Литьё

Вакуумно-пленочная формовка

Вакуумно-плёночная формовка (V process) была изобретена в 1976 г. в Японии. СССР приобрёл у корпорации “Ниссо Иван Корп.” – фирма “Sinto-kogio LTD” Япония в 1981 году  Know-how (Секреты технологии, производственный опыт)  и линию для изготовления стального литья, с габаритами опок — 1500х1500х400/400 мм и производительностью — 20 форм/час, которую было решено разместить на Ворошиловградском (ныне г. Луганск, Украина) станкостроительном заводе им. В.И. Ленина.

 Горизонтальное непрерывное литьё

Первый патент по горизонтальному непрерывному литью был получен американцем Дж. Лайнингом в 1826 г. Предложенная им установка предназначалась для отливки свинцовых труб, и содержала в себе основные принципиальные черты схемы горизонтальной разливки. Мак-Элрой в 1881 г. получил патент на способ и устройство для производства труб из стали, феррохрома и цветных металлов. Из металлоприемника металл под давлением поршня подавался в кристаллизатор с дорном. Вытягивание заготовки осуществлялось валками. В 1914 г. Персон предложил способ и устройство для горизонтального непрерывного литья металлов, при котором водоохлаждаемый кристаллизатор совершал возвратно-поступательное движение относительно металлоприемника и заготовки. Этот патент не нашел применения, так как не был решен вопрос соединения кристаллизатора с металлоприемником. Не смотря на большое обилие довольно ранних патентов по непрерывному горизонтальному литью, первые промышленные установки появились лишь в 60 годах ХХ.

В настоящее время методом непрерывного горизонтального литья изготовляют сотни наименований заготовок различного профиля, в том числе круглые диаметром от 10—15 до 400 мм, квадратные, шестигранные, прямоугольные и многогранные заготовки с различным со­отношением размеров, трубы и втулки диаметром от 50 до 300 мм. Методом непрерывного литья отливают штанги, направляющие станков, корпуса подшипников, планки, плиты, заготовки для реек, шестерен, крышек, корпуса гидро- и пневмо-аппаратуры и ряд других деталей для многих отраслей промышленности. Такие заготовки изготовляют из чугуна, медных сплавов (бронзы, латуни), алюминиевых сплавов.

В настоящее время методом непрерывного горизонтального литья изготовляют сотни наименований заготовок различного профиля, в том числе круглые диаметром от 10—15 до 400 мм, квадратные, шестигранные, прямоугольные и многогранные заготовки с различным со­отношением размеров, трубы и втулки диаметром от 50 до 300 мм. Методом непрерывного литья отливают штанги, направляющие станков, корпуса подшипников, планки, плиты, заготовки для реек, шестерен, крышек, корпуса гидро- и пневмо-аппаратуры и ряд других деталей для многих отраслей промышленности. Такие заготовки изготовляют из чугуна, медных сплавов (бронзы, латуни), алюминиевых сплавов.

Схема кристаллизатора для горизонтального непрерывного литья

В стенке металлоприёмника устанавливают кристаллизатор, состоящий из водоохлаждаемой рубашки и графитовых вкладышей, а при необходимости получения отверстия в отливке — стержень с отверстиями для прохода расплава.  В начале процесса внутрь кристаллизатора вводят затравку-захват. Расплав, залитый в разогретый металлоприемник, заполняет водоохлаждаемый кристаллизатор, где начинает затвердевать в заготовку, наружный профиль которой соответствует геоме­трии кристаллизатора.  После выдержки металла, для формирования отливки в кристаллизаторе,  начинают извлекать ее из кристаллизатора за затравку-захват. С самого начала процесса литья: сначала затравка, а потом и сам слиток перемещаются при помощи тянущего устройства. Затем без остановки процесса литья слитки режутся на мерные отрезки при помощи летучей пилы, и при помощи кантователя отводятся в сторону. В случае литья проволочных заготовок они не режутся, а нматываются на катушки (бабины). Объём расплава в металлоприемнике периодически восполняется, таким обра­зом процесс литья протекает непре­рывно.

Металлоприемник фактически играет роль некристаллизующейся постоянно действующей прибы­ли, благодаря чему  конечный продукт характеризуется повышенными чистотой, плотностью, хорошим качеством поверхности и лучшими механическими свой­ствами.

Схема установки горизонтального непрерывного литья CALAMARI SRA

На литейных заводах стран СНГ можно встретить линии непрерывного горизонтального литья конструкции НИИСЛа (Научно-исследовательский институт специальных способов литья, г. Одесса), коротая включает агрегат кристаллизации, тянущую клеть, надрезное устройство и агрегат обломки. Линия также оборудована камерой охлаждения, укрытием и системой направляющих и прижимных роликов. Агрегат представляет собой канальный индукционный миксер, на передней стороне которого закрепляется кристаллизатор. Крышка миксера снабжена газовой горелкой для обогрева зеркала расплава. Для слива металла в миксере предусмотрены летка с жёлобом, а также механизм поворота. Кристаллизатор состоит из металлического водоохлаждаемого корпуса и графитового кристаллизатора. Применение индукционного миксера обес­печивает постоянство температуры металла, что существенно для процесса непре­рывного литья, особенно при получении заготовок сложного профиля и с малой площадью поперечного сечения. Смену кристаллизатора можно производить при работающем индукционном миксере. Все технологические операции в линии автоматизиро­ваны. Линия обслуживается двумя рабочими и предназначена для непрерывной работы. Начиная с 1994 года в итальянской компании CALAMARI SRA организовано производство машин непрерывной разливки цветных металлов, которые используются для производства прутка, труб, катанки, полосы и заготовок из меди, латунных сплавов, бронзы и драгоценных металлов.

Режимы вытяжки в промышленных установках преимущественно являются прерывистыми, т. е. вытягивание монотонно чередуется с остановкой. В началь­ный момент затвердевания заготовка стягивается с поверхности кристаллизатора и, передви­гаясь в процессе вытягивания, последовательно освобождает участок, протяжен­ность которого равна шагу вытягивания. На освобождающийся участок поверхности кристаллизатора по­ступают свежие порции расплава, и идет последовательный процесс наморажива­ния корочки — оболочки отливаемой заготовки. Одновременно с этим наращива­ется слой на передвигающейся заготовке. Во время остановки образовавшаяся по периметру корочка стыкуется с вытягиваемой заготовкой и при последующем цикле стягивается с кристаллизатора. Далее циклы непрерывного литья повторяются. На поверхности заготовок, получаемых непрерывным литьем, имеются харак­терные следы, являющиеся, следствием процесса прерывистого вытягивания. Расстояние между этими участками соответствует шагу вытягивания.

Выбор оптимальных параметров литья зависит от многих факторов: химиче­ского состава сплава, его жидкотекучести и температуры, допустимой скорости теплоотвода, площади поперечного сечения и соотношения размеров заготовки в сечении. В связи с этим в линиях непрерывного литья, предназначенных для производства различных по сечению заготовок из разных марок сплавов, преду­смотрен широкий диапазон настройки основных технологических параметров: продолжительность вытягивания 1—10 с; продолжительность остановки 2—20 о; скорость вытягивания 0,2—2,0 м/мин.

Производительность установок непрерывного литья определяется площадью и соотношением размеров поперечного сечения заготовки. С увеличением условного диаметра заготовки производительность по массе существенно возрастает. Низ­кая производительность при малых сечениях компенсируется применением много-ручьевых установок. Процесс затвердевания заготовок и формирования их структуры в значи­тельной мере предопределяется постоянным давлением расплава, находящегося в миксере-металлоприемнике, и большой скоростью теплоотвода. В соответствии с этим заготовки, полученные непрерывным литьем, не имеют дефектов, характер­ных для традиционных методов литья. Изломы характеризуются плотной структу­рой мелкокристаллического строения. При соблюдении параметров литья отсут­ствуют пористость, газовые раковины, засоры, шлаковые включения и другие литейные дефекты. Поверхность заготовок — гладкая, без пригара. Эти преиму­щества литья в сочетании с непрерывностью процесса позволяют достигать вы­хода годного литья более 90%, что недостижимо другими методами литья.

Высокое качество получаемых заготовок, уменьшенные припуски на механи­ческую обработку, существенное повышение выхода годного литья, возможность получения заготовок неограниченной протяженности, малые производственные площади, необходимые для установки оборудования, и степень автоматизации процесса при небольшом количестве обслуживающего персонала и хороших усло­виях труда являются основой для дальнейшего развития и расширения произ­водства заготовок прогрессивным методом непрерывного литья.

Кокильное литье

Кокильное литье подразумевает заполнение расплавом «кокиля» — многоразовой металлической литейной формы под действием гравитационных сил. В англоязычной технической литературе этот метод называется gravity die casting – гравитационное литье в кокиль или, другими словами, литье под давлением силы тяжести самого расплава, без какого-либо внешнего воздействия.

Достоинства способа

Металлический кокиль, по сравнению с песчано-глинистой формой, обладает более высокой теплопроводностью, теплоемкостью, прочностью, практически нулевой газотворностью и газопроницаемостью, что дает способу производства литья в кокиль ряд преимуществ перед литьем в ПГФ:

  • Металлические формы (кокили) используются многократно, в отличие от разовых песчано-глинистх форм, и при этом обеспечиваются большая чистота поверхности и более точные размеры литых заготовок
  • В 3—4 раза более высокая производительность труда
  • На 40—60% меньше трудоемкость изготовления отливок и последующая их механическая обработка
  • В связи с отсутствием ряда технологических операций (к примеру, приготовления, транспортировки и хранения формовочных смесей), литье в кокиль позволяет увеличить съем с 1-го кв. метра производственных площадей в 2-4 раза.
  • За счет высокой скорости затвердевания и кристаллизации отливок, материал отливок имеет более мелкую микроструктуру и более высокие механические свойства
  • Устраняется необходимость применения формовочных смесей и, следовательно, потребность в оборудовании для их приготовления, транспортировки и хранения, что резко уменьшает грузопотоки, сокращает площади производственных и складских помещений
  • Снижается брак отливок (по засорам, пригару, несоответствию размерам и другим видам) примерно на 30—40%
  • Лучше санитарно-гигиенические условия труда.

Недостатки способа

  • Высокая трудоемкость и стоимость изготовления кокилей
  • Увеличенная продолжительность подготовки производства
  • Ограниченная стойкость кокиля
  • Сложность получения тонкостенных отливок протяженной формы
  • Склонность к образованию отбела в отливках из чугуна
  • Образование внутренних напряжений в отливках, склонность к образованию трещин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструирование кокилей

Литье в кокиль применяют главным образом для несложных по конфигурации отливок, что облегчает изготовление металлической формы без резких переходов от толстых стенок к тонким, без выступающих частей, острых углов и кромок, углублений и поднутрений, препятствующих усадке и удалению отливки из формы. В зависимости от конфигурации литых заготовок, материала отливок и принятой технологии по конструктивному исполнению кокили можно классифицировать на следующие типы: неразъемные (вытряхные); разъемные — с горизонтальным разъемом, с несколькими разъемами, с вертикальным разъемом, со сложной плоскостью разъема.

Типы конструкций кокилей

Неразъемные (вытряхные) кокили чаще всего используют для производства стальных и чугунных отливок простой конфигурации. Такие формы достаточно жестки и устойчивы против коробления. Кокили с горизонтальным разъемом или с несколькими разъемами служат для производства стальных и чугунных отливок средней сложности. Кокили с вертикальным разъемом используют для производства отливок из из чугуна и цветных сплавов (поршней, плит, дисков, барабанов и т.д.). Для производства сложных отливок из чугуна и цветных сплавов используют коколи со сложной плоскостью разъема.

В зависимости от от способа охлаждения различают кокили с воздушным (естественным и принудительным) охлаждением, с жидкостным (водяным, маслянным) и комбинированным (водовоздушным) охлаждением. Рекомендуемые соотношения толщин стенок кокиля и отливок при проектировании кокилей приведены в табл. 1.

Таблица 1: Рекомендуемые соотношения толщин стенок кокиля и отливок

Толщина отливки, мм 10 15 30 50 >50
Толщина стенки кокиля, мм 25 30 40 60 60-80

Основные конструктивные элементы кокилей: формообразующие элементы (половины кокилей, нижние плиты, вставки, стержни); конструктивные элементы (выталкиватели, плиты выталкивателей, запирающие механизмы, системы нагрева и охлаждения кокиля, вентиляционные системы, центрирующие штыри и втулки.

Материалы для изготовления кокилей

В процессе эксплуатации  кокили подвергаются интенсивным знакопеременным температурным нагрузкам потому материалы, используемые для изготовления рабочих поверхностей кокилей, непосредственно соприкасающиеся с расплавленным металлом, должны хорошо противостоять термической усталости, обладать высокими механическими свойствами, претерпевать минимальные структурные превращения при температурах эксплуатации, обладать повышенной ростоустойчивостью и окалиностойкостью.

В качестве заготовок для рабочих поверхностей кокилей хорошо подходят детали из серого чугуна марок СЧ20, СЧ25 и высокопрочного чугуна марок ВЧ-45 и ВЧ-50, при этом, к микроструктуре металлической матрицы предъявляются дополнительные требования — она должна быть ферритно-перлитной и не содержать цементита. При изготовлении кокилей для крупных отливок используют углеродистые стали 15Л, 20Л, а также стали легированные хромом и молбденом, например 15ХМЛ, которые обладают высокой пластичностью и хорошо сопротивляются растрескиванию в процессе эксплуатации. Водоохлаждаемые кокили для мелких отливок из чугуна и алюминия иногда производят из алюминиевых сплавов АЛ9 и АЛ11, которые анодируют, в результате чего на их рабочей поверхности образуется тугоплавкая (tпл.=2273°К), износостойкая пленка окислов алюминия толщиной 0,4 мм. Вставки и другие ответственные детали выполняют из высоколегированных сталей 45Х14Н14В2М, 40Х10С2м; подвижные стержни — из сталей У7, У8, У10, 30 ХГСА.

Основные стадии техпроцесса

Технологический процесс изготовления отливок способом литья в кокиль включает следующие основные операции:

  • Подготовка кокилей (очистка, подогрев, нанесение на рабочие поверхности облицовки и краски)
  • Сборка кокилей (установка песчаных и металлических стержней, скрепление частей кокиля)
  • Заливка, разборка кокиля, извлечение отливок
  • Обрубка, очистка
  • Термическая обработка
  • Грунтовка

Высокая интенсивность охлаждения расплава при литье в кокиль, затрудняет заполнение формы металлом, ускоряет охлаждение его в кокиле. Для снижения интенсивности теплообмена между рабочей поверхностью кокиля и расплавом, на рабочую поверхность  наносят теплоизоляционное покрытие, обычно: слой огнеупорной облицовки (один раз в смену) и краску (после каждой заливки). Огнеупорное покрытие уменьшает скорость отвода тепла от расплава и отливки. Изменяя толщину наносимого покрытия, можно регулировать скорость отвода теплоты от различных месть отливки. Составы огнеупорных покрытий, рекомендуемые Ю.А. Степановым и др., приведены в табл. 2. Составы покрытий и красок, рекомендуемых для производства чугунного литья в кокиль, приведены в табл. 3.

Таблица 2: Составы огнеупорных покрытий (красок) кокилей

Назначение Состав Содержание, мас. % Коэф. теплопроводности, Вт/м·К
Для отливок из Al сплавов 1. Окись цинка
Асбест прокаленный (пудра)
Жидкое стекло
Вода
2. *Асбест прокаленный
Мел молотый
Жидкое стекло
Вода
15
5
3
77
8,7
17,5
3,5
70,3
0,41



0,27


Для отливок из Mg сплавов 3. Тальк
Борная кислота
Жидкое стекло
Вода
18
2,5
2,5
77
0,39
Для отливок из чугуна 4. Пылевидный кварц
Жидкое стекло
Вода
5. *Молотый шамот
Жидкое стекло
Вода
Марганцевокислый калий
10-15
3-5
87-80
40
6
54
0,05% (сверх 100%)
0,58


0,25


Для отливок из стали Огнеупорная составляющая (циркон, карборунд, окись хрома)
Жидкое стекло
Борная кислота
Вода
30-40
5-9
0,7-0,8
Остальное до плотности 1,1-1,2 г/см3
0,3

* Составы применяют для покрытия поверхности литниковых каналов и выпаров

Таблица 3: Состав покрытий и красок для кокилей (массовая доля, %)

Наименование материала Номер состава
покрытия краски
1 2 3 4 1 2 3 4
Сажа ТМ-15 15 10 4
Огнеупорная глина 15* 2 4
Тальк молотый 23
Кварц молотый пылевидный 10-15
Шамот молотый 40
Крепитель 4ГУ 100
Копоть ацетиленовая 100
Калий марганцевокислый (сверх 100%) 0,05 0,05
Бура (сверх 100%) 1,2
Жидкое стекло, плотность 1,43-1,52, модуль 2,4-3,0 7 4 6 3-5 8
Смачиватель ОП-7 или ОП-10 0,5 0,5
Вода 62,5 71 54 87-80 89,5 84

* В виде 20%-ного раствора в воде

Кокильные машины

Производство литья в кокиль является малооперационным процессом, основные операции: раскрытие кокиля, извлечение стержней из отливки, очистка рабочих поверхностей, нанесение огнеупорного покрытия, простановка стержней запирание кокиля, заливка металла выполняются кокильными машинами, которые можно классифицировать на универсальные: одно, двух и трех позиционные, карусельные: 4 — 6 — 8 — 12 — 16 позиционные и специальные: 2-х, 3-х позиционные и карусельные. В крупносерийном и массовом производстве в настоящее время широко используются автоматические кокильные линии, которые включают однопозиционные автоматические машины или автоматизированные кокильные рабочие ячейки. Использование роботов позволяет свести участие человека в производстве литья в кокиль, только к транспортировке готового металла к раздаточной печи автоматизированной кокильной ячейки.

Литье в облицованный кокиль

Литьё в облицованный кокиль используют обычно при массовом производстве отливок. Данный способ сочетает достоинства способов литья в кокиль и оболочковые формы, но позволяет получать, по сравнению с ними, более крупные и сложные отливки, повышенной точности и плотности материала отливки; повысить длительность эксплуатации кокиля; снизить припуски на механическую обработку, а зачастую и уйти от неё; избежать «отбела» при производстве отливок из чугуна. Облицованный кокиль состоит из внутреннего (рабочего) песчаного слоя разового использования (оболочки) и наружного металлического слоя многоразового использования (кокиля). Оболочка на кокиль наносится путём заполнения песчаной смесью зазора между рабочими поверхностями модели и кокиля. В качестве облицовочных смесей используются формовочные твердеющие смеси повышенной текучести, главным образом, смеси на термореактивном фенолоформальдегидном связующем. Твердеет такая смесь за счёт нагретых модели и кокиля. Технологический процесс включает следующие стадии:  нагрев модели и кокиля; нанесения на модель разделительного состава, предотвращающего прилипание облицовки к модели; установку кокиля на модельную плиту с моделью;  вдувание смеси;  её отвердевание; съём облицованного кокиля с модели; сборку и заливку кокиля; охлаждение отливки в форме; разборку кокиля и извлечение из него отливки; очистку кокиля от остатков частично выгоревшей облицовки и, наконец, охлаждение кокиля до температуры, необходимой для очередного нанесения облицовки. Облицовка из песчано-смоляной смеси на кокиль наносится пескодувной головкой, снабжённой механически или пневматически управляемыми соплами. Сопла позволяют запереть полость головки до истечения смеси и поднять в ней давление до определённого значения, чем обеспечивается начало истечения смеси из головки при максимальном для данного цикла давлении. При достаточном сечении воздухопроводов, подводящих воздух к пескодувной головке, процесс истечения заканчивается при давлении, близком к начальному. Управляемые сопла позволяют осуществить вдувание смеси без сброса давления в головке.

Литье в оболочковые формы (Shell Moulding)

Изготовление отливок методом литья в оболочковые формы (Shell Moulding) базируется на способности синтетических смол необратимо затвердевать при нагревании. Процесс был разработан и запатентован И. Кронингом в Германии во время Второй мировой войны, потому его иногда называют Croning process. Он позволяет получать высококачественные  отливки с превосходными: размерной точностью (по ISO-IT 12…14 квалитет) и качеством поверхности отливки (Rz =80…40 мкм), из широкой гаммы черных и цветных сплавов и по более низкой цене, чем при литье по выплавляемым моделям. Обычно в оболочковых формах изготавливают сложные тонкостенные отливки развесом от  0,2 до 100 кг, с толщиной стенки 3…15 мм. Оболочковая форма состоит из двух полуформ, соединенных между собой скобами или путем склеивания. Технология изготовление оболочковых полуформ из песчано-смоляных смесей на основе сыпучих термореактивных смол (пульверакелита) заключается в нанесении термореактивной смеси на покрытую разделительным составом металлическую модельную плиту, предварительно разогретую до 220-280°С, одним из следующих способов:

  • методом свободной засыпки смеси из поворотного или стационарного бункера;
  • методом засыпки с вибрацией (время: 2-5 с, частота: 2500-3000Гц);
  • методом засыпки с допрессовкой;
  • пескодувным методом.

Указанные методы различаются, по сути, лишь приемами нанесения песчано-смоляной смеси на модельную оснастку. Бункерный способ обычно применяют в мелкосерийном и серийном производстве,  в крупносерийном и массовом производстве обычно используют пескодувные машины. Входящий в состав смеси пульвербакелит, нагреваясь на модельной плите, расплавляется и спекается, образуя оболочку толщиной 8-20 мм (в зависимости от времени выдержки – 20-50 с). В дальнейшем, модельная плита с оболочкой поступает в печь с температурой 300-350°С для окончательного (необратимого) отверждения в течение 1-2 мин. На следующей стадии процесса оболочковую полуформу снимают с модельной плиты с помощью толкателей. Аналогичным образом получают вторую полуформу. Полуформы склеивают или соединяют скобами (зажимами), полученная оболочковая форма готова к заливке. В мировой практике широкое применение получил бункерный способ формообразования оболочки, основанный на использовании поворотного бункера, для свободной засыпки формовочной смесью металлической модельной плиты. Чуть ниже на этой странице, мы приводим учебный фильм повествующий о данной технологии, отснятый в одном из европейских университетов. К сожалению повествование идет на испанском языке. Потому небольшой комментарий перед просмотром. Технологический процесс предусматривает следующие технологические операции:

  1. Заполнение поворотного бункера песчано-смоляной смесью.
  2. Нанесение разделительного состава на модельную плиту.
  3. Разогрев модельной плиты накатной печью до 200-250°С.
  4. Перемещение печи на позицию ожидания.
  5. Размещение разогретой модельной плиты сверху, на раме поворотного бункера, путем ее поворота на 180° в шарнире.
  6. При последующем повороте бункера на 180° осуществляется засыпка модельной плиты сухой смесью. Для формирования оболочки толщиной 5 — 15 мм плиту выдерживают под смесью в течение 15 — 20 с. Смола быстро плавится и затвердевает, образуя полутвердую оболочку.
  7. Бункер поворачивают назад на 180° (в исходную позицию).
  8. Крышка бункера — модельная плита, с находящейся на ней оболочковой полуформой, открывается, поворотом в шарнире на 180°.
  9. Накатная печь наезжает сверху на модельную плиту и оболочковую форму, нагревая последнюю до температуры 300 — 350°С в течение 1 — 3 мин. Для окончательного отверждения оболочки.
  10. Печь отъезжает на позицию ожидания.
  11. Твердую оболочковую полуформу снимают с модельной плиты толкателями, приводимыми в движение сквозь плиту механизмом съема.
  12. Перед сборкой полуформ, в нижнюю полуформу (при необходимости)  устанавливают стержни, на поверхность разъема наносят клей. Склеивают оболочки по на специальных многоштыревых прессах. Центрирование полуформ осуществляют по выступам и впадинам на разъеме, оформленных при изготовлении оболочек соответствующими элементами модельной оснастки.
  13. Заливают оболочковые формы в контейнерах с засыпкой сухим песком (возможно использование дроби для повышения прочности форм и ускорения отвода тепла при кристаллизации).

Литьё по выплавляемым моделям

Способ литья по выплавляемым моделям (Lost Wax Casting) позволяет получать отливки сложной конфигурации весом от нескольких грамм до десятков килограмм со стенками толщина, которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от Rz=20 мкм до  Ra=1,25 мкм. Данные особенности дают возможность получать литые заготовки деталей машин с минимальными припусками на механическую обработку, а в некоторых случаях полностью её исключить, а это, в свою очередь, позволяет использовать метод для изготовления отливок из высоколегированных труднообрабатываемых сплавов, которые используются в авиации, космонавтике, нефтегазовой промышленности. Сущность способа заключается в следующем: из легкоплавкого модельного состава (обычно состоящего из парафина, стеарина, бурого и торфяного воска, …) в разъемных пресс-формах изготавливают модель (или элемент модели) отливки и литниковую систему (обычно из вторички), которые с помощью паяльника собирают в блоки. Готовые блоки окунают в суспензию, для приготовления которой используют этилсиликат [Si(OC2H5)4] марки 32 или 40 (с содержанием 32 и 40% SiO2, соответственно), а в качестве растворителя при его гидролизе, используется этиловый спирт, наполнителем служит маршалит, микропорошки электрокорунда. Смоченые блоки подвергают обсыпу огнеупорным составом (обычно используют: маршалит, плавленный кварц, кварцевый песок, молотый шамот, циркон, электрокорунд, магнезит, …), который после протекания химического отверждения создает вокруг модели прочную оболочку. Обычно наносят от 5 до 11 слоев, в зависимости от конфигурации и габаритов отливки, каждый из которых состоит из огнеупорной суспензии, обсыпанной огнеупорным составом. Модельный состав из формы вытапливают с помощью горячей воды, пара или нагрева. Готовые оболочковые формы подвергают прокаливанию и заливают в горячем состоянии.

Литьё по газифицируемым моделям (Lost Foam)

Способ литья по газифицируемым моделям  (Lost Foam) был запатентован в 1958 г. американским архитектором Г. Шроером  и сразу же литейщики многих стран проявили  к нему повышенный интерес и начали пробовать в производстве отливок. Он получил в разных странах такие наименования: Lost Foam Process, ЛМГ-процесс «Policast», «ГАМОЛИВ» и т.д. Новый способ производства отливок перевернул устоявшиеся представления о требованиях к литейной форме. При том возник целый ряд вопросов, требующих немедленных ответов. Большинство этих вопросов были связаны с тем, что модели, изготовленные из легких пеноматериалов, не удалялись из формы после формовки. Они оставались в литейной форме и во время заливки газифицировались за счет тепла расплавленного металла, заливаемого в форму. Эта особенность содержала в себе целый ряд возможностей увеличить точность получаемых отливок. Прежде всего отпала необходимость в выполнении литейных уклонов и тем самым появилась возможность значительно уменьшить припуски на механическую обработку. Отсутствие операции извлечения модели из формы, сделало литейную форму неразъемной, что также внесло свою лепту в повышение точности получаемых отливок за счет устранения возможных сдвигов и перекосов отдельных частей формы по отношению друг к другу.

ЛГМ-процесс позволяет также (за редким исключением) выполнить внутреннюю конфигурацию отливки полностью в модели, исключая использование стержней. Это также повышает точность отливок. Кроме того упрощает процесс формовки, исключает затраты на изготовление стержней, подготовку материалов для их изготовления, транспортировку, улучшает экологию за счет исключения из употребления вредных связующих и т.д. И в конце концов,  значительно сокращает цикл производства литья и его себестоимость. Свойства пенополистирола, из которого изготавливается в настоящее время подавляющее большинство моделей  для ЛГМ-процесса позволяют производить сборку моделей, состоящих из нескольких частей, и сборку моделей в модельные блоки путем термосклейки, сборки методом «шип-паз» с использованием клеев и без них. Это значительно расширяет возможности технолога по конструированию литниковой системы,  и подводу металла в наиболее благоприятное место без привязки к разъему формы. Неразъемная литейная форма позволяет также расположить модели наиболее рациональным способом по всему объему литейного контейнера или расположить в контейнере  несколько модельный блоков, значительно повысив коэффициент выхода годного в некоторых случаях до 80-85%!

При освоении нового способа изготовления отливок  изменилось также представление о требованиях к формовочному материалу – появилась возможность использовать сыпучие несвязанные материалы, такие как: сухой кварцевый песок без связующих материалов, колотую стальную и чугунную дробь и т.д. Процесс формовки при этом значительно упростился и сократился. Изготовление литейной формы уже не требует такого квалифицированного труда литейщика, как при литье в песчано-глинистые формы. Отпадают необходимость в использовании различных смол и крепителей, отпадает операция подготовки формовочной смеси и её регенерации. Сокращаются затраты на материалы и их транспортировку, уменьшаются производственные площади , снижается себестоимость литья. Формовочный песок, как правило, находится в обороте и понятие «расход формовочных материалов на 1 т годного литья» сводится исключительно к понятию «безвозвратные потери песка» — включающие в себя потери при формовке, транспортировке, выбивке и регенерации песка и в общем не превышающие 50-60 кг на 1 т литья.

Использование в технологическом процессе литья по газифицируемым моделям всего 4-х материалов (пенополистирол — для изготовления моделей, кварцевый песок — как формовочный материал, противопригарное покрытие, плиэтиленовая пленка — для вакуумирования контейнеров) и недорогого оборудования и оснастки, сокращение и упрощение технологических операций, возможность комплексной механизации и автоматизации технологического процесса сделали привлекательной новую технологию для внедрения её на предприятиях различной мощности. Начиная с 1962 г. В печати появляются сведения об изготовлении новым способом крупных единичных отливок из черных металлов массой до 12 т.  И уже в 1965 г. в Соединенных Штатах Америки, ФРГ, Франции и Японии было произведено более 40 000 т отливок  с исполльзованием газифицируемых моделей. Наряду с расширением производства единичных отливок различные фирмы проводят исследования по применению ЛГМ-процесса для серийного производства отливок массой до 20 кг ответственного назначения, таких как: тормозные колодки железнодорожного транспорта, муфты, тройники, коленвалы, зубчатые колеса, коллекторы и т.д. из серого и высокопрочного чугуна. Первые же опыты по получению отливок по полистирольным моделям показали необходимость изучения особенностей этого процесса, создания теории литья по газифицируемым моделям и на ее основе разработки технологических основ процесса. Наличие пенополистироловой модели в форме во время заливки жидкого металла создает специфические условия в литейной форме, когда металл контактирует с продуктами газификации модели. Формирование поверхности отливки, геометрии и физико-математических свойств происходит в результате сложных процессов в системе металл — модель — форма. Для успешного освоения нового процесса необходимо было исследовать свойства пенополистирола, как материала для изготовления моделей, а также кинетику его фазовых превращений при его деструкции и влияние продуктов термического разрушения пенополистирола на свойства металла при заливке, кристаллизации и охлаждении; гидравлику литейной формы, заполненной пенополистиролом; структурно-механические и теплофизические свойства сыпучих формовочных материалов; разработать новый класс газопроницаемых противопригарных покрытий; создать оборудование для промышленного освоения процесса и обеспечить экологическую безопасность ЛГМ-процесса.