Технологии литья

Модельные составы

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 модельных составов используют обычно смесь стеарина и парафина. Эти материалы удачно дополняют параметры друг друга, компенсируя недостаточную температуру плавления парафина и излишнюю вязкость стеарина.

Не менее популярными в промышленности являются составы на основе буроугольного воска. Главные его свойства — это влагостойкость, прочность и возможность образовывать очень гладкие покрытия, что особенно ценно для моделирования изделий.

Используются также и составы, состоящие из смеси буроугольного воска, парафина и стеарина.

Литье в керамические формы

Так, называют метод получения отливок в том числе и с крупными размерами, обладающих высокой точностью в одноразовых формах выполненных из керамики. Их изготавливают из подвижных смесей, используя для этого постоянную модель.

Литье в керамические формы

В состав этой смеси входят огнестойкие порошки разной фракции, и растворов этилсиликата и огеливателя. После тщательного перемешивания ее выливают в заранее подготовленную оснастку. Там она затвердевает, пройдя через эластичное состояние. После выполнения этой операции форму снимают и отправляют в печь для прокаливания. Во время этого процесса происходит сгорание спиртовых паров и в результате этого в форме происходит формирование микротрещин. Металлический расплав заливают в холодную форму, но иногда, это определяет марка расплава, ее подогревают до 900 градусов Цельсия. Такой метод применяют для получения штампового инструмента, технологической прессовой оснастки, компонентов литейных форм и пр. Существует несколько наименование литья в керамические формы – шоу-процесс, уникаст-процесс и керамкаст-процесс. Разница между первыми двумя заключается только во времени получения патента. Последний процесс, включает в себя элементы технологии первых двух. Оболочковые формы для последнего процесса производят при помощи разъемных моделей с тонкими стенами, которые выполнены из искусственного каучука.

Керамическую оболочку выполняют точно так же, как и для литья по выплавляемым моделям. При сборке формы, эластичные детали просто вытягивают, а литники или выплавляют или выжигают. Для изготовления стержней используют такой способ – в ящик для формовки стержней заливают суспензию и через некоторое время ее сливают. На поверхности ящика останется слой суспензии, засыпаемый огнеупором. Те частицы, которые не прилипли, удаляют из ящика. После чего, снова заливают суспензию и посыпают ее порошком. Эту операцию повторяют несколько раз до тех пор, пока стержень не получить необходимые размеры.

Огнеупоры

Литниково-питающая система при литье по выплавляемым моделям

Плотность отливок в первую очередь зависима от способа заливки и строения литниково–питающей системы. Учитывая то, что металлический расплав подают в разогретую форму, получение отливок высокого качества сопровождается рядом сложностей.

Во время заливки формы расплав должен заполнить полости, расположенные в форме равномерно, но при этом необходимо как-то компенсировать усадку, сопровождающую затвердевание металла. Эту задачу решают путем использования системы литников и прибылей, формируемых при изготовлении модели. Практика литейного дела представило множество знаний о системах подобного типа.

Хранилище жидкого металла называют прибылью. Ее размещают так, чтобы была возможность компенсации объема металла, расходуемого на усадку. Прибыль должна быть размещена таким образом, чтобы металл оставался в жидком состоянии дольше, чем в рабочей части формы. То есть, прибыль служит для подпитки отливки во время ее затвердевания.

Миксер для временного хранения жидкого металла

Прибыль выполняют из тех же материалов, которые применяют для изготовления формы и поэтому она охлаждается так же как и другие части системы. Для обеспечения более позднего остывания прибыли изготовление моделей выполняют таким образом, чтобы, она остывала несколько медленнее. Для замедления процесса остывания иногда применяют материалы с меньшей теплопроводностью.

Литье в керамические формы

Так, называют метод получения отливок в том числе и с крупными размерами, обладающих высокой точностью в одноразовых формах выполненных из керамики. Их изготавливают из подвижных смесей, используя для этого постоянную модель.

Литье в керамические формы

В состав этой смеси входят огнестойкие порошки разной фракции, и растворов этилсиликата и огеливателя. После тщательного перемешивания ее выливают в заранее подготовленную оснастку. Там она затвердевает, пройдя через эластичное состояние. После выполнения этой операции форму снимают и отправляют в печь для прокаливания. Во время этого процесса происходит сгорание спиртовых паров и в результате этого в форме происходит формирование микротрещин. Металлический расплав заливают в холодную форму, но иногда, это определяет марка расплава, ее подогревают до 900 градусов Цельсия. Такой метод применяют для получения штампового инструмента, технологической прессовой оснастки, компонентов литейных форм и пр.Существует несколько наименование литья в керамические формы – шоу-процесс, уникаст-процесс и керамкаст-процесс. Разница между первыми двумя заключается только во времени получения патента. Последний процесс, включает в себя элементы технологии первых двух.Оболочковые формы для последнего процесса производят при помощи разъемных моделей с тонкими стенами, которые выполнены из искусственного каучука.

Керамическую оболочку выполняют точно так же, как и для литья по выплавляемым моделям. При сборке формы, эластичные детали просто вытягивают, а литники или выплавляют или выжигают.Для изготовления стержней используют такой способ – в ящик для формовки стержней заливают суспензию и через некоторое время ее сливают. На поверхности ящика останется слой суспензии, засыпаемый огнеупором. Те частицы, которые не прилипли, удаляют из ящика. После чего, снова заливают суспензию и посыпают ее порошком. Эту операцию повторяют несколько раз до тех пор, пока стержень не получить необходимые размеры.

Огнеупоры

Литниково-питающая система при литье по выплавляемым моделям

Плотность отливок в первую очередь зависима от способа заливки и строения литниково–питающей системы. Учитывая то, что металлический расплав подают в разогретую форму, получение отливок высокого качества сопровождается рядом сложностей.

Во время заливки формы расплав должен заполнить полости, расположенные в форме равномерно, но при этом необходимо как-то компенсировать усадку, сопровождающую затвердевание металла. Эту задачу решают путем использования системы литников и прибылей, формируемых при изготовлении модели. Практика литейного дела представило множество знаний о системах подобного типа.

Хранилище жидкого металла называют прибылью. Ее размещают так, чтобы была возможность компенсации объема металла, расходуемого на усадку. Прибыль должна быть размещена таким образом, чтобы металл оставался в жидком состоянии дольше, чем в рабочей части формы. То есть, прибыль служит для подпитки отливки во время ее затвердевания.

Миксер для временного хранения жидкого металла

Прибыль выполняют из тех же материалов, которые применяют для изготовления формы и поэтому она охлаждается так же как и другие части системы. Для обеспечения более позднего остывания прибыли изготовление моделей выполняют таким образом, чтобы, она остывала несколько медленнее. Для замедления процесса остывания иногда применяют материалы с меньшей теплопроводностью.

Общие сведенья

В процессе производства проводится заливка расплавленного материала в специальные формы. После охлаждения он принимает нужную форму и подвергается последующей обработке. Используются такие изделия в различных отраслях экономики:

• автомобилестроение;
• авиационная промышленность;
• машиностроение;
• стоматология;
• ортопедия;
• ювелирное производство.

Для разных видов сплавов используется определенная технология литья, позволяющая добиться нужных качеств в готовом изделии и избежать брака. Для литейного производства используются разные виды компонентов. Они обладают высоким показателем жидкотекучести. Это свойство сплава определяется:

• химическим составом;
• структурой металлического сплава;
• температурой плавления.

Наиболее востребованными в промышленности являются металлы, имеющие низкую температуру плавления, так как их производство менее затратное. Чем ниже температура плавления материала, тем легче производится его отливка.

Модельные материалы и способы изготовления

В качестве материалов для газифицируемых моделей шире всего применяется плотный пенопласт (вспененный полистирол) мелких фракций.

Плотный пенопласт для ЛГМ

В зависимости от размеров детали применяются гранулы от 0,2 до 1,0 мм. Материал обладает такими ключевыми свойствами, как:

• Низкая цена.
• Высокая прочность.
• Легкообрабатываемость.

Вторым важным материалом для газифицируемых моделей являются антипригарные покрытия, которыми смазывают поверхность модели перед формовкой. Современные покрытия делают на основе водных связующих, они обладают высокой экологичностью.

Антипригарные покрытия для ЛГМ

Газифицируемые модели для отливок по ЛГМ производятся двумя способами. Небольшие матрицы для массовых отливок делают методом экструзионного вдувания жидкого пенопласта в алюминиевые изложницы. Их изготовляют в свою очередь методом литья или механической обработки. Газифицируемые макеты для изготовления сложных отливок вырезают из твердого куска пенопласта раскаленной нихромовой проволокой, закрепленной в шаблоне или в станке с ЧПУ.

Газифицируемые модели для литья

С помощью склеивания можно создавать газифицируемые модели для литья деталей больших размеров и практически любой конфигурации. Не является больше сложностью любое количество и глубина выступов и впадин, внутренних полостей и переменных уклонов поверхностей. Не требуется высокое искусство проектировщика и модельщика и многие часы ручного труда. Теперь это — простая последовательность операций.

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

Patternless Casting Manufacturing (PCM) – литье металлов без применения модельной оснастки

При использовании PCM для производства отливок получается высокая точность размеров, допуски на механическую обработку, качество поверхности лучше, нежели при создании по стандартным технологиям. Процесс печати не только значительно сокращает время разработки и производства, но также снижает стоимость производства.

Технологические преимущества:

• возможность изготовления малых прецизионных отливок;
• возможность изготовления отливок сложной конструкции;
• возможность изготовления компонентов сложной геометрической формы.

«PCM – передовая технология литья, которая объединяет традиционную технологию литья в песчаную форму и 3D-печать»Производство 3D-песчаных форм (PCM) – передовая технология литья, которая объединяет традиционную технологию литья в песчаную форму и 3D-печать. Эта технология позволяет быстро создавать песчаные модели и стержни, которые эффективны для быстрого литья сложных деталей. PCM не нуждается в шаблоне и может уменьшить производственный цикл и стоимость. Кроме того, PCM также объединяет различные технологии, такие как проектирование модели CAD, 3D-печать, интеллектуальный ЧПУ, быстрое литье, новые материалы, механические и электрические технологии.

Первым шагом является создание модели пресс-формы из моделей деталей и преобразование ее в формат stl. Затем, с помощью программного обеспечения TOP 3DP, нарезается модель stl и выводится геометрическая информация для формирования слоев поперечного сечения. Эти слои сечения используются для генерации информации управления процессом. Терминальное устройство считывает эту информацию и создает форму с помощью 3D-печати.

01| Технология производства 3D-песчаных форм

Во время печати катализатор и песок равномерно перемешиваются, затем тонким слоем укладываются на платформу. Массив сопел точно распыляет связующее на слой, следуя геометрической информации поперечного сечения. Реакция отверждения происходит между катализатором и связующим. Это повторяется слой за слоем, пока объект не будет построен. Не отвержденный песок еще в виде порошка легко удаляется. После того как лишний песок удален, форма готова и может быть использована для литья металла.

02| Технология 3D-печати на песчаных формах

Связующие:

Фурановые / фенольные смолы, используемые при 3D-печати на песчаных формах, соответствуют стандарту жидкостей для песчаных форм. Эти связующие вещества полностью склеивают песок и создают сложные песчаные стержни, которые отвечают всем требованиям.

Песчаные материалы:

Выбор различных песков должен отвечать требованиям различной обработки литья, так как пески являются основным печатным материалом. Технолог может выбрать кварцевый или синтетический песок для удовлетворения различных требований к отливке, что помогает эффективно контролировать затраты, гарантировать качество.

Ключевые преимущества:

• подходит для разработки новых продуктов, опытного производства, настройки, мелкосерийного производства;
• подходит для изготовления различных сложных металлических компонентов, форм;
• заменяет создание модели;
• снижает затраты на разработку и производственный цикл, а также совместимо с гибкой производственной линией;
• подходит для изготовления различных цветных металлов (сплав Al, сплав Cu), черных металлов (HT, QT и RuT).

Основные производители оборудования: ExONE, VoxelJet, FHZL (Китай), Аддитивные технологии (Самара).

Пример применения:

Блок цилиндров двигателя был изготовлен на заводе FHZL для крупного автомобильного предприятия в Северном Китае в 2008 году. Первый образец был изготовлен за 15-дневный цикл производства, в последующем производственном цикле при использовании 3D-принтера понадобилось всего 20 дней для производства 2-х блоков. С учётом механической обработки. Это значительно сократило производственный цикл и снизило затраты и риски.

03| Блок цилиндров двигателя, изготовленый на заводе FHZL

Техпроцесс литья по выплавляемым моделям

Технология литья по выплавляемым моделям состоит из нескольких этапов:

1. Создание модели для литья.
2. Получение формы с изготовленной модели.
3. Получение литейной формы.
4. Изготовление готовой отливки.

Литье титана по выплавляемым моделям

Создание модели

Для изготовления первичной формы применяют материалы, обладающие низкой температурой плавления. Чаще всего применяют парафины, воск и пр. То есть те вещества температура плавления не превышает 100 градусов, например, состав ПС 70 – 30. При такой температуре парафин в состоянии всю изложницу. Так, называют деталь, в которой изготавливают литейную форму.

После того как модель обрела необходимую твердость можно приступать к изготовлению литейной формы. Для этого используют состав, выполненный на основании керамики. Форма должна иметь определенную стойкость к температурным воздействиям. Для этого, на поверхность модели наносят песок мелкой фракции, для повышения характеристик формы в песок добавляют цирконий.

Песок мелкой фракции

Процесс нанесения песка может повторяться от 3 до 7 раз. Оптимальная толщина такого покрытия может составлять порядка 7 мм.

На этом этапе необходимо обеспечить выполнение следующих условий:

1. Распределение состава по поверхности модели должно быть равномерным.
2. Нельзя допускать появление внутренних пустот. Их наличие может привести к ошибкам в конфигурации отливки.
3. Форма должна выдержать температуру, которая должна быть выше чем температура металлического расплава. Она должна находиться в диапазоне от 900 до 1200 градусов.
4. После того как формирование будет прекращено, необходимо проделать отверстия, через которые будет происходить удаление парафина.
5. По окончании всех работ, связанных с получением формы, ее помещают в печь. В ней происходит испарение парафина и происходит дополнительный дожиг формы.

Процесс получения отливки

Перед началом литья расплавленного металла по выплавляемым моделям необходимо форму прогреть до определенной температуры. Нагрев должен быть выполнен равномерно по всей форме.

Для литья выплавляемым моделям в форме необходимо заранее подготовить горловину заготовки. В ранее сформированную горловину заливают металл. Остывание должно происходить естественным путем. Принудительное остужение недопустимо.

Процесс литья по моделям

Через 5 – 6 часов по окончании отливки можно удалить оболочку. В заводских условиях для этого применяют вибрационный стол. После того деталь направляют на механическую обработку. То есть, отсекают литник, зачищают облой, если таковой имеется. Для этого применяют ручной и механизированный инструмент. Кстати, один из эффективных способов приведения детали в соответствии с требованиями конструкторской документации является пескоструйная обработка.

Формовочные инструменты

По своему назначению подразделяются на два основных вида

• Набивочные Подмодельные доски
• Лопаты и совки для земли
• Сита
• Трамбовки: с тупым концом для уплотнения поверхности и с узким концом для мест со сложным рельефом. Применяют также и универсальные пневматические трамбовки со сменным наконечником.

  Трамбовка ручная Счищалка, или правило — для разравнивания смеси и удаления ее избытков

• Душники-наколки. Тонкие острые стержни служат для прокалывания в земле тонких газоотводящих канальцев
• Киянки — используют для сплочения подмоделей и при их выколачивании.
• Трепало — доска, опирающаяся на края формы. Уплотняет землю в случае применения макетов из малопрочных материалов.
• Щетки. Чистить поверхность от остатков земли

Отделочные

• Гладилки — для коррекции изъянов

Режущие и колющие инструменты
Кисти для нанесения покрытий
Емкости — ведерки или мешки для хранения и нанесения порошковых покрытий.

Разновидность сталей

Есть несколько общепризнанных классификаций литья стали в зависимости от критерия оценки. По качеству и способу производства стали подразделяются на:

• обыкновенного качества;
• качественные;
• повышенного качества;
• высококачественные.

Отношение к той или иной категории определяется процентом содержания вышеупомянутых вредных примесей и соответствием технологическим и механическим характеристикам. Каждый из видов имеет свою сферу применения. По химическому составу стальные сплавы делятся на:

• Углеродистые, предназначенные для статических нагрузок. Внутри себя группа делится на низко-, средне- и высокоуглеродистую сталь.
• Легированные, содержащие дополнительные элементы, влияющие на физические свойства материала.

Свойства формовочных смесей

Формовочную смесь характеризуют основные свойства:

• Прочность определяет способность формы сохранять свою конфигурацию
• Пластичность — важна для способности формы повторять подробности контура и деталей поверхности модели.
• Газопроницаемость. Крупнозернистые составы легче пропускают газы.
• Огнеупорность. Материал не должен плавиться или спекаться, ухудшая однородность поверхности отливки
• Податливость
• Гомогенность. Однородность смеси гарантирует постоянство ее свойств в пространстве.
• Теплопроводность. Качественный материал имеет низкую теплопроводность. Это не дает примыкающему к форме слою отливки слишком быстро остывать, ухудшая свои свойства
• Долговечность особенно важна для многоразовых форм. Для одноразовых форм долговечность означает число циклов повторного использования земли после измельчения и просеивания.

Свойства формовочных смесей

Для смесей разных назначений на первый план выходят разные свойства. Так, для облицовочных важны пластичность, огнеупорность и теплопроводность, а для наполнительных важнее прочность и газопроницаемость.