Fusió a la cera perduda: tecnologia, avantatges i inconvenients

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

L'ús de models d'inversió és un mètode força popular de producció de foneria. El mètode es distingeix per la complexitat del procés tecnològic i els elevats costos laborals dels processos preparatoris. Per tant, s'utilitza quan cal observar amb precisió les dimensions i garantir una alta qualitat de la superfície de les peces. Així és com es fan pales de turbina i eines d' alt rendiment, dentadures i joies, així com escultures de configuració complexa. L'essència de la fosa a la cera perduda és que el motlle per a la fosa és d'una sola peça, el model de materials de baixa fusió no s'elimina durant l'emmotllament, sinó que es fon. Això garanteix una observació acurada de les dimensions i el relleu. S'aboca metall a la cavitat que queda del model. Un cop finalitzat el refredament, el motlle es destrueix i s'elimina el producte. Quan feu sèries grans, el cost del producte es redueix.

Avantatges del mètode

El principal avantatge de la fosa d'inversió és la precisió de la transferència del motlle i la baixa rugositat superficial. A més, hi ha altres avantatges disponibles:

• Producció de peces d'aliatge lleugerament mecanitzades disponibles.
• Redueix la necessitat de mecanitzar més.
• Els productes es col·loquen que, d' altra manera, haurien de ser fets per parts i muntats junts.
• Amb sèries grans, s'aconsegueix una reducció de la intensitat laboral específica (per producte) i el seu cost.
• Possibilitat de mecanització i automatització parcial de les operacions preparatòries de la pròpia fosa.

Aquests avantatges fan que el mètode sigui un dels més populars i utilitzats en la metal·lúrgia actual, especialment en combinació amb els mètodes moderns de fosa progressiva.

Inconvenients del càsting d'inversió

Sembla que els indubtables avantatges del mètode haurien d'haver assegurat el seu domini entre altres mètodes. Tanmateix, malgrat la popularitat del mètode de fosa d'inversió, els desavantatges han impedit la seva adopció generalitzada. El principal desavantatge és la complexitat del procés de diverses etapes. Requereix un equip tecnològic força complex i car per a les etapes preparatòries. Per als productes senzills produïts en lots petits, aquest mètode té un cost més elevat.

Per a l'aplicació rendible de la fosa d'inversió, es comparen els avantatges i els inconvenients del mètode, la decisió sobrela seva elecció es fa sobre la base d'una avaluació de la relació preu/qualitat. Per tant, s'utilitza principalment per als productes més crítics i costosos que són difícils d'obtenir d'una altra manera, com ara pales de turbines, escultures, eines d' alta velocitat, etc. Un altre àmbit d'aplicació són les foses a gran escala, en que l'efecte d'escala permet aconseguir una reducció important dels costos.

Tecnologia

La tecnologia de fosa d'inversió és un procés de fabricació de diverses etapes que requereix relativament força de mà d'obra. En la primera etapa, es fa un model mestre, que es convertirà en l'estàndard per a la fabricació de models de treball després de passar per totes les etapes del producte final. Per a la producció d'un model mestre, s'utilitzen tant composicions de models especials com tradicionals: guix o fusta. El material del model mestre ha de combinar força i facilitat de processament.

A més, la tecnologia de fosa d'inversió preveu la creació d'un motlle en el qual es colaran tots els models de treball. Els motlles estan fets de guix, cautxú, silicona, menys sovint metall. Estructuralment, ha de ser necessàriament desmuntable i dissenyat per a un ús repetit. El motlle s'omple amb una composició de model, després d'haver endurit, es desmunta i es retira el següent model de treball.

Quan es produeixen peces úniques o tirades petites, es s alten les etapes de creació d'un disseny mestre i un motlle, i es fa un disseny (o diversos) modelant el material manualment.

El següent pas en el procés de càsting d'inversió ésfabricació al voltant de la disposició (o bloc de dissenys) del motlle de fosa. Aquestes matrius ja són estructuralment no separables i d'un sol ús, la qual cosa permet aconseguir una observació acurada de les dimensions i la rugositat del producte. A la indústria moderna, s'utilitzen dos tipus de motlles: motlles tradicionals de sorra i argila per a la fosa a terra i motlles de closca, per a la producció de peces precises i cares.

Un cop acabat el motlle, el model es fon a partir d'aquest escalfant o bufant amb vapor sobreescalfat. Les formes de closca també s'enforteixen escalfant fins a 1000 ˚С.

La fase final del procés inclou la colada pròpiament dita del producte, el seu refredament en condicions naturals o mitjançant un mètode especial en un termòstat, la destrucció del motlle i la neteja del producte. El mètode permet obtenir peces de fosa d' alta qualitat que pesen des de diversos grams fins a desenes de quilograms.

Alineacions de models

El material per a la producció de la maquetació ha de tenir certes propietats. Hauria de tenir propietats com:

• Plasticitat en fase sòlida. Cal repetir amb precisió la forma del futur producte i corregir-la si cal.
• Força. El model ha de suportar sense deformació el procés de formació d'una forma al seu voltant.
• Fusible. La representació d'un model no hauria de requerir gaire temps i energia.
• Fluidesa fosa. La composició hauria de penetrar fàcilment en tots els retrassos i detalls del relleu, repetint exactament els contorns del detall futur.
• Economia. Especialment important per a la producció de grans sèries.

Per a composicions model, s'acostuma a utilitzar una barreja d'estearina i parafina. Aquests materials es complementen amb èxit els paràmetres dels altres, compensant el punt de fusió insuficient de la parafina i la viscositat excessiva de l'estearina.

Les composicions a base de cera de lignit no són menys populars a la indústria. Les seves propietats principals són la resistència a la humitat, la resistència i la capacitat de formar recobriments molt llisos, que és especialment valuós per al modelatge de productes.

També s'utilitzen compostos que consisteixen en una barreja de cera de carbó marró, parafina i estearina.

Fabricació de motlles

Per a la producció de productes únics, es prepara un disseny retallant una peça de material model manualment o segons plantilles. També es fan models en forma de cossos de revolució als torns. Recentment, el mètode d'impressió 3D de models s'ha estès cada cop més. És adequat tant per a dissenys individuals com per a sèries petites.

El cost d'una impressora 3D industrial moderna és encara elevat, però a causa de la facilitat de reconfiguració d'un producte a un altre, pot convertir-se en una eina eficaç de creació de models en cas d'un gran nombre de comandes heterogènies de sèries petites.

Per fer un gran nombre de dissenys idèntics, es fa una matriu de guix, cautxú, silicona o metall. Els dissenys de treball es produeixen, al seu torn, mitjançant la fosa en una matriu. Per disseny, el motlle ha de ser plegable per garantir la possibilitat de fabricar un nombre determinat de models. El material seleccionat també hauria de proporcionar aquesta oportunitat, per tant, se li imposen requisits com la resistència, la densitat, la baixa rugositat i la inercia química en relació amb el disseny. La substància del motlle també ha de tenir una adherència mínima a la maqueta per garantir que les maquetes acabades es puguin treure fàcilment i que s'adhereixin a les dimensions. Una propietat important del motlle és la seva força i resistència al desgast, especialment per a sèries grans.

Fer models i blocs

Un mètode molt utilitzat per fabricar models d'inversió és colar-los a baixa pressió en motlles. La injecció de la mescla líquida es realitza tant manualment, mitjançant xeringues de pistons, com sobrealimentadors mecànics, hidràulics o pneumàtics. En el cas d'utilitzar cera de carbó marró, cal escalfar les canonades per subministrar la composició a causa de la seva alta viscositat. Els models de poliestirè expandit es fabriquen per extrusió en màquines d'emmotllament automàtiques.

Per augmentar l'eficiència econòmica i reduir la intensitat de la mà d'obra en el cas de la producció en sèrie de peces de fosa petites, els seus dissenys es combinen en blocs. Els sistemes de reixes es formen per sobre dels blocs connectant dissenys individuals als bebederos mitjançant un soldador manual. En el cas de foses individuals o sèries petites, els models es fan a mà.

Quan es formen sistemes de gating, cal assegurar un flux no turbulent de la fosa, un ompliment uniforme de tots els elements de la matriu. Quan ompliu un formulari de PGS, també heu de controlar l'ompliment uniforme de totsobertures entre bebederos i evitar danys.

Fent un motlle

En el mètode de fosa d'inversió que s'està considerant, hi ha dos tipus principals de motlles:

• Barres de sorra i argila (SGM).
• Shell.

Els motlles de fosa a la cera s'utilitzen principalment en la producció de petites sèries de productes que no requereixen una precisió molt alta. El procés de fabricació és força intensiu de mà d'obra i requereix habilitats elevades i sovint úniques dels modelistes i emmotlladors. La mecanització parcial només es presta a determinades operacions, com ara preparar i omplir la sorra d'emmotllament, el seu apisonat.

Els motlles de closca, en canvi, s'utilitzen per produir peces que requereixen una precisió de fabricació especial. El procés de fabricació és més complex i llarg, però es presta millor a la mecanització.

Càsting terrestre

Aquest és el mètode més antic de processament de metalls dominat per la humanitat. Va ser dominat pels nostres avantpassats simultàniament amb l'inici de l'ús de productes metàl·lics com a armes, eines o estris, és a dir, fa uns 5 mil anys. El metall fos s'aboca en una matriu preparada a partir d'una barreja de sorra i argila. Els primers llocs per al processament de metalls acaben de sorgir on els dipòsits de metalls en forma de pepitas i col·locadors es trobaven a prop. Un exemple típic és la planta de Kasli als Urals, mundialment famosa per la seva fosa d'encaix de ferro.

El mètode de fosa d'inversió s'utilitza per a la fabricació de productes metàl·lics, tant ferrosos comde colors. I només per als metalls que presenten una tendència augmentada a reaccionar en fase líquida (com el titani), cal fer matrius a partir d' altres composicions.

El procés de producció de fosa en PGS consta de les fases següents:

• fabricació de models;
• preparant el matràs;
• ompliment i compactació de la mescla al matràs;
• casting de metall;
• eliminació i neteja del càsting.

Formulari d'ASG - d'un sol ús. Per obtenir el producte acabat, s'haurà de trencar. Al mateix temps, la major part de la barreja està disponible per a la seva reutilització.

Com a materials per a ASG s'utilitzen composicions de sorres predominantment de quars de diferents mides de gra i argiles plàstiques, el contingut de les quals oscil·la entre el 3 i el 45 per cent. Així, per exemple, les peces de fosa d'art es produeixen amb una barreja amb un contingut d'argila del 10 al 20%, per a peces de fosa especialment grans, el contingut d'argila s'ajusta al 25%.

S'utilitzen dos subtipus:

• Barres enfrontades. Es troben a la superfície interior del motlle i interactuen amb el metall fos. Han de ser resistents a la calor, capaços de no ser destruïts per les diferències de temperatura i les tensions resultants. Aquestes mescles tenen un gra fi per transmetre amb cura els detalls de la superfície. La capacitat de la mescla de passar gasos també és molt important.
• Barres per farcir. S'utilitzen per farciment entre la capa de cara i les parets del matràs. Han de suportar el pes del metall abocat, conservar la forma del producte i contribuir a l'eliminació oportuna i completa dels gasos. Produït a partir de graus més econòmics de sorra,reutilitzable.

Si els gasos de colada no s'escapen a través de les masses de la sorra d'emmotllament, sinó a través del sistema d'obturació, es produeixen defectes a la fosa, donant lloc al matrimoni.

La tecnologia tradicional de fosa a terra s'il·lustra amb detall a la pel·lícula d'A. Tarkovsky "Andrei Rublev". Al conte "La campana", el jove Boriska, fill d'un mestre difunt, encapçala un artel de foneria i llança una campana d'església.

Casting de shell

El mètode de fosa d'inversió en motlles de closca es caracteritza per la millor transferència de les dimensions del producte i la baixa rugositat superficial. El model està fet de compostos fusibles, com la cera de carbó marró. Les foses també utilitzen àmpliament la composició de parafina-estearina en proporcions iguals. En el cas de peces de fosa de grans mides, s'inclouen sals en el material del model per protegir el model de la deformació. En submergir-se en la solució, el model es cobreix en 6-10 capes amb una suspensió d' alta temperatura.

Els silicats hidrolitzats actuen com a aglutinant, els cristalls d'electrocorindó o de quars es prenen com a aspersió resistent a la calor. Els materials de motlle de closca es caracteritzen per una alta resistència, una baixa higroscopicitat i una excel·lent permeabilitat als gasos.

El disseny s'asseca en una atmosfera d'amoníac gasós. En la següent etapa, el motlle s'escalfa a 120 ˚C per eliminar el model de parafina. Les restes de la mescla s'eliminen amb vapor sobreescalfat a alta pressió. A continuació, el motlle es calcina a temperatures de fins a 1000 ˚С, la qual cosa condueix a la seva fixació final i eliminació de substàncies,que es poden alliberar com a gasos durant el procés de colada.

La closca es col·loca en una mena de matràs, que es cobreix amb granalla d'acer. Això ajuda a mantenir la configuració a l'hora d'omplir el motlle amb fosa i alhora millora les condicions de refredament de la fosa. La massa fosa s'aboca en motlles escalfats a 1000 ˚С. Després de refredar el producte segons un programa especial en un termòstat, es destrueix el motlle, s'elimina la fosa i es neteja.

El principal avantatge d'aquest mètode de fosa és l' alta precisió dimensional i la baixa rugositat superficial.

Avantatges addicionals del mètode:

• Peces de fosa d'aliatges difícils de mecanitzar.
• Emeten elements que, d' altra manera, haurien de ser emesos a poc a poc i després tornar-los a reunir.

Els desavantatges d'aquest mètode de fosa d'inversió són la baixa utilització de metalls i l'augment de la intensitat laboral.

Fusió de precisió

Fundament d'inversió de precisió: aquest és el nom que es dóna tant a la tecnologia com al producte final en si. L' alta precisió de la fosa està assegurada pel fet que durant la preparació del motlle no cal extreure'n el model del producte. Quan s'utilitza el mètode tradicional, la producció d'una matriu de fosa és un procés de diverses etapes complex i que requereix molt de temps. Això és especialment cert en el cas de peces de fosa de configuració complexa, amb rebaixats, depressions i cavitats internes.

Per exemple, quan feu un gerro de ferro colat o coure amb una curvatura superficial variable, heu d'utilitzar molts trucs. Sí, primers'omple la meitat inferior del matràs, després s'elimina el model, es gira i s'empassa la meitat superior. El model ha de ser compost, les nanses del gerro estan fetes de dos elements, s'extreuen a través de la cavitat del model en dues etapes: primer l'element inferior, després l'element superior. Totes aquestes nombroses voltes i arrossegaments no poden tenir un efecte positiu en la integritat de la superfície del motlle i, en definitiva, en la precisió del manteniment de les dimensions de la fosa i la qualitat de la seva superfície. A més, hi ha el problema de fer coincidir amb precisió les parts dels flascons i connectar-los de manera segura entre ells.

La producció de fosa d'inversió no té aquestes deficiències, no requereix modelistes tan altament qualificats i redueix significativament la intensitat laboral de les operacions de prefosa. Això és especialment pronunciat amb grans sèries de càstings.

El mètode permet assolir la classe de precisió 2-5 segons GOST 26645-85. Això fa possible la colada de productes d' alta precisió, com ara pales de turbina, eines de tall, incloses freses i trepants d' alt rendiment, suports crítics d' alta càrrega, peces petites de vehicles amb càrrega elevada, màquines-eina i altres mecanismes complexos.

La gran precisió dimensional i l' alta classe de superfície minimitzen la necessitat de mecanitzar més la fosa, la qual cosa estalvia metall i redueix els costos de producció.

Equip

L'equip de fosa d'inversió necessari és variat i complex. Les empreses les combinen en un complex únic i ben coordinat,organitzat com a lloc, taller o producció independent.

La composició del complex depèn de l'escala de producció, mida, configuració i circulació de peces de fosa.

Així, en la producció de pròtesis dentals i joieria, l'equip inclourà:

• taula model;
• forn de mufla amb termòstat;
• un joc de bisturís i espàtules per corregir la forma del model;
• tauler de formació;
• flascó;
• tancs per emmagatzemar i preparar sorra de modelat;
• conjunt d'eines de pisador de sorra;
• gresol per fondre metall;
• forceps;
• martell per trencar el motlle.

Aquest complex de producció pot cabre fàcilment en una taula i en un armari. Si es preveu produir en massa, per exemple, peces de fosa d'alumini, peces d'un dispositiu, caldrà equipament per:

• formar i abocar motlles de ceràmica;
• formes d'assecat;
• font el material del model i aplicant una capa resistent a la calor;
• neteja de peces de fosa del material d'emmotllament.

I, finalment, l'equip propi del complex de foneria, dissenyat per obtenir una massa fosa i abocar-la en un motlle. Pot ser equip de llançament:

• a baixa pressió;
• centrífuga;
• de la manera habitual de gravetat.

Les màquines d'emmotllament per injecció i de fosa centrífuga són un sistema independent altament mecanitzat i automatitzatcomplex de producció, aïllat de l'atmosfera de la botiga. Minimitzen el treball manual i l'exposició humana a condicions nocives. Les cambres segellades on es troben els complexos proporcionen una captura i purificació completa dels gasos d'escapament, la qual cosa augmenta significativament el respecte al medi ambient de l'empresa.

La fosa a la cera perduda té un potencial de desenvolupament força elevat, especialment quan es combina amb tècniques avançades de fabricació de motlles i abocaments.