В наше время существует много видов литья. Наиболее распространенные виды
литья - в земляные формы, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы,
в металлические формы, под давлением.
Усадки металлов
Металл
Золото
Серебро
Медь
Свинец
Цинк
Кадмий
Олово
Уменьшение объема, %
5,03
5,00
4,25
3,38
4,70
4,72
2,90
Литье в земляные формы
Суть его заключается в том, что по модели изготовляют из формовочной смеси
литейную форму, заполняемую металлом. Форма при извлечении скульптуры каждый
раз разрушается. Модели могут быть изготовлены из гипса, дерева, пластмассы
или металла. Практичны модели из пластмассы, но наиболее долговечны - из
бронзы или алюминия.
Из-за литейной усадки модель делают обычно несколько большей величины. Надо
учитывать также механическую обработку отливки и давать на нее припуск.
По способу изготовления модели делятся на простые и разъемные. Простые не
имеют поднутрений, не дающих снять форму. Разъемные модели состоят из двух
частей, соединяющихся между собой шипами. До формовки модель собирается,
а после отливки вынимается по частям. При пустотелой скульптуре на моделях
делают специальные выступы, на которые опираются песчаные стержни, что и
позволяет образовать полость.
Формы и стержни изготовляют из формовочной земли (песок и глина). При формовке
крупной скульптуры количество глины увеличивают до 20 , при мелком литье
- 12-15. От свойств формовочной смеси, ее пластичности, прочности, газопроницаемости,
огнеупорности зависит и качество отливки.
Формовочные смеси бывают наполнительные и облицовочные. Облицовочная смесь
прилегает непосредственно к скульптуре, наполнительная занимает весь остальной
объем. Земляные формы приготовляют в специальных ящиках - опоках, которые
придают форме нужную прочность при переноске и отливках. Формовку обычно
проделывают в двух опоках, соединяемых штырями. Опоки (рамы) варятся из
стали или отливаются из чугуна либо алюминия и имеют внутри ребра для удержания
формовочной смеси. При изготовлении форм применяются разнообразные инструменты:
лопаты, совки, сита, трамбовки, счищалки, душники, деревянные молотки, кисти,
щетки, гладилки, ланцеты и иглы. Чтобы форма хорошо отделилась от модели,
ее припудривают ликоподием, толченым углем или графитом.
Изготовление земляной формы. Формовка происходит следующим образом:
в опоку, установленную на подмодельную доску, кладут модель и пудрят ее
ликоподием или угольным порошком. Во избежание пригорания земли опоку смазывают
графитом. Облицовочную смесь насыпают сквозь мелкое сито, так, чтобы модель
оказалась закрытой слоем 25-30 мм. Затем опоку засыпают наполнительной смесью,
утрамбовывая ее слой за слоем. Поверхность выравнивают заподлицо с краями
опоки и душником накалывают отверстия для выхода газов. Затем опоку перевертывают
и на нее устанавливают вторую, в которую укладывают два бруска - модели
литника и выпора для образования отверстий, куда заливают металл и через
которые происходит выход газов. Потом все припыливают, засыпают смесью и
утрамбовывают. Теперь можно снять верхнюю опоку и вынуть модель, прорезать
отверстие из полости формы к литнику. При сложных моделях вместо подмодельной
доски используют фальшивую опоку, не применяющуюся в процессе литья.
Кусковая форма. Самая трудоемкая работа - изготовление кусковой формы скульптурного
литья. При кусковой формовке модель обкладывают кусками уплотненной земли,
образующей форму, и все это как бы заключают в две полусферы верхней и нижней
опок. Это дает возможность изъять модель из формы, не разрушив ее, поскольку
каждый кусок формы, имеющий вид усеченной пирамиды, снимается отдельно.
Весь этот процесс требует осторожности и навыка, поскольку куски могут быть
легко повреждены. При изготовлении отдельных уникальных вещей способом кусковой
формовки стержень для образования полости внутри скульптуры может быть сделан
сразу же в форме. Для этого опоку с готовой кусковой формой обрабатывают
ликоподием и засыпают формовочной землей. Эту землю осторожно уплотняют
руками. Изготовленный из проволоки каркас обмазывают глиной и укладывают
так, чтобы концы его касались борта формы. Затем горкой насыпают смесь в
виде выемки второй опоки. Припыливают ликоподием полость второй опоки, перевертывают
ее и накладывают на первую. Вновь немного насыпают земли и снова опокой
уплотняют ее. Затем ланцетом снимают слой, равный толщине стенки будущей
скульптуры. Срез будет равномерным, если предварительно вся поверхность
наколота иглой на одинаковую глубину. Стержень просушивают и фиксируют внутри
формы.
Литье по выплавляемым моделям
Это литье применяется давно. Модель после формовки выплавляется из формы,
что дает чистоту отливке и возможность избежать множества кусков. Наиболее
распространены сейчас два способа отливки в зависимости от величины отливаемых
изделий (кроме литья очень крупной скульптуры). Один из этих способов называется
точным литьем. При отливке небольшим тиражом пресс-формы делаются из гипса.
Материалом для модели служат легкоплавкие смеси из воска, парафина и стеарина.
Если модель отливается по частям, то части ее соединяются с помощью нагретого
лезвия ножа.
Материалом для огнеупорного блока может быть смесь (раствор) молотого кварца.
В эту смесь погружают модель, которую затем обсыпают сухим кварцевым песком.
Процесс повторяется несколько раз, до тех пор, пока толщина кварцевого покрытия
не будет не менее 3-5 мм. Модельный состав (воск, парафин) выплавляют, введя
блок в горячую воду или в сушильный шкаф при температуре до 180°. Оболочку
ставят воронкой вверх в опоку и засыпают шамотным порошком. Верх и низ опоки
заливают жидким стеклом. Эти предосторожности необходимы для укрепления
тонкой и хрупкой оболочки. После выплавления воска форма прокаливается в
печи при температуре 800-900° в течение 3-4 часов.
Отливка будет более качественной при литье в нагретую форму. После того
как оболочка остынет на воздухе, ее разрушают легкими ударами, а остатки
удаляют при кипячении в слабом растворе щелочи.
Литье в оболочковые формы. На чугунную модельную плиту, нагретую до 350°,
насыпают кварцевый песок, перемешанный с пульвербакелитом, затвердевающим
при этой температуре. Плита нагревает слой и как бы обволакивается затвердевшей
смолой. Две готовые полуформы соединяют, вставив внутрь стержень, сделанный
из этого же материала. При закладке в опоку форму засыпают кварцевым песком,
а после отливки разрушают.
Литье в формы из металла
В наши дни литье в формы из металла практикуется очень широко. Основная
его особенность - большое число отливок с сохранением формы. По сравнению
с земляной формой оно дает очень чистую поверхность отливок, очень большую
точность Однако целесообразно оно лишь при массовом производстве из-за трудоемкости
изготовления формы (кокиля), требующей точной подгонки. Кокиль делается
из чугуна или стали. Для скульптурных изделий кокиль составляется из нескольких
частей. При полукокильном литье стержень приготовляется из песчаной смеси
и выдерживает отливки из таких тугоплавких металлов, как бронза и чугун.
Литье под давлением в металлические формы применяется при работе с легкоплавкими
сплавами. Расплавленный металл заливается в кокиль под давлением, что обеспечивает
высокую точность отливки и минимально тонкие стенки. Применяется литье под
давлением при отливках небольших, но сложных по форме вещей, например в
ювелирном деле.
Метод литья по выплавляемым моделям в ювелирном деле
Метод является, безусловно, прогрессивным, его применение значительно повышает
производительность труда, расширяет ассортимент изделий, сокращает потери
драгоценных металлов.
Заготовки ювелирных изделий отливают из золотых, платиновых, серебряных
сплавов. Это золотые сплавы пробы 750, 583 и 585, содержащие никель и цинк,
серебро и медь, платиновые сплавы пробы 950, серебряные сплавы проб 916,
875 и другие литейные сплавы.
Технологический процесс литья по выплавляемым моделям состоит из следующих
этапов : эталон модели, резиновая пресс-форма, восковая модель, литьевая
форма, отливка.
Оборудование для литья
Металл в формы заливают двумя способами: центробежным и вакуумного всасывания.
Принудительное заполнение литейных форм при центробежном способе происходит
под действием центробежных сил вращающейся печи. Сущность способа вакуумного
всасывания заключается в удалении (выкачивании) воздуха из литейной формы
во время заливки. Давление в форме понижается до 0,75-2,25 Па против атмосферного,
создавая таким образом искусственное избыточное давление жидкого металла
на стенки формы.
Какое купить оборудование, какой тип литья предпочтительней, чтобы выдержать
растущие требования к качеству литья и при этом достичь высокой производительности
по выпуску изделий, технологической гибкости, возможности работать с малыми
и большими дозами шихты. Большинство ювелирных литейных участков по инерции
еще продолжают эксплуатировать старого класса ручные поворотные установки
с резистивными нагревателями или муфелями. Чтобы обеспечить выполнение заказов
в срок приходится отливать на 5-15% продукции больше, чем заявлено, так
как некоторые из этих отлитых заготовок снова попадают в переплав по причине
невозможности устранения литейных дефектов. При этом, увеличиваются общие
затраты производства связанные с повышенной трудоемкостью монтажных операций
и исправлением дефектов.
При центробежном способе литья заполнение форм жидким металлом и его кристаллизация
происходят под воздействием центробежных сил. Качество литья при этом зависит
от умения точно рассчитывать и управлять параметрами разгона и вращения
центрифуги. Скорость вращения центрифуги влияет на время заполнения формы
и на качество поверхности отливки, а разгон с изменяемым ускорением должен
задавать непрерывность течения струи в режиме близком к ламинарному режиму.
Для устранения вибраций и механических колебаний необходимо тщательно перед
процессом заливки балансировать на машине каждую опоку путем перестановки
положения груза - противовеса. Все эти моменты весьма сдерживают процесс
продвижения центробежных машин в ювелирную отрасль.
Весьма привлекательно для ювелиров выглядят новые разработки литейных вакуумных
машин, в которых индукционную плавку металла проводят в защитной среде,
а заливку металла осуществляют в вакуумируемую форму через донную часть
тигля. Еще более совершенными выглядят вакуумные индукционные машины, в
которых допускается возможность создания избыточного давления для подпрессовки
жидкой в фазы металла в момент окончания заполнения формы.
Так же большую роль в ювелирном производстве играет процесс плавки, который
во многом зависит от типа используемой печи. Наиболее предпочтительно использование
индукционных печей или установок с регулировкой мощности нагрева, которые
быстро, с минимальным угаром благородного металла позволяют достигнуть температуры
литья металла. При этом, электромагнитное поле индуктора обеспечивает не
только нагрев, но и перемешивание жидкого металла, которое дает однородность
и гомогенность сплава от низа до верха заливаемой формы. Все это немаловажно
для качественного ювелирного литья.
Существуют также метод совместного литья под давлением и вакуумного всасывания
и совместное применение центробежного литья и вакуумного всасывания, однако
из-за сложности литьевых механизмов они не нашли широкого применения.
В настоящее время применяют литьевые машины, однако из-за высокой цены установок
и расходных материалах, большого срока окупаемости и ограничений литьевых
машин, чаще всего используют обычную индукционную печь, вакуумный насос
и рессивер. Иногда этого достаточно, чтобы делать шедевры.
Эталоном модели называется оригинал - образец будущей отливки.
Металлическая модель снабжается воронкообразным литником и с нее снимается
резиновая форма. Материал для изготовления эталона не должен менять свои
свойства, разрушаться в процессе вулканизации резиновых пресс-форм, химически
взаимодействовать с резиной. Параметр шероховатости поверхности эталона
должен быть не ниже требуемого для получаемых по нему отливок: раковины,
царапины, вмятины на его поверхности недопустимы. Размеры эталона должны
превышать размеры готовой модели (на 5 - 6 %) с учетом общей усадки металла
при затвердении отливок и припуска на механическую обработку.
На предприятиях ювелирной промышленности для изготовления эталона обычно
используют золото пробы 585, причем поверхность его покрывают родием для
нейтрализации действия азотной кислоты, выделяемой в процессе вулканизации.
Резиновая пресс-форма предназначена для получения восковых моделей отливок.
Пресс-формы изготовляют как из импортных, так и из отечественных сортов
резины. Различают разрезные и разъемные пресс-формы.
Процесс изготовления разъемных пресс-форм
Опоку основанием устанавливают на гладкую опорную поверхность и заполняют
пластилином, в пластилин вдавливают (до половины) эталон модели. На первую
опоку устанавливают вторую и заливают их водно-гипсовым раствором. Когда
гипс затвердеет, опоки переворачивают, пластилин удаляют, а освободившееся
пространство опоки заполняют небольшими кусочками сырой резины . Эталон
остается (наполовину) в гипсе, в котором делаются углубления для возможности
получения в дальнейшем выступов резиновой формы. Опоки устанавливают на
вулканизационный пресс, на котором в течение 45 - 60 мин при температуре
150 - 160 °С производят вулканизацию кусочков резины. После вулканизации
гипс разбивают и удаляют из опоки. Эталон извлекают и тщательно очищают.
Резиновую пресс-форму тоже очищают, посыпают тальком и снова укладывают
в нее эталон. Затем опоку устанавливают так, чтобы готовая резиновая пресс-форма
находилась внизу, а пространство, занятое до этого гипсом, заполняют кусочками
сырой резины. Опоки вновь устанавливают на вулканизационный пресс для вулканизации
резины второй части пресс-формы. После этого эталон отделяют от резиновой
пресс-формы и прорезают в ней литниковый канал.
Процесс изготовления разрезных пресс-форм
Эталон модели помещают между двумя резиновыми пластинами соответствующей
толщины, затем производят их вулканизацию под прессом, во время которой
эталон вдавливается в разогретую, размягченную резиновую массу. Для отделения
эталона пресс-форму необходимо разрезать, что является недостатком этого
метода. Восковую модель получают путем заливки резиновых пресс-форм воском
в инжекционной установке. Перед запрессовкой пресс-форму тщательно очищают
и смазывают эвкалиптовым маслом или водно-глицериновым раствором. Запрессовку
модельного состава (воска) в пресс-форму производят при температуре 60 -
85 °С и давлении 2 - 15 Па. После запрессовки пресс-форму в течение 1 -
1,5 мин охлаждают в холодильнике. Готовые модели напаивают в виде елочки
вокруг воскового стояка. "Елки" из воска ставят на резиновое основание.
Сборный модельный блок обезжиривают в спирте или четыреххлористом углероде
и просушивают в естественных условиях. Для обезжиривания можно использовать
и мыльный раствор, промыв затем блок в холодной воде и обсушив его в естественных
условиях. Последнее время, для материалов модели используют парафин с добавкой
5 полиэтилена при температуре 80° под давлением.
Литейные формы
Литейные формы изготовляют из огнеупорной формовочной смеси на вибровакуумной
установке. Операцию выполняют в таком порядке: раствор из формовочной смеси
и дистиллированной воды (0,3 - 0,4 л на 1 кг смеси) тщательно перемешивают,
а затем для удаления воздуха вакуумируют в течение 2 - 3 мин при давлении
не более 0,075 Па; одновременно в металлические опоки устанавливают модельные
блоки.
Опоки затем помещают в установку, заливают формовочной смесью и вакуумируют
2 - 3 мин при давлении не выше 0,075 Па .
Через 40 - 60 мин, когда формовочная смесь затвердеет, с опок снимают резиновые
уплотнители, а формовочную смесь подрезают на торцах литейной формы; поместив
затем литейную форму в сушильный шкаф и выдержав ее там в течение 1 - 3
ч при температуре 90 - 100 °С, выплавляют модельный состав. Воск обычно
собирают в поддон из нержавейки, помещенный на дно муфельной печи , поддон
вынимают, воск используют повторно.
После выплавления модельного состава литейные формы прокаливают в прокалочных
печах по особым режимам: нагрев от 20 до 150 °С в течение 0,5 ч, выдержка
при температуре 150 °С в продолжение 3 ч; нагрев от 300 до 700 °С в течение
3 ч, выдержка при температуре 750 °С в течение 3 ч.
Отливкa
Отливки получают следующим образом: прокаленные литейные формы заливают
расплавленным металлом на установках для центробежного литья или установках
"Вакуум-металл".
Температура заливки для сплавов СрМ 875, СрМ 916, ЗлСрМ585-80, ЗлСр750-150
- 400...580 °С, а для сплава ЗлМНЦ-750 - 500...600 °С.
Литейные формы, залитые сплавами золота и серебра, охлаждают в воде, а залитые
сплавом ЗлМНЦ - в естественных условиях. После охлаждения отливки выбивают
из литниковых форм, очищают от формовочной смеси , а затем отбеливают.
