Что такое литье по выплавляемым моделям?

Введение в процесс литья по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям, также известное как точное литье или литье по выплавляемым моделям, представляет собой производственный процесс, в котором восковая модель используется для формирования одноразовой керамической формы. Восковая модель изготавливается точно по форме отливаемого изделия. Эта модель покрыта огнеупорным керамическим материалом. Как только керамический материал затвердеет, его переворачивают вверх дном и нагревают до тех пор, пока воск не расплавится и не стечет. Затвердевшая керамическая оболочка становится одноразовой паковочной формой. Расплавленный металл заливают в форму и оставляют остывать. Металлическая отливка затем отделяется от отработанной формы.

Термин «литье по выплавляемым моделям» происходит от процесса «покрытия» (окружения) модели огнеупорными материалами. Литье по выплавляемым моделям часто предпочтительнее других методов литья, потому что полученные отливки имеют мелкие детали и превосходную чистоту поверхности после литья. Они также могут быть отлиты с тонкими стенками и сложными внутренними проходами. В отличие от литья в песчаные формы, литье по выплавляемым моделям не требует черновика.

Эти технологические качества могут обеспечить отливки чистой формы или формы, близкой к чистой, что обеспечивает клиентам значительную экономию затрат на материалы, рабочую силу и механическую обработку. Он может использовать большинство распространенных металлов, включая алюминий, бронзу, магний, углеродистую сталь и нержавеющую сталь. Детали, изготовленные с помощью литья по выплавляемым моделям, включают лопасти турбин, медицинское оборудование, компоненты огнестрельного оружия, шестерни, ювелирные изделия, головки клюшек для гольфа и многие другие компоненты машин со сложной геометрией.

Процесс литья по выплавляемым моделям

Процесс литья по выплавляемым моделям состоит из нескольких этапов:изготовление металлической формы, изготовление восковой модели, создание керамической формы, заливка, затвердевание, встряхивание и очистка.

1. Конструкция металлического штампа

Восковая модель и керамическая форма разрушаются в процессе литья по выплавляемым моделям, поэтому для каждой отливки требуется новая восковая модель. Если литье по выплавляемым моделям не используется для производства очень небольшого объема (как это обычно бывает при художественных работах или оригинальных ювелирных изделиях), необходима форма или штамп для изготовления восковых моделей.

Размер мастер-плашки должен быть тщательно рассчитан; он должен учитывать ожидаемую усадку восковой модели, ожидаемую усадку керамического материала, нанесенного поверх восковой модели, и ожидаемую усадку самой металлической отливки.

2. Изготовление восковых моделей

Количество восковых моделей всегда равно количеству отливок; для каждой отдельной отливки требуется новая восковая модель.

Горячий воск впрыскивают в форму или форму и дают затвердеть. Ядра могут быть необходимы для формирования каких-либо внутренних функций. Полученный восковой шаблон является точной копией изготавливаемой детали. Этот метод аналогичен литью под давлением, но вместо расплавленного металла используется воск.

3. Создание формы

Литниковая система (литник, направляющие и подступенки) крепится к восковой форме. Для небольших отливок несколько восковых моделей прикрепляются к центральной системе восковых литников, образуя древовидную сборку. Заливочный стакан, обычно прикрепленный к концу направляющих, служит для подачи расплавленного металла в форму.

Собранное «узорное дерево» погружают в раствор мелкозернистого кремнезема. Его многократно окунают, с каждым погружением покрывая все более огнеупорной суспензией. Как только огнеупорное покрытие достигает желаемой толщины, ему дают высохнуть и затвердеть; высохшее покрытие образует керамическую оболочку вокруг шаблонов и литниковой системы.

Толщина керамической оболочки зависит от размера и веса отливаемой детали, а также от температуры заливки отливаемого металла. Средняя толщина стенки составляет примерно 0,375 дюйма (9,525 мм). Затвердевшую керамическую форму переворачивают вверх дном, помещают в печь и нагревают до тех пор, пока воск не расплавится и не стечет. В результате получается полая керамическая оболочка.

4. Заливка

Керамическая форма нагревается примерно до 1000–2000°F (550–1100°C). Процесс нагрева дополнительно укрепляет форму, удаляет остатки воска или загрязнения и испаряет воду из материала формы.

Расплавленный металл заливается в форму, пока она еще горячая – жидкий металл стекает в разливочный стакан, через центральную литниковую систему и в каждую полость формы на дереве. Предварительно нагретая форма позволяет металлу легко течь через тонкие детализированные секции. Кроме того, создается отливка с повышенной точностью размеров, поскольку форма и отливка охлаждаются и сжимаются вместе.

5. Охлаждение

После заливки формы металл остывает и затвердевает. Время, необходимое для остывания формы до твердого состояния, зависит от материала, который был отлит, и толщины отливки.

6. Встряска

Как только отливка затвердевает, керамические формы разрушаются, и отливку можно извлечь. Керамическая форма обычно разбивается вручную или струями воды. После удаления отдельные отливки отделяются от дерева литниковой системы с помощью ручного удара, распиливания, резки, обжига или холодного разрушения жидким азотом.

7. Отделка

Отделочные операции, такие как шлифовка или пескоструйная обработка, обычно используются для сглаживания детали у литников и устранения дефектов. В зависимости от металла, из которого была отлита отливка, может применяться термообработка для упрочнения конечной детали.

Когда использовать литье по выплавляемым моделям

Из-за своей сложности и трудозатрат литье по выплавляемым моделям является относительно дорогим процессом, однако преимущества часто перевешивают затраты. Практически любой металл может быть отлит по выплавляемым моделям. Детали, изготовленные методом литья по выплавляемым моделям, обычно имеют небольшие размеры, но этот процесс можно эффективно использовать для деталей весом 75 фунтов и более.

Литье по выплавляемым моделям позволяет изготавливать сложные детали с превосходной чистотой поверхности после литья. Отливки по выплавляемым моделям не требуют встроенного конуса для извлечения компонентов из форм, потому что керамические оболочки отрываются от детали при охлаждении. Эта производственная особенность позволяет проектировать отливки с углами 90 градусов без встроенного допуска на усадку и без дополнительной обработки, необходимой для получения этих углов.

В процессе литья по выплавляемым моделям создаются детали с превосходной точностью размеров; детали сетчатой ​​формы легко достижимы, а готовые формы часто производятся без вторичной механической обработки. Каждый уникальный цикл литья требует новой матрицы для создания восковых моделей. Инструменты для литья по выплавляемым моделям могут быть довольно дорогими; в зависимости от сложности стоимость инструментов может составлять от 1000 до 10 000 долларов США.

Для больших объемов заказов время и трудозатраты, сэкономленные за счет исключения или уменьшения вторичной обработки, легко компенсируют стоимость нового инструмента. Небольшие тиражи вряд ли окупят вложенные средства. Как правило, литье по выплавляемым моделям является логичным выбором для партии из 25 и более деталей.

Обычно от свежей восковой модели до полного литья требуется 7 дней; большая часть этого времени уходит на создание и сушку формы для керамической оболочки. Некоторые литейные заводы имеют возможность быстрой сушки для более быстрого производства отливок. Время и трудоемкость литья по выплавляемым моделям влияют не только на стоимость. Литейные заводы имеют ограниченное оборудование и производственные мощности, поэтому обычно требуется более длительное время для литья по выплавляемым моделям.

Услуги индивидуального кастинга

Reliance Foundry работает совместно с клиентами над разработкой шаблона и метода литья для каждой индивидуальной отливки. Запросите предложение, чтобы получить дополнительную информацию о том, как наша служба кастинга может соответствовать требованиям вашего проекта.