О видах воска и об изготовление восковых моделей

1.Требования к модельным составам

К свойствам модельных составов предъявляют комплекс требований, которые могут иметь существенные различия в зависимости от конфигурации, размеров и назначения отливок, необходимой размерной точности и качества поверхности. Необходимо, чтобы свойства составов обеспечивали получение высококачественных моделей при одновременной технологичности составов (простоте их приготовления, удобстве использования, возможности утилизации).

Ниже приведены наиболее универсальные требования к модельным составам.

    1. Состав должен точно воспроизводить конфигурацию рабочей полости пресс-формы и ее поверхности, не прилипать к пресс-форме. Поверхность модели должна быть чистой, глянцевой.
    2. После затвердевания в пресс-форме состав должен иметь твердость и прочность, достаточные для того, чтобы модели не деформировались и не повреждались на всех технологических операциях.
    3. Усадка состава при охлаждении и расширение его при нагреве должны быть минимальными и стабильными.
    4. Состав должен быть несложным в приготовлении, иметь Минимальное число компонентов, желательно недорогих и недефицитных.
    5. Температура плавлений модельного состава должна быть невысокой, в пределах 60—100 °С. В этом случае облегчается изготовление моделей и удаление их из полости литейных форм. Но температура начала размягчения состава должна быть – не ниже 32—35°С, т.е. на 10°С превышать температуру помещений, в которых изготовляют, хранят модели, собирают в блоки и наносят на них суспензию.
    6. Выплавляемый модельный состав должен обладать хорошей жидкотекучестью в расплавленном состоянии для облегчения изготовления моделей и выплавления их из форм.
    7. Модельные составы, запрессовываемые в пастообразном (вязкопластичном) состоянии, должны обладать в этом состоянии хорошей текучестью, позволяющей получать модели с четкой проработкой контуров полости пресс-формы и ее поверхности при малых давлениях прессования.
    8. Продолжительность затвердевания модельного состава в пресс- форме должна быть минимальной.

Плотность состава должна быть невысокой. Желательно, чтобы она была менее 1000 кг/м3. Это облегчает работу с модельными блоками, уменьшает опасность поломки их и деформации под действием собственной массы моделей, а при выплавлении моделей в горячей воде способствует лучшему отделению модельного состава для повторного использования.

Химическое взаимодействие состава с материалом пресс- форм, а также со связующим раствором и огнеупорной основой суспензии недопустимо.

  1. Модельный состав должен хорошо смачиваться суспензией.
  2. Хорошее спаивание модельного состава весьма желательно, так как это облегчает сборку блоков припаиванием и соединение сложных моделей, изготовляемых по частям.
  3. Зольность модельного состава должна быть минимальной.
  4. Структура состава должна быть механически однородной.
  5. Желательно, чтобы модельный состав был пригодным для многократного повторного использования, потери его в процессе применения были минимальными, а технологические свойства не ухудшались при работе и хранении.
  6. Модельный состав в любом состоянии должен быть безвредным для здоровья работающих (в твердом, расплавленном, парообразном виде), также как и продукты его деструкции, образующиеся, например, при прокаливании форм. Отходы модельного состава не должны загрязнять окружающую среду.

Недостаточное соответствие свойств модельных составов оптимальным свойствам является одной из важнейших причин высокой трудоемкости изготовления моделей и сборки блоков в ряде отраслей промышленности, невысокой размерной точности отливок, значительного брака моделей и дефектов оболочек форм, связанных с недостатками модельных составов.

Недостатки применяемых модельных составов — одна из причин значительных технологических потерь на основных операциях процесса литья по выплавляемым моделям.

Наглядной характеристикой этих потерь служит коэффициент использования моделей (КИМо), который на ряде предприятий не превышает 0,5, что указывает на необходимость изготовления не менее двух моделей для получения одной годной отливки. Отмеченные выше обстоятельства, а также возросшие-требования к качеству отливок, изготовляемых методом литья по выплавляемым моделям, являются причиной непрекращающихся работ по совершенствованию применяемых и поиску новых модельных составов.

2.Воскообразные составы, используемые для изготовления моделей

Их главные компоненты — парафины, натуральный и синтетический церезин, стеарин, буроугольный или горный (монтановый) и торфяной воски (битумы), сложные эфиры высших кислот, в отдельных случаях (в настоящее время редко, преимущественно в зарубежной практике) — натуральные воски; пчелиный, кандилльский, карнаубский.

В начальной стадии промышленного применения процесса литья по выплавляемым моделям в СССР широко использовали парафино-стеариновые составы ПС 50-50, ПС 70-30, ПСКм 65-32-3,

ПСЭ 70-25-5 * обладают хорошими реологическими свойствами в пастообразном состоянии и пригодны для изготовления моделей, как на машинах, так и с помощью ручных шприцев. Однако, ввиду ряда существенных недостатков (малой прочности и теплостойкости; наличия дорогого, дефицитного стеарина, склонного к взаимодействию с растворителями этилсиликатных связующих и омылению в горячей воде) эти легкоплавкие составы были позже в большинстве цехов заменены более экономичными бесстеариновыми, применение которых обеспечивало получение более прочных и теплостойких (следовательно, более точных) моделей, невзаимодействующих со связующими суспензии и водой при выплавлении из оболочек форм. Наиболее распространенными из второго поколения воскообразных модельных составов являются ПЦБКо 70-12-13-5, ПБПсм 60-25-15, ПБТТэ 25-35-35-5.

восковые модели

В последние годы созданы и получили промышленное применение воскообразные составы третьего поколения, особенность которых заключается в том, что в них помимо парафина и других перечисленных выше главных компонентов вводят синтетические полимеры, например, полиэтиленовые воски ПВ-200 и ПВ-300, улучшающие свойства составов, в основном их теплоустойчивость и прочность. К таким составам относятся МВС-ЗА, МВС-15, ППК-1- . Составы Р-3, ИПЛ-2, МВС-ЗА, ВИАМ-102, ПЦБ 62-25-13 выпускают централизованно.

Воскообразные составы из буроугольного воска (до 55 % по массе) и церезина (15—45 %) с добавкой 7—12 % канифоли широко используют в ГДР и ЧССР. Для улучшения технологических свойств в эти составы добавляют синтетические воски, неочищенный парафин, стеарин.

Воскообразные составы различного назначения, централизованно выпускаемые в США и Англии, содержат канифоль, парафин, церезин, пчелиный, карнаубский воск и другие синтетические воски, полиэтилен, дигликольстеарат и другие продукты. Различные составы из этих компонентов имеют температуру каплепадения 65—95°С, прочность при статическом изгибе 4,8—8 МПа, зольность 0,07—0,38 %, свободную линейную усадку 0,5—1,5 %.

Область рационального применения составов группы 1 весьма широка — от массового выпуска мелких стальных отливок для автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных и дорожных машин до серийного производства сложных по конфигурации тонкостенных отливок из специальных сплавов, например жаропрочных, в том числе со сложными внутренними полостями.

В приведенных и используемых далее сокращенных обозначениях:

  • П — парафин,
  • С— стеарин,
  • Ц — церезин,
  • Б—буроугольный воск,
  • Т — торфяной воск,
  • Пэ — полиэтилен,
  • Пэв — полиэтиленовый воск (низкомолекулярный полиэтилен),
  • К — канифоль,
  • Ко — кубовый остаток горячего крекинга парафина,
  • Св — сибирский воск,
  • Бн — битум нефтяной,
  • Э — этилцеллюлоза.

Следующие после буквенных обозначений цифры указывают соответственно среднее процентное содержание в составе (по массе) каждого из компонентов.

Так, в составе ПСЭ 70-25-5 содержится 70 % парафина, 25 % стеарина и 5% этилцеллюлозы.

В восковые составы с твердыми наполнителями вводятся порошки, например, синтетических смол или тугоплавких восков; плотность их близка к плотности расплава основы. Такие порошки образуют твердую взвесь в расплавах основы состава, снижая и стабилизируя усадку, следовательно, повышая точность моделей, а также увеличивая их прочность и формоустойчивость. Введение в расплав воскообразного модельного состава 10—15% порошка синтетической смолы снижает свободную линейную усадку этого состава при затвердевании с 1,5—2 до 0,5 %.

В отечественной практике литья по выплавляемым моделям наиболее часто используют парафин, церезин, буроугольный воск; торфяной воск, канифоль, карбамид, азотные и азотнокислые соли щелочных металлов, стеарин. Имеется опыт использования, в качестве добавок полиэтилена обычного и полиэтиленовых восков, этилцеллюлозы, триэтаноламина, дибутилфталата, поливинилового спирта. Осваивается в производственных условиях изготовление выжигаемых моделей из восковых составов.

Парафин — это смесь твердых насыщенных (предельных) углеводородов метанового ряда СпН2n+2, получают главным образом при возгонке парафиновых и высокопарафиновых нефтей, а также сухой перегонкой бурого угля и горючих сланцев. Синтетический парафин изготовляют путем восстановления окиси углерода водородом. В процессе получения, так называемого товарного парафина, отделяют масла и низкоплавкие парафины.

Чистый парафин представляет собой белую воскоподобную массу кристаллического строения. Температура плавления нефтяных парафинов, в зависимости от степени их очистки, изменяется в пределах 42—62°С. Плотность парафинов при 15°С колеблется от 881—905 (у неочищенных), до 907—915 кг/м3 (у очищенных).

Для модельных составов применяют обычно очищенный технический белый парафин, содержащий не более 2,3 % масла, поставляемый в виде плиток массой 8—12 кг. В целях повышения теплоустойчивости и прочности модельных составов предпочтительно использовать высокоплавкий глубокообезмасленный парафин. Однако для придания составу большей пластичности в ряде случаев применяют спичечный парафин, содержащий до 5% масла. Парафин практически нерастворим в связующих растворах этилсиликата, слаборастворим в абсолютном спирте, хорошо растворим в эфире, бензоле, сероуглероде. Зольность парафина не превышает 0,1% по массе.

Парафин — это один из наиболее дешевых и недефицитных компонентов выплавляемых модельных составов. Он размягчается при температуре ~30°С, хрупок, имеет низкую прочность, склонен к вспениванию в расплавленном состоянии и к образованию усадочных раковин при затвердевании, в том числе—поверхностных (утяжин), вследствие чего его используют при изготовлении моделей в смеси с другими материалами.

Церезин — это смесь твердых углеводородов предельного (метанового) ряда, получают кислотно-контактной очисткой нефтяного неочищенного церезина, парафинистой пробки или их смеси. Церезин представляет собой однородную массу белого или желтого цвета, не имеющую запаха, без заметных механических примесей, по внешнему виду напоминающую воск. В отличие от крупнокристаллического парафина чистый церезин состоит из мельчайших кристаллов игольчатой формы.

Товарный церезин выпускают по ГОСТ 2488—79 четырех марок: 65, 70, 75 и 80.

Марка церезина характеризует температуру его каплепадения (65—70°С для марки 65, 70—75°С для марки 70, 75—80°С для марки 75 и 80—85°С для марки 80). В соответствии с указанным стандартом для всех марок установлены следующие требования: отсутствие воды, а также водорастворимых кислот и щелочей; не более 0,02% массовой доли механических примесей, не более 0,02% массовой доли золы; кислотное число — не более 0,1 мг КОН на 1г церезина.

Церезин не должен, содержать летучих компонентов, температура кипения его выше 400°С, а температура вспышки 260°С.

Церезины разных марок существенно различаются по твердости. Твердость изменяется от 1,6 мм для марки 80 до 3мм для марки 65 (не более указанных значений).

Церезин имеет более высокую по сравнению с парафином температуру начала размягчения, менее склонен к деформации. Церезин не вступает во взаимодействие с гидролизованным раствором этилсиликата. Зольность церезина не превышает 0,03%, плотность 910—940 кг/м3. К недостаткам церезина относятся его сравнительно небольшие прочность и твердость, малая пластичность, значительная линейная усадка (до 3,5 %).

Буроугольный воск (монтан-воск, монтанит, горный воск) — это смесь сложных углеводородов, получают из битуминозного бурого угля. Вначале обрабатывают бурый уголь растворителем, затем отгоняют последний, в результате чего остается буроугольный воск, в состав которого входят воскообразные, смоляные и асфальтообразные вещества. В зависимости от природы исходного бурого угля, применяемого растворителя, а также особенностей процесса экстракции и дальнейшей обработки воска свойства его могут изменяться в значительных пределах.

Восковая кристаллическая основа обеспечивает хорошие механические свойства и способность воспроизводить в моделях глянцевую поверхность пресс-форм, примеси повышают прочность и теплоустойчивость. Буроугольный воск хорошо сплавляется с парафином, церезином, торфяным и некоторыми синтетическими восками, не взаимодействует с гидролизованными растворами этилсиликата. Зольность буроугольных восков — 0,1%, температура каплепадения  88—89°С.

Торфяной воск — это сложная смесь углеводородов и некоторых их производных. Электронограммы составляющих торфяного воска показывают, что кристаллическая часть его состоит из воска и парафинов, а аморфная включает асфальтены и масла. Температура плавления его не менее 70°С, он хорошо сплавляется с парафином, церезином, буроугольным воском.

Асфальтены, содержащиеся как в торфяном, так и в буроугольном воске, при нагреве не размягчаются, а набухают, выделяют газообразные продукты и спекаются. При наличии асфальтенов в восках повышается твердость и хрупкость последних. Ввиду дефицитности торфяного воска применение его в модельных составах ограничено.

Стеарин — это смесь твердых жирных кислот. Основа его — стеариновая кислота, а в качестве примесей содержатся преимущественно пальметиновая и олеиновая кислоты. Стеариновая кислота СН3(СН2)16СООН — насыщенная одноосновная жирная кислота, представляет собой бесцветную кристаллическую массу с температурой плавления 69,6°С, растворимую в органических растворителях. Получают стеарин из животных жиров, а также из гидрированных растительных масел расщеплением их на жирные кислоты и глицерин с последующей дистилляцией жирных кислот либо без нее.

Стеарин как компонент модельных составов обладает следующими существенными недостатками: склонностью к взаимодействию к гидролизованным раствором этилсиликата, что приводит к образованию дефектов на поверхности отливок; омылением при выплавлении в горячей воде. Кроме того, стоимость стеарина высока и он дефицитен, так как получается из пищевых продуктов.

3. Виды воска, используемые в моделировании

Инжекционный воск – это сновной вид воска, используемый для тиражирования изделий. Применяется в виде расплава для инжекции в резиновую форму. Представляет собой основу из натурального природного или искусственного воска, а также химические соединения и природные вещества, которые добавляются для изменения физических и механических свойств (вязкость, твердость, упругость, механическая память, текучесть расплава, отделяемость от резиновой формы, скорость застывания, усадка и пр.).

Выпускается в виде блоков, плиток, чешуек или гранул (рис.1). Чешуйки и гранулы более удобны в повседневной работе, т.к. легче загружаются и быстрее расплавляются в инжекторе. Однако, воск в блоках и плитках имеет более длительный срок хранения, т.к. из него в процессе хранения меньше испаряются летучие вещества, влияющие на свойства воска. Средний срок хранения воска в гранулах от 6 до 12 месяцев. Воск в плитках и блоках может храниться годами.

изображение инежекционного воска синего цвета

Рисунок 1. Инжекционный воск

Выбор инжекционного воска на рынке в последнее время существенно расширился. Для того чтобы сориентироваться в предлагаемом ассортименте, приводим некоторые рекомендации:

Цвет воска практически не влияет на его свойства. Содержание пигмента в воске не превышает 0,1%. Фактически, воск может быть выкрашен в любой цвет по требованию заказчика. Поэтому, при покупке воска внимание на цвет надо обращать в последнюю очередь. Некоторые производители воска, например, F.E.M. Knight Castaldo, стремятся для удобства потребителей каждый вид воска окрасить в свой уникальный цвет. Однако это никак не связано с логикой окрашивания воска других производителей. Ferris предлагает практически каждый из видов своего воска в различных цветовых гаммах.

При последующей покупке воска, который Вас устраивает по свойствам, следует помнить название производителя и марку воска – это гарантирует правильность выбора. Воски на основе натурального пчелиного воска дороже, чем воски на основе парафинов, но при этом практически не отличаются от них по свойствам. При массовом отлаженном производстве, для повышения производительности, лучше использовать быстро застывающие воски. Наиболее твердые воски являются при этом и наиболее хрупкими. Они в основном используются для последующей резьбы по полученным восковкам. Для изготовления крупных и плоских изделий, во избежание проблем с сильной усадкой, следует использовать специально рекомендуемые воски.

Cкульптурные воски. В случае, когда большие размеры восковых моделей не позволяют делать качественные восковые отливки с помощью воскового инжектора, рекомендуется использовать метод прямой заливки растопленного воска. При использовании обычных инжекционных восков в этом случае, на крупных изделиях  наиболее существенно проявляются такие дефекты, как неравномерная объемная усадка, пузыри и пр. Во избежание возникновения подобных проблем, рекомендуется использовать специальные скульптурные воски, которые годятся для лепки, резьбы, прямой заливки и пр.

Воск для резьбы. На рынке представлены воски торговых марок Ferris, Kerr и Matt. В качестве примера подробнее остановимся на восках Ferris, которые являются фактическим стандартом для восковых модельеров во всем мире. Воск Ferris File-A-Wax выпускается в трех различных модификациях, которые имеют различные цвета: зеленый, фиолетовый и синий. Воск выпускается в виде блоков, брусков различного профиля, пластин, заготовок для колец и т.п. (рис. 2)

изображение воска для резьбы зеленого цвета

Рисунок 2. Воск для резьбы

Зеленый воск – наиболее популярный воск для резьбы. Это самый твердый воск, на нем возможна прорезка наиболее тонких деталей и сложных дизайнов. Может полироваться до зеркального блеска. Толщина изделий из воска может достигать менее 0,2 мм – абсолютного минимума толщины, при которой вообще возможна качественная отливка изделий. При этом восковка остается прочной и не подвержена деформации. Воск исключительной твердости, содержащий минимум пластических добавок, чтобы гарантировать, что модель не сломается в руках во время работы.

Предельные параметры для использования данного воска – плоские изделия толщиной менее 1 мм и диаметром 38 мм, что перекрывает практически весь диапазон ювелирных изделий.

Воск плавится при 105ºС, практически сразу превращаясь в легко подвижную жидкость, минуя вязкую стадию. Застывание воска происходит очень быстро. После застывания воск становится более мягким и гибким, но по-прежнему пригоден для резьбы.

Воск хорошо обрабатывается резцом, однако необходимо соблюдать осторожность и не заглублять резец, т.к. в процессе резки от изделия может отколоться часть. Грубое формование изделий производят обычно лобзиком со спиральной пилкой. Наиболее важной особенностью зеленого воска является простота его обработки напильниками, надфилями и бормашиной при высоких оборотах без оплавления материала.

Фиолетовый воск – наиболее универсальный воск, применяемый для резьбы. Воск более гибкий, чем зеленый, легче режется ножом, хотя опасность скола все же присутствует. Может обрабатываться напильником или бормашиной, однако, инструменты достаточно быстро забиваются, т.к. при резьбе образуются не опилки, как у зеленого воска, а более вязкие чешуйки. При плавлении фиолетовый воск становится вязким, а затем превращается в жидкость. Застывший воск становится слишком гибким и мягким и уже не годится для резьбы.

Синий воск. Гибкость воска такова, что пластинка толщиной 3 мм, после кратковременного помещения в кипящую воду, может быть изогнута в полукруг. По свойствам воск наиболее соответствует древесине белой сосны. Идеальный воск для резки ножом – в отличие от синего и фиолетового восков образует стружку. При плавлении ведет себя как аморфное вещество, постепенно меняя вязкость с температурой. Обработка напильниками и борами затруднена. Следует вести обработку на очень маленьких скоростях, при этом необходимо использовать инструменты с редкими зубами.

Воск для лепки Воск можно лепить, прокатывать, скручивать и штамповать, придавая, таким образом, практически любую форму.

Этот воск лепится и формуется при температуре тела. При комнатной температуре изделия хорошо держат форму. Используется для снятия слепков с гравюр, гипсовых форм, орнаментов, в качестве основы для “утопления” деталей, вырезанных из твердого воска и пр.

Черный воск – более твердый. Температура плавления 76 С. Может инжектироваться. После охлаждения становится твердым и годится для резьбы.

Листовой воск. Широко используется стоматологами. Ювелирами в основном применяется для снятия объемных слепков с твердых предметов, утолщения моделей, в качестве замены листового металла для восковых моделей, а также в производстве фантазийных моделей, случайно образуемых из размягченного воска. Выпускается воск различной толщины и твердости. (рис. 3)

изображение листового воска красного и розового цвета

Рисунок 3. Листовой воск

Проволока (прокат) из воска. Изготавливается из мягкого воска, который легко изгибается и скручивается. Профиль и толщина проката могут быть разнообразными. Следует помнить, что мягкость проката может привести к деформации восковки.

Водорастворимый воск. Хрупкое вещество, которое очень тяжело обрабатывается напильником и режется. При изготовлении деталей из этого воска, следует работать очень аккуратно, т.к. вероятность появления сколов и трещин очень высока.

Плавится при температуре 66-77ºС и может быть инжектирован или залит вручную.

Из-за своей уникальной способности растворяться в воде без остатка, данный воск очень популярен среди модельеров. Используется в качестве основы для формирования объемного изделия из воскового проката, наплавления на поверхность различных видов воска и пр.

Внешняя часть заготовки, изготовленной из водорастворимого воска, является внутренней поверхностью готового изделия. После прорезки модели, воск легко и быстро растворяется в теплой воде. При заливке или инжекции в форму, воск точно воспроизводит ее поверхность. При последующей заливке обычного воска и растворении основы, легко получить тонкостенную восковую модель.

Воск для воскового пистолета. Пистолет для воска растапливает восковой столбик и выдавливает его через фильеру определенной формы. Существует три вида воска, различающиеся по свойствам.

Голубой воск используется преимущественно для нанесения на объекты или формования в объеме.

Зеленый воск – хотя и пригоден как универсальный, имеет самую низкую вязкость, что лучше всего использовать для создания эффектов на водной поверхности.

Красный воск – для плетения, макраме и пр.

Воск для ремонта восковых моделей. В некоторых случаях (сколы, внутренние пузыри, грубая поверхность после обработки), требуется загладить или устранить дефекты на поверхности восковой модели. Для этой цели выпускаются очень мягкие воски Utility Wax в виде листов, стержней или блоков, а также воск Patch-Eze в виде густого крема.

Липкий воск. Быстрозастывающий восковой “припой”, создающий прочное сцепление между любыми двумя восковыми поверхностями. Идеальная температура наложения 107-135 °С.

Изготовление восковых моделей с помощью инжектора

Модельный воск представляет собой однородную смесь двух-трех воскообразных компонентов, отвечающую требованиям состава – достаточной пластичности и прочности.

В двухкомпонентных составах могут быть использованы следующие пары: парафин и церезин-100 в различных пропорциях; парафин и шеллачный воск в различных пропорциях; парафин и сополимер в различных пропорциях. Трехкомпонентный состав включает парафин, сополимер этилена и шеллачный воск. В процентном соотношении парафина – 63, сополимера – 12, шеллачного воска -25; в другом варианте парафина – 60, сополимера – 20, шеллачного воска – 20.

Состав загружают в инжекционный бачок. Крышку бачка закрывают и фиксируют. После этого включают обогрев, устанавливают температуру (70…80°С) для модельного состава и регулируют давление сжатого воздуха в пределах 0,2… 1,5 атм. в зависимости от величины и формы восковой модели.

процесс изготовления восковіх моделей в инжекторе

Важно использовать воск хорошего качества с узким интервалом плавления. И в этом случае существует различные материалы, каждый из которых имеет собственные характеристики, пригодные для использования в различных ситуациях. Некоторые виды воска являются более мягкими, однако они обладают большей гибкостью и их легче извлечь из резиновой формы.

Если необходимо воспроизвести очень гладкие поверхности, лучше использовать жесткую резину для формы и более жесткий воск. Если появятся сложности с выбором наиболее подходящих материалов, попросите совет у поставщика воска. Маловероятным является то, что только один вид воска может использоваться для всех потребностей литьевого производства, и прежде всего, если производство требует большого разнообразия форм, видов и размеров отливок.

Изготовление моделей из воска состоит в подаче в резиновую пресс-форму расплавленного воска для заполнения пустот и его затвердевании. Таким образом, изготавливается репродукция из воска. При помощи этой модели в дальнейшем готовится металлическая модель либо непосредственно само изделие.

Для того чтобы воск заполнил пресс-форму необходимо, чтобы он подавался в нее под давлением. Давление может быть создано сжатым воздухом или центробежной силой. Другим важным фактором, который влияет на качество модели, является температура воска, которая должна быть немного выше температуры затвердевания. Половинки резиновых пресс-форм должны быть плотно прижаты.

Расплавленный и горячий воск при помощи воскового инжектора под давлением подается в резиновую форму. Хороший инжектор должен гарантировать постоянную температуру и давление. Современные восковые инжекторы имеют автоматические блокировочные устройства (автозахваты), которые контролируют объем и вес изготовленной восковой модели, это позволяет изготовить серию одинаковых моделей (или “восковок”). Постоянство веса восковок, и, как следствие, отливок – общая проблема, вызываемая изменением усилия прижима и свойствами воска.

Наиболее распространенным способом инжекции является подача воска под давлением сжатого воздуха. Для некрупных отливок используют инжекторы с ручным насосом, для крупных – с компрессором. В инжекторах использующих сжатый воздух объем впрыскиваемого в пресс-форму воска ограничен и составляет несколько кубических сантиметров. Инжекторы с предварительным вакуумированием формы перед заливкой обеспечивают хорошую заполняемость для сложных форм и тонких филигранных изделий, также дополнительно очищают ее от мелкого мусора, излишка талька.

При использовании инжектора необходимо учитывать, что температура воска имеет большое влияние на качество моделей. Температура должна быть такой, чтобы воск переходил в твердое состояние при контакте с холодными стенками пресс-формы.

Другое важное замечание: температура показываемая термометром, может отличаться от средней температуры воска, находящегося в инжекторе, то есть на нем будет показана температура только той его части, которая окружает термометр.

Необходимо научиться определять момент, когда весь воск расплавлен. Давление и время инжекции воска могут изменяться в зависимости от необходимости.

Перед проведением работ резину следует посыпать тальком или силиконовыми составами, облегчающими извлечение моделей.

Заполненную модельным составом пресс-форму выдерживают 1…2 мин до ее охлаждения, после чего из разъединенной пресс-формы осторожно извлекают восковую модель. Как правило, перед сборкой моделей в «ёлочку» производится доводка восковок, это уменьшает время необходимое для финишной обработки изделия. Отделка может быть выполнена металлическим лезвием, неровность поверхности воска сняты щеткой и растворителем, например, при помощи тетрахлорида углерода, который, испаряясь, сглаживает шероховатости. Тетрахлорид может быть разбрызган на изделие или оно может быть в него погружено.

В некоторых случаях рекомендуется для центрального литника использовать воск отличный от воска, из которого изготовлены модели отливок. Чтобы избежать усилий натяжения (и вызываемых ими разрывов) в формомассе во время выплавки воска, воск для центрального литника должен плавиться при температуре более низкой, чем присоединенные к нему модели.

Для сборки моделей в блоки используют литники – восковые стояки с металлическим стержнем внутри. Их делают из отходов модельного состава от выплавки моделей. Восковые отходы расплавляют на песчаной или масляной бане и заливают в специальную форму, в которую заранее вложен взвешенный металлический стержень диаметром 1,5 мм. После охлаждения и извлечения из формы литник подвергают тщательному осмотру, зачистке (специальным шабером) швов, облоя и других дефектов.

Для сборки моделей в блок на восковый стояк припаивают модели к стояку. В результате образуется блок – «куст» или «елочка». Блок устанавливают на резиновую подставку, а затем промывают в 5%-ном растворе сульфанола или в моющих средствах для синтетических изделий. Сушат блоки потоком воздуха до полного исчезновения влаги с поверхности моделей.

После отжига формомассы (или как обычно говорится, опоки) воск не должен оставлять отходов в виде сажи.

Такие отходы могут являться причиной дефектов поверхности отливок, включая пористость. Простым способом определить, оставляет ли воск отходы в виде сажи, является помещение образца в кремнеземный тигель и проведение с ним полного цикла отжига. Если в тигле остается черный осадок, то это углерод, который содержался в воске.

Изготовление моделей методом свободной заливки

При получении сплошных моделей этот метод малопроизводителен и не обеспечивает требуемой точности, поэтому имеет ограниченное применение, однако при изготовлении полых моделей метод является наиболее простым.

Сложные тонкостенные и крупные модели из парафиново-стеариновых сплавов отливают при температуре 80—90°С, средние по размерам и сложности модели — при 70—75°С. Температуру и продолжительность заливки устанавливают опытным путем.

Для расплавления модельного состава и поддержания его температуры в заданных пределах применяют водяные, глицериновые или масляные бани с устройством для автоматического регулирования температуры. Для заливки используют ковши из коррозионностойкой стали или фарфоровые. Заливают спокойно, по стенке литникового канала либо через воронку, вставленную в литниковое отверстие и подогретую до температуры заливки модельного состава.

изготовление восковой моделей методом свободной заливки

Это позволяет снизить потери теплоты модельного состава, устранить быстрое затвердевание его в литниковой системе и улучшить питание затвердевающей модели расплавом, находящимся в воронке. Во избежание разбрызгивания и вспенивания модельного состава, последний иногда заливают по стеклянному, фарфоровому или стальному стержню диаметром 4—6 мм.

При охлаждении и затвердевании в пресс-форме уровень расплава в воронке быстро снижается и для компенсации усадки необходимо доливать модельный состав. Литниковый ход в пресс-форме следует выполнять достаточно массивным, коротким и простым по форме.

Свободной заливкой расплава получают как сплошные, так и полые модели.

Применение пустотелых моделей имеет следующие преимущества: повышается точность отливок по форме и размерам, сокращается время изготовления моделей, так как выдержка в пресс- форме уменьшается примерно в 3 раза, уменьшается масса модельного блока, устраняется растрескивание оболочки вследствие расширения моделей при выплавлении, сокращается время выплавления (выгорания) моделей.

В. серийном производстве наиболее доступным является следующий метод изготовления пустотелых моделей. Модельный расплав заливают в полость пресс-формы, выдерживают в ней до образования по контуру полости затвердевшего слоя толщиной 1,5—3мм, после чего незастывшую часть модельного состава выливают либо через отверстие в нижней части пресс-формы, либо через литниковый канал. Пустотелые модели целесообразно применять при изготовлении отливок с толщиной стенок более 10мм, а также отливок, имеющих массивные части.

Таким образом, при изготовлении пустотелых моделей необходимо учитывать два важнейших фактора: точность и прочность. Применение модельных составов повышенной прочности позволяет уменьшить толщину стенки моделей до 2мм.

В условиях крупносерийного и массового производства наиболее целесообразно применять способ изготовления пустотелых моделей, по которому незатвердевшую часть модельного состава удаляют продувкой сжатого воздуха. Воздух вдувают под избыточным давлением 0,2—0,3МПа через литник и он выходит вместе с незатвердевшим модельным составом через отверстие в нижней части пресс- формы.

Рекомендации при работе с восковками

При присыпке формы тальком необходимо помнить, что тальк вдавливается в поверхность воска и ухудшает ее качество, поэтому с ним тоже не следует перебарщивать Использование муки или кукурузного крахмала представляет собой альтернативу, так как во время отжига формы она сгорает.

Необходимо регулярно чистить форму от остатков талька, если этого не делать, воск неправильно воспроизведет форму модели и качество поверхности будет хуже.

Храните резиновые пресс-формы в темном месте, когда не пользуетесь ими, например, в ящике или шкафу, защищенном от попадания пыли и яркого света. Большая часть видов резины разлагается, если выставлена на солнечный свет.

Каждая форма должна иметь точную маркировку, для обеспечения постоянства качества необходимо записывать условия инжекции воска. Формы должны регулярно контролироваться для нахождения признаков повреждения или разложения и при необходимости выбрасываться. Замена формы на новую, произведенную по оригинальной модели, не составляет никакой сложности. Использование поврежденной формы не дает никаких преимуществ, так как она приведет к появлению дефектных восковок и увеличит стоимость финишной обработки украшения после литья.

До монтажа елочки, восковки необходимо тщательно осмотреть. Дефектные должны быть выброшены для предотвращения потери времени во время последующих циклов обработки. Дешевле выбросить и подготовить новые восковки, чем тратить массу времени на ремонт дефектов. Это не экономично!

Если вы хотите получить отливку хорошего качества, ни в коем случае повторно не используйте старые или дефектные восковки, даже если есть возможность возвратить в производство чистый воск из центрального литника, так как он имеет отрицательное влияние на качество отливок. И наверняка вы никогда не должны возвращать в цикл выплавленный воск! Плавясь несколько раз, воск деградирует и может собирать пыль и частички формомассы. Не рекомендуется также долго хранить восковки.

Лучше готовить свежие восковые модели.

После изготовления, до монтажа на елочку, восковки должны храниться на подносе в прохладном месте. Не надо их складывать в кучку как попало, так как они могут быть повреждены и согнуты. Не использованные восковки должны быть защищены от пыли и находиться под крышкой или в ящике.

Важную роль играют положение и размеры литников – они влияют на поток металла, направление затвердевания и возможность образования усадочной пористости. Если вы хотите избежать усадки, неполного наполнения или других сложностей, рекомендуем вам использовать питатели с круглым сечением, а не с квадратным или коническим.

При монтаже елочки постарайтесь избежать монтажа на одной елочке восковок с различной формой, размерами и весом. Если это невозможно, наиболее мелкие устанавливайте сверху, крупные — внизу елочки (часть, наиболее близкая к прибыли).

Восковки не должны располагаться слишком близко друг к другу, это позволит избежать опасно высоких для формомассы температур при литье расплавленного металла. Помните, что свободное место между восковками становится стенками формомассы. Если она слишком тонкая, то будет перегреваться и может послужить причиной пористости или плохого качества поверхности отливок.

В идеальном случае центральный литник должен быть сужен кверху, наиболее толстая часть должна находиться со стороны прибыли. По традиции восковые модели монтируются под углом 30-45° по отношению к горизонту (при вертикальном положении елочки). Это условие является идеальным при центрифужном литье.

При монтаже на центральном литнике восковые модели должны располагаться по спирали, а не по вертикальной линии, так как это может иметь неблагоприятные последствия на прохождении затвердевания. Полезно маленькие части монтировать группами. В случае небольшого количества изделий можно использовать горизонтальное расположение.

Места пайки, в которых восковки прикрепляются к центральному литнику, должны быть гладкими, без углов, так как это может вызвать усадку литника в форме (вид. 1). Усадка может затруднить протекание жидкого металла в отливку и повлечь за собой неметаллические включения из-за разрушения формомассы в зоне сужения при литье жидкого металла.


Видео. 1. Правильное соединение восковки с центральным литником.

Необходимо так же убедиться, что центральный литник хорошо совместим с резиновой подставкой, образуя гладкий конус (для прибыли), без выступов, которые создали бы турбулентность при заливке жидкого металла.

Дефекты восковок и методы их устранения

Неслитина – след неполного соединение потоков воска. Для устранения нужно припудрить форму тальком или немного повысить давление запрессовки. Также дефект может быть вызван недостаточной температурой модельного состава.

Недолив – неполное заполнение воском формы. Для устранения данного дефекта необходимо увеличить давление запрессовки или температуру воска. Причиной также может быть загрязнённая полость пресс-формы.

Залив – воск, попавший в разрез формы. Отрегулированное давление зажима формы поможет избежать этого дефекта, так как его причиной является как слабый прижим, так и пережим формы. Также можно уменьшить давление запрессовки.

Перекос – сдвинутые по разрезу фрагменты формы, отформованные восковкой. В основном возникает в разъёмных (по всему периметру) пресс-формах из-за неточного несовпадения полу-форм.

Засор в моделях – исключить использование загрязнённых модельных материалов и модельного возврата; загрязнённая пресс-форма; не хранить модели в пыльном помещении.

Деформация моделей – необходимо увеличить время выдержки модели до извлечения из пресс-формы; не хранить долго модели перед их сборкой.

Видео по устранению некоторых дефектов восковых моделей для литья

Местная усадка – повышенная температура модельного состава; неостывшая пресс-форма.

Пузыри и вспучивание могут быть обнаружены при рассмотрении восковки на свету. Если пузыри правильной формы, значит они возникли в следствие насыщения воска воздухом в расплавленном состоянии. Этот дефект устраняется вакуумированием воска. Если пузыри имеют неправильную форму, то их причиной являются усадочные процессы.

Некачественная поверхность – небрежная зачистка и хранение моделей, избыток или недостаток талька.

Трещины на моделях – интенсивное охлаждение пресс-форм, длительная выдержка моделей перед извлечением из пресс-форм.

Усадка – объемное и линейное уменьшение восковки при остывании. Этот вид брака зависит от самого модельного состава и температуры состава. Для его устранения нужно выбирать воски с постоянной низкой усадкой, установить температуру впрыска максимально возможно низкую, также играет роль достаточное питание восковки. Используя охлаждённую пресс-форму, можно сосредоточить усадочную пористость внутри восковки.

Надеюсь статья была полезна как профессионалам так и для новичков!

О видах воска и об изготовление восковых моделей
Пролистать наверх