Lost vosak: tehnologija, prednosti i nedostaci

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Upotreba investicionih modela je prilično popularan metod livničke proizvodnje. Metoda se odlikuje složenošću tehnološkog procesa i visokim troškovima rada za pripremne procese. Stoga se koristi tamo gdje je potrebno precizno poštovati dimenzije i osigurati visoku kvalitetu površine dijelova. Tako se izlivaju turbinske lopatice i alati visokih performansi, proteze i nakit, kao i skulpture složene konfiguracije. Suština livenja u vosku je da je kalup za livenje jednodelan, model od niskotopljivih materijala se ne skida tokom livenja, već se topi. To osigurava pažljivo poštivanje dimenzija i reljefa. Metal se ulijeva u šupljinu koja je ostala od modela. Po završetku hlađenja kalup se uništava i proizvod se uklanja. Prilikom livenja velikih serija, trošak proizvoda je smanjen.

Prednosti metode

Glavna prednost investicionog livenja je tačnost prenosa kalupa i mala hrapavost površine. Osim toga, dostupne su i druge pogodnosti:

• Dostupna proizvodnja lako obrađenih dijelova od legure.
• Smanjuje potrebu za daljom obradom.
• Izlivaju se proizvodi koji bi inače morali biti napravljeni u dijelovima i sastavljeni zajedno.
• Velikim serijama postiže se smanjenje specifičnog intenziteta rada (po jednom proizvodu) i njegove cijene.
• Mogućnost mehanizacije i djelimične automatizacije pripremnih operacija samog livenja.

Ove prednosti čine metodu jednom od najpopularnijih i korišćenih u današnjoj metalurgiji, posebno u kombinaciji sa modernim progresivnim metodama livenja.

Nedostaci investicionog livenja

Nesumnjive prednosti metode, čini se, trebale su osigurati njenu dominaciju među ostalim metodama. Međutim, uprkos popularnosti metode livenja po investiciji, nedostaci su sprečili njeno široko usvajanje. Glavni nedostatak je složenost procesa u više faza. Za pripremne faze potrebna je prilično složena i skupa tehnološka oprema. Za jednostavne proizvode proizvedene u malim serijama, ova metoda ima veću cijenu.

Za isplativu primjenu investicionog livenja upoređuju se prednosti i nedostaci metode, odluka onjegov izbor se vrši na osnovu procene odnosa cena/kvalitet. Stoga se uglavnom koristi za najkritičnije i najskuplje proizvode koje je teško dobiti na bilo koji drugi način, kao što su turbinske lopatice, skulpture, brzohodni alati itd. Drugo područje primjene su odljevci velikih razmjera, u što efekat razmjera omogućava postizanje značajnog smanjenja troškova.

Tehnologija

Tehnologija investicionog livenja je višefazni proizvodni proces koji je relativno radno intenzivan. U prvoj fazi se izrađuje master model, koji će nakon prolaska kroz sve faze finalnog proizvoda postati standard za izradu radnih modela. Za izradu glavnog modela koriste se i posebne kompozicije modela i tradicionalne - gips ili drvo. Materijal glavnog modela treba da kombinuje snagu i lakoću obrade.

Dalje, tehnologija investicionog livenja omogućava stvaranje kalupa u koji će se izlivati svi radni modeli. Kalupi se izrađuju od gipsa, gume, silikona, rjeđe metala. Strukturno, on mora biti odvojiv i dizajniran za ponovnu upotrebu. Kalup se puni kompozicijom modela, nakon što se stvrdne, rastavlja se i vadi sledeći radni model.

Prilikom proizvodnje unikatnih dijelova ili malih serija, faze kreiranja glavnog izgleda i kalupa se preskaču, a raspored (ili nekoliko) se pravi ručnim oblikovanjem materijala.

Sljedeći korak u procesu investicionog livenja jeproizvodnja oko izgleda (ili bloka rasporeda) kalupa za livenje. Ove matrice su već strukturno neodvojive i za jednokratnu upotrebu, što omogućava pažljivo poštivanje dimenzija i hrapavosti proizvoda. U savremenoj industriji koriste se dvije vrste kalupa - tradicionalni kalupi od pijeska i gline za livenje u zemlju i kalupi za školjke - za proizvodnju preciznih i skupih dijelova.

Nakon što je kalup završen, model se topi iz njega zagrijavanjem ili puhanjem pregrijanom parom. Forme školjke se dodatno ojačavaju zagrevanjem do 1000 ˚S.

Završna faza procesa obuhvata samo livenje proizvoda, njegovo hlađenje u prirodnim uslovima ili posebnom metodom u termostatu, uništavanje kalupa i čišćenje proizvoda. Metoda omogućava dobivanje visokokvalitetnih odljevaka težine od nekoliko grama do desetina kilograma.

Postavi modela

Materijal za izradu izgleda mora imati određena svojstva. Trebao bi imati svojstva kao što su:

• Plastičnost u čvrstoj fazi. Potrebno je precizno ponoviti oblik budućeg proizvoda i po potrebi ga ispraviti.
• Snaga. Model mora izdržati bez deformacije proces formiranja oblika oko sebe.
• Fusible. Rendering modela ne bi trebao zahtijevati puno vremena i energije.
• Stopljena fluidnost. Kompozicija treba lako da prodre u sva udubljenja i detalje reljefa, tačno ponavljajući obrise budućeg detalja.
• Ekonomija. Posebno važno za proizvodnju velikih serija.

Za kompozicije modela obično se koristi mješavina stearina i parafina. Ovi materijali uspješno nadopunjuju međusobne parametre, nadoknađujući nedovoljnu tačku topljenja parafina i preveliki viskozitet stearina.

Kompozicije na bazi lignitnog voska nisu ništa manje popularne u industriji. Njegova glavna svojstva su otpornost na vlagu, čvrstoća i sposobnost formiranja vrlo glatkih premaza, što je posebno vrijedno za modeliranje proizvoda.

Sjedinjenja koja se sastoje od mješavine voska mrkog uglja, parafina i stearina također se koriste.

Izrada kalupa

Za izradu unikatnih proizvoda, raspored se priprema izrezivanjem komada modela materijala ručno ili prema šablonima. Na strugovima se izrađuju i modeli u obliku tijela okretanja. U posljednje vrijeme metoda 3D štampanja modela postaje sve raširenija. Pogodan je i za pojedinačne rasporede i za male serije.

Cijena modernog industrijskog 3D štampača je još uvijek visoka, ali zbog lakoće rekonfiguracije s jednog proizvoda na drugi, može postati efikasan alat za pravljenje modela u slučaju velikog broja heterogenih malih serija narudžbi.

Da bi se napravio veliki broj identičnih rasporeda, matrica se pravi od gipsa, gume, silikona ili metala. Radni rasporedi se proizvode, zauzvrat, ulivanjem u matricu. Po dizajnu, kalup mora biti sklopiv kako bi se osigurala mogućnost proizvodnje određenog broja modela. Odabrani materijal bi također trebao pružiti takvu mogućnost, stoga mu se postavljaju zahtjevi kao što su čvrstoća, gustoća, mala hrapavost i kemijska inertnost u odnosu na raspored. Supstanca kalupa također mora imati minimalno prianjanje na maketu kako bi se osiguralo da se gotovi modeli mogu lako ukloniti i pridržavati se dimenzija. Važno svojstvo kalupa je njegova čvrstoća i otpornost na habanje, posebno za velike serije.

Izrada modela i blokova

Široko korištena metoda proizvodnje investicionih modela je njihovo livenje pod niskim pritiskom u kalupe. Ubrizgavanje tečne mješavine vrši se kako ručno, pomoću klipnih špriceva, tako i mehaničkih, hidrauličkih ili pneumatskih kompresora. U slučaju korištenja voska mrkog uglja, potrebno je zagrijati cjevovode za dovod kompozicije zbog visoke viskoznosti. Modeli od ekspandiranog polistirena izrađuju se ekstruzijom na automatiziranim mašinama za kalupljenje.

Da bi se povećala ekonomska efikasnost i smanjio radni intenzitet u slučaju serijske proizvodnje malih odlivaka, njihovi rasporedi su kombinovani u blokove. Sistemi zalijevanja se formiraju iznad blokova pričvršćivanjem pojedinačnih rasporeda na spruve pomoću ručnog lemilice. U slučaju pojedinačnih odlivaka ili malih serija, modeli se izrađuju ručno.

Prilikom formiranja sistema zalijevanja potrebno je osigurati neturbulentno strujanje taline, ujednačeno punjenje svih elemenata matrice. Prilikom punjenja obrasca iz PGS-a, morate pratiti i ujednačeno popunjavanje svihotvori između slivnika i sprečavanje oštećenja.

Pravljenje kalupa

U metodi livenja u investiciju koja se razmatra, postoje dve glavne vrste kalupa:

• Mješavine pijeska i gline (SGM).
• Shell.

Flued vosak kalupi se uglavnom koriste u proizvodnji malih serija proizvoda koji ne zahtijevaju vrlo visoku preciznost. Proces njihove proizvodnje je dosta radno intenzivan i zahtijeva visoke i često jedinstvene vještine modelara i kalupara. Djelomična mehanizacija je pogodna samo za određene operacije, kao što su priprema i punjenje pijeska za kalupljenje, njegovo nabijanje.

Kalupi za školjke se, s druge strane, koriste za proizvodnju dijelova koji zahtijevaju posebnu preciznost proizvodnje. Proces njihove proizvodnje je složeniji i dugotrajniji, ali se bolje podvrgava mehanizaciji.

Ljevanje na zemlju

Ovo je najranija metoda obrade metala kojom je ovladalo čovječanstvo. Naši preci su ga ovladali istovremeno s početkom upotrebe metalnih proizvoda kao oružja, alata ili pribora, odnosno prije oko 5 hiljada godina. Rastopljeni metal se ulijeva u pripremljenu matricu od mješavine pijeska i gline. Najranija mjesta za obradu metala nastala su upravo tamo gdje su se u blizini nalazile naslage metala u obliku grumenova i placera. Tipičan primjer je tvornica Kasli na Uralu, svjetski poznata po odljevku gvozdene čipke.

Metoda investicionog livenja koristi se za proizvodnju metalnih proizvoda - obojenih iu boji. A samo za metale koji pokazuju povećanu sklonost reakciji u tečnoj fazi (kao što je titanijum), potrebno je napraviti matrice iz drugih sastava.

Proces proizvodnje livenja u PGS-u sastoji se od sljedećih faza:

• izrada modela;
• priprema tikvice;
• punjenje i sabijanje smjese u tikvi;
• lijevanje metala;
• uklanjanje i čišćenje odlivaka.

Obrazac iz ASG-a - za jednokratnu upotrebu. Da biste dobili gotov proizvod, morat ćete ga razbiti. U isto vrijeme, većina smjese je dostupna za ponovnu upotrebu.

Kao materijali za ASG koriste se sastavi pretežno kvarcnog pijeska različitih veličina zrna i plastične gline čiji se sadržaj kreće od 3 do 45 posto. Tako se, na primjer, umjetnički odljevci proizvode pomoću mješavine sa 10-20% sadržaja gline, za posebno velike odljevke, sadržaj gline se podešava na 25%.

Koriste se dva podtipa:

• Mješavine za oblaganje. Nalaze se na unutrašnjoj površini kalupa i stupaju u interakciju s rastopljenim metalom. Moraju biti otporni na toplinu, da se ne mogu uništiti temperaturnim razlikama i naprezanjima koja rezultiraju. Ove mješavine imaju fino zrno za pažljivo prenošenje detalja površine. Sposobnost mešavine da propušta gas je takođe veoma značajna.
• Mješavine za punjenje. Koriste se za zatrpavanje između obložnog sloja i zidova tikvice. Moraju izdržati težinu izlivenog metala, zadržati oblik proizvoda i doprinijeti pravovremenom i potpunom uklanjanju plinova. Proizveden od jeftinijih vrsta pijeska,za višekratnu upotrebu.

Ako gasovi za livenje ne izlaze kroz masu peska za kalupljenje, već kroz sistem zalivanja, nastaju defekti u odlivu, što dovodi do braka.

Tradicionalna tehnologija bacanja u zemlju detaljno je ilustrovana u filmu A. Tarkovskog "Andrej Rubljov". U pripoveci "Zvono" mladić Boriska, sin preminulog majstora, vodi livnički artel i lije crkveno zvono.

Ljevanje školjki

Metod livenja u kalupe za ljuske karakteriše najbolji prenos dimenzija proizvoda i niska hrapavost površine. Model je napravljen od topljivih jedinjenja, kao što je vosak mrkog uglja. Livnice takođe naširoko koriste sastav parafin-stearina u jednakim omjerima. U slučaju odljevaka velikih dimenzija, soli su uključene u materijal modela kako bi se model zaštitio od deformacija. Potapanjem u rastvor, model se prekriva u 6-10 slojeva sa visokotemperaturnom suspenzijom.

Hidrolizirani silikati djeluju kao vezivo, kristali elektrokorunda ili kvarca se uzimaju kao prskanje otporno na toplinu. Materijali za kalupe se odlikuju velikom čvrstoćom, niskom higroskopnošću i odličnom propusnošću za plin.

Izgled se suši u atmosferi gasovitog amonijaka. U sljedećoj fazi, kalup se zagrijava na 120 ˚C kako bi se uklonio parafinski model. Ostaci smjese se uklanjaju pregrijanom parom pod visokim pritiskom. Zatim se kalup kalcinira na temperaturama do 1000 ˚S, što dovodi do njegovog konačnog fiksiranja i uklanjanja tvari,koji se mogu osloboditi kao gasovi tokom procesa livenja.

Ljuska se stavlja u neku vrstu tikvice, koja je prekrivena čeličnom sačmom. Ovo pomaže u održavanju konfiguracije prilikom punjenja kalupa topljenom i istovremeno poboljšava uslove za hlađenje odlivaka. Talina se sipa u kalupe zagrejane na 1000 ˚S. Nakon hlađenja proizvoda prema posebnom programu u termostatu, kalup se uništava, odljevak se skida i čisti.

Glavna prednost ove metode livenja je visoka preciznost dimenzija i mala hrapavost površine.

Dodatne prednosti metode:

• Livenje delova od legura koje je teško obrađivati.
• Lijevanje predmeta koji bi inače morali biti izliveni po komadima, a zatim ponovo spojeni.

Nedostaci ove metode livenja su niska upotreba metala i povećan intenzitet rada.

Precizno livenje

Precizno livenje - ovo je naziv dat i tehnologiji i samom finalnom proizvodu. Visoka tačnost livenja obezbeđena je činjenicom da tokom pripreme kalupa nema potrebe da se iz njega vadi model proizvoda. Kada se koristi tradicionalna metoda, proizvodnja matrice za livenje je složen i dugotrajan proces u više faza. Ovo posebno važi u slučaju livenih delova složene konfiguracije, sa udubljenjima, udubljenjima i unutrašnjim šupljinama.

Na primjer, kada lijevate vazu od lijevanog željeza ili bakra s promjenjivom zakrivljenošću površine, morate koristiti mnogo trikova. Da, prvodonja polovina tikvice se puni, zatim se model vadi, okreće i nabije se gornja polovina. Model mora biti izrađen od kompozita, ručke vaze su napravljene od dva elementa, izvlače se kroz šupljinu modela u dvije faze - prvo donji element, zatim gornji. Sva ova brojna okretanja i povlačenja ne mogu pozitivno uticati na integritet površine kalupa i, u krajnjoj liniji, na tačnost održavanja dimenzija odlivaka i kvaliteta njegove površine. Osim toga, ostaje problem preciznog usklađivanja dijelova tikvica i njihovog sigurnog pričvršćivanja jedan za drugi.

Proizvodnja investicionog livenja je lišena ovih nedostataka, ne zahteva tako visoko kvalificirane modelare i značajno smanjuje radni intenzitet operacija predlijevanja. Ovo je posebno izraženo kod velikih serija odljevaka.

Metoda omogućava dostizanje 2-5. klase tačnosti prema GOST 26645-85. Ovo omogućava livenje visoko preciznih proizvoda kao što su lopatice turbine, alati za rezanje, uključujući glodalice i bušilice visokih performansi, kritične visoko opterećene konzole, mali delovi vozila sa visokim opterećenjem, alatni strojevi i drugi složeni mehanizmi.

Visoka dimenzionalna preciznost i visoka površinska klasa minimiziraju potrebu za daljom obradom odljevka, čime se štedi metal i smanjuju troškovi proizvodnje.

Oprema

Potrebna oprema za livenje je raznolika i složena. Preduzeća ih kombinuju u jedinstven i dobro koordiniran kompleks,organizovano kao lokacija, radionica ili zasebna proizvodnja.

Sastav kompleksa zavisi od obima proizvodnje, veličine, konfiguracije i prometa odlivaka.

Dakle, u proizvodnji proteza i nakita, oprema će uključivati:

• model stol;
• muflna peć sa termostatom;
• set skalpela i lopatica za ispravljanje oblika modela;
• formirajuća ploča;
• flask;
• rezervoari za skladištenje i pripremu peska za kalupljenje;
• set alata za nabijanje pijeska;
• lonac za topljenje metala;
• forceps;
• čekić za razbijanje kalupa.

Ovaj proizvodni kompleks može lako stati na jedan sto iu jedan ormar. Ako se planira masovna proizvodnja, na primjer, aluminijskih odljevaka - dijelova uređaja, tada će biti potrebna oprema za:

• oblikovanje i izlivanje keramičkih kalupa;
• oblici za sušenje;
• otapanje materijala modela i nanošenje sloja otpornog na toplotu;
• čišćenje odljevaka od materijala za oblikovanje.

I na kraju, stvarna oprema livničkog kompleksa, dizajnirana za dobijanje taline i izlivanje u kalup. To može biti oprema za livenje:

• pod niskim pritiskom;
• centrifugalna;
• na uobičajeni gravitacijski način.

Mašine za brizganje i centrifugalno livenje su odvojene visoko mehanizovane i automatizovaneproizvodni kompleks, izolovan od atmosfere radnje. Minimiziraju ručni rad i izlaganje ljudi štetnim uslovima. Zatvorene komore u kojima se nalaze kompleksi obezbeđuju potpuno hvatanje i prečišćavanje izduvnih gasova, što značajno povećava ekološku prihvatljivost preduzeća.

Lijevanje izgubljenog voska ima prilično visok potencijal za razvoj, posebno u kombinaciji s naprednim tehnikama izrade kalupa i izlijevanja.