёрен, что обуславливается различными свойствами составляющих. Формируются также примеси и неметаллические включения. Ликвация негативно влияет на свойства конечной продукции, поэтому неоднородность структуры стараются уменьшать всеми приемлемыми способами. В частности, действующий ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов» ограничивает содержание фосфора, серы (а также их соединений – сульфидов и фосфидов), ряд газов – водород, кислород, а также количество шлаков, не выведенных из металла.

В зависимости от литейных свойств металлов принимается решение о выборе целесообразной технологии получения отливок. Различают свободное литьё в формы (песчаные или металлические), литьё под давлением, литьё выжиманием, центробежное литьё, а также комбинированные способы, например, жидкую штамповку.

В землю

Литье в землю или в формы из смеси песка и глины — самый старый способ получения заготовок из расплавленного металла. Свыше 80% всего литья приходится на него. Отличается простотой и доступностью используемых материалов.

Из древесины изготавливаются модельный и литниковый комплект. После того как модель готова, замешивается формовочная смесь. В состав самой простой входят песок, кварц и глина.

Технология литья в землю

Формовка производится и вручную и на машинах. Ручное изготовление форм применяется при изготовлении разовых или нескольких отливок и считается непродуктивной. Формовка на машинах используется на автоматизированных литейных линиях. Литейные формы состоят из двух половин и являются одноразовыми. После заливки и охлаждения, формы разрушаются. Больше половины отработавшего материала возвращается на формовочную операцию после очищения и восстановления.

Читайте также: Рейтинг компрессоров: 12 моделей от недорогих до самых мощных

Литьё под давлением

Литье под давлением используется для производства отливок ответственного назначения. Процесс требует использования специального оборудования, где металл плавится, а затем поступает в форму, где охлаждается и затвердевает.

Литье под давлением используется для изготовления тонкостенных деталей с большим количеством рёбер и поднутрений. Такие отливки применяют в бытовой технике, электроинструментах, деталях автомобилей и пр. Формы для литья под давлением не ограничиваются по сечению.

1. Возможность получения деталей со сложными формами и небольших размеров.
2. Высокое качество поверхности.
3. Повышенная (в сравнении с обычными литейными технологиями) точность.
4. Стабильность характеристик металла отливки.
5. Высокая производительность.

1. Высокая стоимость оборудования и оснастки.
2. Сравнительно небольшая стойкость инструмента.
3. Повышенный уровень первоначальных финансовых затрат.

Литьё под давлением оправдывает себя при значительных программах выпуска продукции, либо при повышенных требованиях к качеству готовых отливок (в частности, для исключения последующей механической доработки).

Технологический цикл для литья под давлением очень короткий, обычно от 2 секунд до 2 минут, он состоит из следующих четырех этапов:

• Зажима частей пресс-формы, при этом одна половина закрепляется на оборудовании, а вторая получает возможность скольжения по направляющим;
• Подачи расплава в закрытый объём пресс-формы. Объём впрыска определяется объёмом металла (с учётом его усадки), давлением и мощностью подачи;
• Охлаждения расплава в процессе контакта металла со стенками пресс-формы. В некоторых случаях усадку учитывают поджатием подвижной половины пресс-формы к поверхности затвердевающей детали;
• Удаление сформированной отливки из оснастки, время которого рассчитывается, исходя из термодинамических свойств материала и максимальной толщины стенки детали.

После цикла литья под давлением обычно требуется некоторая пост-обработка. Так, при охлаждении часть материала, находящегося в каналах формы, затвердевает. Этот избыточный металл должен быть обрезан с помощью резаков. При необходимости его можно добавлять в расплав, используя для литья следующей партии продукции.

Литье по газифицируемым моделям

Технология ЛГМ – наиболее выгодное решение в плане экономичности, экологичности и высокого качества полученных фасонных отливок. Данный метод все больше внедряется в мировом производстве, особенно популярен он в США и Китае. В начале изготавливается копия модели из пенопласта, которая помещается в песчаную форму. Таким образом изготавливаются отливки массой до 2 тонн и более, размерами от 40 до 1000 мм.

Этот метод активно применяется в двигателестроении для получения головок блоков цилиндров, отдельных блоков и прочих деталей. При этом для годного литья массой 100 кг расходуется несколько видов неметаллических материалов, предназначенных для формирования моделей-формочек:

• Противопригарное покрытие – до 25 кг;
• Кварцевый песок – 50кг;
• Пенополистирол – 6кг;
• Полиэтиленовая пленка – около 10 кв.м.

Формовка при этом состоит из засыпки модели песчаным составом, с возможностью его повторного использования в 95-97% случаях.

Литьё выжиманием

Технология используется в случае, когда требуется постоянная компенсация усадки материала, и применяется для литья крупных отливок с тонкими стенками. Для этого подвижная полуформа получает принудительное перемещение по направлению к поверхности расплава – вращением, винтовым или плоско-параллельным движением. Последовательность переходов такова. Металл заливают в нижнюю часть формы, далее перемещают подвижную её часть до контакта с расплавом, при этом излишек сливается в приёмный ковш установки. Поскольку между ним и основным металлом поддерживается постоянный тепловой контакт, то потери тепла минимальны, и физико-механические параметры материала равномерны во всех сечениях. Возрастает и коэффициент заполнения формы. После затвердевания подвижная полуформа перемещается в исходное положение, а готовая отливка выталкивается из полости.

1. Повышенная структурная однородность отливки.
2. Высокая равномерность физико-механических характеристик материала.
3. Высокая производительность процесса.

В основном литьё выжиманием используется для получения продукции из алюминиевых литейных сплавов.

Центробежное литье

Литье отливки центробежным методом применяется для получения деталей с формой тела вращения из чугуна, алюминия, стали и бронзы. Расплав заливается в металлическую форму, которая вращается со скоростью до 3000 об/мин.

За счет центробежной силы расплав равномерно распределяется внутри формы, после кристаллизации образуется отливка. Такой способ позволяет получать двухслойные заготовки, состоящие из различных сплавов. Отливка, полученная таким способом, обладает высокой плотностью и хорошими физико-механическими качествами.

Читайте также: Смазка ЦИАТИМ-201: Характеристики. Где применяется? Чем заменить?

Большим плюсом центробежного литья является возможность образования внутренних полостей без необходимости применения стержней, а также экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы. Таким методом получается до 95% годных изделий.

В производственном процессе используется оборудование, оснащенное горизонтальными осями вращения. Широко применяется метод центробежного литья для получения отливок гильз, втулок и прочих деталей с формой тела вращения.

Оборудование и формы

В качестве плавильного оборудования в литейных производствах предусматриваются дуговые или индукционные электропечи. Вид оборудования определяется металлами, с которыми работает литейный цех/участок: электродуговые печи идеально подходят для работы со сталью или чугуном, в то время как литейный цех, специализирующийся на меди, с большей вероятностью использует индукционную печь. Печи могут варьироваться в размерах: от небольшого настольного оборудования до тех, что весят несколько тонн.

Современные литейные производства механизированы. Механизации подвергаются практически все операции цикла: от производства стержней до собственно литья. Формовочные машины применяют при серийном производстве отливок. Ручная формовка распространена лишь в малых ремонтных производствах.

В состав основного оборудования включают:

• Плавильные печи;
• Заливочные ковши;
• Загрузочно-транспортное оборудование — погрузчики, краны, конвейеры и пр.
• Средства управления и автоматики.

Электродуговая печь работает по принципу периодического плавления. Металл расплавляется путем подачи электрической энергии внутрь печи через графитовые электроды. Дополнительная химическая энергия подается кислородно-топливными горелками. Кислород вводят для удаления примесей и другого растворённого газа. Когда металл расплавляется, шлак образуется и плавает к верхней части расплава; шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется перед выводом.

Индукционная печь передает электрическую энергию методом индукции, когда высоковольтный электрический источник индуцирует низкое напряжение при большом токе во вторичной катушке. Индукционные печи способны работать при минимальной потере сырья, однако больше используются при производстве отливок из цветных металлов и сплавов.

Все литейное оборудование специально разрабатывается для надежной работы при повышенных температурах. Доминирующими тенденциями при производстве данной техники являются масштабность, автоматизация, оперативная отделка отливок, повышенные безопасность и эффективность.

Какие смазочные материалы применяются? Выбор зависит от марки материала и метода литья. Исходный концентрат в жидком виде должен быть водорастворимым, а в твёрдом виде используются термостойкие пасты.

Этапы литья зубных протезов

Процесс изготовления протезов посредством литья длительный и трудоёмкий — в ходе работы зубные техники и врачи-стоматологи проводят мероприятия по отливу и корректированию протезирующих конструкций для конкретной полости рта. Работа состоит из нескольких этапов.

В первую очередь для корректного определения параметров зубных протезов снимаются оттиски нижней и верхней челюсти. Чтобы получить двухслойные оттиски зубов, слепки делаются в два этапа: сначала базисным материалом, а после этого – коррегирующим. Снятие слепков зубов производится двумя способами:

• Без дополнительных ортопедических средств – применяется в случае препарирования головок зубов;
• С применением ортопедических средств в виде винтов или других компонентов. После этого двухслойный оттиск снимается коррегирующим материалом. Такие оттиски получаются более точными.

Процесс снятие слепков для изготовления зубных протезов занимает всего несколько минут и не сопровождается болевыми ощущениями, поэтому анестезия не требуется. После того, как этот этап завершён, приступают к изготовлению рабочей модели. Это заготовка производится из сплава с использованием никеля, золота, кобальта или титана. Поскольку данный этап довольно продолжителен и занимает от 5 до 30 дней, пациенту на это время возможно установить временный протез из более дешёвых материалов

Перед тем, как приступить к моделированию, штамп обрабатывается лаком, чтобы избежать неровностей. Для получения коронок используется набор восков и ряд медицинских технических средств для растапливания материала и придания модели протеза желаемых очертаний.

Моделирование коронки зуба начинается с получения колпачка обмакиванием штампа для моделирования в массу из расплавленного погружного воска, который поддерживается воскотопкой в той консистенции, которая позволяет получать требуемую толщину стенки колпачка. Толщина стенки восковой модели колпачка, применяемая под облицовку металлокерамикой очень мала – менее половины миллиметра. Это оптимальная толщина для того, чтобы материал качественно отливался.

Затем с помощью электрошпателя техник добавляет другие воска: пришеечный, моделировочный, фрезеровальный. Формируется литниковая система из восковой проволоки нужного диаметра. Количество и размер элементов литниковой системы выбирают так, чтобы обеспечить не только заполнение формы, но и компенсацию уменьшающегося объёма материала из-за усадочных процессов, иначе возможны поры и раковины в литье.

Следующим этапом производится литейная форма из воска. При этом важно, чтобы материал был обработан жидкостью, снижающей натяжение воска и заполняющей мелкие полости. Ещё одним значимым моментом является одинаковая температура материала для всех частей зубного протеза. От этого зависит формирование структуры сплава и качество отливки изделия.

К изготовлению литейной формы относится процедура получения дубликата гипсовой модели. Такая заготовка производится из огнеупорного сплава, и её внутренние очертания должны соответствовать очертаниям модели. В ходе этого процесса выжигается воск, форма нагревается до высоких температур, необходимых для плавления используемого металла. После этого происходит расплавление и литьё сплава. Чтобы не получить бракованного изделия, нужно исключить перегрев материала. В противном случае изделие получится шероховатым из-за разрушения формы и проникновения металла в её стенки. Такой трудоёмкий процесс требует высокого профессионализма и наличия определённых знаний и навыков у зубного техника.

Когда заготовка конструкции отшлифована и приведена в соответствие с оттисками зубов пациента, устанавливаются декоративные покрытия из пластмассы или керамики. Однако этот этап необязателен, он зависит от желания пациента. При этому нужно учитывать, что керамика – более долговечный и прочный материал для установки на зубные коронки, кроме того, он очень эстетично смотрится после установки протеза в полости рта.

Процесс изготовления рабочей модели конструкции предполагает шлифовку пескоструйным методом и примерку в 2 этапа:

• На модели;
• В полости рта пациента.

Если протез соответствует необходимым требованиям, то на этом этапе его можно установить. В остальных случаях конструкция возвращается на доработку зубному технику.

Основной инструмент в литейном производстве

Литейная оснастка – это модели (шаблоны), опоки и формы. Что такое опока? Это полость, куда заливается расплавленный металл. Шаблон представляет собой реплику объекта, подлежащего литью, и используется для формирования отливки. Модели могут быть изготовлены из древесины, металла или пластмассы. Основными этапами получения оснастки являются:

• Получение полости;
• Размерная обработка элементов;
• Разработка и установка механизмов зажима.

Формы разрабатывают с учётом усадки металла, для чего предусматривают компенсаторы. Стенки форм имеют конические участки для облегчения выталкивания из них готового изделия. Полые отливки создаются с использованием стержня — дополнительного объёма песка или металла, который образует внутренние отверстия и проходы в отливке. Каждый стержень помещают в форму до заливки. Для облегчения выемки застывшей отливки из формы используют противопригарные покрытия.

Существует два различных типа литейных форм: одно- и многоразовые.

Изготовление модельной оснастки многоразового применения обычно производится из металла, одноразового – из песка. Для облегчения складирования и применения всегда выполняется маркировка кокилей.

После того, как подготовка формовочных песков завершена, песок размещается вокруг модели. Затем образец удаляют, стержни устанавливают на место, после чего производят заливку расплава. Конструктивные особенности инструментов для литья оптимизируются для различных металлов и уровней сложности полости.

Читайте также: Стальное литье: современные технологии для создания качественных деталей и изделий из стали

Стоимость некоторых видов литейного оборудования и оснастки представлена в таблице:

Литье в кокиль

Это наиболее качественный способ литья отливки, который осуществляется с помощью разборной металлической формы. После застывания кокиль используется повторно. Но делается это после его очистки. Особенностью данного метода заключается в том, что затвердение жидкого расплава происходит без какого-либо внешнего воздействия. Полученные таким образом изделия обладают мелкозернистым, плотным строением, обеспечивающим герметичность и хорошие механические показатели.

Кокиля используются для получения отливок из разных сплавов, чаще всего алюминиевых и магниевых, обладающих невысокой температурой плавления. При этом один кокиль можно использовать до 1000 раз. Литье в кокиль — очень эффективный метод для серийного производства деталей, что и является причиной его применения для получения до 45% изделий.

Дефекты литейных сплавов

Перед тем, как производственный цикл выпуска отливок заканчивается, физические свойства и структурная целостность конечного продукта подлежат проверке. Методы испытаний могут быть разрушающими и неразрушающими. Выбор метода обнаружения дефектов зависит от технологического назначения детали. Для некоторых чисто эстетических продуктов требуется только краткий визуальный осмотр для определения точности размеров, наличия трещин и оценки качества отделки. Для литья, имеющего индустриальное применение, в ходе испытаний устанавливаются все физико-механические свойства металла (пластичность, прочность на растяжение, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость и т.д.).

Наиболее распространёнными дефектами литья являются:

1. Усадочные дефекты. Когда металл затвердевает после заливки в формы или отливки, он должен сжиматься. Когда металла недостаточно, усадка из чугуна приведет к образованию отверстий или пустот в отливке. В зависимости от его причины существует много типов усадки. При осевой усадке материал по центру получает больше времени для затвердевания по сравнению с металлом по периферии, что приводит к образованию полости. Это может быть вызвано температурой, при которой заливается расплавленный металл, скоростью заливки, качеством исходного сырья.
2. Дисперсная усадка. Размерное изменение элементов сплава может привести к такому типу усадки, где полости образуются перпендикулярно литейной поверхности. К этому типу дефектов может привести высокое содержание азота или низкое содержание углерода.
3. Иногда все литейные изделия могут иметь одинаковый тип дефектов по размерам. Причина – разная скорость отвердевания различных частей отливки.
4. Швы или шрамы. Это металлургический дефект, который характеризуется наличием углублений на поверхности отливки. Дефект вероятен, когда в процессе плавки графит перемещается в усадочные полости.
5. Шлаковые включения. Они представляют собой мелкие пятна, обнаруженные на поверхности литейных изделий. Такие включения вызываются загрязнениями исходного металла карбидами, кальцитами, оксидами и сульфидами.
6. Незаполнение отдельных участков. Вызывается наличием газа в отдельных частях пресс-формы, пониженной текучестью материала. Потребуется увеличить температуру его нагрева и/или вести плавку в вакууме.

Литье по выплавляемым моделям

Данный метод позволяет осуществить литье отливки высокой точности. Заранее изготавливается точная копия модели из парафина, воска и стеарина и другого материала, а также литниковая система. Применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например, лопатки турбин и т. п.).

На блок модели наносится суспензия и производится обсыпка огнеупорным наполнителем из кварца, дистенсилиманита, электрокорунда и т. д. Требуется наносить 6 – 10 слоев, каждый из них сушится примерно полчаса. Этот процесс ускоряется с помощью сушильных шкафов, закачанных аммиачным газом. Таким образом, формируется оболочка, из которой выплавляют модельный состав. Осуществляется это в воде, воздействием пара высокого давления или путем выжигания.

Следующим этапом литья по выплавляемым моделям является прокаливание блока путем вытопки при температуре 1000 градусов Цельсия. Затем устанавливают нагретый блок в печь и в оболочку заливают расплавленный металл. Последним этапом является охлаждение, выбивка и отрезка отливки. Плюсом данного способа является литье отливок из сплавов, которые трудно поддаются механической обработке. Применяется данная технология и для изготовления единичных деталей, и в серийном производстве.

Подбор специалистов

Эта профессия предполагает производство чугунных, стальных или цветных металлических деталей различными процессами литья, а также периодическое проведение испытаний материалов с целью обеспечения качества. Специалист современного литейного цеха – обрубщик, плавильщик, формовщик — должен знать различные типы пресс-форм и материалов, обработку литейных инструментов, химические процессы, происходящие во время литья.

Профессиональная подготовка включает в себя:

• Теоретическое профессиональное обучение;
• Практику в компании непосредственно на рабочих местах;
• Стажировку или прохождение курсов переподготовки.

Последний этап предназначается для специалистов литейного производства, желающих повысить свою квалификацию. Среди них могут быть операторы производства, инженеры, менеджеры, металлурги, персонал подразделений, обеспечивающих качество, специалисты по охране труда.

В обязательную программу подготовки или переподготовки входят:

1. Основы металлургических процессов (материалы, термодинамика).
2. Виды оборудования.
3. Вторичные металлургические процессы (заливка, перемешивание металла, охлаждение).
4. Пресс-формы, их проектирование и обслуживание.
5. Дефекты литья.
6. Моделирование литейных процессов.

Металлы для заливки

В нужную форму специалисты могут отлить любой подготовленный сплав в расплавленном состоянии. Проблема состоит в том, что каждый вид материала имеет свою особенную температуру плавления и разную степень жидкотекучести. Чаще всего в промышленном литье используются металлы с низкой температурой плавления.

Компоненты, пригодные для литья, разделяют на черные, цветные и редкоземельные.

К черным относятся сталь, литейный и ковкий чугун. Все остальные сплавы относят к цветным и редкоземельным.

Для каждого вида сплавов используются специальные методы литья, позволяющие изготавливать изделия из следующих материалов:

• стали;
• чугуна;
• алюминия;
• меди;
• латуни;
• золота;
• серебра;
• платины;
• никеля;
• титана;
• бронзы;
• магния.

За все время существования литейного производства было разработано много разных технологических решений с разными условиями отливки.

При отливке изделий из черных металлов используют 5 видов стали с разным содержанием углерода. Изделия с повышенной прочностью отливают из легированной стали.

Это самый распространенный материал, который используется для промышленной заливки.

Откуда идут поставки сырья и оборудования

В качестве основных химических компонентов применяются ферросплавы, соли щелочных металлов, борная кислота, бентонит и др. Основные поставщики и условия поставки представлены в таблице:

Используется отечественное сырьё, а также поставляемое из Китая, Швеции, Украины.

Использование 3D-моделей в литейном производстве

В мастерской «Калежа» всегда можно приобрести элитные сувениры и эксклюзивную мебельную фурнитуру по разумным ценам. Один из способов производства такой продукции – точное литье по выплавляемым моделям. По этой технологии изготавливают медали, брелоки, знаки, призы и различные виды бижутерии. Главная особенность рабочего процесса – литье в разрушаемую форму. Когда извлекают готовое изделие, ее размывают.

Медаль 45 лет М144

Брелок «Туфля» П1401

Брелок «Лошадь» П220

Разновидности видов выплавляемых моделей

В основе модельного литья лежит удаление специального состава одним из следующих способов:

Читайте также: “Сварка металлических пластин в различных пространственных положениях”

• выплавление;
• выжигание;
• растворение.

Выплавляемые смеси для точного модельного литья представляют легкоплавкие материалы (парафин, воск и аналоги). Удаление состава идет с помощью нагрева горячим воздухом, паром, горячей водой, температура которых выше температуры плавления самого модельного состава.

Выжигаемые смеси выполняют из обычного или вспененного полистирола. В этом случае удаление первоначальной формы происходит на стадии прокаливания оболочки, так как температура в этом случае значительно выше температуры плавления полимеров.

Растворяемые составы для модельного литья имеют основу в виде синтезированной мочевины (карбамида), нитрата калия или натрия, ряда других материалов, которые хорошо растворяются в воде. Для удаления вещества используют обычную теплую воду.

Литьё в песчаные формы

Это самый малозатратный, при этом весьма грубый метод литья. Благодаря своей дешевизне, способ является наиболее массовым.

Сначала изготавливается литейная модель. Ранее использовали для этих целей дерево, но сегодня гораздо проще выполнить модель с помощью современного 3D-принтера из недорогих полимерных материалов.

Изготовление песчаных форм

Подготовленная модель устанавливается на своеобразной подмодельной плите, сверху на модель надевается ящик без дна (опока). Промежуток между моделью и ближайшими стенками опоки забивается песком или заранее заготовленной смесью песка со специальным связующего. Для сложных вещей используют две полуформы (2 опоки), плоскость их соприкосновения — это место разъема. Модель извлекают, полученные полуформы соединяют и затем производят отливку. Для заливки металла непосредственно в песко-формовочной смеси делают литники — специальные отверстия. По окончании застывания заготовку извлекают, удаляют облой, литники и обрабатывают поверхность до стандартного качества.

В настоящее время литьё в разовые песчаные формы позволило применять вакуумируемые формы, приготовленные из сухого специального песка без применения связующего.

Требования к используемым модельным составам

Вне зависимости от типа и вида материала для получения модели к ним предъявляют следующие требования:

• пониженная температура плавления (обычно в диапазоне 60–100 °С);
• хорошая текучесть в жидком состоянии для быстрого удаления из оболочки и полного заполнения полости пресс-формы;
• минимальные изменения объема при повышении либо снижении температуры.;
• быстрая кристаллизация по всему объему;
• возможность многократного применения;
• быстрая спаиваемость для соединения с литниковой системой;
• отсутствие прилипания к стенкам пресс-формы;
• высокая механическая прочность при температуре в цеху;
• отсутствие негативного влияния на персонал;
• низкая зольность для гарантии высокого качества поверхности;
• доступная цена и широкое распространение;
• хорошее смачивание;
• низкая плотность.

Способ литья в оболочковые формы

Оболочковый способ литья — это технология получения металлических отливок в формах, выполненных по модельной горячей оснастке из специально смешанных песчано-смоляных составов. Такие формы обладают прочностью, податливостью, газопроницаемостью, негигроскопичностью.

Оболочковые формы обладают следующими свойствами: достаточной прочностью, газопроницаемостью, податливостью, негигроскопичностью.

Процесс оболочкового литья начинается с покрытия термореактивной смолой заранее подогретой площадки, на которой установлена обезжиренная металлическая модель. При нагревании первоначальный состав плавится, образуется полутвердая оболочка. С целью удаления избыточной массы смолы форму с модельной плитой переворачивают, позже дополнительно нагревают. После отвердевания оболочку — полуформу удаляют с матрицы, соединяют методом склеивания или же скрепления с другой половиной. Затем помещают готовую оболочковую форму в ранее изготовленную опоку и далее заполняют её плотно формовочной смесью. После заливки такая форма разрушается.

Классификация применяемых составов для точного литья

Материал можно сгруппировать по нескольким параметрам: основа, тип используемого наполнителя, температурный диапазон запрессовки в пресс-форму, размер линейной усадки.

Читайте также: Самые лучшие флюсы для пайки

По первому параметру смеси делят на следующие группы:

• вещества на базе парафина и других углеводородов;
• составы с базой из минвоска;
• сплавы на основе ряда смол естественного происхождения;
• материалы на основе искусственных смол и восков;
• металлы с пониженной температурой плавления.

В зависимости от типа используемого наполнителя в пастообразном видемодельные составы делят на несколько групп:

• без наполнителя;
• газообразные (обычный воздух);
• жидкий (обычная обессоленная вода);
• твердые, нерастворимые (ограниченно растворимые или полностью растворимые) в жидком пластификаторе.

В зависимости от каждого из следующих типов определяется маркировка модельных составов. На практике применяют чаще всего парафиново-стеариновые модельные смеси, имеющие доступную стоимость и хорошие характеристики. Они могут многократно использоваться при условии регенерации после 5-6 циклов. Последняя выполняется серной кислотой, которую добавляют в нагретую до 70-90 градусов смесь с последующим перемешиванием и выдержкой при этой температуре в течение часа. За это время происходит выпадение осадка, который удаляется, а в оставшуюся часть добавляется жидкое стекло. Последнее удаляет остатки серной кислоты, которая выпадает в удаляемый осадок в течение 2–3 часов. Завершающей стадией регенерации модельного состава остается добавление 3–5% свежего стеарина, который частично теряется во время обработки серной кислотой.

Оборудование и формы

В качестве плавильного оборудования в литейных производствах предусматриваются дуговые или индукционные электропечи. Вид оборудования определяется металлами, с которыми работает литейный цех/участок: электродуговые печи идеально подходят для работы со сталью или чугуном, в то время как литейный цех, специализирующийся на меди, с большей вероятностью использует индукционную печь. Печи могут варьироваться в размерах: от небольшого настольного оборудования до тех, что весят несколько тонн.

Современные литейные производства механизированы. Механизации подвергаются практически все операции цикла: от производства стержней до собственно литья. Формовочные машины применяют при серийном производстве отливок. Ручная формовка распространена лишь в малых ремонтных производствах.

В состав основного оборудования включают:

• Плавильные печи;
• Заливочные ковши;
• Загрузочно-транспортное оборудование — погрузчики, краны, конвейеры и пр.
• Средства управления и автоматики.

Электродуговая печь работает по принципу периодического плавления. Металл расплавляется путем подачи электрической энергии внутрь печи через графитовые электроды. Дополнительная химическая энергия подается кислородно-топливными горелками. Кислород вводят для удаления примесей и другого растворённого газа. Когда металл расплавляется, шлак образуется и плавает к верхней части расплава; шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется перед выводом.

Индукционная печь передает электрическую энергию методом индукции, когда высоковольтный электрический источник индуцирует низкое напряжение при большом токе во вторичной катушке. Индукционные печи способны работать при минимальной потере сырья, однако больше используются при производстве отливок из цветных металлов и сплавов.

Все литейное оборудование специально разрабатывается для надежной работы при повышенных температурах. Доминирующими тенденциями при производстве данной техники являются масштабность, автоматизация, оперативная отделка отливок, повышенные безопасность и эффективность.

Какие смазочные материалы применяются? Выбор зависит от марки материала и метода литья. Исходный концентрат в жидком виде должен быть водорастворимым, а в твёрдом виде используются термостойкие пасты.

Экономическая эффективность применения модельных составов

Его особенностью остается достаточно высокая себестоимость готовой отливки из-за более длительного процесса подготовки, дороговизны первоначальных расходов на изготовление пресс-форм. В итоге этот метод используют для точного литья в условиях массового и серийного производства, когда есть возможность компенсировать первоначальные значительные расходы. На практике метод используют в машиностроении для, например, изготовления корпусных деталей электротехнической продукции. Достаточно широко используют модельные составы в кораблестроении и автомобилестроении, где необходимо добиться высокой точности сложных деталей. Практикой установлены следующее количество деталей в зависимости от группы сложности, когда целесообразно переходить на литье по выплавляемым моделям:

• первая – 500 штук;
• вторая – 200 штук;
• третья – 100 штук.

Использование на заготовительном производстве модельных составов снижает припуск до 0,2-0,7 мм, позволяет получить чистоту поверхности по 5-7 классу, что подтвердят фото. В итоге себестоимость готовых изделий снижается на 30–60%, обеспечивая хороший экономический эффект. Одновременно растет коэффициент использования металла (до 0,85), уменьшается отходы металла в стружку (до 6-7 раз), а трудоемкость обработки резко падает (до 60–70%).

Технология непрерывного литья

При изготовлении отливок непрерывным литьем расплавленное сырье из металлоприемника через графитовый пустотелый полустержень поступает в кристаллизатор с обязательным водным охлаждением, при затвердевании вытягивается специальным устройством. Такие заготовки позднее обрезают по необходимым размерам.

Используют непрерывное литье с целью получения полуфабрикатовиз чугуна, цветных, драг. металлов. Заготовки не могут иметь посторонних включений, пористости, раковин благодаря созданию узконаправленного потока затвердевания металла. Эта особенность делает данный способ непревзойдённым для изготовления качественной проволоки.

Читайте также: Самодельные электроды по алюминию своими руками

Основные этапы литья по выплавляемым моделям

Принципиально процесс не отличается от классического литья в песчаные смеси, подразумевая заливку в готовую форму расплавленного цветного сплава или стали. Непосредственно литье включает следующие этапы:

• создание модели;
• получение формы;
• получение готовой литейной формы;
• непосредственно литье.

На первом этапе происходит подготовка пресс-формы, ее заполнение модельным составом и ожидание затвердевания с последующим извлечением. Получение формы включает обсыпку и сушку твердой модели. В дальнейшем происходит удаление модельной массы горячим воздухом, водой или иным методом с дожигом оставшейся массы во время прокаливания. На финальном этапе происходит непосредственно литье с последующим отпуском, удалением форм и литниковой системой, первичной обработкой заготовок дробеструйным методом или сжатым воздухом.

Для получения качественного литья по модельным составам не допускается. На практике это означает, что разбивать форму можно через 5-6 часов. В условиях производства используют вибрационный стол, а затем удаляется литниковая система и при наличии облой. Последнее может использоваться повторно для изготовления деталей без каких-либо ограничений.

Основной инструмент в литейном производстве

Литейная оснастка – это модели (шаблоны), опоки и формы. Что такое опока? Это полость, куда заливается расплавленный металл. Шаблон представляет собой реплику объекта, подлежащего литью, и используется для формирования отливки. Модели могут быть изготовлены из древесины, металла или пластмассы. Основными этапами получения оснастки являются:

• Получение полости;
• Размерная обработка элементов;
• Разработка и установка механизмов зажима.

Формы разрабатывают с учётом усадки металла, для чего предусматривают компенсаторы. Стенки форм имеют конические участки для облегчения выталкивания из них готового изделия. Полые отливки создаются с использованием стержня — дополнительного объёма песка или металла, который образует внутренние отверстия и проходы в отливке. Каждый стержень помещают в форму до заливки. Для облегчения выемки застывшей отливки из формы используют противопригарные покрытия.

Существует два различных типа литейных форм: одно- и многоразовые.

Изготовление модельной оснастки многоразового применения обычно производится из металла, одноразового – из песка. Для облегчения складирования и применения всегда выполняется маркировка кокилей.

После того, как подготовка формовочных песков завершена, песок размещается вокруг модели. Затем образец удаляют, стержни устанавливают на место, после чего производят заливку расплава. Конструктивные особенности инструментов для литья оптимизируются для различных металлов и уровней сложности полости.

Стоимость некоторых видов литейного оборудования и оснастки представлена в таблице:

Центробежное литье

Центробежный способ предполагает формирование отливок под резким воздействием возникших сил внутри раскручивающейся формы, свободным методом залитой расплавом. Так производят полуфабрикат из черных и сплавов многих цветных металлов. Сейчас разработаны специализированные установки для бережного центробежного литья драгоценных металлов.

Главным и основным преимуществом представленного способа является непревзойденно высокая, при анализировании с другими видами, плотность получаемой кристаллической структуры используемого металла. Эта особенность придает прекрасные механические свойства требуемым заготовкам.

Данный вид литья возможно производить на машинах с различными осями вращения — вертикальной или же горизонтальной. Для него применяются песчаные, металлические, также оболочковые или формы (опоки) по восковым моделям.

У вас отключен JavaScript.

Журнал «Металлургия машиностроения» № 5 — 2013

В статье дан анализ применяемых в заготовительном, в частности литейном производстве компьютерных технологий, позволяющих резко сократить сроки запуска новой продукции. Особое значение эти технологии имеют при изготовлении литейных моделей, форм и оснастки.

При разработке и создании новой промышленной продукции особое значение имеет скорость прохождения этапов НИОКР, которая, в свою очередь, существенно зависит от технологических возможностей опытного производства.

В частности, это касается изготовления литейных деталей, которые часто являются самой трудоемкой и дорогостоящей частью общего проекта. При создании новой продукции, особенно на этапе ОКР в опытном производстве, для которого характерны вариантные исследования, необходимость частых изменений конструкции и, как следствие, постоянной коррекции технологической оснастки для изготовления опытных образцов, проблема быстрого изготовления литейных деталей становится ключевой.

В опытном производстве преимущественными остаются традиционные методы изготовления литейной оснастки вручную или с использованием механообработки. Это связано с тем, что на этапе ОКР, когда конструкция изделия еще не отработана, для изготовления образцов нецелесообразно создавать оснастку под серийное производство. В этих условиях литейная оснастка – весьма дорогостоящая продукция, оказывается, по сути, разовой, которая в дальнейшей работенад изделием не используется в связи с изменениями конструкции изделия в ходе ОКР. Поэтому каждое приближение конструкции детали к окончательной версии требует зачастую и новой оснастки, в связи с чем традиционные методы оказываются не только дороги, но и затратны по времени.

Переход на цифровое описание изделий – CAD, и появившиеся затем аддитивные технологии произвели настоящую революцию в литейном производстве, что особенно проявилось в высокотехнологичных отраслях – авиационной, аэрокосмической, атомной, медицине и приборостроении – тех отраслях, где характерно малосерийное, зачастую, штучное производство. Именно здесь уход от традиционных технологий, применение новых методов получения литейных синтез-форм и синтез-моделей технологиями послойного синтеза радикально сократило время создания новой продукции. Для изготовления первого опытного образца блока цилиндров

(рис. 1) традиционными методами требуется ≥ 6 мес., причем, основное время уходит на создание оснастки.

Использование для этой цели технологии Quick-Cast (выращивание литейной модели из фотополимера на SLA-машине с последующим литьем по газифицируемой модели) сокращает срок получения первой отливки с полугода до двух недель!

Рис.1 Quickcast модель (а) и отливка блок цилиндров (б)

Эта же деталь может быть получена менее точной, но вполне пригодной технологией – литьем в выращенные песчаные формы, когда в изготовлении литейной модели вообще нет необходимости: выращивается «негатив» детали – форма. Форма для литья такой крупной детали, как блок цилиндров, выращивается фрагментами, затем собирается в опоке и производится заливка. Весь процесс занимает несколько дней. Значительная часть «обычных» литейных изделий, к которым не предъявляют специальные требования к точности или внутренней структуре, может быть получена в виде готовой продукции в течение нескольких дней:

• прямое выращивание восковой модели;
• формовка + сушка формы;
• прокалка формы;
• и, собственно, получение отливки.

Итого: 3…4 дня (каждый этап – по одному дню), с учетом подготовительно-заключительного времени. Практически все автомобильные и авиастроительные компании промышленно развитых стран имеют в арсенале своего опытного производства десятки AF-машин, обслуживающих НИОКР. Более того, эти машины начинают использовать, как «обычное» технологическое

оборудование в единой технологической цепи и для серийного производства.

Читайте также: Технология сварки-пайки металлоконструкций из оцинкованной стали

Аддитивные технологии (АТ) и быстрое прототипирование Additive Fabrication (AF) или Additive Manufacturing (AM) – принятые в англоязычной технической лексике термины, обозначающие аддитивный, то есть «добавлением», метод получения изделия, в противоположность традиционным методам механообработки путем «вычитания» (subtractive) материала из массива заготовки. Они употребляются, наряду со словосочетанием Rapid Prototyping (или RP-технологии) – быстрое прототипирование, но имеют более общее значение, точнее отражающее современное положение. Можно сказать, что RP-технология, в современном понимании, это часть AF-технологий, «отвечающей» за собственно прототипирование методами послойного синтеза. AF- или AM-технологии охватывают все области синтезирования изделий, будь то прототип, опытный образец или серийное изделие.

Суть AF-технологий, как и RP-технологий, в послойном построении изделий – моделей, форм, мастер-моделей и т.д. путем фиксации слоев модельного материала и их последовательного соединения между собой разными способами: спеканием, сплавлением, склеиванием, полимеризацией – в зависимости от нюансов конкретной технологии.

Идеология аддитивных процессов базируется на технологиях, в основе которых – цифровое описание изделия, его компьютерная модель или т. н. CAD-модель. При использовании AF-технологий все стадии реализации проекта – от идеи до материализации (в любом виде – промежуточном или в виде готовой продукции) находятся в «дружественной» технологической среде, в единой технологической цепи, где каждая технологическая операция также выполняется в цифровой CADCAMCAE-системе. Практически это означает реальный переход к «безбумажным» технологиям, когда для изготовления детали традиционной бумажной чертежной документации, в принципе, не требуется.

Хотя на рынке существуют различные AF-системы для производства моделей по разным технологиям и из разных материалов, общее для них – послойный принцип построения модели. Особую роль АТ играют в модернизации литейного производства, позволяя решать ранее не решаемые задачи, «выращивать» литейные модели и формы, которые невозможно изготовить традиционными способами. Радикально сократились сроки изготовления модельной оснастки. Развитие вакуум-пленочных технологий по формам и моделям, полученным АТ, дало возможность снизить в разы и десятки раз сроки изготовления опытных образцов, а, в ряде случаев, и серийной продукции. Последние достижения в области порошковой металлургии позволили существенно расширить возможности АТ по непосредственному «выращиванию» функциональных деталей из металлов и получению новых конструкционных материалов с уникальными свойствами (технологии spray forming и др.).

Современные Центры АТ часто в своем полном названии содержат слова конструкторско-технологический, тем самым подчеркивается единство, а не борьба противоречий, между конструктором и технологом. Учитывая специфику российской промышленности, где часто в рамках одного предприятия сосредоточено производство изделий огромной номенклатуры из разных материалов, где многие предприятия вынуждены содержать свое «натуральное хозяйство», это – рациональный подход. Опытные литейные производства в технологиях получения и металлических, и пластмассовых изделий имеют много общего, а с применением АТ еще сближаются по применяемому оборудованию, и по технологическим приемам, и по обучению и подготовке профессиональных кадров.

АТ и литейное производство

Как уже отмечалось, особое значение АТ имеют для ускоренного производства литейных деталей, в частности, для получения:

• литейных моделей;
• мастер-моделей;
• литейных форм и литейной оснастки.

Изготовление литейных синтез-моделей

Литейные модели могут быть получены (выращены) из следующих материалов:

• порошкового полистирола (для последующего ЛГМ);
• фотополимерных композиций, в частности, по технологии Quick-cast для последующего ЛГМ или по технологии MJ (Multi Jet) для литья по выплавляемым моделям.

Рис. 2. SLS-машина SinterStation Pro и модель колеса турбины

Синтез-модели из порошкового полистирола. Полистирол широко используют в качестве модельного материала для традиционного ЛГМ. Однако, в связи с бурным развитием технологий послойного синтеза, он приобрел особую популярность и для прототипирования, а также для промышленного изготовления штучной и малосерийной продукции. Полистирольные модели изготовляют на AF-машинах, работающих по технологии SLS – Selective Laser Sintering – послойное спекание порошковых материалов (рис.2). Эту технологию часто применяют, когда необходимо быстро сделать одну или несколько отливок сложной формы относительно больших размеров с умеренными требованиями по точности.

Модельный материал – полистирольный порошок с размером частиц 50…150 мкм накатывается специальным роликом на рабочую платформу, установленную в герметичной камере с атмосферой инертного газа (азота). Лазерный луч «пробегает» там, где компьютер «видит» в данном сечении CAD-модели «тело», как бы заштриховывая сечение детали, как это делает конструктор карандашом на чертеже. Под воздействием тепла лазерного луча частички полистирола спекаются (~ 120°C). Затем платформа опускается на 0,1…0,2 мм, и новая порция порошка накатывается на отвержденный слой, формируется новый, который также спекается с предыдущим.

Процесс повторяется до полного построения модели, которая в конце процесса оказывается заключенной в массив неспеченного порошка. Модель извлекают из машины и очищают от порошка. Преимущество технологии – в отсутствии поддержек, поскольку модель и все ее строящиеся слои все время удерживаются массивом порошка.

Имеющиеся на рынке машины фирм 3D Systems и EOS позволяют строить достаточно крупные модели – до 550×550×750 мм (что важно, так как можно строить крупные модели зацело, без склейки отдельных фрагментов, что повышает точность и плотность отливки). Весьма высокая детализация построения моделей: могут быть построены поверхностные элементы (номера деталей, условные надписи и пр.) с толщиной фрагментов до 0,6 мм, гарантированная толщина стенки модели до 1,5 мм.

Рис. 3. Полистирольная модель после выращивания (а) и инфильтрации (б) и чугунная отливка (в)

Рис. 4. Полистирольные модели (а) и отливки из Al-сплава (б)

Принципиально технологии литья по восковым и полистирольным моделям не различаются (рисунки 3 и 4). Используются те же формовочные материалы, то же литейное и вспомогательное оборудование. Разве что восковая модель – «выплавляемая», а полистирольная – «выжигаемая».

Но работа с полистирольными моделями требует внимания при выжигании: выделяется много газов, которые требуют нейтрализации, материал частично выгорает в самой форме, есть опасность образования золы и засорения формы, нужно предусмотреть возможность стекания материала из застойных зон, должны использоваться прокалочные печи с программаторами, причем, программы выжигания полистирола и вытапливания воска существенно различны. Но в целом, при определенном на выке и опыте, ЛГМ дает очень хороший результат.

Процесс спекания порошка – это тепловой процесс со всеми присущими ему недостатками: неравномерностью распределения тепла по рабочей камере, по массиву материала, короблением вследствие температурных деформаций.

Порошок полистирола не сплавляется, как например, порошки полиамида или металла, а спекается – пористая структура модели похожа на структуру пенопласта. Это делается специально для облегчения в дальнейшем удаления материала модели из формы с минимальными внутренними напряжениями при нагревании.

Построенная модель, в отличие от, например, восковой, требует аккуратного обращения и при очистке, и при дальнейшей подготовке к формованию.

Для придания прочности и удобства работы с ней (сочленения с литниковой системой, формовки) модель при ~ 80°C пропитывают специальным восковым составом – процесс называется инфильтрацией. (на рис. 3 показаны инфильтрированные модели красного цвета, из машины же извлекаются полистирольные модели белого цвета). Это также несет в себе опасность деформирования модели и требует определенных навыков персонала.

В последнее время появились полистирольные порошки, не требующие инфильтрации. Это ослабляет, но не устраняет проблему. Кроме того, инфильтрат в виде воска не всегда вредная необходимость. Он расплавляется в опоке при выжигании раньше полистирола, и когда последний приобретает текучесть, способствует его выносу из формы, уменьшая тем самым массу «выжигаемой» части полистирола и снижая вероятность образования золы.

Рис. 5. SLS-модель распределительного вала и формовочный ящик для получения песчаной формы

Таким образом, когда мы говорим об умеренных требованиях к точности при использовании SLS-технологии, то имеем в виду отмеченные причины, по которым точность изделий, полученных SLS-технологий, не может быть выше, чем при использовании других технологий, не связанных с температурными деформациями, как, например, технологии фотополимеризации (рис. 5).

Говоря об SLS-технологии, отметим еще одно, не связанное с полистиролом, но «родственное» направление, иногда используемое в литейном производстве. Это выращивание оснастки из порошкового полиамида. Полиамид широко используют для функционального прототипирования, прочные полиамидные модели во многих случаях позволяют воспроизвести прототип, максимально близко к готовому изделию.

В ряде случаев целесообразно применять полиамидные модели в качестве альтернативы деревянным. Модель выращивают, так же как и полистирольную. При этом, по возможности делают ее полой с минимально возможной толщиной стенок. Затем модель, для придания ей прочности и жесткости, заполняют эпоксидной смолой, после чего закрепляют в опоке, красят и далее используют традиционную технологию формовки. Пример такой «быстрой» технологической оснастки для формовки распределительного вала ДВС показан на рис. 5. Ввиду большой длины модель выращена из двух частей, части склеены, заполнены эпоксидной смолой и закреплены в опоке; продолжительность операций – два дня.

Синтез-модели из фотополимеров. Суть технологии – в использовании специальных светочувствительных смол, которые отверждаются избирательно и послойно в точках или местах, куда по заданной программе подводится луч света. Способы засветки слоя различны (лазер, ультрафиолетовая лампа, видимый свет). Существуют две основные технологии создания моделей из фотополимерных композиций: лазерная стереолитография или SLA-технология (Steriolithography Laser Apparatus), или стереолитография – отверждение слоя лазером, и «моментальная» засветка слоя – отверждение слоя фотополимера вспышкой ультрафиолетовой лампы или прожектора.

Первый способ предполагает последовательное «пробегание» лазерного луча по всей поверхности формируемого слоя там, где в сечении «тело» модели. По 2-му способу отверждение всего слоя происходит сразу же после или в процессе его формирования за счет излучения от управляемого источника света – видимого или ультрафиолетового.

Различие в способах формирования слоев обусловливает и различие в скоростях построения модели. Очевидно, что скорость выращивания 2-м способом выше. Однако стереолитография была и остается самой точной технологией и применяется там, где требования к чистоте поверхности и точности построения модели – основные и определяющие.

Тем не менее, технологии «засветки» с заданной экспозицией, используемые, например, фирмами Objet Geometry и Envisiontec, во многих случаях успешно конкурируют со стереолитографией, оставляя за собой явное преимущество в скорости построения и стоимости моделей. Ряд производственных задач могут быть одинаково успешно решены с помощью AF-машин разного уровня.

Таким образом, оптимальный выбор технологии получения моделей и, следовательно, прототипирующего оборудования зачастую не является очевидным и должен проводиться с учетом конкретных производственных условий и реальных требований к моделям. В тех случаях, когда очевидно разнообразие решаемых задач, целесообразно иметь две машины: для изготовления изделий с повышенными требованиями и для выполнения «рутинных» задач и тиражирования моделей.

Лазерная стереолитография. Фирма 3D Systems – пионер в области практического освоения технологий быстрого прототипирования. В 1986 г. ею впервые была представлена для коммерческого освоения стереолитографическая машина SLA-250 с размерами зоны построения 250×250×250 мм. Основа в SLA-процессе – ультрафиолетовый лазер (твердотельный или CO2), где лазерный луч – источник не тепла, как в SLS-технологии, а света. Луч «штрихует» текущее сечение CAD-модели и отверждает тонкий слой жидкого полимера. Затем платформу, на которой производится построение, погружают в ванну с фотополимером на величину шага построения, где наносится новый жидкий слой на затвердевший слой: новый контур «обрабатывается» лазером.

При выращивании модели, имеющей нависающие элементы, одновременно с основным телом модели (и из того же материала) строятся поддержки в виде тонких столбиков, на которые укладывается первый слой нависающего элемента, когда приходит черед его построения. Процесс повторяется до завершения построения модели.

Рис. 6. SLA-модель (а) и отливка шарик, серебро (б)

Рис. 7. Quick-cast-модель (а), она же с литниковой системой (б) и отливка Al-головки цилиндров (в)

Для целей литейного производства применяют т. н. Quick-Cast-модели (рис. 7), то есть модели для «быстрого литья». Так называют модели, по которым, по аналогии с восковыми моделями, можно быстро получить металлические отливки. Но модели Quick-Cast имеют сотовую структуру массива стенок:

• внешние и внутренние поверхности стенок выполняют сплошными, а саму стенку формируют в виде набора сот, что имеет большие преимущества: существенно, на 70% снижается общая масса модели, а, следовательно, меньше материала нужно будет выжигать;
• в процессе выжигания любой модельный материал расширяется и давит на стенки формы, при этом, форма с тонкостенными элементами может быть разрушена;
• сотовая же структура позволяет модели при расширении «складываться» внутрь, не напрягая и не деформируя стенки формы.

В отдельных случаях SLA-модели, так же, как и SLS-модели, могут быть использованы не как литейные модели, а в качестве оснастки для получения модели при литье в песчаную форму(ПФ) – рис. 8. В этом случае, в конструкции модели должны быть предусмотрены литейные уклоны.

Рис. 8. CAD-модель (а), SLS-модель (б) и отливка передняя крышка ДВО, полученная в ПФ (в)

Однако этот способ используют редко из-за недостаточной прочности SLA-модели. Второе, не по значимости, а в порядке упоминания, преимущество – это точность построения модели, в обычных условиях, при комнатной температуре, когда отсутствуют термонапряжение и деформации. Очень малое пятно лазерного луча∅ 0,1…0,05 мм позволяет четко «прорабатывать» тонкие, филигранные фрагменты модели, что сделало стереолитографию популярной в ювелирной промышленности. В России имеется достаточно большой опыт применения технологии Quck-Cast в авиационной промышленности (предприятия «Салют»,«Сухой», УМПО, «Рыбинские моторы»), в энергетическом машиностроении («ТМЗ» – Тушинский машиностроительный завод) – рис.9, некоторый опыт имеется и в автомобильных НИИ. Так, в НАМИ по этой технологии впервые в России были получены такие сложные отливки, как головка и блок цилиндров. Однако в других отраслях эта технология остается практически неосвоенной.

Читайте также: Выбор и использование припоя для пайки медных труб

Рис. 9. SLA-модель (а) и отливка рабочее колесо турбоагрегата (б), оболочковая форма и отливка рабочее колесо турбины ОАО «ТМЗ» (в)

Основной производитель SLA-машин – американская компания 3D Systems, которая выпускает широкую гамму машин с разными размерами зоны построения, от 250×250×250 до 1500×570×500 мм. Для литейного производства в мировой промышленности достаточно активно используют машины серии iPro (рис. 10), с техническими характеристиками которых можно ознакомиться на сайте кампании www.3dsystems. com. Затраты, как первоначальные, так и при использовании, – пожалуй, единственный недостаток этой технологии. Наличие лазера делает эти установки относительно дорогими и требующими регулярного технического обслуживания.

Рис. 10. Машина iPro 8000 (а) и SLA-модели (б)

Поэтому в последнее время, когда появилось множество 3D-принтеров, их используют для построения особо ответственных изделий с повышенными требованиями к точности и чистоте поверхности, в первую очередь, для изготовления Quick-Cast- и мастер-моделей. Для других же целей, например, дизайн-макетов применяют более дешевые технологии. Стоимость расходных материалов умеренная – € 200…300, и сопоставима с ценой модельных материалов других фирм. Время построения модели зависит от загрузки рабочей платформы, а также от шага построения, но, в среднем, это 4…7 мм/ч по высоте модели. Машина может строить модели с толщиной стенки 0,05…0,2 мм. Технология DLP Разработчик этой технологии – международная компания Envisiontec, которую можно отнести к новичкам AF-рынка, свои первые машины она выпустила в 2003 г.

Рис. 11. Модели Envisiontec (а) и отливки Al-деталей ДВС (б)

В машинах Envisiontec (рис. 11) семейства Perfactory применяют оригинальную технологию DLP – Digital Light Procession, суть которой – в формировании т.н. маски каждого текущего сечения модели, проецируемой на рабочую платформу через специальную систему зеркал очень малого размера, с помощью прожектора с высокой яркостью света. Формирование и засветка видимым светом каждого слоя происходит относительно быстро, за 3…5 с.

Таким образом, если в SLA-машинах применяют точечный принцип засветки, то в машинах Envisiontec – поверхностный, то есть засветку всей поверхности слоя, чем объясняется высокая скорость построения моделей – в среднем, 25 мм/ч по высоте, при толщине слоя построения 0,05 мм. Материал поддержек – тот же, что и основной материал – акриловый фотополимер. Модели Envisiontec используют так же, как и SLA-модели – в качестве мастер-моделей и выжигаемых литейных моделей. Их качество весьма высокое, однако по точности уступает SLA-моделям, что, в основном, связано с применением не малоусадочных эпоксидных фотополимеров, как в машинах 3D Systems, а акриловых с существенно большим, почти на порядок – 0,6%, коэффициентом усадки при полимеризации.

Тем не менее, их преимущество – достаточно высокая точность и чистота поверхности, прочность, удобство в обращении, при весьма умеренной (по сравнению со стереолитографией) стоимости. Также несомненные преимущества технологии Envisiontec – высокая скорость построения моделей и, следовательно, производительность RP-машины. Проведенные в последнее время эксперименты показали, в целом, хорошую выжигаемость моделей, малую зольность. Были получены кондиционные автомобильные отливки, как вакуумным литьем Al-сплавов в гипсовые формы, так и литьем чугуна в ПФ (маршаллитовые).

Есть все основания считать технологию DLP перспективной и эффективной для литейного производства, а не только для НИР и ОКР. Время (с учетом подготовительно-заключительных операций) построения деталей впускной трубы высотой 32 мм и ресивера высотой 100 мм – 1,5 и 5ч, соответственно. Тогда как на сопоставимой по размерам SLA-машине Viper (3D Systems) такие модели строились бы ≥ 5,5 и 16ч. Представляют интерес машины серий Extrim и EXEDE, которые позиционируются, как AF-машины для серийного производства мастер-моделей и моделей для ЛГМ. Особенность этих машин в том, что, в отличие от других технологий, здесь используют не дискретное (пошаговое), а непрерывное движение платформы вниз с малой скоростью. Поэтому на моделях отсутствуют ярко выраженные ступени, характерные для других способов построения. Модели требуют пост-обработки – удаления поддержек и, в ряде случаев, как и в стереолитографии – дополимеризации. Основные характеристики машин Envisiontec приведены в таблице. Широкий выбор материалов для мастер-моделей, моделей – выжигаемых и для вакуум-формовки (выдерживающих до 150°C), концептуального моделирования делает эти машины особенно привлекательными, когда требуется изготовлять большое количество моделей широкой номенклатуры. Технология MJM (Multi Jet Modeling) получения восковых синтез-моделей. Модели (рис. 12) строятся на 3D-принтерах с использованием специального модельного материала, в со- став которого входит светочувствительная смола – фотополимер на акриловой основе (связующий элемент) и литейный воск (50%). Посредством многоструйной головки материал послойно на носится на рабочую платформу, отверждение каждого слоя – облучением ультрафиолетовой лампой.

Особенность технологии – в наличии т. н. поддерживающих структур – поддержек для удержания нависающих элементов модели в процессе построения. Материал – восковой полимер с низкой температурой плавления, который после построения модели удаляется струей горячей воды.

Недостаток технологии – относительно высокая стоимость расходных материалов — $300/кг; преимущества – скорость получения модели и, не менее важное, высокое качество модельного материала, с точки зрения собственно технологии литья по выплавляемым моделям (формовки, вытапливания модели).

От синтез-мастер-модели к отливке

Литье полиуретановых смол и воска в силиконовые формы. Второе интенсивно развивающееся направление использования фотополимеров – это изготовление высокоточных мастер-моделей, как для последующего получения через силиконовые формы восковых моделей, так и для литья полиуретанов. Использование силиконовых форм чрезвычайно эффективно при штучном и малосерийном производстве восковых моделей, при этом, достигается их высокое качество.

Мастер-модели обычно выращивают на SLA-или DPL-установках, которые обеспечивают наилучшую чистоту поверхности и высокую точность построения модели. Достаточно высокое качество имеют и модели, полученные на 3D принтерах типа ProJet и Objet.

Рис. 13. Силиконовая форма (вверху), мастер-модель (внизу слева), восковая модель (в центре), металлическая отливка (справа)

Мастер-модели используют для получения т. н. быстрых форм, в частности, силиконовых (рис.13), в которые затем заливают полиуретановые смолы или воск для последующего литья металлов. Технологии литья в эластичные формы широко распространены в мировой практике. В качестве материала форм используют разные силиконы с малым коэффициентом усадки и относительно высокими прочностью и стойкостью (здесь силикон – это смесь двух исходно жидких компонентов А и B, которые при смешивании в определенной пропорции полимеризуются и образуют однородную относительно твердую массу).

Эластичные формы получают заливкой силиконом в вакууме мастер-модели, которую располагают обычно в деревянной опоке, опоку помещают в вакуумирующую машину, где предварительно в специальной емкости смешивают компоненты A и B, затем силикон выливают в опоку. Вакуум применяют для удаления воздуха из жидких компонентов и обеспечения высокого качества формы и отливок. После заливки в течение 20…40 мин силикон полимеризуется. В комплект поставки оборудования для вакуумного литья, как правило, входит собственно вакуумная машина (одно- или двухкамерная) и два термошкафа: для хранения расходных материалов при ~ 35°C и для выдержки форм при ~ 70°C; последний используют для предварительной термоподготовки

силиконовой формы и литейных материалов непосредственно перед заливкой.

После заливки полиуретановой смолы форму возвращают в печь для полимеризации смолы. Поэтому размер второго термошкафа должен соответствовать размерам вакуумной камеры машины. Специальными приемами форму разрезают на две или несколько частей, в зависимости от конфигурации модели, затем модель извлекают из формы.

Обычной стойкости формы в 50…100 циклов вполне достаточно для изготовления опытной серии отливок. Эти технологии оказались весьма эффективными для производства опытно-промышленных партий и малосерийной продукции, характерной для авиационной, медицинской и приборостроительной отраслей.

Широкий спектр, как силиконов, так и полиуретановых смол, позволяет изготовлять отливки с ударо- и темпостойкими свойствами, разной жесткости в разнообразной цветовой гамме. Современные предприятия, изготовляющие отливки по выплавляемым моделям, обычно имеют в составе технологического оборудования AF-машину для выращивания мастер-моделей и машину для вакуумного литья в силиконовые формы.

Сведения об авторах

М.А. Зленко – д-р техн наук НИИМашТех ОНТИ СПбГПУ.

П.В. Забеднов – инженер ФГУП «Внештехника».

Статья предоставлена ИД «Литейное производство»

Кокильное литье

Литьем в кокиль принято считать получение заготовки путем заливки расплава в многоразовый металлический кокиль. При этом происходит довольно скорый отвод тепла через высокотеплопроводный материал формы, поэтому поверхность отливки, ее механические особенности получаются значительно более высокого уровня, чем у абсолютного большинства других способов.

Интереснейшей особенностью представленного метода является уникальная возможность множественного использования изготовленной однократно металлической формы. Ее значительная прочность может позволить очень точно копировать конфигурацию поверхности, получая одновременно высочайшее качество металла. Благодаря большой теплопроводности кокиля изделие быстро затвердевает, соответственно увеличивается скорость изготовления полуфабриката.

Источник https://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00254014_0.html

Источник https://zip-sma.ru/drugoe/proizvodstvo-otlivok.html

Источник https://nicespb.ru/drugoe/model-litejnoe-proizvodstvo-2.html