2.11 Литье в магнитные формы по выжигаемым моделям

В 70-х годах изобретен способ литья в магнитные формы по выжигаемым моделям. Его суть заключается в следующем. Пенополистироловая модель засыпается ферромагнитным формовочным материалом, на который накладывается магнитное поле. Под действием магнитного поля частицы ферромагнитного материала связываются в единое целое. Заливку производят как обычно. После снятия магнитного поля формовочный материал высыпается из опоки. Такой способ получения отливок сохраняет основные достоинства литья в формы из сухого кварцевого песка и в то же время устраняет их основной недостаток — образование засоров. Однако этот способ нашел применение для получения отливок сравнительно небольшой массы и простой конфигурации. Наибольшее уплотнение получает материал формы, расположенный у стенок, которые простираются вдоль магнитных линий. Поэтому для литья массивных и сложных отливок требуется большая напряженность магнитного поля, для создания которого необходимы магниты очень больших размеров. Очевидно, этот факт и является основным препятствием для развития этого процесса. Возможно, создание сверхпроводников в будущем позволит создать мощные компактные магниты для этого способа литья.

2.12 Исходные материалы для выжигаемых моделей

Изготовление моделей из пенопластов на основе эпоксидных смол, полиуретана, фенольно-резольных смол, полистирола и других материалов показало, что наиболее приемлемым для литья по газифицируемым моделям являются пенопласты на основе полистирола, так как они имеют наименьшую газотворную способность, минимальный негазифицируемый остаток после разложения и отличаются высокой скоростью газификации.

Полистирол получается в результате полимеризации стирола. Стирол – бесцветная жидкость плотностью 0,905 г/см³ и температурой кипения 145 °С. Для получения стирола используется бензол и этилен.

Полистирол – бесцветный и прозрачный пластик, растворяется в ароматических углеводородах, во многих эфирах и не растворяется в спиртах и бензине. При нормальных условиях полистирол представляет собой твердый упругий материал плотностью 1,05 г/см³. Температура его стеклования около 80 °С; при 80…90 °С он становится эластичным.

В качестве сырья для изготовления моделей целесообразно использовать полистирол марки ПСБ-А₁ вследствие наименьшей объемной массы его во вспененном состоянии, более однородного зернового состава и наименьшего содержания мономера.

2.13 Получение моделей для литья по выплавляемым и выжигаемым моделям по технологиям бп

Технология БП позволяет получить модели без специальной технологической оснастки.

Суть ее: по CAD - данным на прототипирующей машине выращивается модель из литейного воска или иного полимера. Крупные модели, как, в частности, головка цилиндров ДВС, выращиваются по частям, которые склеиваются. Затем модель оборудуется литниковой системой, помещается в опоку и заливается жидкой формовочной смесью. После термической обработки (вытапливание - выжигание модели, прокалка) опока помещается в литейную машину и производится собственно литье. Обычно такой метод применяют для литья изделий из цветных металлов и используют специальное литейное оборудования, позволяющее получать качественные гипсо - керамические формы и отливки с помощью вакуума. Формовку и литье осуществляют в вакуумированных камерах. При формовке также используют вибрацию. В этом случае, в отличие от атмосферной заливки при формовке удаляются растворенный в смеси воздух и снижается вероятность образования воздушных пузырей, улучшается заполнение внутренних полостей модели формомассой. После прокалки опока устанавливается в герметично закрытую камеру литейной машины, вакуумируется и затем через клапан из тигеля идет заполнение формы металлом, в конце процесса заливки в тигеле создается избыточное давление 1,5…2,5 бар. Такая технология литья снижает риск возникновения литейных дефектов. Вакуумное литье требует специального оборудования.

Для получения выплавляемой или выжигаемой модели могут быть использованы 3D - принтеры.

3D - принтер ThermoJet строит модели непосредственно из литейного воска. Это самый быстрый способ получения модели. Однако и наименее точный, поскольку точность построения модели у этого принтера различная по различным осям и, самое главное, при работе с большими массивами модельного материала, например, как в случае с головкой цилиндров, происходит усадка расплавленного воска при остывании и зачастую непредсказуемая деформация модели. Этот недостаток может быть устранен или в значительной степени нивелирован за счет повторного построения модели и назначения иных масштабных коэффициентов по осям, но в этом случае теряется смысл БП, оно становится не таким быстрым и еще более дорогостоящим. Более целесообразным в данном случае является увеличение припусков на механическую обработку. Однако при этом следует смириться с увеличением массы отливки и увеличением затрат на механообработку.

Наиболее эффективно получение модели с применением SLA - процесса. При ее выжигании образуется значительно меньше золы, чем обеспечивается высокое качество отливки. Кроме того, SLA - процесс позволяет строить модели с шагом 0,1…0,025 мм, что обеспечивает весьма высокое качество поверхности модели. Точность отливки зависит главным образом от точности построения самой модели. SLA - машины в силу принципа построения модели с помощью лазерного луча являются в этом смысле наиболее точными (и именно поэтому и наиболее дорогими). Высокая точность самого SLA-процесса, а также то, что построение модели и ее последующая обработка ведется при постоянной комнатной температуре, исключает необходимость назначения дополнительных припусков на механообработку. Это позволяет делать отливки с относительно тонкими стенками. SLA - модели относительно дороги, более чем вдвое по сравнению с моделями, изготовленными на 3D-принтерах, однако получение оливок с их помощью оправдано для изготовления ответственных деталей с повышенными требованиями. Работа с БП-моделями для получения отливок требует известного навыка и качественного формовочного и литейного оборудования. Литье вообще относится к рисковым технологиям, где вероятность случайного брака значительно выше, чем в других областях производства. Непролив формовочной смеси, несоответствие химсостава материала, повреждение модели и литников при формовке, растрескивание формы при прокалке, неоптимальная конструкция литниковой системы, газовые поры, рыхлоты и утяжины - это далеко не полный перечень причин неудачного литья и потери дорогостоящей модели.

Большое преимущество имеют модели, полученные из порошкового полистирола по SLS - технологии, (время, затраченное на изготовление отливок – 3…4 дня). Модель строится с шагом 0,15 мм, поэтому чистота поверхности (Rz 20…40) несколько хуже, чем у SLA - моделей, но остается значительно более высокой, чем при литье в песчаные формы. К тому же высокая чистота поверхности далеко не всегда является определяющим критерием качества литья. Во многих случаях SLS - модели могут быть изготовлены практически с той же точностью, что и SLA - модели.