Материалы для литейного оборудования в с

Телефон: 8(905) 349-20-71

8(917)610-18-72 Факс/ Телефон: 8(8422) 24-22-45

г. Ульяновск, ул. Промышленная 5, строение 1

Новости «Симбирские печи»

Закончилась сборка Установки УЛВБ мод. 5895Н

Команда ООО «Симбирские печи» закончила сборку УЛВБ

УСТАНОВКА ДЛЯ ЛИТЬЯ В ВАКУУМЕ «УЛВБ» мод. 5895Н

Предназначена для производства отливок колес турбины турбокомпрессоров и других деталей из жаропрочных сплавов на никелевой и кобальтовой основе. В установке отсутствует плавильный тигель. Все операции плавки металла и заливки форм автоматизированы.

Производство «Колёс для транспортных тележек и железнодорожных кранов»

Установка литья в вакууме бестигельная (УЛВБ)

ООО «Симбирские печи» начали изготовление, сборку и наладку машины — «Установка литья в вакууме бестигельная (УЛВБ)» для производства крыльчатки турбины двигателя, по заказу ООО Литоформ на поставку ПАО КАМАЗ

Вы здесь: Главная />Статьи и публикации в СМИ />ХII cъезд литейщиков России. Технологические особенности производства стального литья методом литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) с использованием нового оборудования

ХII cъезд литейщиков России. Технологические особенности производства стального литья методом литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) с использованием нового оборудования

Процесс ЛГМ постепенно находит широкое распространение в литейных цехах в России.
Наибольшее распространение ЛГМ получил при производстве серого чугуна и алюминиевых сплавов.
При применении ЛГМ в стальном литье возникает существенный недостаток-науглероживание до 0,15-0,2% С.
Учитывая сталелитейную направленность литейного производства в России, проблема получения качественных отливок методом ЛГМ весьма актуальна.
При этом нужно учесть, что процесс ЛГМ в России применяют в небольших литейных цехах.
Исходя из этого, целью нашей работы была разработка оптимальных параметров отдельных этапов техпроцесса для стального литья и применение для этих целей нового оборудования и, самое главное, разработка методов контроля на каждом из этапов технологии.

Процесс ЛГМ

Процесс ЛГМ состоит из двух этапов:

• получение качественных пеномоделей и сборки их в кластеры;
• виброуплотнение кластеров наполнителем заливка жидким металлом под вакуумом.

Нами была поставлена задача – разработать оптимальные параметры на всех стадиях этих двух этапов и их контроль в условиях мелкосерийного производства, что является крайне сложным по сравнению с массовым автоматизированным производством.

I. Технология получения качественных пеномоделей (кластеров) для стального литья

При использовании традиционного пенополистирола, благодаря высокому науглероживанию +0,15-0,2% С, получить качественные стальные отливки весьма проблематично.

В этой связи наиболее приемлемым являются новые пеноматериалы-сополимеры, которые в своем составе содержат полимер метилметакрилат (РММА) и полистирол (EPS).

В состав РММА входит кислород, поэтому при взаимодействии с жидким металлом он сразу же превращается в газ, исключая образование «жидкой фазы», что устраняет указанный дефект — науглероживание

Формула РММА: (С8Н8О2)-m

В настоящее время для ЛГМ производится две марки сополимера:

• CLEAPOR 500A (производитель Япония);
• STMMA (производитель Китай).

Подвспенивание сополимера

Специально для подвспенивания гранул

сополимера и дальнейшего спекания пеномоделей разработано компьютерное управление стандартного автоклава ГП- 100-ПМ. (см.фото)

alt=»01″ width=»100″ height=»150″ />Основным назначением данной системы автоматического управления (САУ) является реализация интерфейса и автоматическое поддержание рабочих режимов пара в стерилизаторе.

Данная система позволяет управлять процессом, поддерживая рабочую температуру камеры автоклава.

Задув и спекание подвспененных гранул сополимера

alt=»03″ width=»100″ height=»140″ />Для качественного задува подвспененных гранул было изготовлено новое задувное устройство, которое позволяет равномерно заполнять полости прессформ (см. фото).

Склейка моделей

В случае простых разъемов моделей целесообразно соединять стыковочные поверхности путем их расплава.

Для сложных поверхностей применяется специальный термопластический клей с минимальной газотворностью, что особенно важно для сополимера.

Требования к противопригарным покрытиям для стальных отливок

При использовании сополимера противопригарное покрытие должно обладать высокой термостойкостью и газопроницаемостью. Таким требованиям отвечает покрытия ASK (Германия) марки Polytop FS3.

Равномерность покрытия и оптимальная его толщина достигается путем применения новой краскомешалки, в которой происходит непрерывное перемешивание краски.

Технологи я сушки

alt=»04″ width=»100″ height=»85″ />От качества сушки противопригарного покрытия зависит качество отливки.После просушки краска не должна иметь остаточной влажности и трещин. Для выполнения этих требований был разработан специальный сушильный шкаф, в котором достигается необходимая температура 52-54°С и высокий теплообмен, обеспечивающий влажность не более 16% (см.фото).

Выводы:

1. Разработана и освоена технология и новое оборудование для ручного изготовления качественных моделей из сополимера, а также выбраны параметры контроля на всех стадиях процесса.
2. Оптимальными параметрами процесса являются:

• качественное подспенивание исходных гранул сополимера до плотности не более 24-26 г/л и содержание пентана в подспененных гранулах не менее 6,8-7,0 %;
• выбранные параметры задува для различных пеномоделей обеспечивают равномерное заполнение гранулами полостей прессформ и качественную структуру моделей после их спекания в автоклаве;
• правильно подобранное противопригарное покрытие и метод окраски обеспечивают оптимальную толщину краски и ее газопроницаемость;
• специальное оборудование для сушки окрашенных моделей обеспечивает температуру не менее 52-54°С и равномерную просушку краски;
• оптимально разработана литниковая система,которая позволяет получить хорошую проливаемоть блока.
• правильный выбор конструкции модельного блока (кластера) обеспечивает его жесткость при заполнении наполнителем и последующим виброуплотнением.

Комплект оборудования для ручного изготовления пенополистироловых моделей

II. Технология формовки и заливки сополимерных кластеров жидким металлом.

alt=»06″ width=»100″ height=»136″ />Выбор оптимальных параметров формовки

Цель формовки-равномерно заполнить наполнителем все полости пеномоделей, чтобы обеспечить высокое качество поверхности отливки. Специально для ЛГМ был разработан вакуумный контейнер для формовки и заливки кластеров (см. фото).

Контейнер имеет необходимую жесткость, благодаря которой вибрация вибростола эффективно передается на находящийся внутри контейнера наполнитель.

Подвод вакуума к контейнеру осуществляется через специальный клапан, распоположеный в его днище.

Оптимальные параметры виброуплотнения

Успех данной операции зависит от следующих факторов:

• жесткой конструкции вакуумного контейнера и его гидравлического прижима к вибростолу;
• наличия пневмоподушек, на которых происходит виброуплотнение контейнера;
• специального вибростола, который обеспечивает высокую текучесть наполнителя при вибрации;
• наличия специального передвижного бункера-дозатора, при помощи которого происходит послойное заполнение.

Засыпное устройство

alt=»07″ width=»100″ height=»138″ />Засыпное устройство представляет собой стационарный бункер с шиберным затвором для регулировки потока песка и передвижной дозатор, с помощью которого происходит послойное заполнение контейнера. Количество слоев-от 3 до 5 в зависимости от конструкции. кластера.

Данное устройство позволяет контролировать процесс получения “постели”, установку модельного блока и процесс вибрации.

Вибростол

Данный вибростол позволяет стабильно добиваться высокой текучести наполнителя при послойном заполнении контейнера.

Конструкция данного стола позволяет:

• производить вибрацию контейнера с использованием гидравлических прижимов к вибростолу в процессе его работы;
• система управления параметрами вибростола позволяет выбрать оптимальные параметры вибрации, в том числе и амплитуду.

Нами были отработаны оптимальные параметры вибрации:

• коэффициент ускорения — 1,3;
• частота вибрации — 60 Гц.

Система пескооборота

Система включает:

• два камерных пневмонасоса;
• охладитель-классификатор;
• систему трубопроводов;
• шкаф управления.

Система полностью работает в автоматическом режиме.

Данная система позволяет стабилизировать температуру песка после его заливки жидким металлом, надежно удалять пылевидную фракцию для поддержания высокой газопроницаемости наполнителя.

Вакуумная система

Перед заливкой контейнер с наполнителем накрывается пленкой и книжнему клапану контейнера подключается вакуумная система.

Величина вакуума -0,6-0,8 атм.

Вакуум создается системой, состоящей из:

• вакуумного насоса ВВН1-12;
• вакуумного ресивера;
• системы вакуумопроводов для подсоединения вакуума к контейнеру.

Комплексно-механизированная линия ЛГМ

Все технологические особенности формовки и заливки были нами отработаны на комплексно-механизированной линии, которая была введена в эксплуатацию на новом литейном комплексе ОАО «Сарапульский электрогенераторный завод» (Удмуртская Республика)

• Производительность – 6 форм/час;
• Размеры контейнера – 1000х1120х1100 мм.

Опыт эксплуатации показал, что на данной линии можна получить 16 опок в смену с выходом 500 кг годного стального литья. Линией управляет 1 рабочий.

Анализ результатов качества отливок, полученных по новой технологии

На линии была отработана оптимальная технология стальных отливок пяти наименований. Материал-сталь 45Л. Для пеномоделей применяли пенополистирол марки Т185 и китайский сополимер марки $ТММА.

Исследования показали, что при использовании сополимера науглероживание составляет +0,03. 0,04%С, т.е. науглероживание снижается практически в 10 раз. Отливки имели равномерную структуру и отсутствие карбидов.

Сравнительный анализ отливок, полученных методом ЛГМ и ЛВМ, показал практически равноценное качество их поверхности: отсутствовали типичные дефекты ЛГМ, такие, как песчаные и газовые раковины и остатки жидкой фазы. Брак составляет не более 1%.

Применение новых наполнителей процесса ЛГМ для стального литья

Нами были проведены опытные производственные испытания нового перспективного наполнителя для ЛГМ – добыче нефти.

Был использован материал CARBOACCUCAST, выпускаемый Копейским ГОКом. Данный материал имеет несколько существенных преимуществ перед кварцевым песком:

• высокая термическая стойкость;
• высокая текучесть;
• округлость гранул составляет 0,9 единиц по сравнению с 0,7 единиц кварцевого песка;
• отсутствие пылевидной фракции и, как следствие, высокую газопроницаемость.

Газопроницаемость карбокерамики составляет 420-450 ед.по сравнению с кварцевым песком-250-280 ед.

Высокая термостойкость данного материала обусловлена наличием в нем минерала мулита.

Данные преимущества позволяют качественно заполнить все полости пеномодели и получить высокое качество поверхности.

Проведенные нами промышленные испытания сополимера и карбокерамики подтвердили высокое качество отливок.

Были изготовлены отливки из стали 40Х и из высокопрочного чугуна ВЧ50.

Отливки из ВЧ50 выдержали давление в 500 атм.

В ближайшее время данная технология будет внедрена на Рязанском заводе «Тяжпрессмаш».

Экономическая эффективность новой технологии

• технологию ЛВМ целесообразно применять для отливок массой до 0,5 кг, а отливки по ЛГМ от 0,5 до 30 кг.
• длительность циклов полученных отливок снижается в 8 раз для ЛВМ (16 часов) и для ЛГМ (2часа).

С учетом стоимости исходных материалов себестоимость отливок, полученных методом ЛГМ в 3-5 раз дешевле ЛВМ.

Заключение

1. Отработаны технологические параметры техпроцесса ЛГМ на всех его стадиях в условиях мелкосерийного производства и введено в эксплуатацию новое оборудование.
2. Технология ЛГМ взамен ЛВМ позволяет получить качественные стальные отливки при строгом соблюдении отработанных параметров и их тщательного контроля.
3. Применение сополимерас карбокерамикой делает процесс ЛГМ для стальных отливок и высокопрочного чугуна весьма перспективным.
4. Количество рабочих на участке ЛГМ составляет 4-5 чел. в смену.

Фотографии моделей и отливок, полученных по технологии ЛГМ

Использование 3D-моделей в литейном производстве

В мастерской «Калежа» всегда можно приобрести элитные сувениры и эксклюзивную мебельную фурнитуру по разумным ценам. Один из способов производства такой продукции – точное литье по выплавляемым моделям. По этой технологии изготавливают медали, брелоки, знаки, призы и различные виды бижутерии. Главная особенность рабочего процесса – литье в разрушаемую форму. Когда извлекают готовое изделие, ее размывают.

Медаль 45 лет М144

Брелок «Туфля» П1401

Брелок «Лошадь» П220

Разновидности видов выплавляемых моделей

В основе модельного литья лежит удаление специального состава одним из следующих способов:

• выплавление;
• выжигание;
• растворение.

Выплавляемые смеси для точного модельного литья представляют легкоплавкие материалы (парафин, воск и аналоги). Удаление состава идет с помощью нагрева горячим воздухом, паром, горячей водой, температура которых выше температуры плавления самого модельного состава.

Выжигаемые смеси выполняют из обычного или вспененного полистирола. В этом случае удаление первоначальной формы происходит на стадии прокаливания оболочки, так как температура в этом случае значительно выше температуры плавления полимеров.

Растворяемые составы для модельного литья имеют основу в виде синтезированной мочевины (карбамида), нитрата калия или натрия, ряда других материалов, которые хорошо растворяются в воде. Для удаления вещества используют обычную теплую воду.

Литьё в песчаные формы

Это самый малозатратный, при этом весьма грубый метод литья. Благодаря своей дешевизне, способ является наиболее массовым.

Сначала изготавливается литейная модель. Ранее использовали для этих целей дерево, но сегодня гораздо проще выполнить модель с помощью современного 3D-принтера из недорогих полимерных материалов.

Изготовление песчаных форм

Подготовленная модель устанавливается на своеобразной подмодельной плите, сверху на модель надевается ящик без дна (опока). Промежуток между моделью и ближайшими стенками опоки забивается песком или заранее заготовленной смесью песка со специальным связующего. Для сложных вещей используют две полуформы (2 опоки), плоскость их соприкосновения — это место разъема. Модель извлекают, полученные полуформы соединяют и затем производят отливку. Для заливки металла непосредственно в песко-формовочной смеси делают литники — специальные отверстия. По окончании застывания заготовку извлекают, удаляют облой, литники и обрабатывают поверхность до стандартного качества.

В настоящее время литьё в разовые песчаные формы позволило применять вакуумируемые формы, приготовленные из сухого специального песка без применения связующего.

Требования к используемым модельным составам

Вне зависимости от типа и вида материала для получения модели к ним предъявляют следующие требования:

• пониженная температура плавления (обычно в диапазоне 60–100 °С);
• хорошая текучесть в жидком состоянии для быстрого удаления из оболочки и полного заполнения полости пресс-формы;
• минимальные изменения объема при повышении либо снижении температуры.;
• быстрая кристаллизация по всему объему;
• возможность многократного применения;
• быстрая спаиваемость для соединения с литниковой системой;
• отсутствие прилипания к стенкам пресс-формы;
• высокая механическая прочность при температуре в цеху;
• отсутствие негативного влияния на персонал;
• низкая зольность для гарантии высокого качества поверхности;
• доступная цена и широкое распространение;
• хорошее смачивание;
• низкая плотность.

Способ литья в оболочковые формы

Оболочковый способ литья — это технология получения металлических отливок в формах, выполненных по модельной горячей оснастке из специально смешанных песчано-смоляных составов. Такие формы обладают прочностью, податливостью, газопроницаемостью, негигроскопичностью.

Оболочковые формы обладают следующими свойствами: достаточной прочностью, газопроницаемостью, податливостью, негигроскопичностью.

Процесс оболочкового литья начинается с покрытия термореактивной смолой заранее подогретой площадки, на которой установлена обезжиренная металлическая модель. При нагревании первоначальный состав плавится, образуется полутвердая оболочка. С целью удаления избыточной массы смолы форму с модельной плитой переворачивают, позже дополнительно нагревают. После отвердевания оболочку — полуформу удаляют с матрицы, соединяют методом склеивания или же скрепления с другой половиной. Затем помещают готовую оболочковую форму в ранее изготовленную опоку и далее заполняют её плотно формовочной смесью. После заливки такая форма разрушается.

Классификация применяемых составов для точного литья

Материал можно сгруппировать по нескольким параметрам: основа, тип используемого наполнителя, температурный диапазон запрессовки в пресс-форму, размер линейной усадки.

По первому параметру смеси делят на следующие группы:

• вещества на базе парафина и других углеводородов;
• составы с базой из минвоска;
• сплавы на основе ряда смол естественного происхождения;
• материалы на основе искусственных смол и восков;
• металлы с пониженной температурой плавления.

В зависимости от типа используемого наполнителя в пастообразном видемодельные составы делят на несколько групп:

• без наполнителя;
• газообразные (обычный воздух);
• жидкий (обычная обессоленная вода);
• твердые, нерастворимые (ограниченно растворимые или полностью растворимые) в жидком пластификаторе.

В зависимости от каждого из следующих типов определяется маркировка модельных составов. На практике применяют чаще всего парафиново-стеариновые модельные смеси, имеющие доступную стоимость и хорошие характеристики. Они могут многократно использоваться при условии регенерации после 5-6 циклов. Последняя выполняется серной кислотой, которую добавляют в нагретую до 70-90 градусов смесь с последующим перемешиванием и выдержкой при этой температуре в течение часа. За это время происходит выпадение осадка, который удаляется, а в оставшуюся часть добавляется жидкое стекло. Последнее удаляет остатки серной кислоты, которая выпадает в удаляемый осадок в течение 2–3 часов. Завершающей стадией регенерации модельного состава остается добавление 3–5% свежего стеарина, который частично теряется во время обработки серной кислотой.

Оборудование и формы

В качестве плавильного оборудования в литейных производствах предусматриваются дуговые или индукционные электропечи. Вид оборудования определяется металлами, с которыми работает литейный цех/участок: электродуговые печи идеально подходят для работы со сталью или чугуном, в то время как литейный цех, специализирующийся на меди, с большей вероятностью использует индукционную печь. Печи могут варьироваться в размерах: от небольшого настольного оборудования до тех, что весят несколько тонн.

Современные литейные производства механизированы. Механизации подвергаются практически все операции цикла: от производства стержней до собственно литья. Формовочные машины применяют при серийном производстве отливок. Ручная формовка распространена лишь в малых ремонтных производствах.

В состав основного оборудования включают:

• Плавильные печи;
• Заливочные ковши;
• Загрузочно-транспортное оборудование — погрузчики, краны, конвейеры и пр.
• Средства управления и автоматики.

Электродуговая печь работает по принципу периодического плавления. Металл расплавляется путем подачи электрической энергии внутрь печи через графитовые электроды. Дополнительная химическая энергия подается кислородно-топливными горелками. Кислород вводят для удаления примесей и другого растворённого газа. Когда металл расплавляется, шлак образуется и плавает к верхней части расплава; шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется перед выводом.

Индукционная печь передает электрическую энергию методом индукции, когда высоковольтный электрический источник индуцирует низкое напряжение при большом токе во вторичной катушке. Индукционные печи способны работать при минимальной потере сырья, однако больше используются при производстве отливок из цветных металлов и сплавов.

Все литейное оборудование специально разрабатывается для надежной работы при повышенных температурах. Доминирующими тенденциями при производстве данной техники являются масштабность, автоматизация, оперативная отделка отливок, повышенные безопасность и эффективность.

Какие смазочные материалы применяются? Выбор зависит от марки материала и метода литья. Исходный концентрат в жидком виде должен быть водорастворимым, а в твёрдом виде используются термостойкие пасты.

Экономическая эффективность применения модельных составов

Его особенностью остается достаточно высокая себестоимость готовой отливки из-за более длительного процесса подготовки, дороговизны первоначальных расходов на изготовление пресс-форм. В итоге этот метод используют для точного литья в условиях массового и серийного производства, когда есть возможность компенсировать первоначальные значительные расходы. На практике метод используют в машиностроении для, например, изготовления корпусных деталей электротехнической продукции. Достаточно широко используют модельные составы в кораблестроении и автомобилестроении, где необходимо добиться высокой точности сложных деталей. Практикой установлены следующее количество деталей в зависимости от группы сложности, когда целесообразно переходить на литье по выплавляемым моделям:

• первая – 500 штук;
• вторая – 200 штук;
• третья – 100 штук.

Использование на заготовительном производстве модельных составов снижает припуск до 0,2-0,7 мм, позволяет получить чистоту поверхности по 5-7 классу, что подтвердят фото. В итоге себестоимость готовых изделий снижается на 30–60%, обеспечивая хороший экономический эффект. Одновременно растет коэффициент использования металла (до 0,85), уменьшается отходы металла в стружку (до 6-7 раз), а трудоемкость обработки резко падает (до 60–70%).

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.

Основные этапы литья по выплавляемым моделям

Принципиально процесс не отличается от классического литья в песчаные смеси, подразумевая заливку в готовую форму расплавленного цветного сплава или стали. Непосредственно литье включает следующие этапы:

• создание модели;
• получение формы;
• получение готовой литейной формы;
• непосредственно литье.

На первом этапе происходит подготовка пресс-формы, ее заполнение модельным составом и ожидание затвердевания с последующим извлечением. Получение формы включает обсыпку и сушку твердой модели. В дальнейшем происходит удаление модельной массы горячим воздухом, водой или иным методом с дожигом оставшейся массы во время прокаливания. На финальном этапе происходит непосредственно литье с последующим отпуском, удалением форм и литниковой системой, первичной обработкой заготовок дробеструйным методом или сжатым воздухом.

Для получения качественного литья по модельным составам не допускается. На практике это означает, что разбивать форму можно через 5-6 часов. В условиях производства используют вибрационный стол, а затем удаляется литниковая система и при наличии облой. Последнее может использоваться повторно для изготовления деталей без каких-либо ограничений.

Основной инструмент в литейном производстве

Литейная оснастка – это модели (шаблоны), опоки и формы. Что такое опока? Это полость, куда заливается расплавленный металл. Шаблон представляет собой реплику объекта, подлежащего литью, и используется для формирования отливки. Модели могут быть изготовлены из древесины, металла или пластмассы. Основными этапами получения оснастки являются:

• Получение полости;
• Размерная обработка элементов;
• Разработка и установка механизмов зажима.

Формы разрабатывают с учётом усадки металла, для чего предусматривают компенсаторы. Стенки форм имеют конические участки для облегчения выталкивания из них готового изделия. Полые отливки создаются с использованием стержня — дополнительного объёма песка или металла, который образует внутренние отверстия и проходы в отливке. Каждый стержень помещают в форму до заливки. Для облегчения выемки застывшей отливки из формы используют противопригарные покрытия.

Существует два различных типа литейных форм: одно- и многоразовые.

Изготовление модельной оснастки многоразового применения обычно производится из металла, одноразового – из песка. Для облегчения складирования и применения всегда выполняется маркировка кокилей.

После того, как подготовка формовочных песков завершена, песок размещается вокруг модели. Затем образец удаляют, стержни устанавливают на место, после чего производят заливку расплава. Конструктивные особенности инструментов для литья оптимизируются для различных металлов и уровней сложности полости.

Стоимость некоторых видов литейного оборудования и оснастки представлена в таблице:

Наименование	Назначение	Ориентировочная цена, тыс. руб.
Кокили	Для литья чугунных отливок массой до 15000 кг	2
Линия непрерывного литья	Для получения отливок из цветных металлов и сплавов	7200
Индукционная печь	Универсального применения	800
Машина для литья под давлением	То же	4500
Индукционный плавильный комплекс	То же	1500
Вихревые смесители непрерывного действия	Для приготовления песчаных смесей	13
Машина для центробежного литья	Универсального применения	25
Изложница	Для литья чугуна	1,5
Выбивная решётка	Для удаления остатков песчаных форм	16

Центробежное литье

Центробежный способ предполагает формирование отливок под резким воздействием возникших сил внутри раскручивающейся формы, свободным методом залитой расплавом. Так производят полуфабрикат из черных и сплавов многих цветных металлов. Сейчас разработаны специализированные установки для бережного центробежного литья драгоценных металлов.

Главным и основным преимуществом представленного способа является непревзойденно высокая, при анализировании с другими видами, плотность получаемой кристаллической структуры используемого металла. Эта особенность придает прекрасные механические свойства требуемым заготовкам.

Данный вид литья возможно производить на машинах с различными осями вращения — вертикальной или же горизонтальной. Для него применяются песчаные, металлические, также оболочковые или формы (опоки) по восковым моделям.

У вас отключен JavaScript.

Журнал «Металлургия машиностроения» № 5 — 2013

В статье дан анализ применяемых в заготовительном, в частности литейном производстве компьютерных технологий, позволяющих резко сократить сроки запуска новой продукции. Особое значение эти технологии имеют при изготовлении литейных моделей, форм и оснастки.

При разработке и создании новой промышленной продукции особое значение имеет скорость прохождения этапов НИОКР, которая, в свою очередь, существенно зависит от технологических возможностей опытного производства.

В частности, это касается изготовления литейных деталей, которые часто являются самой трудоемкой и дорогостоящей частью общего проекта. При создании новой продукции, особенно на этапе ОКР в опытном производстве, для которого характерны вариантные исследования, необходимость частых изменений конструкции и, как следствие, постоянной коррекции технологической оснастки для изготовления опытных образцов, проблема быстрого изготовления литейных деталей становится ключевой.

В опытном производстве преимущественными остаются традиционные методы изготовления литейной оснастки вручную или с использованием механообработки. Это связано с тем, что на этапе ОКР, когда конструкция изделия еще не отработана, для изготовления образцов нецелесообразно создавать оснастку под серийное производство. В этих условиях литейная оснастка – весьма дорогостоящая продукция, оказывается, по сути, разовой, которая в дальнейшей работенад изделием не используется в связи с изменениями конструкции изделия в ходе ОКР. Поэтому каждое приближение конструкции детали к окончательной версии требует зачастую и новой оснастки, в связи с чем традиционные методы оказываются не только дороги, но и затратны по времени.

Переход на цифровое описание изделий – CAD, и появившиеся затем аддитивные технологии произвели настоящую революцию в литейном производстве, что особенно проявилось в высокотехнологичных отраслях – авиационной, аэрокосмической, атомной, медицине и приборостроении – тех отраслях, где характерно малосерийное, зачастую, штучное производство. Именно здесь уход от традиционных технологий, применение новых методов получения литейных синтез-форм и синтез-моделей технологиями послойного синтеза радикально сократило время создания новой продукции. Для изготовления первого опытного образца блока цилиндров

(рис. 1) традиционными методами требуется ≥ 6 мес., причем, основное время уходит на создание оснастки.

Использование для этой цели технологии Quick-Cast (выращивание литейной модели из фотополимера на SLA-машине с последующим литьем по газифицируемой модели) сокращает срок получения первой отливки с полугода до двух недель!

Рис.1 Quickcast модель (а) и отливка блок цилиндров (б)

Эта же деталь может быть получена менее точной, но вполне пригодной технологией – литьем в выращенные песчаные формы, когда в изготовлении литейной модели вообще нет необходимости: выращивается «негатив» детали – форма. Форма для литья такой крупной детали, как блок цилиндров, выращивается фрагментами, затем собирается в опоке и производится заливка. Весь процесс занимает несколько дней. Значительная часть «обычных» литейных изделий, к которым не предъявляют специальные требования к точности или внутренней структуре, может быть получена в виде готовой продукции в течение нескольких дней:

• прямое выращивание восковой модели;
• формовка + сушка формы;
• прокалка формы;
• и, собственно, получение отливки.

Итого: 3…4 дня (каждый этап – по одному дню), с учетом подготовительно-заключительного времени. Практически все автомобильные и авиастроительные компании промышленно развитых стран имеют в арсенале своего опытного производства десятки AF-машин, обслуживающих НИОКР. Более того, эти машины начинают использовать, как «обычное» технологическое

оборудование в единой технологической цепи и для серийного производства.

Аддитивные технологии (АТ) и быстрое прототипирование Additive Fabrication (AF) или Additive Manufacturing (AM) – принятые в англоязычной технической лексике термины, обозначающие аддитивный, то есть «добавлением», метод получения изделия, в противоположность традиционным методам механообработки путем «вычитания» (subtractive) материала из массива заготовки. Они употребляются, наряду со словосочетанием Rapid Prototyping (или RP-технологии) – быстрое прототипирование, но имеют более общее значение, точнее отражающее современное положение. Можно сказать, что RP-технология, в современном понимании, это часть AF-технологий, «отвечающей» за собственно прототипирование методами послойного синтеза. AF- или AM-технологии охватывают все области синтезирования изделий, будь то прототип, опытный образец или серийное изделие.

Суть AF-технологий, как и RP-технологий, в послойном построении изделий – моделей, форм, мастер-моделей и т.д. путем фиксации слоев модельного материала и их последовательного соединения между собой разными способами: спеканием, сплавлением, склеиванием, полимеризацией – в зависимости от нюансов конкретной технологии.

Идеология аддитивных процессов базируется на технологиях, в основе которых – цифровое описание изделия, его компьютерная модель или т. н. CAD-модель. При использовании AF-технологий все стадии реализации проекта – от идеи до материализации (в любом виде – промежуточном или в виде готовой продукции) находятся в «дружественной» технологической среде, в единой технологической цепи, где каждая технологическая операция также выполняется в цифровой CADCAMCAE-системе. Практически это означает реальный переход к «безбумажным» технологиям, когда для изготовления детали традиционной бумажной чертежной документации, в принципе, не требуется.

Хотя на рынке существуют различные AF-системы для производства моделей по разным технологиям и из разных материалов, общее для них – послойный принцип построения модели. Особую роль АТ играют в модернизации литейного производства, позволяя решать ранее не решаемые задачи, «выращивать» литейные модели и формы, которые невозможно изготовить традиционными способами. Радикально сократились сроки изготовления модельной оснастки. Развитие вакуум-пленочных технологий по формам и моделям, полученным АТ, дало возможность снизить в разы и десятки раз сроки изготовления опытных образцов, а, в ряде случаев, и серийной продукции. Последние достижения в области порошковой металлургии позволили существенно расширить возможности АТ по непосредственному «выращиванию» функциональных деталей из металлов и получению новых конструкционных материалов с уникальными свойствами (технологии spray forming и др.).

Современные Центры АТ часто в своем полном названии содержат слова конструкторско-технологический, тем самым подчеркивается единство, а не борьба противоречий, между конструктором и технологом. Учитывая специфику российской промышленности, где часто в рамках одного предприятия сосредоточено производство изделий огромной номенклатуры из разных материалов, где многие предприятия вынуждены содержать свое «натуральное хозяйство», это – рациональный подход. Опытные литейные производства в технологиях получения и металлических, и пластмассовых изделий имеют много общего, а с применением АТ еще сближаются по применяемому оборудованию, и по технологическим приемам, и по обучению и подготовке профессиональных кадров.

АТ и литейное производство

Как уже отмечалось, особое значение АТ имеют для ускоренного производства литейных деталей, в частности, для получения:

• литейных моделей;
• мастер-моделей;
• литейных форм и литейной оснастки.

Изготовление литейных синтез-моделей

Литейные модели могут быть получены (выращены) из следующих материалов:

• порошкового полистирола (для последующего ЛГМ);
• фотополимерных композиций, в частности, по технологии Quick-cast для последующего ЛГМ или по технологии MJ (Multi Jet) для литья по выплавляемым моделям.

Рис. 2. SLS-машина SinterStation Pro и модель колеса турбины

Синтез-модели из порошкового полистирола. Полистирол широко используют в качестве модельного материала для традиционного ЛГМ. Однако, в связи с бурным развитием технологий послойного синтеза, он приобрел особую популярность и для прототипирования, а также для промышленного изготовления штучной и малосерийной продукции. Полистирольные модели изготовляют на AF-машинах, работающих по технологии SLS – Selective Laser Sintering – послойное спекание порошковых материалов (рис.2). Эту технологию часто применяют, когда необходимо быстро сделать одну или несколько отливок сложной формы относительно больших размеров с умеренными требованиями по точности.

Модельный материал – полистирольный порошок с размером частиц 50…150 мкм накатывается специальным роликом на рабочую платформу, установленную в герметичной камере с атмосферой инертного газа (азота). Лазерный луч «пробегает» там, где компьютер «видит» в данном сечении CAD-модели «тело», как бы заштриховывая сечение детали, как это делает конструктор карандашом на чертеже. Под воздействием тепла лазерного луча частички полистирола спекаются (

120°C). Затем платформа опускается на 0,1…0,2 мм, и новая порция порошка накатывается на отвержденный слой, формируется новый, который также спекается с предыдущим.

Процесс повторяется до полного построения модели, которая в конце процесса оказывается заключенной в массив неспеченного порошка. Модель извлекают из машины и очищают от порошка. Преимущество технологии – в отсутствии поддержек, поскольку модель и все ее строящиеся слои все время удерживаются массивом порошка.

Имеющиеся на рынке машины фирм 3D Systems и EOS позволяют строить достаточно крупные модели – до 550×550×750 мм (что важно, так как можно строить крупные модели зацело, без склейки отдельных фрагментов, что повышает точность и плотность отливки). Весьма высокая детализация построения моделей: могут быть построены поверхностные элементы (номера деталей, условные надписи и пр.) с толщиной фрагментов до 0,6 мм, гарантированная толщина стенки модели до 1,5 мм.

Рис. 3. Полистирольная модель после выращивания (а) и инфильтрации (б) и чугунная отливка (в)

Рис. 4. Полистирольные модели (а) и отливки из Al-сплава (б)

Принципиально технологии литья по восковым и полистирольным моделям не различаются (рисунки 3 и 4). Используются те же формовочные материалы, то же литейное и вспомогательное оборудование. Разве что восковая модель – «выплавляемая», а полистирольная – «выжигаемая».

Но работа с полистирольными моделями требует внимания при выжигании: выделяется много газов, которые требуют нейтрализации, материал частично выгорает в самой форме, есть опасность образования золы и засорения формы, нужно предусмотреть возможность стекания материала из застойных зон, должны использоваться прокалочные печи с программаторами, причем, программы выжигания полистирола и вытапливания воска существенно различны. Но в целом, при определенном на выке и опыте, ЛГМ дает очень хороший результат.

Процесс спекания порошка – это тепловой процесс со всеми присущими ему недостатками: неравномерностью распределения тепла по рабочей камере, по массиву материала, короблением вследствие температурных деформаций.

Порошок полистирола не сплавляется, как например, порошки полиамида или металла, а спекается – пористая структура модели похожа на структуру пенопласта. Это делается специально для облегчения в дальнейшем удаления материала модели из формы с минимальными внутренними напряжениями при нагревании.

Построенная модель, в отличие от, например, восковой, требует аккуратного обращения и при очистке, и при дальнейшей подготовке к формованию.

Для придания прочности и удобства работы с ней (сочленения с литниковой системой, формовки) модель при

80°C пропитывают специальным восковым составом – процесс называется инфильтрацией. (на рис. 3 показаны инфильтрированные модели красного цвета, из машины же извлекаются полистирольные модели белого цвета). Это также несет в себе опасность деформирования модели и требует определенных навыков персонала.

В последнее время появились полистирольные порошки, не требующие инфильтрации. Это ослабляет, но не устраняет проблему. Кроме того, инфильтрат в виде воска не всегда вредная необходимость. Он расплавляется в опоке при выжигании раньше полистирола, и когда последний приобретает текучесть, способствует его выносу из формы, уменьшая тем самым массу «выжигаемой» части полистирола и снижая вероятность образования золы.

Рис. 5. SLS-модель распределительного вала и формовочный ящик для получения песчаной формы

Таким образом, когда мы говорим об умеренных требованиях к точности при использовании SLS-технологии, то имеем в виду отмеченные причины, по которым точность изделий, полученных SLS-технологий, не может быть выше, чем при использовании других технологий, не связанных с температурными деформациями, как, например, технологии фотополимеризации (рис. 5).

Говоря об SLS-технологии, отметим еще одно, не связанное с полистиролом, но «родственное» направление, иногда используемое в литейном производстве. Это выращивание оснастки из порошкового полиамида. Полиамид широко используют для функционального прототипирования, прочные полиамидные модели во многих случаях позволяют воспроизвести прототип, максимально близко к готовому изделию.

В ряде случаев целесообразно применять полиамидные модели в качестве альтернативы деревянным. Модель выращивают, так же как и полистирольную. При этом, по возможности делают ее полой с минимально возможной толщиной стенок. Затем модель, для придания ей прочности и жесткости, заполняют эпоксидной смолой, после чего закрепляют в опоке, красят и далее используют традиционную технологию формовки. Пример такой «быстрой» технологической оснастки для формовки распределительного вала ДВС показан на рис. 5. Ввиду большой длины модель выращена из двух частей, части склеены, заполнены эпоксидной смолой и закреплены в опоке; продолжительность операций – два дня.

Синтез-модели из фотополимеров. Суть технологии – в использовании специальных светочувствительных смол, которые отверждаются избирательно и послойно в точках или местах, куда по заданной программе подводится луч света. Способы засветки слоя различны (лазер, ультрафиолетовая лампа, видимый свет). Существуют две основные технологии создания моделей из фотополимерных композиций: лазерная стереолитография или SLA-технология (Steriolithography Laser Apparatus), или стереолитография – отверждение слоя лазером, и «моментальная» засветка слоя – отверждение слоя фотополимера вспышкой ультрафиолетовой лампы или прожектора.

Первый способ предполагает последовательное «пробегание» лазерного луча по всей поверхности формируемого слоя там, где в сечении «тело» модели. По 2-му способу отверждение всего слоя происходит сразу же после или в процессе его формирования за счет излучения от управляемого источника света – видимого или ультрафиолетового.

Различие в способах формирования слоев обусловливает и различие в скоростях построения модели. Очевидно, что скорость выращивания 2-м способом выше. Однако стереолитография была и остается самой точной технологией и применяется там, где требования к чистоте поверхности и точности построения модели – основные и определяющие.

Тем не менее, технологии «засветки» с заданной экспозицией, используемые, например, фирмами Objet Geometry и Envisiontec, во многих случаях успешно конкурируют со стереолитографией, оставляя за собой явное преимущество в скорости построения и стоимости моделей. Ряд производственных задач могут быть одинаково успешно решены с помощью AF-машин разного уровня.

Таким образом, оптимальный выбор технологии получения моделей и, следовательно, прототипирующего оборудования зачастую не является очевидным и должен проводиться с учетом конкретных производственных условий и реальных требований к моделям. В тех случаях, когда очевидно разнообразие решаемых задач, целесообразно иметь две машины: для изготовления изделий с повышенными требованиями и для выполнения «рутинных» задач и тиражирования моделей.

Лазерная стереолитография. Фирма 3D Systems – пионер в области практического освоения технологий быстрого прототипирования. В 1986 г. ею впервые была представлена для коммерческого освоения стереолитографическая машина SLA-250 с размерами зоны построения 250×250×250 мм. Основа в SLA-процессе – ультрафиолетовый лазер (твердотельный или CO2), где лазерный луч – источник не тепла, как в SLS-технологии, а света. Луч «штрихует» текущее сечение CAD-модели и отверждает тонкий слой жидкого полимера. Затем платформу, на которой производится построение, погружают в ванну с фотополимером на величину шага построения, где наносится новый жидкий слой на затвердевший слой: новый контур «обрабатывается» лазером.

При выращивании модели, имеющей нависающие элементы, одновременно с основным телом модели (и из того же материала) строятся поддержки в виде тонких столбиков, на которые укладывается первый слой нависающего элемента, когда приходит черед его построения. Процесс повторяется до завершения построения модели.

Рис. 6. SLA-модель (а) и отливка шарик, серебро (б)

Затем модель извлекают, остатки смолы смывают ацетоном или спиртом, поддержки удаляют. Качество поверхности стереолитографических моделей весьма высокое, и часто модель не требует пост-обработки. При необходимости, чистоту поверхности можно улучшить, поскольку «зафиксированный» фотополимер хорошо обрабатывается, и поверхность модели может быть доведена до зеркальной. В некоторых случаях, если угол между строящейся поверхностью модели и вертикалью < 30 град., модель можно построить и без поддержек. И таким образом может быть построена модель, для которой не возникает проблемы удаления поддержек из внутренних полостей, что, в свою очередь, позволяет получать модели, которые в принципе нельзя изготовить никаким из традиционных методов (например, ювелирное изделие на рис. 6). Стереолитография широко применяется для: выращивания литейных моделей; изготовления мастер-моделей (для последующего получения силиконовых форм, восковых моделей и отливок из полиуретановых смол); создания дизайн-моделей, макетов и функциональных прототипов; изготовления полноразмерных и масштабных моделей для гидродинамических, аэродинамических, прочностных и других видов исследований. Но мы отметим лишь два направления.

Рис. 7. Quick-cast-модель (а), она же с литниковой системой (б) и отливка Al-головки цилиндров (в)

Для целей литейного производства применяют т. н. Quick-Cast-модели (рис. 7), то есть модели для «быстрого литья». Так называют модели, по которым, по аналогии с восковыми моделями, можно быстро получить металлические отливки. Но модели Quick-Cast имеют сотовую структуру массива стенок:

• внешние и внутренние поверхности стенок выполняют сплошными, а саму стенку формируют в виде набора сот, что имеет большие преимущества: существенно, на 70% снижается общая масса модели, а, следовательно, меньше материала нужно будет выжигать;
• в процессе выжигания любой модельный материал расширяется и давит на стенки формы, при этом, форма с тонкостенными элементами может быть разрушена;
• сотовая же структура позволяет модели при расширении «складываться» внутрь, не напрягая и не деформируя стенки формы.

В отдельных случаях SLA-модели, так же, как и SLS-модели, могут быть использованы не как литейные модели, а в качестве оснастки для получения модели при литье в песчаную форму(ПФ) – рис. 8. В этом случае, в конструкции модели должны быть предусмотрены литейные уклоны.

Рис. 8. CAD-модель (а), SLS-модель (б) и отливка передняя крышка ДВО, полученная в ПФ (в)

Однако этот способ используют редко из-за недостаточной прочности SLA-модели. Второе, не по значимости, а в порядке упоминания, преимущество – это точность построения модели, в обычных условиях, при комнатной температуре, когда отсутствуют термонапряжение и деформации. Очень малое пятно лазерного луча∅ 0,1…0,05 мм позволяет четко «прорабатывать» тонкие, филигранные фрагменты модели, что сделало стереолитографию популярной в ювелирной промышленности. В России имеется достаточно большой опыт применения технологии Quck-Cast в авиационной промышленности (предприятия «Салют»,«Сухой», УМПО, «Рыбинские моторы»), в энергетическом машиностроении («ТМЗ» – Тушинский машиностроительный завод) – рис.9, некоторый опыт имеется и в автомобильных НИИ. Так, в НАМИ по этой технологии впервые в России были получены такие сложные отливки, как головка и блок цилиндров. Однако в других отраслях эта технология остается практически неосвоенной.

Рис. 9. SLA-модель (а) и отливка рабочее колесо турбоагрегата (б), оболочковая форма и отливка рабочее колесо турбины ОАО «ТМЗ» (в)

Основной производитель SLA-машин – американская компания 3D Systems, которая выпускает широкую гамму машин с разными размерами зоны построения, от 250×250×250 до 1500×570×500 мм. Для литейного производства в мировой промышленности достаточно активно используют машины серии iPro (рис. 10), с техническими характеристиками которых можно ознакомиться на сайте кампании www.3dsystems. com. Затраты, как первоначальные, так и при использовании, – пожалуй, единственный недостаток этой технологии. Наличие лазера делает эти установки относительно дорогими и требующими регулярного технического обслуживания.

Рис. 10. Машина iPro 8000 (а) и SLA-модели (б)

Поэтому в последнее время, когда появилось множество 3D-принтеров, их используют для построения особо ответственных изделий с повышенными требованиями к точности и чистоте поверхности, в первую очередь, для изготовления Quick-Cast- и мастер-моделей. Для других же целей, например, дизайн-макетов применяют более дешевые технологии. Стоимость расходных материалов умеренная – € 200…300, и сопоставима с ценой модельных материалов других фирм. Время построения модели зависит от загрузки рабочей платформы, а также от шага построения, но, в среднем, это 4…7 мм/ч по высоте модели. Машина может строить модели с толщиной стенки 0,05…0,2 мм. Технология DLP Разработчик этой технологии – международная компания Envisiontec, которую можно отнести к новичкам AF-рынка, свои первые машины она выпустила в 2003 г.

Рис. 11. Модели Envisiontec (а) и отливки Al-деталей ДВС (б)

В машинах Envisiontec (рис. 11) семейства Perfactory применяют оригинальную технологию DLP – Digital Light Procession, суть которой – в формировании т.н. маски каждого текущего сечения модели, проецируемой на рабочую платформу через специальную систему зеркал очень малого размера, с помощью прожектора с высокой яркостью света. Формирование и засветка видимым светом каждого слоя происходит относительно быстро, за 3…5 с.

Таким образом, если в SLA-машинах применяют точечный принцип засветки, то в машинах Envisiontec – поверхностный, то есть засветку всей поверхности слоя, чем объясняется высокая скорость построения моделей – в среднем, 25 мм/ч по высоте, при толщине слоя построения 0,05 мм. Материал поддержек – тот же, что и основной материал – акриловый фотополимер. Модели Envisiontec используют так же, как и SLA-модели – в качестве мастер-моделей и выжигаемых литейных моделей. Их качество весьма высокое, однако по точности уступает SLA-моделям, что, в основном, связано с применением не малоусадочных эпоксидных фотополимеров, как в машинах 3D Systems, а акриловых с существенно большим, почти на порядок – 0,6%, коэффициентом усадки при полимеризации.

Тем не менее, их преимущество – достаточно высокая точность и чистота поверхности, прочность, удобство в обращении, при весьма умеренной (по сравнению со стереолитографией) стоимости. Также несомненные преимущества технологии Envisiontec – высокая скорость построения моделей и, следовательно, производительность RP-машины. Проведенные в последнее время эксперименты показали, в целом, хорошую выжигаемость моделей, малую зольность. Были получены кондиционные автомобильные отливки, как вакуумным литьем Al-сплавов в гипсовые формы, так и литьем чугуна в ПФ (маршаллитовые).

Есть все основания считать технологию DLP перспективной и эффективной для литейного производства, а не только для НИР и ОКР. Время (с учетом подготовительно-заключительных операций) построения деталей впускной трубы высотой 32 мм и ресивера высотой 100 мм – 1,5 и 5ч, соответственно. Тогда как на сопоставимой по размерам SLA-машине Viper (3D Systems) такие модели строились бы ≥ 5,5 и 16ч. Представляют интерес машины серий Extrim и EXEDE, которые позиционируются, как AF-машины для серийного производства мастер-моделей и моделей для ЛГМ. Особенность этих машин в том, что, в отличие от других технологий, здесь используют не дискретное (пошаговое), а непрерывное движение платформы вниз с малой скоростью. Поэтому на моделях отсутствуют ярко выраженные ступени, характерные для других способов построения. Модели требуют пост-обработки – удаления поддержек и, в ряде случаев, как и в стереолитографии – дополимеризации. Основные характеристики машин Envisiontec приведены в таблице. Широкий выбор материалов для мастер-моделей, моделей – выжигаемых и для вакуум-формовки (выдерживающих до 150°C), концептуального моделирования делает эти машины особенно привлекательными, когда требуется изготовлять большое количество моделей широкой номенклатуры. Технология MJM (Multi Jet Modeling) получения восковых синтез-моделей. Модели (рис. 12) строятся на 3D-принтерах с использованием специального модельного материала, в со- став которого входит светочувствительная смола – фотополимер на акриловой основе (связующий элемент) и литейный воск (50%). Посредством многоструйной головки материал послойно на носится на рабочую платформу, отверждение каждого слоя – облучением ультрафиолетовой лампой.

Особенность технологии – в наличии т. н. поддерживающих структур – поддержек для удержания нависающих элементов модели в процессе построения. Материал – восковой полимер с низкой температурой плавления, который после построения модели удаляется струей горячей воды.

Недостаток технологии – относительно высокая стоимость расходных материалов — $300/кг; преимущества – скорость получения модели и, не менее важное, высокое качество модельного материала, с точки зрения собственно технологии литья по выплавляемым моделям (формовки, вытапливания модели).

Размеры зоны построения, мм	Толщина слоя построения, мм	Габариты, мм	Масса, кг
Standart	120´90´230	0,025¼0,150	480´730´1350	70
Zoom	190´142´230
Standart UV	175´131´230
Extrim	320´240´430	0,025¼0,150	810´730´2200	480
EXEDE	457´431´508	0,025¼0,150	810´840´2200	520

От синтез-мастер-модели к отливке

Литье полиуретановых смол и воска в силиконовые формы. Второе интенсивно развивающееся направление использования фотополимеров – это изготовление высокоточных мастер-моделей, как для последующего получения через силиконовые формы восковых моделей, так и для литья полиуретанов. Использование силиконовых форм чрезвычайно эффективно при штучном и малосерийном производстве восковых моделей, при этом, достигается их высокое качество.

Мастер-модели обычно выращивают на SLA-или DPL-установках, которые обеспечивают наилучшую чистоту поверхности и высокую точность построения модели. Достаточно высокое качество имеют и модели, полученные на 3D принтерах типа ProJet и Objet.

Рис. 13. Силиконовая форма (вверху), мастер-модель (внизу слева), восковая модель (в центре), металлическая отливка (справа)

Мастер-модели используют для получения т. н. быстрых форм, в частности, силиконовых (рис.13), в которые затем заливают полиуретановые смолы или воск для последующего литья металлов. Технологии литья в эластичные формы широко распространены в мировой практике. В качестве материала форм используют разные силиконы с малым коэффициентом усадки и относительно высокими прочностью и стойкостью (здесь силикон – это смесь двух исходно жидких компонентов А и B, которые при смешивании в определенной пропорции полимеризуются и образуют однородную относительно твердую массу).

Эластичные формы получают заливкой силиконом в вакууме мастер-модели, которую располагают обычно в деревянной опоке, опоку помещают в вакуумирующую машину, где предварительно в специальной емкости смешивают компоненты A и B, затем силикон выливают в опоку. Вакуум применяют для удаления воздуха из жидких компонентов и обеспечения высокого качества формы и отливок. После заливки в течение 20…40 мин силикон полимеризуется. В комплект поставки оборудования для вакуумного литья, как правило, входит собственно вакуумная машина (одно- или двухкамерная) и два термошкафа: для хранения расходных материалов при

35°C и для выдержки форм при

70°C; последний используют для предварительной термоподготовки

силиконовой формы и литейных материалов непосредственно перед заливкой.

После заливки полиуретановой смолы форму возвращают в печь для полимеризации смолы. Поэтому размер второго термошкафа должен соответствовать размерам вакуумной камеры машины. Специальными приемами форму разрезают на две или несколько частей, в зависимости от конфигурации модели, затем модель извлекают из формы.

Обычной стойкости формы в 50…100 циклов вполне достаточно для изготовления опытной серии отливок. Эти технологии оказались весьма эффективными для производства опытно-промышленных партий и малосерийной продукции, характерной для авиационной, медицинской и приборостроительной отраслей.

Широкий спектр, как силиконов, так и полиуретановых смол, позволяет изготовлять отливки с ударо- и темпостойкими свойствами, разной жесткости в разнообразной цветовой гамме. Современные предприятия, изготовляющие отливки по выплавляемым моделям, обычно имеют в составе технологического оборудования AF-машину для выращивания мастер-моделей и машину для вакуумного литья в силиконовые формы.

Сведения об авторах

М.А. Зленко – д-р техн наук НИИМашТех ОНТИ СПбГПУ.

П.В. Забеднов – инженер ФГУП «Внештехника».

Статья предоставлена ИД «Литейное производство»

Кокильное литье

Литьем в кокиль принято считать получение заготовки путем заливки расплава в многоразовый металлический кокиль. При этом происходит довольно скорый отвод тепла через высокотеплопроводный материал формы, поэтому поверхность отливки, ее механические особенности получаются значительно более высокого уровня, чем у абсолютного большинства других способов.

Интереснейшей особенностью представленного метода является уникальная возможность множественного использования изготовленной однократно металлической формы. Ее значительная прочность может позволить очень точно копировать конфигурацию поверхности, получая одновременно высочайшее качество металла. Благодаря большой теплопроводности кокиля изделие быстро затвердевает, соответственно увеличивается скорость изготовления полуфабриката.

Источник http://simbirsk-furnace.ru/publikatsii-v-smi/23-khiii-c-

Источник https://nicespb.ru/drugoe/model-litejnoe-proizvodstvo-2.html

Источник