Формовочная смесь для литья своими руками. Формовочные материалы и смеси. Необходимые в процессе материалы

Литейное производство достаточно простой и широко распространенный технологический процесс для получения отливок различного размера и разнообразной формы. Получение деталей методом литья практикуется в автомобилестроении, станкостроении, вагоностроении и многих прочих отраслях машиностроения. Для получения полых или с множеством отверстий отливок используются стержневые и формовочные смеси различных составов. Экономически обосновано использование песчано-глинистых форм при массовом производстве.

Состав смесей зависит от:

способа формовки:
1. ручная;
2. машинная;
типа металла:
1. сталь;
2. чугун;
3. цветной металл и его сплавы;

типа производства:
1. единичное;
2. серийное;
3. массовое;

типа литья;
технологического оснащения.

Материалы, которые используются для получения формовочных смесей, подразделяются на следующие группы:

песчаник;
различные сорта глины;
вспомогательные:
- связующие материалы;
- противопригарные смазки и покрытия;
- огнеупорные;
- специальные.

Глинистые пески могут содержать глины в своем составе до 50%. Делят их по количеству содержания глины на:

тощие – до 10%;
полужирные – до 20%;
жирные – до 30%;
очень жирные – до 50%.

Также используются кварцевые пески. Силикатная основа позволяет принимать в форму расплав, температура которого достигает 1700С.

Получение отливок высокого качества требует использования противопригарных покрытий и материалов мелкой фракции, чтобы предупредить образование в форме пор.

Виды и состав смесей

К формовочным смесям для литья предъявляются следующие требования:

механическая прочность;
теплопроводность;
газовая проницаемость;
огнестойкость;
теплоемкость.

Формовочные и стержневые смеси обладают одинаковыми свойствами. Но к стержням предъявляются более высокие требования, потому что на него расплавленный металл оказывает более сильное давление.

Формовочные смеси делятся на три типа:

единые;
облицовочные;
наполнительные.

Единая смесь предназначается для наполнения всего объема литейной формы. В полном объеме используется при машинной формовке при выпуске отливок в большом количестве. Для ее приготовления используется большой объем еще неиспользовавшихся материалов.

Облицовочная смесь предназначена для получения слоя формы, контактирующего непосредственно с расплавом. Его толщина зависит от типа смеси и тяжести отливки и составляет 20-100 мм. Для того чтобы дополнить оставшийся объем используется наполнительная смесь.

Состав формовочной смеси напрямую зависит от формы и метода ее изготовления. Формирование песчано-глинистых форм происходит двумя способами, в результате которых получаются сухие и сырые формы. Для их податливости при формировании в смесь вводятся сгорающие наполнители – торф или древесные опилки. В состав подсушиваемых форм кроме глины и песка закладываются крепитель, измельченный асбест и барда.

Кроме них используются:

быстро отверждающиеся;
самостоятельно отверждающиеся;
твердеющие при химическом преобразовании;
жидкостекольные составы.

В быстро отверждающихся смесях связкой выступает жидкое стекло. Если для сушки жидкого стекла необходима теплая продувка, то в данном случае отвердение происходит за счет феррохромового шлака.

Самостоятельно отверждающиеся составы в первоначальном состоянии жидкие. Затем в них вводятся ПАВ и песочный наполнитель. Такой состав сохраняет текучесть не более 10 минут. Поэтому они приготавливаются на формовочных участках.

Химически отверждающиеся смеси имеют малый срок жизни. В следствие чего в смесь добавляется едкий натр.

Жидкостекольные разновидности после формирования подвергаются сушке продуванием углекислым газом. В процессе сушки протекают химические реакции: образование кремниевой кислоты и углекислого натрия.

Для изготовления стержня, например, первого класса, смесь целиком состоит кварца и крепителей. Для формовки крупных стержней используется 1/3 часть использованного и восстановленного состава.

Температура плавления цветных металлов значительно ниже, чем у сталей и чугунов. Из-за чего формовочные смеси имеют меньшую огнеупорность. Для литья бронзы и медных сплавов формовочные составы готовят при использовании глинистого песка П класса. Такие наполнители как борная кислота, серный цвет или фтористая присадка используются для литья алюминия. Они препятствуют активному окислению расплава.

Требуемые свойства

Для получения качественной отливки необходима литейная форма, изготовленная из ингредиентов, подобранных под разлив определенного металла. Формовочная смесь для литья должна обладать определенной влажностью. При малой влажности форма склонна к осыпаемости, что затрудняет формовку.

Плохая газовая проницаемость провоцирует образование в отливке дефектов — газовых пор и раковин. Из-за чего необходим песок крупной фракции (более 50%).
Литье в песчано-глинистую форму
Высокая прочность формы и стержня не позволяет изменять геометрию отливки. Чтобы ее получить применяются специальные связующие материалы.
Приготовление смесей
Процесс приготовления формовочных и стержневых смесей проводится в три этапа. Первый этап — подготовительный. Здесь происходит подготовка еще неиспользованных материалов. Проводится сушка, дробление и последующее просеивание.
На втором этапе происходит подготовка отработанного состава. Это позволяет экономить на материалах. Процесс начинается на охладительных барабанах. Происходит выбивка, размельчение, охлаждение.
Формовочные смеси для литья готовятся на третьем этапе в смесителях. Широкое применение нашли катковые модели. Они используются для приготовления таких составов как:
единые;
стержневые смеси;
облицовочные;
с добавками:
вязкие;
жидкие;
пылевидные.

При больших объемах выпуска производство автоматизировано. Механизация процессов отражается на снижении себестоимости продукции.

Определения литья в землю
Определим, какими терминами называют литейную технологию заливки металла в формы на основе песка. Аналогичными считаются формулировки:
- Литье в песчаные формы, смеси;
- Литье в песчано-глинистые формы, смеси;
- Литье в землю.
Все эти термины обозначают одну и туже технологию литья. Применение далее любого из названий, будем считать аналогами.

Литейная продукция

Литье в песчаные формы – метод литья металлов и сплавов, при котором расплавленный металл заливается в форму сделанную из плотно утрамбованного песка. Для связи песчинок между собой, песок смешивают с глиной, водой и другими связующими материалами.
Более 70% всех металлических отливок производится с помощью процесса литья в песчаные формы.
Основные этапы

Есть шесть шагов в этом процессе:
-Поместить модель в опоку с песком, чтобы создать форму.
-В необходимых местах присоединяются литниковая система и выпоры.
-Удалить из опоки модель и соединить полуформы.
-Заполнить полость формы расплавленным металлом.
-Выдержать застывающий металл в опоках согласно технологии.
-Выбить отливку и освободить от литников и выпоров.

Литейные модели

По чертежам и литейным технологиям, разработанных технологом или конструктором, опытный модельщик изготавливает модель детали из дерева, металла или пластмассы или пенополистирола. Металл в процессе охлаждения даёт усадку, и кристаллизация может быть неоднородной из-за неравномерного охлаждения. Таким образом, модель должна быть чуть больше, чем готовая отливка, с применением, так называемого, коэффициента усадки металла. Различные усадочные коэффициенты используются для различных металлов. Модели в процессе формовки оставляют в песке полости-отпечатки в форме, в которые помещают стержень из песка. Такие стержни иногда усиливается проволочной арматурой, которые используются для создания полостей, которые не могут быть сформированы основной моделью, например, внутренние проходы клапанов или места охлаждения в блоках двигателей.
Литниковая система для входа металла в полости формы представляют собой направляющую и включает воронку, литники, которые поддерживают хороший напор жидкого металла, для более равномерного заполнения полости формы. Газ и пар, образующихся при литье выходят через проницаемые пески или через стояки, которые изготавливаются либо в самой модели, или в виде отдельных частей.

Опоки для формовочных материалов
Для формовки используют две или несколько опок. Опоки изготавливаются в виде ящиков, которые могут быть соединены друг с другом и скреплены между собой. Модель утапливается в нижней части опоки вплоть до её самого широкого поперечного сечения. Затем монтируется верхняя часть модели. К нижней части опоки зажимами прикрепляется верхняя и туда добавляется и утрамбовывается формовочная смесь таким образом чтобы она полностью закрывала модель. В необходимых местах устанавливаются литники и выпора. Затем опока половинится и из неё вынимается модель, деревянные литники и выпора.

Охлаждение металла
Для управления кристаллизацией структуры металла, в форму можно поставить металлические пластины, холодильники. Соответственно быстрое локальное охлаждения образует более детальную структуру металла в этих местах. В черной отливке эффект аналогичен закалке металла в кузнице. В других металлах, холодильники могут быть использованы для управления направленной кристаллизации отливки. При управлении способом охлаждения литья можно предотвратить внутренние пустоты или пористость внутри литья.

Производство
Для получения полостей в отливке, например, для охлаждающей жидкости в блоке двигателя и головок цилиндров используются стержни. Обычно стержни для литья ставятся в форму после удаления модели. После сушки опоку с формой устанавливают на литейный плац для заполнения расплавленным металлом, обычно сталь, бронза, латунь, алюминий, магний и цинк. После заполнения жидким металлом опоки не трогают до охлаждения отливки. После выбивки отливки, стержни удаляются из литья. Металл литников и прибылей любым способом должен быть отделен от отливки. Различные термические обработки могут быть использованы для снятия напряжений от первоначального охлаждения и добавить твёрдости в случае закалки в воде или масле. Поверхность литья может быть дополнительно упрочена дробеструйной обработкой, которая добавляет устойчивости к растрескиванию, растягивает и разглаживает шероховатую поверхность.

Разработка технологии
Чтобы было возможным удалить модель не нарушая целостности формовочной смеси все части модели должны быть предварительно рассчитаны технологом и иметь знаковые части для установки стержней. Небольшой уклон должен использоваться на поверхностях, перпендикулярных линии разъема, для того, чтобы была возможность удалить модель из формы. Это требование также распространяется на стержни, так как они должны быть удалены из полостей, которые они образуют. Выпора и стояки должны быть расположены так, чтобы обеспечить оптимальный поток металла в форму и газов из неё для того, чтобы избежать недолива литья.

Способы литья в землю
Различают два способа литья в песчаные формы, первый с использованием «сырого» песка, так называемые сырые формы, а второй метод - жидкостекольный.
Сырые формы
Мокрый песок, используются, чтобы сделать форму в опоке. Название произошло от того, что мокрым песком пользуются в процессе формования. "Сырой песок" – это смесь:
-кремнеземистый песок (SiO2), или хромистые пески (FeCr2O), или циркониевый песок (ZrSiO4), от 75 до 85%, и другие составляющие, включая графит, глину от 5 до 11%, воды от 2 до 4%, других неорганических элементов от 3 до 5%, антрацит до 1%.
Есть много формовочных смесей с глиной, но все они различны по пластичным свойствам смеси, качеству поверхности, а также возможностью применения в литье расплавленного металла в отношении пропускной способности для выхода газов. Графит, как правило, содержится в соотношении не более 5%, он частично сгорает при соприкосновении с расплавленным металлом с образованием и выделением органических газов. Сырые смеси как правило для литья цветных металлов не используются, так как сырые формы приводят к сильному окислению, особенно медного и бронзового литья. Сырые песчаные формы для литья алюминия не используют. Для алюминиевого литья используют более качественные формовочные смеси. Выбор песка для формовки зависит от температуры заливки металла. Температура заливки меди, стали и чугуна выше других металлов, поэтому, глина от воздействия высокой температуры далее не регенерируется. Для заливки чугуна и стали на основе железа как правило, работают с кварцевым песком – он относительно недорог по сравнению с другими песками. Так как глина выгорает, в новую порцию песчаной смеси добавляют новую порцию глины и некоторую часть старого песка. Кремний является нежелательным в песке, т.к. зерна кварцевого песка имеют тенденцию взрываться при воздействии высокой температуры во время заливки формы. Эти частицы находятся во взвешенном состоянии в воздухе, что может привести к силикозу у рабочих. В литейном цехе имеется активная вентиляция для сбора пыли. Мелкие древесные опилки (древесная мука) добавляется, чтобы создать место, при ее выгорании, для зерен песка, когда они расширяются без деформации формы.

Технология ЖСС (жидко-стекольная смесь)

Эта технология состоит в следующем:
в состав формовочной смеси входит прокаленный песок без глины, затем его в специальной емкости перемешивают с жидким стеклом и перемешанной массой заливают модель. Залитую форму накалывают для последующего подвода углекислоты. Опоку накрывают колпаком и подают газ СО2. После чего залитый формовочный состав ЖСС приобретает твердость.
В обоих методах, песчаная смесь остается вокруг модельной оснастки, образуя полости формы для заливки металла. Формовка жидкостекольными смесями позволяет получить две полуформы, которые после затвердевания собирают. Модель удаляется, образуя полость формы. Эту полость заливают жидким металлом. После того, как металл остыл отливки очищают от формовочного состава. Форма из ЖСС полностью разрушается при извлечении отливки.
Точность литья напрямую связана с типом формовочной смеси и формовки. Сырые формы создают на поверхности отливки повышенную шероховатость. Поэтому литье в землю можно сразу отличить от литья по ЖСС и ХТС. Литье в формы из мелкого песка значительно чище и менее шероховато. Технология ЖСС позволяет изготавливать отливки с гладкой поверхности, особенно при использовании пластиковых моделей. В отдельных случаях, например при литье корпусных деталей, можно обойтись даже без механической обработки на больших поверхностях – это позволяет отливать крупногабаритные чугунные блоки цилиндров. Остатки пригоревшей к отливке формовочной смеси удаляются дробеструйной обработкой.
С 1950 года, частично автоматизированные литейные процессы литья были переработаны для полностью автоматизированных производственных линий.

Холодно твердеющая смесь (литье в ХТС)
Использование органических и неорганических связующих, которые укрепляют формы для литья химически связывают песок. Этот тип формовки получил свое название от того, что он не требует просушки, как другие виды песчаной формовки. Литье в ХТС является более точным, чем литье в землю. Размеры форм ХТС меньше, чем при литье в песчаные смеси, но дороже. Таким образом, ХТС используется реже, в тех случаях, когда требуется более качественное литье. Наше предприятие готово поставлять вам отливки по ХТС.

Формовка ХТС
Формы из холодно твердеющей смеси, требуют быстрой формовки, в отличие от песчано-глинистых смесей, т.к. они содержат быстро твердеющие жидкие смолы, ускорители затвердевания и катализаторы. Вместо трамбовки смеси (как при литье в землю), формовочную смесь ХТС заливают в опоку и дожидаются, когда смола затвердеет. Обычно затвердевание происходит при комнатной температуре в течение 20 минут. Литье в ХТС значительно улучшает качество необработанных поверхностей стальной отливки по сравнению с другими технологиями литья в песчаных формах. Обычно для изготовления модельной оснастки по ХТС используют дерево, металл или пластик МДФ. Чаще других формовка холодно твердеющими смесями применяется при литье меди, литье алюминия, углеродистой стали, жаропрочной и нержавеющей стали, а также легированного чугуна, так как значительно снижает вероятность образования литейного брака.

Рассмотрим три наиболее известные из них:

Литье по шаблонам в земляные формы.
Литье по выплавляемым моделям.
Литье по выжигаемым моделям.

Инструменты для формовки и приспособления для литья по моделям

Формовочный инструментарий (инструменты, используемые для набивки формы и удаления из нее модели или шаблона): лопатка, сито, трамбовка, линейка, специальный правильный брусок, вентиляционная игла, киянка, мастерок, шпатель, кисти.

Инструменты для отделки формы: гладилки, отделочные и подрезные ланцеты.

Оснастка для литья по моделям

Опока - рама (ящик без дна) с формовочной землей для заливки металлом; деревянная или металлическая.

Рис. 2. Формовочный инструмент: 1 - вентиляционная игла; 2 - трамбовка формовочная; 3 - правильный брусок

Рис. 3. Ланцет

Подмодельная доска - деревянная или металлическая плита с гладкой поверхностью.

Резиновая пресс-форма - приспособление из резины, двух полированных стальных пластин и вулканизатора (в частной мастерской вполне пригоден автомобильный, на 12 В через трансформатор).

Пресс-шприц-самодельный шприц для заполнения под давлением модельного состава в пресс-форму.

Центрифуга ручная - приспособление для центробежного литья в индивидуальной мастерской; с помощью такого приспособления жидкий металл заполняет форму под давлением.

Материалы для формовки Формовочная земля - увлажненная смесь глины (до 25% содержания) и песка.

Графит.
Гипс.
Пемза.
Кварц.
Глюкоза (в качестве замедлителя).
Щелочи (в качестве разделителя).
Известняк (шифер).
Каолин.

Материалы для изготовления моделей

1. Пластилин, гипс, пластик, дерево. 2. Воск, парафин, стеарин; технический желатин, столярный клей. 3. Полистирол (пенопласт) - ячеистый пластик.

Литье по моделям в земляные формы

Это простейший способ получения отливок. Вкратце технология такова: по нужному шаблону (модели) из формовочной земли изготавливают форму для заливки расплавленным металлом. Форма, сделанная по тому или иному шаблону,- одноразовая: при выемке отливки она разрушается, поскольку создана из смеси песка и глины (25% содержания всмеси глины, 75% - песок). Но саму смесь для получения литейной формы можно использовать многократно, обновляя лишь внутренний облицовочный слой. Шаблон может быть изготовлен из любого материала - пластилина, гипса (наиболее приемлемые и удобные материалы), из дерева, пластмассы, металла. Моделью может служить и сама деталь; если нужно сделать такую же (восстановить ее первоначальный вид), то пластилином наращивают на реставрируемой или восстанавливаемой детали недостающие части по начальному образцу.

Если по каким-то причинам невозможно воспользоваться в качестве модели пластилиновой копией оригинала, все-таки есть выход: можно сделать гипсовый слепок с оригинала (пусть это и более трудоемкий и хлопотный способ).

Процесс получения гипсовой модели изделия таков: оригинал помещают лицом вверх на ровную плиту в раму из дерева или другого материала, при этом борта рамы должны быть выше копируемого изделия и изнутри смазаны мыльной пеной.

Гипс растворяют в обильном количестве воды до состояния жидкой сметанообразной массы. В быстром темпе оригинал тщательно покрывают слоем жидкого гипса, нанося его широкой малярной кистью, а затем заливают раму гипсовым раствором до краев. Можно ускорить или замедлить схватывание гипса: в первом случае нужна добавка 4% раствора поваренной соли, во втором - 1% раствора уксусной кислоты. Далее гипсовую форму (слепок) сушат при температуре, не превышающей 50"С, обрабатывают в контррельефе, наращивают по мере необходимости рельеф, сглаживают выступы, заделывают раковины. Перед непосредственным изготовлением модели слепок покрывают 3% раствором щелока, а еще проще - хорошо взбитой мыльной пеной, что создаст разделительный слой, и заливают жидким гипсом. Таким образом, шаблон готов, и можно приступать к его формовке.

Процесс формовки шаблона и получения готовой отливки

Опоку ставят на подмодельную доску, на которую также кладут шаблон или оригинал. Доску посыпают графитом, чтобы не прилипала облицовочная смесь, которую насыпают через сито для полного покрытия модели. Плотно заполняют опоку до краев, укладывая землю слоями и уплотняя трамбовкой, а излишек земли сглаживают специальным бруском или ровной планкой, проводя по краям опоки, и переворачивают ее; сверху ставят вторую опоку, в которой заформовывают конусные бруски - модели литника и выпора. Затем, сняв верхнюю опоку, удаляют бруски, а из нижней опоки удаляют шаблон, после чего к отверстиям, оставшимся от моделей литника и выпора, из полости шаблона прорезают узкие соединительные каналы. Опоки совмещают в прежнем положении и заливают через литник жидкий металл, который течет в полость формы, а по другому каналу, направленному к выпору, из литейной формы вытесняется воздух, форма равномерно и полностью заполняется металлом. Заданная отливка получена.

Рис. 4. Технология получения отливки простейшим способом: 1 - модель; 2 - подмодельная плита; 3 - опока; 4 - выпор; 5 -литник

Технология литья по выплавляемым моделям

В основе литейного процесса по выплавляемым моделям лежит использование легкоплавких материалов: модель отливки и ее литниковая система делается из воска, парафина или стеарина. Любой из этих легкоплавких материалов в горячем режиме заливают в пресс-форму, а после затвердения получают восковую модель и покрывают ее специальным составом. После просушивания на модели образуется огнеупорная оболочка - керамическая форма, из которой выплавляют модельный состав и получают тонкостенную литейную форму, которую после прокалки заливают расплавленным металлом.

Для получения нескольких одинаковых моделей из воска применяют эластичную форму, используя для ее изготовления столярный клей или технический желатин. Второй материал более предпочтителен как в качественном отношении, так и по срокам приготовления. Если желатин набухает за полчаса (150 г желатина на 15 мг воды при регулярном перемешивании), столярный клей замачивают водой на сутки. Желатин после некоторой добавки воды разбухает, но при нагревании обретает прежний объем. Желатиновую массу варят до состояния однородной, напоминающей по виду густую сметану, добавляют 708 мл горячей воды с пластификатором (3-4 г глицерина) и тщательно перемешивают. Чтобы полученную массу уберечь при хранении от плесени, в нее вливают полграмма антисептика - формалина или фенола. После массу остуживают до 50ºС и заливают ею образец. Чтобы эластичная форма не деформировалась после застывания, ее с тыльной стороны дополнительно укрепляют гипсом. При формовке гипсовой модели в форме из клея, ее обезжиривают, протерев тальком, и дважды задубливают 20% раствором алюминиевых квасцов.

С целью тиражирования восковых моделей для отливки одинаковых деталей, например литых украшений для ограды усадьбы, изготавливают резиновую пресс-форму.

Пресс-формы подразделяют на разъемные и разрезные. Разъемные снабжают подшипниковыми шариками, которые служат замками-фиксаторами частей формы, и укладывают их на нижней части резиновой формы так, чтобы они не препятствовали извлечению восковой модели.

В разрезной пресс-форме необходимость в подшипниковых шариках отсутствует. Из сырой резины вырезают листы по размеру металлических зажимных пластин, промывают бензином и складывают в стопы, которые наслаиваются в зависимости от размера модели. Сама прессформа состоит из двух половин, между которыми укладывается металлическая модель, резина вокруг которой натирается тальком. После этого пакет располагается на талькированной зажимной плите, накрывается второй плитой и зажимается в струбцине вулканизатора на 40-50 минут при температуре 140-150ºС. После вулканизации освобожденный пакет вместе с пластинами охлаждается под водой. Если на образце литник отсутствовал, то его вырезают прямо в пресс-форме.

Рис. 5. Изготовление резиновой пресс-формы: 1 - вулканизатор; 2 - стальные пластины; 3 - сырая резина; 4-замок (стальные шарики); 5 - образец

Резиновая пресс-форма очень удобна при изготовлении большого количества одинаковых деталей - звеньев цепи, браслета, элементов разъемного орнамента и других декоративных изделий, поскольку для их отливки требуется много восковых моделей.

Различают легкоплавкие и тугоплавкие составы для создания моделей. Первые более податливы, их изготавливают на парафиновой и стеариновой основе (см. табл. 1).

Таблица 1. Составы для создания моделей

№ рецепта	Компоненты, минимальный %
№ рецепта	Парафин	Стеарин	Воск	Переплав
1	50	50	-	-
2	25	25	50	-
3	12	8	-	80
4	17	17	-	66

В пресс-форму модельный состав запрессовывается под давлением пресс-шприца, который литейщик легко изготовит сам. Для этого необходимы отрезок трубы, 2 штуцера, поршень, алюминиевая трубка.

Способ изготовления таков. С одной стороны трубу заваривают или запаивают. Из алюминия вырезают поршень по отверстию трубы, который необходимо снабдить ручкой (стертжень при этом равен длине трубы). В заделанной части трубы сверлят отверстие, в которое впаивают штуцер под резиновый шланг, другой конец которого снабжают штуцеромнаконечником, соответствующим диаметру литника пресс-формы.

Заполненный модельным составом, пресс-шприц окунают в кипящую воду до готовности расплава, который тщательно перемешивают и охлаждают до пастообразного состояния при температуре 55-60ºС и запрессовывают в талькированную пресс-форму.

Рис. 6 Ручная центрифуга

Так же, под давлением, в пресс-форму подается и расплавленный металл.

Также литейщик может самостоятельно смастерить еще одно необходимое для работы приспособление - ручную центрифугу.

В деревянную ручку нужно пропустить стальной стержень диаметром 7 мм, к нему неподвижно прикрепить серьгу (при этом ручка должна свободно вращаться на стержне). Подставкой для опоки будет служить стальной цилиндр, дно которого составляет не более 100 мм в диаметре. К подставке приваривают скобу с кольцом посредине, которое соединяется с серьгой коромыслом (40 см) из прочной проволоки с надежными кольцами на концах. Опока должна свободно умещаться в подставке и по форме дублировать ее - тот же цилиндр, но без дна.

Формовка модели производится таким образом. Расплавленным воском к модели крепят стальные иглы - литниковые штифты, которые должны пересекаться в одной точке, где они также скрепляются воском. Исходя из размеров модели, опоку выбирают такой высоты, чтобы между ее дном и моделью был зазор не менее сантиметра, а вверху в формовочной массе можно было бы вырезать литниковую чашу для плавки металла.

Состав формовочной массы предлагаемых рецептов (см. табл.2).

Таблица 2. Составы формовочной массы

Готовой формовочной массой заполняют опоку на огнеупорном листе (асбесте). Взяв модель за штифт, ее погружают в незастывшую формовочную массу, слегка покачивая из стороны в сторону, чтобы не попадал воздух. После затвердения массы (при наличии замедлителя - не раньше, чем через час) в верхней части опоки вырезают литниковую чашу и вытаскивают штифты. Литниковые каналы должны находиться в центре чаши.

Операция выплавления (удаления) восковой модели такова: опоку ставят в зажженную духовку газовой плиты и постепенно, чтобы не повредить форму, около двух часов повышают температуру до 350°С; затем опоку вынимают и кладут поочередно одним или другим боком на горелку, предварительно подложив асбестовую плитку, и окончательно выплавляют воск.

Получение отливки

Как только бока опоки раскалятся докрасна, ее помещают в ручную центрифугу, а литниковую чашу загружают металлом с добавкой соответствующего флюса и плавят на пламени горелки. После полной расплавки начинают вращать центрифугу, в результате чего жидкий металл устремляется в полость формы, заполняя ее и кристаллизуясь приблизительно за 20 оборотов центрифуги. Процесс завершается охлаждением в воде и выемкой готовой отливки, то есть изделия художественного литья.

Наиболее совершенным методом литья по выплавляемым моделям считается процесс, в результате которого сохраняется оригинал и получают пустотелые изделия, оригинал служит моделью. Технологически этот способ состоит из двух частей: вначале изготавливают по оригиналу пустотелую модель, а затем по этой модели литейную форму.

Процесс получения отливок по выжигаемым моделям

Чтобы проследить технологию такого способа, рассмотрим конкретный пример - изготовление сложной фигурной вазы или кубка.

При отливке кубка верхнюю часть модели несложной геометрической формы изготавливают из любого материала, нижнюю, более сложную, вырезают из пенопласта. После этого, уложив верхнюю часть модели на подмодельную плиту, начинают формовку в опоке. Когда формовочная земля сравнивается с уровнем модели, к ней приставляют вторую (пенопластовую) часть и заформовывают до конца. Далее опоку переворачивают, на нее устанавливают вторую опоку и проводят окончательную формовку, сделав при этом литниковую систему. После опоки разжимают и удаляют верхнюю часть модели, а нижнюю (пенопластовую) оставляют заформованной в землю.

При использовании таких комбинированных способов получают цельные, довольно качественные сложные по форме отливки. Однако в момент формовки элемента модели могут сместиться относительно друг друга. Чтобы этого не произошло, в сочленения гипсовой формы и пенопластовых элементов вставляют швейные иглы или булавки, на которые накалывают элементы. Чтобы предотвратить осевые вращения, можно использовать несколько иголок.

Для изготовления пустотелой модели опоку устанавливают на подмодельную плиту и заформовывают в нее землей до половины оригинал изделия - выполняют так называемую фальшивую опоку.

Рис. 7. Формовка комбинированной модели: 1 - пенопластовая часть модели; 2 - гипсовая часть модели

Поверхность оригинала, имеющего небольшие размеры, смазывают мыльной пеной и обкладывают слоем пластилина толщиной до 1 см. Более крупные изделия обкладывают слоем глины. Для того чтобы глина не прилипала к оригиналу, в качестве разделительного слоя используют бумагу. На фальшивую опоку с оригиналом сверху устанавливают вторую опоку и заливают гипсом. В гипсе делают литниковые каналы, которые доходят до пластилинового или глиняного слоев. После затвердения гипса опоки переворачивают. Фальшивую опоку, оказавшуюся сверху, удаляют вместе с землей и устанавливают новую.

Рис. 8. Изготовление модели: 1 - опока; 2 - подмодельная доска; 3 - формовочная смесь; 4 - литник; 5 - выпор; 6 - дополнительные отверстия; 7 - модель

На вторую половину оригинала, ранее находившегося в фальшивой опоке, также укладывают слой пластилина или глины. Смазав нижнюю опоку, залитую гипсом, мыльной пеной, заливают гипсом верхнюю, оставив литниковые отверстия. Когда гипс затвердеет, верхнюю опоку снимают и удаляют слой пластилина или глины, следя за тем, чтобы ничего не осталось на оригинале. Затем опоку устанавливают на место.

После удаления прокладочного слоя между гипсом, залитым в опоку, и оригиналом образовалось свободное пространство, соответствующее толщине прокладочного слоя. В образовавшуюся полость через литниковые каналы, оставленные в гипсовом слое, заливают раствор на основе столярного клея или технического желатина.

Опоки переворачивают после остывания клеевого раствора, со второй опоки удаляют разделительный слой и заливают клеевым раствором. Затем опоки разнимают, и из полученной формы удаляют оригинал изделия. Благодаря эластичности клеевого раствора можно формовать изделие со сложной формой поверхности (узоры, орнаменты, шрифты и т.д.), а также имеющего пазухи, что сложно выполнить при обычном способе формовки. К тому же клеевая масса является защитой оригинала. Внутреннюю поверхность клеевой рубашки покрывают лаком, а после высыхания наносят кистью слой воска.

Форму собирают и через предварительно оставленное отверстие в ее полость заливают расплавленную канифоль, которую сразу же выливают из формы, пока она не остыла, но при этом часть ее остается на стенках. Эту операцию повторяют до тех пор, пока не будет достигнута требуемая толщина изделия. Нельзя перегревать расплав канифоли, так как могут расплавиться мелкие элементы клеевой формы.

После затвердения слоя канифоли опоки осторожно разнимают и извлекают полученную модель, представляющую собой пустотелую тонкостенную копию оригинала, которая будет служить выплавляемой моделью.

Формовку пустотелых изделий начинают с изготовления стержня. Стержнем называют часть формовочной смеси, которой заполняют полость формы. Основой стержня может служить металлический каркас, изготовленный из проволоки, диаметр которой зависит от размеров модели. Основой каркаса является более толстый стержень, конец которого выходит из модели. После изготовления каркаса его вводят в полость модели и заполняют формовочной массой. В качестве стержневой, а также формовочной массы для небольших изделий, отливаемых из металлов с невысокой температурой плавления, можно использовать массу на основе гипса и талька или гипса и кварца. В случае применения масс на основе гипса следует помнить, что в этих массах практически отсутствует газопроницаемость, поэтому в процессе формовки нужно сделать дополнительные отверстия для выхода газов, образующихся в момент выплавки модели.

Если выполняется отливка из бронзы, латуни или других металлов с высокой температурой плавления, в качестве стержневой массы используют кварц, кварцевый песок с добавлением конторского силикатного клея. Песок прокаливают при температуре.750-900°С в чугунной емкости, например в сковороде, чтобы в него не попали окислы железа. Жидкого стекла в смеси должно содержаться в пределах 30%, остальное составляет песок.

При отливке больших изделий в формовочную смесь добавляют 1-2% технической буры или борной кислоты, которые, имея собственную температуру плавления 741°С и 575°С соответственно, в момент прокаливания формы плавятся и, обволакивая зерна наполнителя, скрепляют формовочную массу.

Выплавленную модель со стержнем формуют в опоку обычным способом. Модель из канифоли выплавляют в сушильном шкафу, постепенно повышая температуру. Опоку располагают литниковой системой вниз. Через нее будет выходить расплавленная канифоль, поэтому под выходом литниковой системы необходимо поставить емкость. В этом случае стенки формы укрепятся расплавленными частицами канифоли. Когда канифоль полностью стечет, форму прокаливают в муфельной печи. Если ее нет, то это можно проделать в духовке газовой плиты при температуре 350°С, поскольку канифоль начинает обугливаться при температуре 310°С. Образующаяся копоть от сгоревшей канифоли покрывает стенки формы, что улучшает качество отливки.

Целесообразно использовать опоку с дном, модель заформовать обычной формовочной смесью, а верхний слой, не соприкасающийся с моделью, сделать из смеси кварцевого песка или шамотной крошки с жидким стеклом. В момент выплавки модели он будет удерживать всю форму в опоке. Металл, подающийся в форму через литниковую систему, заполнит ее за счет давления собственной массы.

Если пустотелая модель имеет одно отверстие, через которое выходит арматура стержня, после выплавки ее стержень теряет опору и оседает внутри формы.

Чтобы зафиксировать его в нужном положении при изготовлении отливок больших размеров или при отливке изделий, имеющих не просматриваемые места (например, вазы), основной стержень с закрепленной на нем арматурой пропускают через модель насквозь и опирают двумя концами на края опоки, придавая ему строго фиксированное положение.

Оставшиеся после отливки изделия и удаления арматуры отверстия заделывают или в том месте модели, которое находится снизу и как бы опирается на формовочную смесь, сверлят одно или несколько отверстий. Затем изготавливают пробки из металла, из которого будет отливаться изделие. Размер должен соответствовать диаметру отверстий в толще модели. Пробки вставляют в отверстие модели и формуют ее.

Имея такую же толщину, как и модель, металлическая пробка после выплавки модели остается в форме и фиксирует расстояние между стержнем и ее краем. После заливки пробки сплавляются с основным металлом, и от них не остается никаких следов.

Площадь поперечного сечения пробок должна быть такой, чтобы они выдержали массу стержня и не вдавились в формовочную смесь. Следует учесть, что при выплавке модели форму переворачивают, поэтому пробки необходимо ставить и в верхней ее части. В качестве фиксаторов можно также использовать стальные стержни, которые пропускают через всю форму (модель и формовочную смесь). После отливки стержни извлекают, а в образовавшихся отверстиях нарезают резьбу и вкручивают резьбовые пробки. Иногда отверстия раззенковывают и заглушают с помощью заклепок из того же металла - металлических шпилек. Затем эти места тщательно зачищают или зачеканивают.

Оригиналы художественных изделий с относительно плоской поверхностью (медальоны, барельефы) выполняют обычно из мягких материалов - пластилина, глины, воска. Для формовки с них снимают гипсовые модели, при этом обратная сторона модели получается плоской и не повторяет изнутри форму лицевой поверхности. Выполненная по такой модели отливка имеет значительную массу, что нецелесообразно, так как расходуется большое количество металла. Чтобы этого избежать, применяют способ формовки по гипсовой модели с рамкой. В этом случае получают отливку, у которой внутренний рельеф повторяет форму лицевой поверхности, а толщина стенки соответствует толщине рамки и одинаковая по всей поверхности изделия. Формовку с рамкой применяют при изготовлении литейных форм по гипсовым моделям небольшой высоты и с пологими стенками.

Если гипсовая модель имеет высокие вертикальные стенки с малым уклоном, то данный способ применять нежелательно, потому что при формовке вертикальные стенки получаются значительно тоньше верхней, и металл при заливке может заполнить не всю форму, а только верхнюю ее часть.

При формовке с рамкой модель необходимо зафиксировать на подмодельной плите, в качестве которой можно использовать кусок древесностружечной плиты с несколькими просверленными отверстиями. Через них модель крепят шурупами, а в плите также делают отверстия для фиксирующих штырей нижней опоки.

Укрепив модель на плите и установив на нее опоку с подложенной под края рамкой, начинают набивать ее формовочной смесью, тщательно ее утрамбовывая. Толщина рамки будет соответствовать толщине стенок будущей отливки. Заформо-ванную опоку переворачивают вместе с подмодельной плитой и, слегка постукивая по поверхности плиты, аккуратно снимают ее с опоки вместе с рамкой.

После снятия рамки выше опоки образуется выступ из формовочной смеси, который необходимо срезать по всей поверхности опоки до уровня ее края. Таким способом получают отпечаток платформы меньшей высоты модели на толщину рамки, подкладываемой под опоку, и соответствующей толщине стенки будущей отливки. Затем на заформованную опоку устанавливают вторую, и по отпечатку в нижней части набивают верхнюю полуформу с литниковым каналом и выпором.

Верхнюю опоку формуют более тщательно и аккуратно, так как непрочную поверхность песчаной модели можно легко повредить при уплотнении смеси трамбовкой.

Удалив литник, верхнюю опоку снимают и при необходимости исправляют форму. Заформованную нижнюю опоку с рамкой, служившей моделью для верхней полуформы, выбивают и с помощью фиксирующих штырей устанавливают снова на под-модельную плиту в том же положении, в котором она находилась первоначально. Затем набивают ее формовочной смесью, но уже без рамки. После окончания формовки опоку переворачивают, снимают подмодельную плитку с моделью, а обе полуформы собирают. Таким способом получают полость, соответствующую толщине рамки.

Рис. 9. Литейная форма из глины: 1 - литник; 2 - фиксаторы; 3 - форма; 4 - выпоры

Кроме основных способов литья в землю и по выплавляемым моделям, в старину мастера применяли литье в твердые разборные формы. Этим способом отливали ювелирные изделия, пуговицы, декоративные накладки для оружия. Материалом для форм служила глина и мягкие породы известняка. Изготовленные вручную формы из глины состояли из 2-х половин с углублениями для фиксации их относительно друг друга. Полость формы выполняли вручную или формовали по образцу из сырой глины, затем высушивали и обжигали.

Рис. 10. Стяжка литейной формы из глины: 1 - стягивающий винт; 2 - хомут; 3 - форма

Для изготовления таких форм можно использовать огнеупорную шамотную глину или тигельную массу. Шамотный наполнитель для этих масс при выполнении литейных форм должен быть тонкого помола. Нужно помнить, что шамотная глина при высыхании дает значительную усадку - от 7 до 14%. Обжигают глиняную форму в муфельной печи при температуре 900°С, а затем скрепляют две полуформы между собой хомутами, изготовленными из стальной полосы и соединенными с помощью винтов и гаек.

Принцип изготовления литейных форм из известняка такой же, как и из глины. Разница лишь в том, что полость формы набивается резцами. Используя для литейных форм одну из разновидностей известняка - шифер, имеющий плотную структуру и хорошо поддающийся обработке, старинные мастера с помощью гравировки выполняли сложные формы и получали высокохудожественные произведения. В качестве материала для таких форм можно использовать пластины из тигельного графита или графитовых электродов для электроплавильных печей, так как графит хорошо поддаётся обработке резанием. В заготовленных пластинах необходимого размера прилегающие поверхности зачищают мелкой наждачной бумагой, а затем притирают одну к другой. В двух точках пластин просверливают сквозные отверстия, через которые их стягивают болтами и гайками. Отверстия сверлят в тех местах, где они не будут мешать изготовлению формы и литников. После подготовительных операций приступают непосредственно к изготовлению (вырезка и гравировка) литейной формы и литниковой системы.

Перед заливкой металла графитовую форму изнутри необходимо покрыть тонким слоем каолина или мела, разведенных в воде и с добавлением столярного клея, чтобы предохранить ее от выгорания.

После извлечения отливки из формы она обычно имеет некрасивый вид- с пригаром частичек формовочной смеси, всевозможными цветами побежалости и т.д. В этом случае механические загрязнения удаляют с помощью стальной щетки, а затем изделие отбеливают в кислотах и щелочах.

Медь, бронзу, латунь и мельхиор обычно обрабатывают в два приема: сначала выполняют предварительное травление, а потом окончательное или глянцевое. Состав раствора для предварительного травления следующий: азотной и серной кислот - соответственно по 250 мл, натрия хлористого - 0,5 г. Время обработки - 4-5 сек, температура раствора - 20-25°С. Для окончательного травления используют такой раствор: азотной и серной кислот - по 250 мл, соляной кислоты - 5 мл, голландской сажи -1-1,5 г. В этот раствор изделия погружают на 6-8 секунд, затем быстро промывают в воде.

Свинец травят 5 -10% азотной кислотой, цинк и кадмий - 5-20% соляной кислотой, а алюминий - 10-20% раствором едкого натра.

В приведенных составах растворов применяются концентрированные кислоты. Следует помнить, что работа с ними требует особой осторожности, готовить их необходимо под вытяжкой или на улице.

В заключение раздела о художественном литье в условиях индивидуальной мастерской будет полезно познакомить нашего читателя с конкретным человеком, настоящим мастером своего дела, литейщиком-художником Сергеем Поповым и его технологиями, практическими советами.

Уроженец города Борисоглебска Воронежской области, после окончания школы отправился в Подмосковье, где учился в Абрамцевском художественно-промышленном училище имени Васнецова и там же преподавал по специальности "Художественная обработка камни".

Занимался ковкой, тянуло к литейным произведениям.

Сверлильный станок

Заточный станок 2-х сторонний

Станок шлифовально-полировальный.

Рис. 19. Ваза

Бормашина
Стол для ручной обработки моделей
Паяльник
Пескоструйный аппарат

Формовка восковых изделий

Состав модельной смеси. Смесь воска и парафина, нагретая до 60ºС, взбивается дрелью для насыщения воздухом, затем при помощи специального шприца закачивается в гипсовые разъемные формы. После остывания форма разнимается и из нее извлекается модель. Затем модель обрабатывается. Снимается облой, напаивается паяльником питатель и обмазывается модель.

Обмазка

Для обмазки применяется суспензия, изготавливаемая из этилсиликата, воды и маршалита путем длительного перемешивания составляющих В приготовленную суспензию обмакивается модель, которая затем обсыпается шамотным песком.

После просушки наносятся 5-6 слоев обмазки с интервалом в 2-3 часа.

Для первой-второй обмазки используется более мелкий песок - 0,5 мм зерно, для последующих обмазок - 1-1,5 мм.

После обмазки 5-6 слоями и достаточной просушки модель выплавляется в ванне вытопки при температуре 130ºС.

Заливка

Вытопленные корки прокаливаются до температуры 400-500ºС и в горячие корки заливается металл (латунь, бронза). После кристаллизации бронзы корка аккуратно отбивается.

Питатели отпиливаются. Отлитое изделие очищается от прикипевшей корки струей песка.

Слесарная обработка

Ведется с использованием абразивов различной зернистости. После снятия поверхностного слоя и остатков литников можно приступить к шлифовке, которая производится с помощью резиновых кругов (парапитовых).

Для полировки используются войлочные и тряпочные круги и паста ГОИ.

При слесарной обработке изделий со сложным рельефом, при котором радиус камня не позволяет добраться до многих участков изделия, используется обычная зуботехническая бормашина и металлические и твердоплавкие боры, а также мелкие* абразивы.

Литье в корку имеет ограниченные возможности в размерах, зависит от массы, толщины модели. Поэтому крупные или объемные работы приходится разбивать на мелкие фрагменты, например, подсвечник может состоять из 15-17 деталей (подставка, дужки и т.д.). Все это монтируется на основании при помощи центрального стержня.

В других работах могут быть использованы заклепки, скрутки, различные крепления. В некоторых случаях используется газовая или аргонная сварка.

Литье в корку имеет некоторые особенности, например, ограничено размерами, которые, в свою очередь, определяются возможностью модели.

Перед разливом бронзу необходимо раскислить, добавить фосфоросодержащий сплав. Латунь льется без добавок.

Модельная масса должна быть насыщена воздухом, т.е. содержать воздушные пузырьки, иначе парафиновая модель при вытопке разорвет корку вследствие расширения.

В прошлый раз (вы можете найти эту статью в ) я лил , т.е. вырезал модель из пенополистирола и просто засыпал песком. И некоторые из вас подметили, что к процессу я отнесся довольно небрежно. Все верно, целью было просто опробовать технологию и я совсем не заморочился с качеством отливки. Признаю это. В этот раз я постараюсь сделать все более аккуратно. Весь процесс с пояснениями есть на видео, но я так же распишу все сейчас и в текстовом формате. Поэтому, приятного просмотра и прочтения!

Многие кустарные источники пишут, что нужно смешать то-то и то-то «по вкусу», т.е. предлагают выяснять все опытным путем. Это неплохой для понимания, но долгий для получения результата процесс. Поэтому я нашел неплохой учебник-методичку по художественному литью в песок («Художественное литье: учебное пособие для учащихся средних профессионально-технических училищ» , Борис Никитич Зотов, 1982 г.). Я не претендую на какой-то профессионализм. Нет-нет! Это вообще моя первая отливка по технологии из этого учебника. Я тот еще кустарь, поэтому, все советы и обоснования ошибок от вас я приму с честью и буду рад, если вы поправите меня! Да и дочитал я лишь до части формовки смеси. Уже после отливки выяснил пару моментов по расплаву и термической обработки отливки…

И так, поехали.

Из инструментов и прочего нам понадобится:

емкость для смешивания всего и вся;
мешалка (тут можно обойтись и руками, но если она у вас есть- хорошо);
заранее изготовленные рамки для формовки, чтобы половинки формы ровно стыковались без смещения;
печка;
сито для просеивания песка и глины;
мерный стаканчик, либо глаз-алмаз;
кисточка для нанесения талька и очистки формы;
модель, которую будем отливать;
пара отрезков труб или банок или чего угодно диаметром 80-100 мм и высотой 50-80 мм (для формовки литников, тут так же можно обойтись и руками- слепить бублик, но с банками будет аккуратнее и проще =)
тонкостення трубка диаметром 20+- мм. для формовки литников;
слесарный для обработки отливки;
(список собрался довольно емкий, но все инструменты пустяковые и большая их часть может найтись в хозяйстве).

Необходимые в процессе материалы:

сам под заливку (в моем случае алюминий);
песок кварцевый (речной тоже подойдет, но форма будет менее прочной);
бентонитовая глина;
вода;
тальк \ угольная пыль \ графит.

Для изготовления формовочной смеси нам понадобится:

просеянный кварцевый песок в количестве, чтобы можно было заполнить нашу форму и литники. Примем песок как целую часть- единица (1) или 100% для удобства расчета;
бентонитовая глина. Ее нам понадобится 0.15-0.20 (15-20%) от общей массы песка;
вода. Влажность смеси должна оставлять около 0.06 (6%) от общей массы песок+глина (да-да, брал песок за целую часть, а теперь уже целая часть это песок+глина).

Сперва смешиваем просеянный песок с просеянной глиной.

Хорошо смешиваем на сухую. Иначе, если делать это одновременно с водой, вы намучаетесь в попытке разбить комки сырой глины.

Для увлажнения смеси удобно пользоваться распылителем. Он позволит равномерно распределить влагу, но если его нет, то просто добавляйте воды по чуть-чуть.

Уделите достаточно времени для перемешивания смеси. Она должна получиться однородной и быть полностью смочена водой (тех 6 процентов с лихвой хватит на это)

После того, как все смешно, наша смесь почти готова к формовке! Нужно лишь дать ей настояться, для того чтобы влага распределилась равномерно. Оставьте в покое смесь на 1 час или даже 2. Этим эта смесь и хороша — она проста в изготовлении и никуда спешить не нужно и в случае несоблюдения пропорций, всегда это можно исправить досыпав недостающей части песка или глины.

По прошествии часа, смесь значительно изменяет свои свойства в лучшую сторону- меньше липнет к рукам и хорошо сохраняет форму, если сжать горстку в кулак (Это, кстати, народный способ проверить качество смеси- возьмите горстку получившейся смеси в руку и сожмите ее. А когда разожмете руку, то смесь должна повторить изгибы пальцев и ладони. После чего попробуйте сломать ее пополам. Если комок сломается ровно пополам и не рассыпется — это то. что нам и нужно)

Теперь переходим к процессу формовки.

Устанавливаем заготовленную рамку на ровную поверхность и насыпаем смесь в форму. Не спешите засыпать все и сразу. Насыпьте треть и утрамбуйте ее, чтобы песок заполнил все уголки формы. Я сперва делаю песчаное дно — засыпаю песок, трамбую его, а потом засыпаю форму целиком без трамбовки и вдавливаю в рыхлый песок модель. Перед установкой модели, неплохо было бы ее посыпать тальком, чтобы она не прилипала к смеси. Пальцами утрамбовываю по периметру и досыпаю по необходимости смесь. Было бы проще, если бы модель делилась пополам, но это другая история. У нас есть конкретный пример. Поэтому и последовательность именно такая. Трамбовать удобно небольшим деревянным бруском — он достаточно прочный и тяжелый для комфортного процесса. После чего этим же бруском выравниваем поверхность. Модель должна засыпаться ровно по центру,так как имеет скругления. Чтобы при ее вынимании форма не разрушилась, пришлось немного напрячься, но я справился. Справитесь и вы!

Когда первая половина формы утрамбована и выровнена, постукивая тем же бруском по форме расшатываем ее слегка и пробуем вынимать. Все извлеклось хорошо, а форма отпечаталась как надо? Хорошо, тогда время вернуть модельку в форму и пройтись кисточкой с тальком или графитом по всей площади поверхности формы и модельке в том числе. Это необходимо для того, чтобы вторая половина формы не прилипла к модели и нижней половинке формы.

Вторую часть трамбовать проще — просто подсыпаем песок и равномерно трамбуем, пока не заполним все целиком.

Важно помнить, что если трамбовка будет недостаточной и смесь останется рыхлой, то она разрушится еще до литья или в процессе заливки. Если трамбовать чрезмерно сильно, то песок спрессуется и газопроницаемость формы будет плохой, что может привести к браку отливки, так как пары и газы будут плохо удаляться из формы в процессе литья.

Аккуратно снимаем верхнюю половину и смотрим что у нас получилось. С первой половинки моделька должна выходить хорошо (ведь мы ее уже вынимали). Со второй половинки точно так же, с постукиваниями, вынимаем модель. Осматриваем результат и если он нас устраивает, значит у нас получилось и осталось совсем немного перед отливкой.

Теперь нужно проделать заливные отверстия в форме. С этим отлично справится тонкостенная трубка (я использовал трубу от пылесоса). У меня немного не хватило высоты рамок и часть модели виднелась снаружи. Это место и стало одним из двух литников.

Так же важно сделать песочные воронки, через который будет поступать металл в форму. Они нужны для удобства литья, а так же для того, чтобы при остывании подпитывать отливку металлом при усадке. На некоторых сплавах усадка особенно заметна.

Воронки можно формовать как руками, так и используя подручные формы (я использовал кофейные банки и все ту же трубку от пылесоса).

Процесс формовки закончился. И форма пригодна для литья. Убираем модель, продуваем песчинки, которые могут попасть в отливку и собираем форму на место, где будет проходить заливка.

Дело за малым — разжечь печь, расплавить алюминий и залить.

Так как основной объем статьи посвящен именно формовки, тут я пройдусь совсем коротенько. В видео я сказал, что нужно добавлять соды и соли, так делают все кустари. Но, один из зрителей на канале поправил меня и обосновал свой ответ. Поэтому спешу поправиться, сода в расплаве не нужна. В последующих отливках я ощутил разницу. Без соды металл залился с меньшим количеством пор и значительно лучше обрабатывался (не засорял фрезы). Поэтому, когда алюминий в тигле расплавится, нужно добавить соли, чтобы металл очистился от шлаков. Всю грязь собравшуюся на поверхности я собрал ложкой и залил металл в форму. Через небольшой промежуток времени я вынул отливку.

Художественные отливки по степени сложности, массе и материалу, из которого они изготовлены, весьма разнообразны. Так, в производстве одного лишь Каслинского завода на Урале можно встретить отливки массой от нескольких граммов до нескольких тонн, по размерам от сантиметра до нескольких метров, по толщине стенки от миллиметра до десятков миллиметров. Естественно, что требования, предъявляемые к литейным формам таких разнообразных отливок, также не одинаковы. Например, прочность стенки формы статуи массой 5 т не может быть равна прочности стенки формы ажурной коробочки или браслета для часов. Следовательно, формовочные смеси для литейных форм выбираются для каждой отливки.

Облицовочная смесь соприкасается с моделью и с отливкой. Облицовочная смесь, воспроизводящая отпечаток поверхности модели, первая принимает на себя температурные воздействия заливаемого в форму металла и должна обладать хорошей прочностью, пластичностью, огнеупорностью и газопроницаемостью. Поэтому она содержит, как правило, больше свежих формовочных материалов и, как наиболее дорогая, используется в форме в небольших количествах (слоем 20–30 мм на поверхности модели).

Наполнительная смесь состоит в основном из оборотной смеси с небольшим количеством свежих материалов.

Формовочные смеси при машинной формовке архитектурного литья вследствие особенностей технологического процесса формовки используются одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси и называются едиными смесями .

Естественные, или природные, смеси представляют собой глинистые пески марок П0063 и Ж005 с содержанием глины от 12 до 30 %. Природные формовочные смеси широко применяются в производстве тонкостенных ажурных и кабинетных чугунных и цветных отливок для форм, заливаемых в сыром виде и после сушки. Эти смеси обладают хорошей пластичностью, сырой и сухой прочностью.

Искусственные , или синтетические, смеси наиболее распространенные в производстве художественных и архитектурных отливок. Они представляют собой смесь песка и глины или нескольких песков с большим или меньшим содержанием глины и отработанной смеси. Пески и оборотную смесь смешивают в таких пропорциях, чтобы в результате образовалась формовочная смесь, обладающая необходимыми свойствами.

Формовочные смеси для форм чугунных отливок. Состав формовочных смесей (табл. 72) зависит от сложности конфигурации и поверхности отливок, толщины их стенок и состояния литейной формы перед заливкой.

Таблица 72

Состав и свойства формовочных смесей для форм чугунных художественных и архитектурных отливок

Отливки	Особые требования к отливкам	Состояние формы перед заливкой	Смесь	Свойства смеси
Предел прочности при сжатии, МПа	Газопроницаемость, усл.ед.	Влажность, %	Глина	Свежие добавки	Оборотная смесь
Тонкостенные ажурные (шкатулки, вазы, тарелки и др.)	Повышенная чистота поверхности	Сырая	Единая	0,03–0,035	80–90	3–4	12–20	10–12	Остальное
Кабинетные (настольные бюсты, статуэтки и др.)	Чистота и мягкость поверхности (отливки отжигаются)	Сухая	Облицовочная	0,085–0,09	19–21	9–10	25–30	60–70	30–40
Наполнительная	0,055–0,06	20–25	6–8		–
Статуарные (статуи и памятники)	Чистота поверхности	Сухая	Облицовочная	0,08–0,09	20–25	5–6
Наполнительная	0,068–0,07	26–30	6–7	2,4	12,5	87,2
Архитектурные (решетки, колонны, балясины, барельефы и др.)	Чистота поверхности	Сырая	Облицовочная, мазут	0,02–0,025	30–50	4–6	12–15
Наполнительная, бентонитовая эмульсия	0,02–0,03	66–70	4–6	10–12

Смеси для форм ажурных отливок, имеющих сложную поверхность, тонкую стенку и большое число просветов, образующих ажур, должны обеспечивать получение в форме четкого отпечатка сложной поверхности модели и прочность мельчайших болванчиков, дающих просветы в отливке. Кроме того, чугун при заливке в форму по сравнению с цветными сплавами имеет более высокую температуру. Поэтому формовочные смеси для форм, заливаемых чугуном, должны обладать достаточной огнеупорностью.

Повышение температуры заливки чугуна приводит к более интенсивному газовыделению при прогреве формы – формовочные смеси должны иметь хорошую газопроницаемость. Таким образом, формовочные смеси для форм, заливаемых чугуном, при достаточной прочности должны быть газопроницаемыми и огнеупорными.

Формовочные смеси для форм отливок из цветных сплавов. Латунь, бронза и алюминиевые сплавы, применяемые в производстве художественного литья, по сравнению с чугуном имеют более низкую температуру заливки и большую жидкотекучесть. Поэтому при изготовлении литейных форм представляется возможным применять мелкозернистые формовочные смеси, дающие чистую и гладкую поверхность отливки.

Формовочные смеси для форм, заливаемых по-сырому , применяют при изготовлении литейных форм для тонкостенных и ажурных отливок (барельефы, ажурные тарелки, вазы, детали статуэток и т.д.).

Для получения в форме хорошего отпечатка, сложной поверхности модели и прочности небольших болванчиков, образующих просветы в отливке, формовочные смеси таких форм должны иметь хорошую газопроницаемость, пластичность и быть достаточно прочными. Поэтому при приготовлении смесей применяют мелкозернистые пески с повышенным содержанием глины (природные глинистые и обогащенные с добавками глины в качестве самостоятельного компонента смеси).

Смеси для форм, заливаемых по-сырому, используют и при изготовлении форм для архитектурных отливок. В этом случае большая масса отливки и размеры форм требуют применения в формовочных смесях более крупных песков и повышающих огнеупорность смеси добавок.

Формовочная смесь для форм, заливаемых после сушки . Литейные формы статуй и бюстов значительно сложнее обычных отливок. Для их изготовления применяют, как правило, сложную кусковую формовку. При этом формовщик, разбирая форму для удаления модели, имеет дело не с полуформами, скрепленными стенками опоки, а с частями формы в виде спрессованных кусков формовочной смеси. Естественно, что такие формы должны быть изготовлены из более прочных формовочных смесей.

Смеси для кусковой формовки должны выдерживать давление не менее 0,09 МПа на поверхности формы. Газопроницаемость таких смесей в сыром виде вследствие содержания в них большого количества глины низкая (20–25 усл.ед.). Поэтому литейные формы, изготовленные из этих смесей, нельзя заливать в сыром виде, так как повышенное количество пара и газа не будет свободно выходить из формы через ее стенки. Газопроницаемость форм, изготовляемых из жирных формовочных смесей, улучшают путем их сушки. В процессе сушки в результате испарения влаги и выгорания добавок увеличивается пористость формы. Газопроницаемость смеси в форме после сушки повышается до 60–70 усл.ед.

В качестве наполнителя смеси используют одну отработанную смесь. Освежают ее с учетом наличия в ней значительного количества неперегоревших кусков форм, набиваемых из жирной облицовочной смеси.

Специальные формовочные смеси. В производстве художественного литья часты случаи, когда сложность отливки требует применения особых способов изготовления литейной формы, использования специальных формовочных смесей.

Жидкая формовочная смесь применяется при формовке скульптурных отливок для нанесения облицовочного слоя на поверхность восковой модели и изготовления в форме стержня. На поверхность модели жидкую смесь наносят путем оплескивания модели. При изготовлении стержня смесь заливают в полость гипсовой формы. В состав жидкой смеси входят кварцевые пески, пылевидный кварц, цемент и вода. Суспензию на этилсиликатном связующем применяют для нанесения на поверхность выплавляемой модели слоя, который после ее выплавления образует неразъемную керамическую форму – оболочку для отливки.

Связующим суспензии является гидролизованный раствор этилсиликата, наполнителем – пылевидный кварц (маршаллит) марки КП1, КП2, прокаленный при температуре 850–900 °С, с удельной поверхностью не менее 5 м 2 /г.

Песчано-смоляные смеси применяют в производстве отливок, получаемых в оболочковых формах. В состав смеси в качестве наполнителя входит кварцевый песок с зернами размером менее 0,2 мм. В качестве связующего используют термореактивную смолу. В целях экономии дорогостоящих смол оболочки полуформ изготовляют двухслойными. В этих случаях песчано-смоляные смеси делят на облицовочные и наполнительные. Облицовочные приготовляют с большим содержанием смол, наполнительные – с меньшим.

Стержневые смеси в процессе заливки формы находятся в более тяжелых условиях, чем формовочные, поэтому они должны быть более прочными, газопроницаемыми, податливыми, огнеупорными, менее гигроскопичными, с хорошей выбиваемостью из отливки (табл. 73).

Основными материалами для приготовления стержневых смесей, как и для формовочных, является песок и глина. Однако большое количество глины, необходимое для повышения прочности, ухудшает газопроницаемость, податливость, выбиваемость смеси, увеличивает ее пригар к стенкам отливки. Для улучшения качества стержневой смеси в ее состав вместо глины вводят крепители. К ним относятся различного рода масла, декстрин, жидкое стекло и другие специальные материалы.

Таблица 73

Стержневые смеси для чугунных художественных и архитектурных отливок

Отливки

Свойста смеси

Содержание компонентов в смеси, мас. %

Газопроницаемость, усл.ед.

Влажность, %

Предел прочности, МПа

Сухие составляющие

Жидкие композиции

при сжатии

при растяжении

Оборотная смесь

песок

Глина

ЛСТ

Декстрин

Жидкое стекло

2К 2 О 2 016

Ж 2 01

1Т 1 О 1 016

1К 1 О 1 01

3К 3 О 3 02

Кабинетные (настольные бюсты, статуэтки и группы)

3–4

0,018–0,03

0,2

–

6–7

0,02–0,03

0,2

–

Архитектурные (колонны, тумбы, вазы декоративные и др.)

5–6

0,03–0,035

0,07–0,15

–

3–4

0,015–0,03

0,3–0,5

–

5–7

Песчано-глинистые смеси имеют достаточную прочность в сыром виде, их применяют для стержней простых форм художественных отливок, изготовляемых по-сырому. Песчано-масляные смеси применяют для стержней кусковых форм, заливаемых после сушки.

В технологическом процессе изготовления стержней значительную часть времени занимает их сушка. Трудоемкость и продолжительность процесса сушки стержней устраняются совершенно или сокращаются до минимума при использовании в стержневых смесях в качестве связующего жидкого стекла (5–7 %). Стержни из таких смесей твердеют на воздухе без обработки, после продувки углекислым газом СО 2 . Используют их в пластичном и жидком состояниях. Более эффективны самотвердеющие смеси (ЖСС, ПСС).

Для улучшения податливости и газопроницаемости в стержневые песчано-глинистые смеси для крупных стержней статуарных отливок добавляют рубленую солому, древесные опилки, торф.

Для небольших стержней статуэток иногда вместо специальной стержневой смеси используют облицовочную смесь для кусковой формовки.

Смеси для ювелирного литья

Для литья ювелирных изделий сложной конфигурации из сплавов меди (Т пл до 1 100 °С) широкое распространение получил так называемый энтион-процесс с применением кристобалито-гипсовых форм. Используют как импортные формовочные материалы («К-90», «Сатинкаст», «Суперкаст» – табл. 74, «Инвестрайт» – табл. 75), так и отечественную формовочную массу «Ювелирная». Импортные формовочные смеси имеют высокую химическую чистоту компонентов: 70–75 % смеси β-кристобалита и β-кварца; 25–30 % высокопрочного α-гипса СаSO 4 ·1/2Н 2 О. Крупность порошков кристобалита и гипса в этих смесях не превышает 100 мкм.

Таблица 74

Химический состав формовочных масс для ювелирного литья

Продолжение табл. 74

Таблица 75

Состав и свойства смеси «Инвестрайт»

В импортных формовочных массах используется кристобалитсодержащее сырье месторождения Сан-Кристобаль (Мексика) или искусственный продукт обжига при температуре 1 150–1 200 °С аморфного кремнезема, полученного разложением природных минералов в щелочной среде.

Главными особенностями современного процесса являются следующие технологические операции:

1. Применение вакуума и вибрации при изготовлении водных суспензий и монолитов литейных форм для удаления из них газовых пузырьков, адсорбируемых частицами гипса и поверхностью восковых моделей.

2. Использование технологических добавок, замедляющих схватывание гипса и удлиняющих период текучести формовочных суспензий:

а) в смеси «К-90» – около 2 % Н 3 ВО 3 ·10Н 2 О или 0,5 % Na 2 B 4 O 7 ;

б) в смеси «Суперкаст» – около 3 % Na 2 SiO 3 и H 3 BO 3 ·10H 2 O;

в) в смеси «Сатинкаст» – около 1 % Na 2 SiO 3 и H 3 BO 3 ·10H 2 O.

3. Применение в качестве компенсаторов усадки гипса кристобалита, превращение которого происходит в интервале температур 250–300 °С сопровождается значительным эффектом объемного расширения. К достоинствам импортных формовочных смесей можно отнести технологичность операций формовки, выбивки и очистки отливок. К недостаткам – высокое содержание гипса, имеющего склонность к разложению при температуре 650 °С и выше.

Смесь «К-90» содержит 25 % гипса, 35 % кварца, 40 % кристобалита. Борную кислоту, асбест и силикат натрия используют так же, как упрочняющие добавки. Однако при точном литье по восковым моделям при введении в формовочный материал Na 2 SiO 3 ·9H 2 O + H 3 BO 3 наблюдается снижение чистоты поверхности.

В нашей стране ВНИИювелирпромом разработана формовочная масса «Ювелирная», состоящая из динаса и гипса. В качестве огнеупорного наполнителя используют динасовый порошок из динаса сорта ЭД, имеющий по сравнению с другими сортами наименьшее и лимитированное содержание СаО, Fe 2 O, наибольшее количество SiO 2 – 96 %. У формовочных смесей из порошка динаса ЭД фракций 0,08 мм, менее 0,08 мм и порошка, не просеянного по фракциям, близкие значения текучести и периода затвердевания (табл. 76).

Таблица 76

Технологические параметры формовочных смесей

из динасового порошка различной дисперсности

П р и м е ч а н и е. Минералогический состав динаса: a-кварц + a-кристобалит + g-тридимит.

Технические данные формовочной смеси «Ювелирная» следующие: 80–88 % динаса, 20–12 % гипса, затворитель – вода с ортофосфорной кислотой (до 5 мл на 1 л воды). Количество затворителя на 1 кг порошковой части – 380 мл: текучесть по Суттарду – 140 мм; затвердевание, начало (конец) в 14 мин, конец в 24 мин; осыпаемость – 0,27 %.

Для точного литья цветных металлов в формовочных смесях в качестве связующего применяют высокопрочный гипс. При гидротермальной обработке гипсового камня насыщенным водяным паром в закрытых аппаратах (автоклавах) образуется α-полугидрат (высокопрочный гипс), а в открытых сосудах – β-полугидрат (строительный гипс). При смешивании порошкообразного гипса с водой образуется дигидрат CaSO 4 ·2H 2 O – твердое камневидное вещество. Химическая реакция разложения гипса (двуводного сульфата кальция) теоретически протекает при температуре 107 °С:

CaSO 4 · 2H 2 O = CaSO 4 · 0,5H 2 O + 1,5H 2 O

В интервале температур 170–200 °С происходит дальнейшая потеря гипсом кристаллизационной воды, образуется так называемый растворимый ангидрит CaSO 4 , активно соединяющийся с водой. При температуре 200–400 °С наблюдается почти полное удаление из гипса кристаллизационной воды. Образуется смесь нерастворимого и растворимого ангидрита. При температуре выше 450 °С гипс переходит в намертво обожженный гипс-ангидрит CaSO 4 . При температурах 750–800 °С образуется эстрих-гипс.

После смешивания порошкообразного гипса с водой и образования камневидного тела прочность гипса достигает максимума при высушивании его до постоянной массы. Замедление схватывания гипса может быть достигнуто введением гашеной извести (1–2 %), а также борной кислоты (1,0–2,5 %) и других соединений.

В отечественной формовочной смеси «Ювелирная» в качестве огнеупорного наполнителя используется динасовый порошок, полученный уралитовым помолом динасовых кирпичей сорта ЭД. Электродинас имеет ограничение по содержанию СаО и Al 2 O 3 , наименьшее содержание соединений железа и наибольшее SiO 2 (96 %).