Глава 2. Характеристика способа литья по выплавляемым моделям.

Способ литья по выплавляемым моделям является всеобъемлющим универсальным методом получения художественных отливок любых размеров, массы, степени сложности, из любых металлов и сплавов. Особенно эффективен способ литья по выплавляемым моделям при получении отливок из чугунов, сталей и тугоплавких металлов и сплавов, например из титана. Метод позволяет получать готовое изделие с минимальной механической обработкой, а иногда — без нее, без чеканки и других видов пластической деформации.

Современный процесс литья по выплавляемым моделям (ЛПВМ) получил начало еще в глубокой древности, его прообразом является способ восковой формовки. Этим способом во многих странах изготовляли изделия бытового назначения, оружие из сплавов на медной основе, а также украшения из драгоценных металлов. Сейчас этот способ используют при изготовлении художественных, в том числе статуарных, отливок и ювелирных изделий.

Далее будут рассмотрены оба способа. Материалами для моделей и литниковых систем служат воскообразные составы (составы на основе воска). Модели, собранные на литниковых системах, называют блоками или елками. На поверхность блоков наносят суспензию, состоящую из огнеупорного пылевидного материала и связующего раствора. Смесь наносят на поверхность моделей, обсыпают песком и отверждают методом сушки. В зависимости от габаритов формы и выбранной технологии изготовления, свойств применяемых формовочных материалов и заливаемого сплава, а также от особенностей заливки число слоев в оболочке может колебаться от 4 до 10.

При изготовлении особенно крупных отливок число слоев может быть увеличено до 15—20.

Затем воскообразную модель с литниковой системой удаляют через литниковую воронку выплавлением, растворением или выжиганием.

После освобождения оболочки от модельного состава ее заливают металлом. В зависимости от технологического процесса модель заливают в горячем или холодном состоянии в опорном слое или без него (рис. 2.2.1.).

Рис. 2.2.1. Схема технологического процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям в оболочковые формы.

Отливки отделяют от литниковой системы и очищают химико-термическим способом в растворах щелочи.

Большие возможности и универсальность ЛПВМ сопряжены с многооперационностью, применением большого количества материалов, высокой трудо- и энергоемкостью процесса. Поэтому применение ЛПВМ должно быть экономически обосновано.

Для получения сложных моделей применяют пресс-формы из эластичных материалов, гипса, пластмасс, легкоплавких сплавов; для простых художественных моделей, которые легко извлекаются из пресс-формы, — из сплавов на медной основе, дерева. Пресс- формы для изделий серийного и массового производства делают из стали.

Подробнее рассмотрим процесс изготовления отливок согласно способам, приведенным на схеме изготовления отливок (рис. 2.2.1, А, Б, В).

1. Оболочковый — при котором сначала выплавляют модели, после чего остается покрытие в виде оболочки, являющейся литейной формой. Ее прокаливают для удаления остатков модельного материала и других газообразующих веществ, затем в специальных ящиках (жакетах) заформовывают, засыпая снаружи песком, и подают под заливку металлом. Иногда оболочки заливают сразу после выема из печи, без заформовывания, а иногда заливку производят в холодные оболочковые формы.

2. Оболочково-опочный — при котором также сначала выплавляют модели, затем оболочку устанавливают в специальном ящике с дном (опоке), засыпают снаружи песком, прокаливают и форму подают под заливку металлом.

В этом случае оболочка прокаливается вместе с песком, который служит одновременно опорным и поддерживающим материалом, предупреждающим возможность разрушения оболочки жидким металлом. Такие формы заливают в горячем состоянии чугуном, сплавами на медной основе и различными сталями.

Песок, находящийся в ящике, предохраняет форму от быстрого нагрева и разрушения при прокаливании и заливке металлом.

3. Опочный — при котором модели с огнеупорным покрытием заформовывают в ящики, затем выплавляют модели и прокаливают форму. Полученную горячую форму заливают металлом. В этом случае выплавление модели производится после заформовывания модельного комплекта.

После затвердевания и остывания залитого металла формы выбивают, литники и прибыли отделяют от отливок, которые при необходимости термически обрабатывают (как правило, отжигают для снятия напряжений), очищают и контролируют.

При заливке металлом центробежным способом заформованные ящики-опоки поворачиваются на 90°. В этом случае формовку производят цементом по-сырому. Способ заключается в следующем: модель с огнеупорным покрытием устанавливается на плоскую поверхность чашей вниз. Затем накрывается цилиндрической опокой и заливается жидким цементом. Выступающая часть цемента срезается линейкой до образования гладкой поверхности на уровне края опоки. После затвердевания цемента производится прокаливание согласно предыдущему описанию прокалки. Затем форма извлекается из прокалочной печи, устанавливается на центробежную машину, крепится в захватах коромысла машины или ручного карабина (при заливке вручную) и заливается металлом. Далее форма вращается до застывания жидкого металла.

В последнее время начал применяться комбинированный способ формовки по-сырому. Он заключается в следующем. В цилиндрическую опоку с установленным в ней блоком наливается цемент толщиной 20—40 мм. После его застывания образуется твердая цементная подушка (дно опоки), которая удерживает блок. Затем до верха опоки засыпается прокаленный песок, на который вновь заливается жидкий цемент слоем той же толщины, что и нижняя подушка. После его затвердевания образуется верхняя подушка. Находящийся между ними песок при прокаливании формы оказывает давление на оболочку менее интенсивно. Эта оболочка при обжиге не испытывает больших напряжений, не растрескивается ни при обжиге, ни при охлаждении после извлечения формы из печи. В результате заливка жидким металлом происходит более равномерно.