Zudušā vaska liešana: tehnoloģija, priekšrocības un trūkumi

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Ieguldījumu modeļu izmantošana ir diezgan populāra lietuvju ražošanas metode. Metode izceļas ar tehnoloģiskā procesa sarežģītību un augstām darba izmaksām sagatavošanas procesos. Tāpēc to izmanto tur, kur nepieciešams precīzi ievērot izmērus un nodrošināt augstu detaļu virsmas kvalitāti. Šādi tiek izlietas turbīnu lāpstiņas un augstas veiktspējas instrumenti, protēzes un rotaslietas, kā arī sarežģītas konfigurācijas skulptūras. Zaudētā vaska liešanas būtība ir tāda, ka veidne liešanai ir viengabala, zemas kušanas materiālu modelis formēšanas laikā netiek noņemts, bet tiek izkausēts. Tas nodrošina rūpīgu izmēru un reljefa ievērošanu. No modeļa atlikušajā dobumā ielej metālu. Pabeidzot dzesēšanu, pelējums tiek iznīcināts un produkts tiek noņemts. Liejot lielas sērijas, tiek samazinātas preces izmaksas.

Metodes priekšrocības

Galvenā investīciju liešanas priekšrocība ir veidņu pārneses precizitāte un zems virsmas raupjums. Turklāt ir pieejamas arī citas priekšrocības:

• Pieejama viegli apstrādātu sakausējuma detaļu ražošana.
• Samazina vajadzību pēc turpmākas apstrādes.
• Izstrādājumi tiek izlieti, kas pretējā gadījumā būtu jāizgatavo pa daļām un jāsamontē kopā.
• Ar lielām sērijām tiek panākta īpatnējās darbaspēka intensitātes (uz vienu produktu) un tā izmaksu samazinājums.
• Paša lējuma sagatavošanas darbību mehanizācijas un daļējas automatizācijas iespēja.

Šīs priekšrocības padara metodi par vienu no populārākajām un izmantotākajām mūsdienu metalurģijā, īpaši kombinācijā ar modernajām progresīvās liešanas metodēm.

Investīciju liešanas trūkumi

Šķiet, ka metodes neapšaubāmajām priekšrocībām bija jānodrošina tās dominēšana citu metožu vidū. Tomēr, neskatoties uz investīciju liešanas metodes popularitāti, trūkumi ir kavējuši tās plašu ieviešanu. Galvenais trūkums ir daudzpakāpju procesa sarežģītība. Tas prasa diezgan sarežģītu un dārgu tehnoloģisko aprīkojumu sagatavošanas posmiem. Vienkāršiem produktiem, kas ražoti nelielās partijās, šai metodei ir augstākas izmaksas.

Investīciju liešanas rentablai pielietošanai tiek salīdzinātas metodes priekšrocības un trūkumi, lēmums partā izvēle tiek veikta, pamatojoties uz cenas / kvalitātes attiecības novērtējumu. Tāpēc to galvenokārt izmanto kritiskākajiem un dārgākajiem izstrādājumiem, kurus ir grūti iegūt citādā veidā, piemēram, turbīnu lāpstiņām, skulptūrām, ātrgaitas instrumentiem utt. Vēl viena pielietojuma joma ir liela mēroga lējumi, kuras mēroga efekts ļauj panākt ievērojamu izmaksu samazinājumu.

Tehnoloģijas

Investīciju liešanas tehnoloģija ir daudzpakāpju ražošanas process, kas ir salīdzinoši darbietilpīgs. Pirmajā posmā tiek izgatavots meistarmodelis, kas pēc visu galaprodukta posmu nokārtošanas kļūs par darba modeļu ražošanas standartu. Meistara modeļa izgatavošanai tiek izmantotas gan īpašas modeļu kompozīcijas, gan tradicionālās - ģipša vai koka. Galvenā modeļa materiālam jāapvieno izturība un viegla apstrāde.

Turklāt investīciju liešanas tehnoloģija paredz izveidot veidni, kurā tiks ielieti visi strādājošie modeļi. Veidnes ir izgatavotas no ģipša, gumijas, silikona, retāk metāla. Strukturāli tai obligāti jābūt noņemamai un paredzētai atkārtotai lietošanai. Veidni piepilda ar modeļa kompozīciju, pēc sacietēšanas to izjauc un noņem nākamo darba modeli.

Ražojot unikālas detaļas vai nelielas tirāžas, galvenā izkārtojuma un veidnes izveides posmi tiek izlaisti, un izkārtojums (vai vairāki) tiek izveidots, materiālu formējot manuāli.

Nākamais solis ieguldījumu atlases procesā irražošana ap liešanas veidnes izkārtojumu (vai izkārtojumu bloku). Šīs matricas jau strukturāli nav atdalāmas un vienreiz lietojamas, kas ļauj panākt rūpīgu izstrādājuma izmēru un raupjuma ievērošanu. Mūsdienu rūpniecībā tiek izmantotas divu veidu veidnes - tradicionālās smilšu-māla veidnes liešanai zemē un čaumalu veidnes - precīzu un dārgu detaļu ražošanai.

Pēc veidnes pabeigšanas modelis tiek izkausēts no tās, karsējot vai pūšot ar pārkarsētu tvaiku. Apvalku formas papildus nostiprina karsēšana līdz 1000 ˚С.

Procesa beigu posmā ietilpst produkta faktiskā liešana, tā dzesēšana dabiskos apstākļos vai ar īpašu metodi termostatā, pelējuma iznīcināšana un izstrādājuma tīrīšana. Metode ļauj iegūt augstas kvalitātes lējumus, kas sver no vairākiem gramiem līdz desmitiem kilogramu.

Modeļu sastāvi

Materiālam maketa izgatavošanai ir jābūt noteiktām īpašībām. Tam jābūt tādām īpašībām kā:

• Plastiskums cietā fāzē. Ir nepieciešams precīzi atkārtot topošā produkta formu un vajadzības gadījumā to koriģēt.
• Spēks. Modelim bez deformācijas jāiztur formas veidošanas process ap to.
• Kausējams. Modeļa renderēšanai nevajadzētu prasīt daudz laika un enerģijas.
• Kausēta plūstamība. Kompozīcijai vajadzētu viegli iekļūt visos reljefa padziļinājumos un detaļās, precīzi atkārtojot nākamās detaļas kontūras.
• Ekonomika. Īpaši svarīgi lielas sērijas ražošanai.

Modeļa kompozīcijām parasti izmanto stearīna un parafīna maisījumu. Šie materiāli veiksmīgi papildina viens otra parametrus, kompensējot parafīna nepietiekamo kušanas temperatūru un stearīna pārmērīgo viskozitāti.

Nozarē ne mazāk populāri ir kompozīcijas, kuru pamatā ir brūnogļu vasks. Tās galvenās īpašības ir mitruma izturība, izturība un spēja veidot ļoti gludus pārklājumus, kas ir īpaši vērtīgi izstrādājumu modelēšanai.

Tiek izmantoti arī savienojumi, kas sastāv no brūnogļu vaska, parafīna un stearīna maisījuma.

Veidņu izgatavošana

Unikālo izstrādājumu izgatavošanai tiek sagatavots makets, izgriežot modeļa materiāla gabalu manuāli vai pēc šabloniem. Modeļi revolūcijas korpusu formā tiek izgatavoti arī uz virpām. Pēdējā laikā arvien plašāk izplatās modeļu 3D drukāšanas metode. Tas ir piemērots gan vienam izkārtojumam, gan mazām sērijām.

Mūsdienīga industriālā 3D printera izmaksas joprojām ir augstas, taču, pateicoties vienkāršai pārkonfigurēšanai no viena produkta uz citu, tas var kļūt par efektīvu modeļu veidošanas rīku liela skaita neviendabīgu mazo sēriju pasūtījumu gadījumā.

Lai izveidotu lielu skaitu vienādu izkārtojumu, matricu veido no ģipša, gumijas, silikona vai metāla. Savukārt darba maketus ražo, ieliejot matricā. Pēc konstrukcijas veidnei jābūt saliekamai, lai nodrošinātu iespēju izgatavot noteiktu skaitu modeļu. Arī izvēlētajam materiālam ir jānodrošina šāda iespēja, tāpēc tam tiek izvirzītas tādas prasības kā izturība, blīvums, mazs raupjums, ķīmiskā inerce attiecībā pret izkārtojumu. Veidnes vielai jābūt arī minimālai saķerei ar maketu, lai nodrošinātu, ka gatavos maketus var viegli noņemt un ievērot izmērus. Svarīga veidnes īpašība ir tās izturība un nodilumizturība, īpaši lielām sērijām.

Modeļu un bloku izgatavošana

Plaši izmantota investīciju modeļu ražošanas metode ir to liešana veidnēs zemā spiedienā. Šķidrā maisījuma iesmidzināšana tiek veikta gan manuāli, izmantojot virzuļšļirces, gan mehāniskos, hidrauliskos vai pneimatiskos kompresorus. Ja izmanto brūnogļu vasku, tā augstās viskozitātes dēļ ir nepieciešams sildīt cauruļvadus kompozīcijas padevei. Putupolistirola modeļi tiek izgatavoti ar ekstrūzijas palīdzību automatizētās formēšanas iekārtās.

Lai palielinātu ekonomisko efektivitāti un samazinātu darbaspēka intensitāti mazo lējumu sērijveida ražošanas gadījumā, to izkārtojumi tiek apvienoti blokos. Vārtu sistēmas tiek veidotas virs blokiem, piestiprinot pie spraugām atsevišķus izkārtojumus, izmantojot rokas lodāmuru. Atsevišķu lējumu vai nelielu sēriju gadījumā modeļi ir izgatavoti ar rokām.

Veidojot vārtu sistēmas, nepieciešams nodrošināt neturbulentu kausējuma plūsmu, vienmērīgu visu matricas elementu piepildījumu. Pildot veidlapu no PGS, jums arī jāuzrauga visu vienmērīga aizpildīšanaatveres starp spraugām un novērš bojājumus.

Veidnes izgatavošana

Attiecīgajā ieguldīšanas liešanas metodē ir divi galvenie veidņu veidi:

• Smilšu-māla maisījumi (SGM).
• Shell.

Flued vaska liešanas veidnes galvenokārt tiek izmantotas nelielu produktu sēriju ražošanā, kam nav nepieciešama ļoti augsta precizitāte. To izgatavošanas process ir diezgan darbietilpīgs un prasa augstas un bieži vien unikālas modelētāju un formētāju prasmes. Daļēja mehanizācija ir piemērota tikai noteiktām darbībām, piemēram, formēšanas smilšu sagatavošana un iepildīšana, to blietēšana.

Savukārt Shell veidnes tiek izmantotas tādu detaļu ražošanai, kurām nepieciešama īpaša ražošanas precizitāte. To ražošanas process ir sarežģītāks un ilgstošāks, taču tas ir labāk piemērots mehanizācijai.

Lielas liešana

Šī ir senākā cilvēces apgūtā metāla apstrādes metode. Mūsu senči to apguva vienlaikus ar metāla izstrādājumu kā ieroču, darbarīku vai piederumu izmantošanas sākumu, tas ir, apmēram pirms 5 tūkstošiem gadu. Izkausētu metālu ielej sagatavotā matricā no smilšu un māla maisījuma. Agrākās metālapstrādes vietas radās tur, kur tuvumā atradās metālu nogulsnes tīrradņu un uzliku veidā. Tipisks piemērs ir Kasli rūpnīca Urālos, kas ir pasaulē slavena ar savu dzelzs mežģīņu liešanu.

Investīciju liešanas metode tiek izmantota metālizstrādājumu ražošanā - gan melnā, gankrāsains. Un tikai metāliem, kuriem ir paaugstināta tendence reaģēt šķidrā fāzē (piemēram, titānam), ir jāveido matricas no citām kompozīcijām.

Lējuma ražošanas process PGS sastāv no šādām fāzēm:

• modeļu izgatavošana;
• kolbas sagatavošana;
• maisījuma iepildīšana un sablīvēšana kolbā;
• metāla liešana;
• lējuma noņemšana un tīrīšana.

Veidlapa no ASG – vienreizējai lietošanai. Lai iegūtu gatavo produktu, tas būs jāsalauž. Tajā pašā laikā lielākā daļa maisījuma ir pieejama atkārtotai izmantošanai.

Kā materiāli ASG tiek izmantoti pārsvarā dažādu graudu izmēru kvarca smilšu un plastmasas mālu sastāvi, kuru saturs svārstās no 3 līdz 45 procentiem. Tā, piemēram, mākslas lējumi tiek ražoti, izmantojot maisījumu ar 10-20% mālu saturu, īpaši lieliem lējumiem mālu saturs tiek noregulēts uz 25%.

Tiek izmantoti divi apakštipi:

• Sejas maisījumi. Tie atrodas uz veidnes iekšējās virsmas un mijiedarbojas ar izkausēto metālu. Tiem jābūt karstumizturīgiem, lai tos nesabojātu temperatūras atšķirības un no tā izrietošie spriegumi. Šiem maisījumiem ir smalks graudainums, lai rūpīgi nodotu virsmas detaļas. Ļoti nozīmīga ir arī maisījuma spēja izlaist gāzi.
• Pildījuma maisījumi. Tos izmanto aizpildīšanai starp pārklājošo slāni un kolbas sienām. Tiem jāiztur izlietā metāla svars, jāsaglabā izstrādājuma forma un jāveicina savlaicīga un pilnīga gāzu noņemšana. Ražots no lētākām smilšu kategorijām,atkārtoti lietojams.

Ja lējuma gāzes neizplūst caur formēšanas smilšu masām, bet gan caur vadu sistēmu, lējumā rodas defekti, kas noved pie laulībām.

Tradicionālā liešanas tehnoloģija zemē ir detalizēti ilustrēta A. Tarkovska filmā "Andrejs Rubļevs". Novelē "Zvans" jauneklis Boriska, miruša meistara dēls, vada lietuves arteli un izmet baznīcas zvanu.

Apvalka liešana

Ieguldījuma liešanas metodi čaumalu veidnēs raksturo vislabākā izstrādājuma izmēru pārnešana un zems virsmas raupjums. Modelis ir izgatavots no kausējamiem savienojumiem, piemēram, brūnogļu vaska. Lietuves plaši izmanto arī parafīna-stearīna sastāvu vienādās proporcijās. Liela izmēra lējumu gadījumā modeļa materiālā ir iekļauti sāļi, lai aizsargātu modeli no deformācijas. Iegremdējot šķīdumā, modelis tiek pārklāts 6-10 slāņos ar augstas temperatūras suspensiju.

Hidrolizēti silikāti darbojas kā saistviela, elektrokorunda vai kvarca kristāli tiek ņemti par karstumizturīgu kaisīšanu. Korpusa veidņu materiāliem ir raksturīga augsta izturība, zema higroskopiskums un lieliska gāzes caurlaidība.

Izkārtojums tiek žāvēts gāzveida amonjaka atmosfērā. Nākamajā posmā veidni uzkarsē līdz 120 ˚C, lai noņemtu parafīna modeli. Maisījuma atlikumus noņem ar pārkarsētu tvaiku zem augsta spiediena. Pēc tam veidni kalcinē temperatūrā līdz 1000 ˚С, kas noved pie tās galīgās fiksācijas un vielu noņemšanas,kas liešanas procesā var izdalīties kā gāzes.

Apvalks ir ievietots tādā kā kolbā, kas ir pārklāta ar tērauda skrotīm. Tas palīdz saglabāt konfigurāciju, piepildot veidni ar kausējumu, un vienlaikus uzlabo lējuma dzesēšanas apstākļus. Kausējumu lej līdz 1000 ˚С uzkarsētās veidnēs. Pēc produkta atdzesēšanas saskaņā ar īpašu programmu termostatā veidne tiek iznīcināta, lējums tiek noņemts un notīrīts.

Šīs liešanas metodes galvenā priekšrocība ir augsta izmēru precizitāte un zems virsmas raupjums.

Metodes papildu priekšrocības:

• Detaļu liešana no sakausējumiem, kurus ir grūti apstrādāt.
• Elementu liešana, kas citādi būtu jāizmet pa daļām un pēc tam atkal jāsaliek kopā.

Šīs ieguldīšanas liešanas metodes trūkumi ir zema metāla izmantošana un paaugstināta darbaspēka intensitāte.

Precīza liešana

Precīza investīciju liešana - šādi tiek dēvēta gan tehnoloģija, gan pats gala produkts. Liešanas augsto precizitāti nodrošina tas, ka veidnes sagatavošanas laikā nav nepieciešams no tās izvilkt izstrādājuma modeli. Izmantojot tradicionālo metodi, liešanas matricas izgatavošana ir sarežģīts un ļoti laikietilpīgs daudzpakāpju process. Tas jo īpaši attiecas uz liešanas daļām ar sarežģītu konfigurāciju ar padziļinājumiem, padziļinājumiem un iekšējiem dobumiem.

Piemēram, liejot čuguna vai vara vāzi ar mainīgu virsmas izliekumu, ir jāizmanto daudz triku. Jā, vispirmskolbas apakšējo pusi pilda, pēc tam modeli izņem, apgriež un augšējo pusi saspiež. Modelis ir jātaisa kompozīts, vāzes rokturi ir izgatavoti no diviem elementiem, tie tiek izvilkti caur modeļa dobumu divos posmos - vispirms apakšējais elements, tad augšējais. Visi šie daudzie pagriezieni un vilkšana nevar pozitīvi ietekmēt veidnes virsmas integritāti un galu galā lējuma izmēru saglabāšanas precizitāti un virsmas kvalitāti. Turklāt joprojām pastāv problēma, kā precīzi saskaņot kolbu daļas un droši tās piestiprināt viena otrai.

Investīciju liešanas ražošanā nav šo nepilnību, tai nav nepieciešami tik augsti kvalificēti modelētāji un būtiski samazinās pirmsliešanas darbu darbietilpība. Tas ir īpaši izteikts ar lielām lējumu sērijām.

Metode ļauj sasniegt 2-5 precizitātes klasi saskaņā ar GOST 26645-85. Tas ļauj izliet augstas precizitātes izstrādājumus, piemēram, turbīnu asmeņus, griezējinstrumentus, tostarp augstas veiktspējas frēzes un urbjus, kritiski noslogotus kronšteinus, mazas, augstas slodzes transportlīdzekļu daļas, darbgaldus un citus sarežģītus mehānismus.

Augsta izmēru precizitāte un augsta virsmas klase samazina nepieciešamību pēc turpmākas lējuma apstrādes, kas ietaupa metālu un samazina ražošanas izmaksas.

Aprīkojums

Nepieciešamā ieguldījumu liešanas iekārta ir daudzveidīga un sarežģīta. Uzņēmumi tos apvieno vienā un labi koordinētā kompleksā,organizēta kā vieta, darbnīca vai atsevišķa ražošana.

Kompleksa sastāvs ir atkarīgs no ražošanas mēroga, izmēra, konfigurācijas un lējumu aprites.

Tādējādi protēžu un juvelierizstrādājumu ražošanā aprīkojumā ietilps:

• modeļu tabula;
• mufeļkrāsns ar termostatu;
• skalpeļu un lāpstiņu komplekts modeļa formas koriģēšanai;
• veido dēli;
• kolba;
• tvertnes formēšanas smilšu uzglabāšanai un sagatavošanai;
• smilšu blietēšanas instrumentu komplekts;
• tīģelis metāla kausēšanai;
• knaibles;
• āmurs, lai izjauktu veidni.

Šis ražošanas komplekss var viegli ietilpt uz viena galda un vienā skapī. Ja plānots masveidā ražot, piemēram, alumīnija lējumus - ierīces daļas, tad aprīkojums būs nepieciešams:

• keramisko veidņu formēšana un liešana;
• žāvēšanas formas;
• izkausējot modeļa materiālu un uzklājot karstumizturīgu slāni;
• lējumu tīrīšana no formēšanas materiāla.

Un visbeidzot faktiskais lietuvju kompleksa aprīkojums, kas paredzēts, lai iegūtu kausējumu un ielej to veidnē. Tas var būt liešanas aprīkojums:

• zemā spiedienā;
• centrbēdzes;
• parastajā gravitācijas ceļā.

Iesmidzināšanas un centrbēdzes liešanas iekārtas ir atsevišķas augsti mehanizētas un automatizētas iekārtasražošanas komplekss, izolēts no veikala atmosfēras. Tie samazina roku darbu un cilvēku pakļaušanu kaitīgajiem apstākļiem. Slēgtās kameras, kurās atrodas kompleksi, nodrošina pilnīgu izplūdes gāzu uztveršanu un attīrīšanu, kas ievērojami palielina uzņēmuma videi draudzīgumu.

Pazudinātā vaska liešanai ir diezgan liels attīstības potenciāls, īpaši, ja to apvieno ar progresīvām veidņu izgatavošanas un liešanas metodēm.