Milling-master.ru

В помощь хозяину
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технология литья по выжигаемым моделям

Тема 45. Литье по газицифируемым (выжигаемым) моделям

Технология литья по газифицированным моделям является одной из самых перспективных и развивающихся в настоящее время технологий литья. В начале истории создания этого способа литья у нас в стране лежит авторское свидетельство СССР №136014 на изобретение одного из вариантов этого способа, которое в 1961 г. получил одессит А.Р. Чудновский. Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается высокоточная отливка. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые песчаные смеси со связующим. Область применения ЛГМ — отливки массой 0,1-2000 кг и более, тенденция расширения применения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40-1000 мм, в частности, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др.

Основными преимуществами отливок, изготовленных по этой технологии являются следующие:

  • Высокая точность получаемых отливок даже при сложной конфигурации.

· Качество и плотность металла в отливке обеспечивается за счет частичного вакуумирования в процессе литья.

· Высокое качество поверхности отливок (RZ 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 всё же необходима.
  • Полная идентичность отливок в серии.

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

Материалы отливок – это практически все марки чугунов от СЧ15 до ВЧ-50, износостойкие ИЧХ. Стали – от простых углеродистых ст. 20-45 до высоколегированных, теплостойких и жаропрочных. Бронзы – практически все литейные марки бронз.

Основной развес отливок от 1 до 300 кг. Штучное изготовление – до 1 тн.

На 1 тонну годного литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов:

  • кварцевого песка — 50 кг,
  • противопригарного покрытия — 25 кг,
  • пенополистирола — 6 кг,
  • плёнки полиэтиленовой — 10 кв.м.

Литье по пеномоделям

Среди созданных в последние десятилетия технологий в литейном деле набирает популярность удобная технология, когда получить модель отливки означает уже наполовину получить саму отливку. Модель отливки производят из пенополистирола, в обиходе чаще называемого пенопластом. Она получается такая, как упаковка от телевизора, или разовая пищевая тарелка, которые прочно вошли в наш быт, их штампуют миллионами на автоматах, а плитами полистирола утепляют наружные стены высотных домов. Пенополистирол относится к твердым пенам, которые в физической химии определяются как дисперсия газа в твердом веществе, или точнее, ячеисто-пленочная дисперсная система. В нашем случае матрицей служит полистирол, а диспергируется («дробится» и «рассеивается») газ.

По схожей технологии (как при производстве упаковки) для серии отливок модели производят задуванием порошка полистирола в легкие алюминиевые пресс-формы (весьма простые в изготовлении и часто многоместные) с последующим вспениванием и склеиванием гранул при нагреве пресс-форм до 1200 С. Для разовых и крупных отливок, иногда весом до нескольких тонн, подходит вырезание моделей из плит пенопласта нагретой нихромовой проволокой, которая, например, по шаблонам из картона «как по маслу» режет блочный пенопласт. Модель, затем полученная по ней отливка, имеют высокую точность и конкурентный товарный вид.

Отсутствует смещение стержней и форм при сборке (так как отсутствуют сами стержни), что способствует повышению размерной точности отливок до уровня 7 – 9 класса ГОСТ 26645-85, а шероховатости их поверхности до 12,5…25,0 мкм. Модели красят быстросохнущей краской с огнеупорным противопригарным порошком (обычно получают покрытие толщиной 0,4 — 0,8 мм), собирают с литником, засыпают сухим песком в ящике (контейнере) и заливают металлом.

При заливке металл испаряет модель и собой ее замещает. В этой операции замены одного на другое — весь «фокус» или ноу-хау технологии литья по газифицируемым моделям (ЛГМ), который определяет ее название по принятой терминологии в литейном производстве и делает ее уникальной. Во всех других способах формовки по модели присутствует предварительная операция ее удаления перед заливкой, а в таком отсутствии удаления модели из формы кроется и «секрет» точности получаемых отливок. Что заформовали, то и отлили в неподвижном окружающем песке. Снятие «копии» с модели происходит одновременно с «превращением» модели в отливку. Такой подход к литью часто малопонятен отечественным машиностроителям, наши литейщики к такому не привыкли, стереотипы, заученные еще в институтах, не дают увидеть новых возможностей литья, что тормозит распространение ЛГМ.

Чтобы модель не дымила в цехе при заливке, из контейнера обычно отсасывают насосом газы – разрежение поддерживают небольшое, примерно пол-атмосферы в течение до 15 мин. После отключения отсоса газов из формы производят охлаждение отливок в форме обычно еще в течении 10 — 30 мин., а затем отливки с песком высыпают их контейнера и подают для выполнения финишных операций. Можно также лить и без отсоса газов, например, для разовых отливок (крупногабаритных штампов для кузовов автомобильного производства и т. п.) при формовке в жидкостекольные смеси используют трубчатые газовыводные каналы с поджиганием выходящего их них газа от термодеструкции моделей, чем практически полностью переводят этот газ путем горения в двуокись углерода и пары воды без выделения дыма в цех.

Для серийного производства отливок поставляются полуавтоматы, цикл производства пенопластовых моделей на которых составляет около 2…3 мин. и которые «взяты» из упаковочной отрасли, где их задействуют для производства фасонной упаковки, легкой тары, а также декоративных, шумо- и теплоизолирующих панелей, декоративных элементов фасада. Производственные участки: модельный, формовочный, плавильный, очистной имеют примерно одинаковые площади и оснащаются простым оборудованием (наиболее сложным является упомянутое модельное). Вся формовка состоит из засыпки сухого песка с вибрацией контейнера до одной минуты без массивных высокоточных машин прессования, встряхивания, устройств сборки форм, свойственных традиционным видам формовки. Акцент внимания перенесен на производство моделей – этих «легчайших игрушек» с плотностью материала 25…27 кг/куб. м, которое обычно «доверяют» женским рукам, часто располагая на втором и выше этажах зданий. Качество выполнения модели в основном определяет качество отливки.

Оборотное охлаждение сухого песка ведут в пневмопотоке, псевдокипящем слое или в более простых проходных охладителях с повторным использованием песка

97%, а также применяют термическую регенерации песка путем нагревания его в пределах 300…4000 С, при котором происходит дожигание и испарение остатков деструкции пенопласта, осевших на поверхности песчинок. Потери оборота песка составляют просыпи и отсев мелкой фракции для предотвращения его избыточного запыления.

Рис. 45.1. Схема оборота песка при литье по ГМ

Для черных и цветных сплавов используется одинаковое модельно-формовочное оборудование, которое, благодаря своей несложности. Таким способом можно получать отливки из чугуна и стали всех видов, бронзы, латуни и алюминия всех марок. В ящике на «елке» можно сразу лить десятки отливок, как в ювелирном производстве, что служит еще одним плюсом литья по пеномоделям. Создание технологии литья по газифицируемой модели связано с научно-техническая революцией второй половины прошлого века наряду с такими процессами, как вакуумная формовка, непрерывное литье, литье под низким давлением, импульсная формовка и др. Все эти технологии на сейчас подъеме, а цеха и участки с гибкой технологией литья по пеномоделям (Lost Foam Casting – такое ее название на английском) сегодня множатся по всему миру — от Америки до Китая. На заводах General Motors, Ford Motors, Fiat и др. успешно эксплуатируются полуавтоматические и автоматические линии.

Читать еще:  Типы литейного производства

В наше время в мире по пенополистироловым моделям производят

1,4% от всего количества литья — свыше 1,5 млн. т/год, прогнозы на ближайшее будущее дают этой технологии 10…20% мирового литья.

Практика эксплуатации организованных производств показывает, что низкие затраты на материалы (всего 4 вида, не применяется в форме связующие) экономят не менее 100 дол. на тонну литья, а размещение отливок по всему объему контейнера сокращает расход шихты металла на 150…250 кг, электроэнергии на 100…150 кВт.ч. Технология литья по пеномоделям имеет следующие технико-экономические показатели, отличающиеся в лучшую сторону от традиционного литья в песчаную опочную форму:

коэффициент использования металла ………………….80-98%

повышение механических характеристик материала отливок на 10-15%

снижение массы отливок на 15-25%

снижение расхода шихтовых материалов и ферросплавов на 15-25%

снижение расхода формовочных и стержневых материалов на 80 -90%

уменьшение производственных площадей в 3-4 раза

уменьшение трудозатрат на 30-50%

Трудоемкость финишных операций сокращается на 10…20% при единичном и на 40…60% при серийном производстве. Особенно крупная экономия при литье сложных отливок из износостойких сталей (шнеки для машин производства кирпича, била, молотки и детали дробилок), т. к. резко снижаются затраты на их механообработку. Также льют без ограничений колеса, звездочки, корпуса, сантехнику, головки и блоки цилиндров бензиновых и дизельных двигателей, художественные, парковые и другие отливки. По данным General Motors при производстве блока цилиндров масса его уменьшилась на 15% и трудоемкость механической обработки на 50% по сравнению с традиционным литьем в стержнях. На рис. 45.2-45.4 представлены фотогрфии моделей из пенопласта и отливок.

Для проектирования и изготовления пресс-форм все шире применяют компьютеры, когда по чертежу литой детали с экрана компьютера, благодаря программному обеспечению, в котором заложены нормы и типовые решения проектирования, сразу вырезают из блока на обрабатывающим центре пенопластовую модель пресс-формы, продолжительность операции занимает буквально часы. Затем по этой модели отливают алюминиевую пресс-форму, часто не требующую механической обработки. То есть, таким же способом точного литья получают пресс-форму, каким затем по ней производят модели, и далее отливки.

Рис. 45.2 Примеры моделей (из пенопласта)

Рис. 45.3 Примеры модели и отливки

Рис. 45.4 Примеры модели и отливки

Изготовление фотополимерных моделей для литья металлов с помощью аддитивных технологий

Современные предприятия все меньше зависят от ручного труда. Высокотехнологичные решения приводят к сокращению работников и увеличению использования эффективных машин, а точное литьевое производство сейчас немыслимо без аддитивных технологий и 3D-оборудования.

Сегодня, например, для получения точных изделий в кратчайшие сроки применяется технология литья по выжигаемым и выплавляемым моделям. Предлагаем краткий обзор применения аддитивных решений в таком направлении, как «Литье по выплавляемым и выжигаемым моделям».

Варианты получения мастер-модели

QuickCast (QC) — быстрое литье

Данное решение связано с технологией стереолитографии (SL), позволяющей создавать высокоточные полые изделия с сетчатой структурой. Один из наиболее популярных способов, служащих для получения как выжигаемых моделей, так и мастер-моделей. Хорошее качество поверхности и высокая точность моделей, экономичность процесса делают востребованной эту технологию. За счет сетчатой структуры QC не оказывает давления на стенки формы при выжигании. Кроме того, благодаря сетчатой структуре расходуется в несколько раз меньше материала относительно реального объема детали, что позволяет успешно применять QC и при литье в гипс.

Рис. 1. Образец сетчатой структуры QC

Отверждение светом (dlp и аналоги)

Один из вариантов SL-технологии (аналог QC). При работе применяется фотополимер, отверждаемый с помощью света (волны разной длины). Многие компании разрабатывают специальные материалы для dlp с возможностью легкого выжигания. В связи с высокой ценой материала технология чаще используется при выжигании объектов небольшого размера (стоматология, ювелирное производство и т. п.).


Рис. 2. Пример изделия, построенного по технологии DLP


Рис. 3. Пример изделия, построенного по технологии MJ

Впрыскивание материала (material jetting, MJ)

По технологии MJ материал подается на платформу из печатающий головки с большим количеством сопел (по аналогии со струйной печатью обычного принтера). Позволяет с хорошей скоростью получать точные изделия. Технология наиболее популярна при производстве небольших изделий (стоматология, ювелирное производство и т. п.).


Рис. 4. Пример изделия, построенного по технологии SLS PS

Лазерное спекание (SLS)

При селективном лазерном спекании происходит спекание мелкодисперсного порошкового материала с помощью лазера. SLS-машина использует полистирол, который чаще всего пропитывается воском. Данная технология не позволяет обеспечить высокое качество поверхности и точность, но характеризуется невысокой стоимостью и возможностью построения больших объектов.

Струйная печать (Voxeljet)

Своеобразный гибрид MJ- и SLS-технологий, когда деталь формируется по принципу струйной печати, а затем пропитывается восковым составом. Детали, полученные с помощью данной технологии, называют полиметилметакрилат (ПММА).

Итак, мы рассмотрели варианты получения мастер-модели, применяемой при литье металлов по выплавляемым выжигаемым моделям. Существуют и другие технологии (например, производство форм для прямой заливки или получения частей форм оснастки), но это тема следующей статьи.

От теории — к практике

«Диполь» является поставщиком 3D-оборудования для разных областей промышленности. В задачи компании входит не только поставка, пусконаладка, обучение персонала и сопровождение при работе с 3D-оборудованием, но и производственный аудит промышленной пригодности аддитивных решений в компании заказчика. Рассмотрим использование нашего 3D-оборудования на одном из предприятий для получения высокоточной отливки из алюминия по выжигаемой модели QC (SLA-технология компании Shining 3D, ведущего разработчики и производителя в направлении 3D-печати и сканирования, а также крупнейшего поставщика услуг по прототипированию).

Рис. 5. Изделие из материала Somos WaterShed 11120

Образцы для проведения испытаний были получены на SLA-принтере SH3D iSLA-450 PRO (зона построения 450×450×350 мм). Данная машина, оснащенная немецкой системой сканирования ScanLab, американским лазером и японской электроникой, позволяет с легкостью выполнять необходимые по качеству функциональные модели. Кроме того, широкий выбор материалов для этой машины позволяет получать детали с такими важными характеристиками, как термостойкость (до 268°), эластичность, повышенная прочность. В последнее время все чаще находят применение и биосовместимые материалы. Благодаря вышесказанному, стереолитографический 3D-принтер iSLA-450 PRO нашел применение практически во всех известных отраслях — автомобилестроении, авиастроении, приборостроении, кораблестроении, медицине, дизайне, маркетинге и многих других сферах деятельности. В нашем случае использовался Somos WaterShed 11120 (производства компании Dutch State Mines, DSM) — полупрозрачный материал, разработанный специально для получения прототипов (в том числе характеризуется низкой зольностью). Характеристики материала приведены в таблице 1.

Читать еще:  Технология производства тротуарной плитки методом вибролитья

Таблица 1. Характеристики материала Somos WaterShed 11120

Для изготовления выбрана несложная деталь с условным названием «крышка насоса». Было решено изготовить четыре образца с различными усадками под алюминий (для двух образцов была заложена усадка 1,8%, для двух дргуих — 2,4%.).


Рис. 6. Крышка насоса (QC)

Сначала детали были напечатаны, что заняло около 6 ч. На рис. 7 показаны напечатанные образцы. Точность напечатанных изделий составила 0,1 мм.


Рис. 7. Крышка насоса (QC) — два образца

Далее детали промыли, продули воздухом через специальные технологические отверстия для удаления остатков материала, затем на 40 мин поместили в печь дополимеризации, чтобы придать им большую прочность. После этой процедуры готовые детали передали на литьевое производство для напайки на так называемое «дерево».


Рис. 8. Отмытый образец с поддержками

Процесс создания формы осуществляется по стандартным технологиям, описание которых можно опустить. Следует указать, что необходимо запаять все технологические отверстия (для этого предпочтительна смола с использованием УФ-устройства или восковая смесь).

Затем литниковая система припаивается к детали и крепится на стояк. В порядке эксперимента мы позволили себе использовать один стояк для одной детали. Применяемая оболочковая форма состояла из кварцевого песка и связующего состава на водной основе.

Дальнейший стандартный процесс литьевого производства состоит из следующих этапов:

  • напайка литников и питателей (рис. 9);
    Рис. 9. Напайка литников и питателей
  • создание литниковой системы (рис. 10);
    Рис. 10. Создание литниковой системы
  • создание первых слоев оболочковой формы (рис. 11);
    Рис. 11. Создание первых слоев оболочковой формы
  • сушка формы (рис. 12);
    Рис. 12. Сушка формы
  • передача полученной формы на последующее выжигание (рис. 13).
    Рис. 13. Передача полученной формы на последующее выжигание

Выжигание модели — один из наиболее важных процессов. При этом следует максимально сократить время операции, чтобы исключить повреждение формы и обеспечить равномерное и полное выжигание материала. Для исполнения этих требований есть несколько рекомендаций. Важно помнить, что при изготовлении крупногабаритных деталей необходимо создавать технологические отверстия для удаления газов. Впрочем, эту процедуру можно проводить и при работе с небольшими деталями. Поскольку существует много факторов, влияющих на качество корки и зольность (общий объем, толщина стенок, плотность внутренней сетчатой структуры и т. д.), каждое производство со временем вырабатывает свои режимы работы. Считается, что оптимальной для выжигания фотополимера является температура 815–1000 °С. Зарубежные производители рекомендуют использовать автоклав, так как он дает более качественный и стабильный результат при небольших временных затратах. В нашем случае была печь с терморегулятором, при этом применялся так называемый полочный режим выжигания, с нагревом и без охлаждения (рис. 14).


Рис. 14. Схема выжигания

Существуют разнообразные режимы выжигания. Каждое производство определяет выбор конкретного режима, исходя из имеющихся технологий. Например, при использовании быстрого режима выжигания необходимо создать технологические отверстия для газоотведения. Мы использовали программируемую печь с длительным технологическим режимом (более 9 ч). Параллельно создаем еще пару оболочковых форм для работы. По технической спецификации наш материал обладает очень низкой зольностью (график технической спецификации демонстрирует зольность ниже 0,1%, рис. 15).


Рис. 15. График технической спецификации фотополимера

При разломе формы можно убедиться в действительной зольности (рис. 16, 17).

Рис. 16, 17. Минимальная зольность оболочковой формы

Как видно на фото, зольность действительно незначительная, поэтому на дальнейших этапах от ее остатков можно легко избавиться продуванием воздухом. Возможность уже на этапе отливки создать шероховатость меньше 3 мкм по Ra в некоторых ситуациях позволяет получать конечное изделие без дальнейшей постобработки. На рис. 18, 19 видно качество формы, которое можно получить при использовании надлежащих материалов и оборудования.

После выжигания образца форма отдается в прокалку и подготовку для заливки алюминия (заливка производится в разогретую форму).


Рис. 20. Отливка из алюминия

Полученную отливку необходимо сравнить с полученной 3D-моделью (без усадочного коэффициента). Для этого используется лазерный ручной 3D-сканер FreeScan X7. Трехмерное оборудование позволяет меньше чем за 1 ч получить информацию о поле отклонений, что очень удобно для понимания, по какому квалитету была получена отливка.

Подводя итоги проведенной работы, можно отметить следующие преимущества SLA-технологии (Shining 3D) и модели QC:

  1. Скорость. Готовую отливку из металла можно получить уже через 3–4 дня, что существенно сокращает дальнейший цикл создания изделия, позволяя в сжатые сроки перейти к его испытаниям, после чего либо внести необходимые правки, либо отправить изделие в тираж.
  2. Точность. Высокоточные промышленные 3D-принтеры позволяют получать отливки с очень высокой точностью, в нашей ситуации — третий квалитет точности (ГОСТ 26645-85).
  3. Качество поверхности внутренних каналов. Шероховатость конечной отливки составляет меньше 3 мкм по Ra, что позволяет избежать механической обработки в сложнодоступных местах.


Рис. 21. Промышленный 3D-принтер iSLA-450 Pro Shining3D

Аддитивные технологии в литье по выжигаемым моделям

Литье по выжигаемым моделям – одна из разновидностей точного литья. Технология применяется при изготовлении ответственных деталей в наукоемких отраслях промышленности (авиакосмической, судостроительной, оборонной, автомобильной и др.) Внедрение аддитивных технологий на литейном предприятии позволяет в значительной мере оптимизировать производственный процесс.

3D-печать дает возможность выращивать уникальные объекты сложной геометрии для получения высококачественных отливок. 3D-принтер воспроизводит практически любые формы и конфигурации, что невыполнимо при традиционном литье. Модели, которые созданы для литья по выжигаемым моделям аддитивными методами, могут быть гораздо тоньше, чем стандартно производимые в пресс-формах из пенополистирола.

Аддитивные технологии способны дать предприятию большой экономический эффект за счет снижения затрат на изготовление продукции и рабочую силу, а также существенной экономии времени производства. Благодаря 3D-печати получить первую отливку стало возможным не за полгода (срок изготовления традиционными методами), а всего за две недели.

Технологический процесс литья по выжигаемым моделям схож с другой технологией точного литья, основанной на выплавлении воска. Основное отличие – в материале для 3D-печати, используемом для изготовления форм: при выжигании применяется пластик (фотополимерная смола). Литье по выплавляемым моделям – процесс более точный, идеальный для создания небольших объектов с мелкими деталями (например, ювелирных изделий, стоматологических имплантатов). Если требуется получить модели бòльших размеров и повышенной прочности, применяется выжигание. Также надо отметить, что фотополимеры экономичнее воска.

Выращивание выжигаемых моделей на 3D-принтере производится методом лазерной стереолитографии (Stereolithography Apparatus, SLA) – когда жидкий фотополимер затвердевает под действием лазера или УФ-лампы, – или многоструйного моделирования (MultiJet Printing, MJP) с помощью фотополимерного материала.

Технология QuickCast

Этот метод позволяет выращивать модели на стереолитографических 3D-принтерах, минуя изготовление литейной оснастки, чрезвычайно затратное и по стоимости, и по времени. Как и сама технология лазерной стереолитографии, QuickCast – разработка компании 3D Systems.

Пластиковые модели выдерживают достаточно большие нагрузки, но существует риск их деформации или разрушения. При выжигании, независимо от материала, в модели остается зола – сухой остаток от выгорания пластика. Производители легко решают эту проблему, используя материал с низким зольным остатком (не более 0,01% от первоначального объема модели). Еще одну опасность представляет сам материал модели. Когда он запечатан в керамическую оболочку, при нагреве пластик выгорает не так быстро, как воск, и процесс прокалки может достигать 10-12 часов. Пластиковая модель внутри керамической оболочки нагревается и создает избыточное давление на саму форму. Песчаная керамическая форма имеет нулевую пластичность, и как только порог превышен, модель сильно давит на литейную оболочку.

Читать еще:  Современные литейные технологии сайт

Чтобы избежать термических напряжений при прокалке, и была разработана технология QuickCast. Наружные стенки модели печатаются целиком (примерно 1 мм толщиной, в зависимости от габаритов), а пустота, образующаяся внутри, заполняется сотовой структурой, которая генерируется программным обеспечением в автоматическом режиме еще до печати. При нагреве модель и оболочка давят друг на друга, и за счет тонкостенной структуры модель начинает складываться внутрь, предотвращая разрушение формы.

Преимущества QuickCast:

  • высокая точность печати;
  • значительная экономия времени и средств;
  • отсутствие оснастки;
  • экономичное использование материала и снижение массы модели;
  • минимизация образования золы при выжигании модели из формы;
  • предотвращение деформации в процессе термической обработки;
  • минимальная постобработка;
  • возможность малосерийного производства.

Пожалуй, единственный недостаток этой технологии – необходимость больших первоначальных вложений. Стереолитографические установки достаточно дороги и требуют регулярного технического обслуживания. Тем не менее, в процессе успешной эксплуатации затраты на оборудование быстро окупаются.

Этапы технологического процесса

Примеры внедрения

Технология QuickCast находит активное применение в различных отраслях. В России ее используют, среди прочих, крупные предприятия авиационной промышленности («Салют», «Сухой», УМПО), энергетического машиностроения (Тушинский машиностроительный завод), научные центры (НИАТ, НАМИ).

Литейная технология подразумевает переход металла из одного агрегатного состояния в другое – из твердого в жидкое и опять в твердое. Такому же принципу отвечает и метод литья пластиков. Приведем пример, очень хорошо иллюстрирующий, как аддитивные технологии помогают решать проблемы в этой области.

ОАО «Концерн «Океанприбор» (Санкт-Петербург) производит системы связи для Военно-Морского Флота РФ, в том числе оборудование с большим количеством мелких элементов, например, разветвитель – один из основных компонентов новой гидроакустической антенны. Для быстрого прототипирования при изготовлении литьевых деталей концерн использует 3D-принтер.

На 3D-принтере выращивается литьевая форма, которая затем заливается силиконом. В силиконовую форму можно заливать любой другой материал, в данном случае это полиуретан. В результате предприятие получает своего рода форму для форм – не просто прототип, а опытный образец, готовый к использованию.

Благодаря 3D-принтеру срок создания антенны удалось сократить до трех недель. Реализация проекта с применением стандартных методов потребовала бы нескольких месяцев.

Вот как выглядит весь процесс изготовления литьевой формы разветвителя:

Статья опубликована 11 августа 2017 в 12:04, дополнена 26 февраля 2020

Литье по газифицируемым выжигаемым моделям

Этот способ во многом аналогичен литью по выплавляемым моделям.

Литье по выжигаемым моделям – изготовление отливок свободной заливкой расплавленного металла в разовую форму, рабочая полость которой получена после выжигания модели, изготовленной из канифоли, блочного полистирола, пенополистирола и других пластмасс в пресс-формах.

Способ применяют в случаях, когда модели должны быть прочными и термоустойчивыми. Его используют для изготовления отливок из любых литейных сплавов, массой от десятка граммов до сотен килограммов с толщиной стенки до 1 мм. Возможно изготовление компактных цельнолитых узлов со сложными лабиринтными полостями, которые не могут быть выполнены другими методами. Примеры отливок, полученных методом литья по выжигаемым моделям, показаны на рис. 7.33.

Рис. 7.33. Примеры отливок, полученных методом литья но выжигаемым моделям

Метод включает следующие основные операции.

Сначала из специального материала изготовляют копию будущего изделия с необходимыми припусками на усадку и последующую механическую обработку. Затем на полученную модель наносят несколько слоев (до двадцати) керамических порошков с силикатным связующим, просушивая ее после нанесения каждого слоя. В результате вокруг нее образуется прочная жаростойкая оболочка – корка (рис. 7.34). Далее форму помещают в печь и достаточно долгое время выдерживают при высокой температуре либо в воздушной среде, либо с подачей кислорода – для более полного и бы-

строго сгорания модели. На следующем этапе корку помещают в песчаную опоку – своего рода буфер, который позволяет сохранить температуру формы (рис. 7.35).

Рис. 7.34. Окончательный вид огнеупорной корки 1 с .моделью 2 перед выжиганием

Рис. 7.35. Вид сверху на огнеупорную корку в опоке после выжигания модели

Оставшиеся в форме обуглившиеся остатки модели удаляют продувкой сжатым воздухом (иначе отливка получится некачественной).

По завершении продувки в горячую корку заливают металл. После заливки форма остывает, затем корку разрушают и извлекают отливку.

Для выжигаемых моделей применяют материалы, сгорающие на воздухе или в кислородной среде с низкой зольностью. Это, например, канифоль, блочный полистирол, пенополистирол, полиамид и другие пластмассы. Раньше модели получали в пресс-формах (аналогично выплавляемым моделям). Сейчас все более широкое применение находят методы, связанные с синтезом модели на основе процессов, названных в технической литературе быстрым прототипированием. Образцы моделей, полученных прототипированием, показаны на рис. 7.36. Более детально эти процессы будут рассмотрены в гл. 13.

Рис. 7.36. Образцы выжигаемых моделей из полистирола, полученные с использованием технологий прототипирования

Литье под давлением

Литье под давлением является самым производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации в серийном и массовом производстве.

Процесс литья заключается в заливке расплавленного металла в камеру сжатия машины и последующем выталкивании его через литниковую систему в полость металлической формы, которая заполняется и отверждается под избыточным давлением до 400 МПа. Заполнение полости происходит при высокой скорости впуска металла, которая обеспечивает его высокую кинетическую энергию (рис. 7.37).

Рис. 7.37. Схема получения заготовок литьем под давлением:

а – заливка металла в камеру прессования; б – запрессовка металла; в – открытие пресс-формы; г – удаление отливки; 1, 3 – элементы пресс-формы; 2 – деталь; 4 – пресс-остаток

Для литья под давлением применяют литейные машины с горячей и холодной камерой прессования (рис. 7.38).

Рис. 7.38. Внешний вид типичного оборудования литья под давлением с горячей (а) и холодной (б) камерой прессования

Обрабатываемые материалы: алюминиевые, цинковые, медные сплавы. Расплав заполняет пресс-форму за доли секунды (0,01–0,6 с) при скорости до 120 м/с. При этом он сильно фонтанирует, ударяется о стенки формы и в течение 0,003–0,004 с закупоривает вентиляционные каналы. В момент окончания заполнения полости расплав мгновенно останавливается. Вследствие гидравлического удара поверхностный слой -0,2 мм отливок получается плотным, без газовой пористости, пузырьки газа остаются во внутренних сечениях. Пресс-форма для этого способа является весьма сложным и точным инструментом. Формообразующие детали изготовляют из специальных сталей, легированных вольфрамом, хромом, никелем.

Получают отливки массой от нескольких граммов до 50 кг, обычно тонкостенные (до 0,8 мм), сложной конфигурации. Они имеют высокую точность размеров (8–12-й квалитет), малую шероховатость поверхности (Rz = 20÷10 мкм и даже Rа= 1,25÷0,63 мкм). На рис. 7.39 приведен пример корпусной тонкостенной детали из алюминиевого сплава, полученной с помощью литья под давлением.

Рис. 7.39. Внешний вид типичной детали, полученной литьем под давлением из алюминия

Данный метод экономически эффективен для получения отливок сложной конфигурации при крупносерийном производстве.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector