Литье по газифицируемым моделям технология

Литье по газифицируемым моделям

Человечество освоило литье металлов примерно 4 тысячелетия назад. Литьем получали изделия из золота, серебра, меди, железа и их сплавов. Традиционно литье осуществлялось «в землю», или в формы из песчано-глиняных смесей.

Формы изготавливались на основе моделей (макетов) из дерева, гипса или воска. Этот метод сохраняет популярность и сегодня, так, например, в России больше половины отливок деталей для машиностроения выполняются по этому методу. Несмотря на дешевизну материала, способ страдает от большой трудоемкости работ по моделированию и формовке — модель необходимо извлечь из формы перед отливкой.

ЛГМ-процесс

Метод литья по газифицируемым моделям, или ЛГМ, лишен этих недостатков. Он был разработан и запатентован в середине 20 века и с тех пор завоевал популярность во всем мире.

Применение метода в России сдерживает инерция мышления наших металлургов и недостаток информации о методе.

Суть метода заключается в том, что форма для литья уплотняется вокруг газифицируемого макета из легкоплавкого пластика. Чаще всего для ее изготовления используются плотные сорта пенопласта. Газифицируемая модель, вокруг которой утрамбована в опоку форма, не извлекается из нее, а при заливке горячего расплава плавится, переходит в газообразное состояние и испаряется через массу формовочной смеси. Металл занимает освободившееся место, повторяя в мельчайших деталях ее форму и структуру поверхности.

Визуализация технологии литья по газифицируемым моделям

Пенопласт легче обрабатывается, чем дерево.
Пенопласт не намокает и не коробится, из него проще создавать газифицируемые макеты сложной формы.
Не требуется высшая квалификация сотрудников.
Газифицируемую модель не требуется извлекать, что приводит к упрощению процесса формовки и к многократному уменьшению его трудоемкости.
Снят риск повреждения формы при извлечении газифицируемого макета, не требуется ее доработка.

Метод пригоден для отливки стали, чугуна, бронз и латуней.

Литье в ЛГМ-приобретает все большую популярность на российских металлургических предприятиях и в мастерских художественного литья

Технология литья по газифицируемым моделям

Технологический процесс изготовления отливок модифицирован по сравнению с обычным способом.

Технология литья по газифицируемым моделям

Литье отливок по ЛГМ осуществляется в специальной изолированной от окружающего воздуха камере. В момент заливки жидкого металла пенопласт испаряется, и образовавшиеся газы отсасываются вакуумным насосом, создающим разрежение 0,3-0,7 атм. Эти газы через трубопровод попадают в установку дожига и канализации, в которой обезвреживаются содержащиеся в них ядовитые вещества. Это еще одно важное преимущество метода литья в ЛГМ перед традиционными методами, вызывающими большую загазованность цеховых помещений.

После остывания форма разбивается и отливка извлекается для очистки и, если это необходимо, дополнительной обработки. Песчано-глиняная смесь после измельчения и просеивания готова к повторному использованию.

В целом данный метод производства отливок характеризуется большей сложностью оборудования и меньшей трудоемкостью по сравнению с традиционными методами.

Модельные материалы и способы изготовления

В качестве материалов для газифицируемых моделей шире всего применяется плотный пенопласт (вспененный полистирол) мелких фракций.

Плотный пенопласт для ЛГМ

В зависимости от размеров детали применяются гранулы от 0,2 до 1,0 мм. Материал обладает такими ключевыми свойствами, как:

Низкая цена.
Высокая прочность.
Легкообрабатываемость.

Вторым важным материалом для газифицируемых моделей являются антипригарные покрытия, которыми смазывают поверхность модели перед формовкой. Современные покрытия делают на основе водных связующих, они обладают высокой экологичностью.

Антипригарные покрытия для ЛГМ

Газифицируемые модели для отливок по ЛГМ производятся двумя способами. Небольшие матрицы для массовых отливок делают методом экструзионного вдувания жидкого пенопласта в алюминиевые изложницы. Их изготовляют в свою очередь методом литья или механической обработки. Газифицируемые макеты для изготовления сложных отливок вырезают из твердого куска пенопласта раскаленной нихромовой проволокой, закрепленной в шаблоне или в станке с ЧПУ.

Газифицируемые модели для литья

С помощью склеивания можно создавать газифицируемые модели для литья деталей больших размеров и практически любой конфигурации. Не является больше сложностью любое количество и глубина выступов и впадин, внутренних полостей и переменных уклонов поверхностей. Не требуется высокое искусство проектировщика и модельщика и многие часы ручного труда. Теперь это — простая последовательность операций.

Литье по газифицируемым моделям

Эту технологию можно отнести к группе способов получения отливок в неразъемных формах по разовой модели как литье по выплавляемым моделям (см. лекцию 2). Но в отличие от ранее рассмотренных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который, замещая испаряющуюся модель, занимает освободившееся пространство в полости формы. Современные варианты технологического процесса заключаются в следующем.

Разовые пенополистирольные модели изготавливают либо засыпкой в специальные металлические пресс-формы (массовое и крупносерийное производство) суспензионного полистирола в виде подвспененных гранул, либо механической обработкой нормализованных пенополистирольных плит (мелкосерийное, единичное производство). Сложные модели делают по частям. Отдельные части и литниковую систему соединяют в единый блок склеиванием или сваркой. Собранную модель окрашивают слоем огнеупорной краски и сушат на воздухе. В итоге получается огнеупорная газопроницаемая оболочка, прочно связанная с пенополистирольной моделью (рисунок 7.1, а).

Готовую модель устанавливают в специальную опоку-контейнер, засыпают зернистым огнеупорным наполнителем без связующего, уплотняют его вибрацией, закрывают металлической крышкой с отверстиями, нагружают и устанавливают литниковую чашу (рисунок 7.1,б).

Рисунок 7.1 – Схема изготовления отливки по газифицируемой модели: а – пенополистирольная модель отливки; б – форма, подготовленная к заливке; в – заливка формы, газификация модели; г – отливка с элементами литниковой системы

Приготовленную форму заливают жидким металлом (рисунок 7.1, в). Температура газификации пенополистирола близка к 560°С, поэтому под действием теплоты заливаемого расплава модель газифицируется. При этом полость формы постепенно освобождается и заполняется металлом.

После затвердевания и охлаждения отливки опоку-контейнер переворачивают, наполнитель отделяется от отливки и высыпается, после чего отливка направляется на финишные операции (рисунок 7.1, г). В случае использования обычных формовочных смесей форму выбивают на выбивных решетках.

Главная особенность способа (применение неразъемной формы) определяет основное его преимущество для качества готовых отливок – повышение точности отливок благодаря сокращению числа частей формы, стержней, а, следовательно, и возможных искажений конфигурации и размеров отливок, связанных с изготовлением и сборкой этих элементов формы. Точность отливок при литье по газифицируемым моделям в песчаные формы без связующего и с ним согласно ГОСТ 26645—85 (изм. № 1, 1989) соответствует точности отливок, полученных в кокиле или в облицованном кокиль со стержнями.

В настоящее время литье по газифицируемым моделям чаще всего используется со следующими целями:

изготовление средних и крупных массивных отливок в условиях опытного и мелкосерийного производства;
изготовление сложных отливок из черных и цветных сплавов массой до 50 кг с повышенной точностью размеров в условиях серийного и крупносерийного производства. К таким отливкам можно отнести, например, отливку типа «блок цилиндров» для автомобильного двигателя.

Модельные материалы

Материалом для изготовления газифицируемых моделей служит вспенивающийся полистирол, который представляет собой синтетический полимерный продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии эмульгатора, стабилизатора и порообразователя. В качестве порообразователя чаще всего используют изопентан. Применяемые для изготовления моделей гранулы вспенивающегося полистирола представляют собой полупрозрачные или белые непрозрачные шарики диаметром до 3,2 мм с внешней твердой полистирольной оболочкой, внутри которой находится жидкая фаза – изопентан. Чем тоньше стенки модели, тем мельче должны быть гранулы вспенивающегося полистирола. При нагреве до 27,9 о С изопентан закипает и превращается в газ с увеличением объема, а при 80 – 90 о С полистирольная оболочка размягчается и под действием давления газа деформируется. При этом объем гранул увеличивается в 10 – 40 раз. Этот процесс называется «вспениванием гранул полистирола». При вспенивании гранул в замкнутом объеме они спекаются в монолитную массу, точно воспроизводящую конфигурацию ограничивающей ее рост конструкции.

Читать еще: Песок для формовки литейных форм

Для изготовления отливок по газифицируемым моделям пенополистирол должен обладать следующими свойствами:

при плотности 20 – 30 кг/м 3 иметь достаточную технологическую прочность (0,1 – 0,2 МПа), чтобы сохранять размеры и конфигурацию моделей в процессе их изготовления, хранения, транспортирования и формовки;
на всех стадиях технологического процесса иметь минимальную и стабильную усадку (0,15 – 0,2%);
обладать достаточной скоростью газификации, чтобы заливаемый металл успевал заполнять полость формы до начала его затвердевания;
при газификации разлагаться с минимальным содержанием коксообразующих продуктов во избежание появления засоров в отливках.

Изготовление газифицируемых моделей

Процесс получения моделей в массовом и крупносерийном производстве состоит из двух стадий: предварительное вспенивание исходных гранул вспенивающегося полистирола в свободном состоянии и окончательное вспенивание гранул в замкнутой полости пресс-формы – получение модели.

Предварительная тепловая обработка вспенивающегося полистирола необходима для получения впоследствии газифицируемой модели с заданной объемной массой (плотностью), которая определяет прочность модели и качество поверхности. Вспенивающая способность гранул заданной дисперсности определяется температурой и временем тепловой обработки (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 – Увеличение объема гранул пенополистирола (V) в зависимости от температуры (цифры у кривых) и продолжительности подвспенивания (t): сплошные линии – начальный размер гранул 2,5 мм; пунктирные – 1,5 мм

С увеличением продолжительности тепловой обработки объем гранул увеличивается и, соответственно, уменьшается насыпная масса подвспененных гранул. Повышение температуры обработки приводит к сокращению времени, при котором гранулы достигают максимального объема. Но при температурах выше 95оС процесс становится нестабильным и передержка гранул приводит к потере их активности и усадке. Это связано с увеличением скорости деформации полистирольной оболочки гранул при повышении температуры, в результате чего стенки отдельных ячеек гранул разрушаются и происходит потеря порообразователя.

На предприятиях с небольшим объемом производства предварительное вспенивание целесообразно проводить в горячей воде. Для этого исходные гранулы полистирола помешают в воду при температуре 95 – 100 о С и выдерживают в течение 1 – 10 мин при постоянном помешивании, чтобы обеспечить равномерность тепловой обработки и исключить слипание гранул. После выдержки, необходимой для подвспенивания гранул до заданной насыпной массы, их извлекают и засыпают на стеллажи с сетчатым дном для просушивания и выдержки на воздухе.

Для нагрева гранул при предварительном вспенивании применяют также обработку паром и токами высокой частоты. В условиях крупносерийного и массового производства чаще всего используют перегретый пар.

После предварительного вспенивания гранулы выдерживают на воздухе от 6 ч до 2 суток. В этот период оболочка гранул, охлаждаясь, вновь переходит в стеклообразное твердое состояние, а пары изопентана конденсируются, что приводит к возникновению вакуума в гранулах. В процессе выдержки происходит диффузия воздуха внутрь гранул и давление выравнивается. Для сокращения времени выдерживания подвспененных гранул можно использовать выдержку их при повышенном до 0,2 – 0,3 МПа давлении.

Изготовление моделей в пресс-формах

Процесс заключается в повторном нагреве подвспененных и активированных гранул полистирола, помещенных в пресс-форму, в результате которого они окончательно вспениваются и спекаются между собой, образуя пенополистирольную модель отливки.

Подготовленные гранулы засыпают или задувают сжатым воздухом в смазанную специальной смазкой рабочую полость пресс-формы так, чтобы они полностью заполнили ее объем. Смазками служат: раствор синтетического термостойкого каучука, силиконовая жидкость, глицерин.

Нагрев гранул в крупносерийном и массовом производстве целесообразно проводить способом так называемого «теплового удара»: перегретый пар с температурой 125 – 135 о С под давлением 0,2 – 0,35 МПа подают непосредственно в пресс-форму, заполненную гранулами полистирола. Проходя между гранулами, турбулентный поток пара интенсивно вытесняет воздух, находящийся в порах засыпки, и равномерно по всему объему нагревает полимерный материал, который окончательно вспенивается. Образующийся конденсат под действием расширяющихся гранул отжимается к стенкам пресс-формы и удаляется через специальные дренажные отверстия.

При небольших объемах производства чаще используют более простые, но менее производительные способы:

ванный, когда пресс-форма с подвспененными гранулами помещается в ванну с водой, нагретой до кипения. По окончанию процесса пресс-форму охлаждают в проточной воде;
автоклавный, когда перфорированная пресс-форма, заполненная гранулами, помещается в автоклав, куда подается «острый» пар под давлении 0,13 – 0,145 МПа при температуре 105 – 115 о С. Перфорация пресс-формы в виде отверстий в стенках диаметром 0,35 – 1,5 мм, а лучше щелей шириной 0,25 – 0,5 мм служит для подачи пара внутрь пресс-формы, а также для удаления воздуха и конденсата во время расширения и спекания гранул.

Изготовление моделей из пенополистирольных плит

В качестве материала используют готовые пенополистирольные плиты марки ПС-Б и ПС-БС с габаритами до 1000 * 700 * 100 мм. Плотность плит 20 – 25 кг/м 3 , напряжения на изгиб 0,09 – 0,23 МПа при 5%-ной деформации; остаток после испарения образца не более 2 мас. %; скорость плавления около 25 мм/с.

Пенополистирол легко обрабатывается на обычных деревообрабатывающих станках. Чистовую обработку ведут при больших скоростях резания и малых подачах, используя инструмент с мелкой насечкой, тонкие наждачные круги и шлифовальную шкурку.

Одним из способов обработки пенололистирола является обработка горячей электронагреваемой нихромовой проволокой. Температура нагрева режущей проволоки должна находиться в пределах 300 – 450 о С. Преимущество данного способа заключается в том, что гранулы пенополистирола не выкрашиваются, а оплавляются по поверхности разреза и закрывают поры.

Обычно сложные модели изготовляют из отдельных частей простой геометрической формы с последующим их склеиванием, термической сваркой или сваркой растворением пенополистирола.

Термическая сварка осуществляется с помощью струи воздуха, нагретого до 105 – 130 о С. В качестве присадочного материала используют прутки из пенополистирола. Наплывы в местах сварки устраняют заглаживанием нагретым инструментом.

Для сварки растворением пенополистирол растворяют в стироле, толуоле, дихлорэтане до достижения консистенции киселя. Полученный состав наносят тонким слоем на соединяемые поверхности, при этом материал модели несколько растворяется. После соединения поверхностей и выдержки в течение 8 – 10 мин под небольшим давлением образуется прочный однородный с материалом модели соединительный шов.

Пенополистирольные модели значительно дешевле деревянных, что особенно важно в единичном производстве. Время, затрачиваемое на их изготовление, в 2 – 3 раза меньше, при этом не расходуется древесина высокого качества.

Собранные модели и модельные блоки покрывают противопригарной краской или суспензией толщиной 0,2 – 2,0 мм. После сушки покрытие предохраняет отливку от пригара и повышает прочность модели.

К недостаткам литья по газифицируемым моделям можно отнести безвозвратные потери материала разовой модели и выделение токсичных продуктов ее термодеструкции, что требует проведения соответствующих защитных мероприятий. В варианте процесса с вакуумированием формы во время ее заливки продукты термодеструкции модели могут поступать непосредственно из формы в установку для каталитического их дожигания до диоксида углерода и паров воды.

Литье по газифицируемым моделям: технология, преимущества

Литье по газифицируемым (выжигаемым) моделям из сополимера и пенополистирола. ЛГМ-процесс

ЛГМ-процесс (POLICAST) — современная технология производства высокоточных отливок, позволяющих значительно уменьшить расходы на передел и снизить себестоимость готовой продукции. Пенополистирол относится к так называемым твердым пенам или ячеисто-пленочным дисперсным системам, которая в физической химии определяются как дисперсия газа в твердом веществе.

Читать еще: Изготовление моделей для литейного производства

Метод литья ЛГМ: модель из сополимера или полистирола (пенопласта), полученная в модельных автоматах или автоклавах, покрывают противопригарной краской, засыпают песком в вакуумной опоке и накрывают полиэтиленовой пленкой для создания разряжения.

Вакуумная опока подключается к насосу вакуумной системы. Производится заливка жидкого металла в форму и замещение расплавом пенополистирольной модели, которая испаряется в газ. Получаемая отливка имеет чистоту поверхности Rz40 до 7-ого класса точности.

чугун практически всех марки от СЧ15 до ВЧ50;
стали от низко- и среднеуглеродистых низколегированных (с содержанием углерода от 0.20%) до высоколегированных, жаропрочных марок сталей и спецсталей;
цветные металлы: медь, алюминий, бронза, латунь.

Преимущества технологии ЛГМ (POLICAST-process):

Главные достоинства — возможность производства отливок высокой точности и качества при значительном снижение трудозатрат и себестоимости изготовления.
Практически безотходное производство — примерно 97% песка повторно используется в системе пескооборота. Потери песка составляет всего 3%, которые складываются на отсев мелкой фракции, обеспыливание и потери в виде просыпи.
Простая технология формовки без связующих компонентов и формовочных смесей. В технологии ЛГМ для формовки используется только песок.
Высокая точность литья позволяет минимизировать затраты на финишную мехобработку или даже отказаться от нее.
Используется для изготовления сложных и точных отливок, которые другими способами получить затруднительно. Очень выгодно эта технологии нашла применение для изготовления шнеков, корпусов, звездочек, головок и блоков цилиндров двигателей, художественных и другие отливок.

Этапы проектирования и изготовления комплекса ЛГМ:

разработка технического задания на проектирование;
проектирование и изготовление комплекса ЛГМ;
проектирование и изготовление литейной оснастки;
поставка оборудования;- монтаж и пусконаладка на площадке Заказчика;
обучение персонала и запуск оборудования;- отработка технологии литья;
ввод оборудования в эксплуатацию и постановка на гарантийное обслуживание.

Комплекс литья по газифицируемым моделям состоит из 2-х основных участков: «Белый цех» и «Черный цех». «Белый цех» — это участок изготовления пенополистирольных моделей, покраски и сушки модельных блоков. «Черный цех» — участок формовки и заливки модельных блоков, включающий линию формовки и систему пескооборота.

Литьё по газифицируемым моделям — способ получения отливок, использующий модель, изготовленную из материала, который газифицируется при заливке расплавленного металла в литейную форму. Самым распространённым материалом для моделей является пенополистирол.

Литьё по газифицируемым моделям как новый технологический процесс появился в середине 50-х годов. Его главным назначением было повысить точность литья при значительном уменьшении затрат на оборудование и материалы по сравнению с технологией литья по выплавляемым моделям.

Какое масло лить в мотоблок лифан

Способ литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) обладает рядом преимуществ [ источник не указан 3332 дня ] :

Резко уменьшить затраты на оборудование
Сократить число технологических операций
Благодаря использованию в качестве формовочного материала оборотного кварцевого песка и упрочнения формы вакуумом исключается использование стержней и оборудования для их изготовления
Сократить операции финишной обработки отливок
Снизить до минимума количество отходов производства
Сократить трудозатраты в 2—4 раза
Снизить потребление электроэнергии в 2—3 раза
Сократить и оптимально использовать производственные площади
Уменьшить затраты на вспомогательные материалы в 3—5 раз

Литье по газифицируемым моделям

Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) было впервые запатентовано в 1958 г. в США как метод изготовления художественных отливок. Одной из первых таких отливок была бронзовая скульптура Пегаса, изготовленная в Массачусетском институте (США), массой 150 кг. Этим же способом была сделана отливка мачты для колокола (масса 3,5 т), украшенная орнаментом. Позже этим способом отливали также художественные изделия из алюминиевого сплава.

Литье по газифицируемым моделям

Технология литья по газифицированным моделям является одной из самых перспективных и развивающихся в настоящее время технологий литья. Эта технология похожа на литье по выплавляемым моделям, но модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который, вытесняя (замещая) «испаряющуюся модель» из формы, занимает освободившееся пространство полости формы. Применяемые при этом способе модели изготовляются из пенополистирола различных марок, выпускаемого в виде гранул, блоков или плит. Такие пенополистироловые модели и элементы литниковой системы остаются в готовой литейной форме. При соприкосновении с расплавленным металлом литниковая система, а затем и модель выжигаются (газифицируются) и в виде газов покидают форму, а их место занимает металл.

Технология литья по газифицируемым моделям в серийном и массовом производстве заключается в следующем. Гранулированный полистирол загружается в поддон и в закрытых емкостях нагревается паром до температуры 80 °С, что приводит к набуханию его гранул и увеличению их размера до 1…15 мм. После сортировки набухшие гранулы задуваются воздухом в разъемные, обычно алюминиевые, пресс-формы, устанавливаемые в автоклав с температурой более 100 °С и давлением 0,2 МПа. В этой среде полистирол вспенивается и спекается, приобретая внутренние очертания пресс-формы и, по сути, образуя модель детали с элементами питателя и стояка литниковой системы. После извлечения из пресс-форм модели с элементами литниковой системы сушат, склеивают в блоки и покрывают один или два раза огнеупорной обмазкой, состоящей из этилсиликата и молотого кварцевого песка. Опоки для формования выплавляемых моделей делаются с двумя стенками с зазором между ними. Внутренняя стенка снабжена отверстиями для выхода образующихся при заливке газов. Перед формовкой на модели дополнительно наносится противопригарная краска, толщина покрытия

Модели для крупных отливок могут изготовляться из плит и блоков полистирола путем склеивания и сваривания их элементов. В качестве формовочного состава могут также использоваться ферромагнитный порошок и чугунная дробь. В этом случае состав уплотняется электромагнитным полем, которое не снимается во время заливки и кристаллизации металла отливки. Литниковая система для крупных форм частично выполняется из полистирола (литники, шлакоуловители), частично из керамических трубок. Подвод металла во всех случаях осуществляется сифонным способом для того, чтобы металл в полости формы поднимался снизу вверх, обеспечивая спокойное поступление расплава и постепенную газификацию модели. Поперечное сечение для элементов литниковой системы рассчитывается исходя из необходимости обеспечения подъема металла в форме: для чугунного литья — со скоростью 3…5 см/с, для стального — 5…7 см/с.

Достоинствами этого способа являются:

Отсутствие разъёма у модели любой сложности;
Исключение операции извлечения модели из формы;
Отсутствие стержней;
Использование сыпучего огнеупорного материала для формы без связующего.

Собранную модель окрашивают слоем огнеупорной краски и сушат на воздухе. В итоге получается огнеупорная газопроницаемая оболочка, прочно связанная с пенополистирольной моделью. Готовую модель устанавливают в специальную опоку-контейнер, засыпают зернистым огнеупорным наполнителем без связующего, уплотняют его вибрацией, закрывают металлической крышкой с отверстиями, нагружают и устанавливают литниковую чашу.

Читать еще: Литье алюминия под давлением технология

При изготовлении сложных отливок контейнер после подачи опорного материала закрывают сверху полиэтиленовой пленкой, как при вакуумной формовке. Чтобы уменьшить вероятность разрушения формы в ней создают разрежение до 0,04 – 0,05 МПа. При изготовлении крупных массивных отливок используют обычные холоднотвердеющие жидкоподвижные или сыпучие формовочные смеси. Приготовленную форму заливают жидким металлом. Температура газификации пенополистирола близка к 560°С, поэтому под действием теплоты заливаемого расплава модель газифицируется. При этом полость формы постепенно освобождается и заполняется металлом.

После затвердевания и охлаждения отливки опоку-контейнер переворачивают, наполнитель отделяется от отливки и высыпается, после чего отливка направляется на финишные операции. В случае использования обычных формовочных смесей форму выбивают на выбивных решетках.

Чем подкупает данный метод:

Пенопласт легче обрабатывается, чем дерево.
Пенопласт не намокает и не коробится, из него проще создавать газифицируемые макеты сложной формы.
Не требуется высшая квалификация сотрудников.
Газифицируемую модель не требуется извлекать, что приводит к упрощению процесса формовки и к многократному уменьшению его трудоемкости.
Снят риск повреждения формы при извлечении газифицируемого макета, не требуется ее доработка.

Метод пригоден для отливки стали, чугуна, бронз и латуней. Литье в ЛГМ-приобретает все большую популярность на российских металлургических предприятиях и в мастерских художественного литья.

Основными преимуществами отливок, изготовленных по этой технологии, являются следующие:

Высокая точность получаемых отливок даже при сложной конфигурации (7—12-й класс по ГОСТ 26645-85);
Качество и плотность металла в отливке обеспечивается за счет частичного вакуумирования в процессе литья;
Высокое качество поверхности отливок (RZ 40…80) позволяет в некоторых случаях совсем отказаться от механической обработки, которая была бы необходима при другом способе изготовления;
Минимальный припуск на механическую обработку, если она все же необходима;
Полная идентичность отливок в серии.

Материалом для изготовления газифицируемых моделей служит вспенивающийся полистирол, который представляет собой синтетический полимерный продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии эмульгатора, стабилизатора и порообразователя. В качестве порообразователя чаще всего используют изопентан. Применяемые для изготовления моделей гранулы вспенивающегося полистирола представляют собой полупрозрачные или белые непрозрачные шарики диаметром до 3,2 мм с внешней твердой полистирольной оболочкой, внутри которой находится жидкая фаза – изопентан. Чем тоньше стенки модели, тем мельче должны быть гранулы вспенивающегося полистирола. При нагреве до 27,9оС изопентан закипает и превращается в газ с увеличением объема, а при 80 – 90оС полистирольная оболочка размягчается и под действием давления газа деформируется. При этом объем гранул увеличивается в 10 – 40 раз. Этот процесс называется «вспениванием гранул полистирола». При вспенивании гранул в замкнутом объеме они спекаются в монолитную массу, точно воспроизводящую конфигурацию ограничивающей ее рост конструкции.

Области применения литья по газифицированным моделям — это отливки различной серийности, от единичного производства до промышленных серий.

В единичном и мелкосерийном производстве при изготовлении пенополистироловой модели из гранул они засыпаются сразу в пресс- форму, в которой нагреваются в автоклаве в течение 10… 12 мин. Гранулы пенополистирола при этом разбухают и вспениваются, заполняют всю полость и образуют сплошную модель, соответствующую внутренней полости пресс-формы. После охлаждения в проточной воде модель извлекают и передают на формовку. К таким моделям можно приклеивать литниковую систему (также из пенополистирола), используя клей БФ-4, а также столярный или декстриновый. Прибегнув к склеиванию, можно добиться сложной конфигурации и больших размеров моделей. Оно также дает возможность не формовать модели в пресс-формах, склеивать их из деталей, вырезанных из листов и блоков пенополистирола при помощи нихромовой проволоки, нагретой до температуры 300 °С, по шаблонам или другим устройствам.

Характерной чертой способа литья по газифицируемым моделям является возможность получения отливок по моделям без формовочных уклонов, с уменьшенными припусками на механическую обработку и без стержневых знаков, так как отверстия и выступающие части образуются самой моделью. При этом значительно упрощается процесс формовки: модель с литниковой системой устанавливается в опоку на предварительно насыпанный слой формовочной смеси и засыпается ею до уровня литниковой чаши. Уплотнение смеси может производиться вручную или на вибрационном столе. Перспективным считается способ формовки пенополистироловых моделей с применением жидких самотвердеющих смесей.

Все рассмотренные выше способы литья свидетельствуют о том, что газифицируемые модели не только уменьшают трудоемкость изготовления модельной оснастки, но и дают возможность выполнять неразъемные формы.

Для изготовления отливок по газифицируемым моделям пенополистирол должен обладать следующими свойствами:

При плотности 20 – 30 кг/м3 иметь достаточную технологическую прочность (0,1 – 0,2 МПа), чтобы сохранять размеры и конфигурацию моделей в процессе их изготовления, хранения, транспортирования и формовки;
На всех стадиях технологического процесса иметь минимальную и стабильную усадку (0,15 – 0,2%);
Обладать достаточной скоростью газификации, чтобы заливаемый металл успевал заполнять полость формы до начала его затвердевания;
При газификации разлагаться с минимальным содержанием коксообразующих продуктов во избежание появления засоров в отливках.

В настоящее время литье по газифицируемым моделям чаще всего используется со следующими целями:

Изготовление средних и крупных массивных отливок в условиях опытного и мелкосерийного производства;
Изготовление сложных отливок из черных и цветных сплавов массой до 50 кг с повышенной точностью размеров в условиях серийного и крупносерийного производства. К таким отливкам можно отнести, например, отливку типа «блок цилиндров» для автомобильного двигателя.

К преимуществам технологии можно отнести:

Уменьшение расходов на производственную деятельность. Несколько форм объединяются в одну ЛГМ-модель с целью ускорения процесса заливки.
Большой ресурс пресс-форм для производства моделей, так как вспененный полистирол не оказывает негативного воздействия на алюминий.
Экологическая чистота производства, объясняемая полным сжиганием отработанного газа с выделением углекислого газа и водяного пара.
Отсутствие необходимости механической обработки полученных деталей.
Экономия расходных материалов, так как кварцевый песок практически полностью может использоваться повторно.
В цехах, работающих по технологии ЛГМ, условия труда для персонала на порядок лучше, чем в традиционном литейном производстве. Отсутствует гарь, копоть и вредные выбросы.

Технология ЛГМ становится все более востребованной благодаря своей эффективности и очевидным экономическим преимуществам. Возможно производство заготовок из различных сортов металла, в том числе драгоценного. Одновременно можно выпускать большое количество деталей с неизменно высоким качеством и отсутствием требований по механической обработке.

0 0 голоса

Рейтинг статьи