Модельные составы для литья по выплавляемым моделям

 

Выплавляемые модели изготовляют из сплавов легкоплавких материалов: парафина, церезина, буроугольного и торфяного воска и др. Удаление таких моделей из оболочки формы производят в зависимос­ти от свойств используемых модельных составов и применяемого техноло­гического процесса выплавлением в горячей воде, паром, горячим воздухом или в расплаве модельного состава.

Выжигаемые модели изготовляют обычно из полистиро­ла или пенополистирола. Выжигание моделей производят одновременно с прокаливанием оболочки формы в прокалочных печах.

Растворяемые модели изготовляют из составов на основе карбамида (синтетической мочевины), нитрата натрия, нитрата ка­лия и других водорастворимых материалов. Удаление таких моделей из оболочки формы производят обычно в теплой воде.

Для приготовления модельных составов используют в основном парафин, церезин, буроугольный, торфяной или полиэтиленовый воск, карба­мид, иногда стеарин и другие материалы. Ни один из указанных материалов самостоятельно не пригоден для получения моделей необходимого качества. Поэтому при их изготовлении используют составы (композиции) из двух-трех модельных материалов и более.

Некоторые из наиболее распространенных модельных составов приве­дены в табл. 77. Для сравнения приведены свойства широко при­менявшегося ранее и используемого в ряде случаев в настоящее время парафино-стеаринового состава ПС-50-50.

Основными требованиями, которым должны удовлетворять модельные составы, является невысокая (от 60–70 до 100 °С) температура плавления (для выплавляемых модельных составов), большая жидкотекучесть в расплавленном состоянии, что значительно облегчает изготовление моделей и удаление модельного состава из оболочки формы, минимальная и стабиль­ная усадка при охлаждении и минимальное расширение при нагревании, минимальное время затвердевания в пресс-форме (фактор, влияющий на производительность труда), пригодность для многократного использования, быстрая и надежная спаиваемость, необходимая при соединении моделей с литниковой системой, способность хорошо заполнять полость пресс-формы, точно воспроизводить ее очертания и не прилипать к стенкам полости пресс-формы, механическая прочность и стойкость против деформации при комнатной температуре, а также при повышенных температурах, возникаю­щих в помещении цеха, минимальная токсичность (отсутствие вредного влияния на здоровье работающих), минимальная зольность, не более 0,2 % (повышенная зольность приводит к образованию остатков в форме после прокаливания, вызывающих ухудшение поверхности отливок), хорошее смачивание суспензий, недефицитность.

 

Таблица 77

Модельные составы

 

Марка и наименование	Состав, мас. %	Свойства
Температура каплепадения или плавления, ºС	Плотность при изготовлении модели из пастообразного состава, г/см^3	Свободная линейная усадка, %	Предел прочности при изгибе, гс/см^2	Зольность, % по массе
ПТБ-10-15-15	Парафин – 70 Торфяной воск – 15 Буроугольный воск – 15	58–68	0,930	0,64	38–40	0,1
ПЦПв-60-35-5	Парафин – 60 Церезин – 35 Полиэтиленовый воск – 5	69–71	0,935	1,15–1,3	39–45	0,02
МВС-3А	Парафин Церезин Синтетический воск	76,9	–	0,9–1	75,3	0,02
МВС-15	Парафин Церезин Полиэтиленовый воск ПВ-200 или ПВ-300	77,5	–	1,25	51,9	0,02
ПЦБКо-60-23-12-5(Р-3)	Парафин-60 Церезин синтетический –23 Буроугольный воск – 12 Кубовый остаток горячего крекинга парафина – 5	77–80	0,800	0,95–0,97	34–35	0,08
ПБСв-60-17-23 (ИПЛ-СВ)	Парафин – 60 Буроугольный воск – 17 Сибирский воск – 23	75–80	–	0,7–1,5	40–45	0,1–0,2

Продолжение табл. 77

 

Марка и наименование	Состав, мас. %	Свойства
Температура каплепадения или плавления, ºС	Плотность при изготовлении модели из пастообразного состава, г/см^3	Свободная линейная усадка, %	Предел прочности при изгибе, гс/см^2	Зольность, % по массе
ПБКТр-25-35-35-5 (ВИАМ-102)	Парафин – 25 Буроугольный воск – 35 Канифоль – 35 Триэтаноламин – 5	74–76	0,97	0,95	42–44	0,1
Пенополистирол	Пенополистирол суспензионный беспрессовый, для вспенивания, литейный (ПСВ-Л)	Не плавится. При 80 ºС переходит в вязкопластичное состояние	0,1–0,25	£0,3	От 15–20 до 100 и более в зависимости от объемной массы	0,03
КбНк-90-10	Карбамид – 90 Нитрат калия (калиевая селитра) – 10	~125	1,32	0,2–0,4	180–190	0,15–0,18
НкНн-55-45	Нитрат калия – 55 Нитрат натрия – 45		–	0,15–0,2	190–200	–
НкНин-55-45	Нитрат калия – 55 Нитрат натрия – 45		–	0,15–0,2	140–150	–
Кбк-98-2	Карбамид – 98 Борная кислота – 2	118–120	1,33	0,2–0,7		–

 

Невысокая температура плавления модельных составов облегчает их приготовление, изготовление моделей и выплавление их из оболочки фор­мы. Чтобы избежать деформации в цеховых условиях, температура начала размягчения модельного состава должна быть на 5–10 °С выше возможной температуры в модельном отделении литейного цеха.

Плотность модельного состава должна быть невысокой (желательно до единицы), что обеспечивает малую массу модельных звеньев и блоков.

Выплавляемые модели могут изготовляться как из расплавов модель­ных составов, так и из полужидких паст. Модели, отливаемые из распла­вов, имеют повышенную прочность по сравнению с пастообразными и более чистую глянцевую поверхность, но усадка и время охлаждения у литых моделей больше. Для снижения нежелательного влияния усадочных яв­лений модели из расплавов приходится прессовать при высоких давлениях.

Пастообразные составы, широко используемые в отечественной промышленности, имеют небольшую и стабильную усадку, быстрее, чем расплавы, охлаждаются в пресс-формах и обладают рядом других достоинств, рассматриваемых ниже.

При изготовлении пастообразного модельного состава в него обычно замешивается воздух (от 8–10 до 20 % объема), в результате снижается плотность модельного состава и его расход.

В пресс-форме пастообразный модельный состав и содержащийся в нем воздух сжимаются под давлением прессования. После прекращения прессования и снятия давления с модельного состава находящийся в нем воздух стремится расшириться, что способствует более точному воспроизведению модельным составом формы и размеров полостей пресс-формы.

При выплавлении моделей воздушные включения, равномерно распределенные в них, частично выполняют роль компенсаторов расширения модельного состава, в результате снижается давление модельного состава на стенки оболочки формы и уменьшается вероятность ее растрескивания.

Наибольшее распространение имеют модельные составы на основе парафина, составляющего более 50 % от массы остальных компонентов: це­резина, буроугольных и торфяных восков и других легкоплавких модельных материалов. Эти модельные составы выплавляют из оболочки формы в го­рячей воде, в расплаве модельного материала, паром или горячим воздухом. В последнее время получает все большее распространение выплавление в автоклавах перегретым паром.

Рассматриваемые модельные составы применяют при изготовлении отливок средней сложности, к качеству поверхности и размерной точности которых не предъявляют высоких требований. При изготовлении более сложных отливок используют воскообразные составы с повышенной проч­ностью и теплоустойчивостью (ВИАМ-102, МВС-ЗФ и др.). При изготовле­нии мелких тонкостенных отливок применяют модели из полистирола, из­готовленные на литьевых машинах для пластмасс. Удаление таких моделей из оболочки формы производят во время прокалки формы выжиганием. При этом необходима активная вентиляция помещения прокалочного отделения.

Для изготовления ряда средних и крупных по размерам тонкостенных моделей (полых турбинных лопаток и др.) часто используют хорошо рас­творимые в воде модельные составы на основе карбамида и солей. Эти со­ставы применяют и для отливки стержней, с помощью которых в моделях из воскообразных составов получают сложные полости и каналы.

Возврат воскообразного модельного состава, получаемый после его выплавления из оболочки формы, составляет на разных производствах и для разных по конфигурации моделей 50–95 % от первоначального коли­чества. Количество возвращаемого в производство модельного состава зави­сит также от свойств, способа выплавления и применяемого оборудования. Использование возврата модельного состава экономит исходные модельные материалы и снижает себестоимость производства отливок. Недопустимо использовать смесь возврата различных модельных составов, так как нельзя предугадать, какими свойствами будет обладать смесь.

При выплавлении моделей модельный состав частично меняет свои свойства, что в некоторых случаях ограничивает его повторное примене­ние. В связи с этим возврат модельного состава обычно используют в смеси со свежими исходными материалами в количестве от 50 до 70 %.

Для приготовления модельного состава применяют термостаты, пла­вильные баки, отстойники, пастоприготовительные агрегаты, пастосборники, пастопроводы, насосы и др.

Термостаты с вместимостью плавильного бака 10–30 л используют при небольшом объеме производства.

Твердые модельные материалы загружают через крышку корпуса, расплавленный модельный состав выпускают через кран. Размеры загружаемых кусков должны быть не более 30–60 мм.

Специальные установки: плавильный бак, отстойник, пастоприготовительная установка, пастосборник и насос для подачи готового модельного состава к прессующим автоматам – применяют в цехах с объемным производством для приготовления модельного состава.

Плавильный бак, предназначенный для расплавления твер­дых модельных материалов, представляет собой емкость, подогре­ваемую паром, и обязательно имеет внешнюю теплоизоляцию. Плавильный бак комплектуется с насосом для перекачки жидкого модель­ного состава в отстойник. С этой целью применяют поршневые, лопастные и центробежные насосы.

Отстойник – это емкость с устройством для подогрева и внешней теплоизоляцией. В отстойнике модельный состав сохраняет свою тем­пературу и находится в жидком состоянии. В приемной части отстойника находится металлическая сетка, которая задерживает на себе крупные частицы посторонних включений, засоряющих модельный состав (частицы керамики и др.). Нижняя внутренняя часть отстойника имеет форму усечен­ного конуса и снабжена краном для слива осевших посторонних примесей. В средней внутренней части отстойника находится штуцер с краном, через который производят слив пригодного для работы модельного состава в раздаточный бак или в воронку установки для приготовления пастообразного модельного состава.

В связи с высокими требованиями к размерной точности и качеству поверхности отливок, изготовляемых литьем по выплавляемым моделям, не­обходимо систематически контролировать качество исходных модельных материалов и периодически проверять свойства модельных составов. Кон­тролируют прочность, пластичность, твердость, теплоустойчивость, темпе­ратуру размягчения (или вязкопластичность пастообразного состояния), плавления (или каплепадения), воспламенения, кипения, плотность, золь­ность, объемную и линейную усадку (свободную и затрудненную), жидкотекучесть, расширение при нагреве. Проверяют также химическую активность модельных материалов по отношению к пресс-форме и суспензиям, смачиваемость последними, содержание влаги и воздуха (в пастообразных смесях, приготавливаемых с замешиванием воздуха). В условиях действую­щего производства в связи с возможными изменениями качества материа­лов или возврата обычно периодически контролируют следующие свойства: линейную усадку модельного состава, прочность, стойкость к деформациям, текучесть, содержание воздуха.

Ме­тодика определения свободной и затрудненной линейной усадки заключа­ется в замере изменения длины образца в определенном интервале темпе­ратур; усадку модельного состава выряжают в процентах.

Наибольшее распространение получили прочност­ные испытания модельных составов на статический изгиб; при этом одно­временно может определяться стрела прогиба образца, косвенно характеризующая пластичность состава.

Стойкость модельных составов к деформации при температуре 20 °С оценивают либо стрелой изгиба образца квадратного сечения 6´6 мм, длиной 120 мм, концы которого лежат на двух опорах, либо расстоянием, на которое опускается конец консольно расположенного образца. Для кон­троля теплоустойчивости модельных составов ОАО «НИИТавтопром» разработан прибор, испытания на котором заключаются в измерении температуры, при которой прогиб образца (расстояние между опорами 100 мм) достигает 2 мм под действием собственной массы.

Текучесть определяют для оценки способности модельного со­става при заданных параметрах процесса изготовления моделей (температуры и состояния модельного состава, давления запрессовки) заполнять по­лость пресс-формы. По методике ОАО «НИИТавтопром» текучесть оценивают по длине спирали, получающейся при запрессовке модельного состава в спи­ральную полость пресс-формы.

Содержание воздуха в пастообразных составах оцени­вается методом, основанным на определении разницы объемов образца из пастообразного состава с воздухом и монолитного образца той же массы.