Ulivanje izgubljenega voska: tehnologija, prednosti in slabosti

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Uporaba naložbenih modelov je precej priljubljena metoda livarske proizvodnje. Metodo odlikujejo zapletenost tehnološkega procesa in visoki stroški dela za pripravljalne procese. Zato se uporablja tam, kjer je treba natančno upoštevati dimenzije in zagotoviti visoko kakovost površine delov. Tako se izdelujejo turbinske lopatice in visoko zmogljiva orodja, proteze in nakit, pa tudi skulpture kompleksne konfiguracije. Bistvo litja z izgubljenim voskom je, da je kalup za ulivanje enodelni, model nizko talnih materialov se med ulivanjem ne odstrani, ampak se stopi. To zagotavlja natančno upoštevanje dimenzij in reliefa. Kovina se vlije v votlino, ki ostane od modela. Po končanem hlajenju se kalup uniči in izdelek odstrani. Pri vlivanju velikih serij se cena izdelka zmanjša.

Prednosti metode

Glavna prednost naložbenega litja je natančnost prenosa kalupa in nizka hrapavost površine. Poleg tega so na voljo še druge ugodnosti:

• Na voljo je proizvodnja rahlo obdelanih delov iz zlitine.
• Zmanjša potrebo po nadaljnji obdelavi.
• Izdelki so ulivani, ki bi jih sicer morali izdelati po delih in sestaviti skupaj.
• Z velikimi serijami se doseže zmanjšanje specifične delovne intenzivnosti (na en izdelek) in stroškov.
• Možnost mehanizacije in delne avtomatizacije pripravljalnih operacij samega litja.

Te prednosti uvrščajo metodo med najbolj priljubljene in uporabljene v današnji metalurgiji, zlasti v kombinaciji s sodobnimi progresivnimi metodami litja.

Pomanjkljivosti investicijskega kastinga

Nedvomne prednosti metode bi morale zagotoviti njeno prevlado med drugimi metodami. Kljub priljubljenosti metode investicijskega litja pa so pomanjkljivosti preprečile njeno široko uporabo. Glavna pomanjkljivost je zapletenost večstopenjskega postopka. Zahteva precej zapleteno in drago tehnološko opremo za pripravljalne faze. Za preproste izdelke, proizvedene v majhnih serijah, ima ta metoda višjo ceno.

Za stroškovno učinkovito uporabo investicijskega litja se primerjajo prednosti in slabosti metode, odločitev oizbira se na podlagi ocene razmerja med ceno in kakovostjo. Zato se uporablja predvsem za najbolj kritične in drage izdelke, ki jih je težko dobiti drugače, kot so turbinske lopatice, skulpture, hitrohitrostna orodja itd. Drugo področje uporabe so obsežni ulitki, v kar učinek obsega omogoča znatno znižanje stroškov.

tehnologija

Tehnologija investicijskega litja je večstopenjski proizvodni proces, ki je razmeroma delovno intenziven. Na prvi stopnji se izdela glavni model, ki bo po prehodu skozi vse faze končnega izdelka postal standard za izdelavo delovnih modelov. Za izdelavo glavnega modela se uporabljajo tako posebne modelne kompozicije kot tradicionalne - mavec ali les. Material glavnega modela naj združuje moč in enostavnost obdelave.

Nadalje, tehnologija investicijskega litja omogoča ustvarjanje kalupa, v katerega bodo vlivani vsi delujoči modeli. Kalupi so izdelani iz mavca, gume, silikona, manj pogosto kovine. Strukturno mora biti nujno snemljiv in zasnovan za večkratno uporabo. Kalup napolnimo z modelno sestavo, potem ko se strdi, jo razstavimo in odstranimo naslednji delovni model.

Pri izdelavi unikatnih delov ali majhnih nakladov se faze ustvarjanja glavne postavitve in kalupa preskočijo, postavitev (ali več) pa se izdela z ročnim oblikovanjem materiala.

Naslednji korak v procesu naložbenega vlivanja jeizdelava okoli postavitve (ali bloka postavitev) kalupa za ulivanje. Te matrice so strukturno že neločljive in za enkratno uporabo, kar omogoča natančno upoštevanje dimenzij in hrapavosti izdelka. V sodobni industriji se uporabljata dve vrsti kalupov - tradicionalni peščeno-glineni kalupi za vlivanje v zemljo in kalupi za školjke - za izdelavo natančnih in dragih delov.

Ko je kalup dokončan, se model iz njega stopi s segrevanjem ali pihanjem s pregreto paro. Oblike lupine dodatno utrdimo s segrevanjem do 1000 ˚С.

Končna faza procesa zajema dejansko vlivanje izdelka, njegovo hlajenje v naravnih pogojih ali s posebno metodo v termostatu, uničenje kalupa in čiščenje izdelka. Metoda omogoča pridobivanje visokokakovostnih ulitkov, ki tehtajo od nekaj gramov do deset kilogramov.

Modelne ponudbe

Materijal za izdelavo postavitve mora imeti določene lastnosti. Imeti mora lastnosti, kot so:

• Plastičnost v trdni fazi. Treba je natančno ponoviti obliko prihodnjega izdelka in jo po potrebi popraviti.
• Moč. Model mora brez deformacije vzdržati proces oblikovanja oblike okoli sebe.
• Taljivo. Upodabljanje modela ne bi smelo zahtevati veliko časa in energije.
• Staljena fluidnost. Kompozicija naj zlahka prodre v vse vdolbine in detajle reliefa in natančno ponavlja obrise prihodnje podrobnosti.
• Ekonomija. Še posebej pomembno za velikoserijsko proizvodnjo.

Za modelne kompozicije se običajno uporablja mešanica stearina in parafina. Ti materiali uspešno dopolnjujejo parametre drug drugega, kompenzirajo nezadostno tališče parafina in prekomerno viskoznost stearina.

Skladbe na osnovi lignitnega voska niso nič manj priljubljene v industriji. Njegove glavne lastnosti so odpornost na vlago, trdnost in sposobnost oblikovanja zelo gladkih premazov, kar je še posebej dragoceno pri modeliranju izdelkov.

Uporabljajo se tudi spojine, sestavljene iz mešanice voska rjavega premoga, parafina in stearina.

Izdelava kalupov

Za izdelavo unikatnih izdelkov pripravimo postavitev z izrezovanjem kosa modelnega materiala ročno ali po šablonah. Na stružnicah se izdelujejo tudi modeli v obliki teles revolucije. V zadnjem času postaja vse bolj razširjena metoda 3D tiskanja modelov. Primeren je tako za posamezne postavitve kot za majhne serije.

Stroški sodobnega industrijskega 3D tiskalnika so še vedno visoki, vendar lahko zaradi enostavne rekonfiguracije z enega izdelka na drugega postane učinkovito orodje za izdelavo modelov v primeru velikega števila heterogenih majhnih serijskih naročil.

Za izdelavo velikega števila enakih postavitev je matrika izdelana iz mavca, gume, silikona ali kovine. Delovne postavitve se izdelajo z vlivanjem v matriko. Po zasnovi mora biti kalup zložljiv, da se zagotovi možnost izdelave določenega števila modelov. Izbrani material bi moral zagotoviti tudi takšno priložnost, zato so mu naložene takšne zahteve, kot so trdnost, gostota, nizka hrapavost in kemična inertnost glede na postavitev. Snov kalupa mora imeti tudi minimalen oprijem na maketo, da se zagotovi enostavno odstranjevanje končnih modelov in upoštevanje dimenzij. Pomembna lastnost kalupa je njegova trdnost in odpornost proti obrabi, zlasti pri velikih serijah.

Izdelava modelov in blokov

Široko uporabljena metoda izdelave naložbenih modelov je vlivanje pod nizkim pritiskom v kalupe. Vbrizgavanje tekoče mešanice se izvaja tako ročno, z uporabo batnih brizg, kot z mehanskimi, hidravličnimi ali pnevmatskimi kompresorji. V primeru uporabe voska rjavega premoga je potrebno zaradi visoke viskoznosti ogrevati cevovode za dovajanje sestave. Modeli iz ekspandiranega polistirena so izdelani z ekstrudiranjem na avtomatiziranih strojih za oblikovanje.

Za povečanje ekonomske učinkovitosti in zmanjšanje delovne intenzivnosti v primeru serijske proizvodnje majhnih ulitkov so njihove postavitve združene v bloke. Zaporni sistemi so oblikovani nad bloki tako, da se posamezne postavitve pritrdijo na žlebove s pomočjo ročnega spajkalnika. V primeru posameznih ulitkov ali majhnih serij so modeli izdelani ročno.

Pri oblikovanju zapornih sistemov je potrebno zagotoviti neturbulenten tok taline, enakomerno polnjenje vseh elementov matrice. Pri polnjenju obrazca iz PGS morate spremljati tudi enotno polnjenje vsehodprtine med žlebovi in preprečevanje poškodb.

Izdelava kalupa

Pri obravnavani metodi litja za vlaganje obstajata dve glavni vrsti kalupov:

• Mešanice peska in gline (SGM).
• lupina.

Kalupi za ulivanje voska se uporabljajo predvsem pri proizvodnji majhnih serij izdelkov, ki ne zahtevajo zelo visoke natančnosti. Postopek njihove izdelave je precej delovno intenziven in zahteva visoke in pogosto edinstvene veščine modelarjev in oblikovalcev. Delna mehanizacija je primerna le za določene operacije, kot so priprava in polnjenje peska za oblikovanje, njegovo tesnjenje.

Shell kalupi se po drugi strani uporabljajo za izdelavo delov, ki zahtevajo posebno natančnost izdelave. Postopek njihove izdelave je bolj zapleten in dolgotrajen, vendar je bolj primeren za mehanizacijo.

mletje

To je najstarejša metoda obdelave kovin, ki jo je obvladalo človeštvo. Naši predniki so ga obvladali hkrati z začetkom uporabe kovinskih izdelkov kot orožja, orodja ali pripomočkov, torej pred približno 5 tisoč leti. Staljena kovina se vlije v pripravljeno matriko iz mešanice peska in gline. Najzgodnejši kraji za predelavo kovin so nastali tam, kjer so se nahajala nahajališča kovin v obliki kepsov in nasipov. Tipičen primer je tovarna Kasli na Uralu, svetovno znana po litju železne čipke.

Metoda investicijskega litja se uporablja za izdelavo kovinskih izdelkov - tako železnih kotobarvan. In samo za kovine, ki kažejo povečano nagnjenost k reakciji v tekoči fazi (kot je titan), je treba izdelati matrice iz drugih sestavkov.

Proizvodni proces ulivanja v PGS je sestavljen iz naslednjih faz:

• izdelava modelov;
• priprava bučke;
• polnjenje in zbijanje mešanice v bučki;
• litje kovin;
• odstranjevanje in čiščenje ulitka.

Obrazec iz ASG - za enkratno uporabo. Da bi dobili končni izdelek, ga bo treba zlomiti. Hkrati je večina mešanice na voljo za ponovno uporabo.

Kot materiali za ASG se uporabljajo sestavki pretežno kremenovega peska različnih velikosti in plastične gline, katerih vsebnost se giblje od 3 do 45 odstotkov. Tako se na primer umetniški odlitki proizvajajo z mešanico z 10-20 % vsebnostjo gline, pri posebej velikih odlitkih pa se vsebnost gline prilagodi na 25%.

Uporabljata se dve podvrsti:

• Mešanice za obraz. Nahajajo se na notranji površini kalupa in medsebojno delujejo s staljeno kovino. Biti morajo toplotno odporni, da jih temperaturne razlike in posledične napetosti ne uničijo. Te mešanice imajo drobno zrnje, da natančno prenesejo podrobnosti površine. Zelo pomembna je tudi sposobnost mešanice, da prepušča plin.
• Mešanice za polnjenje. Uporabljajo se za zapolnitev med obrnjeno plastjo in stenami bučke. Prenesti morajo težo vlite kovine, ohraniti obliko izdelka in prispevati k pravočasni in popolni odstranitvi plinov. Proizvedeno iz cenejših vrst peska,za večkratno uporabo.

Če ulivni plini ne uhajajo skozi mase peska za oblikovanje, temveč skozi sistem zapiranja, pride do napak v ulitku, kar vodi v poroko.

Tradicionalna tehnologija vlivanja v tla je podrobno prikazana v filmu A. Tarkovskega "Andrej Rubljov". V noveli "Zvon" mladenič Boriska, sin pokojnega mojstra, vodi livarsko artel in liva cerkveni zvon.

Ulivanje školjk

Za metodo vložnega litja v školjkaste kalupe je značilen najboljši prenos dimenzij izdelka in nizka hrapavost površine. Model je izdelan iz topljivih spojin, kot je vosek rjavega premoga. Livarne pogosto uporabljajo tudi sestavo parafin-stearina v enakih razmerjih. V primeru ulitkov velikih velikosti so v modelni material vključene soli za zaščito modela pred deformacijo. S potapljanjem v raztopino je model prekrit v 6-10 slojih z visokotemperaturno suspenzijo.

Hidrolizirani silikati delujejo kot vezivo, elektrokorundni ali kremenovi kristali se vzamejo kot toplotno odporni posip. Za materiale za kalupe je značilna visoka trdnost, nizka higroskopnost in odlična prepustnost za plin.

Postavitev se posuši v atmosferi plinastega amoniaka. V naslednji fazi se kalup segreje na 120 ˚C, da odstranimo parafinski model. Ostanke zmesi odstranimo s pregreto paro pod visokim pritiskom. Nato se kalup kalcinira pri temperaturah do 1000 ˚С, kar vodi do njegove končne fiksacije in odstranitve snovi,ki se lahko med postopkom litja sproščajo kot plini.

Lupina je postavljena v nekakšno bučko, ki je prekrita z jekleno sabo. To pomaga ohranjati konfiguracijo pri polnjenju kalupa s talino in hkrati izboljšuje pogoje za hlajenje ulitka. Talino vlijemo v kalupe, segrete na 1000 ˚С. Po hlajenju izdelka po posebnem programu v termostatu se kalup uniči, odlitek odstranimo in očistimo.

Glavna prednost te metode vlivanja je visoka dimenzijska natančnost in nizka hrapavost površine.

Dodatne prednosti metode:

• Ulivanje delov iz zlitin, ki jih je težko strojno obdelati.
• Ulivanje predmetov, ki bi jih sicer morali odliti po delih in nato sestaviti nazaj.

Pomanjkljivosti te metode vlivanja so nizka poraba kovin in povečana delovna intenzivnost.

Natančno litje

Natančno vlivanje - tako se imenujeta tehnologija in sam končni izdelek. Visoka natančnost vlivanja je zagotovljena z dejstvom, da med pripravo kalupa iz njega ni treba izvleči modela izdelka. Pri uporabi tradicionalne metode je izdelava matrice za ulivanje zapleten in zelo dolgotrajen večstopenjski proces. To še posebej velja za ulitke delov kompleksne konfiguracije, z vdolbinami, vdolbinami in notranjimi votlinami.

Na primer, ko vlivate litoželezno ali bakreno vazo s spremenljivo ukrivljenostjo površine, morate uporabiti veliko trikov. Da, najprejspodnjo polovico bučke napolnimo, nato model odstranimo, obrnemo in zgornjo polovico nabijemo. Model je treba izdelati iz kompozita, ročaji vaze so narejeni iz dveh elementov, izvlečejo se skozi votlino modela v dveh stopnjah - najprej spodnji, nato zgornji. Vsa ta številna obračanja in vlečenja ne morejo pozitivno vplivati na celovitost površine kalupa in nenazadnje na natančnost ohranjanja dimenzij ulitka in kakovosti njegove površine. Poleg tega ostaja problem natančnega ujemanja delov bučk in njihovega varnega pritrjevanja drug na drugega.

Proizvodnja investicijskega litja je brez teh pomanjkljivosti, ne zahteva tako visoko usposobljenih modelarjev in bistveno zmanjša delovno intenzivnost postopkov predlivanja. To je še posebej izrazito pri velikih serijah odlitkov.

Metoda omogoča doseganje 2-5. razreda natančnosti po GOST 26645-85. To omogoča vlivanje visoko natančnih izdelkov, kot so turbinska rezila, rezalna orodja, vključno z visoko zmogljivimi rezkarji in svedri, kritični visoko obremenjeni nosilci, majhni visoko obremenjeni deli vozil, strojna orodja in drugi zapleteni mehanizmi.

Visoka dimenzijska natančnost in visok površinski razred zmanjšujeta potrebo po nadaljnji obdelavi ulitka, kar prihrani kovino in zmanjša stroške proizvodnje.

Oprema

Potrebna oprema za investicijsko litje je raznolika in zapletena. Podjetja jih združujejo v enoten in dobro usklajen kompleks,organizirano kot mesto, delavnica ali ločena proizvodnja.

Sestava kompleksa je odvisna od obsega proizvodnje, velikosti, konfiguracije in cirkulacije ulitkov.

Tako bo pri proizvodnji protez in nakita oprema vključevala:

• modelna miza;
• mufelna peč s termostatom;
• komplet skalpelov in lopatic za popravljanje oblike modela;
• formalna deska;
• bučka;
• cisterne za shranjevanje in pripravo peska za oblikovanje;
• komplet orodij za nabijanje peska;
• lonček za taljenje kovin;
• klešče;
• kladivo za razbijanje kalupa.

Ta proizvodni kompleks se zlahka prilega na eno mizo in v eno omaro. Če je načrtovana množična proizvodnja, na primer aluminijastih ulitkov - delov naprave, bo potrebna oprema za:

• oblikovanje in vlivanje keramičnih kalupov;
• sušilne oblike;
• taljenje materiala modela in nanos toplotno odpornega sloja;
• čiščenje ulitkov iz materiala za oblikovanje.

In končno, dejanska oprema livarskega kompleksa, zasnovana za pridobivanje taline in vlivanje v kalup. Lahko je oprema za litje:

• pod nizkim pritiskom;
• centrifugalna;
• na običajen gravitacijski način.

Stroji za brizganje in centrifugalno litje so ločeni visoko mehanizirani in avtomatiziraniproizvodni kompleks, izoliran od ozračja trgovine. Zmanjšujejo ročno delo in izpostavljenost ljudi škodljivim pogojem. Zaprte komore, v katerih se nahajajo kompleksi, zagotavljajo popolno zajemanje in čiščenje izpušnih plinov, kar znatno poveča prijaznost podjetja do okolja.

Ulivanje izgubljenega voska ima precej velik potencial za razvoj, zlasti v kombinaciji z naprednimi tehnikami izdelave kalupov in vlivanja.