Представиться системе:

Разделы


ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ


ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ

 

Рассмотрим процесс литья, содержащий техноло­гические переходы от изготовления модели до полу­чения отливок (рис. 2— 14.).

Мастер-модель, изготовленная ювелиром вруч­ную.

Рис. 2. Мастер-модель, изготовленная вручную

Рис. 3. Опока набивается резиновой крошкой (вид сверху)

 

Рис. 4. Вулканизация резины

 

Рис. 5. Разборка (разрезание) резиновой формы пополам (линия разреза проходит по литнику) и извлечение мастер-модели

 

Рис. 6. Запрессовка воска под давлением 

Рис. 7. Извлечение восковой модели

 

Рис. 8. Сборка модельного блока (елочки) 

Рис. 9. Заливка огнеупорной массы в опоку и ее вакуумирование на вибрационном столе

 

Рис. 10. Отжиг опоки в муфельной печи 

 

Рис. 11. установка опоки на печь с расплавленным металлом

 

Рис. 12. Литье центробежным способом 

 

Рис. 13. Очистка отливок водой с ударами молотком от формовочной массы

 

Рис. 14. Отрезка отливок наждачным кругом

 Таким образом, технологический процесс литья ювелирных изделий в единые гипсовые смеси (эст-рих-процесс) можно представить в следующем виде.

 

6.1. Литье по выплавляемым моделям эстрих-процессом

 

В практике литья по выплавляемым моделям особое место занял эстрих-процесс. По существу его возник­новение связано с экономической стороной вопроса — более высокая производительность при низкой себес­тоимости отливок и высоком качестве изделий, т.е. ше­роховатость поверхности и точность размеров отливок очень высокая и часто не требует дополнительной обра­ботки (шлифовки и полировки). При литье эстрих-про­цессом практически все операции можно осуществить в домашних условиях, поскольку технологический про­цесс, оборудование и материалы позволяют получать ювелирные отливки высокого качества, изготовив са­мостоятельно ряд несложных приспособлений.

Высокое качество поверхности и точность воспро­изведения ажурного рисунка обеспечиваются элас­тичными пресс-формами, тонкодисперсными огне­упорными материалами и принудительным заполне­нием форм металлом. Для изготовления пресс-форм в эстрих-процессе применяется гипс.

При затворении водой гипс быстро схватывается, и гипсодинасовая форма не нуждается в дополни­тельных связующих, выдерживающих высокие тем­пературы заливаемого сплава.

К преимуществам эстрих-процесса нужно отнести возможность получения отливок в единую смесь без дополнительной оболочки.

К недостаткам эстрих-процесса следует отнести тот факт, что в формы, выполненные на гипсовом связующем, нельзя заливать черные металлы, по­скольку прокалка форм проводится при температуре 750 — 820°С, выше которой происходит распад гипса и форма разрушается, а заливку стали производят при 1500—1520°С. Тем не менее, литье ювелирных изделий из сплавов на медной основе и драгоценные сплавы (золото, серебро) прекрасно заполняют фор­му, выполненную эстрих-процессом.

6.1.1. Изготовление мастер-моделей

 

Для того чтобы отлить несколько одинаковых юве­лирных отливок, необходимо изготовить мастер-мо­дель. Ювелир высокой квалификации изготавливает из металла или специального модельного воска мо­дель. Она отличается от готового изделия тем, что вы­полняется несколько большего размера (как правило, по усадочному метру) с учетом усадки резины, воска и металла. Металл, из которого выполняется мастер-модель, может быть — латунь, медь, золото, серебро и пр. В исключительных случаях, когда ювелирное изделие должно быть небольшим и усадка не будет иметь большого значения, в качестве мастер-модели можно использовать готовое изделие. Если мастер-модель изготавливается вручную из воска, то ее отли­вают по технологии, которая будет в дальнейшем описана, из металла и тщательно обрабатывают мето­дами шлифования и полирования. В результате полу­чают будущее готовое изделие несколько большего размера. Если у литейщика-любителя имеется про­стейшая гальваническая ванна, то мастер-модель сле­дует покрыть слоем никеля или сплава «олово —ни­кель».

В состав восков для мастер-моделей входят пара­фин, шеллачный воск, сополимер этилена с винил-ацетатом и церезин. Эти воски бывают красные, зеле­ные, синие и имеются в продаже. Самим составлять эти воски не рекомендуется. Оригинальные мастер-модели можно изготовить, используя ручной восковой инжектор, который может плавить воск, нано­сить его на поверхность модели, изготавливать тон­чайшие «лапшички» и сплетать из них различные узоры. В некоторых случаях модель делают из плас­тилина. Затем наносят на него слой цапонлака и заливают гипсом. После отвердения гипса пластилин уда­ляют кистью, прорезают литниковую систему (пита­тель) и в полученную гипсовую форму заливают или запрессовывают воск.

 

6.1.2. Изготовление восковых моделей

 

Изготовление восковых моделей для тиражирова­ния мало чем отличается от изготовления мастер-мо­делей с помощью воска. Отличием служит тот факт, что для тиражирования отливок обязательно изготав­ливается гипсовая или эластичная пресс-форма. Гип­совые пресс-формы употребляются для изготовления отливок простых форм, а также для изготовления литниковых чаш, стояков, прибылей и т.д. Пресс-формы после изготовления пропитываются либо маслом, либо покрываются разделительной смазкой, со­стоящей из 1 части шеллака и 3 частей спирта. В ряде случаев во внутреннюю полость пресс-форм уклады­вается тонкий слой отформованной резины (рис. 15).

Рис. 15. Схема гипсовой полуформы для изготовления литниковых систем

 

6.1.3. Изготовление пресс-форм

 

Изготовление пресс-форм производится в опоках, снабженных направляющими штифтами, которые кладут на стеклянную или выполненную из оргстекла поверхность, основанием вниз и заполняют пласти­лином. В него вдавливают до половины модель или эталон модели. Далее на нижнюю опоку устанавлива­ют вторую и заливают ее раствором гипса. Затем опо­ки переворачивают и удаляют пластилин. После уда­ления пластилина в гипсовой пресс-форме делают несколько углублений, которые будут являться на­правляющими выступами резиновой формы. В ниж­нюю опоку, заполненную гипсом, укладывают мо­дель, которая выступает и будет формоваться в верх­ней опоке. После установки верхней опоки ее заполняют кусками сырой резины, сдавливают пуан­соном и вулканизируют от 45 до 60 мин при 150— 160°С. После вулканизации опоки переворачи­вают, гипс удаляют, эталон укладывают в полуформу с вулканизированной резиной, верхнюю опоку за­полняют кусочками сырой резины и повторяют вул­канизацию.

После вулканизации второй половины пресс-фор­мы изделие извлекается вместе с литником.

Недостатком описанного процесса является свари­вание при вулканизации обеих половинок пресс-фор­мы. В этом случае пресс-форма разрезается. Поэтому изготовление пресс-формы в ряде случаев проводится в одной (разборной) опоке, а затем после ее удаления разрезается вдоль выступающего литника таким обра­зом, чтобы из пресс-формы легко можно было извлечь эталон изделия и будущие восковки.

Запрессовку пасты модельного состава осуществ­ляют с помощью инжекционной установки (рис. 16). Перед запрессовкой пресс-форма очищается от по­сторонних веществ и смазывается смесью одной час­ти воды и глицерина. Давление запрессовки состав­ляет 0,2— 1,5 кгс/см2 при температуре 60—85°С, при температуре пресс-формы 35°С. После запрессовки пресс-форму охлаждают в холодильнике или опуска­ют в холодную воду.

 

6.1.4. Материалы для изготовления эластичных пресс-форм

 

Для изготовления отливок используются формо-пласты, виксинты, сырая резина и другие синтетичес­кие каучуки. Эти материалы значительно упрощают изготовление эластичных пресс-форм. Так как в гото­вом состоянии они упруги при деформации, то позво­ляют легко удалять они восковую модель без поломки. В случае если модель трудно извлечь из пресс-формы, ее подрезают в тех местах, которые препятствуют из­влечению модели. Приведем ряд материалов, относя­щихся к резинам. Резины на основе каучука СКН-40 имеют высокие физико-механические показатели и отличаются повышенной твердостью. Они обеспечи­вают высокое качество поверхности изделий, малую адгезию к составу модели и могут применяться при изготовлении художественных изделий разного на­значения. Резина СКИ-3 по своим свойствам не усту­пает импортной Gold label. Кроме того, она обеспечи­вает лучшее качество поверхности. При изготовлении резиновых пресс-форм широко применяется резиновая невулканизированная смесь ЛПО «Красный треу­гольник». Технические условия приводятся ниже.

Условная прочность при разрыве, Мпа, — не менее 12.

Относительное удлинение при разрыве, % — 750.

Остаточная деформация после разрыва, % — не более 20.

Твердость, ТМ-2, усл. ед. — не более 42.

Особенно широкое применение для изготовления эластичных пресс-форм находит виксинт. Виксинты бывают полупрозрачные (К-18) и белые (У-1-18). Вик­синт находится в пастообразном состоянии до мо­мента смешивания его с отвердителем К-18. Время отвердения составляет 72 часа. По истечении этого времени оболочка разрезается форматором и из него извлекается эталон вместе с,литником. Затем вокруг виксинтовой пресс-формы изготавливается гипсо­вый кожух, необходимый для того, чтобы пресс-фор­ма, выполненная из виксинта, не деформировалась при заполнении ее легкоплавким воском и извлече­нии из нее модели. Кроме того, гипсовый кожух не­обходим для точного совпадения разрезанной вик­синтовой оболочки, которая выполняется достаточно тонкой 2—3 мм. В виксинтовой пресс-форме полу­чается высокая точность отпечатка эталона, пресс-форму не нужно смазывать разделительным соста­вом. Модели можно получать как свободной залив­кой, так и запрессовкой массы в пастообразном состоянии при умеренном давлении шприца или ин­жектора. Соотношение пасты У-1 к отвердителю бы­вает разное. Например, для виксинта У-1-18 на 100 г пасты У-1 берется 0,4 г отвердителя К-18.

Для отливок ювелирных изделий, выпускаемых се­рийно или достаточно большими партиями, применя­ют сырую резину на основе искусственного каучука. Эталон с литниками запаковывается в резину, которая отверждается под прессом при давлении - 5кН, температуре 175°С, в течение 0,5 — 0,75 часа. Чаще всего используют резины СКИ-3, СКН-40М, СКН-26. У них режим вулканизации протекает при 150°С в те­чение 35—45 мин. В качестве вулканизированного агента используют пероксид дикумила (ПДК) и хинондиоксим (ХДО). В последнем случае в ХДО добав­ляют Мп02. Часто в промышленности используют импортные составы резины, которые вулканизиру­ются в течение 30 мин при температуре 143°С.

 

6.2. Литье воска под давлением

 

Воск в производственных условиях запрессовыва­ют в резиновую пресс-форму под давлением при по­мощи воскового инжектора. Однако в домашних ус­ловиях воск нагнетают в пресс-форму простейшим приспособлением, которое показано на рис. 16, или с помощью шприца (см. рис. 17).

Рис. 16. Схема простейшего инжектора

Рис. 17. Изготовление восковок шприцем

 

Перегретый воск набирают шприцем, вставляют его сопло в отверстие пресс-формы и вдавливают воск в пресс-форму (рис. 17). Каждому сорту воска предъявляются свои требования по давлению, темпе­ратуре и времени выдержки. Комбинацию этих со­ставляющих находят путем эксперимента. Следует помнить, что воск воспламеняется при температуре выше 180°С и потому превышать эту температуру воспрещается. Заправку воска следует проводить при 75°С.

После заполнения пресс-формы воском ее охлаж­дают в воде в течение 3 — 4 мин и извлекают модель. Чтобы восковка не прилипала к резиновой пресс-форме, ее посыпают тальком или опрыскивают аэро­золем. Восковую модель нужно сразу удалять из пресс-формы, ибо в противном случае модель высы­хает и делается ломкой, а в пресс-форме могут обра­зоваться трещины. При длительной работе пресс-форму следует помещать в холодильник, чтобы в вос­ковке не образовались усадочные раковины.

Рис. 18. Готовая восковка обручального кольца

 

Основными дефектами восковок являются воз­душные пузыри, деформация, усадка, шерохова­тость, трещины, облой и пр. Задача литейщика строго соблюдать технологию запрессовки, поскольку все указанные дефекты восковок переходят в металл, где устранить их невозможно.

 

6.2.1. Изготовление блока восковок (елочки)

 

Литейщики-любители отливают ювелирные от­ливки не по одной штуке, как мастер-модели, а по не­сколько штук (на производстве одной заливкой ме­талла получают 60 — 80 штук одновременно). Для по­лучения ряда отливок одной плавкой восковки собирают в блоки (елки). Для этого выполняют следу­ющие операции. Закрепляют восковой стояк на рези­новой подставке (рис. 19). Стояк должен быть диаме­тром 5—7 мм. Это делается для того, чтобы металл по­сле вытапливания стояка мог залить тонкие полости


Рис. 19. Схема установки стояка в резиновую подставку

 

Рис. 20.Плавильное (а) и неправильное (б) крепление восковок на стояк


Рис. 21. Схема самодельных электролобзиков в разрезе

 

формы. К нему припаиваются восковки с литниками с трех, четырех сторон таким образом, чтобы воз­можны были обламывание или отрезка отливок после очистки залитого блока от формовочной массы. Да­лее с помощью электрошпателя под углом приблизи­тельно 45° припаивают к стояку (рис. 20) восковки будущих ювелирных отливок. Электрошпатели, име­ющиеся в продаже, снабжены разными наконечни­ками. Однако шпатели можно заменить либо тонкими электроножами собственного изготовления, либо но­жами (скальпелями), нагреваемыми на электроплит­ке, либо электролобзиками, продающимися в магази­нах. Электролобзик легко сделать самому, имея нихро-мовую проволоку, электрошнур и кусок эбонита или другого диэлектрика для выполнения ручки (рис. 21).

Места соединения восковки со стояком после при-паивания следует пропаять, проводя горячей частью электропаяльника или ножа вокруг места контакта литников со стояком. В целом установка собранного блока указана на рис. 22. При креплении восковки 

Рис. 22. Схема крепления восковок к литнику и установка блока на поддоне в опоке

 

к стояку в нем электролобзиком делают небольшое углубление, а затем вставляют в эту лунку литник восковки и производят пропаивание как было указа­но выше.

Промышленность выпускает автономные электро­паяльники (рис. 23).

Рис. 23. Автономный мини-паяльник 

 

6.3. Изготовление литейных форм

 

Получение огнеупорной формы является очень от­ветственной операцией, от которой реально зависит качество будущих ювелирных отливок. Сначала кратко опишем общие положения изготовления ли­тейных форм в промышленных условиях. Затем вы узнаете, как получить огнеупорную литейную форму в домашних условиях.

 

6.3.1. Получение огнеупорной формы в промышленности

 

Получение огнеупорной формы из единой смеси производится методом заливки гипсодинасового со­става на модельный блок, установленный на резино­вом основании чашей вниз (см. рис. 24). Гипсодинасовая смесь предварительно готавится из динаса и гипса. В качестве жаропрочного наполнителя ис­пользуют порошок динаса сорта ЭД (электродинас) или БДЮ. Оба составляющих имеют самое неболь­шое, по сравнению с другими сортами, содержание CaO, Fe2O3 и А12Оэ. Кроме того, у них основного ком­понента SiO2 содержится 96%. ЭД и БДЮ фракцией 0,08мм и менее имеют следующие технологические параметры. При размере частиц 0,08 мм текучесть формовочной смеси составляет 140мм в интервале 13—22мин, а при размере частиц менее 0,08 мм — 165мм, в интервале 12—23 мин. В практике формовки ис­пользуют и импортные составы (К-90, Суперкаст и Сатинкаст), у которых динас заменен более ценным огнеупорным материалом — кристаболитом. Гипсо-кристаболитовые смеси очень технологичны в работе, поскольку они имеют практически постоянно ли­митированный химический состав, а количество вредных составляющих, таких как В2O3, CaO, SiO2, Fe2O3, тоже строго лимитировано при разных парти­ях поставки. В качестве затворителя так же, как и в отечественных смесях, используется дистиллирован­ная вода от 380 до 400 мл на 1 кг смеси. Приведем при­мер приготовления импортных формовочных сме­сей. На 70—75% b-кристаболита и b-кварца добавля­ется 25—30% высокопрочного гипса CaSO • 0,5Н2О и приблизительно от 2 до 3% замедлителя. Для этой це­ли используют Н3ВО3 • 10Н2O или Na2B4O7 (К-90). Все составляющие смешиваются. В нашей стране из-за дефицитности b-кристаболит не применяется, ибо его добыча в России отсутствует. (Месторождение кристаболита находится в Мексике.) Разбавленный водой состав формовочной смеси дегазируют в вакуумно-вибрационных установках при давлении <10 мм рт. ст. с тем, чтобы на поверхности восковой моде­ли не адсорбировались воздушные пузырьки. Время дегазации — 2—3 мин. Приготовленной формовоч­ной массой заливают блок моделей, установленный в опоке1. Последняя представляет собой металличес­кую перфорированную трубу с толщиной стенки 1,5—2 мм с диаметром боковых отверстий 10 мм. Затвердевание смеси происходит после вторичной 2—3 минутной выдержки в условиях малого разря­жения. Через 40 — 60 мин после окончания формовки с опок удаляют резиновые трубчатые надставки, которые устанавливают на опоки, поскольку при залив­ке и твердении формовочной массы она увеличивает­ся в объеме.

 

1 Блок моделей обезжиривают в спирте, четыреххлористом уг­лероде или мыльном растворе стирального порошка. Обезжири­вание производится путем окунания «елочки» 5 — 6 раз в ванну с растворителем с последующей сушкой на воздухе с помощью вентилятора.

Рис. 24. Схема перемешивания смеси

Рис. 25. Схема вибровакуумирования опоки с формовочной массой

 

По окончании I стадии затвердевания из­лишек массы удаляется путем срезания с верхнего торца опоки. После подрезки форму оставляют на воздухе для окончательного затвердевания.

Остановимся на основном связующем — гипсе. Для формовочных материалов применяют высоко­прочный гипс. При смешивании порошкообразного гипса с водой образуется соединение CaSO • 2Н2О. Химическая реакция разложения гипса (двуводного сульфата кальция) при 105—110°С протекает по реак­ции:

CaS04 • 2Н2O = CaSO4 • 0,5Н2О + 1,5Н2O

В интервале температур 170-200°С теряется ос­тавшаяся кристаллизационная вода и образуется CaS04, который может соединяться с водой. Поэтому дальнейшую термообработку проводят от 200 до 400°С. При этой температуре полностью удаляется вода, образуя смесь нерастворимого и растворимого ангидрита. При 450°С гипс превращается в так назы­ваемый «мертвый», а при 750—800°С в эстрих-гипс. При таком состоянии в форму из эстрих-гипса, из которой полностью удалены не только вода, но и остат­ки модельного состава, можно заливать благородные и цветные металлы. Для удобства работы, для замед­ления схватывания гипса при его затворении водой, добавляют от 1 до 2% гашеной извести или вводят 1 — 1,5% борной кислоты.

 

6.3.2. Получение огнеупорной формы в индивидуальных условиях 

 

При приготовлении и заполнении формовочной смесью опоки суспензию заливают медленно, чтобы не обломать восковые блоки. Заливку проводят по бо­кам опоки до тех пор, пока она не поднимется выше восковых моделей. В мастерских, где нет вакуумной системы, воздух с поверхности восковки, находящей­ся в маленькой опоке, можно удалить следующим об­разом. Сначала готовят небольшое количество фор­мовочной смеси, затем кисточкой обмазывают вос­ковки этой смесью, и, не давая смеси высохнуть, помещают блок в опоки и заливают в нее оставшуюся смесь до полного покрытия восковых моделей. За­тем закрывают ладонью верхнее отверстие опоки и, повернув опоку набок, начинают слегка встряхивать. При этом пузырьки воздуха, осевшие на восковой модели, выходят и смесь плотно затекает в щели мо­дели. После установки опоки на прежнее место смесь доливают в опоку, вибрируя ее вручную, пока смесь не затвердеет. Если при этом воздух все-таки оста­нется на модели, то на отливках он даст маленький шарик, который легко удаляется напильником. После затвердения опоки подсыхают. Небольшие в течение одного часа, большие в течение двух часов. Затем на них карандашом ставят номера и пометки, нужные литейщику(рис. 26).

Рис. 26. Опока, готовая к вытапливанию воска и обжигу

 

6.3.3. Выплавление модельного состава и прокалка форм

 

Выплавление модельного состава и прокалка фор­мы производится в сушильном шкафу при температу­ре 90 — 100°С в течение 1—3ч в зависимости от соста­ва модельной массы и размера формы. Дальнейший нагрев от 300 до 750°С производится в течение трех часов.

Согласно различным литературным источникам, вре­мя вытапливания и прокалки указывается различное. Поэтому при приобретении сухой модельной массы к ней дается инструкция с указанием технологического процесса вытопки и прокаливания формы. Вытаплива­ние и прокаливание осуществляют в электрических вытопных печах или паром в специальных контейнерах. При этом блок устанавливают на колосниковую решет­ку чашей вниз. Вытопленный модельный состав собира­ют и в дальнейшем используют вторично. Прокалива­ние осуществляют в прокалочных муфельных печах с электрическим нагревом. Согласно О.Н. Магницкому, АО «Русские самоцветы», тепловая обработка формы проводится по следующему режиму (табл. 7).

 

Таблица 7

Температура, °С

Продолжительность операции, ч

20-150

1

150

2

150-300

1

300

1

300-480

2

480

1

480-750

1

750

1,5

 

Всего технологический процесс продолжается до 10,5ч. Перед заливкой форму охлаждают до 600°С в печи, со скоростью 2 град/ч.

В.П. Урвачев и другие дают режим прокаливания опок диаметром 100 мм и высотой 150 мм, а также диаметром 75 мм и высотой 100 мм, изготовленных из формовочной  массы  «Инвестрайт».   Зависимость

Рис. 27. Режим прокаливания опок диаметром 100мм и высотой 150 мм (А), диаметром 75 мм и высотой 100 мм (В)

 

температуры от времени прокалки представлена гра­фически (рис. 27).

Согласно графику, термообработка для первого размера опок производится по режиму: нагрев опоки до 200°С в течение 3,5 ч, затем подъем температуры до 700°С за 4,5 ч, выдержка при 700°С — 6 ч и охлаж­дение до 400—450°С в течение 4ч. Во втором случае нагрев до 200°С проводят за 3 ч, нагрев до 700°С за 4ч, выдержка при этой температуре 6ч и охлаждение до 350°С за 4,5ч. В целом,и в том и в другом случае тер­мическая обработка проходит за 17—19 ч.

Для домашнего изготовления ювелирных изделий литейщику следует рекомендовать проводить вытоп­ку и прокалку не позже 1,5-часовой выдержки. Опо­ку помещают в печь, нагретую при 150°С. При этой температуре большая часть воска выплавляется, и пар, образующийся на стенках формы, помогает уда­лить воск со стенок модельных полостей. При 200°С форму следует выдержать в течение 2—2,5 часов во избежание деформации формы и ее каналов. Выше 800°С форму не следует прокаливать, чтобы избежать распада гипса.

Прокаливание опок высотой до 50 мм можно осуществить за меньшее время. Температуру прокал­ки поднимают до 730°С в течение 1—2,5 ч, выдержи­вают при этой температуре 1—1,5 ч, снижают ее до температуры заливки формы и производят ее запол­нение металлом. Время от начала вытапливания до конца заливки составляет приблизительно 4,5 — 6 ч. Для небольших опок до 2 кг рекомендуется 6-часовой цикл термообработки (рис. 28). Для опок диаметром 101 х 203 мм фирма Голд стар рекомендует 12-часовой цикл термообработки (рис. 29).

Рис. 28. 6-часовой цикл отжига формомассы (Голд стар)

Рис. 29. 12-часовой отжига формомассы (Голд стар)



Информация представлена на сайте исключительно для ознакомления.
Организаторы сайта не несут ответственности за последствия использования данных, указанных на сайте. Авторские права на статьи принадлежат их авторам. Мнения авторов статей необязательно совпадают с мнением и точкой зрения организаторов сайта.