Литье металла в домашних условиях

Обновлено: 15.05.2024

Очень часто мои заказчики и покупатели спрашивают, «Как же все же делают фигурки из бронзы?» и постоянно приходится рассказывать процесс заново. Решил создать ..этакую шпаргалку :) . мастер-классом вроде и не назовешь её. Описать решил максимально простым языком без специальной терминологии. Думаю так будет проще и понятнее не создаст дополнительных вопросов. Хочу еще сказать, что сам я не литейщик, я только создаю мастер-модели, снимаю с них формы, делаю восковки и их уже везу в литейную мастерскую. А потом готовые отливки довожу до ума. Обработка очень важная часть финального процесса.

Но во всех стадиях литья принимал не однократное участие и потому знаком со всеми стадиями процесса. Работа это не легкая и требует аккуратности и дотошности..мелочей нет. Схалтуришь на одном каком то этапе и работа всей команды будет загублена.

Литейное дело - одно из самых древних в мире ремесел, трудоемкая и сложная работа, требующая внимания и аккуратности на каждом этапе подготовки и литья. От Мастер-модели до финальной отливки в бронзе. Но результат стоит затраченных усилий. Литые изделия отличаются изысканным внешним видом. С годами на поверхности изделий из бронзы, латуни покрывается оксидной пленкой - это придаёт внешнему виду изделий антикварный вид. С годами изделия из бронзы как благородное вино растут в цене покрываясь налетом старины.
Довольно высокая цена на изделия выполненных методом художественного литья по выставляемым моделям, обусловлена большим количеством операций выполненными вручную, а так же дорогостоящими расходными материалами (ювелирный воск, формомасса, сплавы, а так же расходники для последующей обработки готовых изделий).
Коротко процесс создания бронзовой фигурки можно описать по операциям.
1. Изготовление мастер-модели для литья. Модель может быть из разных материалов: пластилин, воск, дерево, пластики, металл, гипс и т.д.

Несколько примеров моих мастер-моделей изготовленных из разных пластиков:

будущие шахматные фигурки:

фигурка сноубордист "Карвер"

Мы в своем технологическом процессе чаще создаем мастер-модели из полимерных скульптурных пластиков. Скульптор-миниатюрист создает модель вручную. Сложные модели иногда приходится делать разборными и многосоставными. На модель крепят литниковую систему продумывая как будет течь металл и как затем удалить литники без ущерба для будущей фигурки.

2. С мастер-модели снимается силиконовая (резиновая) форма из специальной резины. Изготавливается так называемая матрица, по которой затем будет получена восковая копия модели (восковка). С литниками для последующего литья.

Форму разрезают особым способом, что бы можно было получить качественную восковку.

3. После изготовление резиновой формы в неё под давлением впрыскивается горячий воск. Затем, когда воск остыл матрицу разбирают и достают восковую копию модели. Её нужно проверить на наличие дефектов., обработать снять восковый облой, если он есть, просмотреть(просветить восковки) нет ли пузырьков в восковке иначе на отливке из металла будут полости и раковины. Если нужно восковка затем проходит стадию полировки. В час в среднем с одной резиновой формы можно получить 4-5 восковок в зависимости от размера и сложности.

Восковки с литниковой системой:

4. Восковки готовы теперь предстоит спаять елку из наших восковых фигурок. Примерно под углом 45 градусов фигурки одна за другой крепятся к основному более толстому литнику. Постепенно обрастя фигурками вырастает нечто напоминающее ёлку.
5. Затем подготовленная ёлка ставится в резиновую опору и помещается в металлическую опоку. Сверху заливается формомассой (специальный гипсовый состав), Опока ставится под вакуум для удаления пузырьков из формомассы. Если этого не сделать фигурка вся будет покрыта мелкими бусинками металла. Формомасса затвердела.
6. Следующий этап вытапливаем восковые модели и затем постепенно прокаливаем получившиеся керамические формы в специальных прокалочных печах до нужной температуры. Формы должны выдерживать температуру расплавленных сплавов около 1300 градусов.
Около суток формы доводятся до нужной температуры, плавно поднимаясь до нужной температуры и затем так же плавно остывают.
7. Затем в подготовленные формы, выстоявшиеся и доведенные до требуемой температуры заливается расплавленный сплав и ставится под вакуум. Так как форма гигроскопична, металл притягивается к стенкам формы. За счет чего получается качественная поверхность отливки. Процесс подготовки форм и литья беспрерывно продолжается несколько дней. Тираж нельзя прервать и остановить всю тепловую цепочку процесса. Для этого литейщикам приходится работать в несколько смен, для контроля всего цикла литья.
8. После заливки форм их охлаждают и разрушают.
Отлитые ёлочки с фигурками разрезают специальными кусачками срезая фигурки с центрального литника.
Затем наступает очередь непосредственной обработки будущих фигурок. Фигурки размывают и очищают от остатков застывшей формомассы. Затем могут быть подвергнуты к отмачиванию в специальных растворах для удаления накала на фигурках.
9. Затем наступает очередь механической обработке. С фигурок удаляю литники, стачивая их бормашинами и полируют места крепления литников к фигурке. Далее фигурки обрабатывают мягкими латунными щетками на станках, снимая остатки окалины, полируют со специальными пастами муслиновыми кругами (тряпочные круги различной плотности с пропитками) После полировки фигурки она может проходить процесс ускоренного старения (чернения) для придания металлу антикварного вида. После обработки кислотами и специальными составами фигурки опять подвергают полировке мягкими муслиновыми кругами и растирают тканью выравнивая общий тон фигурки

Вот собственно финал нашей работы, долгожданные фигурки из металла :)

Кладоискатели, слева без чернения только полировка с карцеванием..справа чернение и дополнительная полировка.

Шахматная фигурка, Королева бордеров. Бронза, гальваническое покрытие меднение

Литьё металла по выплавляемым моделям на кухне

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Статья относится к принтерам:

Я решил попробовать научиться лить металл дома, когда встретил в сети упоминания карборундового тигля, способного расплавить алюминий и бронзу в СВЧ печи.

Описание процесса и результаты попыток кратко изложу в этой статье.

Изготовление мастер-модели

Модели я печатал из PLA - самого легкоплавкого пластика из имевшихся под рукой. Сопло 0.4-0.6, слой 0.1-0.2, заполнение 30%, в общем, всё как обычно.

В качестве моделей взял стандартные "кораблик" и "кубик", к которым прилепил литники из воска от сыра.

И начерченный в CAD-e барашек для крана автоклава взамен потерянного (у него литники сделал прямо при моделировании - правда, они сразу отломались, пришлось зажигалкой приклеивать).

Изготовление литьевой формы

В целом, есть два способа изготовить форму. Можно сделать по модели форму из нескольких частей, потом вынуть из формы модель, собрать форму обратно и залить в неё металл.

Можно сделать монолитную форму, потом вытопить из неё модель и залить металл в образовавшуюся полость. Первый вариант не портит модель и позволяет использовать форму несколько раз, второй - проще технически и позволяет делать модели сложной формы. Для разового литья по распечатываемым моделям разумно использовать выплавляемые формы, что я и сделал.

Что касается материала для формы, то есть три типа популярных смесей, песок + глина, песок + жидкое стекло и смеси на основе гипса.

Смеси на основе гипса легки в изготовлении, но их нужно прокаливать при 700 градусов Цельсия, чтобы избавиться от химически связанной воды. Дома, естественно, хотелось минимизировать работу с высокими температурами, поэтому гипс я отмёл.

Смеси на основе глины удобны многоразовостью материала и быстротой прототипирования - но, судя по рассказам, крайне прихотливы. К тому же их обычно используют во влажном виде, что не применимо к методу выплавляемых моделей.

Поэтому я остановился на смесях на основе жидкого стекла. Их рекомендуемый состав - смесь песок : жидкое стекло в соотношении 100 : (7-10). Впрочем, у меня они, почему-то, получались при таком соотношении слишком сыпучими, так что я брал жидкого стекла чуть больше.

Жидкое стекло использовал первое попавшееся в магазине.

Песок, судя по рассказам, лучше брать карьерный, но для составов с жидким стеклом это не так важно; я взял речной, фракцию "менее 0.25 мм" (облепливал ею модель) и "0.25-0.5 мм" (делал из неё периферические части формы). Но не думаю, что это очень важно, подозреваю, что песок, просто просеянный через сито для муки, даст почти тот же результат.

Забив внутренние части модели смесью и по возможности облепив ею снаружи, я засыпал на дно подходящей конической баночки смесь, укладывал на неё модель и забивал смесью все свободное место.

В общем, на модели объёмом порядка 10-20 мл уходило 300-600 граммов просеянного песка.

Сушка и выплавление формы

Для сушки я использовал электрическую духовку в режиме обдува горячим воздухом.

Сначала я подсушивал форму прямо в баночке при 70*С - так, чтобы образовалась сухая корочка и форму можно было перевернуть. Это занимало где-то час.

Потом я переворачивал форму и снимал пластмассовую баночку, в которой делал форму.

В таком виде сушил ночь - но, если честно, подозреваю, что этот этап можно пропустить.

Затем подстилал на дно фольгу, поднимал температуру до 250, и вытапливал PLA в течении целого дня. Учтите, что обдув горячим воздухом приводит к тому, что капли PLA падают отнюдь не вертикально, поэтому фольга должна быть не только прямо под формой, но и по всему дну.

Вот так выглядят формы после выплавления:

Требуемый объём металла легко увидеть в слайсере, если задать нарезку модели со 100% заполнением. Плотность бронзы около 9 г/мл, алюминия - около 3 г/мл. На самом деле, поменьше, но ведь ещё запас на литник нужен, на окисление при плавлении, и так далее.

На алюминий я распустил литой корпус старого прибора, надпилил его реноватором и разломал на подходящие кусочки парой газовых ключей.

Бронзу марки БРОФ7-0.25 приобрёл на Авито в виде стружки. Сразу говорю, это была плохая идея, у бронзовой стружки очень низкая насыпная плотность, её влезает в тигель хорошо если десяток-другой граммов, она пружинит, а не прессуется.

Проводилась в соответствии с инструкцией изготовителя тигля.

Размеры тигля - примерно 45 мм внутренний диаметр и примерно 35 мм высота. Теоретически это даёт объём около 50 мл. Но полностью использовать объём можно, только заложив в тигель заготовку, точно выточенную под объём тигля; на практике, если использовать обычные куски металла, влезает около 25-30 мл. Вот тигель, полный алюминия - даже с небольшой горкой над уровнем тигля; это примерно 70 граммов, то есть 25 мл:

Алюминий расплавился довольно быстро (примерно, за 10 минут), а вот бронзовая стружка пыталась расплавиться около получаса - после чего СВЧ печь издала странный звук и больше ничего плавить не захотела. Изучение проблемы показало, что в печке сгорели высоковольтные конденсатор и предохранитель. Я их, конечно, поменял - но решил, что это знак свыше, и больше бронзу плавить не пытался.

К сожалению, как раз перед сгоранием печи бронза всё-таки почти расплавилась, и легла блином на дно тигля. Как я уже сказал больше бронзу я плавить не стал, так что пользовался тиглем с бронзовым блином на дне.

Вот так выглядят формы, в которые уже залит металл:

Чистка отливок. Результат.

Большая часть формы легко осыпалась после нескольких ударов молотком, но то, что прилегало непосредственно к модели, слегка окаменело, и эти остатки пришлось очищать стальной иглой.

Кораблик после отбвивания молотком основной части формы, но до чистки иглой:

В общем, результат получился лучше, чем я рассчитывал, учитывая все прелести алюминия, хотя местами, конечно, наблюдается непролив.

Обзорное фото результатов вы видели в начале статьи. Вот оно ещё раз.

Видно, что кубик и кораблик, в целом, получились похожими на модель, но не идеально пролитые. А вот ручка вышла откровенно плохо: я сделал слишком тонкие литники, и алюминий просто не затёк в форму.

Дно корабля, слом литника. Видно, что структура зернистая, с полостями:

Кораблик спереди. Видны непроливы:

Крыша кораблика. Видна слоистость печати принтера (0.1 мм слои):

0. Всё нижеперечисленное - мои выводы на основе минимального опыта.

1. Литьё небольших деталей можно организовать на обычной кухне с минимальным набором специально докупленных вещей.

2. Отливать можно детали из алюминия. Теоретически можно и из бронзы, но на пределе возможностей микроволновки.

3. Отливать можно детали объёмом где-то до 20-25 мл.

4. Для литья по выплавляемым моделям подходят модели из PLA.

5. Теоретически, можно печатать слоем 0.1 мл, но, на практике, 0.2 мм обычно достаточно.

6. В качестве формовочной массы подходит смесь песка с жидким стеклом (7-15%).

7. Песок можно брать обычный речной, фракция "менее 0.5 мм" достаточна, хотя для более тонкого литья можно попытаться взять фракцию "менее 0.25 мм".

8. Выплавлять модель можно несколько часов, при температуре около 250 градусов Цельсия.

9. При литье из алюминия стабильно получаются элементы толщиной больше 2-3 мм.

10. В частности, литники желательно делать толщиной 4-5 мм.

11. Не забывайте о технике безопасности при литье. Надевайте перчатки, хлопковую или кожаную одежду с длинными рукавами и штанинами, ботинки.

Подпишитесь на автора

Точное литье по выплавляемым моделям в домашних условиях: технология, преимущества и недостатки

Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) – это промышленный процесс, который также называется литьем по восковым моделям или литьем в разрушаемую форму. Форма разрушается, когда изделие извлекается. Выплавляемые модели широко используются как в машиностроительном, так и в художественном литье.

Область применения

Особенности техпроцесса позволяют применять метод ЛВМ в широком диапазоне: от крупных предприятий до небольших мастерских. Также возможно литье по выплавляемым моделям в домашних условиях, в личных и коммерческих целях для изготовления детализированных фигурок, сувениров, игрушек, деталей конструкций, ювелирных изделий. В качестве наполнителя можно использовать практически все металлы:

стали (легированные и углеродистые);
цветные сплавы;
чугун; ;
сплавы, не поддающиеся мехобработке.

Впрочем, технология универсальна – вполне можно изготовить относительно крупные конструкции сложных форм. Для облегчения техпроцесса используют специализированное оборудование для литья по выплавляемым моделям и 3D-моделирование с помощью специализированных программ.

Литье в керамические формы

В зависимости от требований к изделиям используют различные, наиболее подходящие технологии. Точное литье по выплавляемым моделям (ТЛВМ) позволяет получать самые сложные по конфигурации отливки с высокой точностью, с минимальной толщиной стенок и шероховатостью поверхности. Для ТЛВМ восковая модель погружена в жидкую смесь на основе керамики. Керамическая смесь сохнет и формирует оболочку формы для литья. Этот процесс повторяется, пока желаемая толщина не будет достигнута. Затем воск удаляется в автоклаве. Однако этот метод характеризуется высокой стоимостью, продолжительностью технологического процесса, выделением вредных веществ в производственной зоне и загрязнением окружающей среды остатками керамических форм.

Литье в формы из ХТС

Во многих случаях при изготовлении поделок на дому к отливкам сложной конфигурации не предъявляется требование низкой шероховатости, а для ряда художественных отливок поверхность с равномерной шероховатостью не только допустима, но является дизайнерским решением. В этом случае целесообразно применять литье по выплавляемым моделям.

Технология, разработанная для изделий, не требующих гладких поверхностей, достаточно проста. Такую поверхность можно получить литьем в формы из холодно-твердеющих смесей (ХТС). Этот процесс значительно проще, дешевле и экологически чище.

Однако данный метод литья по выплавляемым моделям не позволяет получать сложные отливки с использованием выплавляемых моделей. Это объясняется тем, что при вытопке фигур значительная часть модельного состава остается в полости формы и может быть удалена только прокалкой. Прокалка, то есть нагрев до температуры воспламенения, модельного состава приводит к деструкции смоляного связующего вещества ХТС. При заливке металла в форму с остатками модельного состава происходит их сгорание, приводящее к выбросам металла из формы.

Использование жидкостекольных смесей

Нивелировать недостатки ХТС-технологии при изготовлении некоторых типов отливок позволяет литье по выплавляемым моделям в жидкостекольные смеси с жидким катализатором (ЖСС ЖК). Эти смеси с содержанием жидкого стекла в количестве 3-3,5 % и катализатора около 0,3 % от массы песчаной основы начали применяться за рубежом в начале 80-х и используются до сих пор. По данным исследований, эти смеси в отличие от ЖСС первого поколения отличаются экологической чистотой, хорошей выбиваемостью и незначительным пригаром на отливках.

Литье по выплавляемым моделям: технология

Процесс ЛВМ включает в себя операции подготовки модельных составов, изготовления моделей отливок и литниковых систем, отделки и контроля размеров моделей, дальнейшей сборки в блоки. Модели, как правило, изготавливают из материалов, представляющих собой многокомпонентные композиции, комбинации восков (парафино-стеариновая смесь, природные твердые воски и т.д.).

При изготовлении модельных составов используется до 90 % возврата, собираемого при выплавлении восковых моделей из форм. Возврат модельного состава следует не только освежать, но и периодически регенерировать.

Изготовление моделей состоит из шести этапов:

подготовки пресс-формы;
введения в ее полости модельного состава;
выдержки модели до затвердевания;
разборки формы и извлечения модели;
охлаждения ее до комнатной температуры.

Особенности техпроцесса

Сущность ЛВМ заключается в том, что силиконовая или восковая модель выплавляется из заготовки путем нагревания, а освободившееся пространство заполняют металлом (сплавом). Техпроцесс имеет ряд особенностей:

При изготовлении формовочной смеси широко используют суспензии, состоящие из огнеупорных мелкозернистых материалов, скрепляемых связующим раствором.
Для заливки металлов (сплавов) применяют неразъемные формы, получаемые путем нанесения на модель огнеупорного покрытия, его сушки с дальнейшим вытапливанием модели и прокаливанием формы.
Для отливок используются одноразовые модели, так как они разрушаются в процессе изготовления форм.
Благодаря мелкозернистым огнеупорным пылевидным материалам обеспечивается достаточно высокое качество поверхности отливок.

Преимущества ЛВМ

Преимущества литья по выплавляемым моделям очевидны:

Универсальность. Можно использовать любые металлы и сплавы для литья изделий.
Получение конфигураций любой сложности.
Высокая чистота поверхностей и точность изготовления. Это позволяет на 80-100 % сократить последующую дорогостоящую металлообработку.

Недостатки ЛВМ

Несмотря на удобство, универсальность и достойное качество изделий, не всегда целесообразно применять литье по выплавляемым моделям. Недостатки главным образом связаны со следующими факторами:

Длительностью и сложностью техпроцесса производства отливок.
Завышенной стоимостью формовочного материала.
Большой нагрузкой на экологию.

Пример изготовления изделия на дому: подготовительный этап

Литье по выплавляемым моделям в домашних условиях не потребует глубоких знаний в металлургии. Для начала подготовим модель, которую хотим повторить в металле. В качестве макета сойдет готовое изделие. Также фигурку можно изготовить самостоятельно из глины, скульптурного пластилина, дерева, пластика и других плотных пластичных материалов.

Устанавливаем модель внутри скрепленной струбцинами либо кожухом разборной емкости. Удобно использовать прозрачную пластиковую коробку или специальную пресс-форму. Для заливки пресс-формы воспользуемся силиконом: он обеспечит отличную детализацию, проникая в мельчайшие трещинки, отверстия, впадины и формирует очень гладкую поверхность.

Второй этап: заливка силиконом

Если требуется точное литье по выплавляемым моделям, для изготовления формы без жидкой резины не обойтись. Силикон готовится по инструкции путем смешивания разных компонентов (как правило, двух) и последующего нагревания. Для удаления мельчайших пузырьков воздуха емкость с жидкой резиной целесообразно на 3-4 минуты поместить в специальный портативный вакуумный аппарат.

Заливаем готовую жидкую резину в емкость с моделью и повторно проводим вакуумирование. Для последующего затвердения силикона потребуется время (согласно инструкции). Используемые полупрозрачные материалы (емкостей и самого силикона) позволяют воочию наблюдать процесс формирования пресс-формы.

Извлекаем схватившуюся резину с моделью внутри из емкости. Для этого освобождаем струбцины (кожух) и отделяем две половинки коробки – силикон легко отходит от гладких стенок. Для полного застывания жидкой резины потребуется 40-60 минут.

Третий этап: изготовление восковой модели

Литье по выплавляемым моделям предполагает вытапливание плавкого материала и замещение образовавшегося пространства расплавленным металлом. Так как воск легко плавится, его и используем. То есть следующая задача – сделать восковую копию использованной первоначально модели. Для этого и потребовалось создание резиновой пресс-формы.

Аккуратно разрезаем силиконовую заготовку вдоль и достаем модель. Здесь есть небольшой секрет: чтобы впоследствии точно соединить форму, разрез рекомендуется делать не гладким, а зигзагообразный. Прикладываемые части формы не будут сдвигаться по плоскости.

Заполняем образовавшееся пространство в силиконовой пресс-форме жидким воском. Если изделие готовится для себя и не требует высокой точности сопряжения деталей, можно залить воск отдельно в каждую половину, а затем после застывания соединить две детали. Если необходимо точно повторить силуэт модели, резиновые половинки соединяются, закрепляются и в образовавшуюся пустоту с помощью инжектора закачивается горячий воск. Когда он заполнит все пространство и застынет, разбираем силиконовую пресс-форму, достаем восковую модель и подправляем изъяны. Она послужит прототипом для готового изделия из металла.

Четвертый этап: формование

Теперь необходимо сформировать с внешней поверхности восковой фигуры термостойкий прочный слой, который после вытапливания воска станет формой для металлического сплава. Выберем способ литья по выплавляемым моделям с использованием кристобалитовой смеси (модификация кварца).

Формируем модель в металлической цилиндрической опоке (приспособлении, удерживающем формовочную смесь при ее уплотнении). Устанавливаем в опоку припаянную модель с литниковой системой и заливаем смесь на основе кристобалита. Чтобы вытеснить воздушные карманы, помещаем в вибровакуумный аппарат.

Финальный этап

Когда смесь уплотнится, остается выплавить воск и залить в освободившееся пространство металл. Процесс литья по выплавляемым моделям в домашних условиях лучше осуществлять с использованием сплавов, плавящихся при относительно невысоких температурах. Отлично подойдет литейный силумин (кремний + алюминий). Материал износостойкий и твердый, однако отличается хрупкостью.

После заливки расплавленного силумина ждем, когда он застынет. Затем извлекаем изделие из окопки, удаляем литник и очищаем от остатков формовочной смеси. Перед нами – практически готовая деталь (игрушка, сувенир). Дополнительно ее можно отшлифовать и отполировать. Если в канавках намертво застряли остатки литейного производства, их нужно удалить бормашиной или другим инструментом.

Литье по выплавляемым моделям: производство

Немного иначе проводится ЛВМ для изготовления ответственных деталей, имеющих сложную форму и (или) тонкие стенки. На отливку готового металлического изделия может уйти от недели до месяца.

Первый шаг – заполнить воском форму. На предприятиях для этого часто применяют алюминиевую изложницу (аналог рассматриваемой выше силиконовой пресс-формы) – полость, имеющую форму детали. На выходе получают восковую модель чуть больших размеров, чем конечная деталь.

Далее модель послужит основой для керамической пресс-формы. Она также должна быть чуть больше итоговой детали, так как металл после остывания сожмется. Затем, используя горячий паяльник, к восковой модели припаивают специальную литниковую систему (также из воска), по которой раскаленный металл польется в полости формы.

Изготовление керамической пресс-формы

Далее восковую конструкцию опускают в жидкий керамический раствор, называемый шликером. Делается это вручную, дабы избежать дефектов в отливке. Для прочности шликера керамический слой укрепляют напылением мелкого циркониевого песка. Только после этого заготовку «доверяют» автоматике: специальные механизмы продолжают поэтапный процесс напыления более крупного песка. Работы продолжаются, пока керамо-песчаный прочный слой не достигнет заданной толщины (как правило, 7 мм). На автоматизированных производствах на это уходит 5 дней.

Литье

Теперь заготовка готова для выплавления воска из пресс-формы. Ее помещают на 10 минут в автоклав, заполненный горячим паром. Воск растапливается и из оболочки полностью вытекает. На выходе получаем керамическую форму, полностью повторяющую форму детали.

Когда керамо-песчаная форма затвердеет, проводят литье металлов по выплавляемым моделям. Предварительно форму нагревают 2-3 часа в печи, дабы она не потрескалась при заливке раскаленных до 1200 ˚C металлов (сплавов).

В полость формы поступает расплавленный металл, который в дальнейшем оставляют остывать и твердеть постепенно, при комнатной температуре. Для остывания алюминия и его сплавов требуется 2 часа, для сталей (чугуна) – 4-5 часов.

Финишная обработка

Собственно литье по выплавляемым моделям на этом заканчивается. После застывания металла заготовку помещают в специальную вибромашину. От щадящей вибрации керамическая основа растрескивается и осыпается, металлическое же изделие своей формы не меняет. В дальнейшем проходит окончательная обработка металлической заготовки. Вначале отпиливают систему заливки металла, а место ее контакта с основной деталью тщательно шлифуют.

В завершение контролеры проверяют, чтобы размеры изделия соответствовали заданным на чертеже. Алюминиевые детали измеряют холодными (при комнатной температуре), стальные предварительно нагревают в печи. Специалисты используют для контрольно-измерительных работ различные инструменты: от простых шаблонов до сложных электронных и оптических систем. Если выявляется несоответствие параметрам, деталь либо направляют на доработку (исправимый брак), либо на переплавку (неустранимый брак).

Литниковая система

Конструкция литниково-питающей системы играет в ЛВМ ведущую роль. Это связано с тем, что она выполняет три функции:

При изготовлении оболочек литейных форм и блока моделей литниковые системы являются несущими конструкциями, удерживающими на себе оболочку и модели.
Через систему каналов литника жидкий металл при заливке подводится к отливке.
При затвердевании система выполняет функцию прибыли (питающего элемента, компенсирующего усадку металла).

Оболочка отливки

В процессе ЛВМ ключевым является создание слоев оболочки формы. Процесс изготовления оболочки состоит в следующем. На поверхность блока моделей, чаще всего окунанием, наносят сплошную тонкую пленку суспензии, которую далее обсыпают песком. Суспензия, налипая на поверхность модели, точно воспроизводит ее форму, а песок обсыпки внедряется в суспензию, смачивается ею и фиксирует состав в виде тонкого облицовочного (первого или рабочего) слоя. Образуемая кварцевым песком нерабочая шероховатая поверхность оболочки способствует хорошему сцеплению последующих слоев суспензии с предыдущими.

Важными показателями, определяющими прочность формы, являются вязкость и жидкотекучесть суспензии. Вязкость можно регулировать введением определенного количества наполнителя (наполненностью). При этом с увеличением наполненности состава толщина прослоек связующего раствора между частицами порошка уменьшается, снижается усадка и вызываемые ею негативные эффекты, а также повышаются прочностные свойства оболочки формы.

Используемые материалы

Материалы для изготовления оболочки подразделяются на следующие группы: материалы основы, связующие, растворители и добавки. К первым относятся пылевидные, применяемые для приготовления суспензий, и пески, предназначенные для ее обсыпки. Ими служат кварц, шамот, циркон, магнезит, высокоглиноземистый шамот, электрокорунд, хромомагнезит и другие. Широко используется кварц. Некоторые материалы основы оболочки получают в готовом к употреблению виде, а другие предварительно сушат, прокаливают, размалывают, просеивают. Существенным недостатком кварца являются его полиморфные превращения, которые протекают при изменении температуры и сопровождаются резким изменением объема, в итоге приводящим к растрескиванию и разрушению оболочки.

Плавный подогрев форм с целью снижения вероятности растрескивания, который проводят в опорном наполнителе, способствует увеличению длительности технологического процесса и дополнительным энергетическим затратам. Одним из вариантов снижения растрескивания в ходе прокаливания является замена пылевидного кварцевого песка как наполнителя на диспергированный кварцевый песок полифракционного состава. При этом улучшаются реологические свойства суспензии, повышается трещиноустойчивость форм и снижается брак по засорам и пробою оболочек.

Вывод

Метод ЛВМ получил широчайшее распространение. Его применяют для получения сложных деталей в машиностроении, при производстве оружия, сантехники, сувенирной продукции. Для изготовления украшений из драгоценных металлов используют ювелирное литье по выплавляемым моделям.

Литье металлов в домашних условиях

Рассмотрим технологию изготовления литейной формы. Литейную форму создают в формовочном ящике, изготавливаемом из неструганых досок (для лучшего контакта с формовочной землей) и называемом опокой. Размеры опоки должны быть примерно в 1,5 раза больше размеров детали. Опока (рис. 2.5.1) состоит из двух частей: нижней (ящик с дном) и верхней (рамка с двумя-тремя поперечинами в середине). Для прочного соединения обеих частей опоки на ящике устанавливают фиксаторы, а на рамке делают углубления.

Формовочная земля состоит из 75 % чистого мелкого песка, 20 % глины и 5 % каменноугольной пыли. Все компоненты должны быть тщательно перемешаны до получения однородной массы.

Моделью для изготовления формы может служить как сама деталь, так и специальная модель, выполненная из дерева или иного материала. Если моделью для формовки служит уже сработанная в отдельных местах деталь (например, защелка замка автомобильной двери), то сработанные места наращивают шпатлевкой (желательно эпоксидной) до размеров новой детали. После полного затвердевания наращенные места обрабатывают напильником и зачищают шкуркой.

При формовке в нижнюю часть опоки насыпают формовочную землю и слегка ее утрамбовывают. Модель припудривают порошкообразным графитом или тальком и вжимают ее в землю наполовину. Размещают модель таким образом, чтобы выступы и другие ее части легко вынимались из формы и не разрушали ее. Землю в ящике снова посыпают графитом или тальком, на нижнюю часть опоки устанавливают верхнюю, совмещая фиксаторы с отверстиями. В неответственной части будущей детали ставят коническую пробку широкой частью кверху для формирования литника, через который расплавленный металл будут заливать в форму (рис. 2.5.2). После этого в опоку с избытком насыпают формовочную землю и хорошо ее утрамбовывают. Затем очень аккуратно вынимают пробку под литник, острым предметом снимают верхнюю часть формы и вынимают модель из нижней. На обеих частях формы должны быть углубления, которые точно отображают форму детали. Иногда приходится подправлять модель тонким гибким ножом, удаляя излишки формовочной земли или, наоборот, добавляя ее в том месте формы, где она прилипла к модели и вынулась вместе с ней. Если деталь длинная, то в одном ее конце устраивают литник, а в другом формируют отверстие, аналогичное

Рис. 2.5.2. Формовка металла

литниковому, но служащее для удаления воздуха из формы по мере заполнения ее расплавленным металлом. После подсыхания обеих половин формы, их соединяют и хорошо сжимают, чтобы не осталось щели между верхней и нижней частями. В результате получилась форма, готовая к заливке металлом.

Плавят металл в стальной или чугунной емкости, имеющей носик, через который расплавленный металл заливают в литниковое отверстие формы. В качестве печи используют небольшой горн или муфельную печь.

При плавлении цинка в посуду поверх металла целесообразно насыпать слой древесного угля, чтобы воспрепятствовать выгоранию металла.

После расплавления металл 4—5 мин выдерживают в печи для максимального прогрева. Эта операция способствует качественному заполнению формы в тонких местах. Расплавленный металл заливать в форму необходимо непрерывной, но тонкой струёй, чтобы не происходило размывания формы.

После полного остывания металла форму разнимают и вынимают готовую деталь. Изделия, получаемые описанным методом, как правило, имеют шероховатую поверхность и нуждаются в дополнительной чистовой обработке.

Рассмотрим теперь технологию литья более сложную, чем предыдущая, но позволяющую получать изделия высокого качества и точности. Эта технология дает возможность отливать в домашних условиях технические изделия сложной формы, скульптуры, барельефы и прочее.

Модель будущего изделия изготавливают из воска, парафина или иного легкоплавкого материала, затем ее заформовывают в неразъемной жаростойкой массе. При незначительном нагревании или даже кипячении в воде восковую модель выплавляют из формы через отверстие (будущий литник), а в полученную форму заливают расплавленный металл. При тщательном формовании данный способ позволяет повторить в изделии мельчайшие элементы модели.

Изготовление модели.

Материал, применяемый для создания модели, должен иметь температуру плавления в пределах 50—90 град. С и плотность, меньшую, чем плотность воды, чтобы при выплавлении модели он беспрепятственно всплывал на поверхность. Этим требованиям лучше всего соответствует воск пчелиный, сплав одинаковых частей стеарина и парафина, зубопротезные воски: “Воск для базисов”, “Воск моделировочный”, “Воск для бюгельных работ”.

Если необходимо иметь точную форму, например ключ сложной конфигурации, то сначала с помощью оригинала изготавливают гипсовую форму, а уже в ней отливают восковую модель.

Процесс создания восковой модели мало чем отличается от изготовления отливки. Разница лишь в том, что для заливки гипса не нужна опока, ее с успехом заменит картонная коробка подходящих размеров.

Последовательность изготовления небольшой восковой модели следующая. Гипс разводят до консистенции жидкой сметаны, выливают его в коробку и, пока он не схватился, в него вдавливают модель-оригинал на половину ее высоты (рис. 2.5.3). Оригинал предварительно покрывают тонким слоем вазелина. Одновременно в гипс по краям коробки вдавливают на половину длины две спички, которые будут исполнять функции фиксаторов. После затвердевания гипса его поверхность, а также выступающие части спичек-фиксаторов покрывают равномерным тонким слоем вазелина и свежим раствором гипса заливают верхнюю часть коробки. Перед заливанием верхней части модели на ее край ставят металлическую вставку из толстой проволоки или гвоздя для образования литникового отверстия. После затвердевания гипса верхнюю часть отсоединяют от нижней с помощью тонкого ножа, вынимают оригинал и литниковую вставку, придают конусность верхней части литникового отверстия (для удобства при заливке воска), соединяют обе половины формы, ориентируясь на спички-фиксаторы, плотно сжимают. В результате имеем готовую форму для получения восковой модели. Расплавленную восковую массу заливают через литниковое отверстие в форму, и после охлаждения аккуратно вынимают. Если изделие неправильной формы и имеет большое количество выступов, то наряду с литниковым отверстием формируют одно или несколько тонких отверстий для выхода воздуха, вытесняемого расплавленным воском. С готовой модели аккуратно удаляют остатки литника и воздуховыводящих каналов, а также заусенцы.

Рис. 2.5.3. Последовательность изготовления восковой модели

Изготовление формы.

Готовую восковую модель формуют в огнестойкую форму, однако, перед этим к модели присоединяют литник, изготовленный из воска. Формовочная масса, которой заливают восковую модель, при литье изделия из алюминия и легкоплавких бронз (температура плавления 860—880 град.С) состоит из следующих компонентов (в массовых частях):

Медицинская промышленность выпускает составы “Силаур ЗБ” и “Силаур 9”, в которые входят высококачественные гипс и кремнезем. Эти препараты можно с успехом применять в качестве формовочной смеси.

Формовочную массу разводят водой до сметаноподобного состояния, после чего ею полностью заливают восковую модель. Для этого на дно емкости наливают небольшое количество массы, аккуратно устанавливают на нее восковую модель и постепенно заливают массу вокруг модели, контролируя отсутствие пузырьков воздуха. Полное затвердевание формы произойдет через 40—60 мин.

Если изделие планируют отливать из металла или сплава, температура плавления которого превышает 880 град.С, восковую модель предварительно обрабатывают слоем огнестойкой обмазки (толщина слоя примерно 1 мм), а уже затем заливают формовочной массой.

В качестве огнестойкой обмазки целесообразно применять средства “Силамин” и “Формалит”, выпускаемые медицинской промышленностью. В состав “Сила-мина” входят магнезитовый порошок, кварцевый песок, этилсиликат и в качестве затвердителя — раствор жидкого стекла. “Формалит” состоит из пылевидного кварца и этилсиликата. В случае отсутствия указанных средств восковую модель можно обработать смесью талька и водного раствора жидкого стекла (1 часть жидкого стекла и 3 части воды). Покрытую смесью восковую модель присыпают чистым кварцевым песком, затем опять покрывают смесью и присыпают песком. В общей сложности операцию повторяют 4—5 раз. Если отливаемое изделие достаточно велико и, следовательно, велик объем заливаемого в форму расплавленного металла, то необходимо нанести 6—7 слоев самодельной огнеупорной обмазки. После того как обмазка высохнет, модель погружают на 2 мин в водный раствор (18—20 %) аммиака (нашатыря) для закрепления. Теперь настал черед выплавки восковой модели из формы, образованной застывшей формовочной смесью. Чаще всего форму просто кипятят в воде. Литниковое отверстие должно находиться в верхней части формы, погруженной в воду, чтобы расплавленный воск мог свободно выходить наружу и всплывать на поверхность воды. Если отливаемая деталь имеет сложную поверхность, то в процессе кипячения необходимо многократно переворачивать форму для полного ее освобождения от воска. После удаления восковой массы внутри формы образуется полость, точно соответствующая модели. Перед заливкой металла форму необходимо прокалить в муфельной печи или горне. Сначала печь разогревают до 550—600 град. С, потом в нее кладут форму и поднимают температуру до 900 град. С. При этой температуре прокаливание длится 2—4 ч (в зависимости от массы формы).

После прокаливания форму охлаждают до комнатной температуры, если в нее заливают алюминиевые сплавы или чугун. Если же заливают латунь или бронзу, то форму охлаждают лишь до 500 град. С. Нержавеющую сталь заливают в форму, имеющую температуру 850 град. С.

Заливка металла.

В сравнительно большие формы расплавленный металл затекает под действием собственного веса, вытесняя находящийся там воздух. Но если отливка имеет маленькие размеры, то хорошего качества изделия добиться невозможно, так как воздух не позволяет жидкому металлу заполнить все полости формы. Преодолеть эту трудность можно, поместив форму в ручную центрифугу. Центробежная сила помогает вытеснить воздух и дает возможность металлу полностью заполнить все пустоты формы. Однако производить эту операцию необходимо быстро, пока металл находится в расплавленном состоянии.

Готовую отливку вынимают из формы, разрушая отливку. Затем механическим путем удаляют литник и каналы для отвода воздуха (если они есть). При необходимости готовое изделие подвергают косметической обработке.

Читайте также: