Стальное литье по выплавляемым моделям - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Стальное литье по выплавляемым моделям

Этапы и особенности литья по выплавляемым моделям

Технология литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) – один из древних способов производства металлических изделий под низким давлением. Он используется для изготовления высокоточных деталей сложной формы. Применяется в случаях, когда невозможно использование более простых методов. Данный процесс обработки металла считается прогрессивным, экономным и трудосберегающим.

Как проходит процесс?

Для производства сложных деталей путем литья под давлением выполняется запрессовка материала в специальную пресс-форму. Она точно повторяет конфигурацию элемента будущего изделия и выполнена из материала, который отличается составом, зависящим от параметров будущих изделий. Для мелких используется эластичный легкий состав (воск, парафин или стеарин), а для крупных – более твердый и прочный (пластмасс, полистирол). Материалы не образуют дефектов – изменений формы вылитого изделия в процессе охлаждения при воздействии давления. Габариты отливки рассчитываются с припусками на усадку состава.

Готовые единичные формы собираются в блоки и поступают на заливку. На данном этапе подготовленная форма и все элементы литниковой системы (полости детали) покрываются жидкой смесью со связующим наполнителем. Далее выполняется обсыпка формы в несколько слоев. Каждый пласт отличается фракцией зерна и требует тщательной просушки. В результате формируется плотная оболочковая форма созданного блока. После вытопки ее прокаливают при высокой температуре (около 1000° С) для ликвидации посторонних газообразующих веществ.

Далее, в полученную форму заливается разогретый металл. Содержимое охлаждают и отправляют на выбивку, которая выполняется при помощи молотов. Отливки, полученные этим способом, имеют высокую точность.

Технология практически не имеет недостатков, а ее преимуществом называют возможность производства элементов из сплавов, не поддающихся механической обработке, а также изготовления соединенных отливок с точными размерами, которые необходимы для получения узлов оборудования и не требуют их дополнительной сборки из мелких деталей. Литьё по моделям применяется в опытном, серийном и массовом производстве. Помимо высокой прочности, данные отливки, имеют хорошую чистоту поверхности. Данный способ используют для производства важных узловых деталей.

  • модель изготавливается из легкоплавкого материала;
  • детали собираются в блоки;
  • окружаются керамической оболочкой, затвердевающей и образующей форму;
  • при дальнейшем нагревании формы, модель отливки плавится и изымается;
  • в появившиеся полости (литниковую систему) заливается металл, который в точности повторяет исходную форму всех элементов будущей детали.

Область применения технологии

Область применения данного метода – изготовление отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов. Это корпуса и элементы приборов, режущий и медицинский инструмент, детали для авто, фото и видеотехники, швейного и текстильного оборудования, для выполнения некоторых элементов художественного литья, а также в ювелирной отрасли.

Выплавляемые модели изготавливают в пресс-формах из парафиновых, восковых, стеариновых составов, включающих жирные кислоты. Данные составы характеризуются высокой эластичностью, полностью заполняют все полости и дают четкий отпечаток.

Использование технологии литья открывает перед инженерами огромный потенциал, дающий возможность проектировать сложные тонкостенные конструкции, соединять единичные детали в компактные цельнолитые узлы. При этом значительно уменьшается масса и размеры изделий, создаются нестандартные элементы, необходимые в процессе ускоренного развития технического прогресса, усложняются конструкции, видоизменяются, усовершенствуются и корректируются многие комплектующие и узлы. Со временем модифицировался и состав отливок. В некоторых случаях требовалось создание жаропрочных сплавов, которые удалось получить, в результате использования никеля.

Выбор литейного сплава

Современный процесс изготовления отливок по моделям включает серьезный подход к выбору литейного сплава. Их изготавливают из различных литейных сплавов: углеродистых и легированных, стойких к коррозии, жаростойких и жаропрочных сталей, цветных сплавов и составов на основе чугуна.

При производстве литейной продукции учитываются условия, в которым она будет функционировать. От этого и зависит материал отливок. Так для производства высокогерметичных корпусов подбирается металл, несклонный к образованию усадочной рыхлости и пористости. Для комплектующих, требующих высокой жаропрочности – никелевые составы.

При выборе литейного сплава необходимо иметь полное представление и точные требования к материалу отливок. Четко сгруппировать условия работы и назначение будущих деталей. Это даст возможность наиболее правильно подобрать необходимый сплав, с учетом его специфических характеристик.

Оборудование для литья

При выполнении работ, связанных с литьем по выплавляемым моделям, нужны знания и специальное оборудование. Это оригинальные и компактные системы, необходимые для качественного заполнения литейной формы с оптимальной скоростью и получения металла необходимой плотности. Их работа исключит образование пустот и неметаллических включений, что значительно повысит качество и эксплуатационные характеристики будущих изделий.

Каждая литая деталь – это оригинальная конструкция, требующая наличия самостоятельной литниково-питающей системы (ЛПС) для отдельной отливки. Вместе с этим они имеют много общего – размеры стенок, узлов, соединений. Это дает возможность для использования типичных конструкций ЛПС и формирования стандартных методов расчета.

В процессе производства используются автоматы для приготовления модельного состава и изготовления элементов. Это агрегаты для приготовления смесей, линии для охлаждения пресс-форм, установки для приготовления покрытия, бойлерклавы для удаления составов, оборудование для обжига керамических форм, гидравлические молоты и т.д.

Организация литейного производства

Не у всех есть возможность иметь целый арсенал приспособлений для самостоятельного выполнения литья. Поэтому не стоит своими руками, в домашних условиях, без применения спецтехники осуществлять сложные литейные работы. Доверьте их профессионалам, имеющим для этого все необходимые навыки, оборудование и экспертные познания.

Если вы запланировали открытие собственного литейного производства, но ощущаете недостаток знаний, его организацию лучше поручить прогрессивной инжиниринговой компании «СЛТ – современные литейные технологии», специализирующейся на различных технологиях литейной отрасли. Это специалисты с большим опытом в данной сфере, оказывающие все виды инжиниринговых услуг – от этапов проектирования, ввода в эксплуатацию литейного производства и до его выхода на высокие проектные мощности.

Учебные материалы

Применяется для стального литья, а также для получения отливок из цветных металлов и их сплавов при небольших размерах деталей (например, детали швейных машин, режущий инструмент сложной формы из очень твердых материалов, детали ружей, мелкие детали счетных машин). Этот метод обеспечивает очень высокую степень точности до ±0,005 мм на 25 мм длины отливки, после которого почти не требуется механической дообработки.

Сущность метода состоит в том, что модель изготавливается из легко–плавких материалов: стеарина, парафина, воска, канифоли или чаще из смеси этих материалов.

После получения формы при просушке и прокалке этих форм, модель в форме расплавляется и состав ее выливается из формы, таким образом форма получается неразъемная, цельная, что и обеспечивает высокую точность отливок. Формовочная смесь состоит из мелкого пылевидного песка, небольшого количества каолина и водного раствора жидкого стекла (Na2O·SiO2), т.е. представляет сметанообразную массу. Парафино-стеариновая модель, изготовленная в специальных прессформах для получения формы, погружается в эту смесь. В результате на поверхности модели образуется тонкая корка формы (толщиной 0,5÷2 мм), которая присыпается мелким песком.

Такая готовая форма с моделью внутри в течение 5–6 часов сушится на воздухе, а затем помещается в специальный сушильный шкаф литниковой системой вниз, где при t до 200°С модель расплавляется и вытекает из формы. Для упрочнения формы, она затем помещается в печь, где прокаливается при t3800–900°C. При этом остатки состава модели выгорают. Чтобы форма не разрушалась во время заливки металла ее ставят в специальные ящики из листвой стали и засыпают песком. Литниковая система обычно делается после получения самой формы. Причем в силу малых размеров деталей несколько форм блокируют и соединяют в общую литниковую систему. После заливки жидкого металла в такую форму и затвердения его, форма разрушается.

Для лучшего отделения формовочной смеси от отливки, отливку погружают в щелочные растворы, где формовочная смесь растворяется и окончательно отделяется от отливки.

Пресс формы изготавливают из пластичных сплавов, цветных металлов, обжимая и спрессовывая их на специальную модель из стали, называемой эталоном при Р = 1,5÷2 атм (0,15…0,2 МПа).

Технологический процесс изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям состоит из следующих основных операций.

Изготовление моделей

Модельный состав, состоящий из двух или более легкоплавких компонентов: парафина, стеарина, жирных кислот, церезина и др., в пастообразном состоянии запрессовывают в прессформы (рисунок 2.5, а). В качестве материала прессформ в зависимости от вида производства используют гипс, пластмассы, легкоплавкие металлы, сплавы, сталь или чугун. После затвердевания модельного состава прессформа раскрывается и модель (рисунок 2.5, б) выталкивается в ванну с холодной водой.

Рисунок 2.5 – Последовательность операций процесса литья по выплавляемым моделям:

1 – прессформа; 2 – модельный состав; 3 – модель; 4 – модельный блок;
5 – емкость с керамической суспензией; 6 – специальная установка для обсыпки; 7 – кварцевый песок; 8 – бак с водой; 9 – устройство для нагрева воды; 10 – электрическая печь; 11 – оболочки; 12 – жаростойкая опока;
13 – ковш с расплавленным металлом

Сборка модельных блоков

Для этого модели собирают в модельные блоки (рисунок 2.5, в) с общей литниковой системой. В один блок объединяют от 2 до 100 моделей. Соединяют модели в кондукторе, механически скрепляя или склеивая их. Одновременно ведется отливка литниковой системы.

Для сборки моделей в блоки в кондукторе выставляют металлические стояки из алюминия, наращивают на них слой модельного состава толщиной 25 мм и крепят к нему модели. Этот прием ведет к повышению прочности блока, сокращению расхода состава, обеспечению удобства транспортирования, хранения и просушивания блоков при нанесении обмазки.

Покрытие моделей огнеупорной оболочкой

Модельный блок погружают в керамическую суспензию, налитую в емкость (рисунок 2.5, г), с последующей обсыпкой кварцевым песком в специальной установке (рисунок 2.5, д). Используемая керамическая суспензия состоит из огнеупорных материалов (пылевидный кварц, тонкоизмельченный шамот, электрокорунд и другие материалы) и связующего (гидролизованный раствор этилсиликата).

Читайте также:  Какая сталь обыкновенного качества относится к кипящей

Затем модельные блоки сушат 22,5 ч на воздухе или 20 – 40 мин в среде аммиака. На модельный блок наносят 46 слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.

Выплавление модельного состава из форм производят в горячей воде (80 – 90°С) (рисунок 2.5, е). При выдержке в горячей воде в течение нескольких минут модельный состав расплавляется, всплывает на поверхность ванны, откуда периодически удаляется для нового использования.

Подготовка литейных форм к заливке

После извлечения из ванны оболочки промывают водой и сушат в шкафах (1,52 ч при 200°С). Затем оболочки ставят вертикально в жаростойкой опоке, вокруг засыпают сухой кварцевый песок и уплотняют его, после чего форму направляют в электрическую печь (рисунок 2.5, ж), в которой ее прокаливают (не менее 2 ч при 900 – 950°С).

В печи частички связующего спекаются с частичками огнеупорного материала, влага испаряется и остатки модельного состава выгорают.

Заливка расплавленного металла из ковша производится сразу же после прокалки в горячую литейную форму (рисунок 2.5, з).

Охлаждение отливок.

После охлаждения отливки форму разрушают. Отливки отделяют от литников и для окончательной очистки направляют на химическую очистку, затем промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.

Участки литья по выплавляемым моделям имеются на многих судостроительных и машиностроительных заводах. На них изготовляют сложные по конфигурации стальные отливки, получение которых другими способами или с применением механической обработки невозможно или привело бы к значительному усложнению технологического процесса и удорожанию продукции. К таким отливкам относятся в основном различные мелкие детали: турбинные лопатки, крыльчатки, решетки, распылители, угольники, кронштейны, рукоятки, ключи и другие детали высокой точности.

Электрошлаковое литье (ЭШЛ) – это способ получения фасонных отливок в водоохлаждаемой металлической литейной форме – кристаллизаторе, основанной на применении ЭШЛ расходуемого электрода. Применяется для получения точных крупных стальных (спец. сплавов) отливок ответственного назначения (фасонные элементы аппаратуры, работающие под давлением).

Сущность заключается в том, что приготовление расплава (плавка) совмещено по месту и времени с заполнением литейной формы Vраспл. = Vкристал.

Высокоточное литье из нержавеющей стали. Технологический процесс для изготовления деталей. Основные этапы

На данный момент в мире нет такой отрасли промышленности, где бы не использовались детали, изготовленные методом высокоточного литья из нержавеющей стали. Основы технологии высокоточного литья с использованием восковых моделей были известны давно и применялись мастерами древнего Вавилона еще 4 тыс. лет назад. В России литье из нержавеющих сталей (по выплавляемым моделям) получило широкое применение в 1940-х годах для изготовления лопаток авиационных двигателей. Однако, возникают новые требования и современные технологии литья становятся уникальными. В настоящее время российские и мировые производители держат свои технологии литья из нержавеющей стали в режиме ноу-хау.

Современный технологический процесс «Высокоточное литье» из нержавеющей стали начинается с передачи и анализа чертежа или 3D-модели будущей детали. 3D-модель, созданная современными специализированными CAD системами позволяет значительно оптимизировать конструкцию детали на начальном этапе (по сравнению с традиционным подходом инженеров-разработчиков). Например, это эффективно для уменьшения массы детали, а также оценки возможных рисков получения дефектов. На основе результатов анализа чертежей/3D-модели формируются рекомендации по изменению детали, позволяющие снизить технологический брак в процессе производства до минимума (радиус кривизны, толщина стенок и т.п.).

На следующем этапе проектируется и изготавливается базовая пресс-форма, которая формирует восковые модели будущей детали. Пресс-форма является технически сложным, ответственным устройством, требует высокоточного современного оборудования для механической обработки либо современных 3D-принтеров и гальванического производства. Качество будущей детали, изготовленной методом литья из нержавеющей стали, зависит от качества изготовления пресс-формы и учета коэффициентов температурного расширения материалов. Ресурс пресс-формы составляет от 10 000 до 50 000 моделей, после чего пресс-форма не используется, так как сохранение геометрических размеров восковой формы не гарантируется.

Перед подачей в пресс-форму восковая смесь подготавливается: воск нагревается и плавится в специальной машине до жидкого состояния и смешивается со смесью уже бывшей в употреблении от предыдущих/других восковых деталей. Нагретый гомогенизированный восковой состав перекачивается в бак-отстойник для фильтрации от механических примесей. Готовой восковой смесью наполняют пресс-формы, формируя выплавляемую модель. Пресс-формы, заполненные восковой смесью, остывают постепенно. После затвердевания восковой смеси, она вынимается из пресс-формы и проводится первый контроль геометрических размеров формы и очистка. Очистка проводится по конвейерному типу, погружением восковых моделей в моющую смесь. После этого модели обдуваются воздушным потоком для устранения влаги.

Первичный контроль качества проводится вручную. Специалист осматривает восковою модель на наличие повреждений и убирает лишний материал. Готовые восковые модели оставляют в специализированном помещении для окончательной просушки до момента использования. Часто восковые модели изготавливаются непосредственно перед исполнением заказа в требуемом количестве, чтобы не создавать дополнительные складские площади/запасы.

Подготовленная восковая модель детали в несколько циклов покрывается специальными огнеупорными смесями, начиная от мелкой керамической/песчаной суспензии и заканчивая циркониевым песком, которые, затвердев, образуют керамическую форму. По окончанию формирования керамической формы ее нагревают: восковую модель выплавляют при помощи паровой печи. Расплавленный воск вытекает, его в дальнейшем используют при рециркуляции воска. Остается готовая для литья из нержавеющей стали керамическая форма — кокиль.

Перед отливкой изделия керамические формы нагревают до соответствующей температуры. Это позволяет формам не раскалываться при соприкосновении с расплавленным металлом при заливке. После заливки металл затвердевает.

При помощи специальной машины вибрационно-ударного действия удаляется керамическая форма. Ненужные литники отпиливаются/ удаляются. Места выходов литников тщательно шлифуются. При необходимости проводится термическая обработка. Детали доводятся до соответствующих требований Заказчика.
Результатом серии таких сложных технологических процедур является высококачественная деталь, соответствующая современным требованиям, предъявляемым к сборочным единицам. В первую очередь, это относится к повторяемости свойств и размеров деталей.

Глобальная инжиниринговая компания с 2009 года предлагает заказчикам оперативное проведение полного цикла изготовления деталей из нержавеющей стали методом высокоточного литья. Полный цикл (от первоначального согласования чертежей для инжиниринга под литьевую технологию до получения первых готовых деталей) составляет менее 90 дней. Подробности по телефону: +7 (351) 210-11-72/ 71.

Видео описание технологии литья по выплавляемым моделям доступно тут.

Ознакомиться с образцами и нашим предложением можно в разделе высокоточного литья.

Технология литья по выплавляемым моделям: плюсы и минусы

Технология литья по выплавляемой модели разработана с целью отливки целой массой крупных и мелких деталей, арматуры, режущего или хирургического инструмента, элементов электронных и оптических приборов. Метод часто применяется при изготовлении комплектующих элементов для промышленного и производственного оборудования, в художественном литье, в авиации, тяжелом машиностроении, космонавтике, нефтяной и газовой промышленности.

Достоинство литья по моделям

К положительным качествам технологического процесса относится высокая точность отлива детали до 4 класса точности с чистой поверхностью, не требующей дополнительной обработки. Важной особенностью метода также является возможность получить изделие сложной конфигурации, при обычном способе изготовления которого потребуется сборка из отдельных элементов. Изготовление отливки из твердых сплавов металла позволяет получить продукцию с шероховатостью поверхности до 6 класса от Rz=20 мкм до Ra=1,25 мкм в соответствии с требованиями ГОСТ 2789–59 .

Как осуществляется процесс

При серийном производстве мелких или крупных деталей разрабатывается эскиз и чертеж изделия, выполняется макет и пресс-форма, подбирается материал из металла, гипса, огнеупорной глины. Производственный процесс выполняется в следующей последовательности:

  1. сборка разъемной литейной формы;
  2. разогретая воскообразная масса легкоплавкого вещества (парафин, стеарин, воск) заливается в отверстие формы под давлением 2,5−3 атм;
  3. после охлаждения заготовки соединяются в блоки методом пайки с литниковой системой.

Принцип литья по выплавляемым моделям заключается в изготовлении материала на основе неразъемной формы, обеспечивающей высокую точность готового продукта. Выбранный способ литья помогает получить детали с толщиной стенок 0,5 мм из стали тугоплавкого сплава, не поддающегося механической обработке.

Готовый продукт подвергается облицовке суспензией, в состав которой входит кварц пылевой фракции и жидкое стекло или этилсиликат.

Облицовочная жидкость, для приготовления которой используется этилсиликат [Si (OC 2 H 5) 4], содержащий в составе 32 или 40% SiO 2, наносится в несколько слоев. В процессе гидролиза суспензии принимает участие этиловый спирт. Каждый последующий слой облицовки обсыпается мелким промытым песком из кварца или порошком измельченного маршалита, высушивается, после чего цикл повторяется от 5 до 11 раз. Модельный состав вытапливается паром, горячей водой или прогревом.

Формирование формы занимает от 2 часов до 2 суток, в конечном результате получается твердая оболочка толщиной до 3 мм, после чего пресс-форма переходит на участок выплавки модели из формы методом разогревания в термическом шкафу при температуре +120 0 С…+150 0 С или в горячей воде 90 0 С. После удаления наполнителя форма помещается в опоку и засыпается сухим порошком из кварца, циркона, электрокорунда или магнезита.

На следующем производственном этапе подготовленная форма переносится в термическую печь для выжига остатков легкоплавкой массы и последующей закалки при температуре

900 0 С в течение 4 часов. После завершения прогрева форма заполняется расплавленным металлом, оставляется до охлаждения, отливок удаляется из литниковой системы, подвергается термической обработке и финишной очистке. Хранят модели в термостате или в холодной проточной воде.

Особенностью огнеупорной суспензии является изменение физического состояния облицовочного раствора при изменении рецептуры. Если в подготовленную чистую суспензию ввести водный раствор щелочи, то запускается процесс затвердения, благодаря которому появляется возможность получения основы для изготовления разъемной керамической формы.

Плюсы отлитых деталей

Достоинством метода производства изделий по моделям является возможность использовать экономически выгодную неразрушающую технологию для изготовления номенклатуры единичной, серийной или массовой продукции с высокими требованиями по точности размеров и чистоте отделки. Выплавляемые легкоплавкие модели для деталей мелкой формы, сложной конфигурации и крупных изделий изготавливаются из органических материалов:

Читайте также:  Самодельный труборез для стальных труб

  1. парафина;
  2. церезина;
  3. стеарина;
  4. торфяного битума;
  5. полистирола;
  6. канифоли;
  7. буроугольного воска;
  8. полиэтилена;
  9. озокерита и пр.

При выборе модельного состава учитывается комплекс физических свойств материала. Выплавляемые модели должны соответствовать следующим требованиям:

  1. плавкостью при температуре от 60 0 С до 100 0 С;
  2. минимальной усадкой и расширением;
  3. хорошей текучестью;
  4. механической прочностью;
  5. минимальным показателем зольности и прилипания к предметам и рукам;
  6. химической инертностью;
  7. экологической безопасностью;
  8. возможностью повторного использования;
  9. хорошей адгезией с облицовочной жидкостью;
  10. возможностью механизации и автоматизации процесса;
  11. экономным расходом металла.

Технологический процесс по выплавляемым моделям позволяет изготавливать детали из легированной и углеродистой стали, цветного сплава или чугуна. Способом литья металла в оснастку изготавливается кокиль, штамп, пресс-форма, стержневая или формовочная оснастка, детали автомобилей и стрелкового оружия. Получение отливок в разъемной керамической форме (шликере) производится в несколько этапов:

  1. заливка в опоку суспензии;
  2. отвердение формы;
  3. извлечение полученной модели из полусферы;
  4. термическое прокаливание полуформы;
  5. сборка и заливка полуформ расплавленным металлом.

Автоматизированное производство

Процесс литья по выплавляемым формам, технология которого адаптирована под автоматическую установку, одновременно позволяет изготавливать стояк и воронку для литниковой системы.

К отливкам из металла государственным стандартом предъявляются такие же требования, как и к продукции, полученной другим способом. Плавка рабочего материала осуществляется по заводской технологии.

Выбивка отливки производится после охлаждения пресс-формы на пневматической установке с поворотом опоки на 180 С для удаления сыпучего наполнителя. Отделение заготовки производится несколькими способами:

  1. вибрацией на специальной платформе;
  2. продавливанием через обрезную форму штампа;
  3. отрезкой электроинструментами;
  4. анодной и механической резкой.

Очистка заготовок от оболочки из шликера производится методом выщелачивания горячим раствором КОН. Остаточные фрагменты зачищаются инструментами со щеточной или наждачной насадкой.

Степень чистоты поверхности отливки зависит от состояния и конструкции пресс-формы, вида модельного состава, фракции кварцевого песка, способа выплавления состава и режима прокалки оболочек, химического состава отливки.

Плотность материала отливки формируется положением формы на рабочей платформе. Компенсацию усадки стали в процессе затвердения обеспечивает конструкция питающей системы. Точность исполнения металлической отливки проверяется оптическим компоратором. К недостаткам литья по модели относится сложность и длительность технологического процесса, высокая стоимость оснастки.

3D-технологии для литейного производства: как создать форму для отливки за неделю

3D-технологии, интегрированные в технологическую цепочку литейного производства, обеспечивают предприятию реальную выгоду. Как показать все преимущества 3D-сканирования и 3D-печати? Нагляднее всего – продемонстрировать процесс создания детали с нуля аддитивными методами и провести сравнение с традиционными технологиями. С этой целью мы обратились к Павлу Чадушкину, ведущему специалисту производственного направления RP-центра компании iQB Technologies.

– Итак, наша задача – создать эталонную деталь на основе цифровой модели для последующей отливки реального изделия. С чего начинается этот процесс, если мы применяем 3D-технологии?

– Прежде всего, нам необходимо исходное изделие, которое нужно отсканировать, а затем выполнить обратное проектирование (реверс-инжиниринг). Конечно, оно должно быть новое, не бывшее в употреблении, чтобы не было износа детали. Мы оцениваем, насколько сложна ее геометрия и после этого задаем только один вопрос: какой должен быть допуск по точности? Уже по внешнему виду можно понять, каким образом эта деталь производится. Чаще всего это литье (высокоточное или в землю), фрезерование или изготовление на токарном станке. У каждой из этих методик производства есть свои допуски.

После того, как мы имеем представление о технологии производства и допуске, мы выбираем оборудование, а именно – 3D-сканер с нужными нам параметрами точности, и производим оцифровку изделия. Например, ручной сканер Creafrom HandyScan 700 или стационарный Solutionix C500. Такие устройства метрологического класса уже хорошо зарекомендовали себя на производственных предприятиях. Получив 3D-модель, мы переносим ее в программное обеспечение Geomagic Design X, позволяющее быстро и легко обработать данные 3D-сканирования с целью выполнения контроля геометрии и реверс-инжиниринга. Затем к работе подключается инженер, который по результатам сканирования обрисовывает эту деталь и создает твердотельную модель.
В процессе обрисовки инженер исключает из твердотельной модели различные недостатки изделия. Здесь нужно подчеркнуть, что абсолютно любое изделие имеет производственные деформации. Они могут быть обусловлены разными факторами – например, неверно подобранным материалом, сложной формой, деформацией во время транспортировки, изношенным инструментом, с помощью которого производилось изделие.

В любом случае, какой бы объект мы ни взяли для 3D-сканирования, он будет содержать дефекты и отклонения от эталона, а наша задача – создать этот самый эталон. Если деталь круглая, то совершенно точно можно сказать, что отверстие в ней будет не круглым, а эллипсовидным. Соответственно, инженер с помощью ПО этот эллипс исключает и создает окружность правильной формы. Таким путем, обрисовывая каждый элемент геометрии, мы исправляем все недостатки. Когда деталь полностью обрисована, у нас получается твердое тело, которое можно запускать в производство.

Отливка перепускного клапана стравливания избыточного давления газа (в разрезе)

– Мы получили CAD-модель. Теперь нужно определить, каким способом производить изделие.

– Традиционный способ – подготовка оснастки для литья восковых моделей на станке с ЧПУ. В этом случае модель должна адаптироваться под станок, со своими допусками, уклонами, скруглениями – все зависит от оборудования и инструментов, с помощью которых деталь будет производиться.

Но теперь есть и второй путь – 3D-печать, которая является идеальным решением для прототипирования и изготовления малых серий.
Ключевое преимущество аддитивных технологий – возможность создавать изделия максимально сложной формы (в том числе с мельчайшими деталями), которые нельзя произвести традиционными методами. Кроме того, при запуске печати необязательно учитывать сложность геометрии. Это особенно актуально для производства изделий путем металлического и пластикового литья.

Если изделие имеет простую форму, то зачастую целесообразнее его производить на станке с ЧПУ. Если же геометрия сложная, то 3D-печать – оптимальный вариант.

Когда нам нужен не один рабочий прототип, а малая серия – от 10 до 1000 изделий, используется литье в силикон, или двухкомпонентное литье. Для этого нужно получить мастер-модель – эталон, по которому будет создаваться силиконовая форма, в которую затем заливается пластик или воск.

– Мы выяснили, что 3D-печать – незаменимое решение при производстве продукции с использованием металлического и пластикового литья. Можете привести пример создания конкретной детали?

– Возьмем корпус обыкновенного телефона из пластика. Во-первых, он делится на две половины, нижнюю и верхнюю. Чтобы произвести одну из половин, надо сделать матрицу и пуансон – это оснастка для литья пластика под давлением. Металлическая форма, состоящая из двух половин, смыкается, затем в нее под давлением подается пластик, который принимает форму внутренней геометрии изделия.
При традиционном производстве на станке с ЧПУ вытачивают внешнюю и внутреннюю форму каждой половины. Но если у нас есть 3D-принтер, мы печатаем сразу готовое изделие целиком, металлическую оснастку делать не нужно. Мало того что ее долго изготавливать, она будет баснословно дорогая для тиража в десять штук. Таким образом, выгода 3D-печати очевидна – отпадает необходимость фрезерования для получения оснастки.

Телефон – продукт массового производства, и речь идет не о десяти, а о тысячах изделий. Как раз в этом случае нужны матрица и пуансон, и постоянная штамповка большого тиража. Кроме того, если понадобится внести какое-то небольшое изменение в конструкцию, мы можем оперативно исправить CAD-модель, сразу напечатать прототип и проверить его на собираемость, посмотреть, правильно ли мы разработали геометрию.

– При создании выплавляемых и выжигаемых мастер-моделей для литья с помощью 3D-принтера используется, соответственно, воск и фотополимер (технология печати MJP, технология литья QuickCast). Как выглядит производственная цепочка с использованием этих материалов и в чем их различия?

– Использование напечатанных на 3D-принтере выплавляемых восковых и выжигаемых фотополимерных моделей имеет одну и ту же механику, немного различаются алгоритмы действия.

У нас есть напечатанная восковая модель. Мы создаем для нее корку (то есть форму, в которую заливается металл), обмазывая мелкодисперсным порошком толщиной не менее 6-8 мм. Вид материала и толщина корки зависит не только от сложности геометрии и габаритов изделия, но и от металла, который будет литься в будущую форму. Затем деталь помещается в печь. В печи воск выплавляется, а сама корка отвердевает, и у нас получается твердая форма для литья металла.

Восковая и фотополимерная модели перепускного клапана, напечатанные на 3D-принтерах

Что касается выжигаемого фотополимера, то мы так же кладем изделие в печь, но если воск вытапливается при температуре +200⁰С градусов, то фотополимер – при +950⁰С. Корка так же затвердевает, а материал, из которого была создана модель, выгорает.

Далее в получившуюся форму заливается раскаленный металл – это может быть и алюминий, и титан, и даже магний. Форма остывает, после чего корка разбивается молотком или вибромашиной, и мы получаем отливку.

Следующий этап – мехобработка. Она заключается в том, чтобы сделать поверхность детали более гладкой – обрезать литники, по которым заливался металл, зашлифовать их, снять излишнюю шероховатость изделия. На этой стадии нам также может потребоваться сверление отверстия или подгонка крепежных элементов – для этого применяются станки с ЧПУ для финальной обработки изделия до его конечного варианта (шлифовальные, пескоструйные, сверлильные и т.д.).

– От чего зависит выбор воска или фотополимера?

Читайте также:  Сырье для производства стали

– Восковые машины относительно дешевы, при этом расходный материал – дорогой. С фотополимерными 3D-принтерами ситуация обратная. В сравнении с фотополимером воск достаточно хрупкий материал, это его недостаток. Но на сегодня восковая 3D-печать обеспечивает самую точную и самую гладкую поверхность. К тому же, восковое литье является традиционным для всех литейных производств в России. Соответственно, фотополимер подойдет там, где нужны модели большего размера, а прочность и детализация менее критичны. Пользователь должен сделать выбор, исходя из того, какие объемы он будет печатать, насколько часто он будет обращаться к прототипированию.

Так, на литейных предприятиях по всему миру, в России в том числе, активно используются профессиональные 3D-принтеры от 3D Systems, ведущего мирового производителя аддитивных установок. При этом ряд компаний имеют свой парк 3D-оборудования, другие заказывают услуги 3D-печати у подрядчиков.

– Мы подробно рассмотрели, как и в каких случаях выгодно использовать 3D-принтеры и 3D-сканеры. Если резюмировать: почему литейному предприятию необходимо внедрять аддитивные технологии?

– Для сокращения сроков производства при изготовлении опытных образцов и деталей малого тиража. Мы экономим и время, и деньги.

Вернемся к сравнению традиционного процесса с аддитивным. В первом случае это выглядит следующим образом:

1. Конструктор разрабатывает деталь, затем передает свою разработку инженеру.
2. Инженер адаптирует ее под методику производства вместе с технологом.
3. Дальнейшая адаптация заключается в том, что создается чертеж будущей формы матрицы и пуансона или чертеж, по которому деталь будет вытачиваться на фрезеровочном станке.
4. Затем на станке изготавливают матрицу и пуансон и отдают их на производство.

Так вот, с момента выдачи конструктором готового проекта инженеру и до получения формы, по которой будет отливаться изделие, проходит от полугода до года. И прошло, допустим, полгода, сделали десять опытных образцов, отдали их конструктору, он примерил эти металлические болванки, а они не совпадают с посадочными местами. Он понимает, почему они не совпадают, дорабатывает эту модель, и дальше цикл повторяется. Проходит еще минимум полгода до следующей примерки.

С помощью 3D-принтера конструктор фактически нажатием одной кнопки отправляет на печать свое изделие и отдает его сразу на производство в отливку. Срок сокращается с года или полугода до недели максимум. Это самое главное преимущество. Плюс, мы экономим значительные средства на изготовление формы. И, наконец, мы имеем возможность создавать изделия с геометрией любой сложности и, при необходимости, быстро оптимизировать конструкцию в программном обеспечении.

ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Сущность литья по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям известно много столетий. Оно применялось в художественном литье, в котором использовались восковые выплавляемые модели. Современный способ литья по выплавляемым моделям основан на применении моделей, изготовленных из легкоплавких материалов и огнеупорных красок или покрытий, наносимых на поверхности моделей. Литейная форма при этом способе получается без разъема, благодаря чему появляется возможность получения отливок высокой точности. Применение огнеупорных красок при изготовлении форм позволяет получить у литых деталей поверхности с малой шероховатостью.

Этот способ литья можно охарактеризовать как прогрессивный способ получения точных и сложных по форме отливок из любых литейных сплавов, в связи с чем оно получило широкое распространение в машиностроении, приборостроении, в инструментальном производстве, при изготовлении художественного литья, в том числе и ювелирных изделий. Литейная форма для этого способа литья представляет собой неразъемную тонкостенную, прочную, негазотворную, высокоогнеупорную оболочку с очень гладкой внутренней (рабочей) поверхностью. Такую оболочку изготавливают из мелкозернистых формовочных материалов по разовым (выплавляемым, растворимым или выжигаемым) моделям.

Литье по выплавляемым моделям заключается в следующем. Вначале по чертежу отливки (рис. 18.1, а) изготавливают пресс- форму (рис. 18.1, б), которая в дальнейшем служит для получения моделей из легкоплавких материалов.

Пресс-форма может быть изготовлена различными методами и из различных материалов (стали, алюминиевых сплавов, легкоплавких металлов, гипса, цемента, эпоксидной смолы и др.). По своей конструкции пресс-формы могут быть одногнездными и многогнездными. Полость пресс-формы, в которой формируют модель, должна быть выполнена с учетом усадки материала моделей и литейного сплава. Она должна иметь минимальное число разъемов, обеспечивать требуемую точность размеров и чистоту поверхности модели.

Для получения моделей в пресс-формах применяют различные легкоплавкие материалы или составы (парафин, стеарин, церезин, канифоль и др.). Наибольшее распространение в отечественной промышленности нашли двухкомпонентные легкоплавкие материалы, состоящие из парафина и стеарина, температура плавления которых 50. 60°С.

После подготовки пресс-формы (очистки, нанесения смазки и сборки) ее полость заполняют легкоплавким модельным соста-

Рис. 18.1. Последовательность получения заготовки при литье по выплавляемым моделям:

а — отливка; б — пресс-форма; в — литейная форма; г — блок литейных форм: / — до покрытия оболочкой; 2 — после покрытия оболочкой вом, который подают или свободной заливкой (при температуре

70. 90°С), или запрессовкой в пастообразном состоянии (при температуре 42. 45°С). В полости модельный состав охлаждается и затвердевает. Полученную модель извлекают из пресс-формы и охлаждают до нормальной температуры. Следует иметь в виду, что с помощью пресс-формы образуют как наружные, так и внутренние поверхности модели. Стержни для получения внутренних полостей или отверстий при литье по выплавляемым моделям, как правило, не применяют. Если получить отливку без стержней невозможно, то последние изготавливают с высокой точностью чаще всего из специальных керамических материалов и вставляют в пресс-форму при сборке, перед подачей в нее модельного состава. Это очень усложняет процесс, что учитывают при проектировании деталей.

Полученные из легкоплавкого материала модели (рис. 18.1, в) позволяют перейти к изготовлению литейных форм. Однако при небольших габаритных размерах и массе отливок, получаемых при литье по выплавляемым моделям, изготовление форм для получения только одной отливки бывает нецелесообразно. Поэтому полученные модели чаще всего предварительно собирают в блок (рис. 18.1, г) с единой литниковой системой. Модель литниковой системы изготавливают отдельно в специальной пресс-форме. Блок объединяет от нескольких единиц до нескольких десятков моделей.

Основным материалом для получения формы при литье по выплавляемым моделям служит огнеупорная краска или покрытие. Огнеупорная краска представляет собой жидкую сметанообразную суспензию, состоящую из 55. 60% тонкозернистого пылевидного кварца и 40. 45 % связующего раствора. В качестве связующего раствора применяют гидролизованный этилсиликат или жидкое стекло. Литейную форму получают нанесением огнеупорной краски на поверхность моделей, собранных в блок. Эту операцию чаще всего осуществляют погружением блока в бак с огнеупорной краской. Тонкую пленку, прилипающую к поверхности моделей и точно воспроизводящую форму, обсыпают мелким кварцевым песком. Песок внедряется в слой краски, задерживает ее на поверхности модели, формирует скелет оболочки-формы и увеличивает ее толщину. Создаваемая песком шероховатая наружная поверхность оболочки способствует хорошему сцеплению последующего слоя краски с предыдущим. Полученная таким образом оболочка из краски практически не обладает прочностью. Оболочка приобретает прочность в процессе сушки (2. 4 ч) без повышения температуры. Толщина одного слоя оболочки составляет всего 1,0. 1,5 мм. В результате нанесения нескольких (3 — 5) слоев огнеупорной краски на блоке моделей образуется неразъемная оболочка — форма с достаточной прочностью (рис. 18.1, д).

Далее выполняют технологическую операцию освобождения оболочки от моделей. Чаще всего модель в течение 10. 15 мин расплавляют в горячей воде (температура примерно 90 °С). Модельный состав, вытекающий через каналы литниковой системы, собирают и вновь используют для изготовления моделей, а пустую оболочку-форму просушивают.

Оболочку после удаления из нее моделей (рис. 18.2, а) прокаливают, помещая ее в неразъемную опоку (рис. 18.2, б). В зависимости от выбранного варианта технологического процесса пространство между стенками опоки и оболочки-формы заполняют наполнителем (крупнозернистый песок, чугунная дробь или другой материал) до обжига или сразу после него. Температура обжига форм составляет 900. 1 000°С.

Прокаленную и заформованную оболочку заливают жидким литейным сплавом. При производстве сложных и тонкостенных отливок из стали полученную после обжига форму, не охлаждая, заливают металлом при температуре 900. 950 °С, отливок изспла-

Рис. 18.2. Заключительные операции изготовления оболочковой формы: а — удаление моделей выплавлением; б — прокаливание

bob на основе меди — при температуре 600. 800°С, отливок из сплавов на основе алюминия — при температуре 200. 300°С.

Толстостенные отливки из любых сплавов получают в охлажденных формах.

После заливки металла формы охлаждают и разрушают. При этом керамическая оболочка формы отслаивается от внешних поверхностей отливок, однако прочно удерживается во внутренних полостях, углублениях и отверстиях. Поэтому отливки, отделенные от литниковой системы, подвергают механической очистке (дробеструйной и гидроструйной, в галтовочных барабанах) или химико-термической очистке (в растворах или расплавах щелочей). Затем производят зачистку остатков от литников, прибылей и выпоров, термическую обработку (в случае необходимости) и контроль отливок.

Таким образом, по сравнению с другими способами литья процесс получения отливок по выплавляемым моделям имеет характерные особенности.

Первая особенность касается модели: модель отливки не имеет разъема и знаковых частей, ее контуры полностью и точно повторяют форму детали; модель всегда является одноразовой, т.е. служит для изготовления только одной литейной формы и в процессе изготовления формы уничтожается.

Вторая особенность связана с литейной формой: керамическая оболочка толщиной 2. 8 мм не имеет поверхности разъема, формирующая отливку поверхность формы обеспечивает получение отливки с малой шероховатостью и требуемой точностью.

Наконец, третья особенность состоит в том, что металл заливают в горячие формы, что создает благоприятные условия для заполнения формы и питания отливки и позволяет получать тонкостенные отливки массой в несколько граммов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector