Формовочный песок для литья состав. Гипсовая смесь для изготовления форм точного литья. Материалы для изготовления моделей

Литейное производство достаточно простой и широко распространенный технологический процесс для получения отливок различного размера и разнообразной формы. Получение деталей методом литья практикуется в автомобилестроении, станкостроении, вагоностроении и многих прочих отраслях машиностроения. Для получения полых или с множеством отверстий отливок используются стержневые и формовочные смеси различных составов. Экономически обосновано использование песчано-глинистых форм при массовом производстве.

Состав смесей зависит от:

• способа формовки:
  1. ручная;
  2. машинная;
• типа металла:
  1. сталь;
  2. чугун;
  3. цветной металл и его сплавы;

• типа производства:
  1. единичное;
  2. серийное;
  3. массовое;

• типа литья;
• технологического оснащения.

Материалы, которые используются для получения формовочных смесей, подразделяются на следующие группы:

• песчаник;
• различные сорта глины;
• вспомогательные:
  • связующие материалы;
  • противопригарные смазки и покрытия;
  • огнеупорные;
  • специальные.

Глинистые пески могут содержать глины в своем составе до 50%. Делят их по количеству содержания глины на:

• тощие – до 10%;
• полужирные – до 20%;
• жирные – до 30%;
• очень жирные – до 50%.

Также используются кварцевые пески. Силикатная основа позволяет принимать в форму расплав, температура которого достигает 1700С.

Получение отливок высокого качества требует использования противопригарных покрытий и материалов мелкой фракции, чтобы предупредить образование в форме пор.

Виды и состав смесей

К формовочным смесям для литья предъявляются следующие требования:

• механическая прочность;
• теплопроводность;
• газовая проницаемость;
• огнестойкость;
• теплоемкость.

Формовочные и стержневые смеси обладают одинаковыми свойствами. Но к стержням предъявляются более высокие требования, потому что на него расплавленный металл оказывает более сильное давление.

Формовочные смеси делятся на три типа:

1. единые;
2. облицовочные;
3. наполнительные.

Единая смесь предназначается для наполнения всего объема литейной формы. В полном объеме используется при машинной формовке при выпуске отливок в большом количестве. Для ее приготовления используется большой объем еще неиспользовавшихся материалов.

Облицовочная смесь предназначена для получения слоя формы, контактирующего непосредственно с расплавом. Его толщина зависит от типа смеси и тяжести отливки и составляет 20-100 мм. Для того чтобы дополнить оставшийся объем используется наполнительная смесь.

Состав формовочной смеси напрямую зависит от формы и метода ее изготовления. Формирование песчано-глинистых форм происходит двумя способами, в результате которых получаются сухие и сырые формы. Для их податливости при формировании в смесь вводятся сгорающие наполнители – торф или древесные опилки. В состав подсушиваемых форм кроме глины и песка закладываются крепитель, измельченный асбест и барда.

Кроме них используются:

• быстро отверждающиеся;
• самостоятельно отверждающиеся;
• твердеющие при химическом преобразовании;
• жидкостекольные составы.

В быстро отверждающихся смесях связкой выступает жидкое стекло. Если для сушки жидкого стекла необходима теплая продувка, то в данном случае отвердение происходит за счет феррохромового шлака.

Самостоятельно отверждающиеся составы в первоначальном состоянии жидкие. Затем в них вводятся ПАВ и песочный наполнитель. Такой состав сохраняет текучесть не более 10 минут. Поэтому они приготавливаются на формовочных участках.

Химически отверждающиеся смеси имеют малый срок жизни. В следствие чего в смесь добавляется едкий натр.

Жидкостекольные разновидности после формирования подвергаются сушке продуванием углекислым газом. В процессе сушки протекают химические реакции: образование кремниевой кислоты и углекислого натрия.

Для изготовления стержня, например, первого класса, смесь целиком состоит кварца и крепителей. Для формовки крупных стержней используется 1/3 часть использованного и восстановленного состава.

Температура плавления цветных металлов значительно ниже, чем у сталей и чугунов. Из-за чего формовочные смеси имеют меньшую огнеупорность. Для литья бронзы и медных сплавов формовочные составы готовят при использовании глинистого песка П класса. Такие наполнители как борная кислота, серный цвет или фтористая присадка используются для литья алюминия. Они препятствуют активному окислению расплава.

Требуемые свойства

Для получения качественной отливки необходима литейная форма, изготовленная из ингредиентов, подобранных под разлив определенного металла. Формовочная смесь для литья должна обладать определенной влажностью. При малой влажности форма склонна к осыпаемости, что затрудняет формовку.

Плохая газовая проницаемость провоцирует образование в отливке дефектов — газовых пор и раковин. Из-за чего необходим песок крупной фракции (более 50%).

Литье в песчано-глинистую форму

Высокая прочность формы и стержня не позволяет изменять геометрию отливки. Чтобы ее получить применяются специальные связующие материалы.

Приготовление смесей

Процесс приготовления формовочных и стержневых смесей проводится в три этапа. Первый этап — подготовительный. Здесь происходит подготовка еще неиспользованных материалов. Проводится сушка, дробление и последующее просеивание.

На втором этапе происходит подготовка отработанного состава. Это позволяет экономить на материалах. Процесс начинается на охладительных барабанах. Происходит выбивка, размельчение, охлаждение.

Формовочные смеси для литья готовятся на третьем этапе в смесителях. Широкое применение нашли катковые модели. Они используются для приготовления таких составов как:

• единые;
• стержневые смеси;
• облицовочные;
• с добавками:
  • вязкие;
  • жидкие;
  • пылевидные.

При больших объемах выпуска производство автоматизировано. Механизация процессов отражается на снижении себестоимости продукции.

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.

К атегория:

Производство точных отливок

Получение точных отливок из алюминиевых, магниевых и медных сплавов по постоянной модели

В гипсовых формах изготовляют отливки только определенной массы. Особо сложные отливки получают в оболочковых керамических формах. Согласно сообщениям некоторых специализированных фирм (Canadion-Marconi, Sterling Metals Limited, Munetto) керамические формы более выгодны для отливок, имеющих очень большую разностенность.

Преимущества гипсовых форм для литья алюминиевых сплавов приводятся в работах.

Гипсовые формовочные смеси. Связующим в этих смесях является гипс, качеству которого придается большое значение. Для гипсовых форм пригоден только такой гипс, который при затвердевании не дает усадку. Гипсовые формовочные смеси имеют следующий ориентировочный состав, %: 30-100 гипса, 5-40 асбеста, 19-30 талька, 5-80 кварцевой муки, 0-10 гончарной глины, 33 молотого кирпича, 0-50 кварцевого песка, 70 кристобалита, 0-1,5 извести, 0-5 портландцемента, 0,25- 3,0 бромистого аммония.

Гипсовые формовочные смеси замешивают на воде до сметано-образного состояния в следующих соотношениях компонентов: 0,35 ч. воды на 1 ч. смеси. Отдельные присадки в гипсовые смеси влияют на их свойства следующим образом: молотый асбест повышает пористость; если асбест используют в волокнистой форме, то улучшаются механические свойства формы. Молотый асбест должен иметь соответствующую зернистость. Кварцевая мука снижает объемные изменения гипсовой смеси во время затвердевания, прокаливания и охлаждения формы. Тальк и кварцевый песок, как инертные наполнители, компенсируют объемные изменения. Известь и цемент стабилизируют объемные изменения формы. Бромистый аммоний при обжиге форм разлагается на газообразные вещества и способствует повышению газопроницаемости форм.

Помимо указанных присадок вводят также много других, применяемых значительно реже: борную кислоту в количестве от 1 до 2% и буру 0,35-0,5%, способствующих быстрому отверждению смеси. Жидкое стекло повышает прочность и сопротивление форм против истирания. Альгинат натрия в количестве 0,1-0,5%, карбонат натрия (0,1-0,5%), формалин регулируют скорость отверждения. Алюминат кальция в количестве 2,5-12% и окись цинка замедляют отверждение и придают формам большую прочность. В качестве присадки для повышения прочности форм используют также добавки окислов алюминия, железа и т. п.

Гипсовые формы должны иметь следующие основные свойства: достаточную прочность и сопротивление истиранию; достаточную газопроницаемость; возможно наименьшие объемные изменения.

Перечисленные свойства обеспечиваются составом смеси и способом ее приготовления. Наибольшее влияние на свойства смеси (помимо ее состава) оказывает вязкость гипсовой массы, определяемой соотношением сухих компонентов и воды. В результате исследований авторов оказалось, что количество воды на 1 кг формовочной смеси не должно превышать 0,8 л, иначе формы будут иметь низкую прочность, высокую газопроницаемость и при сушке большую усадку; наилучшим является соотношение 0,45- 0,55 л воды на 1 кг смеси. При меньших количествах воды гипсовая смесь очень густая и заливать ею сложные модели трудно; в такую смесь замешивается много воздушных пузырьков. Если соотношение приближается к 0,8 л воды на 1 кг смеси, то отверждение смеси резко замедляется и она даже через 48 ч остается мягкой. Это относится к гипсовой смеси, состоящей из 50% гипса «Rocasso», 30% асбестовой крошки и 20% кварцевой муки.

На свойства гипсовых форм еще влияют температура и время перемешивания формовочной смеси. Для указанной гипсовой смеси лучше всего применять воду с температурой 50-52 °С; при этой температуре формы имеют максимальную прочность, сопротивление истиранию, газопроницаемость и постоянство объема. Время перемешивания гипсовой смеси не должно превышать 3 мин. Более быстрое или более длительное перемешивание приводит к усадке гипсовых форм.

Несмотря на то, что гипсовые формы имеют в составе смеси вещества для повышения газопроницаемости, все же ее величина недостаточна, и поэтому получаются отливки с дефектами, например неслитинами.

Газопроницаемость можно повысить тремя способами:

1) присадкой в формовочную смесь таких веществ, которые после отверждения и нагрева формы газифицируются и удаляются из нее и за счет этого повышают газопроницаемость. Чаще всего для этих целей используют хлорид или бромид аммония;

2) нагревом в автоклаве (способ Antioch). При нагреве во влажной атмосфере при температуре 90° С гипс (дигидрат кальция) переходит в полугидрат , так как при этой температуре дигидрат является неустойчивой формой сульфата кальция. Вода, выделившаяся при разложении дигидрата кальция, растворяет полугидраты до насыщения. Так как растворимость полугидратов с увеличением температуры снижается, то в автоклаве поддерживается низкое давление (от 0,07 до 0,2 МПа). После выдержки (6 ч) формы в автоклаве ее охлаждают во влажной атмосфере. Поверхность формы охлаждается быстрее, чем внутренняя ее часть, поэтому в наружных слоях формы выделяются мелкие кристаллы дигидрата, а во внутренних частях формы - крупные. В такой форме с мелкозернистым поверхностным слоем и пористой внутренней частью газопроницаемость существенно выше;

3) вспениванием смеси (способ Gypsum Hydroperm). Сущность способа в том, что в гипсовые смеси добавляют вспениватель. В смесь вводят вещества, например, карбонат и разбавленную кислоту или перекись водорода и аммиачную воду. Между ними при перемешивании смеси идут реакции с выделением большого объема газа. Можно вводить в гипсовую смесь органические пенообразователи, которые при перемешивании захватывают воздух и хорошо его стабилизируют во всем объеме. Отвердевшая гипсовая форма насыщена мелкими газовоздушными пузырьками, что увеличивает газопроницаемость формы; условно назовем этот способ механическим вспениванием. Для каждого из этих способов существует своя технология.

В первом случае газопроницаемость повышается только после нагрева до температуры, при которой из формы практически удалена вся вода (и свободная, и связанная). При нагреве в автоклаве и при механическом вспенивании формовочной массы пористость образуется в тот момент, когда в форме имеется вся вода, как химически связанная, так и свободная.

Формы, у которых газопроницаемость повышают по первому способу, содержат в исходной гипсовой смеси вещества, которые образуют пористость тотчас после затвердевания массы. Это необходимо для того, чтобы облегчить отвод водяных паров при последующей термообработке. Механически удаляется вода при температуре 85-96 °С. Сушить форму следует осторожно, так как пористость весьма невелика и при образовании больших объемов водяного пара может произойти ее повреждение. Минимальное время нагрева до указанной температуры составляет 8 ч. Затем следует нагрев до 200-220 °С, при котором удаляется большая часть связанной воды. Скорость нагрева 50 °С/ч. При этой температуре формы выдерживают до 12 ч. Затем следует нагрев до 380 °С с той же скоростью, чтобы разложить аммониевые соли. Выдержка при этой температуре 5 ч. Далее формы охлаждают при 100 °С их извлекают из печи и подготовляют к заливке.

При изготовлении гипсовых форм, подлежащих нагреву в автоклаве или вспениванием, ‘в смесь не вводят присадки, повышающие газопроницаемость, такие, как асбест, стеклянная вата. Они в данном случае излишни. Более того, при их использовании увеличивается шероховатость поверхности форм. В период тепловой обработки гипсовой формы она становится достаточно газопроницаемой для удаления влаги. Именно в этот период удаляется свободная и дигидратная вода. Полугидратная вода удаляется во время заливки металла в форму. Образующиеся пары благодаря высокой газопроницаемости формы удаляются через стенки без какого-либо повреждения формы.

Таким образом, тепловая обработка форм при нагреве в автоклаве или при вспенивании очень проста, и сами формы не так чувствительны к скорости нагрева. Тепловую обработку форм проводят при низких температурах, находящихся между эндотермическими пиками, обусловленными потерей дигидратной и полу-гидратной воды. При нормальных условиях эта температура находится в пределах 180-225 °С. В диапазоне этих температур формы (в зависимости от их величины) выдерживают 10- 18 ч. После охлаждения формы подготовляют к заливке.

Сравнительные испытания всех трех описанных способов, проведенные предприятием ZPS г. Готвальдов (ЧССР ), показали, что

газопроницаемость форм была в пределах 48-52 J. N. Р. Одинаковыми были также качество поверхности отливок и плотность металла непосредственно под литейной коркой.

Вспенивание форм требует точного выдерживания технологических параметров: давления, температуры и времени пребывания в автоклаве.

Для повышения газопроницаемости за счет разложения аммониевых солей необходима медленная и осторожная тепловая обработка форм. Объемную стабильность таких форм можно повысить присадкой 1% сульфата алюминия A12 3. Обработку гипсовых форм в автоклаве применяют в серийном производстве, а механическое вспенивание-в единичном.

Если необходимо иметь только определенную часть отливки с особо качественной поверхностью и жесткими допусками на размер, используют комбинированную форму. В песчаную форму вставляют или гипсовый стержень, или часть гипсовой формы.

Максимальная масса отливок из алюминиевых сплавов, которые можно получать в гипсовых формах, составляет 10-160 кг. Минимальная толщина стенки 1,5 мм, в особых случаях 0,55 - 1,0 мм.

Шероховатость поверхности в пределах от 60 до 80 RMS . Теплопроводность гипсовых форм относится к теплопроводности обычных песчаных форм как 0,65: 1,0, что необходимо учитывать, в частности, при литье свинцовистых бронз. Содержание свинца в таких бронзах должно быть не более 2,5%, а содержание углерода максимум 7%; при более высоком содержании свинца при охлаждении происходит его ликвация.

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.