Литьё по выплавляемым моделям (ЛВМ) – это один из самых распространённых способов получения отливок среди точных методов литья. Безусловно, классические способы – литьё в песчано-глинистые формы (ПГС), в холоднотвердеющие смеси (ХТС) или даже вакуумно-плёночная формовка (ВПФ) уступают ЛВМ по качеству поверхности и точности получаемой отливки. Об особенностях формообразования и используемом оборудовании для ЛВМ мы расскажем в этой статье.
ЛВМ характеризуется тем, что детали, полученные этим способом, имеют минимальные припуски на мехобработку.
Методом ЛВМ получают практически готовые детали, требующие потом лишь минимальной дополнительной обработки. Этот способ целесообразно использовать для получения отливок, которые в силу своей конфигурации очень сложно или невозможно обрабатывать механически. И за счёт минимальной металлообработки стоимость изделий снижается.
Классический пример отливки, которую в машиностроении получают методом ЛВМ – это лопатки турбин для газотурбинных двигателей. Особенность этих деталей в том, что изготавливаются они из жаропрочных сплавов, вообще трудных в металлообработке, а в случае с лопатками турбин механическая обработка осложняется сложным рельефом поверхности. Точность же этого изделия должна быть максимальной. В этом случае метод литья по выплавляемым моделям очень выручает.
Широко применяют ЛВМ в ювелирном деле, но детали высокой точности требуются и в машиностроении, поэтому метод нашёл своё применение в серийном и массовом производстве мелких стальных отливок. Этим способом получают отливки массой от 20 г до центнера с толщиной стенки от половины миллиметра до сантиметра. Точность и шероховатость поверхности при этом находится на уровне 5 – 7 класса.
Следующий момент, которые характеризует метод ЛВМ – это использование одноразовых моделей.
Предварительно изготавливается про-модель. По сути – это прототип будущей отливки, то, что в результате должно получиться. Изготавливается она из лёгких в обработке материалов: дерева, гипса, а также с применением специальных модельных материалов на основе эпоксидной смолы, полиуретана – эластичных составов, из которых легко получить изделие любой, даже самой сложной формы.
Про-моделью может служить и уже готовое изделие.
По про-модели изготавливают пресс-форму – она повторяет внешние контуры про-модели и в ней в дальнейшем получают одноразовые модели из парафинсодержащих масс, которые плавятся при температуре меньше 100 градусов. Пресс-форма может быть сделана из гипса или резины, но для серийного и массового производства пресс-форму чаще делают из металла для большей прочности.
Металлическая пресс-форма устанавливается в машину и в неё под давлением с помощью шприц-машины поступает эластичная масса. Впрыск может быть нижним, верхним или боковым.
Так получается восковая модель будущей отливки, которая немного, при необходимости, доводится вручную.
Также получают модель литниковой питающей системы и всё собирается в так называемый куст.
Иногда этап изготовления про-модели и модели в пресс-форме пропускают, а сразу получают модель из легкоплавкого материала.
Следующий момент, которые характеризует метод ЛВМ – это использование одноразовых моделей.
Предварительно изготавливается про-модель. По сути – это прототип будущей отливки, то, что в результате должно получиться. Изготавливается она из лёгких в обработке материалов: дерева, гипса, а также с применением специальных модельных материалов на основе эпоксидной смолы, полиуретана – эластичных составов, из которых легко получить изделие любой, даже самой сложной формы.
Про-моделью может служить и уже готовое изделие.
По про-модели изготавливают пресс-форму – она повторяет внешние контуры про-модели и в ней в дальнейшем получают одноразовые модели из парафинсодержащих масс, которые плавятся при температуре меньше 100 градусов. Пресс-форма может быть сделана из гипса или резины, но для серийного и массового производства пресс-форму чаще делают из металла для большей прочности.
Металлическая пресс-форма устанавливается в машину и в неё под давлением с помощью шприц-машины поступает эластичная масса. Впрыск может быть нижним, верхним или боковым.
Так получается восковая модель будущей отливки, которая немного, при необходимости, доводится вручную.
Также получают модель литниковой питающей системы и всё собирается в так называемый куст.
Иногда этап изготовления про-модели и модели в пресс-форме пропускают, а сразу получают модель из легкоплавкого материала.
Далее следует послойное «выращивание» формы. Для этого на восковой куст наносится разделительный состав, за ним – эмульсия, состоящая из пылевидного кварца и связующего, например, этилсиликата или жидкого стекла. Куст обсыпается мелким кварцевым песком и сушится несколько часов на воздухе или в специальных сушильных камерах. Далее процесс с эмульсией, обсыпкой и сушкой повторяется от 3 – 4 до 10 раз.
В результате на восковых моделях образуется прочная керамическая оболочка толщиной до 5 мм. Воск из неё вытапливают, помещая кусты в горячую воду или направляя внутрь пар или горячий воздух для расплавления воска.
Полученную неразъёмную форму прокаливают в печи при температуре почти 1000 градусов. Для этого её помещают в опоку, засыпая песком. При высоких температурах форма упрочняется, из неё удаляются остатки модельного состава и в нагретом виде, в опоке, формы подаются на заливку.
После кристаллизации металла форму разбивают, литниково-питающую систему отделяют и отправляют на переплавку, отливки минимально обрабатывают, удаляя остатки формы дробеструйной или пескоструйной обработкой.
Для формовки и заливки керамических форм, для нанесения огнеупорного покрытия и выплавления модельного состава, для расплавления металла и очистки отливок используется комплекс соответствующего оборудования.
В методе ЛВМ применяется много ручных операций, но технология поддаётся частичной или полной автоматизации некоторых переделов.
Например, попеременное опускание кустов в суспензию и нанесение песочного покрытия. Также автоматизации поддаются процессы изготовления модельного состава, огнеупорной суспензии и изготовление восковых моделей в пресс-форме с помощью шприц-машины.
Главная особенность метода, которая определяет дальнейшую технологию – это нагрев форм перед заливкой.
Это необходимо в первую очередь для того, чтобы расплавить и удалить модели из оболочковой формы, но одновременно нагрев формы способствует её лучшему заполнению металлом. Это позволяет получать тонкостенные стальные отливки.
Кроме того, так же из-за нагрева готовые отливки медленно остывают в нагретой форме. И это уже может привести как к положительным, так и отрицательным последствиям.
Если в отливках есть массивные узлы, кристаллизация в них проходит в последнюю очередь и высока вероятность появления в них усадочных дефектов и крупных зёрен кристаллического строения, это необходимо учитывать и создавать правильные условия кристаллизации.
На поверхности контакта отливки с формой происходят физико-химические процессы – обезуглероживания и окисления. Горячая форма интенсифицирует эти процессы и глубина обезуглероженного и окисленного слоя увеличивается. На этот процесс также влияет состав газовой среды, в которой происходит заливка.
Для предотвращения прохождения нежелательных физико-химических процессов, заливку в оболочковые формы производят в восстановительной, нейтральной или защитной среде, в вакууме, применяют и другие технологические приёмы.
Литьё по выплавляемым моделям – это передовая технология, обеспечивающая высокую точность и качество металлических отливок. Несмотря на некоторые особенности и значительные затраты на оборудование и материалы, этот метод остаётся востребованным производителями литья, благодаря своим многочисленным преимуществам. Современное оборудование и автоматизация процессов делают ЛВМ доступным и экономически эффективным выбором для производства сложных и точных отливок.
После консультации со специалистами СЛТ вы сможете лучше понять эту технологию и разобраться с составом необходимого оборудования. Компания СЛТ поставляет оборудование, ведёт проектные работы и осуществляет технологическое сопровождение модернизируемых и новых литейных, металлургических и металлообрабатывающих производств.