4. Литье по выплавляемым моделям в оболочковые формы

В производстве художественных отливок применение современной технологии литья по выплавляемым моделям пока ограничено трудоемкостью изготовления пресс-форм для сложных моделей, размером и массой скульптурных отливок. Применение виксинта для получения эластичных вкладышей жестких пресс-форм позволяет расширить возможности использования сложных моделей, изготовленных из различных материалов (металл, дерево, формопласт, оргстекло и т.д.).

В настоящее время технология литья по выплавляемым моделям, применяемая в ювелирной промышленности для изготовления ювелирных и сувенирно-подарочных изделий, кабинетных художественных отливок, основывается на использовании мелкодисперсных огнеупорных формовочных материалов с гипсовым связующим и приготовлении форм-монолитов.

Вместе с указанным способом, широко используемым в ювелирной промышленности, иногда при изготовлении художественных отливок по выплавляемым моделям применяют оболочковые литейные формы. Сущность способа заключается в следующем: восковые модели припаивают к литниковой системе, получая модельный блок. На поверхность модельного блока наносят несколько слоев суспензии и обсыпки, которые после сушки создают на блоке высокоогнеупорную керамическую оболочку. Выплавив из оболочки модельный состав, получают тонкостенный слой литейной формы отливки. Затем оболочку заформовывают в специальных неразъемных опоках, прокаливают и заливают расплавом центробежным методом. Это позволяет получать отливки с высокой чистотой поверхности, не требующей сложной механической обработки и чеканки.

Для формовки керамических оболочек используют следующие материалы: маршалит (пылевидный кварц), кварцевый песок, этилсиликат, борную кислоту, формовочный песок. Все указанные компоненты входят в комплект формовочной массы, известной под названием "Формолит", которая характеризуется высокой степенью чистоты марша лита по химическим примесям.

Пылевидный кварц применяют для изготовления облицовочного слоя (оболочки) огнеупорного покрытия, наносимого на восковые модели.

Кварцевый песок применяют для присыпки облицовочного слоя. В качестве наполнителя опоки применяют формовочный песок.

Этилсиликат служит для приготовления связующего вещества огнеупорного покрытия; представляет собой жидкость желтого или светло-коричневого цвета.

Борную кислоту применяют в качестве связующего материала для наполнителя (формовочного песка).

Чистый этилсиликат не является связующим веществом. Связующий раствор получается в результате гидролиза этилсиликата. Вода почти не смешивается с этилсиликатом и реакция гидролиза идет медленно. Для введения воды в этилсиликат применяют различные растворители (ацетон, этиловый спирт и др.). Для ускорения гидролиза и повышения прочности оболочек добавляют соляную кислоту. В зависимости от содержания кремнезема в этилсиликате количество воды может меняться. Примерный состав компонентов для гидролизации этилсиликата следующий: 7,6 мл дистиллированной воды, в которую предварительно добавлено 0,5 мл соляной кислоты, 67,7 мл этилового спирта (94...96° крепости), 100 мл этилсиликата.

Порядок приготовления этилсиликата: в воду добавляют соляную кислоту, потом этиловый спирт и хорошо перемешивают, затем в стеклянный сосуд большой емкости с этилсиликатом добавляют небольшими порциями смесь спирта с водой, все время взбалтывая. Так как реакция идет с выделением тепла, необходимо следить за тем, чтобы температура не превышала 50°С. Сосуд со смесью закрывают неплотно. Через 30...40 мин после смешивания сосуд необходимо плотно закрыть. Через 12 ч раствор готов к употреблению. В качестве наполнителя суспензии применяют прокаленный пылевидный кварц КП. Наиболее распространен кварц марок КП-1, КП-2, КП-3 с содержанием кремнезема не менее 98% и оксидов не более 0,06%. Зернистость кварца составляет 10...50 мкм.

Недостатком пылевидного кварца является изменение объема при прокаливании опок, что приводит к изменению линейных размеров оболочек.

Огнеупорную суспензию получают в металлическом сосуде из коррозионностойкой стали или из алюминия смешиванием двух частей маршалита и одной части гидролизованного этилсиликата. Смесь тщательно перемешивают до получения массы смета- нообразной консистенции d = 1,65... 1,7 г/см³. Для улучшения смачивающей способности поверхности моделей модельный блок сначала окунают в гидролизованный раствор этилсиликата, затем в огнеупорную массу, слегка поворачивая его из стороны в сторону. Вынув блок из смеси и подержав его несколько секунд над сосудом для стекания избыточной массы, немедленно присыпают вручную кварцевым песком для упрочнения облицовочного слоя. Обсыпку модельных блоков можно также осуществлять в специальных установках различной конструкции в псевдокипящем слое кварцевого песка. Через 30 мин покрытые блоки устанавливают в эксикаторах на 10...20 мин для подсушки в парах аммиака. Блок может также подвергаться естественной сушке в течение 30...35 мин при 20...25°С. Если блоки проходили сушку в парах аммиака, то после проветривания их в течение 15...20 мин. производят второе покрытие.

Для второго и последующих покрытий плотность суспензии должна быть меньше. Число слоев покрытия зависит от размера модельного блока. На моделях кабинетных художественных отливок достаточно иметь три-четыре слоя покрытия. После последнего покрытия и обсыпки модельный блок устанавливают на стеллажах для естественной сушки в течение 4...5 ч при температуре воздуха 20...25°С. В парах аммиака сушка происходит быстрее.

После проветривания модельный блок устанавливают на металлическую подставку литниковой чашей вниз (или закрепляют в резиновом поддоне) и накрывают металлическим цилиндром - опокой. Смесь из трех частей кварцевого песка и двух частей гипса затворяют водой до текучего состояния и осторожно заполняют цилиндр до уровня моделей так, чтобы она не попала на оболочку моделей. После схватывания гипса остальной объем опоки заполняют смесью формовочного песка с борной кислотой (из расчета 1,5 г борной кислоты на 100 г песка), уплотняя смесь легкими ударами о стенки цилиндра. В качестве связующего можно использовать также буру. Борная кислота и бура, имеющие температуру плавления 575 и 741 °С соответственно, при прокаливании форм расплавляются и, обволакивая зерна формовочного песка, скрепляют всю массу наполнителя в опоке.

Преимущество сухих наполнителей - возможность их многократного использования для формовки опок, что снижает расход формовочных материалов при изготовлении отливок. Кроме того, формы с сухим наполнителем не требуют длительной термической обработки при прокаливании опок.

Выплавление воска производится в сушильном шкафу при 160... 180°С. Прокаливание опок осуществляют в прокалочных печах при 850 °С, выдерживая при этой температуре в течение 2,0...2,5 ч. Формы прокаливают в течение 4...6 ч, в зависимости от размеров опок. После окончания прокаливания опоки охлаждают до температуры заливки расплава. Температуру устанавливают опытным путем в зависимости от марки используемых сплавов, литниково-питающей системы и размеров отливок.