Главные преимущества технологии ЛГМ
На сегодня технология литья ЛГМ признаётся специалистами самой перспективной. Этот метод не только обеспечивает высокую производительность, но и обладает рядом других достоинств:
Экологичность
Применения данной методики литья производится без использования ядовитых или опасных для человека веществ. Более того, применение технологии ЛГМ не связано с образованием отходов, опасных для внешней среды. Основное вещество, которое подвергается химической и термической обработке, это пенополистирол. По окончании всех операций он превращается в безопасный углекислый газ.
Кварцевый песок после завершения процесса обновляют, и его можно использовать в новом производственном цикле. Другие технологии — выплавляемые модели или коктильное литьё — основаны на использовании множества других веществ и материалов. Кроме этого, альтернативные методики приводят к возникновению различных токсичных веществ, которые вредоносны для человека и/или экологии.
Универсальность
Технология ЛГМ достаточно эффективна и обеспечивает качественное изготовление продукции из чёрных или цветных сплавов металлов.
Технологичность
Ещё одним преимуществом является высокая технологичность методики, с помощью которой можно производить качественные литейные изделия сложнейших форм.
Экономичность
Технология ЛГМ позволяет существенно снизить трудовые, а в конечном итоге и финансовые издержки на механическую обработку изделий. Основным преимуществом метода является возможность во время одного технологического процесса изготовить несколько разных изделий. Также существенно экономиться объём расплава, так как появляется на порядок меньше излишних технологических элементов, что понижает металлоёмкость.
А это ведёт к значительно меньшим затратам на рутинную механическую доработку и сопутствующих операций, с помощью которых изделие доводится до необходимых геометрических форм. При использовании технологии ЛГМ поверхностные погрешности готового изделия минимизируются настолько, что в большинстве случаев производить шлифовально-полировальные работы просто не нужно.
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:
- сборка разъемной литейной формы;
- разогретая воскообразная масса легкоплавкого вещества (парафин, стеарин, воск) заливается в отверстие формы под давлением 2,5−3 атм;
- 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.
Облицовочная жидкость, для приготовления которой используется этилсиликат , 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 +120С…+150С или в горячей воде 90С. 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 ~ 900С 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.
Преимущества ЛГМ
Представители многих зарубежных фирм этот факт объясняют следующими преимуществами ЛГМ:
* уменьшаются затраты на оборудование и материалы;
*исключается из производственного процесса стержневое, формовочное и смесеприготовительное оборудование;
*применение в качестве материала формы сухого кварцевого песка и упрочнение формы вакуумом;
*снижение требований к квалификации рабочего персонала;
*возможность комплексной автоматизации всего технологического процесса;
*сокращение числа технологических операций и оборудования для финишной обработки отливок ;использование недорогой и сравнительно простой оснастки;
*значительное улучшение условий труда.
Изготовление моделей и модельные составы
Для того, чтобы изготовить модели применяют так называемые модельные составы. Их основу составляют смеси выполняемые на основе воска. Кроме этого, в состав добавляют полимеры, они улучшают механические свойства смесей. На некоторых производствах применяют мягкие составы. Они могут быть насыщены воздухом, для их упрочнения применяют полиэтилен или битум.
Модельные составы должны в полной мере отвечать следующим требованиям:
- Они должны обладать малой усадкой и не должны сильно расширяться под воздействием высоких температур.
- Постоянством твердости и прочностных характеристик.
- Определенной эластичностью.
- Возможность предельно точно повторять полость пресс-формы.
- Модельная смесь не должна прилипать к рабочим поверхностям формы и не должна оказывать коррозионного воздействия на них.
- Стойкостью к определенным химическим и физическим воздействиям.
- Смесь должна обладать хорошей стойкостью к окислению при разных температурах.
Модельные материалы и способы изготовления
В качестве материалов для газифицируемых моделей шире всего применяется плотный пенопласт (вспененный полистирол) мелких фракций.
Плотный пенопласт для ЛГМ
В зависимости от размеров детали применяются гранулы от 0,2 до 1,0 мм. Материал обладает такими ключевыми свойствами, как:
- Низкая цена.
- Высокая прочность.
- Легкообрабатываемость.
Вторым важным материалом для газифицируемых моделей являются антипригарные покрытия, которыми смазывают поверхность модели перед формовкой. Современные покрытия делают на основе водных связующих, они обладают высокой экологичностью.
Антипригарные покрытия для ЛГМ
Газифицируемые модели для отливок по ЛГМ производятся двумя способами. Небольшие матрицы для массовых отливок делают методом экструзионного вдувания жидкого пенопласта в алюминиевые изложницы. Их изготовляют в свою очередь методом литья или механической обработки. Газифицируемые макеты для изготовления сложных отливок вырезают из твердого куска пенопласта раскаленной нихромовой проволокой, закрепленной в шаблоне или в станке с ЧПУ.
Газифицируемые модели для литья
С помощью склеивания можно создавать газифицируемые модели для литья деталей больших размеров и практически любой конфигурации. Не является больше сложностью любое количество и глубина выступов и впадин, внутренних полостей и переменных уклонов поверхностей. Не требуется высокое искусство проектировщика и модельщика и многие часы ручного труда. Теперь это — простая последовательность операций.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Технологии литья бронзовых изделий
Плавка, как и обработка резанием, широко распространенная операция получения деталей. Для плавки рекомендуется использовать индукционные плавильные или тигельные нагревательные печи. Выбор обуславливается экономным потреблением электричества.
Чтобы сохранить химический состав сплавов применяются флюсы. С их помощью можно:
- Защитить внешний слой поверхности расплава:
- от окисления;
- повысить объем годного расплава;
- исключить неметаллические компоненты;
- Дегазировать состав из-за чего снижается образование:
- газовых пор;
- раковин.
Для получения гладких поверхностей на отливке и легкости ее извлечения после охлаждения используются антипригарные краски. Их использование обеспечивает:
- смазку пресс-форм;
- защиту от разрушения при контакте с расплавом;
- отсутствие пригаров.
Литье под давлением
Литье под давлением происходит при воздействии избыточного или недостаточного (вакуумического) давления. Для подачи расплава под избыточным давлением используется прессовый принцип. На поршень действует усилие от гидро- или пневмосистемы. Высокая скорость подачи наряду с высокой вязкостью создают высокое давление, позволяющее полностью заполнить форму. У полученных отливок высокая точность и мелкозернистая структура.
За счет вакуумного всасывания расплав втягивается в форму кристаллизатора.Охлаждение происходит к центру формы. Требуемое количество расплава втягивается за определенный промежуток времени.
После восстановления нормального (атмосферного) давления излишки расплава стекают. После охлаждения за счет усадки деталь самостоятельно извлекается из формы. Автоматизация процесса вакуумного всасывания позволяет заполнять форму в минимальное количество времени, вплоть до 0,1 секунды.
Готовое изделие из бронзы
Центробежное литье
Целесообразно использовать центробежное литье, разливая бронзу и латунь при изготовлении деталей типа тел вращения. Формирование деталей происходит на машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения. На машинах с горизонтальной заливкой отливают:
- втулки;
- вкладыши;
- кольца.
На машинах с вертикальной заливкой отливают:
- шестерни;
- червячные колеса;
- гребные винты.
Центробежное литье
В основе технологии лежит центробежная сила, которая образуется при вращении формы. Расплав уплотняется под действием сил, вытесняя сторонние компоненты.
Художественное литье
Современные тенденции диктуют применять литье не только при производстве деталей к механизмам и агрегатам, но и при получении элементов интерьера. Так, используя технологию художественного литья можно изготавливать:
- барельефы, скульптуры;
- элементы оград, решеток, ограждений ворот;
- сувенирную продукцию;
- светильники, бра;
- элементы интерьера.
Этапы технологии получения отливок следующие:
- изготовление модели;
- изготовление формы;
- подготовка формы;
- плавка шихты;
- подготовка расплава к заливке;
- охлаждение;
- извлечение из формы;
- обрубка;
- чистка и придание товарного вида.
Готовые отливки, по замыслу мастера, соединяются в единое изделие, если оно является многокомпонентным. После чего могут хромироваться, никелироваться, покрываться патиной и другими металлами.
Виды литейных моделей и их свойства
В самом простом случае в качестве модели для литья в землю используют оригинал изделия. Однако при этом благодаря литейной усадке невозможно соблюсти точные размеры отливок.
Обычно же делают модель (или макет) — масштабную копию будущего изделия, увеличенную на значение литейной усадки.
Модель для литья в землю
Материалы для моделей должны легко формоваться для придания нужной конфигурации и легко обрабатываться для передачи деталей рельефа. Традиционно их изготовляют из дерева, воска, гипса и металлов. Не так давно стали использовать также различные пластики. Печатают их и на 3D-принтерах.
Основные свойства моделей:
- Прочность — необходима при трамбовке земли, чтобы сохранить конфигурацию изделия и его размеры.
- Легкость вынимания из формы. Поверхность макета тщательно обрабатывают, покрывают особой смазкой. При сложной конфигурации используют разборную модель.
- Легкоплавкость и испаряемость (в случае выплавляемых/ выжигаемых моделей)
По сложности конструкции различают следующие виды моделей:
- Цельные
- Разъемные
- С отъемными частями
- Для пустотелых отливок
Цельные модели
Применяются для несложных изделий, без заметных выступов и впадин. Извлечение такого макета в ходе формовки не вызывает затруднений.
Цельные модели
Используются для макетирования простых деталей, а также барельефов, постаментов и других простых художественных отливок.
Разъемные модели
Применяются для литья сложной геометрии, со значительным рельефом поверхности, обычно линия разъема проходит по плоскости симметрии детали. Модели для таких изделий делают из двух и более составляющих, которые формуются в разных опоках
Для литья в землю очень важно, чтобы части макета не сместились друг относительно друга. Для этого при изготовлении подмодели ее снабжают шипами и отвечающими им пазами
Пары пазы-шипы и фиксируют компоненты во время формовки
Пары пазы-шипы и фиксируют компоненты во время формовки.
Разъемные модели
Для литья в землю изделий с особо сложной пространственной конфигурацией применяют макеты с отъемными частями. Так, для вазы ручки не дадут извлечь модель из формы. Поэтому их изготовляют из дерева повышенной плотности из двух или более частей. Ручки извлекаются внутрь полости, в начале нижние их части, а за ними — и верхние. Чтобы получить полость в изделие, используют специальную часть формы, называемую стержнем. К материалу для стержней предъявляются особые требования — он каждой стороной прикасается к поверхности отливки, поэтому их делают из прочных сортов дерева. Стержень должен легко выходить из отливки.
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:
- сборка разъемной литейной формы;
- разогретая воскообразная масса легкоплавкого вещества (парафин, стеарин, воск) заливается в отверстие формы под давлением 2,5−3 атм;
- 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.
Облицовочная жидкость, для приготовления которой используется этилсиликат , 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 +120С…+150С или в горячей воде 90С. 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 ~ 900С 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.
Главные преимущества технологии ЛГМ
На сегодня технология литья ЛГМ признаётся специалистами самой перспективной. Этот метод не только обеспечивает высокую производительность, но и обладает рядом других достоинств:
Экологичность
Применения данной методики литья производится без использования ядовитых или опасных для человека веществ. Более того, применение технологии ЛГМ не связано с образованием отходов, опасных для внешней среды. Основное вещество, которое подвергается химической и термической обработке, это пенополистирол. По окончании всех операций он превращается в безопасный углекислый газ.
Кварцевый песок после завершения процесса обновляют, и его можно использовать в новом производственном цикле. Другие технологии — выплавляемые модели или коктильное литьё — основаны на использовании множества других веществ и материалов. Кроме этого, альтернативные методики приводят к возникновению различных токсичных веществ, которые вредоносны для человека и/или экологии.
Универсальность
Технология ЛГМ достаточно эффективна и обеспечивает качественное изготовление продукции из чёрных или цветных сплавов металлов.
Технологичность
Ещё одним преимуществом является высокая технологичность методики, с помощью которой можно производить качественные литейные изделия сложнейших форм.
Экономичность
Технология ЛГМ позволяет существенно снизить трудовые, а в конечном итоге и финансовые издержки на механическую обработку изделий. Основным преимуществом метода является возможность во время одного технологического процесса изготовить несколько разных изделий. Также существенно экономиться объём расплава, так как появляется на порядок меньше излишних технологических элементов, что понижает металлоёмкость.
А это ведёт к значительно меньшим затратам на рутинную механическую доработку и сопутствующих операций, с помощью которых изделие доводится до необходимых геометрических форм. При использовании технологии ЛГМ поверхностные погрешности готового изделия минимизируются настолько, что в большинстве случаев производить шлифовально-полировальные работы просто не нужно.
Изготовление пресс-форм
Для производства уникальных изделий макет готовят, вырезая из куска модельного материала вручную или по шаблонам. Модели, имеющие форму тел вращения, изготавливают также на токарных станках. В последнее время получает все более широкое распространение метод 3D-печати моделей. Он подходит как для одиночных макетов, так и для небольших серий.
Стоимость современного промышленного 3D-принтера все еще высока, однако благодаря легкости перенастройки с одного изделия на другое он может стать эффективным инструментом изготовления моделей в случае большого количества разнородных заказов малых серий.
Для того чтобы изготовить большое количество одинаковых макетов, изготавливают матрицу из гипса, резины, силикона или металла. Рабочие макеты производят, в свою очередь, путем отливки в матрицу. По конструкции пресс-форма должна быть обязательно разборной, чтобы обеспечить возможность изготовления заданного количества моделей. Выбранный материал также должен обеспечивать такую возможность, поэтому к нему предъявляются такие требования, как прочность, плотность, низкая шероховатость, химическая инертность по отношению к макету. Вещество пресс-формы должно также обладать минимальной адгезией к макету для обеспечения легкости извлечения готовых макетов и соблюдения размеров
Важное свойство пресс-формы — ее прочность и износоустойчивость, особенно при крупных сериях
Литье ХТС, особенности отливок
В отличие от метода ЛГМ или способа по выплавляемым моделям литье стали или чугуна в землю требует включения в отливку припусков минимум в несколько миллиметров на каждую сторону. Также оставляется прибыль большой массы, которую также нужно будет отрезать.
В итоге стоимость отливки, выполненная в землю или кокильные отливки, включает следующие ценовые составляющие:
1. сама отливка;
2. припуски;
3. прибыль;
4. отрезка прибыли;
5. токарная и фрезерная обработка припусков;
6. мехобработка для получения точных размеров детали.
В результате литье в землю становится затратным мероприятием. И если изначально цена отливки за 1 кг выглядит весьма привлекательным делом, то после всех проведенных операций деталь получается дорогой. Многие заказчики не учитывают всего этого при решении выбора литьевого метода. К тому же в расчет не принимается возможный брак, который так свойственен ХТС или кокилю. Зачастую при данном способе в отливке много раковин, возможны и трещины. Это приводит к тому, что нужно отливать новую заготовку или пытаться исправлять уже существующий брак.
Бракованные изделия можно исправить сваркой или наплавлением металла, но это возможно лишь в случае, когда детали не являются ответственными и не нуждаются в особых точностных характеристиках.
Технологический процесс литья по газифицируемым моделям (ЛГМ)
В серийном производстве модели изготавливаются из вспененного полистирола в две стадии. На первой стадии гранулы исходного полистирола вспениваются до заданной насыпной массы и выдерживаются в течение определенного времени для созревания. На второй стадии осуществляется нагрев вспененных гранул в замкнутом объеме пресс-формы, в результате которого происходит формирование модели с заданными технологическими и механическими свойствами.
Технологический процесс изготовления моделей состоит из следующих операций: подготовка гранул пенополистирола, подготовка пресс-формы, заполнение пресс-формы гранулами пенополистирола, тепловая обработка пресс-формы, охлаждение пресс-формы, извлечение модели из пресс-формы, сушка модели, выдержка модели после сушки и контроль качества модели.
ЛГМ в серийном и массовом производствах применяется для получения отливок III-V классов сложности, которые характеризуются наличием плоских криволинейных наружных поверхностей, бабышек, фланцев с отверстиями, углублениями сложной конфигурации, внутренними полостями закрытого или полузакрытого типа с криволинейными поверхностями. Традиционными методами литья такие сложные отливки получают с применением одного или нескольких стержней. Получить цельную модель из пенополистирола для производства таких отливок на модельных автоматах, имеющих, как правило, один разъем, не представляется возможным. Поэтому сложные модели изготавливают из нескольких частей в пресс-формах с одним разъемом, а затем из них собирают цельную модель при помощи клея или сварки в кондукторе.
Качество модели определяется шероховатостью ее поверхности, размерной точностью, равномерностью структуры пенополистирола, ее объемной плотностью и механической прочностью. Шероховатость поверхности модели зависит от качества рабочей поверхности пресс-формы, активности вспененных гранул полистирола и термовременных параметров формирования модели в пресс-форме.
Заключительной операцией перед формовкой модели или модельного блока является нанесение противопригарного покрытия, к которому при ЛГМ предъявляются особые требования, вытекающие из технологии производства отливок и процессов, происходящих в формах при заливке их металлом.
При формовке модели и уплотнении формы формовочный материал непосредственно воздействует на противопригарное покрытие, поэтому оно должно обладать высокой стойкостью к истиранию и достаточной когезионной прочностью. При заливке формы металлом модель дестругирует с образованием парогазовой фазы, которая должна свободно транспортироваться из зоны взаимодействия модели с металлом через противопригарное покрытие, поэтому покрытие должно обладать достаточной газопроницаемостью.
Формирование поверхности отливки, ее геометрии и физико-механических свойств при ЛГМ происходит в результате сложных процессов массо- и теплопереноса в системе модель—металл— форма. Наличие модели в форме, которая газифицируется под действием расплавленного металла, меняет сложившиеся теоретические и технологические представления о процессах формирования отливки. Как ни в одном из ранее существующих технологических способов производства отливок, продукты термической деструкции модели предопределяют качество отливки. Очевидно, что главная роль в процессах формирования отливки при данном способе литья принадлежит газовому режиму литейной формы.
Газовый режим литейной формы – это количественное и качественное изменение во времени продуктов термической деструкции модели в полости формы, на границе металл—форма и в стенках формы во время заливки металла, его кристаллизации, охлаждения и взаимодействие этих продуктов с металлом на всех стадиях формирования отливки.
Для изготовления литейной формы при ЛГМ используются как традиционные формовочные смеси (сырые песчано-глинистые, само- и холоднотвердеющие, жидкие самотвердеющие), так и несвязанные сухие сыпучие материалы (кварцевый песок, металлическая дробь). Технологический процесс изготовления литейной формы из формовочных смесей во многом подобен процессу формовки по извлекаемым моделям и отличается некоторыми технологическими приемами; это обусловлено применением неизвлекаемой, легко деформируемой и газифицируемой модели.
Изготовление литейной формы из несвязанных огнеупорных сыпучих материалов стало возможным только благодаря применению газифицируемой модели и является принципиально новым технологическим процессом формообразования.
Технология непрерывного литья
При изготовлении отливок непрерывным литьем расплавленное сырье из металлоприемника через графитовый пустотелый полустержень поступает в кристаллизатор с обязательным водным охлаждением, при затвердевании вытягивается специальным устройством. Такие заготовки позднее обрезают по необходимым размерам.
Используют непрерывное литье с целью получения полуфабрикатовиз чугуна, цветных, драг. металлов. Заготовки не могут иметь посторонних включений, пористости, раковин благодаря созданию узконаправленного потока затвердевания металла. Эта особенность делает данный способ непревзойдённым для изготовления качественной проволоки.
Изготовление моделей и блоков
Широко распространенный способ изготовления выплавляемых моделей — отливка их под малым давлением в пресс-формы. Нагнетание жидкой смеси производится как вручную, с помощью поршневых шприцев, так и механическими, гидравлическими или пневматическими нагнетателями. В случае применения буроугольного воска требуется подогревать трубопроводы подачи состава ввиду его высокой вязкости. Макеты из вспененного полистирола изготавливают методом экструзии на автоматизированных формовочных агрегатах.
Для повышения экономической эффективности и снижения трудоемкости в случае серийного производства небольших отливок их макеты объединяют в блоки. Над блоками формируют литниковые системы, присоединяя отдельные макеты к литникам посредством ручного паяльника. В случае единичных отливок или малых серий модели изготовляют вручную.
При формировании литниковых систем необходимо обеспечить не турбулентное течение расплава, равномерное заполнение всех элементов матрицы. При набивке формы из ПГС нужно также следить за равномерным заполнением всех проемов между литниками и недопущением их повреждения.
