Процесс литья по выплавляемым моделям

Нужна помощь с новым проектом?

Давайте вместе раздвинем границы возможного. Спросите своих экспертов по литью под давлением.

На протяжении тысячелетий литье по выплавляемым моделям было успешным методом производства изделий различной формы, близких к идеальной форме. Несмотря на то, что в последние годы произошли значительные улучшения и модификации из-за появления новых материалов и технологий производства, процедуры, используемые в процессе литья по выплавляемым моделям, в основном не изменились.

Generally speaking, the eight steps below can be used to summarize investment casting, commonly referred to as lost wax casting.

Мастер создания выкройки

В зависимости от потребностей готового изделия скульптор или специализированный изготовитель форм создаст мастер-дизайн из воска, глины, дерева, стали или пластика. Их называют «мастер-образцами», потому что они имеют два припуска на усадку: один для воска, а другой для усадки отливочного материала. Деревянный мастер-образец и его отливка изображены на рисунке ниже.

These molds are expensive because, depending on the size, shape, and material used, it could require some trial and error to obtain the proper size and form.

Мастер-матрица / Пресс-форма / Пресс-форма

Мастер-матрица или форма, используемая для изготовления восковых моделей, изготавливается по образцу мастер-модели путем литья или механической обработки. На рисунке показано, как достижения в области технологий обработки и инструментов с ЧПУ сделали возможным изготовление мастер-матрицы из таких металлов, как алюминий и сталь, без необходимости использования эталонного шаблона.

Если мастер-образец изготовлен из стали, металл, имеющий более низкую температуру плавления, чем сталь, может отливать мастер-матрицу непосредственно из стального мастер-образца. В наши дни формы из силиконовой резины также широко используются, поскольку они просты в использовании и могут быть отлиты прямо из мастер-шаблона. Формы из силиконовой резины могут выдерживать температуру литья до 310°C (590°F).

При создании мастер-модели и штампа необходимо учитывать усадку металлического отлитого материала, огнеупорного вещества и модельного воска. Также рекомендуется добавлять припуски на обработку для последующей обработки поверхностей с более жесткими допусками. Ключевым элементом мастер-матриц или пресс-форм, состоящих из двух частей, является локатор выравнивания пресс-формы. Для выравнивания двух половин и изготовления точных деталей с минимальными линиями разъема или смещениями линий разъема необходимы локаторы пресс-форм.

Шаблон

После этого расплавленный воск впрыскивается или заливается в мастер-матрицу, где ему дают затвердеть для создания рисунков. Иногда на стенки внутренней полости штампа наносится восковое покрытие для получения полого рисунка. Пока не будет достигнута желаемая толщина рисунка, обычно около 3 мм (0,12 дюйма), это покрытие повторяется. Последний следует использовать только для необходимых компонентов. Кроме того, для изготовления конструкций иногда используют соответствующие полимеры и замороженную ртуть.

Обычно существует два типа стержней: растворимый воск и керамика. Сердцевины из растворимого воска растворяются в моделях во время предварительной обработки, тогда как керамические тела остаются на месте и удаляются после затвердевания металлической отливки.

Нагретый металлический инструмент используется в технике «чеканки» для устранения таких дефектов, как разделительные линии и засветы. Химические вещества, в том числе силиконовые спреи, также используются для удаления рисунков и предотвращения их повреждения.

Сборка выкройки

Впоследствии восковые модели собираются на один восковой литник. После удаления воска литник служит каналом для попадания расплавленного сплава в форму в опоку.

Литник удерживает восковую модель на месте, чтобы избежать деформации в процессе литья, создавая канал для потока расплавленного материала в форму и из нее.

Покрытие окунанием

Затем, чтобы создать «грунтовочный слой» или однородное поверхностное покрытие, конструкцию погружают в суспензию мелко измельченного огнеупорного материала, а затем выливают из нее. На этом этапе осаждаются очень мелкие частицы, образующие тонкий, но чрезвычайно гладкий слой паковочной массы, придающий готовому изделию гладкую поверхность и сложные детали. Очень мелкий кремнезем и другие связующие, такие как вода, этилсиликат и кислоты, часто встречаются в огнеупорных материалах.

После высыхания первого слоя конструкцию непрерывно окунают и покрывают, чтобы укрепить ее за счет увеличения толщины. Чтобы увеличить толщину и прочность влажной поверхности, на втором этапе процесса окунания, известного как «штукатурка», на нее насыпают песок или другой огнеупорный заполнитель. Толщина варьируется от 5 до 15 мм [от 0,2 до 0,6 дюйма].

Иногда альтернативный метод включает в себя выворачивание кластера однократного погружения наизнанку в проницаемой колбе и окружение его жидким паковочным материалом. Затем опоку встряхивают, чтобы удалить захваченный воздух и убедиться, что паковочная масса покрывает всю поверхность пресс-формы.

После этого он может полностью высохнуть, что может занять от 16 до 48 часов. Уменьшение влажности окружающего воздуха или использование вакуума помогает ускорить процесс высыхания.

Депарафинизация и обжиг

После того, как форма из огнеупорного материала завершила высыхание и отверждение, ее помещают вверх дном в печь или другой специальный автоклав для удаления парафина, чтобы воск расплавился и исчерпал себя, испаряя весь оставшийся материал. В процессе литья по выплавляемым моделям удаление модельного воска из формы является важным шагом, который, если все сделано неправильно, приведет к снижению выхода партии. Еще одна серьезная причина растрескивания скорлупы — удаление воска. Наиболее частым дефектом литья при инвестировании является растрескивание скорлупы.

Существует два основных метода депарафинизации: автоклав (пар) или мгновенный огонь. Паровые автоклавы являются лучшим вариантом, поскольку они нагреваются равномерно и оказывают меньшую нагрузку на материал.

Форму нагревают до температуры от 90 до 175 градусов по Цельсию и оставляют перевернутой на несколько часов, возможно, от четырех до двенадцати часов, чтобы воск расплавился и вытек. Обычно модельный воск собирается и перерабатывается. Затем кристаллизационную воду отгоняют и в течение некоторого времени (3-6 часов) поддерживают высокую температуру (650–1095°C), чтобы сжечь оставшийся воск. Литое металлическое вещество определяет как продолжительность, так и температуру.

Большинство разрушений оболочки происходит во время процесса депарафинизации, поскольку используемые воски имеют более высокий коэффициент теплового расширения, чем огнеупорный материал. Поскольку воск расширяется больше, чем паковочная масса, при ее использовании форма может сломаться под напряжением. Чтобы смягчить этот эффект, быстрый нагрев воска приведет к более быстрому плавлению внешнего слоя, позволяя оставшемуся воску расширяться без чрезмерной нагрузки на форму. Автоклавы также используются для уменьшения этого эффекта, поскольку их циклы нагрева могут быть более последовательными и точно регулироваться.

Предварительный нагрев и литье

Затем форму нагревают, чтобы подготовить ее к заливке. Предварительный нагрев позволяет металлу оставаться расплавленным в течение более длительного периода, улучшая его способность заполнять все детали формы и повышая точность размеров. После того, как форма остынет, любые дефекты можно исправить с помощью керамической суспензии или специального цемента. Когда форма нагревается, металл и форма сжимаются с одинаковой скоростью в процессе охлаждения, что позволяет более точно контролировать размеры.

После заливки в полую форму расплавленному металлу до температуры 3000°С дают остыть. Хотя гравитационное движение является самым простым, есть несколько способов убедиться, что форма заполнена. Центробежное литье, литье под наклоном, вакуумное литье или литье под положительным давлением воздуха могут помочь в заполнении формы, когда речь идет о сложных тонких деталях.

Нокаут и постобработка

После затвердевания металла форма разбивается, а металлическая отливка удаляется с использованием таких методов, как струя воды под высоким давлением, механическое скалывание, вибрация, ковка и пескоструйная обработка.

Далее лишний металл удаляется путем срезания каждой отливки по отдельности. В большинстве ситуаций литник снимают и используют повторно. После этого деталь подвергается постобработке — например, путем постобработки, термообработки, обработки поверхности, окраски или других методов — в соответствии со спецификациями на готовое изделие.