Elveszett viaszos öntés: technológia, előnyei és hátrányai

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A befektetési modellek használata az öntödei termelés meglehetősen népszerű módja. A módszert a technológiai folyamat összetettsége és az előkészítő folyamatok magas munkaerőköltsége jellemzi. Ezért ott használják, ahol szükséges a méretek pontos betartása és az alkatrészek felületének magas minősége. Így készülnek a turbinalapátok és a nagy teljesítményű szerszámok, műfogsorok és ékszerek, valamint az összetett konfigurációjú szobrok öntése. Az elveszett viaszos öntés lényege, hogy az öntéshez használt forma egy darabból áll, az alacsony olvadáspontú anyagok modelljét a formázás során nem távolítják el, hanem megolvasztják. Ez biztosítja a méretek és a domborítás gondos betartását. A modellből megmaradt üregbe fémet öntenek. A hűtés befejeztével a penész megsemmisül, és a terméket eltávolítják. Nagy sorozatok öntésekor a termék költsége csökken.

A módszer előnyei

A befektetési öntés fő előnye a formaátvitel pontossága és az alacsony felületi érdesség. Ezen kívül további előnyök is elérhetők:

• Enyhén megmunkált ötvözet alkatrészek gyártása elérhető.
• Csökkenti a további megmunkálás szükségességét.
• Azokat a termékeket öntjük, amelyeket egyébként részekre kellene készíteni és össze kellene szerelni.
• A nagy sorozatokkal a fajlagos munkaintenzitás (egy termékre vetítve) és költsége csökken.
• Maga az öntvény előkészítési műveleteinek gépesítésének és részleges automatizálásának lehetősége.

Ezek az előnyök a módszert a mai kohászat egyik legnépszerűbb és legelterjedtebbé teszik, különösen a modern progresszív öntési módszerekkel kombinálva.

A befektetési casting hátrányai

A módszer kétségtelen előnyeinek, úgy tűnik, biztosítaniuk kellett volna a dominanciáját a többi módszer között. A befektetési öntés módszerének népszerűsége ellenére azonban hátrányai megakadályozták széles körű elterjedését. A fő hátrány a többlépcsős folyamat bonyolultsága. Az előkészítő szakaszokhoz meglehetősen bonyolult és drága technológiai berendezésekre van szükség. Kis tételekben gyártott egyszerű termékek esetében ennek a módszernek a költsége magasabb.

A befektetési öntés költséghatékony alkalmazása érdekében összehasonlítják a módszer előnyeit és hátrányait, a döntésa választás az ár/minőség arány értékelése alapján történik. Ezért elsősorban a legkritikusabb és legdrágább, más módon nehezen beszerezhető termékekhez használják, mint pl. turbinalapátok, szobrok, nagy sebességű szerszámok stb. Egy másik alkalmazási terület a nagyméretű öntvények, pl. amely a léptékhatás jelentős költségcsökkentést tesz lehetővé.

Technológia

A befektetési öntési technológia többlépcsős gyártási folyamat, amely viszonylag munkaigényes. Az első szakaszban egy mestermodell készül, amely a végtermék összes szakaszán áthaladva a működő modellek gyártásának szabványává válik. A mestermodell gyártásához speciális modellkompozíciókat és hagyományos - gipsz vagy fa - modelleket is használnak. A mestermodell anyagának egyesítenie kell az erőt és a könnyű feldolgozhatóságot.

Továbbá a befektetési öntési technológia lehetővé teszi egy öntőforma létrehozását, amelybe az összes működő modellt öntik. A formák gipszből, gumiból, szilikonból, ritkábban fémből készülnek. Szerkezetileg szükségszerűen leszerelhetőnek kell lennie, és többszöri használatra tervezték. A formát modellkompozícióval töltjük meg, megszilárdulása után szétszedjük és a következő működő modellt eltávolítjuk.

Egyedi alkatrészek vagy kis szériák gyártásakor a főelrendezés és a forma létrehozásának szakaszai kimaradnak, és az elrendezés (vagy több) az anyag kézi öntésével készül.

A következő lépés a befektetési casting folyamatbangyártás az öntőforma elrendezése (vagy elrendezési blokkja) körül. Ezek a mátrixok szerkezetileg már nem szétválaszthatók és eldobhatók, ami lehetővé teszi a termék méreteinek és érdességének gondos betartását. A modern iparban kétféle formát használnak - a hagyományos homok-agyag formákat a talajba öntéshez és a héjformákat - a precíz és drága alkatrészek előállításához.

A forma elkészülte után melegítéssel vagy túlhevített gőzzel fújják ki belőle a modellt. A héjformákat 1000 ˚С-ig történő melegítés is megerősíti.

A folyamat utolsó szakasza magában foglalja a termék tényleges öntését, természetes körülmények között vagy speciális módszerrel termosztátban történő hűtését, a forma megsemmisítését és a termék tisztítását. A módszer lehetővé teszi kiváló minőségű öntvények előállítását, amelyek súlya néhány grammtól több tíz kilogrammig terjed.

Modell felállások

Az elrendezés elkészítéséhez használt anyagnak rendelkeznie kell bizonyos tulajdonságokkal. Ilyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie:

• Plaszticitás a szilárd fázisban. Pontosan meg kell ismételni a leendő termék alakját, és szükség esetén ki kell javítani.
• Erő. A modellnek deformáció nélkül kell ellenállnia a körülötte kialakuló alakzatnak.
• Olvadó. A modell renderelése nem igényel sok időt és energiát.
• Olvadt folyékonyság. A kompozíciónak könnyen be kell hatolnia a dombormű minden mélyedésébe és részletébe, pontosan megismételve a jövőbeli részlet körvonalait.
• Gazdaság. Különösen fontos a nagy sorozatgyártásnál.

A modellkompozíciókhoz általában sztearin és paraffin keveréket használnak. Ezek az anyagok sikeresen kiegészítik egymás paramétereit, kompenzálva a paraffin elégtelen olvadáspontját és a sztearin túlzott viszkozitását.

A lignitviasz alapú kompozíciók nem kevésbé népszerűek az iparban. Fő tulajdonságai a nedvességállóság, a szilárdság és az a képesség, hogy nagyon sima bevonatot képezzen, ami különösen értékes a termékmodellezés során.

Barnaszénviasz, paraffin és sztearin keverékéből álló vegyületeket is használnak.

Formakészítés

Egyedi termékek gyártásához egy darab mintaanyag kézzel vagy sablonok alapján történő kivágásával elrendezés készül. Esztergagépeken is készülnek forradalmi test formájú modellek. Az utóbbi időben egyre inkább elterjedt a modellek 3D-s nyomtatásának módszere. Egyedi elrendezésekhez és kis sorozatokhoz egyaránt alkalmas.

Egy modern ipari 3D nyomtató ára még mindig magas, de az egyik termékről a másikra könnyen átkonfigurálhatóság miatt hatékony modellkészítő eszközzé válhat nagyszámú heterogén kisszériás megrendelés esetén.

Nagyszámú azonos elrendezés elkészítése érdekében egy mátrixot készítenek gipszből, gumiból, szilikonból vagy fémből. A működő elrendezések mátrixba öntéssel készülnek. Kialakításuk szerint a formának összecsukhatónak kell lennie, hogy adott számú modell legyártható legyen. A kiválasztott anyagnak is biztosítania kell egy ilyen lehetőséget, ezért olyan követelményeket támasztanak vele szemben, mint a szilárdság, a sűrűség, az alacsony érdesség és a kémiai tehetetlenség az elrendezéssel kapcsolatban. A formaanyagnak minimálisan kell tapadnia a maketthez, hogy a kész makettek könnyen eltávolíthatók legyenek, és a méretekhez ragaszkodni lehessen. A forma fontos tulajdonsága a szilárdsága és a kopásállósága, különösen nagy sorozatoknál.

Modellek és blokkok készítése

A befektetési modellek gyártásának széles körben használt módszere a kis nyomás alatti formákba öntés. A folyékony keverék befecskendezése manuálisan, dugattyús fecskendőkkel és mechanikus, hidraulikus vagy pneumatikus feltöltőkkel történik. Barnaszénviasz használata esetén a kompozíció magas viszkozitása miatt fel kell melegíteni a csővezetékeket a kompozíció betáplálásához. A habosított polisztirol modellek extrudálással készülnek automatizált formázógépeken.

A kisméretű öntvények sorozatgyártása esetén a gazdaságosság növelése és a munkaintenzitás csökkentése érdekében ezek elrendezését blokkba vonják össze. A tömbök felett kapurendszereket alakítanak ki úgy, hogy egyedi elrendezéseket rögzítenek a csövekre kézi forrasztópáka segítségével. Egyedi öntvények vagy kis sorozatok esetén a modellek kézzel készülnek.

A kapurendszerek kialakításakor biztosítani kell az olvadék turbulens áramlását, a mátrix összes elemének egyenletes kitöltését. A PGS-ből való űrlap kitöltésekor figyelnie kell az összes egységes kitöltésére isnyílások a csövek között és megakadályozzák a károkat.

Forma készítés

A vizsgált befektetési öntési módszerben két fő formát különböztetünk meg:

• Homok-agyag keverékek (SGM).
• Shell.

A folyékony viaszos öntőformákat elsősorban kis szériás termékek gyártásához használják, amelyek nem igényelnek túl nagy pontosságot. Előállításuk folyamata meglehetősen munkaigényes, és magas és gyakran egyedi modellezők és formázók képességeit igényli. A részleges gépesítés csak bizonyos műveletekre alkalmas, mint például a formázóhomok előkészítése, feltöltése, tömörítése.

A shell formákat ezzel szemben olyan alkatrészek gyártására használják, amelyek különleges gyártási precizitást igényelnek. Előállításuk folyamata összetettebb és hosszadalmasabb, de jobban alkalmas a gépesítésre.

Földöntés

Ez a fémfeldolgozás legkorábbi módszere, amelyet az emberiség elsajátított. Őseink a fémtermékek fegyverként, szerszámként vagy edényként való használatának kezdetével, azaz körülbelül 5 ezer évvel ezelőtt sajátították el. Az olvadt fémet homok és agyag keverékéből előkészített mátrixba öntik. A fémfeldolgozás legkorábbi helyei éppen ott keletkeztek, ahol a közelben fémrögök és -alakú fémlerakódások helyezkedtek el. Tipikus példa erre a vascsipkeöntéséről világhírű uráli Kasli üzem.

A befektetési öntési módszert fémtermékek - vas-, ill.színezett. És csak azoknál a fémeknél, amelyek fokozottan hajlamosak a folyékony fázisban reagálni (például a titán), más összetételekből kell mátrixokat készíteni.

A PGS-öntés gyártási folyamata a következő fázisokból áll:

• modellkészítés;
• a lombik előkészítése;
• a keverék feltöltése és tömörítése a lombikban;
• fémöntés;
• öntvény eltávolítása és tisztítása.

Űrlap az ASG-től – egyszer használatos. A késztermék megszerzéséhez meg kell törni. Ugyanakkor a keverék nagy része újrafelhasználható.

Az ASG anyagaként túlnyomórészt különböző szemcseméretű kvarchomok és műanyag agyagok összetételét használják, amelyek tartalma 3 és 45 százalék között van. Így például a műöntvényeket 10-20% agyagtartalmú keverékkel állítják elő, különösen nagy öntvényeknél az agyagtartalom 25% -ra van állítva.

Két altípust használunk:

• Burkoló keverékek. A forma belső felületén helyezkednek el, és kölcsönhatásba lépnek az olvadt fémmel. Hőállónak kell lenniük, nem tönkretehetik a hőmérséklet-különbségek és az ebből eredő feszültségek. Ezek a keverékek finom szemcsékkel rendelkeznek, hogy gondosan átadják a felület részleteit. A keverék gázáteresztő képessége is nagyon jelentős.
• Töltelékkeverékek. A fedőréteg és a lombik falai közötti visszatöltésre szolgálnak. Ellen kell állniuk az öntött fém súlyának, meg kell őrizniük a termék alakját, és hozzá kell járulniuk a gázok időben történő és teljes eltávolításához. Olcsóbb minőségű homokból készült,újrafelhasználható.

Ha az öntőgázok nem a formázóhomok tömegén, hanem a kapurendszeren keresztül távoznak, akkor az öntvényben hibák lépnek fel, ami házassághoz vezet.

A talajba öntés hagyományos technológiáját A. Tarkovszkij „Andrej Rubljov” című filmje mutatja be részletesen. A "A harang" című novellában a fiatal Boriska, egy elhunyt mester fia egy öntödei artellt vezet és templomi harangot önt.

Shell-öntés

A héjformákban történő befektetési öntés módszerét a termékméretek legjobb átadása és az alacsony felületi érdesség jellemzi. A modell olvadó vegyületekből, például barnaszénviaszból készül. Az öntödék széles körben alkalmazzák a paraffin-sztearin összetételét is, egyenlő arányban. Nagy méretű öntvények esetén a modell anyagában sókat is tartalmaznak, hogy megóvják a modellt a deformációtól. Az oldatba mártva a modellt 6-10 rétegben, magas hőmérsékletű felfüggesztéssel borítják.

A hidrolizált szilikátok kötőanyagként működnek, az elektrokorund vagy a kvarckristályok hőálló permetezésnek tekinthetők. A héjforma anyagokat nagy szilárdság, alacsony higroszkóposság és kiváló gázáteresztő képesség jellemzi.

Az elrendezést ammóniagáz-atmoszférában szárítják. A következő lépésben a formát 120 ˚C-ra melegítjük, hogy eltávolítsuk a paraffinos modellt. A keverék maradványait túlhevített gőzzel, nagy nyomáson eltávolítjuk. Ezután a formát 1000 ˚С-ig kalcinálják, ami a végleges rögzítéshez és az anyagok eltávolításához vezet,amelyek az öntési folyamat során gázként szabadulhatnak fel.

A héjat egyfajta lombikba helyezik, amelyet acélsörét borítanak. Ez segít megőrizni a konfigurációt az öntőforma olvadékkal való feltöltésekor, és egyúttal javítja az öntvény hűtésének feltételeit. Az olvadékot 1000 ˚С-ra melegített formákba öntik. A termék speciális program szerinti termosztátos lehűtése után a penész tönkremegy, az öntvényt eltávolítják és megtisztítják.

Ennek az öntési módszernek a fő előnye a nagy méretpontosság és az alacsony felületi érdesség.

A módszer további előnyei:

• Alkatrészek öntése nehezen megmunkálható ötvözetekből.
• Elemek öntése, amelyeket egyébként darabokra kellene önteni, majd újra összerakni.

Ennek a beruházási öntési módszernek a hátránya az alacsony fémfelhasználás és a megnövekedett munkaintenzitás.

Precíziós öntés

Precíziós befektetési öntés – így nevezik mind a technológiát, mind magát a végterméket. Az öntés nagy pontosságát az biztosítja, hogy a forma előkészítése során nem kell kivonni belőle a termék modelljét. Hagyományos módszerrel az öntőmátrix előállítása összetett és nagyon időigényes, többlépcsős folyamat. Ez különösen igaz az összetett konfigurációjú, mélyedésekkel, mélyedésekkel és belső üregekkel rendelkező öntvényrészek esetében.

Például egy változó felületi görbületű öntöttvas vagy rézváza öntésekor sok trükköt kell bevetni. Igen, előszöra lombik alsó felét megtöltjük, majd a modellt eltávolítjuk, megfordítjuk és a felső felét döngöljük. A makett kompozitot kell készíteni, a váza fogantyúi két elemből állnak, ezeket két lépcsőben húzzák ki a modellüregen keresztül - először az alsó elemet, majd a felsőt. Mindezek a számos esztergálás és húzás nem gyakorolhat pozitív hatást a forma felületének épségére, és végső soron az öntvény méreteinek megtartásának pontosságára és a felület minőségére. Ezen túlmenően továbbra is fennáll a probléma a lombikok részeinek pontos illeszkedésével és biztonságos rögzítésével.

A befektetési öntés gyártása ezeket a hiányosságokat mentesíti, nem igényel magasan képzett modellezőket, és jelentősen csökkenti az előöntési műveletek munkaintenzitását. Ez különösen hangsúlyos a nagy sorozatú öntvényeknél.

A módszer lehetővé teszi a 2-5. pontossági osztály elérését a GOST 26645-85 szerint. Ez lehetővé teszi olyan nagy pontosságú termékek öntését, mint a turbinalapátok, vágószerszámok, beleértve a nagy teljesítményű marókat és fúrókat, a kritikus nagy terhelésű konzolokat, a járművek kis, nagy terhelésű alkatrészeit, szerszámgépeket és más összetett mechanizmusokat.

A nagy méretpontosság és a magas felületi osztály minimálisra csökkenti az öntvény további megmunkálásának szükségességét, ami fémmegtakarítást és a gyártási költségek csökkentését eredményezi.

Felszerelés

A szükséges öntőberendezések változatosak és összetettek. A vállalatok egyetlen és jól koordinált komplexummá egyesítik őket,telephelyként, műhelyként vagy külön gyártásként szervezve.

A komplexum összetétele a gyártási léptéktől, az öntvények méretétől, konfigurációjától és forgalmától függ.

Így a műfogsorok és ékszerek gyártása során a felszerelés a következőket tartalmazza:

• modelltábla;
• tokos kemence termosztáttal;
• szike- és spatulakészlet a modell alakjának korrigálásához;
• alakítótábla;
• lombik;
• tartályok formázóhomok tárolására és előkészítésére;
• homokdöngölő szerszámkészlet;
• tégely fém olvasztásához;
• csipesz;
• kalapács a forma töréséhez.

Ez a gyártókomplexum könnyen elfér egy asztalon és egy szekrényben. Ha például alumíniumöntvények - egy készülék részei - tömeggyártását tervezik, akkor felszerelésre lesz szükség:

• kerámia formák formázása és öntése;
• szárító formák;
• a modell anyagának kiolvasztása és hőálló réteg felvitele;
• öntvények tisztítása öntőanyagtól.

És végül az öntödei komplexum tényleges berendezése, amelynek célja az olvadék előállítása és öntőformába öntése. Ez lehet öntőberendezés:

• alacsony nyomás alatt;
• centrifugális;
• a szokásos gravitációs módon.

A fröccsöntő és centrifugális öntőgépek különálló gépesített és automatizált gépek.termelési komplexum, elszigetelten az üzlet légkörétől. Minimalizálják a kézi munkát és az emberi kitettséget a káros körülményeknek. A zárt kamrák, amelyekben a komplexumok találhatók, biztosítják a kipufogógázok teljes felfogását és tisztítását, ami jelentősen növeli a vállalkozás környezetbarát jellegét.

Az elveszett viaszos öntésnek meglehetősen nagy fejlődési potenciálja van, különösen, ha fejlett formakészítési és öntési technikákkal kombinálják.