ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Сущность способа литья по выплавляемым моделям состоит в том, что модель изготовляют из такого материала, который без разрушения формы можно выплавить или растворить и получить неразъемную форму, что обеспечивает высокую точность отливок. Чаще всего материалом модели является легковыплавляемая воскообразная масса. Литьем по выплавляемым моделям получают отливки сложной конфигурации с толщиной стенки до 0,5 мм в основном из стали и жаропрочных сплавов, трудно обрабатываемых механическим способом.

Преимущества литья по выплавляемым моделям: возможность изготовления отливок из сплавов, не поддающихся механической обработке; получение отливок с точностью размеров до 4–го класса и шероховатостью до 6-го класса чистоты, что в ряде случаев устраняет механическую обработку; возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей.
Литье по выплавляемым моделям можно использовать в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства. Экономические показатели этого способа, рациональность его применения зависят от номенклатуры отливок. Наиболее целесообразно изготовлять этим способом мелкие, но сложные по конфигурации отливки, а также крупные отливки, к которым предъявляются высокие требования по точности размеров и чистоте литой поверхности, отливки из труднообрабатываемых сплавов.
Выплавляемые модели для литья изготавливают из смеси или сплавов легкоплавких материалов, чаще всего органического происхождения. В качестве исходных материалов используют парафин, стеарин, церезин, буроугольный воск, торфяной битум, канифоль, полистирол, полиэтилен, этилцеллюлозу, жирные кислоты, озокерит и др.
Модельные составы должны обладать определенными свойствами: 1) температурой плавления 60-100° С, температурой начала размягчения выше температуры рабочего помещения на 35-45° С; 2) минимальной и стабильной линейной усадкой, минимальным объемным и линейным расширением; 3) хорошей жидкотекучестью; 4) достаточной прочностью и твердостью для предохранения от повреждения поверхности моделей; 5) минимальной зольностью и неприлипаемостью к поверхности пресс-форм, инструменту и рукам рабочего; 6) химической инертностью по отношению к материалам пресс-форм и огнеупорных покрытий; 7) не выделять вредных паров при нагревании и сгорании; 8) возможностью многократного использования; 9) хорошей смачиваемостью облицовочным составом; 10) дешевизной исходных материалов. Основным способом изготовления выплавляемых моделей для литья является запрессовка пастообразного состава в рабочую полость пресс-форм, что обеспечивает лучшую точность и чистоту поверхностей моделей.
Эту операцию выполняют на установке, на которой приготовление пасты из жидкого расплава и запрессовка модельной массы в пресс-формы производятся автоматически. После затвердевания модельного состава пресс-форма автоматически раскрывается, модель выталкивается в ванну с холодной водой, откуда по водяному конвейеру направляется на участок сборки моделей. Готовые модели осматривают.
Модели хранят либо в холодной проточной воде, либо в термостатах. Одновременно с изготовлением модели отливки изготавливают модели элементов литниковой системы: стояка и воронки.
К качеству металла отливок при литье по выплавляемым моделям предъявляются те же требования, что и к отливкам, получаемым другими способами. Поэтому металл из любого плавильного агрегата может быть использован и для литья по выплавляемым моделям. Плавка металла для заливки форм осуществляется по обычной технологии.
После охлаждения форм производят выбивку отливок на специальных установках (пневматических) с поворотом опок на 180°, для того чтобы из опоки высыпался наполнитель. Отделение отливок от литников осуществляется следующими способами: 1) на вибрационных установках; 2) продавливанием стояка с отливками через обрезной штамп; 3) отрезкой ножовками, дисковыми пилами, фрезами и на шлифовальных станках; 4) отрезкой прибылей, а иногда и стояка газовыми горелками; 5) анодно-механической резкой.
Для очистки отливок от керамической оболочки широко используют выщелачивание: в нагретую до 140° С ванну с 50%-ным раствором КОН погружают детали в специальных корзинах; керамическая оболочка, взаимодействуя со щелочью, разрушается.
Остатки литников зачищают на наждачных станках или зачистных полуавтоматах.

Литье по выплавляемым моделям по существу является усовершенствованным способом, применявшимся в древние времена для литья художественных и ювелирных изделий по восковым моделям.
Точность размеров изделий, полученных литьем по выплавляемым моделям большого значения не имела. Литье по восковым моделям использовалось также для изготовления изделий сложной конфигурации без применения трудоемких операций механической обработки.
По сравнению с обычным литьем в песчаные формы литье по выплавляемым моделям имеет следующие преимущества:
1. Высокая чистота поверхности и получение точности размеров отливок в пределах 4 – 5-го классов по ОСТ 1010, ОСТ 1024 и ОСТ 1025.
2. Применение литых деталей без механической обработки, в том числе из сплавов, не поддающихся обработке резанием.
3. Изготовление деталей сложнейшей конфигурации с толщиной стенок до 0,3 мм.
4. Возможность разделения технологического процесса на простые операции, легко поддающиеся механизации и автоматизации.
5. Гибкость технологического процесса, позволяющая быстро наладить производство новых изделий.
6. Минимальный расход металла на отливку.

Точность и чистота поверхности отливок, изготавливаемых литьем по выплавляемым моделям, зависит от следующих факторов:
1) способов получения и состояния поверхности пресс-формы (литая, механически обработанная, шлифованная, хромированная и т.д.);
2) конструкции пресс-форм (с механизацией соединения частей пресс-формы и без механизации);
3) вида применяемых модельных составов и методов получения легкоплавких моделей (свободной заливкой модельного состава или запрессовкой пасты);
4) размеров зерен кварцевого песка в первом слое керамического покрытия;
5) методов выплавления модельного состава из керамических оболочек (водой, паром, воздухом) и режимов прокалки последних (оптимальные, ускоренные);
6) толщины стенок отливки (с увеличением толщины возрастает возможность образования пригара);
7) химического состава материала отливки.

Чистота поверхности отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, должна соответствовать 2 – 6-му классам ГОСТа 2789-59.
Целесообразный объем производства литья по выплавляемым моделям зависит от затрат на изготовление пресс-форм, которые при изготовлении малой партии отливок могут не окупиться. Процесс изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям состоит из следующих укрупненных технологических операций:
1. Разработка чертежа детали и технологической документации.
2. Изготовление технологической оснастки.
3. Изготовление выплавляемых моделей отливки и литниковой системы.
4. Контроль качества моделей и сборка их в блоки.
5. Приготовление огнеупорного покрытия моделей.
6. Нанесение огнеупорного покрытия на поверхность блока моделей и сушка их.
7. Изготовление и прокалка формы.
8. Выплавка металла и заливка форм.
9. Выбивка, обрезка, очистка и термообработка отливок.
10. Контроль качества и приемка отливок.

От положения детали при заливке формы в значительной степени зависит плотность отливки. Компенсацию объемной усадки стали в процессе ее затвердевания можно обеспечить соответствующим устройством прибылей и питающей литниковой системы. Поэтому при разработке технологического процесса изготовления отливки нужно выбрать такое положение детали при заливке, при котором обеспечивались бы условия питания отливки при минимальном расходе металл на прибыли. При этом следует руководствоваться общими указаниями по разработке технологического процесса изготовления стальных отливок с малыми толщинами стенок. Весьма эффективным является питание отливки жидким металлом, сосредоточенным в литниковой системе.

Видео: