Андрей Смирнов
Время чтения: ~13 мин.
Просмотров: 0

Чугунное литье

Виды литейных моделей и их свойства

В самом простом случае в качестве модели для литья в землю используют оригинал изделия. Однако при этом благодаря литейной усадке невозможно соблюсти точные размеры отливок.

Обычно же делают модель (или макет) — масштабную копию будущего изделия, увеличенную на значение литейной усадки.

Модель для литья в землю

Материалы для моделей должны легко формоваться для придания нужной конфигурации и легко обрабатываться для передачи деталей рельефа. Традиционно их изготовляют из дерева, воска, гипса и металлов. Не так давно стали использовать также различные пластики. Печатают их и на 3D-принтерах.

Основные свойства моделей:

  • Прочность — необходима при трамбовке земли, чтобы сохранить конфигурацию изделия и его размеры.
  • Легкость вынимания из формы. Поверхность макета тщательно обрабатывают, покрывают особой смазкой. При сложной конфигурации используют разборную модель.
  • Легкоплавкость и испаряемость (в случае выплавляемых/ выжигаемых моделей)

По сложности конструкции различают следующие виды моделей:

  • Цельные
  • Разъемные
  • С отъемными частями
  • Для пустотелых отливок

Цельные модели

Применяются для несложных изделий, без заметных выступов и впадин. Извлечение такого макета в ходе формовки не вызывает затруднений.

Цельные модели

Используются для макетирования простых деталей, а также барельефов, постаментов и других простых художественных отливок.

Разъемные модели

Применяются для литья сложной геометрии, со значительным рельефом поверхности, обычно линия разъема проходит по плоскости симметрии детали. Модели для таких изделий делают из двух и более составляющих, которые формуются в разных опоках

Для литья в землю очень важно, чтобы части макета не сместились друг относительно друга. Для этого при изготовлении подмодели ее снабжают шипами и отвечающими им пазами

Пары пазы-шипы и фиксируют компоненты во время формовки.

Разъемные модели

Для литья в землю изделий с особо сложной пространственной конфигурацией применяют макеты с отъемными частями. Так, для вазы ручки не дадут извлечь модель из формы. Поэтому их изготовляют из дерева повышенной плотности из двух или более частей. Ручки извлекаются внутрь полости, в начале нижние их части, а за ними — и верхние. Чтобы получить полость в изделие, используют специальную часть формы, называемую стержнем. К материалу для стержней предъявляются особые требования — он каждой стороной прикасается к поверхности отливки, поэтому их делают из прочных сортов дерева. Стержень должен легко выходить из отливки.

Литье по замораживаемым ртутным моделям

Еще один вид литья выполняют по замораживаемым ртутным моделям. По сути, этот вид повторяет технологию литья по восковым моделям. Но есть и некоторые отличия. Так, ртуть обладает меньшим объемным расширением, чем воск 3,4% против 9%.Ртутные модели применяют для работы с титаном, особо прочными сталями и некоторыми цветными металлами. Такой вид литья позволяет получать отливки диаметром порядка одного метра и весом до 140 кг. Порядок производства формы по ртутной модели включает в себя:

Ртуть

  1. Заливку ртути, в форму, изготовленную из стали. Такая форма собирается из двух частей и плиты их разделяющей. Такой подход позволяет получить модель по частям.
  2. После того как ртуть заполнила форму, ее погружают в смесь, состоящую из сухого льда и ацетона. Температура смеси составляет -73 °C. Погружение должно происходить с небольшой скоростью. Это позволяет не допустить образование пустот, заполнить все углубления и точно повторить все очертания модели.
  3. По окончании процесса заморозки, разделяющую плиту удаляют и модель становиться одним целым.
  4. Формирование литниковой системы и ее присоединение к полученной модели.
  5. Полученную модель погружают в раствор керамики. Так, происходит получение начального слоя оболочки формы.
  6. По мере просыхания первого слоя комплект погружают в керамический раствор более высокой плотности. Так получают второй слой. Для получения следующих слоев эту операцию необходимо выполнить несколько раз.
  7. После того как форма готова из нее удаляют ртуть. Для этого в форму заливают этот же материал, но имеющим комнатную температуру.
  8. Готовая форма должна быть помещена в печь, разогретую до 1010 °C и находится там, в течение двух часов. За это время из нее будут удалены летучие составляющие. После термической обработки форму охлаждают на воздухе.

Процесс литья в формы

Перед тем как заливать металлический расплав в такие формы, ее необходимо подогреть. Заливку такой формы выполняют в вакууме. Это обусловлено тем, в ней остаются пары ртути небезопасные для человека.

Использование такого вида литья позволяет получать отливки с небольшой толщиной стен.

Оборудование для литья под давлением

Центральным узлом любого оборудования, предназначенного для литья пластика под давлением, является пресс-форма, от качества которой довольно сильно зависит качество готовой продукции. Кроме пресс-форм требуются также средства подготовки и подачи сырья, подогрева и поддержания температуры, подачи расплава в пресс-форму, постепенного охлаждения пресс-формы, заполненной под давлением исходным материалом, а также средства механизации и автоматизации процесса, облегчающие работу, увеличивающие ее производительность и повышающие качество готовой продукции. В зависимости от конкретных условий, указанный комплект может быть полным, включающим в себя все перечисленное и даже более, или неполным, ограничивающимся пресс-формой и минимумом навесного оборудования.

Надо сказать, соответствующее оборудование (машины для литья под давлением) изготавливается в современном мире самое различное, поэтому познакомиться со всем его многообразием нет никакой возможности. Но, как пример, мы можем рассмотреть чуть подробнее саму процедуру литья под давлением. Упрощенно сам принцип этой технологии выглядит примерно так:

Рисунок: слева – исходный пласт-порошок поступает в цилиндр, справа — процесс прессования.

Порошок полимера (например, полиэтилена) подается через приемный бункер литьевого аппарата в цилиндр, в котором под воздействием подогрева расплавляется. После этого цилиндр примыкает своим соплом к собранной форме, а плунжер от воздействия подаваемого на него давления перемещает расплавленный материал влево (см.рис.), заполняя им полость формы. В итоге объем формы заполняется расплавленным полимером, после чего плунжер убирается в крайнюю правую позицию (см.рис). После этого расплаву дается возможность остыть, тем самым образовав готовое твердое изделие. После достаточного остывания форма разделяется, и из нее вынимается готовое изделие. Далее весь цикл начинается заново.

Таким образом, в данном технологическом процессе можно условно выделить такие фазы:

  1. дозируется исходный материал и далее отмеренная доза загружается в рабочий цилиндр;
  2. плавление исходного материала;
  3. подача (как правило, путем впрыска) расплавленного исходного пластика в сцепленную форму;
  4. выдерживание пластика в форме под давлением в течение необходимого времени;
  5. охлаждение достигшего заданной формы изделия во всем объеме;
  6. разделение формы с удалением из нее уже готового изделия.

Температуру пластикации материала необходимо поддерживать на уровне, превышающем температуру текучести пластика на 10 – 20°С. Если поднять значение температуры еще выше, то уменьшится вязкость расплава, а значит, облегчатся условия формовки изделия, повысится производительность процесса, однако одновременно с этим резко увеличивается и скорость старения пластика, что недопустимо.

Рабочую температуру формы следует держать несколько ниже температуры размягчения пластика, однако слишком заниженное ее значение может стать существенной преградой для нормального заполнения формы во время впрыска расплавленного пластика. Ввиду противоречивости требований выбрать оптимальное значение температуры проще всего экспериментально. Время изготовления готового изделия определяется суммой времен подачи порошка, его плавления, впрыскивания расплавленного материала внутрь полости формы, выдержки заготовки под необходимым давлением, охлаждения.

Выдержка изделия под давлением должна заканчиваться, как только застынет расплав во впускных каналах формы. Требуемая продолжительность времени зависит от свойств конкретного пластика, от температуры расплавленного пластика, от температуры формы, от свойств литниковой системы. Длительность охлаждения зависит от степени нагрева материала и формы, объемом изделия. Именно это время (длительность охлаждения) вносит самый большой вклад в общую длительность цикла.

Наибольшая доля отходов при литье под низким давлением – это пластик, застывший в литниках. Однако все отходы литья, осуществляемого по данной технологии, могут быть использованы повторно.

Примеров подобного оборудования в Интернете можно найти множество в силу распространенности как полиэтилена, так и технологий его получения и применения, например, видео процесса литья под давлением вы можете увидеть ниже.

https://youtube.com/watch?v=iaDOjuoOZxI

Литье из серебра в домашних условиях

Важно! Литье серебра своими руками — сложный и пожароопасный процесс. В вашей мастерской должны иметься огнеупорными подставками и огнетушителями, предназначенными для тушения электрооборудования под напряжением

Обязательно пользуйтесь огнеупорными перчатками, фартуком и очками.

Для литья серебра в домашних условиях начинающие мастера обычно выбирают следующие технологии

  • моделирование из воска
  • литье в земляные формы
  • нагрев тигля газовой горелкой.

Разумеется, если у вас есть муфельная печь с регулировкой и поддержанием заданной температуры, вибростол и центрифуга — ваши отливки станут только лучше.

Литье серебра в домашних условиях — сложный, но вполне осуществимый при должной подготовке и настойчивости процесс. Успехов вам в освоении этого раздела металлургии!

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Основные элементы

Литниковая система представляет собой сложную конструкцию с несколькими элементами. Каждая деталь выполняет свою роль и убрать ее невозможно.

К элементам литниковой системы относятся:

  • наружный конус;
  • вертикальный конический стояк;
  • питатель;
  • литник.

Жидкий металл попадает с ковша в чашу – конусообразную перевернутую воронку. В широкую наружную часть конуса попасть струей жидкого металла проще, чем в узкий канал. Одновременно воздух, сопровождающий струю, выдавливается вверх и внутрь не попадает. Литниковая чаша применяется во всех конструкциях заливных систем. Размер конуса выбирается по размерам отливки, ее весу. Наружным конусом регулируется скорость движения расплава по литниковой системе и время заливки.

Тяжелая жидкость устремляется вниз по узкому стояку, уменьшая скорость движения. Независимо от направления конуса, сечение стояка значительно меньше, чем воронки.

Под стояком имеется небольшое конусное расширение и углубление – зумпф, предотвращающий разбрызгивание. В нем собирается жидкий металл и гасит энергию струи по аналогии водоема под водопадом. Если струя будет падать на твердую поверхность формы, то она ее разобьет. Мелкие брызги быстро застынут, образовав раковины и несплошности в общей массе материала.

С зумпфа жидкость течет снизу вверх, перетекая в литниковый ход и подталкивая шлаки к всплытию. Это позволяет сократить длину ходов, рационально использовать металл.

Литниковые хода всегда делаются в плоскости разъема. Они имеют трапецеидальное сечение и делят общий поток на несколько, распределяя его по питателям равномерно, по всей длине.

В ЛПС питатели последние из ее элементов. Они распределены по всей площади разъема и равномерно заполняют пустоту будущей отливки.

Кроме питательной системы в верней части детали устанавливаются: прибыль и выпор. Первая служит для скопления шлака и подпитки усадки. При охлаждении деталь уменьшается в размерах, проседает, и металл с прибыли восполняет уровень. Количество прибылей зависит от конфигурации и площади отливки. Например, заливается маховик. Его ось располагают вертикально. Над ступицей устанавливают одну прибыль, если деталь до 0,5 тонны. При больших размерах конусы для шлака делаются и по ободу.

Через расположенный в верхней части формы выпор наружу выходят газы, которые все же попали внутрь формы и поднялись вверх. Допускается совмещать выпор с центральной прибылью.

После полного охлаждения, деталь выбивают из формы, и производится обрубка – автогеном или отбойным молотком обрезаются все питатели и прибыля. Длина оставшегося участка зависит от марки стали. У высоколегированных сталей он составляет 80–150 мм и окончательно удаляется механообработкой после отжига. Высоколегированные стали и чугун отжигаются вместе с литниковой системой или только прибылями, только после этого производится обрубка. Термообработка делается сразу, после извлечения отливки из смеси, для снятия напряжений и уменьшения твердости.

Методы расчета литниковой системы основаны на быстроте полного заполнения формы. Они определяют в первую очередь сечение питателей, их количество. В основе расчетов гидравлические формулы и высота стояков, создающих давление. Для чугуна и сталей разных сортов соотношение площадей питателей, прибылей и стояков разная, основана на жидкотекучести материала, толщины стенок. Кроме этого в формулу вводят поправочный коэффициент, значение которого зависит от веса отливки.

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.

Преимущества способа:

  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.

Ограничения:

  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.

Применение опок

Термолит и трепельный гравий как пористый заполнитель получают при скоростном обжиге кремнистых пород кристобалит- опалового ряда — диатомитов, трепелов и опок. Этот заполнитель имеет объемную насыпную массу 250—900 кг/м3 и характеризуется высокой прочностью, водо- и морозостойкостью. Как правило, себестоимость термолито-бетона ниже, чем себестоимость керамзитобетона. Кристобалит-опаловые кремнистые породы широко используются в цементной промышленности, в производстве строительных теплоизоляционных материалов, в качестве абразивов, фильтров, адсорбентов, отбеливающих веществ, носителей катализаторов и т. д. Все эти области предъявляют к ним свои, специфические требования. Для получения термолита указанные кремнистые породы должны содержать 20—40% глинистых минералов и 80—60% опала и кристобалита; наиболее качественный заполнитель получают из пород следующего химического состава: Si02 60-65%; А1203 5-15%; Fe203 2-8%.

Применяемые методы

Традиционные технологии нисколько не утратили актуальности и в наше время. В качестве основных мастера применяют литьё либо в земляные формы, либо по выплавляемым моделям. На XIX век пришёлся накал соперничества этих двух методов. Первый стал массовым в основном у промышленников, уступив лидерство в искусстве более точному и дорогому литью по восковым моделям.

Литьё в землю

Этот метод объединяет литьё в землю, песок или глину. Основная разница между ними заключается в материале формы. Суть технологии состоит в получении отпечатка от шаблона на смеси с дальнейшим изменением её качества (трамбовкой, добавлением связующего вещества) и последующим формированием в ней литниковой системы — каналов, по которым будет поступать и удаляться расплавленный металл.

Достоинства технологии:

  • простота;
  • низкая себестоимость;
  • возможность создавать отливки больших размеров и массы.

По выплавляемым моделям

Этот метод был популярен ещё в Древнем Египте и Китае, использовался в Греции и Риме, не претерпел больших изменений за тысячелетия. Основные эволюции произошли во вспомогательных материалах: воск мастера сменили на синтетические смеси, активно стали применять эластичные резиновые формы и т. п. Классический метод литья по выплавленному воску выглядит так:

  1. Создание восковой модели скульптором — точной копии будущей отливки.
  2. Изготовление формы — на поверхность воска наносится в несколько этапов пастообразная гипсово-глиняная смесь.
  3. Запекание формы в печи. Во время нагрева воск покидает форму, вытекая через заранее предусмотренные каналы.
  4. Заливка расплавленного металла в покинутые воском пустоты.
  5. Освобождение готовой скульптуры от глиняной формы.
  6. Удаление лишнего металла с отливки, шлифование, полировка, художественная химическая обработка.

Сам по себе способ формирования по выплавляемым моделям позволяет создавать чрезвычайно качественные и тонкие изделия из всех видов металлов. Технологические трудности могут возникнуть лишь при изготовлении больших элементов: такие задачи по плечу только мастерам высокой квалификации.

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