Pamesto vaško liejimas: technologija, privalumai ir trūkumai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Investavimo modelių naudojimas yra gana populiarus liejyklų gamybos būdas. Metodas išsiskiria technologinio proceso sudėtingumu ir didelėmis parengiamųjų procesų darbo sąnaudomis. Todėl jis naudojamas ten, kur reikia tiksliai stebėti matmenis ir užtikrinti aukštą dalių paviršiaus kokybę. Taip liejami turbinų mentės ir didelio našumo įrankiai, protezai ir papuošalai bei sudėtingos konfigūracijos skulptūros. Prarasto vaško liejimo esmė ta, kad liejimo forma yra vientisa, liejant mažai tirpstančių medžiagų modelis nėra pašalinamas, o išlydomas. Tai užtikrina kruopštų matmenų ir reljefo laikymąsi. Į ertmę, likusią iš modelio, pilamas metalas. Baigus aušinti, pelėsis sunaikinamas ir produktas pašalinamas. Liejant dideles serijas, sumažėja gaminio savikaina.

Metodo pranašumai

Pagrindinis investicinio liejimo pranašumas yra pelėsių perdavimo tikslumas ir mažas paviršiaus šiurkštumas. Be to, galimos kitos privilegijos:

• Galima lengvai apdorotų lydinio dalių gamyba.
• Sumažėja tolesnio apdirbimo poreikis.
• Gaminiai liejami, kurie kitu atveju turėtų būti pagaminti dalimis ir surinkti kartu.
• Su didelėmis serijomis sumažinamas specifinis darbo intensyvumas (vienam produktui) ir jo savikaina.
• Galimybė mechanizuoti ir iš dalies automatizuoti paties liejimo parengiamąsias operacijas.

Dėl šių pranašumų šis metodas yra vienas populiariausių ir naudojamų šiandieninėje metalurgijoje, ypač kartu su šiuolaikiniais progresyviojo liejimo metodais.

Investavimo liejimo trūkumai

Atrodo, kad neabejotini metodo pranašumai turėjo užtikrinti jo dominavimą tarp kitų metodų. Tačiau, nepaisant investicinio liejimo metodo populiarumo, trūkumai neleido jį plačiai taikyti. Pagrindinis trūkumas yra kelių etapų proceso sudėtingumas. Tam reikia gana sudėtingos ir brangios technologinės įrangos parengiamiesiems etapams. Paprastiems produktams, gaminamiems mažomis partijomis, šis metodas kainuoja daugiau.

Siekiant ekonomiškai taikyti investicinį liejimą, palyginami metodo privalumai ir trūkumai, sprendimas dėljos pasirinkimas parenkamas remiantis kainos ir kokybės santykio įvertinimu. Todėl jis daugiausia naudojamas svarbiausiems ir brangiausiems gaminiams, kuriuos sunku gauti kitu būdu, pavyzdžiui, turbinų mentėms, skulptūroms, greitaeigiams įrankiams ir kt. Kita taikymo sritis – didelio masto liejiniai, kurios masto efektas leidžia žymiai sumažinti išlaidas.

Technologija

Investicinio liejimo technologija yra kelių etapų gamybos procesas, kuris yra gana daug darbo jėgos. Pirmajame etape sukuriamas pagrindinis modelis, kuris, praėjus visus galutinio gaminio etapus, taps darbo modelių gamybos standartu. Meistrų modelio gamybai naudojamos tiek specialios modelių kompozicijos, tiek tradicinės – gipso ar medžio. Pagrindinio modelio medžiaga turi derinti tvirtumą ir lengvą apdirbimą.

Be to, investicinio liejimo technologija suteikia galimybę sukurti formą, į kurią bus liejami visi veikiantys modeliai. Formos gaminamos iš gipso, gumos, silikono, rečiau metalo. Struktūriškai jis būtinai turi būti nuimamas ir skirtas pakartotiniam naudojimui. Forma užpildoma modeline kompozicija, jai sukietėjus, išardoma ir nuimamas kitas veikiantis modelis.

Gaminant unikalias dalis ar nedidelius tiražus, pagrindinio maketo ir formos kūrimo etapai praleidžiami, o maketas (arba keli) sudaromi liejant medžiagą rankiniu būdu.

Kitas žingsnis investavimo atrankos procese yragamyba pagal liejimo formos išdėstymą (arba išdėstymo bloką). Šios matricos struktūriškai jau yra neatskiriamos ir vienkartinės, todėl galima atidžiai stebėti gaminio matmenis ir šiurkštumą. Šiuolaikinėje pramonėje naudojamos dviejų tipų formos – tradicinės smėlio-molio liejimo formos, skirtos lieti į žemę, ir apvalkalo formos – tikslioms ir brangioms detalėms gaminti.

Užbaigus formą, modelis iš jo išlydomas kaitinant arba pučiant perkaitintais garais. Korpuso formos papildomai sustiprinamos kaitinant iki 1000 ˚С.

Paskutinis proceso etapas apima faktinį gaminio liejimą, jo aušinimą natūraliomis sąlygomis arba specialiu būdu termostate, pelėsių sunaikinimą ir gaminio valymą. Šis metodas leidžia gauti aukštos kokybės liejinius, sveriančius nuo kelių gramų iki dešimčių kilogramų.

Modelių rinkiniai

Maketo gamybai skirta medžiaga turi turėti tam tikrų savybių. Jis turėtų turėti tokias savybes kaip:

• Plastiškumas kietoje fazėje. Būtina tiksliai pakartoti būsimo gaminio formą ir, jei reikia, ją pakoreguoti.
• Jėga. Modelis be deformacijų turi atlaikyti formos formavimo aplink jį procesą.
• Lydus. Modelio atvaizdavimas neturėtų pareikalauti daug laiko ir energijos.
• Išlydytas sklandumas. Kompozicija turi lengvai įsiskverbti į visas reljefo įdubas ir detales, tiksliai atkartodama būsimos detalės kontūrus.
• Ekonomika. Ypač svarbu didelės serijos gamybai.

Modelinėms kompozicijoms dažniausiai naudojamas stearino ir parafino mišinys. Šios medžiagos sėkmingai papildo viena kitos parametrus, kompensuodamos nepakankamą parafino lydymosi temperatūrą ir per didelį stearino klampumą.

Rusvųjų anglių vaško pagrindu pagamintos kompozicijos yra ne mažiau populiarios pramonėje. Pagrindinės jo savybės yra atsparumas drėgmei, stiprumas ir galimybė formuoti labai lygias dangas, o tai ypač vertinga gaminių modeliavimui.

Taip pat naudojami junginiai, sudaryti iš rudosios anglies vaško, parafino ir stearino mišinio.

Pelėsių gamyba

Unikalių gaminių gamybai, rankiniu būdu arba pagal šablonus išpjaunant modelio medžiagos gabalą, paruošiamas maketas. Revoliucijos kūnų modeliai taip pat gaminami ant tekinimo staklių. Pastaruoju metu vis labiau plinta 3D modelių spausdinimo būdas. Jis tinka tiek pavieniams maketams, tiek mažoms serijoms.

Šiuolaikinio pramoninio 3D spausdintuvo kaina vis dar yra didelė, tačiau dėl to, kad jį lengva perkonfigūruoti iš vieno gaminio į kitą, jis gali tapti efektyviu modelių kūrimo įrankiu esant dideliam nevienalyčių mažų serijų užsakymų skaičiui.

Norint padaryti daug identiškų maketų, matrica gaminama iš gipso, gumos, silikono arba metalo. Darbiniai maketai gaminami savo ruožtu liejant į matricą. Pagal konstrukciją forma turi būti sulankstoma, kad būtų galima pagaminti tam tikrą skaičių modelių. Pasirinkta medžiaga taip pat turėtų suteikti tokią galimybę, todėl jai keliami tokie reikalavimai kaip stiprumas, tankis, mažas šiurkštumas, cheminis inertiškumas išdėstymo atžvilgiu. Formos medžiaga taip pat turi minimaliai sukibti su maketu, kad būtų galima lengvai nuimti paruoštus maketus ir laikytis matmenų. Svarbi formos savybė yra tvirtumas ir atsparumas dilimui, ypač didelėms serijoms.

Modelių ir blokelių kūrimas

Plačiai naudojamas investicinių modelių gamybos metodas yra jų liejimas žemu slėgiu į formas. Skysto mišinio įpurškimas atliekamas tiek rankiniu būdu, naudojant stūmoklinius švirkštus, tiek mechaninius, hidraulinius ar pneumatinius kompresorius. Naudojant rudųjų anglių vašką, dėl didelio klampumo būtina šildyti vamzdynus, skirtus kompozicijai tiekti. Putų polistireno modeliai gaminami ekstruzijos būdu automatinėse liejimo mašinose.

Ekonominiam efektyvumui didinti ir darbo intensyvumui mažinti esant serijinei mažų liejinių gamybai, jų maketai jungiami į blokus. Virš blokelių formuojamos užtvarų sistemos, rankiniu lituokliu pritvirtinant atskirus išplanavimus prie sruogų. Vienkartinio liejinio arba mažų serijų atveju modeliai gaminami rankomis.

Formuojant užtvarų sistemas, būtina užtikrinti neturbulentinį lydalo tekėjimą, vienodą visų matricos elementų užpildymą. Pildydami formą iš PGS, taip pat turite stebėti vienodą visų užpildymąangos tarp sruogų ir apsaugo nuo žalos.

Formos kūrimas

Taikant investicinį liejimo metodą, yra dviejų pagrindinių formų tipų:

• Smėlio ir molio mišiniai (SGM).
• Shell.

Spygliuoto vaško liejimo formos daugiausia naudojamos gaminant mažų serijų gaminius, kuriems nereikia labai didelio tikslumo. Jų gamybos procesas yra gana daug darbo reikalaujantis ir reikalaujantis aukštų bei dažnai unikalių modeliuotojų ir lipdėjų įgūdžių. Dalinis mechanizavimas tinka tik tam tikroms operacijoms, tokioms kaip formavimo smėlio paruošimas ir užpildymas, jo sutankinimas.

Kita vertus, korpuso formos naudojamos detalėms, kurioms reikalingas ypatingas gamybos tikslumas, gaminti. Jų gamybos procesas yra sudėtingesnis ir ilgesnis, tačiau jį geriau galima mechanizuoti.

Antžeminis liejimas

Tai ankstyviausias žmonijos įvaldytas metalo apdirbimo būdas. Jį mūsų protėviai įvaldė tuo pat metu, kai metalo gaminiai buvo pradėti naudoti kaip ginklai, įrankiai ar indai, tai yra maždaug prieš 5 tūkstančius metų. Išlydytas metalas pilamas į paruoštą matricą iš smėlio ir molio mišinio. Ankstyviausios metalo apdirbimo vietos atsirado ten, kur netoliese buvo grynuolių ir įdėklų pavidalo metalų nuosėdos. Tipiškas pavyzdys yra Kasli gamykla Urale, visame pasaulyje garsėjanti geležies nėrinių liejimu.

Investicinis liejimo metodas naudojamas metalo gaminių gamybai – tiek juodųjų, tiekspalvotas. Ir tik metalams, kurie turi padidintą polinkį reaguoti skystoje fazėje (pvz., titanui), būtina sudaryti matricas iš kitų kompozicijų.

Lietimo PGS gamybos procesą sudaro šie etapai:

• modelių kūrimas;
• kolbos paruošimas;
• mišinio užpildymas ir sutankinimas kolboje;
• metalo liejimas;
• nuimamas ir nuvalomas liejinys.

ASG forma – vienkartinis. Norint gauti gatavą produktą, jis turės būti sulaužytas. Tuo pačiu metu daugumą mišinio galima naudoti pakartotinai.

AsG gamybai naudojamos vyraujančios įvairaus dydžio kvarcinio smėlio ir plastiko molio kompozicijos, kurių kiekis svyruoja nuo 3 iki 45 proc. Taigi, pavyzdžiui, meno liejiniai gaminami naudojant mišinį, kuriame molio yra 10-20%, ypač dideliems liejiniams molio kiekis reguliuojamas iki 25%.

Naudojami du potipiai:

• Apdailos mišiniai. Jie yra vidiniame formos paviršiuje ir sąveikauja su išlydytu metalu. Jie turi būti atsparūs karščiui, nesugadinti dėl temperatūrų skirtumų ir dėl to atsirandančių įtempių. Šie mišiniai turi smulkų grūdėtumą, todėl kruopščiai perteikia paviršiaus detales. Mišinio gebėjimas praleisti dujas taip pat labai svarbus.
• Įdaro mišiniai. Jie naudojami užpildymui tarp dengiamojo sluoksnio ir kolbos sienelių. Jie turi atlaikyti pilamo metalo svorį, išlaikyti gaminio formą ir prisidėti prie savalaikio ir visiško dujų pašalinimo. Pagaminta iš pigesnių smėlio rūšių,daugkartinio naudojimo.

Jei liejimo dujos išeina ne per liejimo smėlio mases, o per užtvarų sistemą, liejinyje atsiranda defektų, dėl kurių susidaro santuoka.

Tradicinė liejimo į žemę technologija detaliai iliustruota A. Tarkovskio filme „Andrejus Rublevas“. Novelėje „Varpas“jaunuolis Boriska, mirusio meistro sūnus, vadovauja liejyklos arteliui ir lieja bažnyčios varpą.

Apvalkalų liejimas

Investicinio liejimo į apvalkalo formas metodas pasižymi geriausiu gaminio matmenų perkėlimu ir mažu paviršiaus šiurkštumu. Modelis pagamintas iš lydančių junginių, tokių kaip rudosios anglies vaškas. Liejyklos taip pat plačiai naudoja parafino-stearino sudėtį lygiomis dalimis. Jei liejiniai yra dideli, į modelio medžiagą įtraukiamos druskos, apsaugančios modelį nuo deformacijos. Panardinus į tirpalą, modelis padengiamas 6-10 sluoksnių aukštos temperatūros pakaba.

Hidrolizuoti silikatai veikia kaip rišiklis, elektrokorundas arba kvarco kristalai laikomi karščiui atspariu purškimu. Korpuso formų medžiagos pasižymi dideliu stiprumu, mažu higroskopiškumu ir puikiu dujų pralaidumu.

Išdėstymas džiovinamas dujinio amoniako atmosferoje. Kitame etape forma įkaitinama iki 120 ˚C, kad būtų pašalintas parafino modelis. Mišinio likučiai pašalinami perkaitintais garais esant aukštam slėgiui. Tada pelėsiai kalcinuojami iki 1000 ˚С temperatūroje, todėl galutinai fiksuojamas ir pašalinamos medžiagos,kurios gali išsiskirti kaip dujos liejimo proceso metu.

Kiauras įdedamas į tam tikrą kolbą, uždengtą plieniniu šratu. Tai padeda išlaikyti konfigūraciją užpildant formą lydalu ir tuo pačiu pagerina liejimo aušinimo sąlygas. Lydalas pilamas į iki 1000 ˚С įkaitintas formas. Atvėsinus gaminį pagal specialią programą termostate, pelėsis sunaikinamas, liejinys pašalinamas ir išvalomas.

Pagrindinis šio liejimo metodo pranašumas yra didelis matmenų tikslumas ir mažas paviršiaus šiurkštumas.

Papildomi metodo pranašumai:

• Detalių liejimas iš lydinių, kuriuos sunku apdirbti.
• Elementų, kuriuos kitu atveju reikėtų išlieti dalimis ir vėl sudėti, liejimas.

Šio investicinio liejimo metodo trūkumai yra mažas metalo panaudojimas ir padidėjęs darbo intensyvumas.

Tikslus liejimas

Tikslus investicinis liejimas – taip vadinama ir technologija, ir pats galutinis produktas. Didelis liejimo tikslumas užtikrinamas tuo, kad ruošiant formą nereikia iš jos ištraukti gaminio modelio. Naudojant tradicinį metodą, liejimo matricos gamyba yra sudėtingas ir daug laiko reikalaujantis kelių etapų procesas. Tai ypač aktualu liejant sudėtingos konfigūracijos dalis su įdubomis, įdubimais ir vidinėmis ertmėmis.

Pavyzdžiui, liejant ketaus ar vario vazą su kintamo paviršiaus kreivumu, tenka pasitelkti daug gudrybių. Taip, pirmaapatinė kolbos pusė prikimšta, tada modelis išimamas, apverčiamas, o viršutinė pusė sutramdoma. Modelis turi būti kompozitinis, vazos rankenos pagamintos iš dviejų elementų, ištraukiamos per modelio ertmę dviem etapais - pirma apatinis elementas, paskui viršutinis. Visi šie daugybė posūkių ir tempimo negali turėti teigiamos įtakos formos paviršiaus vientisumui ir galiausiai liejimo matmenų išlaikymo tikslumui bei jo paviršiaus kokybei. Be to, išlieka problema, kaip tiksliai suderinti kolbų dalis ir saugiai jas pritvirtinti viena prie kitos.

Investicinio liejimo gamyboje šių trūkumų nėra, jai nereikia tokių aukštos kvalifikacijos modeliuotojų ir žymiai sumažina išankstinio liejimo darbų darbo intensyvumą. Tai ypač ryšku esant dideliems liejiniams.

Metodas leidžia pasiekti 2-5 tikslumo klasę pagal GOST 26645-85. Tai leidžia išlieti didelio tikslumo gaminius, tokius kaip turbinų mentes, pjovimo įrankius, įskaitant didelio našumo frezavimo stakles ir grąžtus, ypač svarbias labai apkrautas laikiklius, mažas didelės apkrovos transporto priemonių dalis, stakles ir kitus sudėtingus mechanizmus.

Didelis matmenų tikslumas ir aukšta paviršiaus klasė sumažina poreikį toliau apdirbti liejinį, todėl taupomas metalas ir sumažėja gamybos sąnaudos.

Įranga

Reikalinga investicinė liejimo įranga yra įvairi ir sudėtinga. Įmonės sujungia juos į vieną ir gerai koordinuotą kompleksą,organizuojama kaip vieta, dirbtuvė arba atskira gamyba.

Komplekso sudėtis priklauso nuo gamybos masto, liejinių dydžio, konfigūracijos ir tiražo.

Todėl gaminant protezus ir papuošalus į įrangą bus įtraukta:

• modelių lentelė;
• mufelinė krosnis su termostatu;
• skalpelių ir mentelių rinkinys modelio formai koreguoti;
• formavimo lenta;
• kolba;
• talpos liejimo smėliui laikyti ir paruošti;
• smėlio plakimo įrankių rinkinys;
• tiglis metalui lydyti;
• žnyplės;
• plaktukas, kad sulaužytų pelėsį.

Šis gamybos kompleksas gali lengvai tilpti ant vieno stalo ir vienoje spintoje. Jei planuojama masiškai gaminti, pavyzdžiui, aliuminio liejinius - įrenginio dalis, tada įranga bus reikalinga:

• keraminių formų formavimas ir liejimas;
• džiūvimo formos;
• išlydyti modelio medžiagą ir padengti karščiui atsparų sluoksnį;
• liejinių iš liejimo medžiagos valymas.

Ir galiausiai, tikroji liejyklos komplekso įranga, skirta išlydyti ir supilti į formą. Tai gali būti liejimo įranga:

• esant žemam slėgiui;
• išcentrinė;
• įprastu gravitacijos būdu.

Įpurškimo ir išcentrinio liejimo mašinos yra atskiros labai mechanizuotos ir automatizuotosgamybos kompleksas, izoliuotas nuo parduotuvės atmosferos. Jie sumažina rankų darbą ir žmonių poveikį kenksmingoms sąlygoms. Sandariosios kameros, kuriose yra kompleksai, užtikrina visišką išmetamųjų dujų surinkimą ir išvalymą, o tai žymiai padidina įmonės ekologiškumą.

Prarastasis vaško liejimas turi gana didelį plėtros potencialą, ypač kai jis derinamas su pažangia formų gamybos ir liejimo technika.