ООО "ПП Салют"

Литье по выплавляемым моделям

Литьё по выплавляемым моделям — один из способов литья, известный с глубокой древности. Он применяется для изготовления деталей высокой точности и сложной конфигурации, невыполнимых другими методами литья. Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) – способ получения отливок в многослойных оболочковых неразъемных керамических формах, изготовляемых с использованием выплавляемых, выжигаемых или растворяемых моделей однократного использования.

Литье по выплавляемым моделям

Сущность способа получения отливок по выплавляемым моделям состоит в том, что модель отливки и модель литниковой системы изготовляют из легкоплавких материалов путем запрессовки их или заливки их в пресс-формы. Затвердевшую модель извлекают из пресс-формы, припаивают к литниковой системе, образуя модельный блок. На поверхность модельного блока наносят несколько слоев суспензии и обсыпки, которые после сушки создают на блоке высокоогнеупорную керамическую оболочку. Выплавив из оболочки модельный состав, получают тонкостенную оболочку литейной формы отливки. Полученную оболочку формуют в специальных неразъемных опоках, прокаливают и заливают расплавом из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска), путём его запрессовки в пресс-форму, изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50, состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина. Для крупногабаритных изделий применяются солевые составы, менее склонные к короблению.

      Технология литья по выплавляемым моделям — это многоэтапный производственный процесс, который отличается сравнительно высокой трудоемкостью. На первом этапе выполняют мастер-модель, она станет эталоном для изготовления рабочих моделей и после прохождения всех этапов конечного изделия. Для производства мастер-модели используют как специальные модельные составы, так и традиционные — гипс или дерево. Конструктивно она должна обязательно быть разъемной и рассчитанной на многократное использование. При производстве уникальных деталей или небольших тиражей этапы создания мастер-макета и пресс-формы пропускают, а макет (или несколько) делают, формуя материал вручную.      Материал мастер-модели должен сочетать в себе прочность и легкость обработки. Далее технология литья по выплавляемым моделям предусматривает создание пресс-формы, в которую и будут отливаться все рабочие модели. Пресс-формы изготавливают из гипса, резины, силикона, реже из металла. Конструктивно она должна обязательно быть разъемной и рассчитанной на многократное использование. Пресс-форму заполняют модельным составом, после его отвердения ее разбирают и извлекают очередную рабочую модель. При конструировании пресс-форм необходимо учитывать следующее:

  • Материал пресс-формы должен обеспечить ее прочность, а моделям высокую точность и малую шероховатость поверхности;
  • Пресс-форма должна иметь минимальное число разъемов;
  • Расположение внутренних частей пресс-формы должно быть таким, чтобы модели надежно, удобно и быстро извлекались из пресс-формы;
  • Необходимо обеспечить возможность свободного выхода воздуха из полости пресс-формы в момент заполнения ее модельным составом;
  • Конструкция пресс-формы должна обеспечить прочность крепления ее частей.

Выбор типа пресс-форм зависит от точности, предъявляемой к отливкам, свойств модельного состава и характера производства. В зависимости от сложности отливаемых изделий и их числа пресс-формы могут быть изготовлены из:

  • Стали,
  • Легкоплавких сплавов,
  • Гипса,
  • Пластмассы,
  • Резины.

      Гипсовые пресс-формы применяют при художественном литье. В машиностроении применение гипсовых пресс-форм целесообразно при отливке небольшой серии сложных по форме деталей.

      При изготовлении больших серий деталей применяются пластмассовые пресс-формы и пресс-формы из легкоплавких сплавов методом заливки на эталон.

       Резиновые пресс-формы позволяют изготовить сложные изделия и применяют при изготовлении ювелирных изделий.

       В массовом и крупносерийном производстве изделий применяют сложные стальные или алюминиевые пресс-формы, которые позволяют за одну операцию запрессовки получать несколько моделей, соединенных литникой системой в единую секцию.

      К наиболее важным характеристикам готовой модели относятся механические характеристики, геометрическая точность размеров, шероховатость и твердость поверхности. Модельные композиции должны обладать свойствами, обеспечивающими высокое качество моделей, а, следовательно, и отливок. Для получения выплавляемых моделей высокого качества модельные состава должны обладать следующими основными свойствами:

  • Иметь достаточную прочность, твердость и теплостойкость, не размягчаться при температуре рабочего помещения;
  • Иметь необходимую жидкотекучесть, хорошо заполнять полость пресс-формы, четко воспроизводя ее рабочую поверхность;
  • Быстро затвердевать в пресс-форме, хорошо выниматься из формы при разборе, и не взаимодействовать с материалом пресс-формы;
  • Хорошо смачиваться суспензией и не взаимодействовать с ней;
  • Быть безвредными для работающих;
  • Входящие в состав компоненты должны быть дешевые и недефицитные.

     При производстве уникальных деталей или небольших тиражей этапы создания мастер-макета и пресс-формы пропускают, а макет (или несколько) делают, формуя материал вручную.

     После завершения формы макет из нее выплавляют путем нагрева или продувки перегретым паром. Оболочковые формы дополнительно укрепляют путем прогрева до 1000 ˚С.  В финальный этап процесса входит собственно заливка изделия, его охлаждение в естественных условиях либо по специальной методике в термостате, разрушение формы и очистка изделия. Способ позволяет получать высококачественные отливки весом от нескольких грамм до десятков килограмм.

      Преимущества этого способа:

  • Возможность изготовления деталей из сплавов, не поддающихся механической обработке;
  • Получение отливок с точностью размеров до 11 — 13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 2,5—1,25 мкм, что в ряде случаев устраняет обработку резанием;
  • Возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей.

      Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства.

      Способ получения отливок по выплавляемым моделям дает возможность:

  • Получать отливки, максимально приближенные по форме и размерам с высокой чистотой поверхности;
  • Получать отливки с минимальным припуском на обработку из любых сплавов, в том числе не поддающихся ковке и штамповке и трудно обрабатываемых механической обработкой;
  • Объединять отдельные детали в компактные цельнолитые узлы;
  • Создавать конструкции, невыполнимые какими-либо другими методами обработки.

Материал для производства макета должен обладать определенными свойствами. Он должен иметь такие свойства, как:

  • Пластичность в твердой фазе. Необходима для точного повторения формы будущего изделия и коррекции его при необходимости.
  • Прочность. Модель должна выдерживать без деформаций процесс формирования формы вокруг нее.
  • Легкоплавкость. Вытапливание модели не должно требовать больших затрат времени и энергии.
  • Текучесть в расплавленном состоянии. Состав должен легко проникать во все углубления и детали рельефа, точно повторяя очертания будущей детали.
  • Экономичность. Особо важна для производства крупных серий.

      Для производства уникальных изделий макет готовят, вырезая из куска модельного материала вручную или по шаблонам. Модели, имеющие форму тел вращения, изготавливают также на токарных станках. В последнее время получает все более широкое распространение метод 3D-печати моделей. Он подходит как для одиночных макетов, так и для небольших серий.

      Для того чтобы изготовить большое количество одинаковых макетов, изготавливают матрицу из гипса, резины, силикона или металла. Рабочие макеты производят, в свою очередь, путем отливки в матрицу. По конструкции пресс-форма должна быть обязательно разборной, чтобы обеспечить возможность изготовления заданного количества моделей. Выбранный материал также должен обеспечивать такую возможность, поэтому к нему предъявляются такие требования, как прочность, плотность, низкая шероховатость, химическая инертность по отношению к макету. Вещество пресс-формы должно также обладать минимальной адгезией к макету для обеспечения легкости извлечения готовых макетов и соблюдения размеров. Важное свойство пресс-формы — ее прочность и износоустойчивость, особенно при крупных сериях.

      Широко распространенный способ изготовления выплавляемых моделей — отливка их под малым давлением в пресс-формы. Нагнетание жидкой смеси производится как вручную, с помощью поршневых шприцев, так и механическими, гидравлическими или пневматическими нагнетателями. В случае применения буроугольного воска требуется подогревать трубопроводы подачи состава ввиду его высокой вязкости. Макеты из вспененного полистирола изготавливают методом экструзии на автоматизированных формовочных агрегатах.

Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:

  • Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала.
  • Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму.
  • При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.
  • Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки.

           Все вышеперечисленные преимущества способа литья по выплавляемым моделям в полной мере могут быть реализованы только при условии, что детали сконструированы с учетом особенностей этого способа, т.е. они технологичны для литья по выплавляемым моделям.

      В силу большого расхода металла и дороговизны процесса, этот способ применяют только для ответственных деталей.