Turnare cu ceară pierdută: tehnologie, avantaje și dezavantaje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Utilizarea modelelor de investiții este o metodă destul de populară de producție de turnătorie. Metoda se distinge prin complexitatea procesului tehnologic și costurile ridicate ale forței de muncă pentru procesele pregătitoare. Prin urmare, este utilizat acolo unde este necesar să se respecte cu exactitate dimensiunile și să se asigure o calitate în altă a suprafeței pieselor. Așa sunt turnate paletele turbinei și uneltele performante, protezele și bijuteriile, precum și sculpturile de configurație complexă. Esența turnării cu ceară pierdută este că matrița pentru turnare este dintr-o singură bucată, modelul materialelor cu punct de topire scăzut nu este îndepărtat în timpul turnării, ci este topit. Acest lucru asigură respectarea cu grijă a dimensiunilor și reliefului. Metalul este turnat în cavitatea rămasă din model. La terminarea răcirii, matrița este distrusă și produsul este îndepărtat. La turnarea în serie mari, costul produsului este redus.

Beneficiile metodei

Principalul avantaj al turnării cu investiții este precizia transferului de matriță și rugozitatea scăzută a suprafeței. În plus, sunt disponibile și alte beneficii:

• Producție de piese din aliaj ușor prelucrate disponibilă.
• Reduce nevoia de prelucrare suplimentară.
• Produsele sunt turnate care altfel ar trebui făcute în părți și asamblate împreună.
• Cu serii mari, se realizează o reducere a intensității specifice a forței de muncă (pe un produs) și a costului acesteia.
• Posibilitatea de mecanizare și automatizare parțială a operațiunilor pregătitoare ale turnării propriu-zise.

Aceste avantaje fac din metoda una dintre cele mai populare și utilizate în metalurgia actuală, în special în combinație cu metodele moderne de turnare progresivă.

Dezavantajele castingului de investiții

Avantajele neîndoielnice ale metodei, s-ar părea, ar fi trebuit să-i asigure dominația între alte metode. Cu toate acestea, în ciuda popularității metodei de turnare cu investiții, dezavantajele au împiedicat adoptarea sa pe scară largă. Principalul dezavantaj este complexitatea procesului în mai multe etape. Necesită echipamente tehnologice destul de complexe și costisitoare pentru etapele pregătitoare. Pentru produsele simple produse în loturi mici, această metodă are un cost mai mare.

Pentru aplicarea rentabilă a turnării cu investiții, se compară avantajele și dezavantajele metodei, decizia privindalegerea acestuia se face pe baza unei evaluări a raportului preț/calitate. Prin urmare, este utilizat în principal pentru produsele cele mai critice și costisitoare care sunt greu de obținut în orice alt mod, precum palete de turbine, sculpturi, unelte de mare viteză etc. Un alt domeniu de aplicare îl reprezintă turnările la scară largă, în care efectul de scară face posibilă obținerea unei reduceri semnificative a costurilor.

Tehnologie

Tehnologia de turnare cu investiții este un proces de producție în mai multe etape care necesită relativ multă muncă. În prima etapă, se realizează un model principal, acesta va deveni standardul pentru fabricarea modelelor de lucru după trecerea prin toate etapele produsului final. Pentru producerea unui model principal, se folosesc atât compoziții de modele speciale, cât și cele tradiționale - gips sau lemn. Materialul modelului principal ar trebui să combine rezistența și ușurința de prelucrare.

În plus, tehnologia de turnare cu investiții prevede crearea unei matrițe în care vor fi turnate toate modelele de lucru. Formele sunt realizate din gips, cauciuc, silicon, mai rar din metal. Din punct de vedere structural, trebuie neapărat să fie detașabil și proiectat pentru utilizare repetată. Forma se umple cu o compoziție de model, după ce s-a întărit, se demontează și se scoate următorul model de lucru.

La producerea unor piese unice sau a unor execuții mici, etapele de creare a unui aspect principal și a unei matrițe sunt sărite, iar un aspect (sau mai multe) este realizat prin turnarea manuală a materialului.

Următorul pas în procesul de turnare a investițiilor estefabricarea în jurul aspectului (sau blocului de scheme) al matriței de turnare. Aceste matrici sunt deja structural neseparabile și de unică folosință, ceea ce face posibilă respectarea cu atenție a dimensiunilor și rugozității produsului. În industria modernă, se folosesc două tipuri de matrițe - forme tradiționale de nisip-argilă pentru turnarea în pământ și forme de coajă - pentru producerea de piese precise și costisitoare.

După ce matrița este finalizată, modelul este topit din ea prin încălzire sau suflare cu abur supraîncălzit. Formele de coajă sunt întărite suplimentar prin încălzire până la 1000 ˚С.

Etapa finală a procesului include turnarea propriu-zisă a produsului, răcirea acestuia în condiții naturale sau printr-o metodă specială în termostat, distrugerea matriței și curățarea produsului. Metoda permite obținerea de piese turnate de în altă calitate cântărind de la câteva grame la zeci de kilograme.

Linii de modele

Materialul pentru realizarea machetei trebuie să aibă anumite proprietăți. Ar trebui să aibă proprietăți precum:

• Plasticitate în faza solidă. Este necesar să repetați cu exactitate forma viitorului produs și să o corectați dacă este necesar.
• Forță. Modelul trebuie să reziste fără deformare procesului de formare a unei forme în jurul lui.
• Fuzibil. Redarea unui model nu ar trebui să necesite mult timp și energie.
• Lichiditate topită. Compoziția ar trebui să pătrundă cu ușurință în toate adânciturile și detaliile reliefului, repetând exact contururile viitorului detaliu.
• Economie. Deosebit de important pentru producția de serie mare.

Pentru compozițiile model, se folosește de obicei un amestec de stearina și parafină. Aceste materiale se completează reciproc cu succes parametrii, compensând punctul de topire insuficient al parafinei și vâscozitatea excesivă a stearinei.

Compozițiile pe bază de ceară de lignit nu sunt mai puțin populare în industrie. Principalele sale proprietăți sunt rezistența la umiditate, rezistența și capacitatea de a forma acoperiri foarte fine, care este deosebit de valoroasă pentru modelarea produselor.

De asemenea, sunt utilizați compuși constând dintr-un amestec de ceară de cărbune brun, parafină și stearina.

Fabricarea mucegaiului

Pentru producerea de produse unice, se pregătește un layout prin decuparea manuală a unei bucăți de material model sau conform șabloanelor. Modelele sub formă de corpuri de revoluție sunt realizate și pe strunguri. Recent, metoda de imprimare 3D a modelelor a devenit din ce în ce mai răspândită. Este potrivit atât pentru machete unice, cât și pentru serii mici.

Costul unei imprimante 3D industriale moderne este încă mare, dar datorită ușurinței reconfigurarii de la un produs la altul, poate deveni un instrument eficient de modelare în cazul unui număr mare de comenzi eterogene de serie mică.

Pentru a realiza un număr mare de machete identice, o matrice este realizată din ipsos, cauciuc, silicon sau metal. Planurile de lucru sunt produse, la rândul lor, prin turnare într-o matrice. Prin proiectare, matrița trebuie să fie pliabilă pentru a asigura posibilitatea fabricării unui număr dat de modele. Materialul selectat ar trebui să ofere, de asemenea, o astfel de oportunitate, prin urmare, i se impun astfel de cerințe ca rezistență, densitate, rugozitate scăzută și inerție chimică în raport cu aspectul. De asemenea, substanța de matriță trebuie să aibă o aderență minimă la machetă pentru a se asigura că machetele finite pot fi îndepărtate cu ușurință și dimensiunile respectate. O proprietate importantă a matriței este rezistența și rezistența la uzură, în special pentru serii mari.

Crearea de modele și blocuri

O metodă utilizată pe scară largă de fabricare a modelelor de investiții este turnarea lor sub presiune scăzută în matrițe. Injectarea amestecului lichid se realizează atât manual, folosind seringi cu piston, cât și supraalimentatoare mecanice, hidraulice sau pneumatice. În cazul utilizării cerii de cărbune brun, este necesară încălzirea conductelor pentru alimentarea compoziției datorită vâscozității sale ridicate. Modelele din polistiren expandat sunt realizate prin extrudare pe mașini automate de turnat.

Pentru a crește eficiența economică și a reduce intensitatea forței de muncă în cazul producției în serie de piese turnate mici, amenajările acestora sunt combinate în blocuri. Sistemele de porți sunt formate deasupra blocurilor prin atașarea unor dispoziții individuale la coloane folosind un fier de lipit manual. În cazul turnărilor simple sau serii mici, modelele sunt realizate manual.

La formarea sistemelor de gating, este necesar să se asigure un flux neturbulent al topiturii, umplerea uniformă a tuturor elementelor matricei. Când umpleți un formular de la PGS, trebuie să monitorizați și umplerea uniformă a tuturordeschideri între canale și prevenirea deteriorării.

Facerea unei matrițe

În metoda de turnare cu investiții luată în considerare, există două tipuri principale de matrițe:

• Amestecuri nisip-argilă (SGM).
• Shell.

Multițele de turnare cu ceară sunt utilizate în principal în producția de serii mici de produse care nu necesită o precizie foarte mare. Procesul de fabricare a acestora necesită destul de multă muncă și necesită abilități în alte și adesea unice ale modelatorilor și modelatorilor. Mecanizarea parțială se pretează doar la anumite operațiuni, cum ar fi pregătirea și umplerea nisipului de turnare, tamponarea acestuia.

Formele cochilie, pe de altă parte, sunt folosite pentru a produce piese care necesită precizie specială de fabricație. Procesul de fabricare a acestora este mai complex și mai lung, dar se pretează mai bine mecanizării.

Turnare la sol

Aceasta este cea mai veche metodă de prelucrare a metalelor stăpânită de omenire. A fost stăpânit de strămoșii noștri concomitent cu începutul utilizării produselor metalice ca arme, unelte sau ustensile, adică acum aproximativ 5 mii de ani. Metalul topit este turnat într-o matrice pregătită dintr-un amestec de nisip și argilă. Cele mai timpurii locuri pentru prelucrarea metalelor tocmai au apărut în apropierea depozitelor de metale sub formă de pepite și plasare. Un exemplu tipic este uzina Kasli din Urali, renumită în lume pentru turnarea din dantelă de fier.

Metoda de turnare cu investiții este utilizată pentru fabricarea produselor metalice - atât feroase, cât șicolorat. Și numai pentru metalele care prezintă o tendință crescută de a reacționa în faza lichidă (cum ar fi titanul), este necesar să se facă matrici din alte compoziții.

Procesul de producție de turnare în PGS constă din următoarele faze:

• fabricare de modele;
• pregătirea balonului;
• umplerea și compactarea amestecului în balon;
• turnare de metal;
• eliminarea și curățarea turnării.

Formular de la ASG - de unică folosință. Pentru a obține produsul finit, acesta va trebui să fie spart. În același timp, cea mai mare parte a amestecului este disponibilă pentru reutilizare.

Compozițiile predominant de nisipuri de cuarț de diferite granule și argile plastice, al căror conținut variază de la 3 la 45 la sută, sunt utilizate ca materiale pentru ASG. Deci, de exemplu, turnările de artă sunt produse folosind un amestec cu un conținut de argilă de 10-20%, pentru turnările deosebit de mari, conținutul de argilă este ajustat la 25%.

Se folosesc două subtipuri:

• Amestecuri de față. Ele sunt situate pe suprafața interioară a matriței și interacționează cu metalul topit. Acestea trebuie să fie rezistente la căldură, capabile să nu fie distruse de diferențele de temperatură și de solicitările rezultate. Aceste amestecuri au o granulație fină pentru a transmite cu atenție detaliile suprafeței. Capacitatea amestecului de a trece gazul este, de asemenea, foarte semnificativă.
• Amestecuri de umplutură. Sunt utilizate pentru umplerea dintre stratul de față și pereții balonului. Acestea trebuie să reziste la greutatea metalului turnat, să păstreze forma produsului și să contribuie la îndepărtarea în timp util și completă a gazelor. Produs din nisipuri mai ieftine,reutilizabil.

Dacă gazele de turnare nu scapă prin masele de nisip de turnare, ci prin sistemul de închidere, apar defecte în turnare, ducând la căsătorie.

Tehnologia tradițională de turnare în pământ este ilustrată în detaliu în filmul lui A. Tarkovsky „Andrei Rublev”. În nuvela „Clopotul”, tânărul Boriska, fiul unui maestru decedat, conduce un artel de turnătorie și turnează un clopot de biserică.

Casting shell

Metoda de turnare cu investiții în matrițe de coajă se caracterizează prin cel mai bun transfer al dimensiunilor produsului și rugozitatea scăzută a suprafeței. Modelul este realizat din compuși fuzibili, cum ar fi ceara de cărbune brun. De asemenea, turnătoriile folosesc pe scară largă compoziția de parafină-stearina în proporții egale. În cazul pieselor turnate de dimensiuni mari, în materialul modelului sunt incluse săruri pentru a proteja modelul de deformare. Prin scufundarea în soluție, modelul este acoperit în 6-10 straturi cu o suspensie la temperatură ridicată.

Silicații hidrolizați acționează ca un liant, electrocorindonul sau cristalele de cuarț sunt luate ca o stropire rezistentă la căldură. Materialele de formare a carcasei se caracterizează prin rezistență ridicată, higroscopicitate scăzută și permeabilitate excelentă la gaz.

Dispunerea este uscată într-o atmosferă de amoniac gazos. În etapa următoare, matrița este încălzită la 120 ˚C pentru a îndepărta modelul de parafină. Resturile de amestec sunt îndepărtate cu abur supraîncălzit sub presiune mare. Apoi, matrița este calcinată la temperaturi de până la 1000 ˚С, ceea ce duce la fixarea finală și îndepărtarea substanțelor,care pot fi eliberate sub formă de gaze în timpul procesului de turnare.

Caracul este plasat într-un fel de balon, care este acoperit cu împușcătură de oțel. Acest lucru ajută la menținerea configurației la umplerea matriței cu topitură și, în același timp, îmbunătățește condițiile de răcire a turnării. Topitura este turnată în forme încălzite la 1000 ˚С. După răcirea produsului conform unui program special într-un termostat, matrița este distrusă, turnarea este îndepărtată și curățată.

Principalul avantaj al acestei metode de turnare este precizia dimensională ridicată și rugozitatea scăzută a suprafeței.

Avantaje suplimentare ale metodei:

• Turnarea pieselor din aliaje greu de prelucrat.
• Turnarea de articole care altfel ar trebui turnate pe bucată și apoi remontate.

Dezavantajele acestei metode de turnare cu investiții sunt utilizarea redusă a metalului și intensitatea crescută a muncii.

Turnare de precizie

Turnare de precizie - acesta este numele dat atât tehnologiei, cât și produsului final în sine. Precizia ridicată a turnării este asigurată de faptul că în timpul pregătirii matriței nu este necesară extragerea modelului produsului din acesta. Atunci când se folosește metoda tradițională, producția unei matrice de turnare este un proces în mai multe etape complex și care necesită foarte mult timp. Acest lucru este valabil mai ales în cazul pieselor turnate cu configurație complexă, cu adâncituri, depresiuni și cavități interne.

De exemplu, atunci când turnați o vază din fontă sau cupru cu o curbură variabilă a suprafeței, trebuie să folosiți o mulțime de trucuri. Da, în primul rândse umple jumatatea inferioara a balonului, apoi se indeparteaza modelul, se intoarce si jumatatea superioara este batuta. Modelul trebuie să fie din compozit, mânerele vazei sunt din două elemente, acestea sunt scoase prin cavitatea modelului în două etape - mai întâi elementul inferior, apoi cel superior. Toate aceste numeroase strunjiri și trageri nu pot avea un efect pozitiv asupra integrității suprafeței matriței și, în cele din urmă, asupra preciziei menținerii dimensiunilor turnării și asupra calității suprafeței acesteia. În plus, rămâne problema de a potrivi cu precizie părțile baloanelor și de a le atașa în siguranță unele de altele.

Producția de turnare de investiții este lipsită de aceste neajunsuri, nu necesită astfel de modelatori de în altă calificare și reduce semnificativ intensitatea forței de muncă a operațiunilor de pre-turnare. Acest lucru este deosebit de pronunțat în cazul serielor mari de piese turnate.

Metoda permite atingerea clasei de precizie 2-5 conform GOST 26645-85. Acest lucru face posibilă turnarea de produse de în altă precizie, cum ar fi palete de turbină, scule de tăiere, inclusiv freze și burghie de în altă performanță, suporturi critice cu încărcare mare, piese mici de vehicule cu încărcare mare, mașini-unelte și alte mecanisme complexe.

Acuratețea dimensională ridicată și clasa de suprafață ridicată minimizează nevoia de prelucrare suplimentară a piesei turnate, ceea ce economisește metal și reduce costurile de producție.

Echipament

Echipamentul de turnare de investiții necesar este variat și complex. Întreprinderile le combină într-un complex unic și bine coordonat,organizat ca loc, atelier sau producție separată.

Compoziția complexului depinde de scara producției, dimensiunea, configurația și circulația pieselor turnate.

Astfel, în producția de proteze și bijuterii, echipamentele vor include:

• tabel model;
• cuptor cu mufe cu termostat;
• un set de bisturii și spatule pentru corectarea formei modelului;
• placa de formare;
• balon;
• rezervoare pentru depozitarea și pregătirea nisipului de turnare;
• set de instrumente pentru ciocănirea nisipului;
• crezet pentru topirea metalului;
• forceps;
• ciocan pentru a sparge mucegaiul.

Acest complex de producție poate încăpea cu ușurință pe o masă și într-un singur dulap. Dacă se intenționează să se producă în masă, de exemplu, piese turnate de aluminiu - părți ale unui dispozitiv, atunci echipamentul va fi necesar pentru:

• modelarea și turnarea formelor ceramice;
• forme de uscare;
• topirea materialului modelului și aplicarea unui strat rezistent la căldură;
• curățarea pieselor turnate din materialul de turnare.

Și, în sfârșit, echipamentul propriu-zis al complexului de turnătorie, conceput pentru a obține o topitură și a o turna într-o matriță. Poate fi echipament de turnare:

• sub presiune scăzută;
• centrifugă;
• în modul gravitațional obișnuit.

Mașinile de turnare prin injecție și turnare centrifugală sunt o unitate separată puternic mecanizată și automatăcomplex de producție, izolat de atmosfera magazinului. Acestea reduc la minimum munca manuală și expunerea omului la condiții dăunătoare. Camerele etanșe în care sunt amplasate complexele asigură captarea și purificarea completă a gazelor de eșapament, ceea ce crește în mod semnificativ respectarea mediului înconjurător a întreprinderii.

Turnarea cu ceară pierdută are un potențial destul de mare de dezvoltare, mai ales atunci când este combinată cu tehnici avansate de fabricare a matrițelor și turnare.