Вакуумное литье металлов технология

Слесарное дело

Инструмент

Материалы

Технология вакуумного литья металлов

Вакуумное (вакуумно-плёночное) литьё – это изобретённая в Японии в 1971 году технология горячего формования металлических заготовок, при которой расплав металла удерживается во внутренней полости литейной формы под действием сил, создаваемых давлением вакуума.

При вакуумном литье в форму используются песчаные формы, не содержащие влаги или связующих веществ.

Описание технологического процесса

В технологическом процессе вакуумного литья используется специальный шаблон. Он представляет собой либо двустороннюю модельную плиту, либо состоящую из двух частей литейную модель с крохотными отверстиями, обеспечивающими возможность вакуумной откачки.

Изнутри на литейный шаблон накладывается тонкая полимерная плёнка, после чего включается давление вакуума, заставляющее плёнку прильнуть к поверхности шаблона.

Кроме того, в данном техпроцессе используется специальная опока. В ней имеются отверстия, обеспечивающие воздействие давления вакуума. Опока помещается поверх литейного шаблона и наполняется песком.

В полученной песчаной форме вырезаются литниковая воронка и литник для заливки расплавленного металла.

Затем сверху на песчаную форму накладывается ещё одна тонкая полимерная плёнка. После этого включается давление вакуума, действующее сквозь опоку, и эта новая полимерная плёнка прилипает к верхней части песчаной формы.

На следующем этапе процесса вакуумного литья отключается вакуумирование специального литейного шаблона, и шаблон извлекается. При этом пока ещё остаётся включенным давление вакуумной откачки из опоки. Это заставляет верхнюю полимерную плёнку прильнуть к верхней части формы, а полимерную плёнку, прежде накрывавшую шаблон, – к её дну. Теперь нижняя плёнка удерживает оттиск отливки в песке под действием силы вакуумной откачки.

Нижняя часть литейной формы изготавливается таким же образом. Затем две половины формы собираются вместе для заливки расплава металла. Следует иметь в виду, что с этого момента времени используются 4 полимерные плёнки: по одной на каждой половине внутренней литейной полости формы и ещё по одной — на каждой наружной поверхности верхней и нижней половин формы.

Во время заливки в форму расплав легко выжигает полимерную плёнку.

– Технология вакуумного литья в песчаную форму не требует использования специальных формовочных смесей или связующих веществ.

– Восстановление песка и его первоначальных свойств, являющееся общей проблемой в металлургическом производстве, осуществляется очень легко, благодаря отсутствию в песке связующих и других активных веществ.

– Литые изделия отличаются точностью размеров и высоким качеством поверхности.

– При изготовлении деталей методом вакуумного литья песчаная форма не содержит воды, что исключает образование на металлических отливках дефектов, связанных с использованием влаги.

– Данная технология позволяет значительно сократить величину прибылей, образующихся на отливках, что делает процесс литья более экономичным с точки зрения расхода материала и обеспечивает низкую себестоимость производства.

– Процесс вакуумного литья является относительно медленным.

– Вакуумное литьё в форму плохо поддаётся автоматизации.

Область применения технологии

Технология вакуумного литья может использоваться в штучном и мелкосерийном производстве различных промышленных изделий как из чёрных (например, чугуна), так и из цветных металлов и сплавов.

Технология литья бронзы в домашних условиях

При изготовлении декоративных изделий из металла часто используется бронза. Из этого материала получаются привлекательные изделия, которые длительное время сохраняют приличный внешний вид. Литье бронзы считается одни из самых популярных литейных процессов и применяется сотни лет для изготовления различных изделий из этого металла. Чтобы понимать насколько этот материал подходит для литья и как с ним правильно работать, требуется обладать общей информацией о самом металле и способах его обработки.

Общая характеристика металла

Бронза представляет собой сплав, в состав которого может входит олово, медь и другие компоненты. К сторонним примесям относится цинк, алюминий, бериллий, свинец, никель или кремний. Если говорить о составе, бронзу можно разделить на две группы:

• Оловянные сплавы. Материал может состоять из двух и нескольких компонентов. Олово относится ко второму по процентному содержанию компоненту сплава.
• Безоловянные сплавы. В состав могут входить алюминий, свинец, кремний, свинец или бериллий. Эти компоненты изменяют характеристики сплава.

К характеристикам бронзового сплава относятся:

• Плотность. Этот показатель зависит от содержания олова в составе. Среднее число 9,1 кг/куб. см.
• Температура при которой плавится металл. Изменяется в зависимости от компонентов состава. Диапазон 880–1060 градусов по Цельсию.
• Теплоемкость — 0,385 кДж / (кг*К).
• Электропроводность — 0,176 мкОм*м.

При желании изменить какую-либо из характеристик сплава в его состав добавляется определённое количество сторонних примесей.

История технологии

Историки и археологи утверждают, что литье из бронзы начало развиваться более 10 тысяч лет назад. В начале истории появления этого сплава он использовался для производства орудий труда и примитивных украшений. Раньше сплав использовали только в производственных целях. На данный момент бронза используется для изготовления декоративных изделий, заборов, подвижных ограждений, люстр, бра, скульптурных композиций.

Моментом самого главного пика изготовления изделий из бронзы является период европейского барокко. В этот период люди украшали свои дома и поместья декоративными элементами из этого сплава.

Основные этапы

Литье бронзы подразумевает под собой технологический процесс, который требует использование специального оборудования и соблюдения определённых этапов производства:

• В первую очередь подготавливается чертеж будущей заготовки.
• Создаётся примыкание к модели литниковой системы. Для этого производится спаивание или приклеивание.
• Изготавливается литьевая форма из огнеупорных смесей.
• Форма освобождается от модельного состава. Для этого её нагревают паром или опускают в ёмкость с горячей водой.
• Используя центробежную машину, расплавленная бронза заливается в форму.
• Будущей заготовке дают самостоятельно остыть.

Для дальнейшей обработки детали из бронзы форма разбивается. Заготовка промывается с помощью химических составов.

Технологии литья бронзовых изделий

Литье из бронзы можно разделить на несколько видов в зависимости от технологического процесса и использования литейных машин. Для плавки сплава используются индукционные печи. Сам металл покрывается флюсом.

Литье под давлением

В процессе вакуумного всасывания расплавленный металл начинает втягиваться в форму кристаллизатора. Далее начинается охлаждение заготовки, которое происходит от краёв к центру. В качестве кристаллизатора использует емкость с тонкими стенками. Она охлаждается водой. После охлаждения заготовка сама отходит от формы.

Центробежное литье

Центробежное литье бронзы применяется для изготовления деталей цилиндрической и конусовидной формы. К ним относятся уплотнительные кольца, втулки для промышленного оборудование и другие детали. С помощью центробежной технологии изготавливаются червячные колёса и шестерни. Технологический процесс подразумевает под собой вращение формы, благодаря чему расплавленный металл уплотняется.

Художественное литье

Технология художественного литья из бронзы используются в случаях создания декоративных элементов. К ним относятся различные скульптуры, светильники, решётки, ограды, сувенирная продукция. Этапы художественного литья из бронзы:

• Изначально изготавливается чертеж будущей заготовки.
• Далее мастер создаёт форму, в которую будет переливаться расплавленный металл.
• Расплавляется исходное сырье — шихта.
• Форма для литья заполняется расплавленным металлом.
• Процесс охлаждения.
• Извлечение заготовки из формы.

Последним этапом считается очистка и дальнейшая обработка детали. Если конструкция составная, изначально создаются и обрабатываются отдельные детали. После этого они соединяются в одну конструкцию. Швы зачищаются и обрабатываются защитными составами. При правильном выполнении технологического процесса создания декоративных элементов из бронзы, можно избежать ошибок и снижения качества готовой продукции.

Литье в домашних условиях

Опытные мастера металлургии практикуют литье из бронзы в домашних условиях. Для проведения этого процесса требуется приобрести:

• горн;
• щипцы;
• древесный или каменный уголь;
• тигель в котором будет плавиться металл.

В качестве нагревательного элемента для плавки бронзового сплава часто используют газовую горелку. Связано это с тем, что бронзу можно расплавить при небольшой температуре. Так можно сэкономить на покупке индукционной печи.

Создание литейной формы

Литье бронзы в домашних условиях требует правильного изготовления форм для литья. Формовочная смесь должна состоять из смеси, песчаника, каменноугольной пыли, глины. Этапы изготовления формы:

• Формовочная смесь засыпается в деревянный ящик, который называется опока. Сверху её утрамбовывают слабыми ударами.
• Далее в формовочную смесь погружается модель будущей заготовки.
• Сверху располагается ещё один ящик (опока). В него засыпается формовочная смесь. Трамбуется.
• Далее мастер разделяет форму на нижнюю и верхнюю половины.

Как правильно залить расплавленную бронзу в литейную форму

Литье из бронзы в домашних условиях требует особой подготовки литейных форм. Из них требуется удалить воздух чтобы получились долговечные отливки без дефектов. Формы необходимо раскрутить в центрифуге с электроприводом. После этого можно заливать расплавленный металл.

Как получить более качественное литье

Качество литья можно повысить. Нужно использовать другой изменённую технологию. При этом используется воск. Из него изготавливают формы, в которые будут заливаться отливки. Можно использовать парафин. Чтобы сделать такую модель, требуется использовать готовую форму, которая нагревается в кипящей воде.

Литье бронзы известно многие сотни лет. С помощью этого технологического процесса изготавливаются декоративные элементы, ограждения, светильники и скульптуры. В состав бронзы входят разные компоненты, которые влияют на характеристики сплава. Существует различные виды изготовления отливок из бронзы, которые подразумевают разные технологические процессы.

Пожалуйста поддержите канал: ставьте лайки, делайте репосты, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах!
Так же Вы можете посетить наш информационный сайт всё о металлах и обработке.

Литье металлов под давлением

Основы литья металлов под давлением

Литьё металлов под давлением — способ изготовления отливок из сплавов, при котором сплав приобретает форму отливки, быстро заполняя пресс-форму под высоким давлением от 7 до 700 МПа. Этот способ применяется для сплавов цветных металлов (на основе цинка, алюминия, меди, магния, сплав олово-свинец) из-за их низкой температуры плавления, а также для некоторых сталей. Изделия могут быть массой от десятков граммов до десятков килограммов. Литье металлов под давлением занимает одно из самых высоких мест по объемам массового производства в металлообработке.

Литьём под давлением изготавливают:

детали автомобильных двигателей (в том числе алюминиевые блоки, детали карбюраторов);

детали сантехнического оборудования;

детали бытовых приборов (пылесосы, стиральные машины, телефоны); ранее — детали печатных машинок;

детали компьютеров, мобильных телефонов и прочего аналогичного оборудования.

Литье под давлением алюминия: используется в легких и высокопрочных узлах. Картер коробки передач и т.д.

Литье под давлением магния: используется в легких и высокопрочных узлах, например: корпуса электро-борудования.

Литье под давлением цинка: используется при производстве игрушек и в деталях малых размеров, а так же в узлах с хорошим качеством поверхности, особенно где есть хромирование.

Литье под давлением латуни: используется в сантехнических изделиях, например, водопроводных кранах, смесителях.

Процесс изготовления изделий

Литейные формы (пресс-формы) обычно изготавливаются из стали. Оформляющая полость формы выбирается подобной наружной поверхности отливки, однако учитываются искажения размеров. Пресс-форма содержит также выталкиватели и подвижные металлические стержни, образующие внутренние полости изделий. Литейные машины разделяют на два вида — с горячей и холодной камерой прессования. По типу расположения вертикальные и горизонтальные. На рис. 1 дана принципиальная схема работы машин с холодной камерой прессования, расположенной у одних машин горизонтально (a), a y других — вертикально (б). При работе машины жидкий металл мерной ложкой или с помощью автоматического дозатора заливают в камеру прессования 6 и гидравлическим плунжером (прессующим поршнем 7) запрессовывают в пресс-форму. Пресс-формы изготовляют из двух половин (подвижной 3 и неподвижной 5) с вертикальной или горизонтальной плоскостью разъема. Это обеспечивает быстрое извлечение отливок с помощью толкателей 2, которые крепятся с тыльной стороны подвижной пресс-формы.

Рис.1 — Схемы литья под давлением на машинах с камерами прессования:

а — холодной горизонтальной;

б — холодной вертикальной;

1 — плита крепления подвижной части формы;

3 — подвижная матрица формы;

4 — полость формы (отливка);

5 — неподвижная матрица формы;

6 — камера прессования;

7 — прессующий поршень;

9 — тигель нагревательной передачи;

10 — обогреваемый мундштук.

Литейные машины с горячей камерой прессования

Сплавы на основе цинка, как правило, льются в машинах с горячей камерой прессования. Камера погружена в расплав. Под относительно слабым давлением сжатого воздуха или поршня расплав из камеры вытесняется в пресс-форму.

Скоростная операция. Время цикла менее 1 секунды для маленьких деталей, до 30 секунд для более крупных деталей.

Рабочее давление в диапазоне от 100-300 атм.

Обычные пресса или небольшие высокоскоростные установки.

Рис.2 — Схема литья под давлением на машинах с горячей камерой прессования:

Литейные машины с холодной камерой прессования

Такие машины используются для литья под давлением алюминиевых, магниевых, медных сплавов. Литьё в пресс-формы происходит под давлением от 35 до 700 МПа.

Инжекторный плунжер и цилиндр не опускаются в расплавленный.

Расплавленный металл разливается ковшом механически или вручную.

Более длительное время цикла. Может достигать 1 мин.

Рабочее давление 200-700 psi Al и Mg (13-47 атм.).

Рабочее давление 400-1000 psi Cu (27-68 атм.).

Рис.3 — Схема литья под давлением на машинах с холодной камерой прессования:

Основные преимущества литья под давлением

К основным преимуществам технологии литья под давлением можно отнести:

• высокую производительность;
• высокое качество поверхности (5-8 классы чистоты для алюминиевых сплавов);
• точные размеры литого изделия (3-7 классы точности);
• минимальная потребность в механической обработке изделия.

Процессы литья под давлением

Существуют следующие этапы литья под давлением:

Первый этап: раскрытие пресс-формы и смазка.
Это необходимо для того, чтобы готовая отливка легко отходила от полостей пресс-формы и металл в поршне не застывал до того, как он будет запрессован. Также образуется пленка, которая помогает стабилизировать температуру и защищает поверхность пресс-формы, что увеличивает срок службы оснастки.

Второй этап: смыкание пресс-формы.

Третий этап: заливка металла в поршень.
После смазки пресс-формы и поршня рабочий зачерпывает из печи необходимое количество металла и заливает его в горловину поршня.

Четвертый этап: запрессовка металла.
Поршень под воздействием пневматики, в которую как правило закачан азот, совершает поступательное движение и закачивает металл в камеру прессования.

Пятый этап: снятие готового изделия.

Смазочные материалы для литья под давлением

Перед началом, а также и во время работы рабочую поверхность пресс-формы покрывают смазкой линейка Petrofer Formol. Смазки для холодного пуска наносятся на холодные штампы в начале операции, то есть в тот момент, когда смешивающиеся с водой жидкие смазочные материалы еще не образуют достаточную пленку из-за низких температур матрицы. Смазка частично предохраняет форму от термического удара и, следовательно, увеличивает сроки службы формы, она способствует более легкому извлечению отливки из формы, предохраняя форму от приваривания. Смазка помогает получить также более качественную поверхность отливки. Смазки для холодного пуска используют в качестве разделительного состава при производстве отливок из свинцовых сплавов. Данные продукты практически не эмульгируются, и требуется их удаление методом скиммирования.

При литье под давлением в 90-Х годах применяли в основном жирные смазки на основе минеральных масел, которые при сгорании не дают минеральных осадков. При литье алюминиевых сплавов применяли смесь масла с графитом или смесь графита с воском и вазелином и др.

Современные водосмешиваемые и чистые масла отвечают следующим требованиям:

нанесение смазочного материала методом микро-напыления под давлением. Очень тонкий слой смазки должен обеспечивать весь предъявляемый функционал и способствовать экономичности расхода.

высокие проникающие свойства и устойчивость к температуре, отсутствие воспламенения и образования дыма. Применение продукта для различных сложностей геометрических форм.

состав смазки должен обеспечивать высокий эффект отделения металла из формы, оставлять после отделения минимальное накопление осадков.

легкое удаление отложений и очистка оборудования. Остатки на литых компонентах должны быть совместимы с процессами окраски и гальванике изделий.

высокие концентрации смешения с водой 1:50-1:200.

устойчивость к поражению микроорганизмами и стабильность эмульсии, минимальное влияние на здоровье человека и окружающую среду.

долгий срок службы смазки на форме, отсутствие стекания образования сгустков и содержания твердых веществ в составе.

равномерное охлаждение формы, коррозионная защита узлов и оснастки, улучшенное прохождение метала.

Смазку наносят тонким, ровным слоем через 1—2 заливки. Для получения качественного изделия необходимо соблюдать определенные значения удельного давления прессования.

Продукция PETROFER для литья металла под давлением

Компания PETROFER предлагает своим клиентам продукты, отвечающие всем потребностям современной промышленности.

Линейка продуктов DIE-LUBRIC – смазочные материалы для литья металлов под давлением в портфеле продуктов Petrofer. Водосмешиваемые и чистые масла подходят для смазки форм при литье под давлением изделий из алюминия, цинка, магния, меди и металлов различных сплавов. Продукты разделяются для применения в машинах как горячего литья, так и холодного литья; оптимизированы для универсального и специального применения. Имеют экономичный расход, хорошую защиту от коррозии. Состав продуктов максимально безопасен для здоровья человека и окружающей среды.

При этом стоит отметить, что могут быть улучшены следующие факторы:

Плюсы и минусы вакуумной литейной установки

• 17 июня 2019
• Просмотров: 967

С первого взгляда работа литейщика в зуботехнической лаборатории кажется чисто механической: приклеил, замешал, залил, поставил, нажал кнопку и отпесочил. На самом деле каждый этап довольно сложен и зависит не только от мастерства специалиста, но и удобства оборудования.

В целом вакуумные установки считаются современнее центробежных, однако наряду с преимуществами есть и недостатки. Рассмотрим их подробнее, чтобы понять, подойдет ли вам вакуумное литье.

Чем хороша вакуумная установка

Компактность. Для нее не понадобится отдельное помещение: если для центробежной установки требуется не менее 7 кв. м, то вакуумная отлично поместится в 4-5 кв. м.

Качество отливки. Вакуумное литье точнее и чище центробежного за счет меньшего механического воздействия при розливе сплава. Также в этом случае газовая пористость намного ниже.

Экономия металла. Заполнение расплавом литейной полости опоки обеспечивает экономию материала до 30% в отличие от использования центробежных сил.

Продуктивность. Высокая эффективность при минимуме ручных манипуляций. Минимальное время подготовительных операций и непосредственно литья позволяют выпускать изделия в короткие сроки.

Безопасность. Конструкция не предполагает вращающихся элементов, поэтому вероятность травмы минимальна. Иногда в центробежных установках металл может немного брызгать при расплескивании и попадать на одежду. У вакуумных моделей такая ситуация исключена.

О недостатках

Сложности в работе с нержавейкой. Нержавеющая сталь обладает низким уровнем текучести и, соответственно, худшей проливаемостью. В этом случае не поможет рост давления: понадобится сильный перегрев сплава, что приводит к значительному ухудшению качества металла.

Нельзя допускать появления трещин на поверхности опоки в момент прогрева в муфельной печи. В момент розлива в камеру литейки подается воздух, который может сквозь трещину вытолкнуть металл. Получится так называемая «система выравнивания давления»: у воздуха текучесть выше, чем у металла, он быстрее заполнит полость и не позволит металлу протечь. Поэтому при подборе паковочных масс и метода прогрева опок (шоковый или постепенный) нужно обратить внимание, чтобы в момент прокаливания опоки в печи не возникло наружных трещин. В центробежном литье такие трещины допустимы, так как даже если сквозь трещину вылетит часть металла, остальная отливка останется целой.

Цена. Вакуумная литейная установка стоит заметно дороже центробежной.

Нужен компрессор. Для создания вакуума потребуется дополнительно оборудование. Впрочем, у этих машин малое потребление воздуха и будет достаточно компрессора, который обычно есть в любой зуботехнической лаборатории.

Наше резюме

При выборе литейной установки нужно определиться, для каких целей она будет использоваться:

• вид работ;
• объем;
• сколько техников работают в лаборатории;
• площадь помещения.

Например, если у вас небольшая лаборатория с несколькими техниками и небольшим объемом заказов – логичнее рассмотреть вакуумную литейную установку. А удобнее всего иметь обе. Тогда и вопрос с трещинами в опоке будет снят: если пошла трещина, можно поставить опоку в центробежную литейку, если нет – в вакуумную.