Формувальна суміш для лиття своїми руками. Формувальні матеріали та суміші. Необхідні у процесі матеріали

Ливарне виробництво досить простий і поширений технологічний процес для отримання виливків різного розміру та різноманітної форми. Отримання деталей методом лиття практикується в автомобілебудуванні, верстатобудуванні, вагонобудуванні та багатьох інших галузях машинобудування. Для отримання порожнистих або з безліччю отворів виливків використовуються стрижневі та формувальні суміші різних складів. Економічно обґрунтовано використання піщано-глинистих форм при масовому виробництві.

Склад сумішей залежить від:

• способу формування:
  1. ручна;
  2. машинна;
• типу металу:
  1. сталь;
  2. чавун;
  3. кольоровий метал та його сплави;

• типу виробництва:
  1. одиничне;
  2. серійне;
  3. масове;

• типу лиття;
• технологічне оснащення.

Матеріали, які використовуються для отримання формувальних сумішей, поділяються на такі групи:

• піщаник;
• різні сорти глини;
• допоміжні:
  • сполучні матеріали;
  • протипригарні мастила та покриття;
  • вогнетривкі;
  • спеціальні.

Глинисті піски можуть містити глини у складі до 50%. Поділяють їх за кількістю вмісту глини на:

• худі – до 10%;
• напівжирні – до 20%;
• жирні – до 30%;
• дуже жирні – до 50%.

Також використовуються кварцові піски. Силікатна основа дозволяє набувати форми розплав, температура якого досягає 1700С.

Отримання виливків високої якості вимагає використання протипригарних покриттів та матеріалів дрібної фракції, щоб запобігти утворенню у формі пір.

Види та склад сумішей

До формувальних сумішей для лиття висуваються такі вимоги:

• механічна міцність;
• теплопровідність;
• газова проникність;
• вогнестійкість;
• теплоємність.

Формувальні і стрижневі суміші мають однакові властивості. Але до стрижнів висуваються більш високі вимоги, тому що на нього розплавлений метал чинить сильніший тиск.

Формувальні суміші діляться на три типи:

1. єдині;
2. облицювальні;
3. наповнювальні.

Єдина суміш призначається для заповнення всього обсягу ливарної форми. У повному обсязі використовується при машинному формуванні при випуску виливків у великій кількості. Для її приготування використовується великий обсяг матеріалів, що ще не використовувалися.

Облицювальна суміш призначена для одержання шару форми, що контактує безпосередньо з розплавом. Його товщина залежить від типу суміші та тяжкості виливки та становить 20-100 мм. Для того щоб доповнити об'єм, що залишився, використовується наповнювальна суміш.

Склад формувальної суміші безпосередньо залежить від форми та методу її виготовлення. Формування піщано-глинистих форм відбувається двома способами, в результаті яких виходять сухі та сирі форми. Для їхньої податливості при формуванні в суміш вводяться згоряючі наповнювачі - торф або тирсу. До складу форм, що підсушуються, крім глини і піску закладаються кріпитель, подрібнений азбест і барда.

Крім них використовуються:

• швидко отверждающиеся;
• самостійно отверждающиеся;
• твердіють при хімічному перетворенні;
• рідкоскліві склади.

У сумішах, що швидко отверждаются, зв'язкою виступає рідке скло. Якщо для сушіння рідкого скла необхідне тепле продування, то в даному випадку затвердіння відбувається за рахунок ферохромового шлаку.

Склади, що самостійно отверждаются, в початковому стані рідкі. Потім у них вводяться ПАР та пісочний наповнювач. Такий склад зберігає плинність трохи більше 10 хвилин. Тому вони готуються на формувальних ділянках.

Хімічно отверждающиеся суміші мають малий термін життя. Внаслідок чого суміш додається їдкий натр.

Рідкоскляні різновиди після формування піддаються сушінню продуванням вуглекислим газом. У процесі сушіння протікають хімічні реакції: утворення кремнієвої кислоти та вуглекислого натрію.

Для виготовлення стрижня, наприклад, першого класу, суміш повністю складається з кварцу і кріпителів. Для формування великих стрижнів використовується 1/3 частина використаного та відновленого складу.

Температура плавлення кольорових металів значно нижча, ніж у сталей та чавунів. Через що формувальні суміші мають меншу вогнетривкість. Для лиття бронзи та мідних сплавів формувальні склади готують під час використання глинистого піску П класу. Такі наповнювачі, як борна кислота, сірчаний колір або фториста присадка, використовуються для лиття алюмінію. Вони перешкоджають активному окисленню розплаву.

Необхідні властивості

Для отримання якісного виливка необхідна ливарна форма, виготовлена ​​з інгредієнтів, підібраних під розлив певного металу. Формувальна суміш для лиття повинна мати певну вологість. При малій вологості форма схильна до обсипаності, що ускладнює формування.

Погана газова проникність провокує утворення у виливку дефектів - газових пор та раковин. Через що необхідний пісок великої фракції (понад 50%).

Лиття в піщано-глинисту форму

Висока міцність форми та стрижня не дозволяє змінювати геометрію виливки. Щоб її отримати застосовуються спеціальні сполучні матеріали.

Приготування сумішей

Процес приготування формувальних та стрижневих сумішей проводиться у три етапи. Перший етап – підготовчий. Тут відбувається підготовка ще невикористаних матеріалів. Проводиться сушіння, дроблення та подальше просіювання.

З другого краю етапі відбувається підготовка відпрацьованого складу. Це дозволяє заощаджувати на матеріалах. Процес починається на охолоджувальних барабанах. Відбувається вибивання, подрібнення, охолодження.

Формувальні суміші для лиття готуються на третьому етапі у змішувачах. Широке застосування знайшли коткові моделі. Вони використовуються для приготування таких складів як:

• єдині;
• стрижневі суміші;
• облицювальні;
• з добавками:
  • в'язкі;
  • рідкі;
  • пилоподібні.

За великих обсягів випуску виробництво автоматизовано. Механізація процесів відбивається на зниженні собівартості продукції.

Визначення лиття в землю
Визначимо, якими термінами називають ливарну технологію заливання металу форми на основі піску. Аналогічними вважаються формулювання:
- лиття в піщані форми, суміші;
- лиття в піщано-глинисті форми, суміші;
- Лиття в землю.
Всі ці терміни позначають одну і ту ж технологію лиття. Застосування далі будь-якої з назв, вважатимемо аналогами.

Ливарна продукція

Лиття в піщані форми – метод лиття металів та сплавів, при якому розплавлений метал заливається у форму зроблену із щільно утрамбованого піску. Для зв'язку піщин між собою, пісок змішують з глиною, водою та іншими сполучними матеріалами.
Більше 70% всіх металевих виливків проводиться за допомогою процесу лиття у піщані форми.
Основні етапи

Є шість кроків у цьому процесі:
-Помістити модель у опоку з піском, щоб створити форму.
-У необхідних місцях приєднуються літникова система та випори.
-Видалити з опоки модель і з'єднати напівформи.
-Заповнити порожнину форми розплавленим металом.
-Витримати застигаючий метал в опоках згідно з технологією.
-Вибити виливок та звільнити від литників та випорів.

Ливарні моделі

За кресленнями та ливарними технологіями, розробленими технологом чи конструктором, досвідчений модельщик виготовляє модель деталі з дерева, металу чи пластмаси чи пінополістиролу. Метал у процесі охолодження дає усадку, і кристалізація може бути неоднорідною через нерівномірне охолодження. Таким чином, модель повинна бути трохи більше, ніж готова виливок, із застосуванням так званого коефіцієнта усадки металу. Різні усадкові коефіцієнти використовуються для різних металів. Моделі в процесі формування залишають у піску порожнини-відбитки у формі, в які поміщають стрижень з піску. Такі стрижні іноді посилюється дротяною арматурою, які використовуються для створення порожнин, які не можуть бути сформовані основною моделлю, наприклад, внутрішні проходи клапанів або місця охолодження блоків двигунів.
Літникова система для входу металу в порожнини форми є напрямною і включає воронку, литники, які підтримують хороший напір рідкого металу, для більш рівномірного заповнення порожнини форми. Газ і пар, що утворюються при лиття, виходять через проникні піски або через стояки, які виготовляються або в самій моделі, або у вигляді окремих частин.

Опоки для формувальних матеріалів
Для формування використовують дві або кілька опок. Опоки виготовляються у вигляді ящиків, які можуть бути з'єднані один з одним і скріплені між собою. Модель утоплюється в нижній частині опоки аж до найширшого поперечного перерізу. Потім вмонтовується верхня частина моделі. До нижньої частини опоки затискачами прикріплюється верхня і додається туди і утрамбовується формувальна суміш таким чином щоб вона повністю закривала модель. У необхідних місцях встановлюються литники та випори. Потім опока половиниться і з неї виймається модель, дерев'яні литники та випор.

Охолодження металу
Для управління кристалізацією структури металу у форму можна поставити металеві пластини, холодильники. Відповідно, швидке локальне охолодження утворює більш детальну структуру металу в цих місцях. У чорному виливку ефект аналогічний загартування металу в кузні. В інших металах холодильники можуть бути використані для управління спрямованої кристалізації виливки. При керуванні способом охолодження лиття можна запобігти внутрішнім порожнечам або пористості всередині лиття.

Виробництво
Для отримання порожнин у виливку, наприклад, для охолоджуючої рідини в блоці двигуна та головок циліндрів використовуються стрижні. Зазвичай стрижні для лиття ставляться у форму після видалення моделі. Після сушіння опоку з формою встановлюють на ливарний плац заповнення розплавленим металом, зазвичай сталь, бронза, латунь, алюміній, магній і цинк. Після заповнення рідким металом опоки не чіпають до охолодження виливки. Після вибивання виливки стрижні видаляються з лиття. Метал литників і прибутків будь-яким способом має бути відокремлений від виливки. Різні термічні обробки можуть бути використані для зняття напруги від початкового охолодження і додати твердості у разі загартування у воді або маслі. Поверхня лиття може бути додатково зміцнена дробоструминною обробкою, яка додає стійкості до розтріскування, розтягує та розгладжує шорстку поверхню.

Розробка технології
Щоб було можливим видалити модель, не порушуючи цілісності формувальної суміші, всі частини моделі повинні бути попередньо розраховані технологом і мати знакові частини для установки стрижнів. Невеликий ухил повинен використовуватися на поверхнях, перпендикулярних до лінії роз'єму, для того, щоб була можливість видалити модель з форми. Ця вимога також поширюється на стрижні, оскільки вони мають бути видалені з порожнин, які вони утворюють. Випор і стояки повинні бути розташовані так, щоб забезпечити оптимальний потік металу у форму і газів з неї для того, щоб уникнути недоливу лиття.

Способи лиття у землю
Розрізняють два способи лиття в піщані форми, перший з використанням «сирого» піску, так звані сирі форми, а другий метод – рідкокласний.
Сирі форми
Мокрий пісок, використовуються, щоб зробити форму в опоку. Назва походить від того, що мокрим піском користуються у процесі формування. "Сирий пісок" – це суміш:
-кремнеземистий пісок (SiO2), або хромисті піски (FeCr2O), або цирконієвий пісок (ZrSiO4), від 75 до 85%, та інші складові, включаючи графіт, глину від 5 до 11%, води від 2 до 4%, інших неорганічних елементів від 3% до 5%, антрацит до 1%.
Є багато формувальних сумішей з глиною, але всі вони різні за пластичними властивостями суміші, якістю поверхні, а також можливістю застосування в литті розплавленого металу щодо пропускної здатності для виходу газів. Графіт, як правило, міститься у співвідношенні не більше 5%, він частково згоряє при зіткненні з розплавленим металом з утворенням та виділенням органічних газів. Сирі суміші як правило для лиття кольорових металів не використовуються, оскільки сирі форми призводять до сильного окислення, особливо мідного та бронзового лиття. Вогкі піщані форми для лиття алюмінію не використовують. Для алюмінієвого лиття використовують якісніші формувальні суміші. Вибір піску для формування залежить від температури заливки металу. Температура заливання міді, сталі та чавуну вище інших металів, тому глина від впливу високої температури далі не регенерується. Для заливання чавуну і сталі на основі заліза зазвичай працюють з кварцовим піском – він відносно недорогий у порівнянні з іншими пісками. Так як глина вигоряє, в нову порцію піщаної суміші додають нову порцію глини та деяку частину старого піску. Кремній небажаний у піску, т.к. зерна кварцового піску мають тенденцію вибухати при дії високої температури під час заливання форми. Ці частки перебувають у зваженому стані у повітрі, що може призвести до силікозу у робітників. У ливарному цеху є активна вентиляція для збирання пилу. Дрібна тирса (деревне борошно) додається, щоб створити місце, при її вигорянні, для зерен піску, коли вони розширюються без деформації форми.

Технологія ЖСС (рідко-скляна суміш)

Ця технологія полягає в наступному:
до складу формувальної суміші входить прожарений пісок без глини, потім його у спеціальній ємності перемішують із рідким склом і перемішаною масою заливають модель. Залиту форму наколюють для подальшого підведення вуглекислоти. Опоку накривають ковпаком і подають газ СО2. Після чого залитий формувальний склад ЖСС набуває твердості.
В обох методах піщана суміш залишається навколо модельної оснастки, утворюючи порожнини форми для заливки металу. Формування рідинноскляними сумішами дозволяє отримати дві напівформи, які після затвердіння збирають. Модель видаляється, утворюючи порожнину форми. Цю порожнину заливають рідким металом. Після того, як метал охолонув виливки очищають від формувального складу. Форма із ЖСС повністю руйнується при витягуванні виливки.
Точність лиття безпосередньо пов'язана з типом формувальної суміші та формування. Сирі форми створюють на поверхні виливки підвищену шорсткість. Тому лиття в землю можна відразу відрізнити від лиття по ЖСС та ХТС. Лиття у форми з дрібного піску значно чистіше і менш шорстке. Технологія ЖСС дозволяє виготовляти виливки з гладкої поверхні, особливо під час використання пластикових моделей. В окремих випадках, наприклад, при литті корпусних деталей, можна обійтися навіть без механічної обробки на великих поверхнях – це дозволяє відливати великогабаритні чавунні блоки циліндрів. Залишки пригорілої до виливки формувальної суміші видаляються дробоструминною обробкою.
З 1950 року частково автоматизовані ливарні процеси лиття були перероблені для повністю автоматизованих виробничих ліній.

Холодно твердне суміш (лиття в ХТС)
Використання органічних та неорганічних сполучних, які зміцнюють форми для лиття хімічно зв'язують пісок. Цей тип формування отримав свою назву від того, що він не вимагає просушки, як інші види піщаної формування. Лиття в ХТС є точнішим, ніж лиття в землю. Розміри форм ХТС менші, ніж при лиття в піщані суміші, але дорожчі. Таким чином, ХТС використовується рідше, у тих випадках, коли потрібне якісніше лиття. Наше підприємство готове постачати вам виливки по ХТС.

Формування ХТС
Форми з холодно твердне суміші, вимагають швидкої формування, на відміну від піщано-глинистих сумішей, т.к. вони містять рідкі смоли, що швидко твердіють, прискорювачі затвердіння і каталізатори. Замість трамбування суміші (як при литті в землю), формувальну суміш ХТС заливають в опоку і чекають, коли смола затвердіє. Зазвичай затвердіння відбувається за кімнатної температури протягом 20 хвилин. Лиття в ХТС значно покращує якість необроблених поверхонь сталевого виливка порівняно з іншими технологіями лиття у піщаних формах. Зазвичай виготовлення модельної оснастки по ХТС використовують дерево, метал чи пластик МДФ. Найчастіше формування холодно твердіючими сумішами застосовується при лиття міді, лиття алюмінію, вуглецевої сталі, жароміцної та нержавіючої сталі, а також легованого чавуну, оскільки значно знижує ймовірність утворення ливарного шлюбу.

Розглянемо три найбільш відомі з них:

1. Лиття за шаблонами у земляні форми.
2. Лиття по моделях, що виплавляються.
3. Лиття за моделями, що випалюються.

Інструменти для формування та пристосування для лиття за моделями

Формувальний інструментарій (інструменти, що використовуються для набивання форми та видалення з неї моделі або шаблону): лопатка, сито, трамбування, лінійка, спеціальний правильний брусок, вентиляційна голка, киянка, кельма, шпатель, пензлі.

Інструменти для обробки форми: прасування, оздоблювальні та підрізні ланцети.

Оснащення для лиття за моделями

Опока - рама (ящик без дна) із формувальною землею для заливання металом; дерев'яна чи металева.

Рис. 2. Формувальний інструмент: 1 – вентиляційна голка; 2 - трамбовка формувальна; 3 – правильний брусок

Рис. 3. Ланцет

Підмодельна дошка – дерев'яна або металева плита з гладкою поверхнею.

Гумова прес-форма - пристосування з гуми, двох полірованих сталевих пластин і вулканізатора (у приватній майстерні цілком придатний автомобільний, на 12 В через трансформатор).

Прес-шприц-саморобний шприц для заповнення під тиском модельного складу у прес-форму.

Центрифуга ручна - пристрій для відцентрового лиття в індивідуальній майстерні; за допомогою такого пристрою рідкий метал заповнює форму під тиском.

Матеріали для формування Формувальна земля - ​​зволожена суміш глини (до 25% вмісту) та піску.

• графіт.
• Гіпс.
• Пемза.
• Кварц.
• Глюкоза (як сповільнювач).
• Луги (як роздільник).
• Вапняк (шифер).
• Каолін.

Матеріали для виготовлення моделей

1. Пластилін, гіпс, пластик, дерево. 2. Віск, парафін, стеарин; технічний желатин, столярний клей. 3. Полістирол (пінопласт) – пористий пластик.

Лиття за моделями у земляні форми

Це найпростіший спосіб отримання виливків. Коротко технологія така: за потрібним шаблоном (моделі) із формувальної землі виготовляють форму для заливки розплавленим металом. Форма, зроблена з того чи іншого шаблону,- одноразова: при виїмці виливки вона руйнується, оскільки створена суміші піску і глини (25% вмісту суміші глини, 75% - пісок). Але саму суміш для отримання ливарної форми можна використовувати багаторазово, оновлюючи лише внутрішній облицювальний шар. Шаблон може бути виготовлений з будь-якого матеріалу - пластиліну, гіпсу (найбільш прийнятні та зручні матеріали), з дерева, пластмаси, металу. Модель може бути і сама деталь; якщо потрібно зробити таку ж (відновити її первісний вигляд), то пластиліном нарощують на деталі, що реставрується або відновлюється, недостатні частини за початковим зразком.

Якщо з якихось причин неможливо скористатися як модель пластилінової копії оригіналу, все-таки є вихід: можна зробити гіпсовий зліпок з оригіналу (нехай це і більш трудомісткий і клопіткий спосіб).

Процес отримання гіпсової моделі виробу такий: оригінал поміщають обличчям вгору на рівну плиту в раму з дерева або іншого матеріалу, при цьому борти рами повинні бути вище копіюваного виробу і змащені зсередини мильною піною.

Гіпс розчиняють у великій кількості води до стану рідкої сметаноподібної маси. У швидкому темпі оригінал ретельно покривають шаром рідкого гіпсу, наносячи його широким малярським пензлем, а потім заливають раму гіпсовим розчином до країв. Можна прискорити або сповільнити схоплювання гіпсу: у першому випадку потрібна добавка 4% розчину кухонної солі, у другому – 1% розчину оцтової кислоти. Далі гіпсову форму (зліпок) сушать при температурі, що не перевищує 50"С, обробляють в контррельєфі, нарощують при необхідності рельєф, згладжують виступи, зашпаровують раковини. Перед безпосереднім виготовленням моделі зліпок покривають 3% розчином лугу, а ще простіше - добре збитий піною, що створить розділовий шар і заливають рідким гіпсом, таким чином, шаблон готовий, і можна приступати до його формування.

Процес формування шаблону та отримання готової виливки

Опоку ставлять на дошку, на яку також кладуть шаблон або оригінал. Дошку посипають графітом, щоб не прилипала облицювальна суміш, яку насипають через сито для повного покриття моделі. Щільно заповнюють опоку до країв, укладаючи землю шарами і ущільнюючи трамбуванням, а надлишок землі згладжують спеціальним бруском або рівною планкою, проводячи по краях опоки, і перевертають її; зверху ставлять другу опоку, в якій заформовують конусні бруски – моделі литника та випору. Потім, знявши верхню опоку, видаляють бруски, а з нижньої опоки видаляють шаблон, після чого до отворів, що залишилися від моделей литника і випору, порожнини шаблону прорізають вузькі з'єднувальні канали. Опоки поєднують у колишньому положенні і заливають через литник рідкий метал, який тече в порожнину форми, а іншим каналом, спрямованому до випору, з ливарної форми витісняється повітря, форма рівномірно і повністю заповнюється металом. Задано виливок отримано.

Рис. 4. Технологія отримання виливки найпростішим способом: 1 – модель; 2 – підмодельна плита; 3 – опока; 4 - випір; 5-літник

Технологія лиття за моделями, що виплавляються.

В основі ливарного процесу за моделями, що виплавляються, лежить використання легкоплавких матеріалів: модель виливки і її литникова система робиться з воску, парафіну або стеарину. Будь-який із цих легкоплавких матеріалів у гарячому режимі заливають у прес-форму, а після затвердіння отримують воскову модель та покривають її спеціальним складом. Після просушування на моделі утворюється вогнетривка оболонка - керамічна форма, з якої виплавляють модельний склад і отримують тонкостінну ливарну форму, яку після прокалювання заливають розплавленим металом.

Для отримання кількох однакових моделей із воску застосовують еластичну форму, використовуючи її виготовлення столярний клей чи технічний желатин. Другий матеріал кращий як у якісному відношенні, так і за термінами приготування. Якщо желатин набухає за півгодини (150 г желатину на 15 мг води при регулярному перемішуванні) столярний клей замочують водою на добу. Желатин після деякої добавки води набухає, але при нагріванні знаходить колишній обсяг. Желатинову масу варять до однорідної стану, що нагадує по вигляду густу сметану, додають 708 мл гарячої води з пластифікатором (3-4 г гліцерину) і ретельно перемішують. Щоб отриману масу вберегти при зберіганні від плісняви, до неї вливають півграма антисептика - формаліну або фенолу. Після цього масу остуджують до 50ºС і заливають нею зразок. Щоб еластична форма не деформувалася після застигання, її з тильного боку додатково зміцнюють гіпсом. При формуванні гіпсової моделі у формі з клею її знежирюють, протерши тальком, і двічі задублюють 20% розчином алюмінієвих галунів.

З метою тиражування воскових моделей для виливки однакових деталей, наприклад, литих прикрас для огорожі садиби, виготовляють гумову прес-форму.

Прес-форми поділяють на роз'ємні та розрізні. Роз'ємні постачають підшипниковими кульками, які служать замками-фіксаторами частин форми, і укладають їх на нижній частині гумової форми так, щоб вони не перешкоджали вилученню воскової моделі.

У розрізній прес-формі потреба у підшипникових кульках відсутня. З сирої гуми вирізають листи за розміром металевих затискних пластин, промивають бензином і складають стопи, які нашаровуються залежно від розміру моделі. Сама прессформа і двох половин, між якими укладається металева модель, гума навколо якої натирається тальком. Після цього пакет розташовується на талькованій затискній плиті, накривається другою плитою і затискається в струбцин вулканізатора на 40-50 хвилин при температурі 140-150ºС. Після вулканізації звільнений пакет разом із пластинами охолоджується під водою. Якщо на зразку литник був відсутній, його вирізають прямо в прес-формі.

Рис. 5. Виготовлення гумової прес-форми: 1 – вулканізатор; 2 – сталеві пластини; 3 – сира гума; 4-замок (сталеві кульки); 5 - зразок

Гумова прес-форма дуже зручна при виготовленні великої кількості однакових деталей - ланок ланцюга, браслета, елементів роз'ємного орнаменту та інших декоративних виробів, оскільки для їх виливки потрібно багато воскових моделей.

Розрізняють легкоплавкі та тугоплавкі склади для створення моделей. Перші більш податливі, їх виготовляють на парафіновій та стеариновій основі (див. табл. 1).

Таблиця 1. Склади для створення моделей

№ рецепту	Компоненти, мінімальний %
	Парафін	Стеарін	Віск	Переплав
1	50	50	-	-
2	25	25	50	-
3	12	8	-	80
4	17	17	-	66

У прес-форму модельний склад запресовується під тиском прес-шприца, який ливарник легко виготовить сам. Для цього необхідні відрізок труби, 2 штуцери, поршень, алюмінієва трубка.

Спосіб виготовлення такий. З одного боку трубу заварюють або запаюють. З алюмінію вирізають поршень по отвору труби, який необхідно забезпечити ручкою (стрижень при цьому дорівнює довжині труби). У закритій частині труби свердлять отвір, в який впаюють штуцер під гумовий шланг, інший кінець якого постачають штуцеромнаконечником, що відповідає діаметру литника прес-форми.

Заповнений модельним складом, прес-шприц занурюють у киплячу воду до готовності розплаву, який ретельно перемішують і охолоджують до пастоподібного стану при температурі 55-60 С і запресовують в тальковану прес-форму.

Рис. 6 Ручна центрифуга

Так само, під тиском, прес-форму подається і розплавлений метал.

Також ливарник може самостійно змайструвати ще один необхідний для роботи пристрій - ручну центрифугу.

У дерев'яну ручку потрібно пропустити сталевий стрижень діаметром 7 мм, до нього нерухомо прикріпити сережку (при цьому ручка повинна вільно обертатися на стрижні). Підставкою для опоки служить сталевий циліндр, дно якого не перевищує 100 мм в діаметрі. До підставки приварюють скобу з кільцем посередині, яке з'єднується із серегою коромислом (40 см) із міцного дроту з надійними кільцями на кінцях. Опока повинна вільно уміщатися в підставці і формою дублювати її - той же циліндр, але без дна.

Формування моделі провадиться таким чином. Розплавленим воском до моделі кріплять сталеві голки - литникові штифти, які повинні перетинатися в одній точці, де вони також скріплюються воском. Виходячи з розмірів моделі, опоку вибирають такої висоти, щоб між її дном і моделлю був проміжок не менше сантиметра, а вгорі у формувальній масі можна було б вирізати литникову чашу для плавки металу.

Склад формувальної маси пропонованих рецептів (див. табл.2).

Таблиця 2. Склади формувальної маси

Готовою формувальною масою заповнюють опоку на вогнетривкому листі (азбесті). Взявши модель за штифт, її занурюють у незастиглу формувальну масу, злегка похитуючи з боку в бік, щоб не потрапляло повітря. Після затвердіння маси (за наявності уповільнювача - не раніше, ніж за годину) у верхній частині опоки вирізують литникову чашу і витягують штифти. Літникові канали повинні бути в центрі чаші.

Операція виплавлення (видалення) воскової моделі така: опоку ставлять у запалену духовку газової плити і поступово, щоб не пошкодити форму, близько двох годин підвищують температуру до 350 ° С; потім опоку виймають і по черзі кладуть одним або іншим боком на пальник, попередньо підклавши азбестову плитку, і остаточно виплавляють віск.

Отримання виливка

Як тільки боки опоки розжаряться до червоного кольору, її поміщають у ручну центрифугу, а литникову чашу завантажують металом з добавкою відповідного флюсу і плавлять на полум'ї пальника. Після повної розплавки починають обертати центрифугу, у результаті рідкий метал спрямовується в порожнину форми, заповнюючи її і кристалізуючись приблизно за 20 оборотів центрифуги. Процес завершується охолодженням у воді та виїмкою готового виливка, тобто вироби художнього лиття.

Найбільш досконалим методом лиття за моделями, що виплавляються, вважається процес, в результаті якого зберігається оригінал і отримують порожнисті вироби, оригінал служить моделлю. Технологічно цей спосіб складається з двох частин: спочатку виготовляють по оригіналу порожнисту модель, а потім по цій моделі ливарну форму.

Процес отримання виливків за моделями, що випалюються

Щоб простежити технологію такого способу, розглянемо конкретний приклад - виготовлення складної вази або кубка.

При виливку кубка верхню частину моделі нескладної геометричної форми виготовляють з будь-якого матеріалу, нижню, складнішу, вирізують із пінопласту. Після цього, уклавши верхню частину моделі на підмодельну плиту, починають формування в опоку. Коли формувальна земля порівнюється з рівнем моделі, до неї приставляють другу (пінопластову) частину та заформовують до кінця. Далі опоку перевертають, на неї встановлюють друге опоку і проводять остаточне формування, зробивши при цьому литникову систему. Після опоки розтискають і видаляють верхню частину моделі, а нижню (пінопластову) залишають заформованою в землю.

При використанні таких комбінованих способів отримують цілісні, досить якісні складні форми виливки. Однак у момент формування елемента моделі можуть зміститися один до одного. Щоб цього не сталося, у зчленування гіпсової форми та пінопластових елементів вставляють швейні голки або шпильки, на які наколюють елементи. Щоб запобігти осьовим обертанням, можна використовувати кілька голок.

Для виготовлення порожнистої моделі опоку встановлюють на підмодельну плиту та заформовують у ній землею до половини оригінал виробу - виконують так звану фальшиву опоку.

Рис. 7. Формування комбінованої моделі: 1 - пінопластова частина моделі; 2 - гіпсова частина моделі

Поверхня оригіналу, що має невеликі розміри, змащують мильною піною і обкладають шаром пластиліну завтовшки до 1 см. Більші вироби обкладають шаром глини. Для того, щоб глина не прилипала до оригіналу, як розділовий шар використовують папір. На фальшиву опоку з оригіналом зверху встановлюють другу опоку та заливають гіпсом. У гіпсі роблять литникові канали, які доходять до пластилінового чи глиняного шарів. Після затвердіння гіпсу опоки перевертають. Фальшиву опоку, що виявилася зверху, видаляють разом із землею і встановлюють нову.

Рис. 8. Виготовлення моделі: 1 – опока; 2 - підмодельна дошка; 3 - формувальна суміш; 4 – літник; 5 - випір; 6 – додаткові отвори; 7 - модель

На другу половину оригіналу, який раніше був у фальшивій опоці, також укладають шар пластиліну або глини. Змастивши нижню опоку, залиту гіпсом, мильною піною, заливають гіпсом верхню, залишивши литникові отвори. Коли гіпс затвердіє, верхню опоку знімають та видаляють шар пластиліну або глини, стежачи за тим, щоб нічого не залишилося на оригіналі. Потім опоку встановлюють місце.

Після видалення прокладочного шару між гіпсом, залитим в опоку, і оригіналом утворився вільний простір, що відповідає товщині шару прокладки. У порожнину, що утворилася через литникові канали, залишені в гіпсовому шарі, заливають розчин на основі столярного клею або технічного желатину.

Опоки перевертають після остигання клейового розчину, з другої опоки видаляють розділовий шар і заливають клейовим розчином. Потім опоки рознімають, і отриманої форми видаляють оригінал вироби. Завдяки еластичності клейового розчину можна формувати виріб зі складною формою поверхні (візерунки, орнаменти, шрифти і т.д.), а також має пазухи, що складно виконати при звичайному способі формування. До того ж клейова маса є захистом оригіналу. Внутрішню поверхню клейової сорочки покривають лаком, а після висихання наносять шаром воску пензлем.

Форму збирають і через попередньо залишений отвір у її порожнину заливають розплавлену каніфоль, яку відразу ж виливають із форми, поки вона не охолонула, але частина її залишається на стінках. Цю операцію повторюють до тих пір, поки не буде досягнуто необхідної товщини виробу. Не можна перегрівати розплав каніфолі, оскільки можуть розплавитись дрібні елементи клейової форми.

Після затвердіння шару каніфолі опоки обережно рознімають і витягують отриману модель, що представляє собою порожнисту тонкостінну копію оригіналу, яка буде моделлю, що виплавляється.

Формування порожнистих виробів починають із виготовлення стрижня. Стрижнем називають частину формувальної суміші, якою заповнюють порожнину форми. Основою стрижня може бути металевий каркас, виготовлений із дроту, діаметр якого залежить від розмірів моделі. Основою каркаса є товстіший стрижень, кінець якого виходить з моделі. Після виготовлення каркаса його вводять у порожнину моделі та заповнюють формувальною масою. В якості стрижневої, а також формувальної маси для невеликих виробів, що відливаються з металів з невисокою температурою плавлення, можна використовувати масу на основі гіпсу та тальку або гіпсу та кварцу. У разі застосування мас на основі гіпсу слід пам'ятати, що в цих масах практично відсутня газопроникність, тому в процесі формування потрібно зробити додаткові отвори для виходу газів, що утворюються в момент виплавки моделі.

Якщо виконується виливок з бронзи, латуні або інших металів з високою температурою плавлення, як стрижневу масу використовують кварц, кварцовий пісок з додаванням силікатного конторського клею. Пісок прожарюють при температурі.750-900°С у чавунній ємності, наприклад, у сковороді, щоб у нього не потрапили оксиди заліза. Рідкого скла у суміші має утримуватися в межах 30%, решта складає пісок.

При відливанні великих виробів у формувальну суміш додають 1-2% технічної бури або борної кислоти, які, маючи власну температуру плавлення 741°С і 575°С відповідно, в момент прожарювання форми плавляться і, обволікаючи зерна наповнювача, скріплюють формувальну масу.

Виплавлену модель зі стрижнем формують у опоку звичайним способом. Модель з каніфолі виплавляють у сушильній шафі, поступово підвищуючи температуру. Опоку мають літникову систему вниз. Через неї виходитиме розплавлена ​​каніфоль, тому під виходом літникової системи необхідно поставити ємність. В цьому випадку стінки форми зміцняться розплавленими частинками каніфолі. Коли каніфоль повністю стіче, форму прожарюють у печі муфельної. Якщо її немає, то це можна виконати в духовці газової плити при температурі 350°С, оскільки каніфоль починає опалювати при температурі 310°С. Утворена кіптява від згорілої каніфолі покриває стінки форми, що покращує якість виливки.

Доцільно використовувати опоку з дном, модель заформувати звичайною формувальною сумішшю, а верхній шар, що не стикається з моделлю, зробити із суміші кварцового піску або шамотної крихти з рідким склом. У момент виплавки моделі він утримуватиме всю форму в опоку. Метал, що подається у форму через литникову систему, заповнить її за рахунок тиску власної маси.

Якщо пустотіла модель має один отвір, через який виходить арматура стрижня, після виплавки її стрижень втрачає опору і осідає всередині форми.

Щоб зафіксувати його в потрібному положенні при виготовленні виливків великих розмірів або при виливку виробів, що мають місця, що не проглядаються (наприклад, вази), основний стрижень із закріпленою на ньому арматурою пропускають через модель наскрізь і спирають двома кінцями на краї опоки, надаючи йому строго фіксоване положення .

Отвори, що залишилися після виливки виробу і видалення арматури, закладають або в тому місці моделі, яке знаходиться знизу і як би спирається на формувальну суміш, свердлять одне або кілька отворів. Потім виготовляють пробки з металу, з якого виливається виріб. Розмір повинен відповідати діаметру отворів у товщі моделі. Пробки вставляють в отвір моделі та формують її.

Маючи таку ж товщину, як і модель, металева пробка після виплавки моделі залишається у формі та фіксує відстань між стрижнем та її краєм. Після заливання пробки сплавляються з основним металом і від них не залишається жодних слідів.

Площа поперечного перерізу пробок має бути такою, щоб вони витримали масу стрижня і не вдавилися у формувальну суміш. Слід врахувати, що при виплавці моделі перевертають форму, тому пробки необхідно ставити і у верхній її частині. Як фіксатори можна також використовувати сталеві стрижні, які пропускають через всю форму (модель і формувальну суміш). Після виливки стрижні витягають, а в отворах, що утворилися, нарізають різьблення і вкручують різьбові пробки. Іноді отвори роззенковують і заглушують за допомогою заклепок із того ж металу - металевих шпильок. Потім ці місця ретельно зачищають або зачеканюють.

Оригінали художніх виробів із відносно плоскою поверхнею (медальйони, барельєфи) виконують зазвичай з м'яких матеріалів – пластиліну, глини, воску. Для формування з них знімають гіпсові моделі, при цьому зворотний бік моделі виходить плоскою і не повторює зсередини форму лицьової поверхні. Виконана за такою моделлю виливок має значну масу, що недоцільно, оскільки витрачається велика кількість металу. Щоб цього уникнути, застосовують спосіб формування за гіпсовою моделлю з рамкою. В цьому випадку одержують виливок, у якого внутрішній рельєф повторює форму лицьової поверхні, а товщина стінки відповідає товщині рамки і однакова по всій поверхні виробу. Формування з рамкою застосовують при виготовленні ливарних форм за гіпсовими моделями невеликої висоти і з пологими стінками.

Якщо гіпсова модель має високі вертикальні стінки з малим ухилом, то даний спосіб застосовувати небажано, тому що при формуванні вертикальні стінки виходять значно тонші за верхню, і метал при заливці може заповнити не всю форму, а тільки верхню її частину.

При формуванні з рамкою модель необхідно зафіксувати на підмодельній плиті, якою можна використовувати шматок стружкової плити з декількома просвердленими отворами. Через них модель кріплять шурупами, а в плиті роблять отвори для фіксуючих штирів нижньої опоки.

Зміцнивши модель на плиті і встановивши на неї опоку з підкладеною під краю рамкою, починають набивати її формувальною сумішшю, ретельно її утрамбовуючи. Товщина рамки буде відповідати товщині стінок майбутнього виливка. Заформовану опоку перевертають разом з підмодельною плитою і, злегка постукуючи по поверхні плити, акуратно знімають її з опоки разом з рамкою.

Після зняття рамки вище опоки утворюється виступ із формувальної суміші, який необхідно зрізати по всій поверхні опоки рівня її краю. У такий спосіб отримують відбиток платформи меншої висоти моделі на товщину рамки, що підкладається під опоку, і відповідної товщини стінки майбутньої виливки. Потім на заформовану опоку встановлюють другу, і по відбитку в нижній частині набивають верхню напівформу з каналом литниковим і випором.

Верхню опоку формують ретельніше і акуратніше, так як неміцну поверхню піщаної моделі можна легко пошкодити при ущільненні суміші трамбуванням.

Видаливши литник, верхню опоку знімають і за потреби виправляють форму. Заформовану нижню опоку з рамкою, що служила моделлю для верхньої напівформи, вибивають і за допомогою фіксуючих штирів знову встановлюють на під-модельну плиту в тому ж положенні, в якому вона знаходилася спочатку. Потім набивають її формувальною сумішшю, але вже без рамки. Після закінчення формування опоку перевертають, знімають підмодельну плитку з моделлю, а обидві напівформи збирають. Таким способом одержують порожнину, що відповідає товщині рамки.

Рис. 9. Ливарна форма з глини: 1 – литник; 2 – фіксатори; 3 – форма; 4 - випори

Крім основних способів лиття в землю і за моделями, що виплавляються, за старих часів майстри застосовували лиття в тверді розбірні форми. Цим способом виливали ювелірні вироби, гудзики, декоративні накладки для зброї. Матеріалом для форм служила глина та м'які породи вапняку. Виготовлені вручну форми з глини складалися з 2-х половин із поглибленнями для фіксації їх відносно один одного. Порожнину форми виконували вручну або формували за зразком із сирої глини, потім висушували та обпалювали.

Рис. 10. Стяжка ливарної форми з глини: 1 - гвинт, що стягує; 2 – хомут; 3 - форма

Для виготовлення таких форм можна використовувати вогнетривку шамотну глину або масу тигельну. Шамотний наповнювач для цих мас при виконанні ливарних форм має бути тонкого помелу. Потрібно пам'ятати, що шамотна глина при висиханні дає значне усадження - від 7 до 14%. Обпалюють глиняну форму в печі муфельної при температурі 900°С, а потім скріплюють дві напівформи між собою хомутами, виготовленими зі сталевої смуги і з'єднаними за допомогою гвинтів і гайок.

Принцип виготовлення ливарних форм вапняку такий самий, як і з глини. Різниця лише тому, що порожнину форми набивається різцями. Використовуючи для ливарних форм один з різновидів вапняку - шифер, що має щільну структуру і добре обробляється, старовинні майстри за допомогою гравіювання виконували складні форми і отримували високохудожні твори. Як матеріал для таких форм можна використовувати пластини з графіту тигельного або графітових електродів для електроплавильних печей, так як графіт добре піддається обробці різанням. У заготовлених пластинах необхідного розміру прилеглі поверхні зачищають дрібним наждачним папером, а потім притирають одну до іншої. У двох точках пластин просвердлюють наскрізні отвори, через які їх стягують болтами та гайками. Отвори свердлять у тих місцях, де вони не заважатимуть виготовленню форми та литників. Після підготовчих операцій приступають безпосередньо до виготовлення (вирізка та гравіювання) ливарної форми та литникової системи.

Перед заливкою металу графітову форму зсередини необхідно покрити тонким шаром каоліну або крейди, розведених у воді та з додаванням столярного клею, щоб убезпечити її від вигоряння.

Після вилучення виливки з форми вона зазвичай має негарний вигляд - з пригаром частинок формувальної суміші, всілякими кольорами втечі і т.д. У цьому випадку механічні забруднення видаляють за допомогою сталевої щітки, а потім виріб відбілюють у кислотах та лугах.

Мідь, бронзу, латунь і мельхіор зазвичай обробляють у два прийоми: спочатку виконують попереднє травлення, а потім остаточне або глянсове. Склад розчину для попереднього травлення наступний: азотної та сірчаної кислот - відповідно по 250 мл, хлористого натрію - 0,5 г. Час обробки - 4-5 сек, температура розчину - 20-25°С. Для остаточного травлення використовують такий розчин: азотної та сірчаної кислот - по 250 мл, соляної кислоти - 5 мл, голландської сажі -1-1,5 г. У цей розчин виробу занурюють на 6-8 секунд, потім швидко промивають у воді.

Свинець травлять 5-10% азотною кислотою, цинк і кадмій – 5-20% соляною кислотою, а алюміній – 10-20% розчином їдкого натру.

У наведених складах розчинів застосовують концентровані кислоти. Слід пам'ятати, що робота з ними потребує особливої ​​обережності, готувати їх необхідно під витяжкою або на вулиці.

На закінчення розділу про художнє лиття в умовах індивідуальної майстерні буде корисно познайомити нашого читача з конкретною людиною, справжнім майстром своєї справи, ливарником-художником Сергієм Поповим та його технологіями, практичними порадами.

Уродженець міста Борисоглібська Воронезької області, після закінчення школи вирушив до Підмосков'я, де навчався в Абрамцівському художньо-промисловому училищі імені Васнєцова і там же викладав за спеціальністю "Художня обробка каміння".

Займався ковкою, тягнуло до ливарних творів.

Свердлильний верстат

Заточувальний верстат 2-х сторонній

Верстат шліфувально-полірувальний.

Рис. 19. Ваза

• Бормашина
• Стіл для ручної обробки моделей
• Паяльник
• Піскоструйний апарат

Формування воскових виробів

Склад модельної суміші. Суміш воску та парафіну, нагріта до 60ºС, збивається дрилем для насичення повітрям, потім за допомогою спеціального шприца закачується в роз'ємні гіпсові форми. Після остигання форма рознімається і з неї витягується модель. Потім модель обробляється. Знімається облою, напаюється паяльником живильник та обмазується модель.

Обмазування

Для обмазки застосовується суспензія, що виготовляється з етилсилікату, води та маршаліту шляхом тривалого перемішування складових В приготовлену суспензію вмочується модель, яка потім обсипається шамотним піском.

Після просушування наносять 5-6 шарів обмазки з інтервалом в 2-3 години.

Для першої-другої обмазки використовується дрібніший пісок - 0,5 мм зерно, для наступних обмазок - 1-1,5 мм.

Після обмазування 5-6 шарами та достатньої просушування модель виплавляється у ванні витопки при температурі 130ºС.

Заливання

Витоплені кірки прожарюються до температури 400-500 º С і гарячі кірки заливається метал (латунь, бронза). Після кристалізації бронзи кірка акуратно відбивається.

Живильники відпилюються. Відлитий виріб очищається від кірки, що прикипіла, струменем піску.

Слюсарна обробка

Ведеться з використанням абразивів різної зернистості. Після зняття поверхневого шару та залишків литників можна приступити до шліфування, яке проводиться за допомогою гумових кіл (парапітових).

Для полірування використовуються повстяні та ганчіркові кола та паста ГОІ.

При слюсарній обробці виробів зі складним рельєфом, при якому радіус каменю не дозволяє дістатися багатьох ділянок виробу, використовується звичайна зуботехнічна бормашина та металеві та твердоплавкі бори, а також дрібні абразиви.

Лиття в кірці має обмежені можливості у розмірах, залежить від маси, товщини моделі. Тому великі або об'ємні роботи доводиться розбивати на дрібні фрагменти, наприклад свічник може складатися з 15-17 деталей (підставка, дужки і т.д.). Все це монтується на основі центрального стрижня.

В інших роботах можуть бути використані заклепки, скручування, різні кріплення. У деяких випадках використовується газове або аргонне зварювання.

Лиття в кірці має деякі особливості, наприклад, обмежене розмірами, які, у свою чергу, визначаються можливістю моделі.

Перед розливом бронзу необхідно розкислити, додати сплав, що містить фосфор. Латунь ллється без добавок.

Модельна маса має бути насичена повітрям, тобто. містити повітряні бульбашки, інакше парафінова модель при витопці розірве кірку внаслідок розширення.

Минулого разу (ви можете знайти цю статтю в) я лив, тобто. вирізав модель із пінополістиролу і просто засинав піском. І деякі з вас помітили, що до процесу я поставився досить недбало. Все вірно, метою було просто випробувати технологію і я зовсім не заморочився з якістю виливки. Визнаю це. Цього разу я намагатимусь зробити все акуратніше. Весь процес із поясненнями є на відео, але я також розпишу все зараз і в текстовому форматі. Тому, приємного перегляду та прочитання!

Багато кустарні джерела пишуть, що треба змішати те й те «за смаком», тобто. пропонують з'ясовувати все дослідним шляхом. Це непоганий розуміння, але довгий отримання результату процес. Тому я знайшов непоганий підручник-методичку з художнього лиття в пісок («Художнє лиття: навчальний посібник для учнів середніх професійно-технічних училищ», Борис Микитович Зотов, 1982). Я не претендую на якийсь професіоналізм. Ні ні! Це взагалі мій перший виливок за технологією з цього підручника. Я той ще чагарник, тому всі поради та обґрунтування помилок від вас я прийму з честю і буду радий, якщо ви поправите мене! Та й дочитав я лише до частини формування суміші. Вже після виливки з'ясував пару моментів з розплаву та термічної обробки виливки.

І так поїхали.

З інструментів та іншого нам знадобиться:

• ємність для змішування всього та вся;
• мішалка (тут можна обійтися і руками, але якщо вона у вас є добре);
• заздалегідь виготовлені рамки для формування, щоб половинки форми рівно стикувалися без усунення;
• піч;
• сито для просіювання піску та глини;
• мірна склянка, або око-алмаз;
• пензлик для нанесення тальку та очищення форми;
• модель, яку відливатимемо;
• пара відрізків труб або банок або будь-чого діаметром 80-100 мм і висотою 50-80 мм (для формування литників, тут так само можна обійтися і руками- зліпити бублик, але з банками буде акуратніше і простіше =)
• тонкостення трубка діаметром 20+-мм. для формування литників;
• слюсарний для обробки виливка;
  (Список зібрався досить ємний, але всі інструменти дріб'язкові і більша їх частина може знайтися в господарстві).

Необхідні у процесі матеріали:

• сам під заливку (у разі алюміній);
• пісок кварцовий (річковий теж підійде, але форма буде менш міцною);
• бентонітова глина;
• вода;
• тальк \ вугільний пил \ графіт.

Для виготовлення формувальної суміші нам знадобиться:

• просіяний кварцовий пісок у кількості, щоб можна було заповнити нашу форму та литники. Приймемо пісок як цілу частину-одиниця (1) або 100% для зручності розрахунку;
• бентонітова глина. Її нам знадобиться 0,15-0,20 (15-20%) від загальної маси піску;
• вода. Вологість суміші повинна залишати близько 0.06 (6%) від загальної маси пісок+глина (так, брав пісок за цілу частину, а тепер вже ціла частина це пісок+глина).

Спершу змішуємо просіяний пісок із просіяною глиною.

Добре змішуємо на суху. Інакше, якщо робити це одночасно з водою, ви мучитеся в спробі розбити грудки сирої глини.

Для зволоження суміші зручно користуватися розпилювачем. Він дозволить рівномірно розподілити вологу, але якщо його немає, то просто додавайте води потроху.

Додайте достатньо часу для перемішування суміші. Вона повинна вийти однорідною і бути повністю змочена водою (тих 6 відсотків з лишком вистачить на це)

Після того, як все смішно, наша суміш майже готова до формування! Потрібно лише дати їй настоятися, щоб волога розподілилася рівномірно. Дайте спокій суміш на 1 годину або навіть 2. Цим ця суміш і хороша - вона проста у виготовленні і нікуди поспішати не потрібно і в разі недотримання пропорцій, завжди це можна виправити досипавши недостатньої частини піску або глини.

Через годину, суміш значно змінює свої властивості на краще - менше липне до рук і добре зберігає форму, якщо стиснути жменьку в кулак (Це, до речі, народний спосіб перевірити якість суміші - візьміть жменьку суміші в руку і стисніть її. А ​​коли розіжмете руку, то суміш повинна повторити вигини пальців і долоні, після чого спробуйте її зламати навпіл.

Тепер переходимо до процесу формування.

Встановлюємо заготовлену рамку на рівну поверхню і суміш насипаємо у форму. Не поспішайте засипати все й одразу. Насипте третину і утрамбуйте її, щоб пісок заповнив усі куточки форми. Я спершу роблю піщане дно — засинаю пісок, трамбую його, а потім засипаю форму без трамбування і вдавлюю в пухкий пісок модель. Перед встановленням моделі, непогано було б посипати її тальком, щоб вона не прилипала до суміші. Пальцями утрамбовую по периметру та досипаю за потребою суміш. Було б простіше, якби модель ділилася навпіл, але це інша історія. Ми маємо конкретний приклад. Тож і послідовність саме така. Трамбувати зручно невеликим дерев'яним бруском він досить міцний і важкий для комфортного процесу. Після цього цим же бруском вирівнюємо поверхню. Модель повинна засипатися рівно по центру, оскільки має заокруглення. Щоб при її вийманні форма не зруйнувалася, довелося трохи напружитись, але я впорався. Впорайтеся і ви!

Коли перша половина форми утрамбована і вирівняна, постукуючи тим же бруском формою розхитуємо її злегка і пробуємо виймати. Все вийшло добре, а форма надрукувалася як треба? Добре, тоді час повернути модельку у форму і пройтися пензликом з тальком або графітом по всій площі поверхні форми та модельці навіть. Це необхідно для того, щоб друга половина форми не прилипла до моделі та нижньої половинки форми.

Другу частину трамбувати простіше - просто підсипаємо пісок і рівномірно трамбуємо, поки не заповнимо все.

Важливо пам'ятати, що якщо трамбування буде недостатнім і суміш залишиться пухкою, то вона зруйнується ще до лиття або в процесі заливання. Якщо трамбувати надмірно сильно, то пісок спресується і газопроникність форми буде поганою, що може призвести до шлюбу виливки, оскільки пари та гази погано видалятимуться з форми в процесі лиття.

Акуратно знімаємо верхню половину і дивимося, що в нас вийшло. З першої половинки моделька має виходити добре (адже ми її вже виймали). З другої половинки так само, з постукуваннями, виймаємо модель. Оглядаємо результат і якщо він нас влаштовує, значить у нас вийшло і залишилося трохи перед виливком.

Тепер потрібно зробити заливні отвори у формі. З цим чудово впорається тонкостінна трубка (я використовував трубу від пилососа). У мене трохи забракло висоти рамок і частина моделі виднілася зовні. Це місце і стало одним із двох литників.

Так само важливо зробити пісочні вирви, через які надходитиме метал у форму. Вони потрібні для зручності лиття, а так само для того, щоб при охолодженні підживлювати виливок металом при усадці. На деяких сплавах усадка особливо помітна.

Вирви можна формувати як руками, так і використовуючи підручні форми (я використовував кавові банки і ту саму трубку від пилососа).

Процес формування закінчився. І форма придатна для лиття. Забираємо модель, продуємо піщинки, які можуть потрапити у виливок і збираємо форму на місце, де проходитиме заливка.

Справа за малим – розпалити піч, розплавити алюміній та залити.

Оскільки основний обсяг статті присвячений саме формуванню, тут я пройдуся дуже коротко. У відео я сказав, що потрібно додавати соди та солі, так роблять усі кущі. Але один із глядачів на каналі поправив мене і обґрунтував свою відповідь. Тому поспішаю одужати, сода в розплаві не потрібна. У наступних виливках я відчув різницю. Без соди метал залився з меншою кількістю пір і значно краще оброблявся (не засмічував фрези). Тому коли алюміній в тиглі розплавиться, потрібно додати солі, щоб метал очистився від шлаків. Весь бруд, що зібрався на поверхні, я зібрав ложкою і залив метал у форму. Через невеликий проміжок часу я вийняв виливок.

Художні виливки за ступенем складності, масою та матеріалом, з якого вони виготовлені, дуже різноманітні. Так, у виробництві одного Каслинського заводу на Уралі можна зустріти виливки масою від декількох грамів до декількох тонн, за розмірами від сантиметра до декількох метрів, за товщиною стінки від міліметра до десятків міліметрів. Природно, що вимоги до ливарних форм таких різноманітних виливків також не однакові. Наприклад, міцність стінки форми статуї масою 5 т не може дорівнювати міцності стінки форми ажурної коробочки або браслета для годинника. Отже, формувальні суміші для ливарних форм вибираються для кожної виливки.

Облицювальна сумішстикається з моделлю і з виливком. Облицювальна суміш, що відтворює відбиток поверхні моделі, перша приймає на себе температурні впливи заливається у форму металу і повинна мати хорошу міцність, пластичність, вогнетривкість і газопроникність. Тому вона містить, як правило, більше свіжих формувальних матеріалів і, як найдорожча, використовується у формі у невеликих кількостях (шаром 20-30 мм на поверхні моделі).

Наповнювальна сумішскладається переважно з оборотної суміші з невеликою кількістю свіжих матеріалів.

Формувальні суміші при машинному формуванні архітектурного лиття внаслідок особливостей технологічного процесу формування використовуються одночасно як облицювальна та наповнювальна суміш. єдиними сумішами.

Природні,або природні, сумішіє глинистими пісками марок П0063 і Ж005 із вмістом глини від 12 до 30 %. Природні формувальні суміші широко застосовуються у виробництві тонкостінних ажурних та кабінетних чавунних та кольорових виливків для форм, що заливаються у сирому вигляді та після сушіння. Ці суміші мають гарну пластичність, сиру і суху міцність.

Штучні, або синтетичні, сумішінайбільш поширені у виробництві художніх та архітектурних виливків. Вони є сумішшю піску і глини або кількох пісків з більшим або меншим вмістом глини та відпрацьованої суміші. Піски та оборотну суміш змішують у таких пропорціях, щоб у результаті утворилася формувальна суміш, що володіє необхідними властивостями.

Формувальні суміші для форм чавунних виливків.Склад формувальних сумішей (табл. 72) залежить від складності конфігурації та поверхні виливків, товщини їх стінок та стану ливарної форми перед заливкою.

Таблиця 72

Склад та властивості формувальних сумішей для форм чавунних художніх та архітектурних виливків

Виливки	Особливі вимоги до виливків	Стан форми перед заливкою	Суміш	Властивості суміші
Межа міцності при стисканні, МПа	Газопроникність, ум.од.	Вологість, %	Глина	Свіжі добавки	Зворотна суміш
Тонкостінні ажурні (скриньки, вази, тарілки та ін.)	Підвищена чистота поверхні	Сира	Єдина	0,03–0,035	80–90	3–4	12–20	10–12	Решта
Кабінетні (настільні бюсти, статуетки та ін.)	Чистота та м'якість поверхні (відливання відпалюються)	Суха	Облицювальна	0,085–0,09	19–21	9–10	25–30	60–70	30–40
Наповнювач	0,055–0,06	20–25	6–8		–
Статуарні (статуї та пам'ятники)	Чистота поверхні	Суха	Облицювальна	0,08–0,09	20–25	5–6
Наповнювач	0,068–0,07	26–30	6–7	2,4	12,5	87,2
Архітектурні (решітки, колони, балясини, барельєфи та ін.)	Чистота поверхні	Сира	Облицювальна, мазут	0,02–0,025	30–50	4–6	12–15
Наповнювальна, бентонітова емульсія	0,02–0,03	66–70	4–6	10–12

Суміші для форм ажурних виливків, що мають складну поверхню, тонку стінку і велику кількість просвітів, що утворюють ажур, повинні забезпечувати отримання у формі чіткого відбитка складної поверхні моделі та міцність дрібних бовдурів, що дають просвіти у виливку. Крім того, чавун при заливанні у форму в порівнянні з кольоровими сплавами має більш високу температуру. Тому формувальні суміші для форм, що заливаються чавуном, повинні мати достатню вогнетривкість.

Підвищення температури заливки чавуну призводить до інтенсивнішого газовиділення при прогріванні форми - формувальні суміші повинні мати хорошу газопроникність. Таким чином, формувальні суміші для форм, що заливаються чавуном, при достатній міцності повинні бути газопроникними та вогнетривкими.

Формувальні суміші для форм виливків із кольорових сплавів.Латунь, бронза та алюмінієві сплави, що застосовуються у виробництві художнього лиття, в порівнянні з чавуном мають нижчу температуру заливки та більшу рідину. Тому при виготовленні ливарних форм можна застосовувати дрібнозернисті формувальні суміші, що дають чисту і гладку поверхню виливки.

Формувальні суміші для форм, що заливаються по-сирому, застосовують при виготовленні ливарних форм для тонкостінних та ажурних виливків (барельєфи, ажурні тарілки, вази, деталі статуеток тощо).

Для отримання у формі хорошого відбитка, складної поверхні моделі та міцності невеликих болванчиків, що утворюють просвіти у виливку, формувальні суміші таких форм повинні мати хорошу газопроникність, пластичність і бути досить міцними. Тому при приготуванні сумішей застосовують дрібнозернисті піски з підвищеним вмістом глини (природні глинисті та збагачені з добавками глини як самостійний компонент суміші).

Суміші для форм, що заливаються по-сирому, використовують і при виготовленні форм для архітектурних виливків. У цьому випадку велика маса виливки та розміри форм вимагають застосування у формувальних сумішах більших пісків і підвищують вогнетривкість суміші добавок.

Формувальна суміш для форм, що заливаються після сушіння. Ливарні форми статуй і бюстів значно складніші за звичайні виливки. Для їх виготовлення застосовують, як правило, складне кускове формування. При цьому формувальник, розбираючи форму для видалення моделі, має справу не з напівформами, скріпленими стінками опоки, а з частинами форми у вигляді спресованих шматків формувальної суміші. Природно, що такі форми повинні бути виготовлені з міцніших формувальних сумішей.

Суміші для шматкового формування повинні витримувати тиск не менше 0,09 МПа на поверхні форми. Газопроникність таких сумішей у сирому вигляді внаслідок вмісту у них великої кількості глини низька (20–25 ум.од.). Тому ливарні форми, виготовлені з цих сумішей, не можна заливати у сирому вигляді, оскільки підвищена кількість пари та газу не буде вільно виходити з форми через її стінки. Газопроникність форм, що виготовляються з жирних формувальних сумішей, покращують шляхом їх сушіння. У процесі сушіння внаслідок випаровування вологи та вигоряння добавок збільшується пористість форми. Газопроникність суміші у формі після сушіння підвищується до 60-70 ум.

Як наповнювач суміші використовують одну відпрацьовану суміш. Освіжають її з урахуванням наявності в ній значної кількості неперегорілих шматків форм, що набиваються з жирної облицювальної суміші.

Спеціальні формувальні суміші . У виробництві художнього лиття часті випадки, коли складність виливки вимагає застосування спеціальних способів виготовлення ливарної форми, використання спеціальних формувальних сумішей.

Рідка формувальна сумішзастосовується при формуванні скульптурних виливків для нанесення облицювального шару на поверхню воскової моделі та виготовлення у формі стрижня. На поверхню моделі рідку суміш наносять шляхом оплескування моделі. При виготовленні стрижня суміш заливають у порожнину гіпсової форми. До складу рідкої суміші входять кварцові піски, пилоподібний кварц, цемент та вода. Суспензію на етилсиликатном сполучному застосовують для нанесення на поверхню моделі, що виплавляється шару, який після її виплавлення утворює нероз'ємну керамічну форму - оболонку для виливки.

Сполучною суспензії є гідролізований розчин етилсилікату, наповнювачем – пилоподібний кварц (маршаліт) марки КП1, КП2, розжарений при температурі 850-900 ° С, з питомою поверхнею не менше 5 м 2 /г.

Піщано-смоляні сумішізастосовують у виробництві виливків, одержуваних в оболонкових формах. До складу суміші як наповнювач входить кварцовий пісок із зернами розміром менше 0,2 мм. Як сполучний використовують термореактивну смолу. З метою економії дорогих смол оболонки напівформ виготовляють двошаровими. У цих випадках піщано-смоляні суміші ділять на облицювальні та наповнювальні. Облицювальні готують з більшим вмістом смол, наповнювальні з меншим.

Стрижневі сумішіу процесі заливання форми знаходяться у більш важких умовах, ніж формувальні, тому вони повинні бути більш міцними, газопроникними, податливими, вогнетривкими, менш гігроскопічними, з гарною вибиванням з виливки (табл. 73).

Основними матеріалами для приготування стрижневих сумішей, як і для формувальних, є пісок та глина. Однак велика кількість глини, необхідна для підвищення міцності, погіршує газопроникність, податливість, вибивання суміші, збільшує її пригар до стінок виливки. Для поліпшення якості стрижневої суміші до її складу замість глини вводять кріплення. До них відносяться різного роду олії, декстрин, рідке скло та інші спеціальні матеріали.

Таблиця 73

Стрижневі суміші для чавунних художніх та архітектурних виливків

Виливки

Свойста суміші

Зміст компонентів у суміші, мас. %

Газопроникність, ум.од.

Вологість, %

Межа міцності, МПа

Сухі складові

Рідкі композиції

при стисканні

при розтягуванні

Зворотна суміш

пісок

Глина

ЛСТ

Декстрін

Рідке скло

2К 2 Про 2016

Ж 2 01

1Т 1 Про 1016

1К 1 Про 1 01

3К 3 Про 3 02

Кабінетні (настільні бюсти, статуетки та групи)

3–4

0,018–0,03

0,2

–

–

–

–

–

–

–

6–7

0,02–0,03

0,2

–

–

–

–

–

–

–

–

Архітектурні (колони, тумби, вази декоративні та ін.)

5–6

0,03–0,035

0,07–0,15

–

–

–

–

–

–

3–4

0,015–0,03

0,3–0,5

–

–

–

–

–

5–7

Піщано-глинисті суміші мають достатню міцність у сирому вигляді, їх застосовують для стрижнів простих форм художніх виливків, що виготовляються по-сирому. Піщано-масляні суміші застосовують для стрижнів шматкових форм, що заливаються після сушіння.

У технологічному процесі виготовлення стрижнів значну частину часу займає їхнє сушіння. Трудомісткість і тривалість процесу сушіння стрижнів усуваються повністю або скорочуються до мінімуму при використанні в стрижневих сумішах як сполучне рідке скло (5–7 %). Стрижні з таких сумішей тверднуть на повітрі без обробки після продування вуглекислим газом 2 . Використовують їх у пластичному та рідкому станах. Найефективніші самотвердні суміші (ЖСС, ПСС).

Для поліпшення податливості та газопроникності в стрижневі піщано-глинисті суміші для великих стрижнів статуарних виливків додають рубану солому, тирсу, торф.

Для невеликих стрижнів статуеток іноді замість спеціальної стрижневої суміші використовують облицювальну суміш для шматкової формування.

Суміші для ювелірного лиття

Для лиття ювелірних виробів складної конфігурації зі сплавів міді ( Тпл до 1 100 °С) широкого поширення набув так званий ентіон-процесіз застосуванням кристобаліто-гіпсових форм. Використовують як імпортні формувальні матеріали (К-90, Сатинкаст, Суперкаст - табл. 74, Інвестрайт - табл. 75), так і вітчизняну формувальну масу "Ювелірна". Імпортні формувальні суміші мають високу хімічну чистоту компонентів: 70–75 % суміші β-кристобаліту та β-кварцу; 25–30 % високоміцного α-гіпсу СаSO 4 ·1/2Н 2 О. Крупність порошків крістобаліту та гіпсу у цих сумішах не перевищує 100 мкм.

Таблиця 74

Хімічний склад формувальних мас для ювелірного лиття

Продовження табл. 74

Таблиця 75

Склад та властивості суміші «Інвестрайт»

В імпортних формувальних масах використовується кристобалітсодержащіе сировина родовища Сан-Крістобаль (Мексика) або штучний продукт випалу при температурі 1150-1200 ° С аморфного кремнезему, отриманого розкладанням природних мінералів в лужному середовищі.

Головними особливостями сучасного процесу є такі технологічні операції:

1. Застосування вакууму та вібрації при виготовленні водних суспензій та монолітів ливарних форм для видалення з них газових бульбашок, що адсорбуються частинками гіпсу та поверхнею воскових моделей.

2. Використання технологічних добавок, що уповільнюють схоплювання гіпсу та подовжують період плинності формувальних суспензій:

а) у суміші «К-90» – близько 2 % Н 3 ВО 3 ·10Н 2 Про або 0,5 % Na 2 B 4 O 7;

б) у суміші «Суперкаст» – близько 3 % Na 2 SiO 3 та H 3 BO 3 ·10H 2 O;

в) у суміші «Сатинкаст» – близько 1 % Na 2 SiO 3 та H 3 BO 3 ·10H 2 O.

3. Застосування компенсаторів усадки гіпсу кристобаліту, перетворення якого відбувається в інтервалі температур 250–300 °С супроводжується значним ефектом об'ємного розширення. До переваг імпортних формувальних сумішей можна віднести технологічність операцій формування, вибивання та очищення виливків. До недоліків - високий вміст гіпсу, що має схильність до розкладання при температурі 650 ° С та вище.

Суміш «К-90» містить 25% гіпсу, 35% кварцу, 40% крістобаліту. Борну кислоту, азбест та силікат натрію використовують так само, як зміцнюючі добавки. Однак при точному литті за восковими моделями при введенні у формувальний матеріал Na 2 SiO 3 ·9H 2 O + H 3 BO 3 спостерігається зниження чистоти поверхні.

У нашій країні ВНДІювелірпромом розроблена формувальна маса «Ювелірна», що складається з динасу та гіпсу. Як вогнетривкий наповнювач використовують динасовий порошок з динасу сорту ЕД, що має порівняно з іншими сортами найменший і лімітований вміст СаО, Fe 2 O, найбільша кількість SiO 2 – 96 %. У формувальних сумішей з порошку динасу ЕД фракцій 0,08 мм, менше 0,08 мм і порошку, не просіяного по фракціях, близькі значення плинності та періоду затвердіння (табл. 76).

Таблиця 76

Технологічні параметри формувальних сумішей

з динасового порошку різної дисперсності

П р і м е ч а н е. Мінералогічний склад динасу: a-кварц + a-кристобаліт + g-тридиміт.

Технічні дані формувальної суміші «Ювелірна» наступні: 80–88 % динасу, 20–12 % гіпсу, затворник – вода з ортофосфорною кислотою (до 5 мл на 1 л води). Кількість затворника на 1 кг порошкової частини – 380 мл: плинність по Суттарду – 140 мм; затвердіння, початок (кінець) 14 хв, кінець 24 хв; обсипаність - 0,27%.

Для точного лиття кольорових металів у формувальних сумішах як сполучне застосовують високоміцний гіпс. При гідротермальній обробці гіпсового каменю насиченою водяною парою в закритих апаратах (автоклавах) утворюється α-напівгідрат (високоміцний гіпс), а у відкритих судинах – β-напівгідрат (будівельний гіпс). При змішуванні порошкоподібного гіпсу з водою утворюється дигідрат CaSO 4 ·2H 2 O – тверда каменеподібна речовина. Хімічна реакція розкладання гіпсу (двоводного сульфату кальцію) теоретично протікає при температурі 107 °С:

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

В інтервалі температур 170-200 °С відбувається подальша втрата гіпсом кристалізаційної води, утворюється так званий розчинний ангідрит CaSO 4 активно з'єднується з водою. За температури 200–400 °С спостерігається майже повне видалення з гіпсу кристалізаційної води. Утворюється суміш нерозчинного та розчинного ангідриту. При температурі вище 450 ° С гіпс перетворюється на намертво обпалений гіпс-ангідрит CaSO 4 . При температурах 750-800 ° С утворюється естрих-гіпс.

Після змішування порошкоподібного гіпсу з водою та утворення каменеподібного тіла міцність гіпсу досягає максимуму при висушуванні його до постійної маси. Уповільнення схоплювання гіпсу може бути досягнуто введенням гашеного вапна (1-2%), а також борної кислоти (1,0-2,5%) та інших сполук.

У вітчизняній формувальній суміші «Ювелірна» як вогнетривкий наповнювач використовується динасовий порошок, отриманий уралітовим помелом динасової цегли сорту ЕД. Електродинас має обмеження за вмістом СаО та Al 2 O 3 , найменший вміст сполук заліза та найбільший SiO 2 (96 %).