Lijevanje izgubljenog voska: tehnologija, prednosti i nedostaci

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Upotreba investicijskih modela prilično je popularna metoda ljevaoničke proizvodnje. Metoda se odlikuje složenošću tehnološkog procesa i visokim troškovima rada za pripremne procese. Stoga se koristi tamo gdje je potrebno točno promatrati dimenzije i osigurati visoku kvalitetu površine dijelova. Tako se lijevaju turbinske lopatice i visokoučinkoviti alati, proteze i nakit, kao i skulpture složene konfiguracije. Bit lijevanja u izgubljenom vosku je da je kalup za lijevanje jednodijelan, model od niskotaljivih materijala se ne skida tijekom kalupljenja, već se topi. To osigurava pažljivo poštivanje dimenzija i reljefa. Metal se ulijeva u šupljinu koja je ostala od modela. Po završetku hlađenja, kalup se uništava i proizvod se uklanja. Kod lijevanja velikih serija, cijena proizvoda je smanjena.

Prednosti metode

Glavna prednost investicijskog lijevanja je točnost prijenosa kalupa i niska hrapavost površine. Osim toga, dostupne su i druge pogodnosti:

• Dostupna proizvodnja lagano obrađenih dijelova od legure.
• Smanjuje potrebu za daljnjom obradom.
• Lijeni su proizvodi koji bi inače morali biti izrađeni u dijelovima i sastavljeni zajedno.
• S velikim serijama postiže se smanjenje specifičnog intenziteta rada (po jednom proizvodu) i njegove cijene.
• Mogućnost mehanizacije i djelomične automatizacije pripremnih radnji samog odljevka.

Ove prednosti čine metodu jednom od najpopularnijih i korištenih u današnjoj metalurgiji, posebno u kombinaciji s modernim progresivnim metodama lijevanja.

Nedostaci investicijskog lijevanja

Nesumnjive prednosti metode, čini se, trebale su osigurati njezinu dominaciju među ostalim metodama. Međutim, unatoč popularnosti metode lijevanja u ulošku, nedostaci su spriječili njezino široko prihvaćanje. Glavni nedostatak je složenost procesa u više faza. Za pripremne faze potrebna je prilično složena i skupa tehnološka oprema. Za jednostavne proizvode proizvedene u malim serijama, ova metoda ima veću cijenu.

Za isplativu primjenu investicijskog lijevanja uspoređuju se prednosti i nedostaci metode, odluka onjegov izbor se uzima na temelju procjene omjera cijene i kvalitete. Stoga se uglavnom koristi za najkritičnije i najskuplje proizvode koje je teško dobiti na bilo koji drugi način, kao što su lopatice turbine, skulpture, brzohodni alati itd. Drugo područje primjene su odljevci velikih razmjera, u što učinak razmjera omogućuje postizanje značajnog smanjenja troškova.

Tehnologija

Tehnologija investicijskog lijevanja je višestupanjski proizvodni proces koji je relativno radno intenzivan. U prvoj fazi izrađuje se glavni model, koji će nakon prolaska kroz sve faze konačnog proizvoda postati standard za izradu radnih modela. Za izradu glavnog modela koriste se i posebne kompozicije modela i tradicionalne - gips ili drvo. Materijal glavnog modela trebao bi kombinirati snagu i lakoću obrade.

Dalje, tehnologija investicijskog lijevanja omogućuje stvaranje kalupa u koji će se lijevati svi radni modeli. Kalupi se izrađuju od gipsa, gume, silikona, rjeđe metala. Strukturno, nužno mora biti odvojiv i dizajniran za ponovnu upotrebu. Kalup se puni sastavom modela, nakon što se stvrdne, rastavlja se i vadi sljedeći radni model.

Prilikom proizvodnje jedinstvenih dijelova ili malih serija, faze izrade glavnog izgleda i kalupa se preskaču, a izgled (ili nekoliko) se izrađuje ručnim oblikovanjem materijala.

Sljedeći korak u procesu ulaganja jeproizvodnja oko izgleda (ili bloka rasporeda) kalupa za lijevanje. Ove matrice su već strukturno neodvojive i jednokratne, što omogućuje pažljivo poštivanje dimenzija i hrapavosti proizvoda. U modernoj industriji koriste se dvije vrste kalupa - tradicionalni kalupi od pijeska i gline za lijevanje u zemlju i kalupi za školjke - za proizvodnju preciznih i skupih dijelova.

Nakon što je kalup završen, model se iz njega topi zagrijavanjem ili puhanjem pregrijanom parom. Oblici školjke dodatno se ojačavaju zagrijavanjem do 1000 ˚S.

Završna faza procesa uključuje stvarno lijevanje proizvoda, njegovo hlađenje u prirodnim uvjetima ili posebnom metodom u termostatu, uništavanje kalupa i čišćenje proizvoda. Metoda omogućuje dobivanje visokokvalitetnih odljevaka težine od nekoliko grama do desetak kilograma.

Postavi modela

Materijal za izradu izgleda mora imati određena svojstva. Trebao bi imati svojstva kao što su:

• Plastičnost u čvrstoj fazi. Potrebno je točno ponoviti oblik budućeg proizvoda i po potrebi ga ispraviti.
• Snaga. Model mora izdržati bez deformacije proces formiranja oblika oko sebe.
• topljivo. Renderiranje modela ne bi trebalo zahtijevati puno vremena i energije.
• Otopljena fluidnost. Kompozicija bi trebala lako prodrijeti u sve udubine i detalje reljefa, točno ponavljajući obrise budućeg detalja.
• Ekonomija. Posebno važno za proizvodnju velikih serija.

Za kompozicije modela obično se koristi mješavina stearina i parafina. Ovi materijali uspješno se međusobno nadopunjuju, kompenzirajući nedovoljnu točku taljenja parafina i pretjeranu viskoznost stearina.

Kompozicije na bazi lignitnog voska nisu ništa manje popularne u industriji. Njegova glavna svojstva su otpornost na vlagu, čvrstoća i sposobnost stvaranja vrlo glatkih premaza, što je posebno vrijedno za modeliranje proizvoda.

Smjese koje se sastoje od mješavine voska smeđeg ugljena, parafina i stearina također se koriste.

Izrada kalupa

Za izradu unikatnih proizvoda priprema se layout izrezivanjem komada modela materijala ručno ili prema predlošcima. Na tokarilicama se izrađuju i modeli u obliku tijela okretanja. U posljednje vrijeme sve je raširenija metoda 3D ispisa modela. Pogodan je za pojedinačne rasporede i male serije.

Cijena modernog industrijskog 3D pisača je još uvijek visoka, ali zbog lakoće rekonfiguracije s jednog proizvoda na drugi, može postati učinkovit alat za izradu modela u slučaju velikog broja heterogenih malih serija narudžbi.

Kako bi se napravio veliki broj identičnih rasporeda, matrica se izrađuje od gipsa, gume, silikona ili metala. Radni rasporedi se proizvode, pak, ulivanjem u matricu. Po dizajnu, kalup mora biti sklopiv kako bi se osigurala mogućnost izrade zadanog broja modela. Odabrani materijal također bi trebao pružiti takvu priliku, stoga mu se postavljaju zahtjevi kao što su čvrstoća, gustoća, niska hrapavost i kemijska inertnost u odnosu na raspored. Tvar kalupa također mora imati minimalno prianjanje na maketu kako bi se osiguralo da se gotovi makete mogu lako ukloniti i pridržavati se dimenzija. Važno svojstvo kalupa je njegova čvrstoća i otpornost na habanje, posebno za velike serije.

Izrada modela i blokova

Široko korištena metoda proizvodnje investicijskih modela je njihovo lijevanje pod niskim tlakom u kalupe. Ubrizgavanje tekuće smjese vrši se kako ručno, pomoću klipnih šprica, tako i mehaničkih, hidrauličkih ili pneumatskih kompresora. U slučaju korištenja voska smeđeg ugljena, potrebno je zagrijati cjevovode za dovod sastava zbog njegove visoke viskoznosti. Modeli od ekspandiranog polistirena izrađuju se ekstruzijom na automatiziranim strojevima za kalupljenje.

Kako bi se povećala ekonomska učinkovitost i smanjio radni intenzitet u slučaju serijske proizvodnje malih odljevaka, njihovi se rasporedi kombiniraju u blokove. Sustavi zalijevanja formiraju se iznad blokova pričvršćivanjem pojedinačnih rasporeda na spruve pomoću ručnog lemilice. U slučaju pojedinačnih odljevaka ili malih serija, modeli se izrađuju ručno.

Pri oblikovanju sustava zalijevanja potrebno je osigurati neturbulentno strujanje taline, ujednačeno punjenje svih elemenata matrice. Prilikom punjenja obrasca iz PGS-a također morate pratiti ujednačeno punjenje svihotvori između žljebova i sprječavanje oštećenja.

Izrada kalupa

U razmatranoj metodi lijevanja za ulaganje postoje dvije glavne vrste kalupa:

• Mješavine pijeska i gline (SGM).
• Školjka.

Flued vosak kalupi se uglavnom koriste u proizvodnji malih serija proizvoda koji ne zahtijevaju vrlo visoku točnost. Proces njihove izrade je dosta radno intenzivan i zahtijeva visoke i često jedinstvene vještine modelara i kalupara. Djelomična mehanizacija je pogodna samo za određene operacije, kao što su priprema i punjenje pijeska za kalupljenje, njegovo nabijanje.

Kalupi za školjke, s druge strane, koriste se za proizvodnju dijelova koji zahtijevaju posebnu preciznost proizvodnje. Proces njihove proizvodnje je složeniji i dugotrajniji, ali se bolje podvrgava mehanizaciji.

lijevanje na zemlju

Ovo je najranija metoda obrade metala kojom je ovladalo čovječanstvo. Naši su ga preci ovladali istodobno s početkom upotrebe metalnih proizvoda kao oružja, alata ili pribora, odnosno prije oko 5 tisuća godina. Otopljeni metal se ulijeva u pripremljenu matricu iz mješavine pijeska i gline. Najranija mjesta za obradu metala nastala su upravo tamo gdje su se u blizini nalazile naslage metala u obliku grumenova i placera. Tipičan primjer je tvornica Kasli na Uralu, svjetski poznata po odljevku željezne čipke.

Metoda investicijskog lijevanja koristi se za proizvodnju metalnih proizvoda - željeznih iobojena. A samo za metale koji pokazuju povećanu sklonost reagiranju u tekućoj fazi (kao što je titan), potrebno je izraditi matrice iz drugih sastava.

Proizvodni proces lijevanja u PGS-u sastoji se od sljedećih faza:

• izrada modela;
• priprema tikvice;
• punjenje i zbijanje smjese u tikvici;
• lijevanje metala;
• uklanjanje i čišćenje odljevka.

Obrazac iz ASG-a - za jednokratnu upotrebu. Da biste dobili gotov proizvod, morat će se razbiti. U isto vrijeme, većina smjese je dostupna za ponovnu upotrebu.

Kao materijali za ASG koriste se sastavi pretežno kvarcnog pijeska različitih veličina zrna i plastične gline čiji se sadržaj kreće od 3 do 45 posto. Tako se, na primjer, umjetnički odljevci proizvode mješavinom s 10-20% udjela gline, za posebno velike odljevke, sadržaj gline se podešava na 25%.

Koriste se dvije podvrste:

• Mješavine za lice. Nalaze se na unutarnjoj površini kalupa i međusobno djeluju s rastaljenim metalom. Moraju biti otporni na toplinu, da se ne mogu uništiti temperaturnim razlikama i naprezanjima koja iz toga proizlaze. Ove smjese imaju fino zrno za pažljivo prenošenje detalja površine. Sposobnost smjese da propušta plin je također vrlo značajna.
• Mješavine za punjenje. Koriste se za zatrpavanje između obložnog sloja i stijenki tikvice. Moraju izdržati težinu izlivenog metala, zadržati oblik proizvoda i pridonijeti pravodobnom i potpunom uklanjanju plinova. Proizveden od jeftinijih vrsta pijeska,višekratno.

Ako plinovi za lijevanje ne izlaze kroz masu kalupnog pijeska, već kroz sustav zalijevanja, nastaju defekti u odljevku, što dovodi do braka.

Tradicionalna tehnologija bacanja u zemlju detaljno je ilustrirana u filmu A. Tarkovskog "Andrej Rubljov". U pripoveci "Zvono" mladić Boriska, sin pokojnog majstora, vodi ljevaonicu i lije crkveno zvono.

Lijevanje školjki

Način lijevanja u ljuske u kalupe karakterizira najbolji prijenos dimenzija proizvoda i niska hrapavost površine. Model je izrađen od topljivih spojeva, kao što je vosak smeđeg ugljena. Ljevaonice također naširoko koriste sastav parafin-stearina u jednakim omjerima. U slučaju odljevaka velikih dimenzija, soli su uključene u materijal modela kako bi se model zaštitio od deformacija. Umakanjem u otopinu model se prekriva u 6-10 slojeva visokotemperaturnom suspenzijom.

Hidrolizirani silikati djeluju kao vezivo, kristali elektrokorunda ili kvarca uzimaju se kao prskanje otporno na toplinu. Materijali kalupa za ljuske karakteriziraju visoka čvrstoća, niska higroskopnost i izvrsna plinopropusnost.

Izgled se suši u atmosferi plinovitog amonijaka. U sljedećoj fazi, kalup se zagrijava na 120 ˚C kako bi se uklonio parafinski model. Ostaci smjese se uklanjaju pregrijanom parom pod visokim tlakom. Zatim se kalup kalcinira na temperaturama do 1000 ˚S, što dovodi do njegovog konačnog fiksiranja i uklanjanja tvari,koji se mogu osloboditi kao plinovi tijekom procesa lijevanja.

Ljuska se stavlja u neku vrstu tikvice, koja je prekrivena čeličnom sačmom. To pomaže u održavanju konfiguracije pri punjenju kalupa talinom i ujedno poboljšava uvjete za hlađenje odljevka. Talina se izlije u kalupe zagrijane na 1000 ˚S. Nakon hlađenja proizvoda prema posebnom programu u termostatu, kalup se uništava, odljevak se skida i čisti.

Glavna prednost ove metode lijevanja je visoka točnost dimenzija i niska hrapavost površine.

Dodatne prednosti metode:

• Lijevanje dijelova od legura koje je teško strojno obrađivati.
• Lijevanje predmeta koji bi se inače morali izlijevati po komadima, a zatim ponovno sastavljati.

Nedostaci ove metode lijevanja su niska iskorištenost metala i povećan intenzitet rada.

Precizno lijevanje

Precizno ulaganje - ovo je naziv za tehnologiju i sam konačni proizvod. Visoka točnost lijevanja osigurana je činjenicom da tijekom pripreme kalupa nema potrebe za vađenjem modela proizvoda iz njega. Kada se koristi tradicionalna metoda, proizvodnja matrice za lijevanje je složen i vrlo dugotrajan višestupanjski proces. To je osobito istinito u slučaju lijevanih dijelova složene konfiguracije, s udubljenjima, udubljenjima i unutarnjim šupljinama.

Na primjer, kada lijevate vazu od lijevanog željeza ili bakra s promjenjivom zakrivljenošću površine, morate koristiti mnogo trikova. Da, prvodonja polovica tikvice se puni, zatim se model makne, okrene i nabije se gornja polovica. Model mora biti izrađen od kompozita, ručke vaze su izrađene od dva elementa, izvlače se kroz šupljinu modela u dvije faze - prvo donji element, zatim gornji. Sva ta brojna okretanja i povlačenja ne mogu pozitivno utjecati na cjelovitost površine kalupa i, u konačnici, na točnost održavanja dimenzija odljevka i kvalitete njegove površine. Osim toga, ostaje problem preciznog usklađivanja dijelova tikvica i njihovog sigurnog pričvršćivanja jedan na drugi.

Proizvodnja odljevaka je lišena ovih nedostataka, ne zahtijeva tako visoko kvalificirane modelare i značajno smanjuje radni intenzitet operacija predlijevanja. To je posebno izraženo kod velikih serija odljevaka.

Metoda omogućuje postizanje 2-5. klase točnosti prema GOST 26645-85. To omogućuje izlijevanje visoko preciznih proizvoda kao što su turbinske lopatice, alati za rezanje, uključujući glodala i bušilice visokih performansi, kritični visokoopterećeni nosači, mali dijelovi vozila s visokim opterećenjem, alatni strojevi i drugi složeni mehanizmi.

Visoka točnost dimenzija i visoka površinska klasa minimiziraju potrebu za daljnjom obradom odljevka, čime se štedi metal i smanjuju troškovi proizvodnje.

Oprema

Potrebna oprema za ulaganje je raznolika i složena. Poduzeća ih spajaju u jedinstven i dobro koordiniran kompleks,organizirano kao mjesto, radionica ili zasebna proizvodnja.

Sastav kompleksa ovisi o opsegu proizvodnje, veličini, konfiguraciji i prometu odljevaka.

Dakle, u proizvodnji proteza i nakita, oprema će uključivati:

• stol modela;
• muflna peć s termostatom;
• set skalpela i lopatica za ispravljanje oblika modela;
• formirajuća ploča;
• flask;
• spremnici za skladištenje i pripremu pijeska za kalupljenje;
• set alata za nabijanje pijeska;
• lonac za topljenje metala;
• forceps;
• čekić za razbijanje kalupa.

Ovaj proizvodni kompleks može lako stati na jedan stol i u jedan ormar. Ako se planira masovna proizvodnja, na primjer, aluminijskih odljevaka - dijelova uređaja, tada će biti potrebna oprema za:

• oblikovanje i izlijevanje keramičkih kalupa;
• oblici za sušenje;
• otapanje materijala modela i nanošenje sloja otpornog na toplinu;
• čišćenje odljevaka od materijala za oblikovanje.

I konačno, stvarna oprema ljevaoničkog kompleksa, dizajnirana za dobivanje taline i izlijevanje u kalup. To može biti oprema za lijevanje:

• pod niskim pritiskom;
• centrifugalna;
• na uobičajeni gravitacijski način.

Strojevi za brizganje i centrifugalno lijevanje odvojeni su visoko mehanizirani i automatiziraniproizvodni kompleks, izoliran od atmosfere trgovine. Minimiziraju ručni rad i izlaganje ljudi štetnim uvjetima. Zatvorene komore u kojima se nalaze kompleksi osiguravaju potpuno hvatanje i pročišćavanje ispušnih plinova, što značajno povećava ekološku prihvatljivost poduzeća.

Lijevanje izgubljenog voska ima prilično velik potencijal za razvoj, posebno u kombinaciji s naprednim tehnikama izrade kalupa i izlijevanja.