Вакуумное литьё по выплавляемым восковым моделям.
Дорогие друзья, сегодняшние и будущие клиенты нашей компании и просто случайные посетители нашего сайта! Мы продолжаем публикацию серии статей о литье – одной из основных, важнейших и интереснейших технологий, применяющихся для создания самых разнообразных изделий уже много веков и по сей день.
ВАКУУМНОЕ ЛИТЬЁ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ ВОСКОВЫМ МОДЕЛЯМ.
Существует большое количество способов литья, применяемых в современной ювелирной промышленности:
- литьё в землю (в т.ч. при помощи различной оснастки)
- этилсиликатное литьё
- литьё в одноразовые опоки
- центробежные виды литья
- и, наконец, вакуумные виды литья.
Именно его мы и будем рассматривать подробно, так как на сегодняшний день, как мы уже выяснили, это и есть самый широко применяемый способ литья для изготовления ювелирной и сувенирной продукции.
Итак, вакуумное литьё по выплавляемым восковым моделям.
И начинается в нём всё с качественной восковой модели или, как принято её называть среди ювелиров, - восковки. Конечно, качественную восковку невозможно получить без качественно изготовленной пресс-формы, которая, в свою очередь, должна быть снята с качественно разработанной и обработанной мастер-модели. Однако, мастер-модели и пресс-формы – это тема отдельная, которая в рамках этой статьи рассматриваться не будет, в силу того, что тема литья и так очень обширная и мы, не перегружая эту статью, прибережём её для отдельной публикации.
Как же изготавливаются «восковки»?
- при помощи пресс-формы и инжекторного бачка
- вырезаются вручную или на фрезерных ЧПУ-станках из скульптурного воска
- при помощи иных способов (обливные, инжектированные в металлические формы, изготовленные вручную нестандартными технологиями)
- печатаются из выжигаемых полимеров на 3D-принтерах
При первом способе (а это основной способ для серийного производства), воск в пресс-форму попадает при помощи инжекции (впрыска, подачи под давлением) из заливного клапана инжекторного бачка. Эти бачки, в свою очередь, возможно разделить на несколько типов:
- с ручным насосом
- с подключением к компрессору
- вакуумные (с подключением к воздушному и вакуумному компрессорам)
- полуавтоматические
- автоматические
Принципиальная разница существует между вакуумными и не вакуумными бачками, так как первые, непосредственно перед инжекцией воска в пресс-форму, откачивают из неё воздух. В то время, как из вторых воздух выдавливается как раз в процессе впрыска воска через специальные технологические резы – выпоры. Отсюда же вытекает и разница в употреблении различным образом изготовленных пресс-форм – для вакуумного бачка пресс-форма изготавливается отличным образом от пресс-форм, предназначенных для работы с обычными, не вакуумными инжекторными бачками.
Как бы то ни было, любая пресс-форма делается разъёмной, чтобы после того, как инжектированный в неё воск застыл, была возможность извлечь его для последующего использования, а саму пресс-форму приготовить к дальнейшим повторяющимся операциям.
Какие требования предъявляют к изготавливаемым при помощи пресс-форм восковкам?
1. Не должно присутствовать непоправимых деформаций
2. Не допускается наличия заметных швов и смещений
3. Не допускается наличие пузырьков воздуха или любых других включений, в том числе внутри восковой модели(контроль на просвет)
4. Вся геометрия очертаний восковой модели должна полностью повторять мастер-модель, с которой снята пресс-форма
5. Качество поверхностей восковки должно в разумной степени повторять качество поверхностей мастер-модели, с которой снята пресс-форма
После того, как восковая модель готова и её качество проверено, она размещается (путём припаивания) в специальном восковом блоке, часто называемом, в силу внешней похожести, «восковым деревом» или «ёлкой». Существует несколько техник сборки ёлок, однако имеются несколько основных принципов, применяемых в этом процессе:
- сверху ёлки припаиваются более мелкие и лёгкие детали, а внизу – более крупные
- детали на ёлке помещаются под углом менее 90 градусов по отношению к основному литнику(называется иногда стояком)
- восковки, размещаемые на ёлке не должны касаться друг друга и основного литника
- восковки припаиваются на ёлку таким образом, чтобы места их присоединения к литнику были максимально гладкими и не имели непропаев или любых зазоров.
После сборки ёлки попадают на участок формовки, где их размещают на специальных резиновых подставках – «башмаках» или «подошвах» и помещают в опоки – специальные металлические цилиндры, что позволяет в дальнейшем залить их формовочной массой.
Устройства, при помощи которых происходит процесс смешивания формовочной смеси и розлив её в подготовленные опоки, называют вакуумными миксерами, так как в современных условиях весь этот процесс происходит полностью в вакууме. После заливки формовочной массой, опоки с ёлками внутри оставляют в покое на несколько часов для качественного застывания гипса и предварительного высыхания.
Если на производстве применяется паровая вытопка воска, то после формовки и отстаивания, опоки помещают в неё. В ней из опок выплавляется большая часть содержащегося воска. После прохождения этой обработки опокам снова необходимо отстояться. И , после всех описанных процедур, опоки могут наконец оказаться в муфельной печи.
Для ювелирного и сувенирного производства используется довольно большая номенклатура формовочных смесей, основой которых в любом случае является кристобалит – довольно редко встречающийся в природе минерал, высокотемпературная полиморфная модификация кварца, при нагреве меняющий свою структуру. Кроме него в формовочных смесях присутствует гипс, а также большое количество различных присадок выполняющих адаптивные функции. Выбор подходящей формомассы для литья – один из важнейших элементов процесса получения качественных отливок.
Ювелирные муфельные печи устроены таким образом, чтобы обеспечить совокупность осуществления необходимых процессов при прохождении прокалочного цикла опок. Нагревательные элементы(обыкновенно спирального типа) в них расположены как в стенках, так и в дверце (существуют редкие конструкции с нагревателями в полу или потолке печи), обязательно наличие программатора, в паре с термопарой, позволяющего управлять нагревом, а также шиберного отверстия, необходимого для отвода образующихся при выжиге воска испарений. Существуют очень разные конструкции печей, например, позволяющие штатно размещать внутри себя опоки в несколько этажей, цилиндрической формы и оборудованные ротационным механизмом, с различными системами слива воска или принудительного оттока воздуха и т.д. Все эти усовершенствования позволяют, как правило, положительно повлиять на результат прокалки, однако в минимальной комплектации, наличие многостороннего нагрева, термопары с контроллером и шиберного отверстия является нормой, а остальное относится к разряду желаемого.
Прокалочный цикл в печах программируется таким образом, чтобы добиться наилучшим образом сочетания двух факторов – удаления из опоки всех остатков воска и хорошей полимеризации формовочной смеси. График прокалки опок в печи напоминает по виду лестницу: набор температуры, выдержка на заданной «полке», снова набор, снова выдержка формовочной смеси, то есть удаления из неё излишков влаги. Дальнейшие «полки» ступенчатым образом выводят печь на максимальную температуру программы – чаще всего 740 градусов Цельсия, в процессе чего формомасса полимеризуется и приобретает необходимые для заливки в неё в вакууме металла свойства.. Затем, после прохождения всего прокалочного цикла, температура опускается до заданной для заливки металла. Весь стандартный прокалочный цикл продолжается обычно не менее 12 часов, с момента постановки опок в печь, а часто значительно дольше.
После прохождения прокалочного цикла, опоки готовы к розливу в них металла. В современных литьевых цехах и мастерских этот процесс, как правило, происходит при помощи литьевых машин. Конструкции этих машин весьма разнообразны, условно могут быть разделены по способу плавки металла и по способу залива, по наличию/отсутствию и составу инертной среды, степени автоматизации процесса.
По способу плавки различают машины со спиральными нагревателями и индукционным нагревательным элементом; по способу розлива: донный розлив, «перевёртыши», розлив через край; по инертной среде - одно и двухгазовые машины и машины без инертной среды; по автоматизации процесса - ручного розлива, полуавтоматические и автоматические.
Розлив металла производится под воздействием глубокого вакуума на опоку, при температуре немного превышающей его температуру плавления, по возможности, или в вакууме, или в инертной среде, для предотвращения контакта расплава с кислородом воздуха.
После розлива металла в опоки, они охлаждаются в естественных условиях, затем помещаются в размывочные ванны, после чего, извлечённые описанным образом из опок литьевые полуфабрикаты в виде "ёлок", обрабатываются в водоструйной кабине с целью удаления с них остатков формовочной массы. При необходимости отбеливаются в водных растворах кислот. Очищенные отлитые ёлки могут быть подвергнуты, кроме того, очистке в УЗВ, обработке паром при помощи парогенератора и, иногда, галтованию в магнитной галтовочной машине. После очистки "ёлки" сушат (чаще всего или в специальной камере, или при помощи промышленного фена). Затем производят процесс "раскусывания", т.е. срезают отлитые детали с "ёлки", состригают с деталей избыточной длины литники и получившуюся продукцию сдают на склад, где она сортируется, приходуется и производится отбраковка деталей, не прошедших ОТК. Полученные таким образом литьевые полуфабрикаты могут быть переданы в ювелирный цех для дальнейшей обработки.
Автор статьи: Иван Геннадьевич Скворцов.
Основатель и генеральный директор производственной компании 3D Avtozavod.