Gjutning av förlorad vax: teknik, fördelar och nackdelar

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Användningen av investeringsmodeller är en ganska populär metod för gjuteriproduktion. Metoden kännetecknas av komplexiteten i den tekniska processen och höga arbetskostnader för förberedande processer. Därför används den där det är nödvändigt att noggrant observera dimensionerna och säkerställa hög kvalitet på delarnas yta. Så här gjuts turbinblad och högpresterande verktyg, proteser och smycken, såväl som skulpturer av komplex konfiguration. Kärnan i gjutning av förlorat vax är att formen för gjutning är i ett stycke, modellen av lågsmältande material tas inte bort under gjutning, utan smälts. Detta säkerställer noggrant iakttagande av dimensioner och relief. Metall hälls i kaviteten som återstår från modellen. Efter avslutad kylning förstörs formen och produkten avlägsnas. Vid gjutning av stora serier reduceras kostnaden för produkten.

Metodfördelar

Den största fördelen med investeringsgjutning är noggrannheten i formöverföringen och låg ytjämnhet. Dessutom finns andra förmåner tillgängliga:

• Tillverkning av lättbearbetade legeringsdelar tillgängliga.
• Minskar behovet av ytterligare bearbetning.
• Produkter gjuts som annars skulle behöva tillverkas i delar och sättas ihop.
• Med stora serier uppnås en minskning av specifik arbetsintensitet (per en produkt) och dess kostnad.
• Möjlighet till mekanisering och partiell automatisering av de förberedande operationerna av själva gjutningen.

Dessa fördelar gör metoden till en av de mest populära och som används i dagens metallurgi, speciellt i kombination med moderna progressiva gjutningsmetoder.

Nackdelar med investeringsgjutning

De otvivelaktiga fördelarna med metoden, verkar det som, borde ha säkerställt dess dominans bland andra metoder. Men trots populariteten för investeringsgjutningsmetoden har nackdelar hindrat dess utbredda antagande. Den största nackdelen är komplexiteten i flerstegsprocessen. Det kräver ganska komplex och dyr teknisk utrustning för de förberedande stadierna. För enkla produkter som produceras i små partier har denna metod en högre kostnad.

För kostnadseffektiv tillämpning av investeringsgjutning jämförs för- och nackdelar med metoden, beslutet omdess val görs på grundval av en bedömning av förhållandet pris/kvalitet. Därför används den främst till de mest kritiska och dyra produkterna som är svåra att få tag på på annat sätt, såsom turbinblad, skulpturer, höghastighetsverktyg etc. Ett annat användningsområde är storskaliga gjutgods, i där skaleffekten gör det möjligt att uppnå en betydande kostnadsminskning

Teknik

Investeringsgjutningsteknik är en tillverkningsprocess i flera steg som är relativt arbetsintensiv. I det första steget görs en mastermodell, den kommer att bli standarden för tillverkning av arbetsmodeller efter att ha passerat alla steg i slutprodukten. För tillverkning av en mastermodell används både speciella modellkompositioner och traditionella - gips eller trä. Materialet i mastermodellen ska kombinera styrka och enkel bearbetning.

Vidare ger investeringsgjutningsteknik skapandet av en form i vilken alla fungerande modeller kommer att gjutas. Formar är gjorda av gips, gummi, silikon, mer sällan metall. Strukturellt måste det nödvändigtvis vara löstagbart och utformat för upprepad användning. Formen fylls med en modellsammansättning, efter att den har härdat tas den isär och nästa fungerande modell tas bort.

När man producerar unika delar eller små serier, hoppar man över stegen för att skapa en masterlayout och en form, och en layout (eller flera) görs genom att gjuta materialet manuellt.

Nästa steg i investeringsgjutningsprocessen ärtillverkning runt layouten (eller blocket av layouter) av gjutformen. Dessa matriser är strukturellt redan icke-separerbara och kan engångsbrukas, vilket gör det möjligt att noggrant följa produktens dimensioner och grovhet. I modern industri används två typer av formar - traditionella sand-lerformar för gjutning i marken och skalformar - för tillverkning av exakta och dyra delar.

Efter att formen är färdig smälts modellen av den genom att värma eller blåsa med överhettad ånga. Skalformerna förstärks dessutom genom att värmas upp till 1000 ˚С.

Det sista steget i processen inkluderar själva gjutningen av produkten, dess kylning under naturliga förhållanden eller med en speciell metod i en termostat, destruktion av mögel och rengöring av produkten. Metoden gör det möjligt att erhålla gjutgods av hög kvalitet som väger från flera gram till tiotals kilogram.

Modelluppställningar

Materialet för produktionen av layouten måste ha vissa egenskaper. Den bör ha egenskaper som:

• Plasticitet i fast fas. Det är nödvändigt att noggrant upprepa formen på den framtida produkten och korrigera den vid behov.
• Styrka. Modellen måste utan deformation motstå processen att forma en form runt den.
• Fusible. Att rendera en modell bör inte kräva mycket tid och energi.
• Mält flytande. Kompositionen bör lätt tränga in i alla urtag och detaljer i reliefen, exakt upprepa konturerna av den framtida detaljen.
• Ekonomi. Särskilt viktigt för stora serier.

För modellkompositioner används vanligtvis en blandning av stearin och paraffin. Dessa material kompletterar framgångsrikt varandras parametrar och kompenserar för den otillräckliga smältpunkten för paraffin och den överdrivna viskositeten hos stearin.

Kompositioner baserade på brunkol är inte mindre populära i branschen. Dess huvudsakliga egenskaper är fuktbeständighet, styrka och förmågan att bilda mycket jämna beläggningar, vilket är särskilt värdefullt för produktmodellering.

Föreningar som består av en blandning av brunkolsvax, paraffin och stearin används också.

Formtillverkning

För tillverkning av unika produkter förbereds en layout genom att skära ut en bit modellmaterial manuellt eller enligt mallar. Modeller i form av revolutionskroppar görs också på svarvar. På senare tid har metoden för 3D-utskrift av modeller blivit mer och mer utbredd. Den är lämplig för både enstaka layouter och små serier.

Kostnaden för en modern industriell 3D-skrivare är fortfarande hög, men på grund av den enkla omkonfigureringen från en produkt till en annan kan den bli ett effektivt verktyg för modelltillverkning vid ett stort antal heterogena små seriebeställningar.

För att göra ett stort antal identiska layouter tillverkas en matris av gips, gummi, silikon eller metall. Arbetslayouter produceras i sin tur genom gjutning till en matris. Formen måste vara hopfällbar för att säkerställa möjligheten att tillverka ett givet antal modeller. Det valda materialet bör också ge en sådan möjlighet, därför ställs sådana krav på det som styrka, densitet, låg grovhet och kemisk tröghet i förhållande till layouten. Formämnet måste också ha minimal vidhäftning till modellen för att säkerställa att de färdiga modellerna lätt kan tas bort och dimensionerna respekteras. En viktig egenskap hos formen är dess styrka och slitstyrka, speciellt för stora serier.

Tillverka modeller och block

En allmänt använd metod för att tillverka investeringsmodeller är att gjuta dem under lågt tryck i formar. Insprutningen av vätskeblandningen utförs både manuellt, med hjälp av kolvsprutor, och mekaniska, hydrauliska eller pneumatiska överladdare. Vid användning av brunt kolvax är det nödvändigt att värma upp rörledningarna för att tillföra kompositionen på grund av dess höga viskositet. Modeller av expanderad polystyren tillverkas genom extrudering på automatiserade formningsmaskiner.

För att öka den ekonomiska effektiviteten och minska arbetsintensiteten vid serieproduktion av små gjutgods, kombineras deras layouter i block. Portsystem bildas ovanför blocken genom att fästa individuella layouter på inloppen med hjälp av en handlödkolv. Vid enstaka gjutningar eller små serier tillverkas modellerna för hand.

När man bildar grindsystem är det nödvändigt att säkerställa ett icke-turbulent flöde av smältan, enhetlig fyllning av alla element i matrisen. När du fyller i en blankett från PGS måste du också övervaka den enhetliga ifyllningen av allaöppningar mellan inlopp och förhindra skador.

Göra en form

I den investeringsgjutmetod som övervägs finns det två huvudtyper av formar:

• Sand-lerblandningar (SGM).
• Shell.

Vaxgjutformar med rök används främst vid tillverkning av små serier av produkter som inte kräver särskilt hög noggrannhet. Processen för deras tillverkning är ganska arbetsintensiv och kräver höga och ofta unika färdigheter hos modellerare och formare. Partiell mekanisering lämpar sig endast för vissa operationer, såsom förberedelse och fyllning av formsanden, dess stampning.

Skalformar, å andra sidan, används för att tillverka delar som kräver speciell tillverkningsprecision. Processen för deras tillverkning är mer komplex och långdragen, men den lämpar sig bättre för mekanisering.

Ground casting

Detta är den tidigaste metoden för metallbearbetning som mänskligheten behärskar. Det behärskades av våra förfäder samtidigt med början av användningen av metallprodukter som vapen, verktyg eller redskap, det vill säga för cirka 5 tusen år sedan. Smält metall hälls i en förberedd matris från en blandning av sand och lera. De tidigaste platserna för metallbearbetning uppstod just där avlagringar av metaller i form av nuggets och placers fanns i närheten. Ett typiskt exempel är Kasli-fabriken i Ural, världskänd för sin spetsgjutning av järn.

Investeringsgjutmetoden används för tillverkning av metallprodukter - både järn ochfärgad. Och endast för metaller som uppvisar en ökad tendens att reagera i vätskefasen (som titan) är det nödvändigt att göra matriser från andra kompositioner.

Produktionsprocessen för gjutning i PGS består av följande faser:

• modelltillverkning;
• förbereder kolven;
• fyllning och komprimering av blandningen i kolven;
• metallgjutning;
• ta bort och rengöra gjutgodset.

Form från ASG - engångsbruk. För att få den färdiga produkten måste den brytas. Samtidigt är det mesta av blandningen tillgänglig för återanvändning.

Kompositioner av övervägande kvartssand av olika kornstorlekar och plastleror, vars innehåll sträcker sig från 3 till 45 procent, används som material för ASG. Så till exempel tillverkas konstgjutgods med en blandning med 10-20% lerh alt, för speciellt stora gjutgods justeras lerh alten till 25%.

Två undertyper används:

• Facing-blandningar. De är placerade på den inre ytan av formen och interagerar med den smälta metallen. De måste vara värmebeständiga, kunna inte förstöras av temperaturskillnader och de påfrestningar som uppstår. Dessa blandningar har en fin kornighet för att noggrant förmedla detaljerna på ytan. Blandningens förmåga att passera gas är också mycket betydande.
• Fyllningsblandningar. De används för återfyllning mellan ytskiktet och kolvens väggar. De måste motstå vikten av den gjutna metallen, behålla produktens form och bidra till snabb och fullständig borttagning av gaser. Tillverkad av billigare sandsorter,återanvändbar.

Om gjutgaserna inte kommer ut genom massorna av gjutsanden, utan genom grindsystemet, uppstår defekter i gjutningen, vilket leder till giftermål.

Den traditionella tekniken att gjuta i marken illustreras i detalj i A. Tarkovskys film "Andrei Rublev". I novellen "Klockan" leder den unge mannen Boriska, son till en avliden mästare, en gjuteriartell och gjuter en kyrkklocka.

Shell-casting

Metoden för investeringsgjutning i skalformar kännetecknas av den bästa överföringen av produktdimensioner och låg ytjämnhet. Modellen är gjord av smältbara föreningar, som brunkolsvax. Gjuterier använder också i stor utsträckning sammansättningen av paraffin-stearin i lika proportioner. Vid gjutgods av stora storlekar ingår s alter i modellmaterialet för att skydda modellen från deformation. Genom att doppa i lösningen täcks modellen i 6-10 lager med en högtemperatursuspension.

Hydrolyserade silikater fungerar som ett bindemedel, elektrokorund eller kvartskristaller tas som ett värmebeständigt strö. Skalformmaterial kännetecknas av hög hållfasthet, låg hygroskopicitet och utmärkt gaspermeabilitet.

Layouten är torkad i en atmosfär av gasformig ammoniak. I nästa steg värms formen till 120 ˚C för att ta bort paraffinmodellen. Rester av blandningen avlägsnas med överhettad ånga under högt tryck. Därefter kalcineras formen vid temperaturer upp till 1000 ˚С, vilket leder till dess slutliga fixering och avlägsnande av ämnen,som kan frigöras som gaser under gjutningsprocessen.

Höljet placeras i en sorts kolv, som är täckt med stålhagel. Detta hjälper till att bibehålla konfigurationen vid fyllning av formen med smälta och förbättrar samtidigt förutsättningarna för kylning av gjutgodset. Smältan hälls i formar uppvärmda till 1000 ˚С. Efter kylning av produkten enligt ett speciellt program i en termostat, förstörs formen, gjutgodset tas bort och rengörs.

Den största fördelen med denna gjutmetod är hög måttnoggrannhet och låg ytjämnhet.

Ytterligare fördelar med metoden:

• Gjutning av delar av legeringar som är svåra att bearbeta.
• Gjuta föremål som annars skulle behöva gjutas i bitar och sedan sättas ihop igen.

Nackdelarna med denna investeringsgjutningsmetod är lågt metallutnyttjande och ökad arbetsintensitet.

Precisionsgjutning

Precisionsinvesteringsgjutning – detta är namnet på både tekniken och själva slutprodukten. Den höga noggrannheten i gjutningen säkerställs av det faktum att det under beredningen av formen inte finns något behov av att extrahera produktens modell från den. När man använder den traditionella metoden är tillverkningen av en gjutmatris en komplex och mycket tidskrävande process i flera steg. Detta gäller särskilt i fallet med gjutdelar av komplex konfiguration, med urtag, fördjupningar och inre håligheter.

När man till exempel gjuter en gjutjärns- eller kopparvas med variabel ytkrökning måste man använda många knep. Ja, förstden nedre halvan av kolven är fylld, sedan tas modellen bort, vänds och den övre halvan rammas. Modellen måste göras komposit, handtagen på vasen är gjorda av två element, de dras ut genom modellhåligheten i två steg - först det nedre elementet, sedan det övre. Alla dessa talrika svarvningar och släpningar kan inte ha en positiv effekt på formytans integritet och i slutändan på noggrannheten i att bibehålla gjutningens dimensioner och kvaliteten på dess yta. Dessutom kvarstår problemet med att exakt matcha delarna av kolvarna och säkert fästa dem till varandra.

Tillverkning av investeringsgjutning saknar dessa brister, den kräver inte så högt kvalificerade modellbyggare och minskar avsevärt arbetsintensiteten för förgjutningsoperationer. Detta är särskilt uttalat med stora serier av gjutningar.

Metoden gör det möjligt att nå den 2-5:e noggrannhetsklassen enligt GOST 26645-85. Detta gör det möjligt att gjuta högprecisionsprodukter som turbinblad, skärverktyg, inklusive högpresterande fräsar och borrar, kritiska högbelastade konsoler, små högbelastade delar av fordon, verktygsmaskiner och andra komplexa mekanismer.

Hög dimensionsnoggrannhet och hög ytklass minimerar behovet av ytterligare bearbetning av gjutgodset, vilket sparar metall och minskar produktionskostnaderna.

Utrustning

Investeringsgjututrustningen som krävs är varierad och komplex. Företag kombinerar dem till ett enda och välkoordinerat komplex,organiseras som en plats, verkstad eller separat produktion.

Komplexets sammansättning beror på produktionens omfattning, storlek, konfiguration och cirkulation av gjutgods.

Vid tillverkning av proteser och smycken kommer således utrustningen att innehålla:

• modellbord;
• muffelugn med termostat;
• en uppsättning skalpeller och spatlar för att korrigera modellens form;
• forming board;
• flask;
• tankar för förvaring och beredning av formsand;
• uppsättning sandstampverktyg;
• degel för smältning av metall;
• tång;
• hammare för att bryta formen.

Det här produktionskomplexet kan enkelt passa på ett bord och i ett skåp. Om det är planerat att masstillverka till exempel aluminiumgjutgods - delar av en anordning, kommer utrustning att krävas för:

• forma och gjuta keramiska formar;
• torkande former;
• smälta ut modellmaterialet och applicera ett värmebeständigt lager;
• rengöring av gjutgods från gjutmaterial.

Och slutligen, själva utrustningen i gjuterikomplexet, utformad för att erhålla en smälta och hälla den i en form. Det kan vara gjututrustning:

• under lågtryck;
• centrifugal;
• på det vanliga gravitationssättet.

Formsprutnings- och centrifugalgjutmaskiner är en separat högmekaniserad och automatiseradproduktionskomplex, isolerat från butikens atmosfär. De minimerar manuellt arbete och mänsklig exponering för skadliga förhållanden. Förseglade kammare där komplexen är belägna ger fullständig infångning och rening av avgaser, vilket avsevärt ökar företagets miljövänlighet.

Gjutning av förlorad vax har en ganska hög potential för utveckling, särskilt i kombination med avancerad formtillverkning och gjutningsteknik.