Андрей Смирнов
Время чтения: ~8 мин.
Просмотров: 0

Модели для литья

Технологический цикл

Изготовление моделей

Для изготовления моделей используется литейный полистирол мелких фракций 0,3 мм — 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Полистирол предварительно подвспенивается на паровой ванне и просушивается. В пресс-формы задувается подвспененный полистирол, пресс-формы устанавливают в автоклав и выдерживают до спекания гранул полистирола. Затем охлаждают и достают готовые модели. Другой способ изготовления моделей — на модельных автоматах, что повышает производительность в 2-4 раза.

Формирование куста и окраска моделей

Модели собираются в блоки (кусты) склеиванием, либо припаиваются. Окраска блоков моделей производится в 1 слой специальным противопригарным покрытием путём окунания в ванну, либо при сложной конфигурации отливок, обливом. Сушка окрашенных блоков производится в камере при температуре 40-60С в течение 2-3 часов.

Формовка

Формовка блоков моделей производится в специальные опоки на вибростоле постепенной засыпкой песком, либо послойно.

Подача опок на заливочный участок

Заформованные опоки подаются на заливочный участок. Опоки подсоединяются к вакуумной системе. Наверх формы укладывается полиэтиленовая пленка. После включения вакуумного насоса и системы очистки газов, формовочный песок приобретает необходимую прочность.

Заливка металла

Заливка металла производится прямо в полистирольные стояки. Горячий металл выжигает (газифицирует) полистирол и занимает его место. Выделяющиеся газы отсасываются через слой краски в песок вакуумной системой. Металл точно повторяет форму полистирольного блока с моделями.

Охлаждение отливок

Залитые блоки моделей остывают в песке от 5 минут до нескольких часов в зависимости от толщины отливки, массы детали и технических условий, оговоренных технологическим процессом.

Отрезка и очистка деталей

После извлечения блоков из опоки и отрезки отливок от литниковой системы, они проходят очистку от остатков антипригарного покрытия.

Изготовление газифицируемых моделей

Процесс получения моделей в массовом и крупносерийном производстве состоит из двух стадий: предварительное вспенивание исходных гранул вспенивающегося полистирола в свободном состоянии и окончательное вспенивание гранул в замкнутой полости пресс-формы – получение модели.

Предварительная тепловая обработка вспенивающегося полистирола необходима для получения впоследствии газифицируемой модели с заданной объемной массой (плотностью), которая определяет прочность модели и качество поверхности. Вспенивающая способность гранул заданной дисперсности определяется температурой и временем тепловой обработки (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 – Увеличение объема гранул пенополистирола (V) в зависимости от температуры (цифры у кривых) и продолжительности подвспенивания (t): сплошные линии – начальный размер гранул 2,5 мм; пунктирные – 1,5 мм

С увеличением продолжительности тепловой обработки объем гранул увеличивается и, соответственно, уменьшается насыпная масса подвспененных гранул. Повышение температуры обработки приводит к сокращению времени, при котором гранулы достигают максимального объема. Но при температурах выше 95оС процесс становится нестабильным и передержка гранул приводит к потере их активности и усадке. Это связано с увеличением скорости деформации полистирольной оболочки гранул при повышении температуры, в результате чего стенки отдельных ячеек гранул разрушаются и происходит потеря порообразователя.

На предприятиях с небольшим объемом производства предварительное вспенивание целесообразно проводить в горячей воде. Для этого исходные гранулы полистирола помешают в воду при температуре 95 – 100оС и выдерживают в течение 1 – 10 мин при постоянном помешивании, чтобы обеспечить равномерность тепловой обработки и исключить слипание гранул. После выдержки, необходимой для подвспенивания гранул до заданной насыпной массы, их извлекают и засыпают на стеллажи с сетчатым дном для просушивания и выдержки на воздухе.

Для нагрева гранул при предварительном вспенивании применяют также обработку паром и токами высокой частоты. В условиях крупносерийного и массового производства чаще всего используют перегретый пар.

После предварительного вспенивания гранулы выдерживают на воздухе от 6 ч до 2 суток. В этот период оболочка гранул, охлаждаясь, вновь переходит в стеклообразное твердое состояние, а пары изопентана конденсируются, что приводит к возникновению вакуума в гранулах. В процессе выдержки происходит диффузия воздуха внутрь гранул и давление выравнивается. Для сокращения времени выдерживания подвспененных гранул можно использовать выдержку их при повышенном до 0,2 – 0,3 МПа давлении.

Модельные материалы

Материалом для изготовления газифицируемых моделей служит вспенивающийся полистирол, который представляет собой синтетический полимерный продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии эмульгатора, стабилизатора и порообразователя. В качестве порообразователя чаще всего используют изопентан. Применяемые для изготовления моделей гранулы вспенивающегося полистирола представляют собой полупрозрачные или белые непрозрачные шарики диаметром до 3,2 мм с внешней твердой полистирольной оболочкой, внутри которой находится жидкая фаза – изопентан. Чем тоньше стенки модели, тем мельче должны быть гранулы вспенивающегося полистирола. При нагреве до 27,9оС изопентан закипает и превращается в газ с увеличением объема, а при 80 – 90оС полистирольная оболочка размягчается и под действием давления газа деформируется. При этом объем гранул увеличивается в 10 – 40 раз. Этот процесс называется «вспениванием гранул полистирола». При вспенивании гранул в замкнутом объеме они спекаются в монолитную массу, точно воспроизводящую конфигурацию ограничивающей ее рост конструкции.

Для изготовления отливок по газифицируемым моделям пенополистирол должен обладать следующими свойствами:

  • при плотности 20 – 30 кг/м3 иметь достаточную технологическую прочность (0,1 – 0,2 МПа), чтобы сохранять размеры и конфигурацию моделей в процессе их изготовления, хранения, транспортирования и формовки;
  • на всех стадиях технологического процесса иметь минимальную и стабильную усадку (0,15 – 0,2%);
  • обладать достаточной скоростью газификации, чтобы заливаемый металл успевал заполнять полость формы до начала его затвердевания;
  • при газификации разлагаться с минимальным содержанием коксообразующих продуктов во избежание появления засоров в отливках.

Формовка

Во всей технологической цепочке литья по газифицируемым моделям формовка является одним из важнейших факторов для получения точных отливок высокого качества. Формовка — это заполнение опоки с полистирольными моделями песком. С этим связаны две сложности. Первая — заполнить песком все свободное пространство в опоке, все полости и каналы моделей. Если этого не сделать, то металл при заливке прорвется через стенку пригарного покрытия и уйдет в песок. Вторая сложность — формовка деталей с тонкими стенками. Слишком сильное или неравномерное воздействие песком может повредить деталь.

Упрощенный алгоритм формовки выглядит так:

  1. засыпка песчаной подушки на дно опоки
  2. уплотнение песчаной подушки
  3. установка модели или куста
  4. послойная засыпка и уплотнение

Литьё в оболочковые формы

Для литья металлов данным способом готовят состав из песка и порошкообразного связующего, чаще всего фенолформальдегидных смол.

Модель, или макет нагревают до 300 °C и обсыпают подготовленной смесью. За короткое время (около минуты) на поверхности макета запекается упрочненный слой. Излишки смеси убирают.

Иногда плакированную смесь задувают в промежуток между разогретой моделью и фигурной опокой. Следующий этап — обжиг при температуре 650 °C для окончательного набора прочности. После извлечения макета половинки матрицы соединяют вместе – и она готова к отливке. Для того чтобы матрица не деформировалась весом поступающего в нее расплава, ее окружают металлическим ящиком, который заполняют дробью. Дробь улучшает также и график остывания изделия.

Литьё в оболочковые формы

Основные преимущества метода:

  • существенное снижение трудоемкости и времени подготовки формы по сравнению с литьем в землю
  • контроль режима остывания изделия
  • процесс поддается механизации

Технологический цикл

Изготовление моделей

Для изготовления моделей используется литейный полистирол мелких фракций 0,3 мм — 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Полистирол предварительно подвспенивается на паровой ванне и просушивается. В пресс-формы задувается подвспененный полистирол, пресс-формы устанавливают в автоклав и выдерживают до спекания гранул полистирола. Затем охлаждают и достают готовые модели. Другой способ изготовления моделей — на модельных автоматах, что повышает производительность в 2-4 раза.

Формирование куста и окраска моделей

Модели собираются в блоки (кусты) склеиванием, либо припаиваются. Окраска блоков моделей производится в 1 слой специальным противопригарным покрытием путём окунания в ванну, либо при сложной конфигурации отливок, обливом. Сушка окрашенных блоков производится в камере при температуре 40-60С в течение 2-3 часов.

Формовка

Формовка блоков моделей производится в специальные опоки на вибростоле постепенной засыпкой песком, либо послойно.

Подача опок на заливочный участок

Заформованные опоки подаются на заливочный участок. Опоки подсоединяются к вакуумной системе. Наверх формы укладывается полиэтиленовая пленка. После включения вакуумного насоса и системы очистки газов, формовочный песок приобретает необходимую прочность.

Заливка металла

Заливка металла производится прямо в полистирольные стояки. Горячий металл выжигает (газифицирует) полистирол и занимает его место. Выделяющиеся газы отсасываются через слой краски в песок вакуумной системой. Металл точно повторяет форму полистирольного блока с моделями.

Охлаждение отливок

Залитые блоки моделей остывают в песке от 5 минут до нескольких часов в зависимости от толщины отливки, массы детали и технических условий, оговоренных технологическим процессом.

Отрезка и очистка деталей

После извлечения блоков из опоки и отрезки отливок от литниковой системы, они проходят очистку от остатков антипригарного покрытия.

Преимущества

№ п.п.ПоказательПФХТСВПФЛВМЛГМ
1Точность (макс), класс по ГОСТ 26645-856…75…66…74…53…4
2Шероховатость (min, Ra) по ГОСТ 26645-8510…166,3…10,03,2…6,33,2…5,03,2…6,3
3Расход формовочных материалов/энергоносителей1/12…40,2…0,55…100,2…0,5
4Трудоемкость0,7…0,91,1…1,22,3…2,50,2…0,8
5Стоимость модельной оснастки2…52…5
6Затраты на организацию производства1,1…1,21,1…1,21,5…3,01,8…2,0

Затраты на организацию производства ЛГМ, включают в себя проектирование и изготовление пресс-форм. Технология ЛГМ позволяет получать отливки весом от 10 грамм до 2000 килограмм с чистотой поверхности Rz40, размерной и весовой точностью до 7 класса (ГОСТ Р 53464-2009).

Материалы отливок

  • практически все марки чугунов от СЧ15 до ВЧ50, износостойкие
  • стали, от простых углеродистых ст. 20-45 до высоколегированных, теплостойких и жаропрочных
  • практически все литейные марки бронз, латунь, алюминий

Технология ЛГМ продолжает активно развивается во всем мире, но многие российские компании продолжают использовать устаревшие методы литья — более дорогие, требующие больше усилий и времени. Внедрению современного способа литья по ЛГМ мешает недостаток информации и укоренившиеся стереотипы.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации