Проектирование и производство литых заготовок - часть 33

106

 

 

Рис. 4.5. Схема  процесса  изготовления  отливок  по  выплавляемым  

моделям. 

 
При  предварительной  очистке  и  отделении  отливок  оболочка  удаляется  с 

наружных  поверхностей  отливок,  но  она  прочно  удерживается  в  отверстиях  и 
поднутрениях. Остатки керамической оболочки, составляющей до 10% от пер-
воначального количества, удаляют при окончательной очистке. Для этого при-
меняют обычные механические методы, а также химическую очистку в щелоч-
ной среде. Стальные и чугунные отливки выщелачивают в 45…55% - ных вод-
ных  растворах 

NaOH

  или 

KOH

,  нагретых  до 150

0

С,  или  в  расплавах  щелочей 

при 500

0

С. Керамическая оболочка разрушается за счет взаимодействия 

SiO

2

  со 

щелочью,  образуя  силикаты  натрия  или  калия.  Для  интенсификации  процесса 
выщелачивание  совмещают  с  механической  очисткой  во  вращающихся  галто-
вочных барабанах. После выщелачивания отливки промывают в горячей воде, 

107

затем пассивируют в водном растворе соды и сушат. При необходимости очи-
щенные отливки подвергают термической обработке в печах с защитной атмо-
сферой.  Дальнейшую  финишную  обработку  отливок  осуществляют  методами 
механической обработки.  

Основными  компонентами  огнеупорной  суспензии  являются  жидкий  свя-

зующий  раствор  и  тугоплавкий  наполнитель.  В  качестве  связующего  исполь-
зуют гидролизированный раствор этилсиликата (ЭТС). Последний представляет 
собой  смесь  эфиров  кремниевых  кислот,  которые  описываются  общей  форму-
лой (

С

2

Н

5

О

)

2n+2

S

i

n

O

n+1

, где 

n

 = 1,2,3,… ЭТС и вода не растворяются, друг в дру-

ге, поэтому реакция гидролиза протекает на границе их раздела. Для ускорения 
гидролиза ЭТС и воду смешивают в быстроходных мешалках с целью диспер-
гирования ЭТС на мельчайшие капли и увеличения поверхности его раздела с 
водой, на которой протекает реакция гидролиза. При использовании спирта или 
ацетона,  в  которых  растворяются    и  ЭТС  и  вода,  реакция  гидролиза  идет  по 
всему объему, поэтому допустимо менее интенсивное перемешивание. Для ус-
корения гидролиза вводят катализатор 

HCl

. 

При гидролизе этоксильные группы

 C

2

H

5

O

 частично замещаются   гидро-

ксильными.  Этот  процесс  сопровождается  поликонденсацией – укреплением 
молекул. Сшивка более простых молекул в сложные с образованием линейных 
и сетчатых структур происходит через гидроксильные группы: 

 

- Si – O – H + H – O – Si - = - Si – O – Si - + H

2

0. 

 
При  гидролизе  малым  количеством  воды  связывающий  раствор  имеет 

свойства кремнийорганического полимера. Он отверждается в атмосфере влаж-
ного  аммиака;  при  этом  завершается  реакция  гидролиза,  этоксильные  группы 
полностью  замещаются  гидроксильными  с  образованием  поликремневых  ки-
слот n 

SiO

2

(

n

+1) 

H

2

О

. Рост этих молекул приводит к увеличению вязкости рас-

твора и образованию силикозоли. При высушивании и обжиге она сначала пре-
вращается в гель, а затем в твердый кремнезем 

SiO

2

. Выход 

SiO

2

 из исходного 

ЭТС марки 40 составляет 40%, а из связывающего раствора должно быть ниже 
12 – 16%. Поэтому  требуемую  концентрацию 

SiO

2

  получают  при  разбавлении 

связующего раствора в процессе гидролиза или после него органическими рас-
творителями (спиртом, ацетоном) или водой. 

С  увеличением  расхода  воды  на  гидролиз  возрастает  доля  этоксильных 

групп,  замещенных  гидроксильными  на  этапе  приготовления  связывающего 
раствора, поэтому при большом расходе воды сразу образуются золи кремние-
вых  кислот.  Такое  связующее  отличается  малой  живучестью,  оно  быстро  от-
верждается на воздухе при незначительной влажности. 

Огнеупорную  суспензию  готовят  двумя  способами.  По  первому  (раздель-

ному) способу вначале получают связывающий раствор, а затем в него добав-
ляют тугоплавкий наполнитель и перемешивают в течение 40…60 мин. По вто-
рому (совмещенному) способу связывающий раствор и суспензию готовят од-
новременно в одном реакторе. В качестве тугоплавкого наполнителя использу-

108

ют пылевидный кварц или электрокорунд. Их расход составляет  соответствен-
но 2,4…2,7 и 2,6…3 кг на 1 кг связывающего раствора.  

 

4.3.2. Технико-экономические показатели процесса ЛВМ 

Применение способа литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) обеспечива-

ет возможность изготовления из любых литейных сплавов фасонных отливок, в 
том  числе  сложных  по  конфигурации  и  тонкостенных,  с  шероховатостью  по-
верхности от 

R

z

=20 мкм до 

R

a

=1,25 мкм (ГОСТ 2789-73) и повышенной точно-

стью размеров (до 8-10-го квалитетов по ГОСТ 25347-82 или до 3 – 5 –го клас-
сов точности по ГОСТ 26645-85). 

С помощью ЛВМ получают отливки, максимально приближенные по фор-

ме и размерам к готовой детали, а в ряде случаев не нуждающиеся в обработке 
резанием.  В  результате  значительно  снижающихся  трудоемкости  и  стоимости 
изготовления изделий, сокращается расход металла и инструмента, потребность 
в  производственных  площадях,  станочном  оборудовании  и  приспособлениях, 
уменьшаются  энергоемкость  производства,  а  также  потребность  в  рабочих-
станочниках высокой квалификации. 

Применение ЛВМ позволяет проектировать сложные тонкостенные детали 

(с толщиной стенки 1 мм и меньше), объединять отдельные детали в компакт-
ные цельнолитые узлы, уменьшая массу и габаритные размеры изделий, созда-
вать  конструкции  (например,  охлаждаемые  лопатки  ГТД  со  сложными  лаби-
ринтными  полостями  газового  тракта),  невыполнимыми  какими-либо  другими 
методами обработки. 

Применение высокоогнеупорных и термостойких материалов для изготов-

ления  оболочек  форм,  пригодных  для  нагрева  до  температуры,  превышающей 
температуру  плавления  литейного  сплава,  и  быстрого  охлаждения  без  дефор-
мации  и  разрушения,  позволяет  эффективно  использовать  методы  направлен-
ной кристаллизации, получать высоко герметичные отливки массой до 300 кг, 
формировать  транскристаллическую  структуру  и  получать  монокристалличе-
ские  изделия. 

ЛВМ используют в различных отраслях машиностроения и приборострое-

ния, особенно в таких, как производство летательных аппаратов, автомобилей, 
сельскохозяйственных машин, электронных приборов, гидромашин, различных 
видов военной техники. Это определяется гибкостью технологии  ЛВМ, много-
численностью  вариантов.  Каждый  из  этих  вариантов  наиболее  эффективен  в 
определенных условиях производства, при разных его масштабах и требовани-
ях к качеству отливок.  

Основным требованием к технологии ЛВМ является получение отливок с 

минимальными затратами на их изготовление, включая последующую обработ-
ку резанием. Поэтому при принятии решения об изготовлении той или иной де-
тали литьем по выплавляемым моделям или при переводе на этот вид литья де-
талей,  ранее  изготавливающихся  из  поковок,  штамповок  или  проката,  необхо-
димо оценить технологичность отливки, т.е. возможность при минимальных за-

109

тратах изготовить отливку с высокими (заданными) показателями по точности, 
шероховатости и структурно-механическим свойствам. 

Точность  размеров  отливок  оценивают  обычно  по  отклонению  действи-

тельного размера от номинального, т.е. по полным полям рассеяния  размеров, 
зависящим от допусков на размеры полости пресс-форм, колебания усадки мо-
дельной композиции и расплава металла, свойств оболочки формы. 

Погрешности  подразделяют  на  систематические  и  случайные.  К  первым 

относятся  погрешности  изготовления  пресс-форм  (допуски  на  размеры  их  ра-
бочих  полостей  должны  соответствовать 8-10-му  квалитетам  по  ГОСТ 25347-
82),  ко  вторым  погрешности,  вызванные  колебаниями  усадки  модельных  ком-
позиций и металла отливки, объемными изменениями покрытия модели и обо-
лочки формы в процессе их изготовления и эксплуатации. Суммируя система-
тические и случайные погрешности, вычисляют полные поля рассеивания [24]. 

В  соответствии  с  ГОСТ 26645-85 для  ЛВМ  допуск  соответствует 3-8-му 

классам точности (табл. 4.13). 

Шероховатость поверхности отливок, изготовляемых ЛВМ, зависит от ше-

роховатости  поверхности  оснастки  и  моделей,  размеров  частиц  формообра-
зующих материалов, особенно используемых для изготовления первого (лице-
вого) слоя формы, способности жидкообразных формообразующих материалов 
смачивать огнеупорные частицы и поверхность моделей,   смачиваемости рас-
плавленным материалом  материала  формы против воздействия с раствором и 
его оксидами. Шероховатость согласно ГОСТ 26645-85 соответствует значени-
ям табл. 4.14. 

Степень  коробления  элементов  отливок  согласно  ГОСТ 26645-85 даны  в 

табл.. 3.13. Степень  точности  поверхностей  отливок  согласно  ГОСТ 26645-85 
определяют по табл. 4.15.  

Классы точности массы согласно ГОСТ 26645-85 определяют по табл. 4.16.  
При ЛВМ механические свойства частей отливок с достаточным питанием 

и направленным затвердеванием соответствуют данным, приведенным в ГОС-
Те; для более тонких частей отливок, затвердевание которых не происходит на-
правленно,  стандартные  значения  механических  свойств  необходимо  умень-
шить: 

σ

В

 на10…20%; 

δ

 на 15…25%; 

ψ

 на 20…30%. 

Отверстия диаметром до 6 мм можно получить без применения стержней 

лишь при их глубине до 12 мм.  

Припуски на обработку резанием приведены в табл. 4.17. 
Основными недостатками литья по выплавляемым моделям является низ-

кая производительность, высокая стоимость исходных материалов и сложность 
процесса, особенно при изготовлении крупных отливок. 

Стоимость 1 т.  отливок  (табл. 4.18) ЛВМ  в 5 раз  выше,  чем  при  литье  в 

песчано-глинистых формах.