Odlievanie do strateného vosku: technológia, výhody a nevýhody

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Používanie investičných modelov je pomerne populárny spôsob zlievarenskej výroby. Metóda sa vyznačuje zložitosťou technologického procesu a vysokými mzdovými nákladmi na prípravné procesy. Preto sa používa tam, kde je potrebné presne dodržať rozmery a zabezpečiť vysokú kvalitu povrchu dielov. Takto sa odlievajú lopatky turbín a vysokovýkonné nástroje, zubné protézy a šperky, ako aj sochy zložitej konfigurácie. Podstatou odlievania do strateného vosku je, že forma na odlievanie je jednodielna, model z nízkotaviteľných materiálov sa pri formovaní neodstraňuje, ale natavuje. To zaisťuje starostlivé dodržanie rozmerov a reliéfu. Kov sa naleje do dutiny zostávajúcej z modelu. Po dokončení chladenia sa forma zničí a produkt sa odstráni. Pri odlievaní veľkých sérií sa cena produktu znižuje.

Výhody metódy

Hlavnou výhodou investičného liatia je presnosť prenosu formy a nízka drsnosť povrchu. Okrem toho sú k dispozícii ďalšie výhody:

• Dostupná výroba ľahko opracovaných zliatinových dielov.
• Znižuje potrebu ďalšieho obrábania.
• Výrobky sú odliate, ktoré by inak museli byť vyrobené po častiach a zmontované dohromady.
• Pri veľkých sériách sa dosiahne zníženie špecifickej náročnosti práce (na jeden výrobok) a jeho nákladov.
• Možnosť mechanizácie a čiastočnej automatizácie prípravných operácií samotného odlievania.

Tieto výhody robia túto metódu jednou z najpopulárnejších a najpoužívanejších v dnešnej metalurgii, najmä v kombinácii s modernými progresívnymi metódami odlievania.

Nevýhody investičného liatia

Nepochybné výhody metódy, ako sa zdá, mali zabezpečiť jej dominanciu medzi ostatnými metódami. Napriek popularite metódy investičného liatia však nevýhody zabránili jej širokému prijatiu. Hlavnou nevýhodou je zložitosť viacstupňového procesu. Prípravné etapy si vyžaduje pomerne zložité a nákladné technologické vybavenie. Pre jednoduché produkty vyrábané v malých sériách má táto metóda vyššie náklady.

Pre nákladovo efektívnu aplikáciu investičného liatia sa porovnávajú výhody a nevýhody metódy, rozhodnutie ojeho výber sa uskutočňuje na základe posúdenia pomeru cena / kvalita. Preto sa používa hlavne pre najkritickejšie a najdrahšie produkty, ktoré je ťažké získať iným spôsobom, ako sú lopatky turbín, sochy, vysokorýchlostné nástroje atď. Ďalšou oblasťou použitia sú veľkorozmerné odliatky, napr. čím efekt rozsahu umožňuje dosiahnuť výrazné zníženie nákladov.

Technológia

Technológia investičného odlievania je viacstupňový výrobný proces, ktorý je relatívne náročný na prácu. V prvej fáze sa vytvorí hlavný model, ktorý sa stane štandardom pre výrobu pracovných modelov po prejdení všetkými fázami konečného produktu. Na výrobu majstrovského modelu sa používajú špeciálne modelové kompozície aj tradičné - sadra alebo drevo. Materiál hlavného modelu by mal spájať pevnosť a jednoduchosť spracovania.

Technológia investičného liatia ďalej umožňuje vytvorenie formy, do ktorej budú odlievané všetky fungujúce modely. Formy sú vyrobené zo sadry, gumy, silikónu, menej často z kovu. Štrukturálne musí byť nevyhnutne odnímateľný a určený na opakované použitie. Forma sa naplní kompozíciou modelu, po vytvrdnutí sa rozoberie a vyberie sa ďalší funkčný model.

Pri výrobe jedinečných dielov alebo malých sérií sa fázy vytvárania hlavného rozloženia a formy preskočia a rozloženie (alebo niekoľko) sa vytvorí ručným formovaním materiálu.

Ďalším krokom v procese investičného odlievania jevýroba okolo rozloženia (alebo bloku rozloženia) odlievacej formy. Tieto matrice sú už konštrukčne nerozoberateľné a jednorazové, čím je možné dosiahnuť starostlivé dodržanie rozmerov a drsnosti výrobku. V modernom priemysle sa používajú dva typy foriem - tradičné pieskovo-hlinité formy na odlievanie do zemných foriem a škrupinové formy - na výrobu presných a drahých dielov.

Po dokončení formy sa z nej vytaví model zahrievaním alebo fúkaním prehriatou parou. Formy škrupín sú dodatočne spevnené zahriatím až na 1000 ˚С.

Záverečná fáza procesu zahŕňa samotné odlievanie výrobku, jeho chladenie v prírodných podmienkach alebo špeciálnou metódou v termostate, deštrukciu formy a čistenie výrobku. Metóda umožňuje získať vysokokvalitné odliatky s hmotnosťou od niekoľkých gramov do desiatok kilogramov.

Modelové zostavy

Materiál na výrobu layoutu musí mať určité vlastnosti. Mal by mať vlastnosti ako:

• Plasticita v tuhej fáze. Je potrebné presne zopakovať tvar budúceho výrobku a v prípade potreby ho opraviť.
• Sila. Model musí bez deformácie vydržať proces vytvárania tvaru okolo neho.
• taviteľné. Vykreslenie modelu by nemalo vyžadovať veľa času a energie.
• Roztavená tekutosť. Kompozícia by mala ľahko preniknúť do všetkých vybraní a detailov reliéfu a presne opakovať obrysy budúceho detailu.
• Ekonomika. Zvlášť dôležité pre veľkosériovú výrobu.

Pre modelové kompozície sa zvyčajne používa zmes stearínu a parafínu. Tieto materiály sa navzájom úspešne dopĺňajú svojimi parametrami, čím kompenzujú nedostatočnú teplotu topenia parafínu a nadmernú viskozitu stearínu.

Nemenej populárne sú v tomto odvetví kompozície na báze hnedého vosku. Jeho hlavnými vlastnosťami sú odolnosť proti vlhkosti, pevnosť a schopnosť vytvárať veľmi hladké povlaky, čo je obzvlášť cenné pri modelovaní výrobkov.

Používajú sa aj zlúčeniny pozostávajúce zo zmesi vosku z hnedého uhlia, parafínu a stearínu.

Výroba foriem

Na výrobu unikátnych produktov sa layout pripraví vyrezaním kusu modelovej hmoty ručne alebo podľa šablón. Modely v podobe rotačných telies sa vyrábajú aj na sústruhoch. V poslednej dobe sa čoraz viac rozširuje metóda 3D tlače modelov. Je vhodný pre jednotlivé rozloženia aj malé série.

Náklady na modernú priemyselnú 3D tlačiareň sú stále vysoké, ale vďaka ľahkej rekonfigurácii z jedného produktu na druhý sa môže stať efektívnym nástrojom na výrobu modelov v prípade veľkého počtu heterogénnych malých sérií objednávok.

Aby bolo možné vytvoriť veľké množstvo rovnakých rozložení, matrica je vyrobená zo sadry, gumy, silikónu alebo kovu. Pracovné výkresy sa zase vyrábajú odlievaním do matrice. Forma musí byť konštrukčne skladateľná, aby sa zabezpečila možnosť výroby daného počtu modelov. Zvolený materiál by mal tiež poskytovať takúto príležitosť, preto sú naň kladené také požiadavky, ako je pevnosť, hustota, nízka drsnosť a chemická inertnosť vo vzťahu k usporiadaniu. Formovacia hmota musí mať tiež minimálnu priľnavosť k makete, aby sa zabezpečilo, že hotové makety sa dajú ľahko odstrániť a dodržať rozmery. Dôležitou vlastnosťou formy je jej pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu, najmä pri veľkých sériách.

Tvorba modelov a blokov

Široko používaný spôsob výroby investičných modelov je odlievanie pod nízkym tlakom do foriem. Vstrekovanie kvapalnej zmesi sa vykonáva ručne pomocou piestových striekačiek a mechanických, hydraulických alebo pneumatických kompresorov. V prípade použitia vosku z hnedého uhlia je potrebné kvôli vysokej viskozite zohriať potrubia na napájanie kompozície. Modely z expandovaného polystyrénu sa vyrábajú extrúziou na automatických formovacích strojoch.

Pre zvýšenie ekonomickej efektívnosti a zníženie prácnosti v prípade sériovej výroby malých odliatkov sú ich dispozície spojené do blokov. Vtokové systémy sa vytvárajú nad blokmi pripevnením jednotlivých plánov k vtokom pomocou ručnej spájkovačky. V prípade jednotlivých odliatkov alebo malých sérií sú modely vyrábané ručne.

Pri formovaní vtokových systémov je potrebné zabezpečiť neturbulentné prúdenie taveniny, rovnomerné naplnenie všetkých prvkov matrice. Pri plnení formulára z PGS musíte tiež sledovať rovnomerné plnenie všetkýchotvory medzi vtokovými kanálmi a zabránenie poškodeniu.

Výroba formy

Pri posudzovanej metóde investičného liatia existujú dva hlavné typy foriem:

• Zmesi piesku a ílu (SGM).
• Shell.

Odlievacie formy na odlievanie vosku sa používajú hlavne pri výrobe malých sérií výrobkov, ktoré nevyžadujú veľmi vysokú presnosť. Proces ich výroby je pomerne náročný na prácu a vyžaduje vysokú a často unikátnu zručnosť modelárov a formovačov. Čiastočná mechanizácia sa hodí len na určité operácie, ako je príprava a plnenie formovacieho piesku, jeho podbíjanie.

Shell formy, na druhej strane, sa používajú na výrobu dielov, ktoré vyžadujú špeciálnu výrobnú presnosť. Proces ich výroby je zložitejší a zdĺhavejší, ale hodí sa lepšie na mechanizáciu.

Ground casting

Toto je najstaršia metóda spracovania kovov, ktorú ľudstvo ovládalo. Naši predkovia ju ovládali súčasne so začiatkom používania kovových výrobkov ako zbraní, nástrojov alebo náradia, teda asi pred 5 tisíc rokmi. Roztavený kov sa naleje do pripravenej matrice zo zmesi piesku a hliny. Najstaršie miesta na spracovanie kovov vznikli práve tam, kde sa v blízkosti nachádzali ložiská kovov vo forme nugetov a rýh. Typickým príkladom je závod Kasli na Urale, svetoznámy odlievaním železnej čipky.

Metóda investičného liatia sa používa na výrobu kovových výrobkov - železných ajfarebné. A len pre kovy, ktoré vykazujú zvýšenú tendenciu reagovať v kvapalnej fáze (ako je titán), je potrebné vyrábať matrice z iných kompozícií.

Výrobný proces odlievania v PGS pozostáva z nasledujúcich fáz:

• tvorba modelov;
• príprava banky;
• plnenie a zhutnenie zmesi v banke;
• odlievanie kovov;
• odstránenie a čistenie odliatku.

Formulár od ASG na jedno použitie. Ak chcete získať hotový výrobok, bude potrebné ho rozbiť. Zároveň je väčšina zmesi k dispozícii na opätovné použitie.

Ako materiály pre ASG sa používajú zmesi prevažne kremenných pieskov rôznej zrnitosti a plastických ílov, ktorých obsah sa pohybuje od 3 do 45 percent. Takže napríklad umelecké odliatky sa vyrábajú s použitím zmesi s obsahom 10-20% ílu, pri obzvlášť veľkých odliatkoch sa obsah ílu upravuje na 25%.

Používajú sa dva podtypy:

• Obkladové zmesi. Sú umiestnené na vnútornom povrchu formy a interagujú s roztaveným kovom. Musia byť tepelne odolné, nezničiteľné teplotnými rozdielmi az toho vyplývajúcim namáhaním. Tieto zmesi majú jemné zrno, aby starostlivo sprostredkovali detaily povrchu. Schopnosť zmesi prechádzať plynom je tiež veľmi významná.
• Plniace zmesi. Používajú sa na zásyp medzi lícovou vrstvou a stenami banky. Musia odolať hmotnosti liateho kovu, zachovať tvar výrobku a prispieť k včasnému a úplnému odstráneniu plynov. Vyrobené z lacnejších druhov piesku,opakovane použiteľné.

Ak odlievacie plyny neunikajú cez masy formovacieho piesku, ale cez vtokový systém, vyskytnú sa chyby v odliatku, čo vedie k manželstvu.

Tradičnú technológiu odlievania do zeme podrobne ilustruje film A. Tarkovského „Andrei Rublev“. V poviedke „Zvon“mladý muž Boriska, syn zosnulého majstra, šéfuje zlievárenskému artelu a odlieva kostolný zvon.

Odlievanie škrupiny

Metóda investičného liatia do škrupinových foriem sa vyznačuje najlepším prenosom rozmerov výrobku a nízkou drsnosťou povrchu. Model je vyrobený z taviteľných zlúčenín, ako je hnedouhoľný vosk. Zlievárne tiež široko používajú zloženie parafín-stearínu v rovnakých pomeroch. V prípade odliatkov veľkých rozmerov sú do materiálu modelu zahrnuté soli, ktoré chránia model pred deformáciou. Ponorením do roztoku sa model pokryje v 6-10 vrstvách vysokoteplotnou suspenziou.

Hydrolyzované kremičitany pôsobia ako spojivo, elektrokorund alebo kryštály kremeňa sú brané ako tepelne odolný posyp. Materiály škrupinových foriem sa vyznačujú vysokou pevnosťou, nízkou hygroskopicitou a vynikajúcou priepustnosťou pre plyny.

Rozloženie sa suší v atmosfére plynného amoniaku. V ďalšej fáze sa forma zahreje na 120 ˚C, aby sa odstránil parafínový model. Zvyšky zmesi sa odstránia prehriatou parou pod vysokým tlakom. Ďalej sa forma kalcinuje pri teplotách do 1000 ˚С, čo vedie k jej konečnej fixácii a odstráneniu látok,ktoré sa môžu počas procesu odlievania uvoľňovať ako plyny.

Plášť je umiestnený v akejsi banke, ktorá je pokrytá oceľovými brokmi. To pomáha zachovať konfiguráciu pri plnení formy taveninou a zároveň zlepšuje podmienky pre chladenie odliatku. Tavenina sa naleje do foriem vyhriatych na 1000 ˚С. Po ochladení výrobku podľa špeciálneho programu v termostate sa forma zničí, odliatok sa vyberie a vyčistí.

Hlavnou výhodou tejto metódy odlievania je vysoká rozmerová presnosť a nízka drsnosť povrchu.

Ďalšie výhody metódy:

• Odlievanie dielov zo zliatin, ktoré sa ťažko obrábajú.
• Odlievanie predmetov, ktoré by sa inak museli odlievať po kúskoch a potom poskladať späť.

Nevýhody tejto metódy investičného liatia sú nízke využitie kovu a zvýšená pracovná náročnosť.

Presné odlievanie

Precízny investičný odliatok – takto sa nazýva technológia aj samotný finálny produkt. Vysoká presnosť odlievania je zabezpečená tým, že pri príprave formy nie je potrebné z nej vyberať model výrobku. Pri použití tradičnej metódy je výroba odlievacej matrice zložitý a časovo veľmi náročný viacstupňový proces. To platí najmä v prípade odliatkov zložitej konfigurácie s vybraniami, priehlbinami a vnútornými dutinami.

Napríklad pri odlievaní liatinovej alebo medenej vázy s premenlivým zakrivením povrchu musíte použiť množstvo trikov. Áno, prvýspodná polovica banky sa naplní, potom sa model vyberie, prevráti sa a horná polovica sa vrazí. Model musí byť kompozitný, rukoväte vázy sú z dvoch prvkov, vyťahujú sa cez dutinu modelu v dvoch fázach - najprv spodný prvok, potom horný. Všetky tieto početné otáčania a ťahanie nemôžu mať pozitívny vplyv na celistvosť povrchu formy a v konečnom dôsledku ani na presnosť dodržania rozmerov odliatku a kvalitu jeho povrchu. Okrem toho zostáva problém presného zladenia častí baniek a ich bezpečného pripevnenia k sebe.

Výroba investičného odliatku je zbavená týchto nedostatkov, nevyžaduje tak vysokokvalifikovaných modelárov a výrazne znižuje náročnosť prefabrikačných operácií. Toto je obzvlášť výrazné pri veľkých sériách odliatkov.

Metóda umožňuje dosiahnuť 2-5 triedu presnosti podľa GOST 26645-85. To umožňuje odlievať vysoko presné výrobky, ako sú lopatky turbín, rezné nástroje vrátane vysokovýkonných fréz a vrtákov, kritické vysoko zaťažené konzoly, malé vysoko zaťažené časti vozidiel, obrábacie stroje a ďalšie zložité mechanizmy.

Vysoká rozmerová presnosť a vysoká trieda povrchu minimalizujú potrebu ďalšieho opracovania odliatku, čo šetrí kov a znižuje výrobné náklady.

Vybavenie

Požadované vybavenie na investičné odlievanie je rôznorodé a zložité. Podniky ich spájajú do jedného a dobre koordinovaného komplexu,organizované ako miesto, dielňa alebo samostatná výroba.

Zloženie komplexu závisí od rozsahu výroby, veľkosti, konfigurácie a obehu odliatkov.

Pri výrobe zubných protéz a šperkov teda bude vybavenie zahŕňať:

• modelový stôl;
• muflová pec s termostatom;
• sada skalpelov a špachtlí na korekciu tvaru modelu;
• formovacia doska;
• flask;
• nádrže na skladovanie a prípravu formovacieho piesku;
• sada nástrojov na ubíjanie piesku;
• kelímok na tavenie kovu;
• forceps;
• kladivo na rozbitie formy.

Tento výrobný komplex sa ľahko zmestí na jeden stôl a do jednej skrinky. Ak sa plánuje hromadná výroba napríklad hliníkových odliatkov - častí zariadenia, bude potrebné vybavenie pre:

• tvarovanie a odlievanie keramických foriem;
• sušiace formy;
• roztopenie materiálu modelu a nanesenie tepelne odolnej vrstvy;
• čistenie odliatkov od formovacej hmoty.

A nakoniec vlastné zariadenie zlievarenského komplexu, určené na získavanie taveniny a jej odlievanie do formy. Môže to byť odlievacie zariadenie:

• pod nízkym tlakom;
• odstredivé;
• obvyklým spôsobom gravitácie.

Vstrekovacie lisy a stroje na odstredivé liatie sú samostatné vysoko mechanizované a automatizovanévýrobný komplex, izolovaný od atmosféry predajne. Minimalizujú manuálnu prácu a vystavenie človeka škodlivým podmienkam. Utesnené komory, v ktorých sú komplexy umiestnené, zabezpečujú úplné zachytávanie a čistenie výfukových plynov, čo výrazne zvyšuje ekologickosť podniku.

Odlievanie do strateného vosku má pomerne vysoký potenciál rozvoja, najmä v kombinácii s pokročilými technikami výroby foriem a odlievania.