Гипсовая смесь для изготовления форм точного литья. Формовочная смесь для литья Приготовление формовочной смеси для литья

Для изготовления разовых литейных форм используют легко формуемый материал, без особого труда разрушаемый при извлечении готовой отливки, но достаточно прочный, чтобы противостоять силам, возникающим при заполнении полости формы расплавленным металлом. В практике применяют смеси песков, глины и воды; они удовлетворяют приведенным выше требованиям, дешевы и доступны. Приготовляют формовочные смеси, перемешивая песок с определенным количеством глины и воды. Глина служит связующим. Определенному количеству глины соответствует определенное количество влаги. Кроме глины, используют и другие связующие материалы.
Прочность смесей из песка, глины и воды в сыром состоянии объясняется способностью глинистых мелкодисперсных частиц при перемешивании с водой образовывать растворы, похожие на коллоидные, в которых действуют электростатические силы (рис. 48). Кроме этих сил, действуют силы поверхностного натяжения воды, сближающие частицы, а также силы межчастичного фрикционного сцепления песчинок при уплотнении формовочной смеси.

Для изготовления смесей применяют различные формовочные пески (природные смеси). По ГОСТ 2138-74 они разделяются на классы по химическому составу (в зависимости от примеси глины), группы и категории по зерновому составу (размеру песчинок). В табл. 7 приведены основные характеристики песков и глин, которые используют в цехах цветного литья.
Глины состоят из тонкодисперсных частиц алюмосиликатов: каолинита Al2O3*2SiО2*2Н2О, монтмориллонита Al2O3*4SiО2*H2O+nН2O (или бентонита). Различают глины (ГОСТ 3226-65) по их связующей способности (три сорта и класса) в сыром и высушенном состоянии. Прочносвязующие глины обеспечивают сырую прочность стандартных образцов (90 % песка, 10 % глины, 2,5-3,5 % влаги, сверх 100 %), равную 0,1 МПа и более при сжатии, а малосвязующие 0,05-0,08 МПа. В высушенном состоянии прочность соответственно равна ≥0,55 МПа и ≤0,35 МПа. Кроме того, различают три группы глин T1, T2, T3 - по термохимической устойчивости в зависимости от содержания легкоплавких примесей (Fe2O3, Na2O, CaO, сульфиды и др.).

Кроме песков на основе SiO2, для изготовления форм, обладающих повышенной способностью к поглощению тепла и ускоряющих затвердевание металла в них, применяют смеси, содержащие магнезит, циркон. На практике в формовочные смеси вводят также специальные добавки для предотвращения пригара их к металлу, повышения газопроницаемости, податливости и облегчения выбивки. К ним относятся угольная пыль, маршаллит (тонкоразмолотый кварц), мазут, органические добавки (опилки, мука и др.), спецприсадки (сера, борная кислота, фторборкислый алюминий, сода и др.).
Из формовочных материалов готовят рабочие смеси, непосредственно используемые для изготовления форм и стержней.
В литейных цехах применяют смеси, состав которых зависит от сплава, из которого будет отлита деталь; от массы отливки (мелкие, средние и крупные); от способа использования форм (заливка в сырье или сухие формы, т. е. предварительно высушенные); от характера использования (единые, облицовочные, наполнительные смеси), от вида исходных материалов (естественные или синтетические смеси). Естественные смеси готовят из песков, к которым глина примешана в природном состоянии, а в синтетические смеси глину вводят в виде самостоятельной добавки. Преимущество синтетических смесей состоит в том, что они имеют хорошие свойства при минимальном содержании глины и влаги.
Чтобы получить качественные отливки, необходимо использовать формовочные смеси с определенным комплексом свойств: прочность и пластичность, газопроницаемость, огнеупорность, теплофизические свойства.
У обычных формовочных смесей сырая прочность на сжатие составляет 0,01-0,1 МПа, сухая (на разрыв) 0,2-2 МПа. Вместе с тем смеси не должны быть очень прочными, так как для получения точного, четкого отпечатка формы они должны хорошо заполнять углубления на модели, т. е. быть текучими, пластичными. Хорошими считают смеси, которые при максимальной текучести (пластичности) обеспечивают высокую прочность. Прочность зависит от содержания глины - чем ее больше, тем смесь прочнее, но до определенного предела. Качественными считают смеси, которые имеют высокую прочность и пластичность при минимальном содержании глины и влаги.
При заливке формы металлом образуется большое количество пара и газов, которые должны легко удаляться через стенки формы, чтобы не попасть в затвердевающий металл. Поэтому необходимо, чтобы материал формы был газопроницаемым. Газопроницаемость зависит от размеров и формы зерен песка, количества глины и влаги, плотности набивки, толщины стенок формы и др. Чем крупнее песок, чем меньше глины и влаги, ниже плотность набивки и тоньше форма, тем газопроницаемость выше. Хорошие смеси должны иметь небольшую газотворность, т. е, при нагревании выделять малое количество газообразных продуктов, либо, в крайнем случае, выделять их после того, как на отливке образуется плотная корка металла.
Необходимо, чтобы смеси были огнеупорными, способными не расплавляться и не размягчаться под воздействием расплавленного металла. Для приготовления форм при цветном литье этому требованию удовлетворяет кварцевый песок, состоящий в основном из SiO2. Чем меньше в песке Al2O3, Na2O, K2O, CaCO3, тем выше огнеупорность Материал формы должен быть также химически нейтральным по отношению к оксидам, образующимся в металле, иначе возможно химическое взаимодействие оксидов металла и формы, например основных оксидов Cu2O, NiO, FeO с кислотным SiO2, с возникновением легкоплавких соединений, которые образуют на поверхности пригар.
Необходимо, чтобы материал формы имел хорошие теплоаккумулирующие свойства. После заливки металлом формы она должна быстрее отводить тепло от металла; благодаря этому отливка получается плотной, без газоусадочной пористости. Показателем теплоаккумулирующих свойств формы является коэффициент аккумуляции тепла bф = √λфсфРф Дж/(м2*ч1/2*К), где λф - коэффициент теплопроводности формы, Вт/(м*К); сф - удельная теплоемкость формы, Дж/(кг*К); рф - объемная масса формы, кг/м3.
Например, у сухих песчано-глинистых форм bф = 12/15, сырых 15-20, цирконовых 20-40, хромомагнезитовых 40-50, а у металлических чугунных 185 Дж/(м2*К*ч1/2).
При изготовлении форм для сложных ответственных отливок применяют различные смеси - массивные части выполняют из смесей с повышенным bф, а тонкостенные и прибыли с более низкими значениями bф, что обеспечивает направленность затвердевания.
Для цветного литья применяют различные типовые формовочные смеси из песков, глины и других добавок. По способу использования различают единые, облицовочные и наполнительные смеси. При машинной формовке чаще применяют единые смеси для изготовления всей формы. При изготовлении крупных форм поверхность модели облицовывают смесью, содержащей чистый песок и глину (чтобы огнеупорность поверхности формы, соприкасающейся с металлом, была выше), а остальную часть формы наполняют смесью, используя частично отработанную смесь. В результате форма получается более дешевой. Рабочие смеси состоят из 85-97 % оборотной смеси (т. е. бывшей в употреблении, но просеянной и очищенной) с добавкой 3-15 % свежих песков и глины.
Для смесей в производстве алюминиевых сплавов применяют пески П010, П0063, К016А, К010А (примерно 70-80 % полужирных песков и 20-30 % кварцевых). Смеси обладают сырой прочностью 0,04-0,07 МПа, влажностью 4,5-5,5 % и газопроницаемостью 40-60 см/мин. Примерно такой же состав и свойства у смесей для магниевого литья, но влажность их меньше (3,5-4,0 %); кроме того, к ним добавляют специальные присадки, предотвращающие или затрудняющие возгорание сплава в форме. Типичной при литье магниевых сплавов является присадка BM, которая представляет собой смесь мочевины, сернокислого алюминия, борной кислоты (при заливке металла в форму мочевина CO(NH2)2 разлагается с выделением аммиака NH3 и CO2); сернокислый алюминий Al2(SO4)3, способствующий образованию пленки MgSO4 на металле; борная кислота HBO3, переходящая при нагревании в борный ангидрит B2O3, который взаимодействует с магнием по реакции 3Mg+B2O3→3MgO+2В. Образующаяся на поверхности сплава пленка MgSO4 уплотняется бором, перешедшим в магний, и предотвращает дальнейшее его окисление. Защитное действие оказывает также сера, которая при соприкосновении с металлом сгорает до SO3. Этот тяжелый газ (тяжелее воздуха в 2,7 раза) разбавляет воздушную среду и делает ее менее реакционноспособной к металлу.
Для медных сплавов типовая рабочая смесь состоит на 85-95 % из оборотной и на 5-15 % из свежей смеси (в виде смеси песков К01А, К025А и П01А или TOlA). Рабочая смесь содержит 4,5-5,5 % влаги, обладает сырой прочностью 0,03-0,05 МПа, газопроницаемостью 30-50 см/мин. Смеси, предназначенные для изготовления форм (обычно для получения крупных отливок), подлежащих сушке при 280-400 °C, содержат повышенное количество глины (6-10 %) и влаги (до 8 %). Для изготовления разовых форм применяют также смеси со связующим в виде жидкого стекла в количестве 5-8 % (по массе). Эти смеси быстро твердеют при кратковременном подогреве до 200-300 С или при продувке их углекислым газом, благодаря чему существенно сокращается время изготовления форм и повышается прочность
Жидкостекольные смеси применяют также для изготовления стержней. Стержни, которые при заливке окружены со всех сторон (кроме знаков) жидким металлом и испытывают давление при его усадке, делают из более прочных смесей, чем формы. Для повышения прочности стержней в сухом состоянии используют специальные крепители или связующие добавки, которые вводят в количестве 0,5-5 % (по массе). После заливки под воздействием высоких температур крепитель выгорает или разлагается, связь между песчинками теряется, стержень не оказывает сопротивления отливке в момент усадки при затвердевании и легко выбивается при очистке отливки. Глину также применяют в качестве связующей добавки в стержневые смеси, но при нагревании она спекается, стержень становится неподатливым и с трудом выбивается. Как правило, глину используют совместно с другими связующими для придания смесям хорошей сырой прочности, так как ряд органических крепителей, придавая стержню высокую прочность после сушки (сухая прочность), не обеспечивает одновременно нужную сырую прочность. При недостаточной сырой прочности изготовленные стержни могут разрушаться при толчках, сотрясениях, деформироваться под действием собственной массы с искажением размеров и др.
Применяемые в литейных цехах крепители по характеру действия делятся на четыре основных вида.
1. Смеси растительных масел с различными растворителями, например оксоль: 55 % олифы и 45% уайт-спирита (особо чистый керосин); крепитель 4ГУ (50 % масла, 3 % канифоли и 47 % уайт-спирита); крепитель П и многие другие.
Связующее действие этих крепителей основано на химических и физических превращениях во время сушки, в результате которых жидкая пленка крепителя превращается в твердую эластичную, придающую прочность и податливость стержням. Крепители этой группы наиболее высококачественные но они дефицитны и дороги, поэтому их заменяют более дешевыми (2, 3 и 4-й групп).
2. Битумы (продукты отгонки нефти), пеки (продукты разгонки газогенераторных смол), фенолформальдегидные смолы, канифоль и др. Связующее действие их основано на расплавлении при нагреве с последующим твердением при остывании. Фенол-формальдегидные смолы (пульвербакелит ПК-104, СФ-015) широко применяют при прогрессивных способах изготовления тонкостенных (оболочковых) форм и стержней, изготовлении стержней в горячих ящиках. Ряд связующих на основе синтетических смол (фенолформальдегидная ОФ-1, фенолфурановая ФФ-1СМ, карбамиднофурановая КФ-90 и др.) обеспечивает упрочнение стержня без нагрева. Они затвердевают при вводе в смесь катализаторов (ортофосфорной кислота и др.). Такие смеси называются холоднотвердеющие (ХТС).
3. Декстрин (продукт разложения картофельного крахмала), сульфитный щелок (отходы бумажно-целлюлозного производства, состоящие из связующих, которые присутствуют в древесине, - лигнин, жиры и др.), являются водорастворимыми крепителями. При высыхании влага испаряется, концентрация крепителя повышается и связующие силы возрастают. Недостаток водорастворимых крепителей - гигроскопичность, т. е. способность адсорбировать влагу на воздухе и в форме.
4. Минеральные вещества, твердеющие во время выдержки при обычной температуре,- цемент, жидкое стекло и др. Применение жидкого стекла в качестве связующей добавки намного улучшила технологию литейного производства, так как отпала необходимость сушки формы и стержней в специальных сушилах. Жидкое стекло водный раствор силиката натрия (Na2O)m*(SiO2)n*(H2O)4 поставляется в виде сиропообразной жидкости в герметических емкостях. Его вводят в смеси, которые называют быстротвердеющими (ЖСС), в количестве 5-8 %. Стержни на жидком стекле для отвердения продувают CO2 или подвергают кратковременной сушке при 200 °C в течение 15-40 мин. При этом образуется гель кремниевой кислоты m*SiO2*kН2O, a Na2O превращается в Na2CO3. При последующем удалении влаги образуется золь SiO2, который скрепляет зерна песка в прочную массу. Чем меньше золь содержит влаги, тем прочнее стержень. Связующая способность жидкого стекла определяется его модулем M = (Si02/Na2O) 1,032, который колеблется от 2 до 3. Чем больше М, тем выше вяжущие свойства жидкого стекла. В литейном производстве применяют крепители с M = 2,1/2,6. Недостаток ЖСС - невысокая «живучесть» (при хранении твердеют).
В России с использованием жидкого стекла в качестве крепителя разработана новая технология изготовления форм и стержней с применением жидких самотвердеющих смесей (ЖСС), позволившая заменить процесс уплотнения смесей заливкой их в стержневые ящики и на модели. Смеси состоят из жидкого стекла (крепитель), поверхностно-активного вещества - пенообразователя (мылящее вещество), который придает текучесть смеси, отвердителя (феррохромовый шлак 2СаО*SiO2 в виде порошка) и наполнителя (песок и др.); все эти составляющие смешивают в определенных пропорциях. Принципиальная особенность ЖСС - их способность затвердевать одновременно по всему объему. Поэтому продолжительность затвердевания не зависит от размеров форм и стержней. Твердение начинается через 8-10 мин после заливки и заканчивается через 40-60 мин.
Для изготовления фасонных отливок из титана, циркония и их сплавов в качестве формовочного материала в основном применяют графит, так как SiO2, Al2O3, ZrO2 и другие огнеупорные материалы химически взаимодействуют с титаном. При литье по выплавляемым моделям используют электрокорунд (плавленая Al2O3 и ZrO2). Формы для титановых отливок либо изготовляют из куска графита, либо прессуют из графитовых смесей. Смеси состоят из порошка графита различной крупности (0,04-0,5 мм) и фенолфурфуроловой смолы в качестве крепителя. Их разбавляют этиловым спиртом или ацетоном и карбидообразующими добавками (двуокись титана, порошок металлического титана, аморфный бор и др.). Для улучшения смачиваемости зерен графита связующими вводят поверхностно-активные добавки, например нефтяные сульфокислоты, получаемые при обработке керосинового или дизельного дистиллята нефти серным ангидридом В отечественной практике для получения прочных графитовых оболочек применяют смесь из 93 % графитовой пыли, 3,7 % TiO2, 3 % порошка металлического титана и 0,3 % порошка бopa, которую перемешивают со смолой (0,5 кг порошка на 1 л разбавленной смолы).
Формовочные и стержневые смеси готовят в смесеприготовительных отделениях литейного цеха. Этот процесс состоит из следующих основных операций: сушки песка и глины, просеивания, размола (глины), распределения материалов по емкостям, дозирования, перемешивания составляющих, выдержки готовых смесей, разрыхления (аэрации) и транспортировки к рабочим местам формовки. Для сушки песка и глины при 200-250 °C до остаточной влажности 0,1-0,2 % применяют барабанные вращающиеся сушила, вертикальные многоподовые сушила с вращающимися скребками и отапливаемые газом или твердым топливом, установки для сушки в пневмопотоке и по принципу кипящего слоя. Просеивание материалов ведут во вращающихся полигональных ситах производительностью от 10 до 80 м3/ч и плоских ситах производительностью 5-40 м3/ч. Перед просеиванием отработанные смеси (используемые для приготовления рабочих смесей) размалывают на специальных вальцах, а перед поступлением в сито пропускают через магнитный сепаратор, который отделяет от земли железные предметы (каркасы и пр.). Кусочки цветных металлов при просеивании остаются в ситах и периодически выгружаются.
Составляющие смеси перемешивают в бегунах, представляющих собой металлическую чашу, в которой вращаются катки, расположенные вертикально (а) или горизонтально (б) (рис. 49). Вначале в чашу 1 загружают нужное количество песка и глины, затем включают бегуны-катки 2, с помощью которых перемешивают порошкообразные составляющие, смесь увлажняют и вводят связующие. Один замес обычно весит 0,3-1,5 т, перемешивание длится 10-20 мин. Затем смесь выгружают из бегунов и с помощью транспортеров собирают в большие бункера-отстойники, где выдерживают не менее 3 ч, чтобы влажная глина хорошо набухла и смесь приобрела высокую прочность и пластичность Стержневые смеси с легко высыхающими масляными крепителями лучше подавать к рабочим местам сразу, без выдержки. Каждую партию формовочной и стержневой смеси перед подачей к месту формовки проверяют на прочность, газопроницаемость и влагу. В современных цехах операция приготовления смесей механизирована и автоматизирована. Готовые смеси подают в формовочное отделение для изготовления литейных форм.

Рассмотрим три наиболее известные из них:

1. Литье по шаблонам в земляные формы.
2. Литье по выплавляемым моделям.
3. Литье по выжигаемым моделям.

Инструменты для формовки и приспособления для литья по моделям

Формовочный инструментарий (инструменты, используемые для набивки формы и удаления из нее модели или шаблона): лопатка, сито, трамбовка, линейка, специальный правильный брусок, вентиляционная игла, киянка, мастерок, шпатель, кисти.

Инструменты для отделки формы: гладилки, отделочные и подрезные ланцеты.

Оснастка для литья по моделям

Опока - рама (ящик без дна) с формовочной землей для заливки металлом; деревянная или металлическая.

Рис. 2. Формовочный инструмент: 1 - вентиляционная игла; 2 - трамбовка формовочная; 3 - правильный брусок

Рис. 3. Ланцет

Подмодельная доска - деревянная или металлическая плита с гладкой поверхностью.

Резиновая пресс-форма - приспособление из резины, двух полированных стальных пластин и вулканизатора (в частной мастерской вполне пригоден автомобильный, на 12 В через трансформатор).

Пресс-шприц-самодельный шприц для заполнения под давлением модельного состава в пресс-форму.

Центрифуга ручная - приспособление для центробежного литья в индивидуальной мастерской; с помощью такого приспособления жидкий металл заполняет форму под давлением.

Материалы для формовки Формовочная земля - увлажненная смесь глины (до 25% содержания) и песка.

• Графит.
• Гипс.
• Пемза.
• Кварц.
• Глюкоза (в качестве замедлителя).
• Щелочи (в качестве разделителя).
• Известняк (шифер).
• Каолин.

Материалы для изготовления моделей

1. Пластилин, гипс, пластик, дерево. 2. Воск, парафин, стеарин; технический желатин, столярный клей. 3. Полистирол (пенопласт) - ячеистый пластик.

Литье по моделям в земляные формы

Это простейший способ получения отливок. Вкратце технология такова: по нужному шаблону (модели) из формовочной земли изготавливают форму для заливки расплавленным металлом. Форма, сделанная по тому или иному шаблону,- одноразовая: при выемке отливки она разрушается, поскольку создана из смеси песка и глины (25% содержания всмеси глины, 75% - песок). Но саму смесь для получения литейной формы можно использовать многократно, обновляя лишь внутренний облицовочный слой. Шаблон может быть изготовлен из любого материала - пластилина, гипса (наиболее приемлемые и удобные материалы), из дерева, пластмассы, металла. Моделью может служить и сама деталь; если нужно сделать такую же (восстановить ее первоначальный вид), то пластилином наращивают на реставрируемой или восстанавливаемой детали недостающие части по начальному образцу.

Если по каким-то причинам невозможно воспользоваться в качестве модели пластилиновой копией оригинала, все-таки есть выход: можно сделать гипсовый слепок с оригинала (пусть это и более трудоемкий и хлопотный способ).

Процесс получения гипсовой модели изделия таков: оригинал помещают лицом вверх на ровную плиту в раму из дерева или другого материала, при этом борта рамы должны быть выше копируемого изделия и изнутри смазаны мыльной пеной.

Гипс растворяют в обильном количестве воды до состояния жидкой сметанообразной массы. В быстром темпе оригинал тщательно покрывают слоем жидкого гипса, нанося его широкой малярной кистью, а затем заливают раму гипсовым раствором до краев. Можно ускорить или замедлить схватывание гипса: в первом случае нужна добавка 4% раствора поваренной соли, во втором - 1% раствора уксусной кислоты. Далее гипсовую форму (слепок) сушат при температуре, не превышающей 50"С, обрабатывают в контррельефе, наращивают по мере необходимости рельеф, сглаживают выступы, заделывают раковины. Перед непосредственным изготовлением модели слепок покрывают 3% раствором щелока, а еще проще - хорошо взбитой мыльной пеной, что создаст разделительный слой, и заливают жидким гипсом. Таким образом, шаблон готов, и можно приступать к его формовке.

Процесс формовки шаблона и получения готовой отливки

Опоку ставят на подмодельную доску, на которую также кладут шаблон или оригинал. Доску посыпают графитом, чтобы не прилипала облицовочная смесь, которую насыпают через сито для полного покрытия модели. Плотно заполняют опоку до краев, укладывая землю слоями и уплотняя трамбовкой, а излишек земли сглаживают специальным бруском или ровной планкой, проводя по краям опоки, и переворачивают ее; сверху ставят вторую опоку, в которой заформовывают конусные бруски - модели литника и выпора. Затем, сняв верхнюю опоку, удаляют бруски, а из нижней опоки удаляют шаблон, после чего к отверстиям, оставшимся от моделей литника и выпора, из полости шаблона прорезают узкие соединительные каналы. Опоки совмещают в прежнем положении и заливают через литник жидкий металл, который течет в полость формы, а по другому каналу, направленному к выпору, из литейной формы вытесняется воздух, форма равномерно и полностью заполняется металлом. Заданная отливка получена.

Рис. 4. Технология получения отливки простейшим способом: 1 - модель; 2 - подмодельная плита; 3 - опока; 4 - выпор; 5 -литник

Технология литья по выплавляемым моделям

В основе литейного процесса по выплавляемым моделям лежит использование легкоплавких материалов: модель отливки и ее литниковая система делается из воска, парафина или стеарина. Любой из этих легкоплавких материалов в горячем режиме заливают в пресс-форму, а после затвердения получают восковую модель и покрывают ее специальным составом. После просушивания на модели образуется огнеупорная оболочка - керамическая форма, из которой выплавляют модельный состав и получают тонкостенную литейную форму, которую после прокалки заливают расплавленным металлом.

Для получения нескольких одинаковых моделей из воска применяют эластичную форму, используя для ее изготовления столярный клей или технический желатин. Второй материал более предпочтителен как в качественном отношении, так и по срокам приготовления. Если желатин набухает за полчаса (150 г желатина на 15 мг воды при регулярном перемешивании), столярный клей замачивают водой на сутки. Желатин после некоторой добавки воды разбухает, но при нагревании обретает прежний объем. Желатиновую массу варят до состояния однородной, напоминающей по виду густую сметану, добавляют 708 мл горячей воды с пластификатором (3-4 г глицерина) и тщательно перемешивают. Чтобы полученную массу уберечь при хранении от плесени, в нее вливают полграмма антисептика - формалина или фенола. После массу остуживают до 50ºС и заливают ею образец. Чтобы эластичная форма не деформировалась после застывания, ее с тыльной стороны дополнительно укрепляют гипсом. При формовке гипсовой модели в форме из клея, ее обезжиривают, протерев тальком, и дважды задубливают 20% раствором алюминиевых квасцов.

С целью тиражирования восковых моделей для отливки одинаковых деталей, например литых украшений для ограды усадьбы, изготавливают резиновую пресс-форму.

Пресс-формы подразделяют на разъемные и разрезные. Разъемные снабжают подшипниковыми шариками, которые служат замками-фиксаторами частей формы, и укладывают их на нижней части резиновой формы так, чтобы они не препятствовали извлечению восковой модели.

В разрезной пресс-форме необходимость в подшипниковых шариках отсутствует. Из сырой резины вырезают листы по размеру металлических зажимных пластин, промывают бензином и складывают в стопы, которые наслаиваются в зависимости от размера модели. Сама прессформа состоит из двух половин, между которыми укладывается металлическая модель, резина вокруг которой натирается тальком. После этого пакет располагается на талькированной зажимной плите, накрывается второй плитой и зажимается в струбцине вулканизатора на 40-50 минут при температуре 140-150ºС. После вулканизации освобожденный пакет вместе с пластинами охлаждается под водой. Если на образце литник отсутствовал, то его вырезают прямо в пресс-форме.

Рис. 5. Изготовление резиновой пресс-формы: 1 - вулканизатор; 2 - стальные пластины; 3 - сырая резина; 4-замок (стальные шарики); 5 - образец

Резиновая пресс-форма очень удобна при изготовлении большого количества одинаковых деталей - звеньев цепи, браслета, элементов разъемного орнамента и других декоративных изделий, поскольку для их отливки требуется много восковых моделей.

Различают легкоплавкие и тугоплавкие составы для создания моделей. Первые более податливы, их изготавливают на парафиновой и стеариновой основе (см. табл. 1).

Таблица 1. Составы для создания моделей

№ рецепта	Компоненты, минимальный %
	Парафин	Стеарин	Воск	Переплав
1	50	50	-	-
2	25	25	50	-
3	12	8	-	80
4	17	17	-	66

В пресс-форму модельный состав запрессовывается под давлением пресс-шприца, который литейщик легко изготовит сам. Для этого необходимы отрезок трубы, 2 штуцера, поршень, алюминиевая трубка.

Способ изготовления таков. С одной стороны трубу заваривают или запаивают. Из алюминия вырезают поршень по отверстию трубы, который необходимо снабдить ручкой (стертжень при этом равен длине трубы). В заделанной части трубы сверлят отверстие, в которое впаивают штуцер под резиновый шланг, другой конец которого снабжают штуцеромнаконечником, соответствующим диаметру литника пресс-формы.

Заполненный модельным составом, пресс-шприц окунают в кипящую воду до готовности расплава, который тщательно перемешивают и охлаждают до пастообразного состояния при температуре 55-60ºС и запрессовывают в талькированную пресс-форму.

Рис. 6 Ручная центрифуга

Так же, под давлением, в пресс-форму подается и расплавленный металл.

Также литейщик может самостоятельно смастерить еще одно необходимое для работы приспособление - ручную центрифугу.

В деревянную ручку нужно пропустить стальной стержень диаметром 7 мм, к нему неподвижно прикрепить серьгу (при этом ручка должна свободно вращаться на стержне). Подставкой для опоки будет служить стальной цилиндр, дно которого составляет не более 100 мм в диаметре. К подставке приваривают скобу с кольцом посредине, которое соединяется с серьгой коромыслом (40 см) из прочной проволоки с надежными кольцами на концах. Опока должна свободно умещаться в подставке и по форме дублировать ее - тот же цилиндр, но без дна.

Формовка модели производится таким образом. Расплавленным воском к модели крепят стальные иглы - литниковые штифты, которые должны пересекаться в одной точке, где они также скрепляются воском. Исходя из размеров модели, опоку выбирают такой высоты, чтобы между ее дном и моделью был зазор не менее сантиметра, а вверху в формовочной массе можно было бы вырезать литниковую чашу для плавки металла.

Состав формовочной массы предлагаемых рецептов (см. табл.2).

Таблица 2. Составы формовочной массы

Готовой формовочной массой заполняют опоку на огнеупорном листе (асбесте). Взяв модель за штифт, ее погружают в незастывшую формовочную массу, слегка покачивая из стороны в сторону, чтобы не попадал воздух. После затвердения массы (при наличии замедлителя - не раньше, чем через час) в верхней части опоки вырезают литниковую чашу и вытаскивают штифты. Литниковые каналы должны находиться в центре чаши.

Операция выплавления (удаления) восковой модели такова: опоку ставят в зажженную духовку газовой плиты и постепенно, чтобы не повредить форму, около двух часов повышают температуру до 350°С; затем опоку вынимают и кладут поочередно одним или другим боком на горелку, предварительно подложив асбестовую плитку, и окончательно выплавляют воск.

Получение отливки

Как только бока опоки раскалятся докрасна, ее помещают в ручную центрифугу, а литниковую чашу загружают металлом с добавкой соответствующего флюса и плавят на пламени горелки. После полной расплавки начинают вращать центрифугу, в результате чего жидкий металл устремляется в полость формы, заполняя ее и кристаллизуясь приблизительно за 20 оборотов центрифуги. Процесс завершается охлаждением в воде и выемкой готовой отливки, то есть изделия художественного литья.

Наиболее совершенным методом литья по выплавляемым моделям считается процесс, в результате которого сохраняется оригинал и получают пустотелые изделия, оригинал служит моделью. Технологически этот способ состоит из двух частей: вначале изготавливают по оригиналу пустотелую модель, а затем по этой модели литейную форму.

Процесс получения отливок по выжигаемым моделям

Чтобы проследить технологию такого способа, рассмотрим конкретный пример - изготовление сложной фигурной вазы или кубка.

При отливке кубка верхнюю часть модели несложной геометрической формы изготавливают из любого материала, нижнюю, более сложную, вырезают из пенопласта. После этого, уложив верхнюю часть модели на подмодельную плиту, начинают формовку в опоке. Когда формовочная земля сравнивается с уровнем модели, к ней приставляют вторую (пенопластовую) часть и заформовывают до конца. Далее опоку переворачивают, на нее устанавливают вторую опоку и проводят окончательную формовку, сделав при этом литниковую систему. После опоки разжимают и удаляют верхнюю часть модели, а нижнюю (пенопластовую) оставляют заформованной в землю.

При использовании таких комбинированных способов получают цельные, довольно качественные сложные по форме отливки. Однако в момент формовки элемента модели могут сместиться относительно друг друга. Чтобы этого не произошло, в сочленения гипсовой формы и пенопластовых элементов вставляют швейные иглы или булавки, на которые накалывают элементы. Чтобы предотвратить осевые вращения, можно использовать несколько иголок.

Для изготовления пустотелой модели опоку устанавливают на подмодельную плиту и заформовывают в нее землей до половины оригинал изделия - выполняют так называемую фальшивую опоку.

Рис. 7. Формовка комбинированной модели: 1 - пенопластовая часть модели; 2 - гипсовая часть модели

Поверхность оригинала, имеющего небольшие размеры, смазывают мыльной пеной и обкладывают слоем пластилина толщиной до 1 см. Более крупные изделия обкладывают слоем глины. Для того чтобы глина не прилипала к оригиналу, в качестве разделительного слоя используют бумагу. На фальшивую опоку с оригиналом сверху устанавливают вторую опоку и заливают гипсом. В гипсе делают литниковые каналы, которые доходят до пластилинового или глиняного слоев. После затвердения гипса опоки переворачивают. Фальшивую опоку, оказавшуюся сверху, удаляют вместе с землей и устанавливают новую.

Рис. 8. Изготовление модели: 1 - опока; 2 - подмодельная доска; 3 - формовочная смесь; 4 - литник; 5 - выпор; 6 - дополнительные отверстия; 7 - модель

На вторую половину оригинала, ранее находившегося в фальшивой опоке, также укладывают слой пластилина или глины. Смазав нижнюю опоку, залитую гипсом, мыльной пеной, заливают гипсом верхнюю, оставив литниковые отверстия. Когда гипс затвердеет, верхнюю опоку снимают и удаляют слой пластилина или глины, следя за тем, чтобы ничего не осталось на оригинале. Затем опоку устанавливают на место.

После удаления прокладочного слоя между гипсом, залитым в опоку, и оригиналом образовалось свободное пространство, соответствующее толщине прокладочного слоя. В образовавшуюся полость через литниковые каналы, оставленные в гипсовом слое, заливают раствор на основе столярного клея или технического желатина.

Опоки переворачивают после остывания клеевого раствора, со второй опоки удаляют разделительный слой и заливают клеевым раствором. Затем опоки разнимают, и из полученной формы удаляют оригинал изделия. Благодаря эластичности клеевого раствора можно формовать изделие со сложной формой поверхности (узоры, орнаменты, шрифты и т.д.), а также имеющего пазухи, что сложно выполнить при обычном способе формовки. К тому же клеевая масса является защитой оригинала. Внутреннюю поверхность клеевой рубашки покрывают лаком, а после высыхания наносят кистью слой воска.

Форму собирают и через предварительно оставленное отверстие в ее полость заливают расплавленную канифоль, которую сразу же выливают из формы, пока она не остыла, но при этом часть ее остается на стенках. Эту операцию повторяют до тех пор, пока не будет достигнута требуемая толщина изделия. Нельзя перегревать расплав канифоли, так как могут расплавиться мелкие элементы клеевой формы.

После затвердения слоя канифоли опоки осторожно разнимают и извлекают полученную модель, представляющую собой пустотелую тонкостенную копию оригинала, которая будет служить выплавляемой моделью.

Формовку пустотелых изделий начинают с изготовления стержня. Стержнем называют часть формовочной смеси, которой заполняют полость формы. Основой стержня может служить металлический каркас, изготовленный из проволоки, диаметр которой зависит от размеров модели. Основой каркаса является более толстый стержень, конец которого выходит из модели. После изготовления каркаса его вводят в полость модели и заполняют формовочной массой. В качестве стержневой, а также формовочной массы для небольших изделий, отливаемых из металлов с невысокой температурой плавления, можно использовать массу на основе гипса и талька или гипса и кварца. В случае применения масс на основе гипса следует помнить, что в этих массах практически отсутствует газопроницаемость, поэтому в процессе формовки нужно сделать дополнительные отверстия для выхода газов, образующихся в момент выплавки модели.

Если выполняется отливка из бронзы, латуни или других металлов с высокой температурой плавления, в качестве стержневой массы используют кварц, кварцевый песок с добавлением конторского силикатного клея. Песок прокаливают при температуре.750-900°С в чугунной емкости, например в сковороде, чтобы в него не попали окислы железа. Жидкого стекла в смеси должно содержаться в пределах 30%, остальное составляет песок.

При отливке больших изделий в формовочную смесь добавляют 1-2% технической буры или борной кислоты, которые, имея собственную температуру плавления 741°С и 575°С соответственно, в момент прокаливания формы плавятся и, обволакивая зерна наполнителя, скрепляют формовочную массу.

Выплавленную модель со стержнем формуют в опоку обычным способом. Модель из канифоли выплавляют в сушильном шкафу, постепенно повышая температуру. Опоку располагают литниковой системой вниз. Через нее будет выходить расплавленная канифоль, поэтому под выходом литниковой системы необходимо поставить емкость. В этом случае стенки формы укрепятся расплавленными частицами канифоли. Когда канифоль полностью стечет, форму прокаливают в муфельной печи. Если ее нет, то это можно проделать в духовке газовой плиты при температуре 350°С, поскольку канифоль начинает обугливаться при температуре 310°С. Образующаяся копоть от сгоревшей канифоли покрывает стенки формы, что улучшает качество отливки.

Целесообразно использовать опоку с дном, модель заформовать обычной формовочной смесью, а верхний слой, не соприкасающийся с моделью, сделать из смеси кварцевого песка или шамотной крошки с жидким стеклом. В момент выплавки модели он будет удерживать всю форму в опоке. Металл, подающийся в форму через литниковую систему, заполнит ее за счет давления собственной массы.

Если пустотелая модель имеет одно отверстие, через которое выходит арматура стержня, после выплавки ее стержень теряет опору и оседает внутри формы.

Чтобы зафиксировать его в нужном положении при изготовлении отливок больших размеров или при отливке изделий, имеющих не просматриваемые места (например, вазы), основной стержень с закрепленной на нем арматурой пропускают через модель насквозь и опирают двумя концами на края опоки, придавая ему строго фиксированное положение.

Оставшиеся после отливки изделия и удаления арматуры отверстия заделывают или в том месте модели, которое находится снизу и как бы опирается на формовочную смесь, сверлят одно или несколько отверстий. Затем изготавливают пробки из металла, из которого будет отливаться изделие. Размер должен соответствовать диаметру отверстий в толще модели. Пробки вставляют в отверстие модели и формуют ее.

Имея такую же толщину, как и модель, металлическая пробка после выплавки модели остается в форме и фиксирует расстояние между стержнем и ее краем. После заливки пробки сплавляются с основным металлом, и от них не остается никаких следов.

Площадь поперечного сечения пробок должна быть такой, чтобы они выдержали массу стержня и не вдавились в формовочную смесь. Следует учесть, что при выплавке модели форму переворачивают, поэтому пробки необходимо ставить и в верхней ее части. В качестве фиксаторов можно также использовать стальные стержни, которые пропускают через всю форму (модель и формовочную смесь). После отливки стержни извлекают, а в образовавшихся отверстиях нарезают резьбу и вкручивают резьбовые пробки. Иногда отверстия раззенковывают и заглушают с помощью заклепок из того же металла - металлических шпилек. Затем эти места тщательно зачищают или зачеканивают.

Оригиналы художественных изделий с относительно плоской поверхностью (медальоны, барельефы) выполняют обычно из мягких материалов - пластилина, глины, воска. Для формовки с них снимают гипсовые модели, при этом обратная сторона модели получается плоской и не повторяет изнутри форму лицевой поверхности. Выполненная по такой модели отливка имеет значительную массу, что нецелесообразно, так как расходуется большое количество металла. Чтобы этого избежать, применяют способ формовки по гипсовой модели с рамкой. В этом случае получают отливку, у которой внутренний рельеф повторяет форму лицевой поверхности, а толщина стенки соответствует толщине рамки и одинаковая по всей поверхности изделия. Формовку с рамкой применяют при изготовлении литейных форм по гипсовым моделям небольшой высоты и с пологими стенками.

Если гипсовая модель имеет высокие вертикальные стенки с малым уклоном, то данный способ применять нежелательно, потому что при формовке вертикальные стенки получаются значительно тоньше верхней, и металл при заливке может заполнить не всю форму, а только верхнюю ее часть.

При формовке с рамкой модель необходимо зафиксировать на подмодельной плите, в качестве которой можно использовать кусок древесностружечной плиты с несколькими просверленными отверстиями. Через них модель крепят шурупами, а в плите также делают отверстия для фиксирующих штырей нижней опоки.

Укрепив модель на плите и установив на нее опоку с подложенной под края рамкой, начинают набивать ее формовочной смесью, тщательно ее утрамбовывая. Толщина рамки будет соответствовать толщине стенок будущей отливки. Заформо-ванную опоку переворачивают вместе с подмодельной плитой и, слегка постукивая по поверхности плиты, аккуратно снимают ее с опоки вместе с рамкой.

После снятия рамки выше опоки образуется выступ из формовочной смеси, который необходимо срезать по всей поверхности опоки до уровня ее края. Таким способом получают отпечаток платформы меньшей высоты модели на толщину рамки, подкладываемой под опоку, и соответствующей толщине стенки будущей отливки. Затем на заформованную опоку устанавливают вторую, и по отпечатку в нижней части набивают верхнюю полуформу с литниковым каналом и выпором.

Верхнюю опоку формуют более тщательно и аккуратно, так как непрочную поверхность песчаной модели можно легко повредить при уплотнении смеси трамбовкой.

Удалив литник, верхнюю опоку снимают и при необходимости исправляют форму. Заформованную нижнюю опоку с рамкой, служившей моделью для верхней полуформы, выбивают и с помощью фиксирующих штырей устанавливают снова на под-модельную плиту в том же положении, в котором она находилась первоначально. Затем набивают ее формовочной смесью, но уже без рамки. После окончания формовки опоку переворачивают, снимают подмодельную плитку с моделью, а обе полуформы собирают. Таким способом получают полость, соответствующую толщине рамки.

Рис. 9. Литейная форма из глины: 1 - литник; 2 - фиксаторы; 3 - форма; 4 - выпоры

Кроме основных способов литья в землю и по выплавляемым моделям, в старину мастера применяли литье в твердые разборные формы. Этим способом отливали ювелирные изделия, пуговицы, декоративные накладки для оружия. Материалом для форм служила глина и мягкие породы известняка. Изготовленные вручную формы из глины состояли из 2-х половин с углублениями для фиксации их относительно друг друга. Полость формы выполняли вручную или формовали по образцу из сырой глины, затем высушивали и обжигали.

Рис. 10. Стяжка литейной формы из глины: 1 - стягивающий винт; 2 - хомут; 3 - форма

Для изготовления таких форм можно использовать огнеупорную шамотную глину или тигельную массу. Шамотный наполнитель для этих масс при выполнении литейных форм должен быть тонкого помола. Нужно помнить, что шамотная глина при высыхании дает значительную усадку - от 7 до 14%. Обжигают глиняную форму в муфельной печи при температуре 900°С, а затем скрепляют две полуформы между собой хомутами, изготовленными из стальной полосы и соединенными с помощью винтов и гаек.

Принцип изготовления литейных форм из известняка такой же, как и из глины. Разница лишь в том, что полость формы набивается резцами. Используя для литейных форм одну из разновидностей известняка - шифер, имеющий плотную структуру и хорошо поддающийся обработке, старинные мастера с помощью гравировки выполняли сложные формы и получали высокохудожественные произведения. В качестве материала для таких форм можно использовать пластины из тигельного графита или графитовых электродов для электроплавильных печей, так как графит хорошо поддаётся обработке резанием. В заготовленных пластинах необходимого размера прилегающие поверхности зачищают мелкой наждачной бумагой, а затем притирают одну к другой. В двух точках пластин просверливают сквозные отверстия, через которые их стягивают болтами и гайками. Отверстия сверлят в тех местах, где они не будут мешать изготовлению формы и литников. После подготовительных операций приступают непосредственно к изготовлению (вырезка и гравировка) литейной формы и литниковой системы.

Перед заливкой металла графитовую форму изнутри необходимо покрыть тонким слоем каолина или мела, разведенных в воде и с добавлением столярного клея, чтобы предохранить ее от выгорания.

После извлечения отливки из формы она обычно имеет некрасивый вид- с пригаром частичек формовочной смеси, всевозможными цветами побежалости и т.д. В этом случае механические загрязнения удаляют с помощью стальной щетки, а затем изделие отбеливают в кислотах и щелочах.

Медь, бронзу, латунь и мельхиор обычно обрабатывают в два приема: сначала выполняют предварительное травление, а потом окончательное или глянцевое. Состав раствора для предварительного травления следующий: азотной и серной кислот - соответственно по 250 мл, натрия хлористого - 0,5 г. Время обработки - 4-5 сек, температура раствора - 20-25°С. Для окончательного травления используют такой раствор: азотной и серной кислот - по 250 мл, соляной кислоты - 5 мл, голландской сажи -1-1,5 г. В этот раствор изделия погружают на 6-8 секунд, затем быстро промывают в воде.

Свинец травят 5 -10% азотной кислотой, цинк и кадмий - 5-20% соляной кислотой, а алюминий - 10-20% раствором едкого натра.

В приведенных составах растворов применяются концентрированные кислоты. Следует помнить, что работа с ними требует особой осторожности, готовить их необходимо под вытяжкой или на улице.

В заключение раздела о художественном литье в условиях индивидуальной мастерской будет полезно познакомить нашего читателя с конкретным человеком, настоящим мастером своего дела, литейщиком-художником Сергеем Поповым и его технологиями, практическими советами.

Уроженец города Борисоглебска Воронежской области, после окончания школы отправился в Подмосковье, где учился в Абрамцевском художественно-промышленном училище имени Васнецова и там же преподавал по специальности "Художественная обработка камни".

Занимался ковкой, тянуло к литейным произведениям.

Сверлильный станок

Заточный станок 2-х сторонний

Станок шлифовально-полировальный.

Рис. 19. Ваза

• Бормашина
• Стол для ручной обработки моделей
• Паяльник
• Пескоструйный аппарат

Формовка восковых изделий

Состав модельной смеси. Смесь воска и парафина, нагретая до 60ºС, взбивается дрелью для насыщения воздухом, затем при помощи специального шприца закачивается в гипсовые разъемные формы. После остывания форма разнимается и из нее извлекается модель. Затем модель обрабатывается. Снимается облой, напаивается паяльником питатель и обмазывается модель.

Обмазка

Для обмазки применяется суспензия, изготавливаемая из этилсиликата, воды и маршалита путем длительного перемешивания составляющих В приготовленную суспензию обмакивается модель, которая затем обсыпается шамотным песком.

После просушки наносятся 5-6 слоев обмазки с интервалом в 2-3 часа.

Для первой-второй обмазки используется более мелкий песок - 0,5 мм зерно, для последующих обмазок - 1-1,5 мм.

После обмазки 5-6 слоями и достаточной просушки модель выплавляется в ванне вытопки при температуре 130ºС.

Заливка

Вытопленные корки прокаливаются до температуры 400-500ºС и в горячие корки заливается металл (латунь, бронза). После кристаллизации бронзы корка аккуратно отбивается.

Питатели отпиливаются. Отлитое изделие очищается от прикипевшей корки струей песка.

Слесарная обработка

Ведется с использованием абразивов различной зернистости. После снятия поверхностного слоя и остатков литников можно приступить к шлифовке, которая производится с помощью резиновых кругов (парапитовых).

Для полировки используются войлочные и тряпочные круги и паста ГОИ.

При слесарной обработке изделий со сложным рельефом, при котором радиус камня не позволяет добраться до многих участков изделия, используется обычная зуботехническая бормашина и металлические и твердоплавкие боры, а также мелкие* абразивы.

Литье в корку имеет ограниченные возможности в размерах, зависит от массы, толщины модели. Поэтому крупные или объемные работы приходится разбивать на мелкие фрагменты, например, подсвечник может состоять из 15-17 деталей (подставка, дужки и т.д.). Все это монтируется на основании при помощи центрального стержня.

В других работах могут быть использованы заклепки, скрутки, различные крепления. В некоторых случаях используется газовая или аргонная сварка.

Литье в корку имеет некоторые особенности, например, ограничено размерами, которые, в свою очередь, определяются возможностью модели.

Перед разливом бронзу необходимо раскислить, добавить фосфоросодержащий сплав. Латунь льется без добавок.

Модельная масса должна быть насыщена воздухом, т.е. содержать воздушные пузырьки, иначе парафиновая модель при вытопке разорвет корку вследствие расширения.

Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) - это промышленный процесс, который также называется литьем по восковым моделям или литьем в разрушаемую форму. Форма разрушается, когда изделие извлекается. Выплавляемые модели широко используются как в машиностроительном, так и в художественном литье.

Область применения

Особенности техпроцесса позволяют применять метод ЛВМ в широком диапазоне: от крупных предприятий до небольших мастерских. Также возможно литье по выплавляемым моделям в домашних условиях, в личных и коммерческих целях для изготовления детализированных фигурок, сувениров, игрушек, деталей конструкций, ювелирных изделий. В качестве наполнителя можно использовать практически все металлы:

• стали (легированные и углеродистые);
• цветные сплавы;
• чугун;
• сплавы, не поддающиеся мехобработке.

Впрочем, технология универсальна - вполне можно изготовить относительно крупные конструкции сложных форм. Для облегчения техпроцесса используют специализированное оборудование для литья по выплавляемым моделям и 3D-моделирование с помощью специализированных программ.

Литье в керамические формы

В зависимости от требований к изделиям используют различные, наиболее подходящие технологии. Точное литье по выплавляемым моделям (ТЛВМ) позволяет получать самые сложные по конфигурации отливки с высокой точностью, с минимальной толщиной стенок и шероховатостью поверхности. Для ТЛВМ восковая модель погружена в жидкую смесь на основе керамики. Керамическая смесь сохнет и формирует оболочку формы для литья. Этот процесс повторяется, пока желаемая толщина не будет достигнута. Затем воск удаляется в автоклаве. Однако этот метод характеризуется высокой стоимостью, продолжительностью технологического процесса, выделением вредных веществ в производственной зоне и загрязнением окружающей среды остатками керамических форм.

Литье в формы из ХТС

Во многих случаях при изготовлении поделок на дому к отливкам сложной конфигурации не предъявляется требование низкой шероховатости, а для ряда художественных отливок поверхность с равномерной шероховатостью не только допустима, но является дизайнерским решением. В этом случае целесообразно применять литье по выплавляемым моделям.

Технология, разработанная для изделий, не требующих гладких поверхностей, достаточно проста. Такую поверхность можно получить литьем в формы из холодно-твердеющих смесей (ХТС). Этот процесс значительно проще, дешевле и экологически чище.

Однако данный метод литья по выплавляемым моделям не позволяет получать сложные отливки с использованием выплавляемых моделей. Это объясняется тем, что при вытопке фигур значительная часть модельного состава остается в полости формы и может быть удалена только прокалкой. Прокалка, то есть нагрев до температуры воспламенения, модельного состава приводит к деструкции смоляного связующего вещества ХТС. При заливке металла в форму с остатками модельного состава происходит их сгорание, приводящее к выбросам металла из формы.

Использование жидкостекольных смесей

Нивелировать недостатки ХТС-технологии при изготовлении некоторых типов отливок позволяет литье по выплавляемым моделям в жидкостекольные смеси с жидким катализатором (ЖСС ЖК). Эти смеси с содержанием жидкого стекла в количестве 3-3,5 % и катализатора около 0,3 % от массы песчаной основы начали применяться за рубежом в начале 80-х и используются до сих пор. По данным исследований, эти смеси в отличие от ЖСС первого поколения отличаются экологической чистотой, хорошей выбиваемостью и незначительным пригаром на отливках.

Литье по выплавляемым моделям: технология

Процесс ЛВМ включает в себя операции подготовки модельных составов, изготовления моделей отливок и литниковых систем, отделки и контроля размеров моделей, дальнейшей сборки в блоки. Модели, как правило, изготавливают из материалов, представляющих собой многокомпонентные композиции, комбинации восков (парафино-стеариновая смесь, природные твердые воски и т.д.).

При изготовлении модельных составов используется до 90 % возврата, собираемого при выплавлении восковых моделей из форм. Возврат модельного состава следует не только освежать, но и периодически регенерировать.

Изготовление моделей состоит из шести этапов:

• подготовки пресс-формы;
• введения в ее полости модельного состава;
• выдержки модели до затвердевания;
• разборки формы и извлечения модели;
• охлаждения ее до комнатной температуры.

Особенности техпроцесса

Сущность ЛВМ заключается в том, что силиконовая или восковая модель выплавляется из заготовки путем нагревания, а освободившееся пространство заполняют металлом (сплавом). Техпроцесс имеет ряд особенностей:

• При изготовлении формовочной смеси широко используют суспензии, состоящие из огнеупорных мелкозернистых материалов, скрепляемых связующим раствором.
• Для заливки металлов (сплавов) применяют неразъемные формы, получаемые путем нанесения на модель огнеупорного покрытия, его сушки с дальнейшим вытапливанием модели и прокаливанием формы.
• Для отливок используются одноразовые модели, так как они разрушаются в процессе изготовления форм.
• Благодаря мелкозернистым огнеупорным пылевидным материалам обеспечивается достаточно высокое качество поверхности отливок.

Преимущества ЛВМ

Преимущества литья по выплавляемым моделям очевидны:

• Универсальность. Можно использовать любые металлы и сплавы для литья изделий.
• Получение конфигураций любой сложности.
• Высокая чистота поверхностей и точность изготовления. Это позволяет на 80-100 % сократить последующую дорогостоящую металлообработку.

Недостатки ЛВМ

Несмотря на удобство, универсальность и достойное качество изделий, не всегда целесообразно применять литье по выплавляемым моделям. Недостатки главным образом связаны со следующими факторами:

• Длительностью и сложностью техпроцесса производства отливок.
• Завышенной стоимостью формовочного материала.
• Большой нагрузкой на экологию.

Пример изготовления изделия на дому: подготовительный этап

Литье по выплавляемым моделям в домашних условиях не потребует глубоких знаний в металлургии. Для начала подготовим модель, которую хотим повторить в металле. В качестве макета сойдет готовое изделие. Также фигурку можно изготовить самостоятельно из глины, скульптурного пластилина, дерева, пластика и других плотных пластичных материалов.

Устанавливаем модель внутри скрепленной струбцинами либо кожухом разборной емкости. Удобно использовать прозрачную пластиковую коробку или специальную пресс-форму. Для заливки пресс-формы воспользуемся силиконом: он обеспечит отличную детализацию, проникая в мельчайшие трещинки, отверстия, впадины и формирует очень гладкую поверхность.

Второй этап: заливка силиконом

Если требуется точное литье по выплавляемым моделям, для изготовления формы без жидкой резины не обойтись. Силикон готовится по инструкции путем смешивания разных компонентов (как правило, двух) и последующего нагревания. Для удаления мельчайших пузырьков воздуха емкость с жидкой резиной целесообразно на 3-4 минуты поместить в специальный портативный вакуумный аппарат.

Заливаем готовую жидкую резину в емкость с моделью и повторно проводим вакуумирование. Для последующего затвердения силикона потребуется время (согласно инструкции). Используемые полупрозрачные материалы (емкостей и самого силикона) позволяют воочию наблюдать процесс формирования пресс-формы.

Извлекаем схватившуюся резину с моделью внутри из емкости. Для этого освобождаем струбцины (кожух) и отделяем две половинки коробки - силикон легко отходит от гладких стенок. Для полного застывания жидкой резины потребуется 40-60 минут.

Третий этап: изготовление восковой модели

Литье по выплавляемым моделям предполагает вытапливание плавкого материала и замещение образовавшегося пространства расплавленным металлом. Так как воск легко плавится, его и используем. То есть следующая задача - сделать восковую копию использованной первоначально модели. Для этого и потребовалось создание резиновой пресс-формы.

Аккуратно разрезаем силиконовую заготовку вдоль и достаем модель. Здесь есть небольшой секрет: чтобы впоследствии точно соединить форму, разрез рекомендуется делать не гладким, а зигзагообразный. Прикладываемые части формы не будут сдвигаться по плоскости.

Заполняем образовавшееся пространство в силиконовой пресс-форме жидким воском. Если изделие готовится для себя и не требует высокой точности сопряжения деталей, можно залить воск отдельно в каждую половину, а затем после застывания соединить две детали. Если необходимо точно повторить силуэт модели, резиновые половинки соединяются, закрепляются и в образовавшуюся пустоту с помощью инжектора закачивается горячий воск. Когда он заполнит все пространство и застынет, разбираем силиконовую пресс-форму, достаем восковую модель и подправляем изъяны. Она послужит прототипом для готового изделия из металла.

Четвертый этап: формование

Теперь необходимо сформировать с внешней поверхности восковой фигуры термостойкий прочный слой, который после вытапливания воска станет формой для металлического сплава. Выберем способ литья по выплавляемым моделям с использованием кристобалитовой смеси (модификация кварца).

Формируем модель в металлической цилиндрической опоке (приспособлении, удерживающем формовочную смесь при ее уплотнении). Устанавливаем в опоку припаянную модель с литниковой системой и заливаем смесь на основе кристобалита. Чтобы вытеснить воздушные карманы, помещаем в вибровакуумный аппарат.

Финальный этап

Когда смесь уплотнится, остается выплавить воск и залить в освободившееся пространство металл. Процесс литья по выплавляемым моделям в домашних условиях лучше осуществлять с использованием сплавов, плавящихся при относительно невысоких температурах. Отлично подойдет литейный силумин (кремний + алюминий). Материал износостойкий и твердый, однако отличается хрупкостью.

После заливки расплавленного силумина ждем, когда он застынет. Затем извлекаем изделие из окопки, удаляем литник и очищаем от остатков формовочной смеси. Перед нами - практически готовая деталь (игрушка, сувенир). Дополнительно ее можно отшлифовать и отполировать. Если в канавках намертво застряли остатки литейного производства, их нужно удалить бормашиной или другим инструментом.

Литье по выплавляемым моделям: производство

Немного иначе проводится ЛВМ для изготовления ответственных деталей, имеющих сложную форму и (или) тонкие стенки. На отливку готового металлического изделия может уйти от недели до месяца.

Первый шаг - заполнить воском форму. На предприятиях для этого часто применяют алюминиевую изложницу (аналог рассматриваемой выше силиконовой пресс-формы) - полость, имеющую форму детали. На выходе получают восковую модель чуть больших размеров, чем конечная деталь.

Далее модель послужит основой для керамической пресс-формы. Она также должна быть чуть больше итоговой детали, так как металл после остывания сожмется. Затем, используя горячий паяльник, к восковой модели припаивают специальную литниковую систему (также из воска), по которой раскаленный металл польется в полости формы.

Изготовление керамической пресс-формы

Далее восковую конструкцию опускают в жидкий керамический раствор, называемый шликером. Делается это вручную, дабы избежать дефектов в отливке. Для прочности шликера керамический слой укрепляют напылением мелкого циркониевого песка. Только после этого заготовку «доверяют» автоматике: специальные механизмы продолжают поэтапный процесс напыления более крупного песка. Работы продолжаются, пока керамо-песчаный прочный слой не достигнет заданной толщины (как правило, 7 мм). На автоматизированных производствах на это уходит 5 дней.

Литье

Теперь заготовка готова для выплавления воска из пресс-формы. Ее помещают на 10 минут в автоклав, заполненный горячим паром. Воск растапливается и из оболочки полностью вытекает. На выходе получаем керамическую форму, полностью повторяющую форму детали.

Когда керамо-песчаная форма затвердеет, проводят литье металлов по выплавляемым моделям. Предварительно форму нагревают 2-3 часа в печи, дабы она не потрескалась при заливке раскаленных до 1200 ˚C металлов (сплавов).

В полость формы поступает расплавленный металл, который в дальнейшем оставляют остывать и твердеть постепенно, при комнатной температуре. Для остывания алюминия и его сплавов требуется 2 часа, для сталей (чугуна) - 4-5 часов.

Финишная обработка

Собственно литье по выплавляемым моделям на этом заканчивается. После застывания металла заготовку помещают в специальную вибромашину. От щадящей вибрации керамическая основа растрескивается и осыпается, металлическое же изделие своей формы не меняет. В дальнейшем проходит окончательная обработка металлической заготовки. Вначале отпиливают систему заливки металла, а место ее контакта с основной деталью тщательно шлифуют.

В завершение контролеры проверяют, чтобы размеры изделия соответствовали заданным на чертеже. Алюминиевые детали измеряют холодными (при комнатной температуре), стальные предварительно нагревают в печи. Специалисты используют для контрольно-измерительных работ различные инструменты: от простых шаблонов до сложных электронных и оптических систем. Если выявляется несоответствие параметрам, деталь либо направляют на доработку (исправимый брак), либо на переплавку (неустранимый брак).

Литниковая система

Конструкция литниково-питающей системы играет в ЛВМ ведущую роль. Это связано с тем, что она выполняет три функции:

• При изготовлении оболочек литейных форм и блока моделей литниковые системы являются несущими конструкциями, удерживающими на себе оболочку и модели.
• Через систему каналов литника жидкий металл при заливке подводится к отливке.
• При затвердевании система выполняет функцию прибыли (питающего элемента, компенсирующего усадку металла).

Оболочка отливки

В процессе ЛВМ ключевым является создание слоев оболочки формы. Процесс изготовления оболочки состоит в следующем. На поверхность блока моделей, чаще всего окунанием, наносят сплошную тонкую пленку суспензии, которую далее обсыпают песком. Суспензия, налипая на поверхность модели, точно воспроизводит ее форму, а песок обсыпки внедряется в суспензию, смачивается ею и фиксирует состав в виде тонкого облицовочного (первого или рабочего) слоя. Образуемая кварцевым песком нерабочая шероховатая поверхность оболочки способствует хорошему сцеплению последующих слоев суспензии с предыдущими.

Важными показателями, определяющими прочность формы, являются вязкость и жидкотекучесть суспензии. Вязкость можно регулировать введением определенного количества наполнителя (наполненностью). При этом с увеличением наполненности состава толщина прослоек связующего раствора между частицами порошка уменьшается, снижается усадка и вызываемые ею негативные эффекты, а также повышаются прочностные свойства оболочки формы.

Используемые материалы

Материалы для изготовления оболочки подразделяются на следующие группы: материалы основы, связующие, растворители и добавки. К первым относятся пылевидные, применяемые для приготовления суспензий, и пески, предназначенные для ее обсыпки. Ими служат кварц, шамот, циркон, магнезит, высокоглиноземистый шамот, электрокорунд, хромомагнезит и другие. Широко используется кварц. Некоторые материалы основы оболочки получают в готовом к употреблению виде, а другие предварительно сушат, прокаливают, размалывают, просеивают. Существенным недостатком кварца являются его полиморфные превращения, которые протекают при изменении температуры и сопровождаются резким изменением объема, в итоге приводящим к растрескиванию и разрушению оболочки.

Плавный подогрев форм с целью снижения вероятности растрескивания, который проводят в опорном наполнителе, способствует увеличению длительности технологического процесса и дополнительным энергетическим затратам. Одним из вариантов снижения растрескивания в ходе прокаливания является замена пылевидного кварцевого песка как наполнителя на диспергированный кварцевый песок полифракционного состава. При этом улучшаются реологические свойства суспензии, повышается трещиноустойчивость форм и снижается брак по засорам и пробою оболочек.

Вывод

Метод ЛВМ получил широчайшее распространение. Его применяют для получения сложных деталей в машиностроении, при производстве оружия, сантехники, сувенирной продукции. Для изготовления украшений из драгоценных металлов используют ювелирное литье по выплавляемым моделям.

В прошлый раз (вы можете найти эту статью в ) я лил , т.е. вырезал модель из пенополистирола и просто засыпал песком. И некоторые из вас подметили, что к процессу я отнесся довольно небрежно. Все верно, целью было просто опробовать технологию и я совсем не заморочился с качеством отливки. Признаю это. В этот раз я постараюсь сделать все более аккуратно. Весь процесс с пояснениями есть на видео, но я так же распишу все сейчас и в текстовом формате. Поэтому, приятного просмотра и прочтения!

Многие кустарные источники пишут, что нужно смешать то-то и то-то «по вкусу», т.е. предлагают выяснять все опытным путем. Это неплохой для понимания, но долгий для получения результата процесс. Поэтому я нашел неплохой учебник-методичку по художественному литью в песок («Художественное литье: учебное пособие для учащихся средних профессионально-технических училищ» , Борис Никитич Зотов, 1982 г.). Я не претендую на какой-то профессионализм. Нет-нет! Это вообще моя первая отливка по технологии из этого учебника. Я тот еще кустарь, поэтому, все советы и обоснования ошибок от вас я приму с честью и буду рад, если вы поправите меня! Да и дочитал я лишь до части формовки смеси. Уже после отливки выяснил пару моментов по расплаву и термической обработки отливки…

И так, поехали.

Из инструментов и прочего нам понадобится:

• емкость для смешивания всего и вся;
• мешалка (тут можно обойтись и руками, но если она у вас есть- хорошо);
• заранее изготовленные рамки для формовки, чтобы половинки формы ровно стыковались без смещения;
• печка;
• сито для просеивания песка и глины;
• мерный стаканчик, либо глаз-алмаз;
• кисточка для нанесения талька и очистки формы;
• модель, которую будем отливать;
• пара отрезков труб или банок или чего угодно диаметром 80-100 мм и высотой 50-80 мм (для формовки литников, тут так же можно обойтись и руками- слепить бублик, но с банками будет аккуратнее и проще =)
• тонкостення трубка диаметром 20+- мм. для формовки литников;
• слесарный для обработки отливки;
  (список собрался довольно емкий, но все инструменты пустяковые и большая их часть может найтись в хозяйстве).

Необходимые в процессе материалы:

• сам под заливку (в моем случае алюминий);
• песок кварцевый (речной тоже подойдет, но форма будет менее прочной);
• бентонитовая глина;
• вода;
• тальк \ угольная пыль \ графит.

Для изготовления формовочной смеси нам понадобится:

• просеянный кварцевый песок в количестве, чтобы можно было заполнить нашу форму и литники. Примем песок как целую часть- единица (1) или 100% для удобства расчета;
• бентонитовая глина. Ее нам понадобится 0.15-0.20 (15-20%) от общей массы песка;
• вода. Влажность смеси должна оставлять около 0.06 (6%) от общей массы песок+глина (да-да, брал песок за целую часть, а теперь уже целая часть это песок+глина).

Сперва смешиваем просеянный песок с просеянной глиной.

Хорошо смешиваем на сухую. Иначе, если делать это одновременно с водой, вы намучаетесь в попытке разбить комки сырой глины.

Для увлажнения смеси удобно пользоваться распылителем. Он позволит равномерно распределить влагу, но если его нет, то просто добавляйте воды по чуть-чуть.

Уделите достаточно времени для перемешивания смеси. Она должна получиться однородной и быть полностью смочена водой (тех 6 процентов с лихвой хватит на это)

После того, как все смешно, наша смесь почти готова к формовке! Нужно лишь дать ей настояться, для того чтобы влага распределилась равномерно. Оставьте в покое смесь на 1 час или даже 2. Этим эта смесь и хороша — она проста в изготовлении и никуда спешить не нужно и в случае несоблюдения пропорций, всегда это можно исправить досыпав недостающей части песка или глины.

По прошествии часа, смесь значительно изменяет свои свойства в лучшую сторону- меньше липнет к рукам и хорошо сохраняет форму, если сжать горстку в кулак (Это, кстати, народный способ проверить качество смеси- возьмите горстку получившейся смеси в руку и сожмите ее. А когда разожмете руку, то смесь должна повторить изгибы пальцев и ладони. После чего попробуйте сломать ее пополам. Если комок сломается ровно пополам и не рассыпется — это то. что нам и нужно)

Теперь переходим к процессу формовки.

Устанавливаем заготовленную рамку на ровную поверхность и насыпаем смесь в форму. Не спешите засыпать все и сразу. Насыпьте треть и утрамбуйте ее, чтобы песок заполнил все уголки формы. Я сперва делаю песчаное дно — засыпаю песок, трамбую его, а потом засыпаю форму целиком без трамбовки и вдавливаю в рыхлый песок модель. Перед установкой модели, неплохо было бы ее посыпать тальком, чтобы она не прилипала к смеси. Пальцами утрамбовываю по периметру и досыпаю по необходимости смесь. Было бы проще, если бы модель делилась пополам, но это другая история. У нас есть конкретный пример. Поэтому и последовательность именно такая. Трамбовать удобно небольшим деревянным бруском — он достаточно прочный и тяжелый для комфортного процесса. После чего этим же бруском выравниваем поверхность. Модель должна засыпаться ровно по центру,так как имеет скругления. Чтобы при ее вынимании форма не разрушилась, пришлось немного напрячься, но я справился. Справитесь и вы!

Когда первая половина формы утрамбована и выровнена, постукивая тем же бруском по форме расшатываем ее слегка и пробуем вынимать. Все извлеклось хорошо, а форма отпечаталась как надо? Хорошо, тогда время вернуть модельку в форму и пройтись кисточкой с тальком или графитом по всей площади поверхности формы и модельке в том числе. Это необходимо для того, чтобы вторая половина формы не прилипла к модели и нижней половинке формы.

Вторую часть трамбовать проще — просто подсыпаем песок и равномерно трамбуем, пока не заполним все целиком.

Важно помнить, что если трамбовка будет недостаточной и смесь останется рыхлой, то она разрушится еще до литья или в процессе заливки. Если трамбовать чрезмерно сильно, то песок спрессуется и газопроницаемость формы будет плохой, что может привести к браку отливки, так как пары и газы будут плохо удаляться из формы в процессе литья.

Аккуратно снимаем верхнюю половину и смотрим что у нас получилось. С первой половинки моделька должна выходить хорошо (ведь мы ее уже вынимали). Со второй половинки точно так же, с постукиваниями, вынимаем модель. Осматриваем результат и если он нас устраивает, значит у нас получилось и осталось совсем немного перед отливкой.

Теперь нужно проделать заливные отверстия в форме. С этим отлично справится тонкостенная трубка (я использовал трубу от пылесоса). У меня немного не хватило высоты рамок и часть модели виднелась снаружи. Это место и стало одним из двух литников.

Так же важно сделать песочные воронки, через который будет поступать металл в форму. Они нужны для удобства литья, а так же для того, чтобы при остывании подпитывать отливку металлом при усадке. На некоторых сплавах усадка особенно заметна.

Воронки можно формовать как руками, так и используя подручные формы (я использовал кофейные банки и все ту же трубку от пылесоса).

Процесс формовки закончился. И форма пригодна для литья. Убираем модель, продуваем песчинки, которые могут попасть в отливку и собираем форму на место, где будет проходить заливка.

Дело за малым — разжечь печь, расплавить алюминий и залить.

Так как основной объем статьи посвящен именно формовки, тут я пройдусь совсем коротенько. В видео я сказал, что нужно добавлять соды и соли, так делают все кустари. Но, один из зрителей на канале поправил меня и обосновал свой ответ. Поэтому спешу поправиться, сода в расплаве не нужна. В последующих отливках я ощутил разницу. Без соды металл залился с меньшим количеством пор и значительно лучше обрабатывался (не засорял фрезы). Поэтому, когда алюминий в тигле расплавится, нужно добавить соли, чтобы металл очистился от шлаков. Всю грязь собравшуюся на поверхности я собрал ложкой и залил металл в форму. Через небольшой промежуток времени я вынул отливку.

ТИПОВЫЕ СОСТАВЫ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

Формовочные смеси для форм стальных отливок

Основными требованиями, предъявляемыми к этим смесям, являются прочность и высокая термохимическая устойчивость, что особенно важно при производстве крупных отливок. Некоторые составы формовочных смесей из высокоогнеупорных материалов для крупных стальных отливок приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Составы формовочных смесей для крупных стальных отливок

	Состав смеси, %		Влажность, %	Газопрони-цаемость	Предел прочности при сжатии по-сырому, кПа
	Связующие материалы	огнеупорные материалы
Крупные, массой более 5000 кг; толщина стенки	стекло 7,5	Хромомагнезитовый
Особо крупные и тяжелые, массой более 5000 кг		Хромистый железняк
Из легирован- ной стали	крепитель	Цирконовый песок 100

Для повышения прочности и термохимической устойчивости формы крупных стальных отливок подвергают сушке. Однако эта операция удлиняет технологический цикл, поэтому широко используют поверхностную подсушку форм и быстротвердеющие смеси. Применение быстротвердеющих и самотвердеющих смесей в производстве крупного стального литья – одно из основных направлений развития и совершенствования технологии изготовления форм.

Хромомагнезитовые формовочные смеси на жидком стекле (таблица 1, строка 1) обладают высокой термохимической устойчивостью и применяются для изготовления форм крупных отливок из нержавеющих и жаропрочных сталей. Хромомагнезитовые смеси на жидком стекле имеют несколько меньшую податливость, чем аналогичные смеси на лигносульфонате техническом (ЛСТ). Поэтому стержни и выступающие части формы, препятствующие усадке отливки, изготовляют из смеси на ЛСТ.

Недостатком хромомагнезитовых смесей является низкая газопроницаемость, вследствие чего толщина облицовочного слоя не должна превышать 10 – 15 мм, чтобы исключить образование в отливках газовых раковин.

Хромомагнезитовые смеси приготовляют из отходов хромомагнезитового кирпича, содержащего 15 – 20% С r 2 O 3 и не менее 42% MgO . После дробления и разлома в бегунах хромомагнезитовый порошок просеивают через сито со стороной ячейки 0,8 – 1,5 мм. Для приготовления смесей для крупных отливок остаток на двух последних ситах и тазике должен быть 30-35%. Для мелких и средних отливок рекомендуется более мелкий помол (остаток на тех же ситах 35-40%).

Смеси на основе хромистого железняка (таблица 1, строка 2)применяют для форм отливок массой до 160 т с толщиной стенки не более 70 мм из углеродистых и специальных сталей. Хромистый железняк дробится и просеивается через сито с ячейками 1,0 – 1,5 мм. Просеянный хромистый железняк должен содержать не более 30 – 40% пылевидной фракции. Из полученного песка в бегунах готовится формовочная смесь влажностью 6 – 7%. Дополнительные связующие материалы можно не вводить, т.к. после сушки образуется плотная корка. Если прочность недостаточна, то в состав смеси вводят 0,75 – 3,0% ЛСТ. Толщина облицовочного слоя смеси зависит от толщины стенки, массы, конфигурации отливки и выбирается в пределах 25 – 150 мм.

Использование облицовочных смесей связанно с рядом производственных неудобств – большим расходом хромистого железняка, отслаиванием облицовочного слоя формы, при формовке в почве и на встряхивающих машинах облицовочная смесь перемешивается с наполнительной. Поэтому часто формы облицовывают пастами из хромистого железняка. Для отливок массой 1,5 – 2 т толщина слоя пасты должна быть 1,5 мм, а для отливок массой 30 т и более толщина слоя 2 – 4 мм. В качестве связующего в составе пасты используют патоку (10-12%) и декстрин (0,1 – 2,0%). На формы крупных и толстостенных отливок пасту наносят в два слоя.

Цирконовые формовочные смеси (таблица 1, строка 3)позволяют получать высокую чистоту поверхности отливок, но вследствие дороговизны песка применяются редко, только при изготовлении особо ответственных отливок.

Быстротвердеющие жидкостекольные песчано-глинистые смеси занимают доминирующие положение в производстве отливок, как из углеродистых, так и из легированных сталей. Переход с песчано-глинистых на жидкостекольные смеси сокращает производственный цикл, способствует увеличению роста выпуска отливок на одного рабочего и обеспечивает получение отливок высокого качества. Однако при этом увеличивается расход свежих материалов. На практике часто для форм стальных отливок применяют облицовочные быстротвердеющие смеси, составы которых приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Составы облицовочных быстротвердеющих смесей с жидким стеклом для форм стальных отливок

	Состав смеси в вес, %
	Отработанная	Песок К02,	порошко-образная	Общее глино-
назначения
	Влажность, %		Газопрони-цаемость	Предел прочности, кПа/м 2
				на сжатие (по-сырому)		на разрыв (по-сухому)
назначения

Песчано-глинистые формовочные смеси применяют для изготовления отливок из углеродистой стали малой и средней массы (таблица 3).

Таблица 3 – Составы песчано-глинистых формовочных смесей для форм стальных отливок

	Характеристика отливки	Состав смеси, % вес.						Влажность, %	Газопроницае-мость	Предел прочности при сжатии во влажном состоянии,
		Отработанная	Кварцевый		Общее глино-содержание
формовки по-сырому	Масса до 100 кг, толщина стенки до 25 мм
	Масса 100-500 кг, толщина стенки до 25 мм
	Масса до 500 кг, толщина стенки до 50 мм
	Масса до 5000кг, толщина стенки до 50 мм
	Склонна к горячим трещинам; толщина стенки до 80 мм
для формовки по-сырому	Масса до 100 кг
* В смесь вводят до 8% (объем.) древесных опилок.

Тонкостенные отливки массой до 500 кг получают во влажных формах, ответственные и более тяжелые отливки – в сухих формах. Для крупных отливок, массой более 5000 кг, и средних отливок со стенкой толщиной более 50 мм облицовочную смесь приготовляют только из свежих материалов и в качестве противопригарного материала вводят до 30% маршалита.

Для стальных отливок формовочные смеси готовят из крупнозернистого кварцевого песка, чтобы увеличить огнеупорность смеси. После сушки формы красят маршалитовой краской.

Качество стальных отливок улучшится при использовании бентонитовых смесей, влажностью 4 – 5% с небольшими добавками органических связующих (ЛСТ, древесного пека, ГТФ и др.) (таблица 4).

Таблица 4 - Типовые составы песчано-бентонитовых смесей, применяемых для формовки по-сырому при изготовлении стальных отливок

Смесь и способ формовки		Состав формовочной смеси, %				Влажность, %	Газопроницаемость	прочности при сжатии, кПа
		Оборотная смесь	Кварцевый песок	Бентонит
Единая для автоматических пескодувно-прессовых линий формовки типа Дисаматик					0,05-0,10 крахма-листые
Единая для автоматической формовки прессованием	Мелкие и средние				0,05-0,10 крахма-листые 0,01-0,03 ПАВ
Единая для машинной формовки встряхиванием с подпрессовкой	Мелкие и средние				0,04-0,08 крахма-листые
Облицовочная для машинной формовки встряхиванием с подпрессовкой					0,01-0,03 ПАВ

Во влажных формах с бентонитовой облицовочной смесью можно получать ответственные отливки массой до 1000 кг со стенками толщиной 20 мм и более. При введении в облицовочную смесь жидкого стекла во влажных формах можно изготавливать отливки массой более 2000 кг.

Жидкие самотвердеющие (ЖСС) и быстротвердеющие смеси открывают большие возможности для механизации процессов формовки, улучшения санитарно-гигиенических условий труда, повышения точности отливок и снижения трудоемкости изготовления формы.

Формовочные смеси для чугунных отливок (таблица 5)

В массовом производстве с высокомеханизированным смесеприготовительным отделением рекомендуется использовать единые формовочные смеси. В формах из единой смеси изготовляют детали автомобилей, тракторов, детали станкостроения и автодорожного машиностроения, к которым предъявляют повышенные требования по качеству и чистоте поверхности.

Таблица 5 - Составы песчано-глинистых формовочных смесей для форм чугунных отливок

Состав смеси в вес. %

Влажность, %

Газопроницаемость

Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, кПа

Формовка

Масса, кг

Толщина стенки, мм

Зерновой

Облицовочная

Обработанная смесь

Свежие материалы

Каменный.уголь

Древесные опилки

Отработанная смесь

Свежие материалы

Каменно-угольная пыль

По-сырому

По-сухому

Кирпичные формы и стержни

На разрыв в сухом состоянии

Единая смесь приготовляется из отработанной смеси с добавлением свежих материалов (кварцевого песка и огнеупорной глины). Замена огнеупорной глины бентонитом (таблица 6) резко улучшает качество отливок. в состав единой смеси в качестве упрочняющих и противопригарных добавок вводят каменноугольную пыль (0,5 – 1,5%), древесный пек (до 1 %), ЛСТ (до 2%) и др.