Виды брака, возникающие в процессе литья, их причины и способы устранения.
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.
ВИДЫ БРАКА, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ПРОЦЕССЕ ЛИТЬЯ, ИХ ПРИЧИНЫ И СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ.
Всю совокупность видов брака, возникающих в процессе производства литьевых полуфабрикатов, можно условно разделить на две основные группы:
1. нарушения структуры металла
2. нарушения заданной формы деталей
Следует обратить внимание на то, что здесь неслучайно упоминается о браке не только конкретно возникающем в процессе самого литья, а именно о браке возникающем в процессе всего производства литьевого полуфабриката. Этот акцент поставлен потому, что технологический процесс получения литьевого полуфабриката методом литья по выплавляемым восковым моделям весьма технически сложен и в его составе отсутствуют незначительные этапы или процессы. От чёткого соблюдения норм и понимания правил, применяемых ко всем без исключения технологическим операциям, которые включает глобальный технологический процесс литья, зависит качество результата. При возникновении любых погрешностей или имеющей место быть неаккуратности на любом из этапов производства, это неизбежно отразится на результате всего процесса.
Итак, группа 1. Нарушения структуры металла.
К ним относятся различные поры, каверны, сыпь, трещины, избыточная кристаллизация, повышенная хрупкость сплава.Группа 2. Сюда можно отнести различные деформации, наплывы и наросты, корнера, непроливы, механические повреждения.
Разберём их по порядку:
Группа 1.
Поры.
Это один из самых распространённых видов брака при литье. Возникновение пор может быть вызвано следующими причинами:
- несоблюдение технических требований при оснащении восковых моделей литниками и литниковыми системами
- несоблюдение технических требований при сборке восковых изделий в блоки(ёлки)
- нетехнологичная конструкция модели
- несоблюдение технических требований к чистоте расплава при литье
- изношенность тигля или некачественное сырьё при его изготовлении
Качественное и продуманное оснащение восковых моделей литниками и литниковыми системами снимает большую часть вопросов, касающихся возникновения пор на отливках. Однако эта тема столь объёмная, что осветить её в рамках этой статьи не представляется возможным. Со временем , мы посвятим ей статью отдельно. Обозначим лишь, что место(а) сочленения литника(ов) с моделью должны быть плавными, не иметь зауживающих профилей, а сами литники должны иметь сечение, должным образом коррелирующее с объёмом самой модели.
Часто, при сборке ёлок допускают неполноценный пропай в местах сочленения литников со стояком(основным литником блока). Это с высокой долей вероятности может привести к возникновению пор в литьевом полуфабрикате и этот момент необходимо тщательно контролировать.
Периодически в современном производстве создаются такие ситуации, что дизайн изделия в значительной степени конфликтует с технологичностью его изготовления. Иногда, дизайнер, при создании модели так увлекается декорированием её поверхностей, что на ней совсем не остаётся места для того, чтобы подвести к ней литник. Часто модели имеют множественные заужения профиля, непродуманные элементы слишком малых физических размеров, сильно отличающиеся по массивности разнокалиберные элементы, объединённые в одну деталь. Всё это способно вызывать появление дефектов в виде пор и каверн в литьевом полуфабрикате. Необходимо понимать, что обеспечивать качественный процесс литья необходимо начинать ещё при проектировании моделей. Таким проектированием должны заниматься грамотные и имеющие соответствующую квалификацию и опыт мастера. В худшем случае, нужно хотя бы советоваться с такими мастерами при создании моделей. Иначе, вероятность получить качественное литьё в последствие изрядно уменьшается.
Отдельное внимание хотелось бы уделить культуре производства и сопровождающему её вниманию к деталям производственного процесса и аккуратности его осуществления. В данном контексте это касается использования в работе хорошо подготовленных и очищенных сплавов и материалов, используемых для плавки, то есть тиглей. В большинстве случаев на сегодняшний день в ювелирном литье используются графитовые тигли, которые подвержены довольно сильному износу, как от нагрева до высоких температур(а температуры при литье драгоценных металлов редко бывают ниже 1000 градусов), так и от количества циклов «нагрев/охлаждение». В результате, внутренняя поверхность тигля становится не гладкой, зернистой и частицы графита с неё, отделяясь, попадают в расплав, а вслед за этим, в отливку, вызывая появление угольных пор. Похожая ситуация может быть вызвана попаданием в отливку из расплава остатков не удалённых из него окислов, остатков прогоревшей органики и других загрязнений. Резюмируя, можно сказать, что, используя свежие тигли и уделяя непрерывное внимание чистоте расплава в них, можно предотвратить большое количество дефектов в литьевом полуфабрикате.
Каверны.
Каверны – суть те же поры, только имеющие значительный размер. Их возникновение может быть вызвано как аналогичными для возникновения пор причинами, так и одной особенной, для объяснения которой мы и вынесли каверны в отдельный абзац.
Дело в том, что в процессе изготовления восковых моделей, как путём инжекции воска в пресс-формы, так и путём трёхмерного прототипирования, существует возможность образования в теле моделей скрытых полостей, снаружи невидимых. При инжекции горячего воска в пресс-форму, вместе с ним туда могут попадать пузырьки воздуха, образовавшиеся или от повышенной температуры в инжекторном бачке, или от использования грязного, либо некачественного воска. При печати на 3D-принтерах, в результате плохой калибровки столов и головок этих аппаратов, возможно неравномерное заполнение тела печатаемой модели выжигаемым полимером. При фрезеровке воска на станках или резке из него вручную, часто используют вторично переплавленный воск, не фабрично брикетированный. Всё вышеперечисленное(есть и более экзотические моменты, при которых в моделях могут оказываться скрытые пустоты, но они редки) может и, более того, регулярно приводит к скрытым дефектам моделей, предназначенных для литья.
К сожалению, не существует способа, позволяющего на 100% избежать возникновения каверн в восковых и полимерных моделях. Однако опыт сотрудников, выполняющих соответствующие работы, да и общая культура производства в целом, позволяют минимизировать эти неприятные моменты. К тому же, в большинстве случаев, эта разновидность литьевых дефектов – каверны – одна из самых легкопоправимых.
Трещины и повышенная хрупкость.
Две основные причины, вызывающие эти виды брака – это избыточный нагрев металла и/или опоки при литье и попадание в сплав посторонних, вредных для данного техпроцесса соединений.
Общая логика температурного режима литья состоит в том, чтобы все температуры(как металлов, так и всей оснастки) были настолько малы, насколько это возможно. Любое повышение температур не должно быть случайным, так как с достаточно большой вероятностью может вызвать растрескивание литьевого полуфабриката или придать ему избыточную хрупкость. В этих моментах необходима крайняя аккуратность.
Уже не единожды упоминаемая культура производства на самом деле и есть главный гарант от возникновения избыточных дефектов при литье. Если по любым причинам, в сплав попадёт даже небольшое количество любых посторонних примесей(например олово или сурьма в драгметалл), будь это соли, оксиды или посторонние металлы в натуральном виде, это непременно окажет воздействие как на цвет и качество поверхностей литьевого полуфабриката, так и на его свойства. Самый распространённый дефект, вызываемый такими событиями, как раз повышенная хрупкость и растрескивание.
Избыточная кристаллизация.
Или, как её называют более официально, усадочная пористость. Её возникновение обуславливается двумя причинами или их сочетаниями. Обе они уже рассматривались выше в контексте других дефектов. Итак, возникновение этого дефекта может быть вызвано как неправильно подобранными температурными режимами при литье, так и некорректным оснащением моделей литниковыми системами(или неправильным подбором сечения стояка при сборке литьевого блока(ёлки). Бороться с этим видом брака следует во-первых, оснащая модели(особенно массивные) литниковыми системами комфортного сечения, без зауживающих мест и в этой же логике собирая ёлки; во-вторых, подбором оптимального сочетания температуры расплава и температуры опоки при заливе металла(необходимо обычно сокращать амплитуду температур). Также следует в достаточной степени охлаждать опоки после розлива в них металла перед размывкой, чтобы избежать термоудара, способного вызвать как рассматриваемый дефект, так и способствовать увеличению хрупкости литьевого полуфабриката.
Сыпь.
Самый распространённый в современном ювелирном производстве литьевой дефект и самый при этом трудно устранимый. Возникновение этой разновидности пор обусловлено недостаточной дегазацией расплава в тигле(иногда может быть вызвано попаданием определённого вида примесей в расплав). В 99% случаев появление сыпи связано с избыточным обогащением сплава кислородом. Методы предотвращения очень просты: необходимо добиться наиболее полного удаления как кислорода, так и любых других активных газов из расплава металла перед литьём. Как именно это сделать, зависит от конкретного применяемого типа литейной машины. Чаще всего, при литье в инертной среде, на первый взгляд исключающей доступ кислорода к тиглю, из-за использования дешёвых и некачественных (увлажнённых) инертных газов, и случается этот дефект. Бороться же с последствиями крайне затруднительно и очень часто приходится просто отправлять изделия в переплавку.
Группа 2.
Рассматривая дефекты из этой группы, нам придётся снова и снова вспоминать об уже не единожды поминаемой всуе культуре производства.
Непролив.
Довольно распространённый дефект при литье. Может быть вызван двумя причинами:
- недостаточный прогрев металла или опоки при розливе
- недостаточная глубина вакуума при розливе
И то, и другое, легко устранимо.
Корнера.
Корнера(или маленькие шарики) образуются по следующим причинам:
- недостаточная глубина вакуума при формовке
- слишком густая консистенция смеси при формовке
- жировые и иные посторонние налёты на поверхности восковых моделей
Первые две причины устраняются очевидными действиями: прочистка вакуумных магистралей и фильтров в системе вакуумирования формовочного миксера и оптимизация процесса смешивания формовочной массы с водой. Третья причина устраняется путём выдержки в этиловом спирте в течение 10-15 минут восковых блоков непосредственно перед формовкой. Однако, этот способ категорически не подходит для 3D-печатных восковок, напечатанных на принтере Solidscape! Для восковок, напечатанных на Projet 2500/3500/3600 использоваться может, но с осторожностью и меньшим временем выдержки. Впрочем, как правило, восковки, напечатанные на принтере, в дополнительном обезжиривании не нуждаются и речь тут о тех случаях, когда они присутствуют на ёлках с другими видами воска.
Деформации и механические повреждения.
Возникают эти дефекты, опять же, по двум причинам:
- деформирование восковой модели в процессе её изготовления и оснастки к литью
- деформирование отливки при размывке опоки и срезании с ёлки
Некоторые модели и детали изделий имеют такую конструкцию и характеристики, что, будучи тиражируемыми через пресс-формы, исключают возможность сохранения первоначальной своей формы при изготовлении и особенно извлечении восковок из пресс-форм. Сами конструктивные особенности этих моделей обрекают их на деформацию на участке восковки. Это бывает в уже описываемом выше случае конфликта дизайна с технологией. Во всех остальных случаях, появление дефектов этого типа можно предупредить, повышая производственную культуру на соответствующих участках производства.
Наплывы и наросты.
Довольно неприятная разновидность дефектов при литье и часто трудно устранимая.
Может быть вызвана единственной причиной – обрушением формовочной смеси в процессе прокалки опок и выплавки из них воска. А вот причин, в свою очередь вызывающих эту реакцию, может быть довольно много. Перечислим основные:
- использование некачественной или несоответствующей задаче формомассы
- нарушенные пропорции вода/формомасса при смешивании формовочной смеси при формовке
- использование не предназначенных для литья материалов(в т.ч. с высокой остаточной зольностью)
- нарушение формовочного или прокалочного цикла
- некорректное соотношение полезного/дополняющего объёмов в опоке(не более чем 25/75 - старайтесь не ухудшать эту пропорцию )
- любыми сочетаниями упоминаемых факторов
Нечего и говорить, что беспечность, проявленная в отношении любого этапа технологического цикла литья, наверняка даст о себе знать в результате. Если получение предсказуемого результата после литья для вас важно, то не стоит ни экономить на расходных материалах больше разумного, ни поддаваться соблазну авантюрных экспериментов с неизученными материалами. Разумеется, без знания и чёткого соблюдения технологии, получить адекватный результат можно только случайным образом. Даже если вы очень торопитесь, не стоит укорачивать прокалочный цикл опок, так как это чревато вышеописанными дефектами или даже разрушением формомассы при подаче вакуума перед литьём, либо, что ещё неприятнее, во время розлива в опоку.
Нет никаких сомнений, что в этом коротком обзоре, раскрыть тему хоть сколько-нибудь подробно не представляется возможным. Ни формат, ни цель этого цикла статей не предполагали написания учебных или методических указаний. Мы постарались дать общее представление о том, что же такое вакуумное литьё по выплавляемым восковым моделям, откуда и как оно возникло и как развивалось. В дальнейшем, в других статьях, мы продолжим рассказ о различных технологиях, применяемых на современных ювелирных и сувенирных производствах.
Автор статьи: Иван Геннадьевич Скворцов.
Основатель и генеральный директор производственной компании 3D Avtozavod.