Литье по выплавляемым моделям.

 

 




Литье по выплавляемым моделям — точное литье.

Содержание

Общие понятия о литье по выплавляемым моделям.
Схема технологического процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям.
Основные сведения и классификация прессформ.
Основные сведения о моделях.
Выплавляемые модельные составы.
Исходные материалы для приготовления выплавляемых модельных составов.
Модельные составы.
Приготовление модельных составов.
Изготовление выплавляемых моделей в металлических прессформах.
Приготовление и запрессовка пастообразного состава.
Запрессовка жидкого состава.
Свободная заливка жидкого состава.
Особенности изготовления моделей в неметаллических прессформах.
Специальные способы изготовления моделей.
Изготовление моделей литников и прибылей.
Охлаждение и хранение прессформ и моделей.
Отделка моделей и контроль их качества.
Сборка моделей в комплекты.
Изготовление литейных форм.
Требования, предъявляемые к облицовочным огнеупорным покрытиям моделей.
Твердые материалы для огнеупорных покрытий и их подготовка.
Подготовка твердых материалов.
Этилсиликат и его подготовка.
Растворители.
Дополнительные материалы.

Общие понятия о литье по выплавляемым моделям.

Для изготовления отливок повышенной точности применяют различные способы литья,в том числе литье в металлические формы под давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы,в керамические и гипсовые формы, а также кристаллизацию под поршневым давлением и так называемую жидкую штамповку.

Литье по выплавляемым моделям хотя и применимо для любых металлов и сплавов, но имеет преимущественное значение для изготовления отливок из сплавов с высокой температурой плавления.

Этот способ является развитием применявшегося с древних времен способа изготовления литых художественных и ювелирных изделий по восковым моделям.Модели из воска или сала применялись при отливке колоколов, украшений на старинных пушках, а также при изготовлении различных памятников.По восковым моделям отлиты исторические памятники Петру 1 «Медный всадник» в С.Петербурге, Минину и Пожарскому в Москве и др. Несмотря на то, что этот способ давно известен, широкого распространения изготовления отливок не получил до развития газовых турбин.

В связи с развитием газовых турбин и необходимостью использовать для турбинных лопаток жаропрочные сплавы  не поддающиеся обработке давлением и резанием, потребовалось применить такую технологию литья,которая обеспечивала бы получение мелких отливок, имеющих повышенную точность и высокое качество поверхности. Для создания такой технологии изготовления точных отливок и была использована идея литья по восковым моделям, но этот способ пришлось полностью переработать для обеспечения постоянства размеров и качества поверхности получаемых отливок к условиям промышленности.

Изыскание дешевых модельных и формовочных материалов, способов изготовления моделей и форм, методов плавки и заливки, а также применение специального оборудования значительно удешевило процесс и сделало его более доступным для различных отраслей машиностроительной промышленности. В связи с этим процесс литья по выплавляемым моделям применяется для изготовления самых разнообразных деталей.

В настоящее время литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления сложных отливок из любых сплавов с наименьшей толщиной стенок около 1 мм и с небольшими допусками. В отдельных случаях могут быть получены отливки с еще меньшей толщиной стенок. этот технологический процесс имеет следующие основные преимущества:

1) возможность получения отливок из стали с размерами до 5-го класса точности при шероховатости поверхности по4-6 классам; поэтому многие поверхности деталей, требующие механической обработки при других способах изготовления, могут не обрабатываться  и применяться влитом виде;

2) применимость различных сплавов, в том числе труднообрабатываемых как на металлорежущих станках, так и давлением.

3) возможность объединения нескольких деталей в одну общую сложную конструкцию (цельнолитой узел);

4) оперативность процесса, что позволяет при создании новых или измененных конструкций деталей сравнительно быстро их изготовлять;

5) возможность изготовления художественных отливок из любых сплавов (в том числе из стали) с литым рисунком на поверхности, ранее получаемым чеканкой.

Применение отливок по выплавляемым моделям для деталей изготавливавшихся ранее путем сложной механической обработки уменьшает на 80-90% механическую обработку, сокращает в 1,5-2 раза расход металла и снижает себестоимость готовых деталей в 2-3 раза.Кроме того, значительно сокращаются работы по оснащению механообрабатывающих цехов приспособлениями и инструментом (режущим и мерительным), а также улучшается использование производственных площадей.

Этот способ следует применять в первую очередь для изготовления сложных деталей из стали и труднообрабатываемых сплавов с высокой температурой плавления,требующих длительной и трудоемкой механической обработки; он может быть применен также для получения сложных отливок из цветных сплавов и для различных художественных отливок.

Вес отливок, обычно изготавливаемых этим способом находится в пределах от нескольких граммов до 50 кг при габаритах до 500 мм.В отдельных случаях изготавливаются и более крупные отливки.Литье по выплавляемым моделям применяют для деталей самолетов, Тракторов,мотоциклов, автомобилей,охотничьих ружей, велосипедов и т.д.
Возможности использования литья по выплавляемым моделям очень велики.Этот способ целесообразнее применять других процессов-литья под давлением и механической обработки на станках – автоматах.

Схема технологического процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям.


Для получения отливок необходимо изготовить металлическую пресс-форму или из другого материала, имеющую полость похожую на конфигурацию будущей отливки. Для литниковых систем- каналов по которым металл достигает полость формы, тоже изготавливают пресс-формы.
В пресс-формы запрессовывают легкосплавный модельный состав: материал для изготовления моделей. Полученные модели собирают с моделями литниковых систем-модельный комплект готов. На модели наносится огнеупорное покрытие, состоящее из нескольких слоев, потом продолжают изготовление следующими способами:
Оболочковый – при котором выплавляют модели, остается огнеупорное покрытие в виде оболочки, являющаяся литейной формой. Оболочку прокаливают, для выжигания остатков модельного состава и удаления газообразующих веществ.Далее оболочки заливают металлом, при необходимости заформовывают (засыпают снаружи песком) в специальных ящиках (жакетах) и подают на заливку.
Оболочково-опочный способ- при котором тоже выплавляют модели,потом полученную оболочку заформовывают, устанавливают в специальный ящик с дном и засыпают песком, прокаливают и подают на заливку. Этот способ отличается от первого тем, что прокаливание оболочки проводят в опоке вместе с песком, который который поддерживает оболочку и служит опорным материалом для нее,предупреждающим разрушение оболочки во время заливки металлом.
Опочный способ – при котором модели с нанесенным на них огнеупорным покрытием заформовывают в опоках, потом выплавляют модели и прокаливают форму.Полученную горячую форму заливают металлом. Этот процесс отличается от предыдущего тем, что модели выплавляются после формовки.
После кристаллизации и охлаждения залитого металла формы выбиваются и отливки отделяются от литников, если требуется по техпроцессу отливки подвергают термообработке, затем их очищают и проводят контроль.
Литье по выплавляемым моделям имеет особенности:
1. Используют одноразовые модели, которые удаляют из формы выжиганием или выплавлением.
2. Отсутствие линии разъема в форме, которые имеются в других техпроцессах
3. Огнеупорный слой наносится на модель, а не на форму и стержни
4. Формы прокаливаются и горячими заливаются металлом.
Но для такого техпроцесса требуется специальное оборудование.

Основные сведения и классификация прессформ.

Прессформы предназначены для быстрого изготовления моделей. Какие требования предъявляются к прессформам:
1.Размеры полости прессформы должны соответствовать размерам изготавливаемых отливок с учетом усадки модельного материала, расширения материала литейной формы и усадки заливаемого сплава.
2.Качество поверхности полости прессформы должно быть высоким, чтобы обеспечить получение высококачественной поверхности моделей, а следовательно и отливок.
3.Сборка и разборка прессформы должна быть простой, а крепление отдельных частей надежным.
4.Прочность прессформы должна быть достаточной для противодействия давлению многократно заливаемого или запрессовываемого модельного состава
5.Герметичность прессформы по линиям разъема должна быть достаточной для предупреждения вытекания жидкого и пастообразного модельного состава.
6.Твердость материала прессформ в местах приложения усилий должно быть достаточной для выдерживания их без деформации, без изменения форм и размеров.
7.Извлечение моделей должно быть легким и удобным.
В зависимости от назначения, конструкции и способа изготовления различают следующие типы прессформ:
По назначению:
1.Для массового производства, прессформы находятся непрерывно в эксплуатации длительное время для изготовления большого количества моделей.
2.Для серийного производства, прессформы находятся периодически в производстве для изготовления партий моделей
3.Для индивидуального производства, по прессформам изготавливают отдельные модели или небольшие их партии.

По количеству гнезд:
1.Одногнездные, применяются при изготовлении моделей различных размеров для индивидуального производства, а также более крупных и более сложных моделей для серийного и массового производства.
См рисунок

2.Многогнездные, применяются для серийного и массового производства мелких деталей.
По материалу и способу изготовления прессформ:
1.Стальные- изготавливаются мех.обработкой.
2.Из легкоплавких или легких сплавов, получаемые литьем
3.Комбинированные, разные части прессформы изготавливаются из разных материалов


4.Методом гальванизации и металлизации
5.Металлопластиковые
6.резиновые
7.Гипсовые, цементные и магнезитовые
8.Формопластовые,желатиновые и клеенные
9.деревянные
По способу заполнения прессформ модельным составом:
1.Свободная заливка
2.Запрессовка
Выбор конструкции прессформы, материала и способа изготовления обусловлен количеством изготавливаемых отливок, предъявляемыми к ним требованиями по шероховатости поверхности и точности размеров, а также сроками изготовления прессформ и отливок. Перед проектированием прессформы по чертежу детали разрабатывают чертеж будущей отливки с указанием припусков на мех.обработку Припуски на мех.обработку предусматривают тогда, когда качество литой поверхности и точность размеров отливки являются недостаточными для нормальной работы детали.
Припуски на мех.обработку предусматриваются для обработки точением, строганием, сверлением, фрезерованием 0,5 – 1,0 мм, для более крупных отливок до 2 мм, для обработки шлифованием 0,2-0,3 мм. Отверстия малых размеров ф3-5мм проще получить механической обработкой, поэтому в литье их выполнение не целесообразно. Также не целесообразно выполнять в литье резьбу с повышенными требованиями по точности и герметичности. В деталях, при наличии такой резьбы нужно предусмотреть припуск на механическую обработку.Чертеж отливки также предусматривает:
• На поверхностях, перпендикулярных к линии разъема прессформы, формовочные уклоны, для облегчения извлечения модели, не более 1º.
• Литейные радиусы или как еще их называют-галтели, во внутренних полостях отливки.
• Технологические приливы, для обеспечения качества отливки и для правильной базировки отливки при механической обработке.
Далее проектируется модельный комплект, где определяется:
— количество отливок в форме.
— место питания отливки и способ подвода металла.
— условия сборки отдельных частей комплекта и отделение готовых отливок от литниковой системы.
Количество отливок в форме определяется исходя из размеров отливки и имеющемуся оборудованию. Подвод металла к отливке обычно осуществляется в толстое место. Для получения плотной структуры отливки нужно при ее затвердевании (кристаллизации), обеспечить питание отливки жидким металлом. Сечение литникового канала или прибыли, выбираем больше, чем сечение отливки в месте подвода металла. Поэтому, металл в литниковой системе остается жидким до полного затвердевания отливки и поступая в нее компенсирует усадку сплава ( уменьшение объема металла при его охлаждении и затвердевании).
Размеры внутренней полости прессформы увеличивают по сравнению с размерами отливки на величину усадки модельного материала и металла, т.к. при затвердевании и охлаждении модели и отливки уменьшаются в размерах ( происходит их усадка).
В основном, жидкий металл заливается в горячую литейную форму. Материал формы при нагреве расширяется, поэтому размеры прессформы должны быть меньше на величину этого расширения.
Информация по увеличению размеров прессформы по сравнению с размерами отливки в зависимости от материала модели и формы,заливаемого в форму металла указаны в таблице.

Изменение материала и температуры формы, материала отливки, а также материала модели приводит к изменению размеров отливки и необходимости корректировки размеров прессформы. Необходимые размеры полости прессформы из-за колебаний в величине усадки и расширения невозможно точно определить заранее. Поэтому очень точные размеры получают доводкой прессформы на основании результатов измерений экспериментальных отливок.
При проектировании прессформы предусматривают правильные условия заполнения их модельным составом, удаление воздуха из полости прессформы и охлаждение модели.
Прессформы бывают разных конструкций. Простые, сложные ( с большим количеством отъемных вставок и несколькими линиями разъема. С вертикальными или горизонтальными линиями разъема.
Для предотвращения поломки моделей , искажения геометрии, части прессформ, выполняющие внутренние полости модели,выполняют вытяжными с направляющими поверхностями и удобными захватами для их удаления.
Соединение отдельных частей прессформы производят навинчиваемыми или ввинчиваемыми деталями, барашками, клиньями,эксцентриковыми зажимами, скобами, струбцинами, пневмозажимами, клиновидными подставками.
Применяемые модельные материалы не обладают высокой прочностью, а для извлечения моделей из прессформ требуется приложение определенных усилий. С целью предупреждения возможных деформаций моделей и искажения их размеров для извлечения моделей из прессформы применяют приспособления-толкатели, протяжные рамки. А также используют отдельные части прессформ.
А также используют отдельные части прессформ. Толкатели представляют собой подвижные части прессформы, опирающиеся на массивные и наиболее удаленные от места запрессовывания участки модели. При выдвижении толкателей, модель отделяется от прессформы. Для крупных и сложных моделей применяются несколько толкателей, работающих одновременно.
Протяжная рамка представляет собой часть прессформы, снимаемую вместе с моделью. Применяется при изготовлении моделей с тонкими стенками.
При небольшом трении и незначительном прилипании, модель может извлекаться вручную за литниковый прилив. Когда веса модели хватает для преодоления силы трения и прилипания, извлечение модели из прессформы осуществляется поворотом на 180º, опрокидыванием прессформы. Отверстия для запрессовки модельного состава конструируют исходя из применяемого оборудования. Поверхность отверстия должна прилегать плотно к наконечнику шприца или пресса.
Для удаления воздуха из полости прессформы в процессе заполнения модельным составом, предусматривают вентиляционные каналы. Каналы располагают по линии разъема прессформы, но иногда,их просверливают через стенки прессформы, делают на поверхности прилегания отъемных частей.
Каждую прессформу клеймят номером изделия, литерой дублера, датой изготовления, для какой единицы оборудования предназначена. Оформляют паспорт, где указывают информацию клеймения и данные по эксплуатации, ремонту.
Прессформы подвергают периодическому осмотру и профилактическому обслуживанию. При осмотре проверяют состояние формообразующих поверхностей, плотность прилегания по линии разъема, плавность хода отъемных частей, правильность спаривание всех половин и частей прессформы, состояние отверстия для запрессовки модельного состава.

Основные сведения о моделях.

Модели предназначаются для изготовления по ним литейных форм. В литье по выплавляемым моделям, модели используются один раз. Поэтому количество изготавливаемых моделей определяется количеством отливок, которое должно быть изготовлено.
К моделям и модельным материалам предъявляются следующие требования: низкие температура плавления и зольность, отсутствие взаимодействия модельного состава с формой, достаточная прочность, возможность сохранения размеров, хорошая заполняемость прессформы,небольшая и постоянная по величине усадка, не прилипаемость к рукам и прессформе, отсутствие вредного влияния на кожу, отсутствие вредных паров, возможность многократного применения используемого материала, не дефицитность и дешевизна.
Известные материалы не соответствуют требованиям, поэтому модельные составы изготавливают из нескольких исходных материалов.
В зависимости от способа удаления моделей из формы, модели подразделяются на выплавляемые- удаляемые из литейной формы в жидком состоянии ( после расплавления), выжигаемые – выделяемые в виде газов после сгорания, растворимые- удаляемые из формы в растворением в жидкости.
Наиболее распространенными являются выплавляемые модели, объясняется простотой изготовления, дешевизной. Помещение , где изготавливают модельные составы и изготавливают модели должно быть чистым, иметь постоянную температуру, хорошую вентиляцию.

Выплавляемые модельные составы.

Эти составы в зависимости от состояния их при введении в прессформу разделяют на жидкие ( полностью расплавленные) с малой вязкостью, жидкие с большой вязкостью, пастообразные.
Жидкие составы малой вязкости.
Имеют преимущества: простота приготовления, лучшее заполнение полости прессформы ( тонких сечений), более высокое качество поверхности моделей и возможность воспроизведения на них тонких рисунков, имеющихся на поверхности прессформы.
Недостатки: пониженная точность размеров и медленное затвердевание. Пониженная точность размеров является результатом значительной и неравномерной усадки ( уменьшение объема и размеров) при охлаждении в жидком состоянии, при затвердевании и охлаждении затвердевшей модели.
Неравномерность усадки ведет к искажению размеров и образованию местных утяжин.
См. рис.

Медленное затвердевание и остывание моделей снижает производительность труда и вызывает необходимость увеличения количества прессформ на рабочем месте. Жидкие составы малой вязкости применяют для мелких тонкостенных моделей при небольшом объеме производства, более толстостенных, но полых моделей, а также элементов литниковой системы. Такие составы вводят в прессформы свободной заливкой, без применения давления.
Жидкие составы высокой вязкости.
Запрессовывают в прессформу, так как они при свободной заливке не могут заполнять участки малых сечений. Преимущества: высокая прочность и твердость, что важно для тонких стенок и выступов моделей, отсутствие наружных утяжин и склонности к короблению, хорошее заполнение каналов малых сечений из-за применяемой запрессовке, повышенная точность размеров из-за частичной компенсации усадки модельного состава в жидком состоянии и при затвердевании во время запрессовки. Недостатки составов: более высокая стоимость, меньшая технологичность, высокая температура плавления, большая сложность приготовления, большее расширение при нагревании, что вызывает необходимость применения жидкого наполнителя и др. Такие составы применяют для моделей повышенной прочности и точности, чаще всего для турбинных лопаток.
Пастообразные модельные составы.
Получают полным расплавлением и последующим охлаждением ниже температуры начала затвердевания. Преимущества: повышение производительности труда, уменьшение расхода материалов, меньшее повреждение литейной формы из-за расширения при удалении моделей по сравнению с жидкими составами, повышение точности размеров по сравнению с жидкими составами малой вязкости. Производительность повышается из-за меньшей продолжительности охлаждения состава, имеющего более низкую температуру. Расход материалов уменьшается за счет воздуха, замешиваемого в модельный состав при его приготовлении ( 8-10%). Наличие воздуха в пастообразном составе также уменьшает расширение модели при ее выплавлении, производящее к повреждению формы- разрыву формы. Точность размеров повышается за счет более низкой температуры вводимого в прессформу состава, отсутствие усадки его в жидком состоянии и уменьшенной усадки при затвердевании.
Пастообразный модельный состав получил широкое распространение при массовом , серийном и индивидуальном производстве отливок, за исключением тонкостенных отливок и тех отливок к качеству поверхности которых предъявляются высокие требования. Из-за пониженной прочности пастообразные составы не применяют для крупногабаритных моделей и литниковой системы.
Ртуть.
В замороженном состоянии может служить материалом для выплавляемых моделей и применяется некоторыми зарубежными фирмами. Такие модели применяются очень редко из-за вредных паров ртути и необходимости применения более сложного и дорогого техпроцесса.
Выжигаемые модельные составы.
Такие составы поставляются в готовом виде. В цехах точного литья их не приготовляют. Эти составы запрессовывают в прессформы нагретыми до размягчения на специальных машинах. Преимущества: высокая твердость, прочность, отсутствие склонности к короблению, постоянство размеров, высокое качество поверхности. Модели из этих составов могут длительное время храниться и транспортироваться без опасения их повреждения даже в условиях жаркого климата. Недостатки: повышенный расход (состав полностью сгорает, не образуя возврата), пониженная смачиваемость раствором огнеупорного покрытия, более высокая стоимость.
Выжигаемые модели применяют при изготовлении отливок высокой точности в условиях крупносерийного и массового производства. Эти составы следует применять только тогда, когда более дешевые модельные составы (выплавляемые), не обеспечивают требуемого качества производимого литья.
Растворимые модельные составы.
Обладают хорошей жидкотекучестью в расплавленном состоянии, высокими прочностью и качеством поверхности, модели не деформируются. Недостатки: гигроскопичность (поглощение влаги из воздуха), хрупкость, плохая спаиваемость при сборке. Такие составы применяют для изготовления стержней (вставок), выполняющих полости в моделях из выплавляемых составов, что упрощает конструкцию прессформ при изготовлении сложных отливок. Из-за перечисленных недостатков их используют редко.

Исходные материалы для приготовления выплавляемых модельных составов.

Для моделных составов применяют парафин, стеарин, этилцеллюлозу, церезин, канифоль, полистирол, дибутилфталат, полиэтилен, буроугольны воск, торфянной воск, кубовые остатки и триэтаноламин.
Парафин – твердое белое вещество без запаха, получаемое из нефти. Применяются марки А и Б. Поставляется в виде кусков или плиток. Парафин в сплавах со стеарином перезином, канифолью и другими материалами придают составу пластические свойства, уменьшая склонность к образованию трещин. Не взаимодействует с огнеупорным покрытием на этилсиликате . Обладает большой объемной усадкой. При остывании в твердом состоянии долго сохраняет пластичность, из-за чего на поверхности модели образуются утяжины (наружные усадочные раковины).
Стеарин – твердое белое вещество без запаха, получаемое переработкой жиров. Применяется первый сорт. Поставляется в виде кусков, слитков, хлопьев, порошка. Стеарин применяют только в составах с парафином, этилцеллюлозой и другими материалами.Образует хорошую поверхность моделей. Уменьшает утяжины. Менее пластичен, чем парафин, склонен к образованию трещин даже пир свободной усадке.Вступает во взаимодействие с составами огнеупорного покрытия на основе этилсиликата, создавая на поверхности формы белый налет (хлопья), образующий в отливках засоры. Поэтому, а также из-за более высокой стоимости и дефектности применяют ограниченно.
Этилцеллюлоза – твердый мелкозернистый порошок без запаха, получается при переработке древесины. Применяется марки Н и НИ как добавка к другим материалам для повышения прочности, но она растворяется только в расплавленном стеарине. В парафине не растворяется. Этилцеллюлоза повышает вязкость расплавленного модельного состава и количество его, оставшееся на поверхности полости литейной формы после выплавления модели. Высокое содержание золы в этилцеллюлозе, увеличивает засоры в отливках.
Церезин – твердое вещество желто-коричневого цвета без запаха, получаемое очисткой из горного воска (озокерита). По внешнему виду и свойствам близок к пчелинному воску. Применяют марки 67-80. Поставляется в виде кусков. Может применяться синтетический церезин марки 90-100. Применяется в составах со стеарином, канифолью и другими материалами. Не взаимодействует с этилсиликатом. Из-за большой усадки и отсутствия пластичности склонен к образованию трещин.
Канифоль – твердое хрупкое вещество светлокоричневого цвета без запаха, получается переработкой древесной смолы. Применяют марки А,Б,К. Поставляется в виде кусков, порошка, повышает прочность состава, но придает ему липкость.
Полистирол – твердое вещество, в виде крупнозернистого порошка серого цвета, является одним из видов пластмасс. Применяют так называемый блочный полистирол. Полистирол добавляют в модельные составы для повышения их прочности. Не жидкотекуч ( при температуре 280-300º С становится тягучим, как резина). В канифоле растворяется неограниченно, а в парафине, церезине, стеарине до 25 % (по весу).
Дебутилфталат (технический) – прозрачная маслянистая жидкость применяемая для повышения пластичности (уменьшения хрупкости) модельных составов.
Полиэтилен – твердое полупрозрачное вещество, является одним из видов пластмасс.
Буроугольный воск – твердое вещество темно-бурого цвета, получаемое при переработке бурого угля.
Торфяной воск сырой — твердое вещество темно-коричневого цвета, получаемое при переработке торфа.
Кубовые остатки – термического крекинга парафина, получают при изготовлении парафина.
Триэтаноламин – прозрачная гигроскопичная жидкость коричневого цвета, поглощающая газы.
В настоящее время применяются и другие новые современные материалы для приготовления модельных выплавляемых составов.

Модельные составы.

Модельные составы.
Наиболее характерные составы приведены в таблицах.




Составы СЭ и КПсЦ применяют в жидком состоянии, они имеют высокую вязкость. Составы ПСЭ и ППэ имеют повышенную, а остальные низкую вязкость, их применяют в жидком и пастообразном состоянии.
Модельный состав ПС50-50 наиболее применяем. При применении в жидком состоянии расплавленный состав, нагретый до температуры 60-80º С, свободно заливается в пресс-форму, обладает хорошей подвижностью, обеспечивает получение очень тонких стенок моделей и высокое качество их поверхности. Однако при затвердевании и охлаждении моделей размеры их значительно уменьшаются ( происходит усадка).
В процессе приготовления пастообразного модельного состава ( охлаждением его до 41-43º С от расплавленного состояния до неполного затвердевания при непрерывном перемешивании) происходит замешивание в него воздуха в количестве 8-10% от объема. Наличие воздуха снижает плотность состава с 0,95 до 0,80-0,85 г/см2, облегчает выплавление моделей и уменьшает усадку.
Модельный состав ПС 30-70 отличается от ПС 50-50 большей однородностью и меньшей склонностью к короблению и образованию наружных утяжин , т.к. содержит больше стеарина. Недостатками его являются увеличенная хрупкость , а также повышенное взаимодействие с огнеупорным покрытием. Поэтому качество поверхности литейных форм ( следовательно и отливки) при использовании моделей для этого состава ниже, чем состава ПС 50-50. Стоимость его выше, т.к. содержит больше стеарина. Этот модельный состав применяют в жидком и реже в пастообразном состоянии для крупных моделей, склонных к короблению.
Модельный состав СЭ 83-17 (и аналогичный ему СЭ 87-13) отличается от рассмотренных выше более высокой прочностью и меньшей склонностью к короблению. Недостатками его являются повышенное взаимодействие с огнеупорным покрытием, большая усадка и более высокая стоимость. Модели изготовляют запрессовкой состава в жидком состоянии притемпературе около 110ºС. Этот состав применяют для тонкостенных моделей с повышенной склонностью к короблению, а также в тех случаях, когда модели из парафино-стеариновых составов недостаточно прочны для изготовляемых размеров отливок и не обеспечивают требуемого качества поверхности.
Модельный состав Ппэ 90-10 еще более прочен и менее склонен к короблению , чем составы с этилцеллюлозой. Он обеспечивает хорошую поверхность моделей, но обладает увеличенной усадкой. Модели изготовляют преимущественно запрессовкой состава в жидком состоянии при температуре 110-120º С, а в пастообразном при 60-65º С. Состав применяют для тонкостенных моделей с повышенной склонностью к короблению. Использование его целесообразно в районах с жарким климатом.
Модельный состав КПсЦ 50-30-20 (часто называемый КПЦ) является промежуточным между выплавляемыми и выжигаемыми составами. Он отличается от всех рассмотренных составов более высокой прочностью и меньшей склонностью к короблению.Этот состав имеет более высокую температуру плавления, в связи с чем более сложен в приготовлении и более опасен в пожарном отношении. Применяют его для тонкостенных моделей с высокой склонностью к короблению, что особенно важно для районов с жарким климатом. А также в тех случаях, когда модели из других модельных составов непригодны из-за пониженной прочности или склонности к короблению. Модели изготовляют запрессовкой жидкого состава при температуре 100-180º С. Этот состав получил распространение главным образом для турбинных лопаток.
Возврат модельного состава , получаемый после выплавления моделей, составляет от 50 до 95% первоначального количества в зависимости от способа выплавления. Использование возврата экономит исходные модельные материалы и снижает себестоимость отливок.
При выплавлении моделей состав меняет свои свойства, что в некоторых случаях ограничивает его применение. В связи с этим, применяют в смеси со свежими исходными материалами. Возврат, используемый для изготовления моделей, должен быть получен от такого же модельного состава, к какому он будет добавляться. При несоответствии возврата приготовляемому модельному составу свойства его могут не соответствовать ожидаемым. Например может измениться величина усадки, что приведет к изменению размеров отливки.
Смешанный возврат от различных модельных составов можно применять для изготовления моделей элементов литниковой системы ( стояков, литников, литниковых чаш, прибылей), однако и такое его использование не рекомендуется , т.к. весь возврат при совместном выплавлении из форм моделей литниковой системы и моделей отливок будет получаться перемешанным с неопределенными свойствами.

Приготовление модельных составов.

Приготовление модельных составов.
Модельные составы приготовляют в специальных термостатах, которые представляют собой металлический сосуд с водяной или глицериновой рубашкой нагреваемый от электроспиралей. Применение водяной или глицериновой рубашки необходимо для постепенного нагревания модельных материалов, предупреждения возможного перегрева и увеличения угара материалов, а также их воспламенения. Глицерин имеет более высокую температуру кипения (290º С), чем вода (100º С), поэтому он может быть применен для приготовления любых модельных составов, в то время как вода может применяться только для парафиново — стеариновых составов, нагреваемых в процессе приготовления не выше 100º С, т.е. ниже температуры кипения воды. Термостаты имеют терморегуляторы.
На рисунке приведена одна из конструкций термостатов.

Он состоит из бака 3 с двойными стенками, заключенного в кожух 7 , внутренняя поверхность которого облицована асбоцементом для уменьшения потерь тепла во внешнюю среду. Кожух 7 опирается на подставки 1 . Между кожухом и баком помещены электронагревательные элементы 4 , нагрев которых контролируется терморегулятором, автоматически выключающим ток при достижении заданной температуры. Пространство между двойными стенками бака через патрубок 6 заполняется глицерином. Выпуск глицерина при необходимости его замены производится через кран 2 . Бак имеет герметически закрывающуюся крышку 5, через которую подводится в него сжатый воздух по трубе через редукционный клапан 12 и штуцер 11 . Сжатый воздух применяют для ускорения прохождения расплавленного модельного состава повышенной вязкости через фильтр 10, вмонтированный в конусную часть днища. Состав, прошедший через фильтр, выпускают через кран 8 . Состав, находящийся ниже фильтра, содержит отстоявшиеся загрязняющие примеси, поэтому его не используют для изготовления моделей и периодически выпускают через центральный клапан 9 .

Характеристика термостата.
Емкость бака в л . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Продолжительность расплавления модельного состава в мин . . . . . . . . . . . . 30
Производительность л/ч . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Наибольшая температура нагрева в º С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Приготовление парафино – стеариновых модельных составов в термостатах производят в следующем порядке. Взвешивают необходимое количество исходных материалов 9 в том числе и возврата , если он применяется), предварительно очищенных от внешних загрязнений. Загружают эти материалы в бак и закрывают его крышкой. После расплавления всех материалов температуру полученного состава доводят до 100- 110 º С, выдерживают в течении 5 мин, затем состав выливают через выпускной кран 8 . При необходимости ускорения фильтрации закрепляют крышку и и после открытия выпускного крана в бак подают сжатый воздух под давлением 2 – 3 атм. После выпуска модельного состава сжатый воздух выключают, открывают бак и при необходимости очищают фильтр.
Приготовление модельных составов с этилцеллюлозой СЭ 83-17 и ПСЭ 70-25-5 отличается некоторыми особенностями.
Для состава СЭ 83-17 сначала расплавляют необходимое количество стеарина и доводят его температуру до 120º С. Затем засыпают этилцеллюлозу небольшими порциями (в 3-4 приема) при непрерывном перемешивании до полного ее растворения, после чего делают выдержку 1- 2 ч при указанной выше температуре. Полное растворенние этилцеллюлозы определяют выливанием небольшого количества состава на металлическую плитку, при этом не должно быть крупинок нерастворившейся этилцеллюлозы.
Состав ПСЭ 70-25-5 из-за нерастворимости этилцеллюлозы в парафине приготовляют в два приема. Сначала растворяют этилцеллюлозу в стеарине, как это делается для состава СЭ 83-17, а затем вводят необходимое количество парафина.
При приготовлении состава ППэ 90-10 сначала растворяют парафин и доводят его температуру до 100- 110º С, а затем растворяют в нем необходимое количество полиэтилена. После окончания расплавления полиэтилена необходима выдержка в течение 15- 20 мин.
Состав КПсЦ 50-30-20 имеет наиболее высокую температуру плавления и требует при приготовлении особой осторожности ( во избежание воспламенения). При приготовлении этого состава сначала расплавляют церезин, затем вводят в него канифоль и после ее расплавления нагревают до 150-180ºС, после чего постепенно при непрерывном перемешивании добавляют необходимое количество полистирола. После введения полистирола повышают температуру до 230 — 250ºС, без перемешивания и до 270ºС при периодическом перемешивании (через 3- 5 мин) до полного расплавления полистирола и получения однородной массы. Затем модельный состав охлаждают до 250ºС и выдерживают при этой температуре 30- 50 мин для получения большей однородности. Качество приготовленного состава определяют следующим образом. Стеклянной или металлической палочкой каплю состава переносят на чистую фильтровальную бумагу. При хорошо приготовленном однородном модельном составе пятно от капли также однородное. Наличие же маслянистых ( жирных) участков в полученном пятне указывает на неполное растворение полистирола. В этом случае необходима дополнительная выдержка приготовляемого состава при 250ºС. Готовый состав охлаждают до 180 — 200º С, выдерживают 20 – 30 мин для удаления воздушных и газовых пузырей и выпускают из термостата.
Готовый жидкий модельный состав передают в крупных цехах по специальному обогреваемому трубопроводу к месту изготовления моделей или приготовления из него пасты. В более мелких цехах его транспортируют в раздаточных сосудах. Имеются установки, в которых совмещены: приготовление расплавленного модельного состава и получение из него пасты; приготовление состава, получение из него пасты и запрессовка ее в прессформы; приготовление пасты и ее запрессовка. Если же состав предназначен для хранения и последующего применения, то его после остывания выливают в специальные плоские формы из алюминия , низкоуглеродистой стали или лучше всего из нержавеющей стали, в которых он охлаждается и затвердевает. После затвердевания плитки модельного состава маркируют, вынимают из форм и складируют для хранения.

Изготовление выплавляемых моделей в металлических прессформах.

По конструкции модели могут быть сплошными и полыми . Полые модели имеют следующие преимущества: равномерная усадка из-за отсутствия наружных утяжин в массивных сечениях; отсутствие разрывов огнеупорного покрытия при выплавлении моделей в термостатах, т.к. расширение модельного состава происходит внутрь полости модели; ускорение затвердевания моделей в массивных сечениях и, следовательно, повышение производительности; экономия модельных материалов.
Таким образом, применение полых моделей обеспечивает получение наиболее правильных размеров моделей и отливок, уменьшение засоров в отливках и снижает стоимость моделей и отливок. Полости в моделях могут быть изготовлены применением специальных металлических вставок в пресс форме ( см. рис) и способом выливания.

При применении металлических вставок процесс изготовления моделей не отличается от изготовления сплошных моделей. Способ получения полых моделей выливанием будет описан далее. Перед изготовлением моделей рабочие полости прессформы должны быть очищены от загрязнений и остатков модельного состава с помощью деревянных скребков и марли, смоченной в скипидаре, с последующей продувкой сжатым воздухом.
Поверхность прессформы смазывают обычно трансформаторным маслом или смесью 50% касторового масла и 50 % спирта, наносимой марлей тонким слоем.
Отдельные части прессформы устанавливают в определенном порядке и скрепляют.
Заполнение прессформ модельным составом (пастообразным или жидким) может производиться в зависимости от применяемого оборудования на прессах, верстаках, поворотных столах и конвейерах. Прессформа на поворотном столе при его вращении сначала проходит участок сборки, затем заполняется модельным составом, после чего охлаждается водой, воздухом или другими способами и поступает на разборку. В условиях массового и крупносерийного производства отливок иногда применяют прессформы с вмонтированным в них водяным охлаждением для ускорения охлаждения моделей.

Приготовление и запрессовка пастообразного состава.

Запрессовка пастообразного модельного состава является наиболее распространенным способом изготовления моделей. Температура пастообразного модельного состава поддерживается в установленных пределах с незначительными колебаниями (1 — 2º С). Качество пастообразного состава характеризуется степенью его затвердевания, отсутствием комочков и количеством замешанного воздуха.
Установки для приготовления пастообразного модельного состава имеют лопастное перемешивание, поршневое или шестеренным насосом.

На рис приведена схема пресса, имеющего лопастной смеситель для запрессовки пастообразного модельного состава, запрессовка выполняется в следующем порядке. Расплавленный в термостате 1 модельный состав переливают в резервуар 2 с полыми стенками, в которых циркулирует проточная вода. В этом резервуаре производится перемешивание состава лопастной мешалкой до перехода его в пастообразное состояние. Приготовленный пастообразный модельный состав через гибкий шланг 4 с краном-наконечником 5 запрессовывается в прессформу  давлением сжатого воздуха, подаваемого по трубопроводу 3. В шланг 4 вмонтирован электроподогрев с автоматической регулировкой температуры. Для предупреждения застывания модельного состава в кране-наконечнике последний в период между запрессовками помещают в обогреваемую подставку. Преимущество таких установок – объединение в одной установке приготовления состава и пасты и запрессовки ее в прессформы; недостаток – невозможность запрессовки во время приготовления пасты и трудность регулирования количества замешиваемого в пасту воздуха.
Полуавтоматическая установка для изготовления моделей с поршневым перемешиванием состава при приготовлении пасты показана на следующем рисунке

Расплавленный в термостате модельный состав подают в один из двух смешивающих цилиндров 1. Часть объема цилиндра (8-10%) остается незаполненной составом. Перемешивание осуществляется возвратно-поступательным движением поршня 2 с отверстиями 3 для прохода состава. Движение поршня осуществляется сжатым воздухом с помощью пневматического цилиндра 9 и штока 10 . При движении поршня состав интенсивно перемешивается с воздухом и охлаждается до пастообразного состояния. Когда паста готова, поршень останавливают в крайнем верхнем положении, поворотом диска в теле поршня перекрывают отверстия в нем. После этого паста движением поршня вниз передается через трубку 6 (или через трубку 5 для другого цилиндра)в запрессовочное устройство – шприц 4. Смешивающие цилиндры, трубки для передачи пасты и шприц установлены в общем кожухе заполненном водой 11. Температура воды поддерживается автоматически на уровне, соответствующем пастообразному состоянию модельного состава.при необходимости включается электроподогрев 8 .Циркуляцию воды осуществляет насос 7 . В то время, когда расходуется пастообразный состав, приготовленный в одном цилиндре, в другом цилиндре таким же образом приготовляют другую порцию пастообразного состава. Преимущества таких установок – возможность непрерывной работы и регулирования количества замешиваемого в пасту воздуха.
Установка с шестеренным насосом для приготовления пасты и ее запрессовки приведена на очередном рисунке.

Пастообразный модельный состав загружают в бачок 1 с водяной рубашкой 2 . Паста засасывается по трубке 12 и подается по трубке 5 в шприц 6 шестеренным насосом11, приводимым в движение электродвигателем 10 через ременную передачу 4, которые установлены на станине 9. Прессформу 7 устанавливают на стол 5, высота которого регулируется. При запрессовке стол поднимают и прессформа прижимается к шприцу. Подающие трубки, шприц и водяная рубашка бачка имеют электроподогрев с автоматической регулировкой. После заполнения прессформы подаваемой насосом модельный состав возвращается по трубке 3 в бачок 1, что дает возможность, не выключая насоса, менять прессформы. Конструкция установки позволяет подавать в бачок 1 жидкий модельный состав ( иногда с добавлением измельченного твердого состава) и переводить его в пасту перегонкой по трубам 15,5 и 3, но в это время модели не изготовляются. Преимущество таких установок: возможность применения любых пастообразных и жидких с повышенной вязкостью модельных составов, а также более простая конструкция. Недостаток: трудоемкость регулирования количества замешиваемого в пасту воздуха.
Показанные на рисунках установки, применяют в цехах средней производительности, при этом прессформы собирают вручную, подают на запрессовку, убирают после запрессовки, разбирают и вынимают модели.
В крупных цехах централизованы и автоматизированы процессы изготовления модельных составов, перевод их в пасту, подача пасты по трубопроводам к месту изготовления моделей, а также автоматизирована сборка прессформ, запрессовывание пасты, разборка прессформ и выемка моделей.
При небольшом объеме производства пастообразный модельный состав приготовляют вручную, и запрессовывают ручным шприцом или механизированным способом, см. рисунок.

Запрессовка жидкого состава.

Запрессовку жидкого модельного состава применяют более редко, главным образом в тех случаях, когда модели из пастообразных составов не могут обеспечить требований, предъявляемых к отливкам. Применяемые в этих случаях составы СЭ 83-17 и КПсЦ 50-30-20 запрессовывают с помощью специальных прессов, а также индивидуальных цилиндров, как показано на рисунке выше. Применяемые давления запрессовки для модельного состава КПсЦ 50-30-20 не менее 10кг/см2, а состав СЭ 83-17 не менее 3-5 кг/см2. Давление необходимо выдерживать до полного затвердевания модели, а иногда и до некоторого остывания, для компенсации усадки.

Свободная заливка жидкого состава.

Свободную заливку жидкого модельного состава применяют для составов пониженной вязкости ( ПС 50-50). Она характеризуется небольшой производительностью , из-за медленного затвердевания моделей , и имеет ограниченное применение.
При изготовлении моделей свободной заливкой модельный состав после приготовления в термостате заливают в раздаточный (промежуточный сосуд) , из которого уже заполняют прессформу. Заливка должна выполняться ровной, возможно более короткой струей, так как при падении жидкого модельного состава с большой высоты происходит захватывание (инжектирование) им воздуха , см. рисунок.

попадающего в прессформу и затем в модель. Заливка должна производиться без прерывания струи, так как при ее прерывании на модели образуются складки из- за быстрого охлаждения состава у стенок прессформы.
Заполнение прессформы модельным составом производят при помощи специальных каналов-литников, не допуская разбрызгивания состава. Пример такого канала- литника для высоких прессформ приведен на рис., вариант б. При этом способе заливки уменьшается инжектирование воздуха. В процессе заливки рекомендуется перемещать струю, не допуская местных разогревов перссформы и затвердевания состава на наиболее удаленных участках открытой поверхности прессформы. После заполнения прессформы по мере понижения уровня модельного состава из-за усадки производят его доливку. Температура модельного состава при заливке и условия охлаждения прессформы определяют в каждом отдельном случае индивидуально и указывают в технологической документации.
Полые модели, получаемые выливанием, изготовляют следующим образом. После заполнения прессформы жидким модельным составом его выдерживают определенное время, необходимое для образования стенки требуемой толщины, а затем незатвердевший модельный состав выливают. Оставшийся в прессформе состав выдерживают для дальнейшего затвердевания и охлаждения, чего прессформу разбирают и полученную новую полую модель вынимают.
Для облегчения опрокидывания тяжелых прессформ при выливании незатвердевшего модельного состава применяют специальные приспособления. При изготовлении крупных полых моделей верхние их стенки ( в положении при заливке ) могут провисать внутрь полости. Для устранения такого провисания применяют заполнение полости сжатым воздухом или жидкостью, прижимающими стенки модели к прессформе. Давление воздуха или жидкости может прикладываться или непосредственно после выливания, или перед выливанием модельного состава.

Особенности изготовления моделей в неметаллических прессформах.

Изготовление моделей в неметаллических прессформах требует соблюдения некоторых мер предосторожности для предупреждения их разрушения и деформации.
Металлопластмассовые, магнезитовые, гипсовые, резиновые и другие прессформы допускают изготовление выплавляемых моделей свободной заливкой и запрессовкой пастообразного модельного состава из парафина и стеарина, а также из тех же материалов с добавлением этилцеллюлозы, однако температура жидкого и давление пастообразного составов должны быть невысокими. Металлопластмассовые, магнезитовые, резиновые и пропитанные олифой гипсовые прессформы смазывают трансформаторным маслом или смесью касторового масла со спиртом. Гипсовые прессформы, пропитанные водой, не смазывают, но периодически ( через 1-3 модели) вновь замачивают в воде. Модели из составов с полистиролом и полиэтиленом в металлопластиковых, магнезитовых, гипсовых и резиновых прессформах не изготовляют.
Формопластовые, желатиновые и клеевые прессформы являются еще слабыми и легко деформируемыми при нагрузке. Изготовление моделей в них производят нанесением кистью на поверхности полости разобранной прессформы расплавленного модельного состава, нагретого до температуры 70-80 º С, для образования слоя толщиной 2-3 мм, который после затвердевания является защитным, с последующей свободной заливкой в собранную прессформу этого же жидкого модельного состава, имеющего температуру 50-65º С. Через несколько минут модельный состав, не успевший затвердеть, выливают, но часть его остается и утолщает нанесенный ранее слой. При необходимости дальнейшего утолщения стенки модели, операцию заливки и выливания состава повторяют несколько раз. Свободная заливка жидкого модельного состава непосредственно в прессформу без предварительного нанесения защитного слоя не рекомендуется, так как приводит к быстрому разрушению поверхностного слоя прессформы. Реже, при небольших прессформах, применяют запрессовку ручным шприцем с небольшим давлением пастообразного парафино-стеаринового состава.

Специальные способы изготовления моделей.

Специальные способы изготовления моделей применяют для повышения точности их размеров или упрощения изготовления. К ним относится применение холодильников и стержней, а также выпадающих и составных моделей.
Холодильники применяют для предупреждения образования утяжин на моделях с большой разностенностью в тех случаях, когда не удается обеспечить точность изготовления моделей подбором модельного состава и условий его применения (например, запрессовкой в пастообразном состоянии, повышением давления запрессовки и так далее). Холодильник это изготовленная из модельного состава модель-вставка, которую вставляют в прессформу для уменьшения толщины стенки модели, выполняемой последующей запрессовкой или заливкой. Пример холодильника приведен на рис а.

Стержни используют для уменьшения толщины стенок модели или отливки, что уменьшает и выравнивает их усадку, а также для сокращения расхода модельного материала и металла. Пример применения стержня см. на рисунке.

Обычно такие стержни изготовляют из песчаных смесей со связующим- жидким стеклом или делают полыми в виде огнеупорной оболочки. Схема изготовления стержня из 2-3 слоев огнеупорного покрытия представлена на следующем рисунке.

Если по условиям работы детали допустимо, то такие стержни оставляют внутри отливки, не удаляют. Устанавливают стержни в прессформу на специальные знаки- выступы из материала стержня или металла. В первом случае в отливке в местах знаков остаются отверстия, через которые можно удалить стержень. Во втором случае, применяемом для стержней, оставляемых в отливках, концы металлических знаков отрезают и расклепывают.
Выпадающие модели или их части применяют для ускорения затвердевания модели, уменьшения расхода модельного состава и облегчения его выплавления из формы. Наибольшее распространение получили выпадающие модели прибылей, стояков и литниковых воронок, см. рисунок.

Их изготовляют из металла, дерева или других материалов и покрывают тонким слоем модельного состава. Такие модели при выплавлении модельного состава из форм выпадают, образуя в модели полость, они могут применяться много раз.
Составные модели применяют при сложной конструкции отливок, особенно при наличии полостей, суживающихся у выходных отверстий. Их изготовляют из нескольких более простых частей и затем соединяют в одну общую модель сборкой.
Примеры сборных моделей рис 1, рис 2.
Рис 1.

Рис 2.

При трудности выполнения сложной модели в одной прессформе возможно изготовление ее частей в нескольких прессформах с последующим склеиванием.

Изготовление моделей литников и прибылей.

Модели элементов литниковой системы и модели прибылей часто изготовляют в отдельных прессформах. Для моделей литниковой системы применяют жидкий модельный состав, Обеспечивающий по сравнению с пастообразным повышенную прочность моделей, что необходимо для получения прочного модельного комплекта. Модели прибылей, не несущие нагрузки можно выполнить из пастообразного модельного состава.
Модели литниковой системы и прибылей с целью экономии обычно изготовляют из возврата, а не из свежих материалов. Эти модели могут быть сплошными и полыми. Полости в моделях литниковых воронок, стояков и литниковых ходов получают с помощью металлических вставок в прессформах.Способ выливания для таких моделей обычно не применяют, так как он не обеспечивает получения равномерных отливок и достаточной прочности. Полые модели прибылей, не несущие наг7рузки, могут быть изготовлены и выливанием.
Для облегчения работы и удобства нанесения огнеупорного покрытия на модельный комплект в литниковую воронку заливают металлический вкладыш – ручку, за которую

в дальнейшем держат комплект. Эту ручку вывертывают (удаляют) из модели воронки перед выплавлением моделей, при этом образуется полость, облегчающая выплавление моделей и понижающая расход модельных материалов.
Если литниковую воронку изготовляют вместе со стояком, то внутри модели стояка устанавливают металлический стержень (лучше полый для уменьшения веса), заканчивающийся также ручкой.

Такие стержни, называют металлическим стояком, повышают прочность модельного комплекта и снижают расход модельного состава. Металлический стояк облицовывают слоем модельного состава толщиной 3-6 мм в зависимости от размеров моделей и собираемого комплекта. Модельный состав на него можно наносить в прессформе, в которую устанавливают металлический стояк перед заливкой или запрессовкой модельного состава, или окунанием в расплавленный модельный состав. В последнем случае стояк, держа за ручку, окунают в жидкий модельный состав с невысокой температурой и вынимают для охлаждения и затвердевания оставшегося на нем слоя модельного состава. Окунание производят несколько раз до наращивания слоя необходимой толщины. Для получения правильной цилиндрической формы нарощенного слоя стояк пропускают через нагретое калиброванное кольцо. Готовые стояки передают на сборку. При выплавлении моделей металлический стояк выпадает, образуя полость, облегчающую процесс выплавления моделей.

Охлаждение и хранение прессформ и моделей.

Прессформы с моделями охлаждают при небольшом объеме производства, выдерживая в помещении, а при большом объеме производства или в неметаллических прессформах-обдувкой воздухом, или применением специальных холодильных установок. В отдельных случаях применяют охлаждение прессформ на льду. В процессе охлаждения прессформы могут находиться на верстаках, поворотных столах или на конвейерах, там же выполняют их разборку и сборку. Разборку прессформ производят после достаточного охлаждения, условия которого устанавливают длля каждой модели в зависимости от ее конфигурации и размера а также материала прессформы. Порядок разборки прессформы обратный ее сборке. Отдельные отъемные части, выполняющие внутренние полости модели, обычно трудно извлекаются из-за усадки модельного состава. В связи с этим их необходимо извлечь или сдвинуть с места до разборки прессформы.
После раскрытия прессформы из нее удаляют модель толкателями, при их отсутствии извлекают ее руками или инструментом за литниковый прилив. В отдельных случаях при наличии в прессформе металлических вставок, выполняющих отверстия в модели можно извлекать с помощью этих вставок.
Модели, извлеченные из прессформы, выдерживают несколько часов при температуре 15-20 º С до их полного остывания и получения постоянных размеров. Выдержку необходимо производить при постоянной температуре, так как изменение температуры приводит к изменению размеров модели.

Например, при повышении температуры от 20 до 25º С размеры модели увеличиваются на 0,2 %. В связи с этим для повышения точности размеров отливок применяют следующие меры: модельные отделения располагают на северной (теневой) стороне здания; применяют кондиционирование воздуха в модельном отделении; хранят модели или в воде или в передаточных и охлаждаемых шкафах. Эти меры особенно важны в местах с жарким климатом. Модели, склонные к короблению, хранят в воде, в подвешенном состоянии или на специальных подкладках.
Длительное хранение моделей может привести к их запылению и к короблению, поэтому время хранения должно быть небольшим , а изготовлять модели следует в необходимом количестве без избытка. В случае длительного хранения модели перед сборкой должны быть очищены от пыли.
Прессформы хранят в сухом отапливаемом помещении. Перед хранением прессформы тщательно очищают и собирают, а металлические смазывают.

Отделка моделей и контроль их качества.

Модели после вынимания из прессформы или перед сборкой в модельные комплекты отделке и осмотру. При отделке удаляют острым ножом различные заусенцы, образовавшиеся при попадании модельного состава в зазоры по плоскости соединения(сопряжения) прессформы и ее частей. Одновременно осматривают всю поверхность модели и запаивают обнаруженные внешние пороки или заделывают их церезином мягких сортов ( например , марки 57) без повреждения прилегающей поверхности. Систематическая проверка размеров моделей шаблонами допустима только для моделей, изготовленных из прочных модельных составов, например содержащих полистирол или полиэтилен.
Виды брака моделей и способы их исправления указаны в таблице.


Сборка моделей в комплекты.

Модельным комплектом или блоком называют одну или несколько моделей отливок, соединенных с моделью литниковой системы, если необходимо, то и с моделями прибылей.
Мелкие модели монтируются группами по нескольку штук в модельные комплекты для увеличения производительности на всех последующих операциях изготовления отливок. Это также уменьшает расход модельных материалов и металла. Более крупные модели отливок, изготовляемые каждая отдельно, собирают в комплект с моделями прибылей и литниковой системы.
В зависимости от размеров и конструкции отливок применяют модельные комплекты, различаемые по следующим признакам: по количеству моделей отливок ( с одной или несколькими моделями); по способу подвода металла(снизу, сверху или сбоку); по положению главного литникового канала (вертикальное или горизонтальное).
При изготовлении значительного количества мелких деталей целесообразно изготовлять модели звеньями с частью литниковой системы и собирать эти звенья на специальных металлических стояках.
Конструкция модельных комплектов должна обеспечить получение качественных отливок при наименьшем расходе материалов ( модельного состава, формовочных материалов, металла) и рабочего времени.
К модельным комплектам предъявляются следующие требования:
1. Удобство сборки и возможность применения приспособлений для ее облегчения. При размещении моделей на литниковой системе учитывают доступность мест приплавления моделей к литнику и возможность использования приспособлений, облегчающих сборку, например для удержания стояка в вертикальном или горизонтальном положении и для его поворота.
2. Удобство нанесения огнеупорного покрытия на всю поверхность модельного комплекта и правильность его сушки. Для этого в модельных комплектах с несколькими моделями предусматривают возможность жидкого огнеупорного покрытия и песка присыпки покрытия в зазоры между отдельными частями модельного комплекта или через сквозные отверстия моделей. С этой целью расстояние между отдельными моделями в зависимости от их размеров должны быть в пределах 10 — 30 мм. Необходимо, чтобы огнеупорное покрытие первых 2 – 3 слоев на противолежащих поверхностях моделей не сливалось вместе и оставался бы зазор , обеспечивающий просыхание огнеупорного покрытия.
3. Достаточная прочность, обеспечивающая удержание моделей в комплекте при нанесении огнеупорного покрытия, сушке, транспортировке и формовке. Она достигается при применении модельного состава необходимой прочности, соответствующих величинах сечения элементов литниковой системы и и качестве присоединения к ней моделей отливки.
4. Возможность хорошего прилегания формовочного материала (наполнителя) ко всей поверхности огнеупорного покрытия. Это необходимо для того, чтобы давлению жидкого металла противодействовали не только огнеупорное покрытие, но и остальной материал формы (наполнитель).
5. Возможность полного удаления модельного состава. Это имеет особое значение при применении выплавляемых моделей и зависит от способа выплавления. Наиболее полное удаление модельного состава достигается таким присоединением моделей отливок к литниковой системе , при котором на пути движения модельного состава при выплавлении не будут находиться какие-нибудь препятствия в полости формы. Примеры правильной и неправильной конструкций модельного комплекта показаны на рисунке.

Для облегчения удаления модельного состава моделям и литниковым каналам часто придают наклонное положение. При выплавлении моделей горячей водой наклон моделей и литниковых ходов применяют реже. Для выжигаемых и растворимых моделей положение моделей и литниковых ходов не имеет значения.
При выплавлении моделей, модельный состав должен иметь возможность вытекать из всех участков полости формы. Это необходимо для увеличения количества возврата модельного материала и для обеспечения надлежащего качества отливок, так как оставшийся в полости и порах формы модельный состав, хотя и сгорит при прокаливании, но после него останется зола. Кроме того, в случае неполного сгорания при прокаливании остатки модельного состава будут догорать при заполнении формы металлом и образовывать в отливках газовые раковины.
6. Спокойное заполнение полости формы металлом, что обеспечивается: небольшой высотой падения металла в полость формы: конструкцией литниковой системы, при которой жидкий металл заполняет все сечения литниковой системы перед попаданием в полость, образующую отливку; беспрепятственным удалением воздуха из полости формы по мере заполнения ее металлом.
7. Правильное затвердевание отливки – одновременное для тонких сечений и направленное от более тонких к более толстым – в массивных сечениях. Это необходимо для предупреждения образования местных усадочных раковин. Чрезмерно близкое расположение моделей в комплекте может вызвать замедленное охлаждение отливок в отдельных частях и образование в них открытых или скрытых (внутренних) усадочных раковин.
8. Достаточное питание отливки при затвердевании. Это необходимо для компенсации усадки металла отливки и достигается правильными размерами литниковой системы, при которых жидкий металл непрерывно поступает из литниковой системы в отливку во время ее затвердевания. Для этого сечение питающего литника должно быть больше сечения питаемой части отливки и он должен быть возможно более коротким. Сечение же стояка и литникового хода должно быть больше сечения питателей, для того чтобы металл в стояке и литниковом ходе затвердевал позже, чем в отливке и питателях.
В крупных отливках, имеющих массивные сечения, питание которых литниковой системой или недостаточно, или вызвало бы увеличенный расход металла из-за больших ее сечений, предусматривают прибыли, затвердевающие позже отливки и обеспечивающие питание ее жидким металлом.
9. Удобство отделения отливок от литниковой системы и прибылей. Для этого необходимо иметь возможность так подвести режущий инструмент к месту отделения отливки от литниковой системы, чтобы после отделения отливки на ней остался бы наименьший остаток. В этом отношении наклонное положение отливки и питателя является невыгодным из-за увеличенного остатка питателя, подлежащего зачистке.
10. Экономичность производства. Необходимо иметь такую конструкцию модельного комплекта, при которой расход модельных материалов и металла, а также рабочего времени на все технологические операции были бы наименьшими при наилучшем использовании существующего оборудования.
Монтаж модельных комплектов выполняют в зависимости от их размеров и конструкции, способа изготовления моделей, применяемого модельного материала и объема производства, приплавлением или сборкой отдельных элементов комплекта (звеньев0 на специальном приспособлении (стояке).
При сборке приплавлением расплавляют поверхностные слои собираемых частей комплекта и соединяют их. При этом расплавленный материал после затвердевания скрепляет собираемые части комплекта.
Для того, чтобы при приплавлении не портить конфигурацию модели отливки, на ней необходимо иметь специальный выступ (часть литника или прибыли), который и оплавляют при сборке. Разогревание поверхностных слоев производят нагретым плоским металлическим инструментом. Таким инструментом могут быть ножи, ланцеты и другие инструменты, нагреваемые в небольших электрических муфельных печах или на электрических плитках. Целесообразнее применение для этого специальных электроножей, в которых подобно электропаяльнику вмонтированы нагревательные спирали. Для сборки приплавлением необходимо , чтобы одна или все соединяемые части комплекта были бы изготовлены из выплавляемого модельного состава. Из такого состава делают модели литниковой системы для выжигаемых или растворимых моделей.
Для улучшения качества сборки и ее ускорения применяют также отдельные части модельного комплекта с шипами и гнездами, см. рисунок.

В этом случае шип одной части комплекта (модели отливки, прибыли или литниковой системы) вставляют в гнездо другой части и закрепляют приплавлением. Таким же способом можно соединять и две части комплекта, изготовленные из выжигаемого состава. В этом случае для скрепления используют жидкий модельный состав, заливаемый в гнездо перед сборкой.
При сборке комплекта, имеющего металлическую ручку, для сушки огнеупорного покрытия и в других случаях, когда модельный комплект не держат в руках, его устанавливают на специальные штыри или в гнезде.
Сборка модельного комплекта на металлических и обычных сплошных стояках может производиться в вертикальном или горизонтальном положении. Для этого удобно применять приспособления показанные на рисунке.

Если расстояния между моделями отливок не оговорены, то присоединение их может производиться приплавлением без применения специальных шаблонов а). При необходимости выдерживания определенного расстояния между моделями отливок используют различные шаблоны, а модели могут присоединяться или наплавлением, или заливкой жидкого модельного состава б).
При сборке комплектов из звеньев применяют специальный металлический стояк, см. рисунок, с внутренним толкателем 3 и раскрывающимися пружинами 6 , которые прижимают собранные на стояке звенья моделей пружиной 4, рис а).

Сборка на таком стояке производится в следующем порядке. Трубка стояка 2 смазывают тонким слоем нагретой до 50-60 °С смеси трансформаторного масла (40%) и вазелина (60%) и после охлаждения устанавливают вертикально (рукояткой вниз) на специальном приспособлении для сборки. На стояк со сжатыми пружинами 6 надевают металлическую модель литниковой воронки 1 с нанесенным на нее слоем модельного состава(или на модель надевают тонкую воронку из модельного состава) и звенья моделей отливок. После установки всех звеньев нажимают на ручку стояка, при этом стержень толкателя 3, сжимая пружину 4, поднимает прижимы 6. Прижимы разводят рис б), и приподнимают стояк. При этом прижимы силой силой пружины сжимают нанизанные на стояк звенья так, чтобы между ними не оставалось зазора. Затем надевают торцовый колпачок рис в), укрепляемый приплавлением,.
Схемы звена модели и собранного комплекта см. на рисунке.

Удаление металлического стояка производят перед выплавлением модели, для чего при вертикальном положении стояка (ручкой вниз) толкатель 3 приподнимают, а прижимы 6 под действием собственного веса, вращаясь на оси 7, опускаются и входят в выточку втулки 5 (см предыдущий рисунок а ).
После окончания сборки модельные комплекты осматривают и при этом проверяют:
• Отсутствие зазоров в местах соединения и приплавления частей модельного комплекта, так как в эти зазоры может попасть материал огнеупорного покрытия и образовать зазоры в отливке, кроме того, они будут ослаблять прочность соединения.
• Отсутствие зазоров в месте приплавления и натеков модельного состава на поверхности моделей отливки или литниковой системы.
Обнаруженные зазоры должны быть заделаны оплавлением или заполнены церезином марки 57, а заусенцы и натеки сняты. Крошки модельного состава могут быть удалены с модельного комплекта обдувкой. Во избежание коробления модельных комплектов и запыления их сборку необходимо производить непосредственно перед дальнейшими операциями. Модельные комплекты должны храниться при таких же условиях, как и модели. В небольших модельных отделениях, где нет конвейеров, хранить модельные комплекты и модели удобно в промежуточных закрытых шкафах. Такие шкафы устраивают в стене, отделяющей модельное отделение от отделения, в котором наносят огнеупорное покрытие. Расположенные с обеих сторон выдвижные дверцы позволяют с одной стороны шкафа устанавливать модельные комплекты, а с другой- забирать их для нанесения огнеупорного покрытия.
Если по непредвиденным обстоятельствам модельные комплекты , модели, хранились длительное время, то они могут быть использованы только после тщательного осмотра и, если необходимо, очистки от пыли. Очистка выплавляемых моделей допускается только в крайних случаях, трудоемкие и менее ответственные модели промывают в мыльной воде, имеющей температуру помещения. При этом используются мягкие кисти. Очистка выжигаемых моделей производится таким же способом, а также обтиранием влажной мягкой тканью и обдувкой. Растворимые модели могут быть очищены сухой мягкой тканью и обдувкой.
Сборку модельных комплектов выполняют на хорошо освещенном и чистом рабочем месте. Помещение должно иметь вентиляцию и постоянную температуру. При нагреве инструмента на плитках или других нагревательных устройствах в небольших помещениях над этими устройствами располагают местную вытяжку.

Изготовление литейных форм.

Требования, предъявляемые к облицовочным огнеупорным покрытиям моделей.

Облицовочные огнеупорные покрытия являются наиболее ответственной частью литейной формы, а иногда и всей формой,поэтому они должны соответствовать разнообразным требованиям:
• Обеспечивать хорошее смачивание поверхностей моделей без появления пузырьков и пор в образующем слое и в дальнейшем не отставать от моделей.
• Не вступать в химическое взаимодействие с модельным составом и металлом.
• Не коробиться , не образовывать трещин и иметь малую постоянную величину расширения и сжатия при нагревании и охлаждении форм.
• Прочно соединяться с наполнителем и не отставать от него при прокаливании и заливке формы.
• Обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушать и не деформироваться при выплавлении модели и прокаливании форм под действием веса удаляемого из формы модельного состава и формовочного материала (наполнителя), при заформовывании под действием веса формовочного материала и уплотняющих его усилий, при заливке под действием жиде\кого металла.
• Иметь достаточную огнеупорность, для стали более 1700°С.
• Иметь гладкую поверхность, шероховатость не ниже 4-го класса
• Иметь высокую газопроницаемость, газообразования не должно быть при заливке металла.
• Легко отделяться от отливки.
• Применяемые материалы должны быть дешевыми, не дефицитными.
Все материалы проходят подготовку.
Подготовляют и используют твердые огнеупорные материалы в изолированном, чистом, хорошо вентилируемом помещении в условиях, предупреждающих выделение и распространение пыли (герметизация оборудования, уменьшение числа пересыпок материала, хранение и транспортировка материала в закрытых ящиках, местная вентиляция и т.д.) . При дроблении и размоле материалов в открытых (не герметизированных) устройствах следует применять защитные очки и по мере необходимости респираторы, маски, отделяющие пыль от вдыхаемого воздуха.
Жидкие связующие материалы также подготовляют в чистом, хорошо вентилируемом помещении. При выполнении этих работ в небольших помещениях необходима местная вентиляция.
Ряд материалов (этилсиликат, АРК – 1 и растворители) легко воспламеняется, поэтому в обращении с ними необходима осторожность.

Твердые материалы для огнеупорных покрытий и их подготовка.

Исходные твердые материалы. Кварцевый песок- наиболее распространенный твердый материал для огнеупорных покрытий, что объясняется его распространенностью в природе, низкой стоимостью, достаточной огнеупорностью (температура плавления 1700°С) для большинства материалов и простотой подготовки для использования. Плотность 2,65 г/см2. Кварцевые пески поставляют по ГОСТу и квалифицируют по химическому и зерновому составам, см. таблицу.


По химическому составу кварцевые пески разделяют на четыре класса в зависимости от содержания кремнезема –SiO2 и примесей. Для литья по выплавляемым моделям применяют пески1-го класса, наиболее чистые, содержащие не менее 97% кремнезема и до 2% глинистой составляющей, до 1,5 % окислов щелочноземельных и щелочных металлов (К2О, Na2О, СаО,MgО), не более 0,75% окислов железа.
Зерновой состав песка определяют на специальном приборе, путем последовательного просеивания через сита с различными размерами отверстий. Номера стандартных сит и размеры отверстий в них, а также классификации песков по зерновому составу приведены в таблице стандартных сит для просеивания и в таблице классификация песков в зависимости от зернового состава основной фракции.

Пески разделяют на марки.
Марки песка по ГОСТу 2138-56 указывают:
1) Класс- кварцевые, содержащие до 2% глинистых составляющих и более 97% кремнезема класса 1К, более 96 % кремнезема класса 2К и т.д. Буква К обозначает кварцевый песок, а цифры 1 и 2 –порядковые номера, характеризующие уменьшение содержания кремнезема и увеличение примесей;

2) Группу зернового состава- средним номером сита основной фракции;
3) Категорию: А- с остатком на крайнем верхнем сите больше, чем на нижнем; Б- с остатком на крайнем нижнем сите больше, чем на верхнем.
Пример: марка 1К063А – песок кварцевый, содержащий более 97% кремнезема, грубый с остатками на сите 1 больше, чем на сите 04.
Кварцевые пески применяют пылевидные для растворов огнеупорного покрытия и крупные или средние – для присыпания слоя раствора на модели.
Пылевидный кварц может быть естественного или искусственного происхождения. Естественный пылевидный кварц, так называемый маршалит (марка 1К005), является очень мелкозернистым кварцевым песком. Для отливок из чугуна и цветных сплавов допускается применение менее чистого и менее огнеупорного пылевидного кварца марки 2К005; отличается от 1К005 содержанием кремнезема ( не менее 96%) и окислов железа ( не менее1%). Искусственный пылевидный кварц получают размолом более крупных кварцевых песков. Применяют обычно марки КП-1 и КП-2.
Кварцевый песок для присыпки первых двух слоев покрытия применяют марок 1КО4, !КО315 или 1К025. Для присыпки следующих слоев покрытия выгоднее применять более крупные кварцевые пески с зерновым составом 063, 04 и 0315 или аналогичные по зерновому составу кварцевополевошпатовые пески.
Шамотный порошок (так называемый мертель), применяемый в некоторых случаях для присыпки, является продуктом размола шамота (обожженной огнеупорной глины). Зерновой состав такой, как состав кварцевого песка для присыпки.
Плавленный кварц применяют такого же зернового состава, как пылевидный кварц и кварцевый песок (для присыпки). Плавленный кварц – это твердый стекловидный материал, состоящий полностью из кремнезема. Его получают в виде массы расплавлением и последующим охлаждением наиболее чистых сортов кварцевых песков; массу размалывают и рассеивают.
Двуокись титана (TiO2) – это порошок белого или желтовато-светло-коричневого цвета, такого же зернового состава, как пылевидный кварц и кварцевый песок. Двуокись титана может быть заменена тикондом- массой, применяемой для изготовления конденсаторов ( на основе двуокиси титана) или отходами этой массы и отработанными конденсаторами.
Магнезитовый металлургический порошок получают обжигом минерала магнезита (MgCO2) при 1500-1600°С, в результате которого остается MgO (магнезия) и примеси. Температура плавления магнезитового металлургического порошка 2500-2800°С в зависимости от количества примесей. Плотность 3,6 г/см2, это порошок крупной зернистости, красновато- коричневого цвета. Поставляется двух марок МИ-90 и МПЭ или в виде магнезитовой массы для форм. Применяется взамен пылевидного кварца и кварцевого песка (аналогично двуокиси титана, но магнезитовый порошок более распространенный и более дешевый материал) при изготовлении отливок из высокомарганцовистых и других агрессивных сталей и сплавов, взаимодействующих с кварцевыми песками.
Глинозем технический- кристаллический порошок белого или слегка окрашенного цвета, применяется марок ГО или ГОО как добавка для повышения термостойкости огнеупорного покрытия из магнезита.

Выбор исходных материалов определяется составом металла отливки, требованиями к ним по точности и стоимостью.
Недостатком всех кварцевых песков является их значительное расширение при нагреве, см рис.,

Что приводит к искажению заливаемой металлом формы и к снижению точности размеров отливки Для уменьшения искажения полости литейной формы и повышения точности размеров отливки кварцевый песок, применяемый для присыпки, заменяют шамотом, имеющим вдвое меньшее расширение. С целью повышения точности отливок пылевидный кварц и кварцевый песок (для присыпки) заменяют плавленым кварцем соответствующих зерновых составов. Расширение плавленного кварца в 20 раз меньше, чем кварцевого песка.
Двуокись титана применяют при изготовлении отливок из высокомарганцевых сталей (содержащих 10-30% марганца), так как эти стали при использовании кварцевого песка дают сильный пригар.С этой же целью применяют металлургический магнезит.
На рисунке показаны отливки из высокомарганцовистой стали, полученные с применением кварцевого песка а), более огнеупорного материала – окиси магния б), и двуокиси титана в). В последних двух случаях получена хорошая поверхность отливок. Шамот, плавленный кварц, двуокись титана и магнезит применяют сравнительно редко.

Подготовка твердых материалов.

Подготовка твердых материалов огнеупорного покрытия состоит из размалывания, просеивания, промывки, сушки, прокаливания и просеивания.
Размалывание проводят для получения более мелкозернистого материала. Для этого применяют шаровые мельницы (вращающиеся барабаны с находящимися внутри шарами и размалываемым материалом), футерованные кварцем и имеющие кварцевые шары. Применение обычных шаровых мельниц с металлической облицовкой и металлическими шарами ведет к загрязнению размалываемых материалов металлической пылью, образуемой при износе рабочих частей мельницы для размола малых количеств материала ( в лабораторных условиях) применяют фарфоровые шаровые мельницы. Крупные куски материала перед размалыванием дробят ( на специальных дробилках или вручную).
Просеивание выполняют для отделения материала необходимого зернового состава. Для этого применяют сита различной конструкции. Сито должно быть закрытого типа для предупреждения запыления воздуха, так как кварцевая пыль вредна для здоровья. На рисунке показана конструкция механического сита.

Просеиваемый материал засыпают в рамку 1 с натянутой сеткой соответствующего номера, подвешенную шарнирно к верхней рамке каркаса 2. Рамка получает колебательные движения от эксцентрика 3, сидящего на одном валу со шкивом 4, связанным ременной передачей с эл.двигателем 5. Просеянный материал поступает в ящик 6. Во время работы сито плотно закрывают крышкой 7. Просеиваемый материал должен быть предварительно просушен. Определенную зернистость получают просеиванием через два сита: 1) с более крупными ячейками для отделения крупных зерен; 2) с более мелкими ячейками для отделения мелких зерен. Материал необходимой зернистости пройдет через первое и останется на втором сите.
Промывку производят для удаления вредных растворимых примесей (избытка щелочей). Ее осуществляют в специальных баках, в которые помещают промывочный материал, добавляют воду, перемешивают и отстаивают. Затем воду сливают, и материал сушат.
Сушку применяют для удаления влаги перед просеиванием и в тех случаях, когда влажность материала недопустима; ее выполняют нагреванием материала в специальных печах — сушилах, при температуре 120-200°С.
Прокаливание применяют для разложения и сжигания различных органических примесей, что уменьшает их вредное влияние (возможность образования газов при заливке жидкого металла и газовых раковин в отливках), а также для окисления примесей железа.Прокаливание осуществляют нагреванием материала в специальных печах с температурой до 800-950°С. Для предупреждения засорения окалиной прокаливаемый материал помещают в коробки из жаростойкой стали или другого огнеупорного материала.
Провеивание выполняют для отделения материала присыпки от пыли. Его производят струей воздуха при пересыпании материала. Подготовка каждого исходного материала различна.
Маршалит проверяют на содержание щелочей, при отсутствии их маршалит прокаливают и просеивают. В случае наличия щелочей, маршалит перед прокаливанием тщательно промывают водой.
При значительном количестве щелочей промывают сначала подкисленной водой (на 10 л воды 250- 500 см3 технической соляной кислоты), а затем обычной водой. После этого маршалит прокаливают, охлаждают и просеивают. Просеивание производят : а) для первого слоя покрытия при высоких требованиях к чистоте поверхности отливок, к примеру для турбинных лопаток- через сито № 005, б) для первого слоя покрытия при обычных требованиях к качеству поверхности отливок- через сито № 0063; в) для второго и последующих слоев – через сито №01 для удаления комков и случайного сора.
Искусственный пылевидный кварц марок КП-1 и КП-2 (кварцевая мука) при обычных требованиях марок КП-1 и КП-2 (кварцевая мука) при обычных требованиях к чистоте поверхности отливок может применяться для первого и последующих слоев без специальной подготовки. При повышенных требованиях к качеству поверхности отливок или загрязнениях (при транспортировке и хранении) его просушивают и просеивают так же как маршалит. Пылевидный кварц марок КП-2 с повышенным содержанием железа (до 0,4%) и КП -3 с таким же содержанием железа прокаливают и просеивают, а при большом содержании железа перед прокаливанием очищают магнитами.
При изготовлении кварцевой муки на заводе-потребителе ее необходимо просушить и просеять, а при засорении железной пылью и другими материалами и наличии щелочей- предварительно очистить от железной пыли, промыть, а после сушки прокалить.
Кварцевый песок для присыпки подвергают сушке. Песок, применяемый для первых двух слоев покрытия, просеивают через сита № 063 и 025 для удаления слишком крупных и слишком мелких зерен. Для остальных слоев покрытия не обязательно просеивание; по мере надобности для отделения пыли применяется провеивание. Полевошпатовые пески сушат и просеивают через сита № 1,6 и 04..
Шамотный порошок, получаемый в готовом виде, сушат и просеивают для первых двух слоев покрытия через сита № 063 и 025, а для последних слоев – через сита № 1,6 и 04. При приготовлении шамотного порошка на заводе-потребителе используют шамотный бой и отработанные кирпичи. Их очищают от шлакованных мест, дробят, размалывают, сушат и просеивают на тех же ситах. Провеивание применяют по мере необходимости при большой запыленности.
Плавленный кварц дробят, размалывают, сушат и рассеивают на пылевидный кварц и более крупный песок для присыпки. Просеивание пылевидного плавленного кварца производят через сито № 005 для первых двух слоев покрытия и через сито № 063 (или №01) для последующих слоев. Песок плавленного кварца просеивают через сита №063 и 025 для первых двух слоев присыпки и через сита №1,6 и 04 для остальных слоев.
Двуокись титана следует применять только для первых двух слоев. Ее поставляют в виде мелкого порошка и перед применением сушат и просеивают через сито № 005 (или № 063). Для получения материала присыпки двуокись титана спекают и просеивают через сита № 063 и 025. Тиконд дробят и размалывают, после чего просеивают также как двуокись титана.  Для упрощения подготовки материалов целесообразно применять двуокись титана в составе покрытия, а тиконд для присыпки.
Магнезитовый металлургический порошок (и магнезитовую массу для форм) размалывают совместно с техническим глиноземом, добавленным в количестве 6% от веса магнезита, и просеивают через два сита, из которых первое- для отделения более крупной фракции, а второе –для отделения более мелкой:
№1 – 04 – для присыпки третьего и четвертого слоев;
№ 04-016 – для присыпки первых двух слоев;
№ 063 — для раствора огнеупорного покрытия.

Этилсиликат и его подготовка.

Этилсиликат. Технический этилсиликат – эфир кремниевой кислоты (C2H5O)4Si – является прозрачной жидкостью желтовато-зеленого или коричневого цвета плотностью до 1- 1,1 г/см3. Это продукт реакции четыреххлористого кремния с этиловым спиртом.
SiCl4 + 4C2H5OH → (C2H5O)4Si + 4HCl.
При этом для получения 1 кг этилсиликата расходуется 2 кг этилового спирта. После прохождения этой реакции хлористый водород удаляют почти полностью .
Кроме соединения (C2H5O)4Si, являющегося эфиром ортокремниевой кислоты(моноэфиром) и содержащего 28,8% SiO2 по весу, в этилсиликате могут находиться в некотором количестве и другие соединения – (C2H5O)6 Si2O, (C2H5O)8 Si3O2, (C2H5O)10 Si4O3, (C2H5O)12 Si5O4, (C2H5O)14 Si6O5, содержащие соответственно 35,1;37,8; 39,3;40,3; и 42 % SiO2. Из-за различного содержания этих соединений в этилсиликате содержание SiO2 в нем колеблется в пределах : по ТУ МХП 1689 – 48 28-41%, по ТУ МХП 2818-51 30-34%, по ВТУ МХП ЕУ 135-56 38-42%. Кроме этих соединений в этилсиликате имеется до 0,5% соляной кислоты (H Cl). Применение этилсиликата как связующего объясняется тем, что он , взаимодействуя с водой, способен выделять кремнезем до реакции.
(C2H5O)4 Si + 2H2O → SiO2 + 4C2H5OH.
Сначала образуется золь, так называемый коллоидный раствор (тончайшая взвесь твердого материала и жидкости), который используется для приготовления растворов покрытия, т.е. для смешивания с пылевидным кварцем. В дальнейшем при сушке золь переходит в гель (студенистый нерастворимый осадок), обволакивающий и склеивающий отдельные песчинки, затем – в аморфный кремнезем, а после прокаливания — в кристаллический кремнезем.
Таким образом, после прокаливания огнеупорное покрытие состоит только из кристаллического кремнезема ( кремнезема кварцевого песка и кремнезема, выделившегося из этилсиликат), что обеспечивает высокую огнеупорность покрытия.
Спирт (C2H5OН), образующийся по приведенной выше реакции, удаляется из огнеупорного покрытия испарением при сушке. Однако вода с этилсиликатом почти не смешивается, поэтому реакция гидролиза идет очень медленно. Для введения воды в этилсиликат и ускорения реакции применяют различные растворители, хорошо растворяющие в себе и этилсиликат и воду. Раствор этилсиликата и воды в растворителе называют гидролизованным раствором этилсиликата.

Растворители.

К растворителям относится этиловый спирт, эфироальдегидная фракция, ацетон, уайтспирит и изопропиленовый спирт.
Этиловый спирт (винный спирт — (C2H5OН), — бесцветная жидкость, со специфическим запахом и вкусом. Он легче воды, его плотность 0,79 г/см3, легко испаряется, температура кипения 78,3°С.
Крепостью спирта называют количество чистого спирта в в % к объему всей жидкости. Эту крепость обозначают градусами или процентами. Т.к. с увеличением содержания воды в спирте его плотность (удельный вес) изменяется, то крепость спирта может быть определена по плотности, для измерения которой применяют прибор – спиртометр, представляющий собой стеклянную запаянную трубку со шкалой и грузом внизу для устойчивости в вертикальном положении, этот прибор опускают в спирт. Уровень поверхности спирта по шкале спиртометра покажет его крепость. Т.к. изменение температуры спирта вызывает изменение его плотности,то крепость спирта определяют при постоянной температуре (20°С); для определения температуры в спиртометр вмонтирован термометр.
Применяют три основных разновидности этиловых спиртов:
Ректификат, крепость 95,5%, изготовляемый очисткой (ректификацией) спирта сырца, вырабатываемого из пищевых продуктов (зерно, картофель, свекла, патока);
Технический гидролизный, крепость 94-95 %, получаемый в результате спиртовог брожения сахаров, образовавшихся при гидролизе древесины и растительных отходов или при сульфитной варке целлюлозы;
Синтетический, крепость 95%, изготовляемый гидротацией этилена.
Эфироальдегидная фракция — (отходы спиртоводочного и древесноцеллюлозного производства). Содердит 83-85% этилового спирта, до 1,5% метилового спирта, до 3% эфиров, до 2% сивушных масел и до 1% кислот ( втом числе уксусной).
Ацетон технический (CH3COCH3) — прозрачная бесцветная или слегка окрашенная жидкость с резким специфическим запахом. Легко испаряется ( температура кипения 56°С ). Плотность 0,79 г/см3.
Уайтспирит – это бензин-растворитель для лаков и красок. Плотность 0,795г/см3, применяют как более дешевый для замены части (40-50%) спирта, необходимого для гидролиза.
Изопропиловый спирт – продукт переработки нефти, бесцветная жидкость плотность 0,79 г/см3.
Первоначально применялся этиловый спирт ректификат, затем, для некоторого снижения стоимости отливок применили эфиральдегидную фракцию. Для более значительного снижения стоимости отливок и уменьшения расхода пищевых материалов стали применять этиловый технический гидролизный и синтетический спирты, ацетон, уайтспирит и изопропиловый спирт.

Дополнительные материалы.

С целью улучшения процесса гидролиза, повышения прочности облицовочного огнеупорного покрытия и ускорения его сушки применяют в небольших количествах соляную кислоту, а иногда амилацетат или этилацетат, борную кислоту и глицерин.
Соляная кислота (HCL) ускоряет процесс гидролиза этилсиликата, способствует выделению геля окиси кремния и схватыванию его при нанесении и сушке огнеупорного покрытия. Химически чистая концентрированная кислота, содержащая 35-38% HCL, плотностью 1,18-1,19 г/см3. Количество соляной кислотты определяется расчетом, который будет приведен далее.
Амилацетат или этилацетат (эфиры уксусной кислоты) – прозрачные жидкости с характерным запахом, способствуют процессу гидролиза, повышают прочность покрытия и облегчают его сушку. Оба могут заменяться уксусной кислотой.
Борная кислота (H3BO3) – белый мелкокристаллический материал, упрочняет огнеупорное покрытие, но придает ему хрупкость, а при повышенном содержании снижает огнеупорность.
Глицерин [C3H5 (OH)3] – бесцветная прозрачная вязкая жидкость сладкого вкуса, без запаха, применяется для повышения пластичности (снижения хрупкости) огнеупорного покрытия.