Серийное производство высокохудожественных изделий – это в первую очередь сокращение издержек. Минимизация трудозатрат и сокращение расходов на материалы – это единственный путь выдержать конкуренцию с дешевой продукцией из стран Юго-Восточной Азии.
Технология изготовления выплавляемых моделей рассмотрена в первой части публикации. Керамическую оболочку формируют по дуплекс-процессу. В качестве связующего используют гидролизованный этилсиликат (ЭТС) и водный щелочной кремнезоль. Гидролиз проводят с кислым катализатором. Водное связующее на основе кремнезоля должно иметь в составе, помимо ПАВ и пеногасителя, добавки, повышающие тиксотропные свойства и сендиментационную устойчивость суспензии. Первый слой выполняют суспензией на основе гидролизованного ЭТС с маршалитом.
Покрытию подлежит только художественный рельеф (рис. 1). Предпочтительно выполнять операцию методом облива. Обсыпку ведут формовочным песком с размером зерен 0,2-0,3 мм.
Форму подсушивают в течение 3-5 минут до образования пластичной массы на поверхности модели.
Полного затвердевания не допускают. На подсушенную форму наносят суспензию на основе водного связующего и маршалита. Прочность форм на водном связующем до прокалки (прочность на изгиб σи ) от 1,5 МПа до 2 МПа. Операция выполняется окунанием (рис. 2). Обсыпку рационально наносить вручную, используя совок (рис. 3). В этом случае формируется равномерная толщина покрытия, особенно на острых кромках [1].
Обсыпают формовочным песком с зернистостью 0,2-0,3 мм. Сушку ведут интенсивно турбулентным потоком воздуха. Важно организовать потоки в трех плоскостях. Температура сушильного агента – 25-28 °С. Время сушки – 2-6 часов в зависимости от влажности воздуха и сложности форм. Начиная с 3-4-го слоя зернистость обсыпки увеличивают до 0,63-1,5 мм. Для художественного литья предпочтительно формировать 4-5 слоев. Последний слой закупорочный, без обсыпки зернистым материалом (рис. 4).
Если форма содержит мелкие отливки, смонтированные в виде пакета, желательно обеспечивать сращивание отдельных элементов в единый блок методом направленного нанесения суспензии и обсыпки. Подготовка к удалению модельного состава состоит в прорезке керамики по периметру верхней части воронки на глубину 8-10 мм до модельного состава. Подрезку ведут абразивным диском (рис. 5).
Подготовленные формы устанавливают в корзину (рис. 6) в количестве 6-8 штук. Масса корзины не должна превышать 15 кг для обеспечения плавного перемещения силами одного оператора. Дно корзины выполнено из перфорированного стального листа. Диметр отверстий – 4-8 мм.
Вытопка производится погружением корзины в кипящую воду (рис. 7). Объем ванны – минимум 0,25 м3. Время выдержки корзины в воде – 20 минут. Нагреватели ванны должны обеспечивать спокойное кипение теплоносителя весь период операции. Через 10 минут с момента погружения корзины в воду необходимо удалить трубки из стояков. В противном случае модельный состав из трубок остается в форме, что приводит к сажевому засору.
После подъема корзины из ванны формы остужают в течение 1-2 минут и сливают из них воду с остатками модельного состава. Если формы остудить до температуры ниже 80 °С, то модельный состав, попавший в воронку с поверхности теплоносителя, не будет удален из формы. Прокалка форм не предусматривает полного выжигания модельного состава. Остатки модельной массы объемом 2-5 см3 могут привести к сажевому засору.
Ремонт поврежденных форм производится высокопрочным гипсом или огнеупорной глиной в смеси с формовочным песком в соотношении 1:1. Полые стержни в керамической оболочке не имеют достаточной манипуляторной прочности для процесса заливки. Необходимо засыпать полости опорным наполнителем. Если это исключено, то полость стержня заполняют формовочной смесью на основе жидкого стекла.
Прокалка форм производится в опорном наполнителе. В качестве наполнителя желательно использовать формовочный песок фракции 0,125-0,63 для обеспечения плотного контакта с формой и предотвращения ухода металла в прокалочный контейнер. Контейнеры стальные, сварные с толщиной стенки 10-12 мм. Возможно применение углеродистой стали Ст3, Ст5.
Температура прокалки – 750 °С. Подъем до заданной температуры плавный в течение 4-6 часов. Выдержка при температуре прокалки – 2 часа. Температура форм под заливку – 500-750 °С [2]. Для серийных художественных отливок наиболее распространенный сплав – латунь ЛС 59-1.
Высокое содержание цинка в сплаве приводит к его кипению при температуре формы выше 750 °С. Это явление можно предотвратить повышением содержания меди в сплаве. Для этого в начале плавки сплавляют скрап латуни, например Л63. Объем присадки – 10-20 %. Перед выпуском сплав в печи раскисляют электротехническим алюминием в количестве 0,1-0,5 % от массы металла. Заливка форм производится 10-марковым графито-шамотным тиглем (рис. 8).
Выдержка залитых форм составляет 2 часа. Выбивка отливок из контейнера происходит опрокидыванием последнего. Удаление отливок методом вертикального вытаскивания приводит к деформации заготовок. Разрушение керамики производится методом динамического воздействия на стояк. Удар молотка массой 0,4 кг обеспечивает эффективную выбивку.
Отделение литниково-питающей системы производится абразивным диском. Скорость вращения шпинделя – 3000 оборотов в минуту. Диаметр абразивного диска – 230 мм. Отливку безопасно удерживать в кожаных рукавицах (вачегах) (рис. 9). Ручная обрезка – самый производительный способ отделения заготовок от сложной литниковой системы.
Представленная технология позволяет гибко охватывать всю номенклатуру художественных изделий. В одной партии могут быть изготовлены отливки весом от 5 г до 10 кг, что значительно сокращает производственный цикл. Время – самый дорогой ресурс в бизнесе. Успеть изготовить качественные заготовки быстрее конкурентов – залог процветания литейного предприятия.
Литература
1. Урвачев В.П., Кочетков В.В., Горина Н.Б. Ювелирное и художественное литье по выплавляемым моделям сплавов меди. – Челябинск. – 1991.
2. Шкленник Я.И. Литье по выплавляемым моделям. – Москва. – 1984.
