Модельная оснастка для изготовления литейных форм

Модели и требования, предъявляемые к ним

Моделью называют приспособление для получения в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам тливаемого изделия. Модель должна удовлетворять следующим |ребованиям.

1. Модель должна быть прочной, не должна разрушаться, изменять свои размеры и форму при уплотнении вокруг нее
в опоке формовочной смеси.

2. Модель должна быть такой, чтобы формовщик мог свободно извлекать ее из формы, не повредив стенок последней. Для этого модель должна иметь боковые стенки с уклонами. Такие уклоны пенок модели называют формовочными уклонами. Величина фор­мовочных уклонов зависит от материала модели, высоты ее стенок и способов формовки. Внутренние стенки моделей должны иметь большие уклоны, чем наружные, у деревянных моделей они больше, чем у металлических, при ручной формовке больше, чем при машинной.

3. Модели художественных отливок должны иметь хорошо обработанную, плотную поверхность. Впротивном случае модель при ее извлечении из формы может разрушить стенки формы.

 

4. Художественные изделия обычно сложны по своей форме,  поэтому их модели должны быть сделаны так, чтобы обеспечивать простоту и легкость процесса изготовления по ним литейных форм.
В местах, наиболее трудных для формовки, модели должны иметь разъемы, отъемные части, а для пустотелых отливок — соответ­ ствующие знаки для крепления стержней.

5. Модель художественной отливки должна быть легкой, по­этому модели крупных отливок, для уменьшения их массы, делают пустотелыми. Легкая, правильно изготовленная модель гаранти­рует хорошее качество изготовляемых по ней форм и отливок, способствует увеличению производительности труда формовщика.

6. Модель должна иметь такие размеры, чтобы отлитые по ней изделия соответствовали заданным размерам. Дело в том, что при охлаждении залитого в форму металла происходит умень­шение его объема, а следовательно, и линейных размеров отливки, т. е. происходит усадка отливки. В результате усадки размеры отливки получаются меньше размеров модели. Следовательно, размеры модели должны быть больше размеров отливки на столько, на сколько уменьшатся размеры отливки при охлаждении. Такое увеличение размеров модели против размеров отливки называют
припуском на усадку.

Если отливки художественных изделий подвергают механиче­ской обработке, то их размеры при этом уменьшают еще и на тол­щину слоя снимаемого с них металла. Поэтому для получения изделия заданных размеров после механической обработки необ­ходимо, чтобы отливка, а значит, и модель имели припуск на обработку.

Таким образом, размеры модели должны быть больше разме­ров готового изделия на величины припусков на усадку и об­работку.

7. Деревянные модели должны быть окрашены, слой краски на модели предохраняет ее от воздействия влаги, улучшает каче­ство поверхности.

8. Модели следует изготовлять из наиболее дешевых в данных условиях материалов и с наименьшим расходом последних.
 

Виды моделей

В зависимости от сложности и способа изготовления литейной формы модели художественных и архитектурных отливок могут быть неразъемными, разъемными, с отъёмными частями и зна­ками для пустотелых отливок.

Неразъемные модели. В производстве встречаются художе­ственные отливки, на поверхности которых нет сложных высту­пов и больших углублений, затрудняющих извлечение их моде­лей из форм. Такие модели по своей форме представляют собой точные копии отливаемых изделий и называются неразъем­ными.

 

Разъемные модели. Модели более сложных отливок, боковые стенки которых имеют наклоны в разных направлениях, нельзя извлечь из формы, не повредив ее стенки. Поэтому модели таких отливок делают разъемными, линия их разъема должна прохо­дить в плоскости разъема формы. В этом случае части модели извле­кают из формы отдельно: одну — из верхней полуформы, другую— из нижней. Части разъемной модели при формовке соединяют между собой шипами. Обычно шипы укрепляют на плоскости разъема верхней половины модели, в нижней половине (соответ­ственно размерам и расположению шипов верхней) делают гнезда. Шипы должны входить в гнезда так, чтобы части модели не могли смещаться одна относительно другой. Смещение частей модели влечет за собой брак отливки — перекос. Такой брак часто встре­чается у крупных архитектурных отливок (решеток, колонн, по­ручней, балясин), когда шипы, как и саму модель, делают дере­вянными. Для предупреждения подобного недостатка в моделях крупных отливок соединительные шипы и гнезда лучше делать металлическими.

Модели с отъемными частями. На практике часто встречаются отливки, у которых выступающие части расположены так, что они мешают свободному извлечению модели из формы. Для удоб­ства изготовления литейной формы выступающие на боковой поверхности модели части делают отъемными, а модели в целом называют моделями с отъемными частями.  Отъемные части на модели делают так, чтобы при извлечении модели из формы или снятии формы с нее отъем­ные части могли оставаться в форме. Затем их извлекают из формы, используя освободившееся от моделей пространство в полости формы.

Существуют следующие способы крепления отъемных частей на модели: шпильками, винтами или шипами в виде «ласточкина хвоста».
 

В отличие от модели массивной отливки эта модель с торцов имеет специальные выступы, необ­ходимые для образования в форме гнезд—знаков, куда встав­ляется песчаный стержень, образующий внутреннюю полость отливки.

Число знаков и их расположение на модели для пустотелой отливки зависит от конфигурации ее полости. Когда полость в отливке имеет выход с двух сторон (втулки, трубы, колонны и т. д.), знаки на модели делают также с двух сторон. Если по­лость в отливке выходит с одной стороны, соответственно и знак на модели делают с одной стороны. Форма и размеры знаков на модели должны соответствовать форме и размерам знаков стержня, вставляемого в форму, с небольшим зазором для удобства его установки.

В отливке художественных изделий типа бюстов и статуэток внутренние полости часто не имеют выхода на поверхность (глу­хие полости). Поэтому знаки на таких моделях нельзя делать большими, так как это приводит к разрушению поверхности от­ливки. На моделях отливок с глухими полостями диаметр знаков делают равным диаметру каркаса стержня.

 

Материалы для изготовления моделей

Деревянные модели. Для изготовления таких моделей исполь­зуют древесину следующих пород деревьев: сосны, березы, бука, груши, ореха. Сосна вследствие значительного содержания в ней смолистых веществ мало впитывает влагу и меньше подвержена короблению, поэтому ее применяют в основном для моделей крупных архитектурных отливок, не имеющих на поверхности тонких украшений. Такие модели в процессе формовки продолжи­тельное время находятся в сырой формовочной смеси, больше подвержены воздействию влаги, чем модели малых размеров. Модели, при изготовлении которых требуется их обработка на токарных станках, чаще всего делают из березы, так как она обладает большой прочностью, легко обрабатывается на станке. Деревянные модели от продолжительного соприкосновения с сырой формовочной смесью разбухают, а при высыхании коробятся и трескаются. При формовке их острые кромки быстро изнаши­ваются, теряют четкость формы, на поверхности появляются вмятины, и модель становится непригодной для дальнейшей ра­боты. Особенно быстро изнашиваются модели с резной поверх­ностью, мелкими выступами и с незначительной толщиной стенок. Такие модели при многократном использовании требуют частого ремонта или замены новыми. Изготовление нескольких деревян­ных моделей повышает стоимость отливок, поэтому при массовом производстве применение деревянных моделей невыгодно.

Металлические модели. При изготовлении большого числа литейных форм удобнее и выгоднее применять металлические модели, которые изготовляют из чугуна, бронзы, латуни, алюми­ниевых сплавов. Металлические модели по сравнению с деревян­ными имеют ряд преимуществ: не коробятся, хорошо сохраняют свою форму, имеют прочную, чистую поверхность и значительно большую долговечность.

Металлические модели гарантируют длительное сохранение воплощенного в них оригинала художественного произведения. Например, известный Каслинский завод художественного литья на Урале располагает металлическими моделями, изготовленными более 80 лет назад,

Чугунные модели. Чугун является дешевым и в то же время достаточно прочным материалом, поэтому чугунные модели нашли широкое применение. Из чугуна изготовляют боль­шие простые модели, не имеющие на поверхности мелких высту­пов (модели садовых решеток, поручней, постаментов, колонн, скульптурных групп).

Применение чугуна для изготовления мелких со сложной поверхностью моделей художественных отливок ограничивается тем, что чугун хрупкий, поверхности сложных моделей, изготов­ляемых из него, быстро выкрашиваются. Кроме того, чугун подвержен коррозии и плохо паяется.

В настоящее время в практике литейных цехов известны способы обработки поверхностей моделей, позволяющие уменьшить влияние некоторых отрицательных факторов. Например, для уменьшения коррозии чугунные модели рекомендуется выдержи­вать в кислотной ванне в течение 10—15 ч с последующей про­мывкой в известковой воде, сушкой и тщательной протиркой. Для получения чистой и гладкой поверхности модели нагревают до 30—40 °С, натирают в три приема воском или олифой. После остывания поверхность модели зачищают мелкой шлифовальной шкуркой и протирают. Получить хорошую поверхность чугунной модели можно и путем трехкратного натирания ее густым щелоч­ным лаком и тщательной зачистки мелкой шлифовальной шкуркой после высыхания.

Латунные и бронзовые модели. Латунь и бронза являются лучшими материалами для изготовления мелких

и сложных моделей художественных отливок. Латунные и брон­зовые модели не ржавеют, хорошо воспринимают и сохраняют чеканку на их поверхности. Хорошо обработанные латунные и бронзовые модели имеют чистую, гладкую и плотную поверх­ность. В процессе формовки к поверхности таких моделей формо­вочная смесь не прилипает.

Модели хорошо вынимаются из формы, оставляя на ее стен­ках чистый и ясный отпечаток. Эта особенность бронзовых и ла­тунных моделей позволяет применять сложный способ изготовле­ния литейных форм — кусковую формовку. Кроме того, такие модели хорошо паяются, что дает возможность изготовлять из них сложные модели по частям и после окончательной их отделки собирать. Из латуни и бронзы обычно делают модели небольших ажурных и кабинетных отливок, а также модели, которые необ­ходимо хранить продолжительный срок.

Алюминиевые модели. Преимуществом моделей из алюминиевых сплавов по сравнению с другими металлическими моделями является их незначительная масса. Кроме того, алюми­ниевые модели, как и латунные, не ржавеют, поэтому их часто применяют в современном литейном производстве. К недостаткам алюминиевых моделей следует отнести меньшую, чем у моделей из чугуна, латуни и бронзы, твердость поверхности. Поэтому поверхность их быстро изнашивается, на ней остаются следы наколов формы вентиляционной иглой, а при кусковой формовке— следы подрезки кусков. Ремонтировать и восстанавливать алюми­ниевые модели трудно, так как алюминий плохо поддается пайке. Этот недостаток алюминиевых сплавов ограничивает возможности их широкого применения при изготовлении моделей художе­ственных отливок.

В производстве архитектурных отливок, имеющих по сравне­нию с кабинетными и статуарными менее сложную форму и по­верхность, применение алюминиевых моделей сокращает трудоем­кость процесса формовки. Твердость алюминиевых моделей повы­шается при изготовлении их из алюминия с примесью 6—7 % меди и 7—8 % цинка.

Гипсовые модели. Начальным этапом изготовления отливки художественного изделия является, как правило, лепка скульп­тором его оригинала. В качестве основного материала для изго­товления оригинала скульптуры используют пластилин, воск или глину. Эти материалы наиболее удобны при лепке.

Однако пластилин, воск и глина недостаточно прочны и не могут быть хорошим материалом для моделей. Поэтому оригиналы художественных отливок, используемые как модели, создают при формовке большие неудобства и часто разрушаются. В этом случае можно лишиться дорогостоящего оригинала, не получив отливки. Во избежание этого формовку по оригиналам выполняют в исключительных случаях и только высококвалифицированные мастера.

Значительно удобнее, если оригинал выполнен из гипса. Гипсовый оригинал прочнее, чем восковой и пластилиновый, он не оплавляется при повышенной температуре окружающей среды. Кроме того, он значительно легче. Прочность гипсового ориги­нала позволяет не только свободно его транспортировать, но и изготовлять по нему небольшое число литейных форм. Поэтому в производстве художественных литых изделий гипсовые ориги­налы часто используют как модели.

Преимущество гипсовых моделей в производстве художествен­ного литья заключается в том, что их можно быстро и легко изго­товить. Кроме того, они легки, имеют чистую и гладкую поверх­ность и по сравнению с другими видами моделей художественных отливок дешевы. Недостатки гипсовых моделей — малая по сравне­нию с металлическими моделями прочность, низкая твердость поверхности, что ограничивает их применение при кусковой формовке.

Восковые и парафино-стеариновые модели. Сложность изго­товления литейной формы художественной отливки заключается прежде всего в процессе удаления модели из формы. Если изго­товить модель сложной художественной отливки такой, чтобы при удалении ее из формы форму можно было не разбирать, то процесс изготовления литейной формы не представлял бы большой труд­ности. Такими моделями при производстве художественных от­ливок с давних пор являлись модели, изготовленные из воска. Восковая модель заформовывалась и не извлекалась из формы (для получения в ней полости), как обычная модель, а выплав­лялась в процессе нагрева при сушке формы. Такие модели полу­чили название выплавляемых моделей.

Применение восковых моделей упрощает процесс изготовления литейной формы для получения скульптур, улучшает качество поверхности отливки (нет швов, образующихся на отливках при кусковой формовке). Кроме того, сокращается процесс сборки отливки, так как скульптура отливается в, форме целиком.

К недостаткам восковых моделей скульптур относится высокая стоимость отливаемых по ним отливок из-за большой продолжи­тельности процесса изготовления литейной формы. Литейная форма, например, конной статуи Петра Первого изготовлялась по носковой модели в течение года, не считая времени изготовления самой модели. Поэтому такие восковые модели не нашли широкого применения. В серийном производстве кабинетных художественных
отливок применяют выплавляемые модели из парафино-стеарино- ) пых составов, изготовляемые в пресс-формах.

Пенополистироловые модели. В современных литейных цехах применяют модели, которые удаляются из формы путем плавления и газификации их при контакте с заливаемым металлом или вы­жигания при 350—400 °С. Газифицируемые модели изготовляют и пенополистирола, представляющего собой ячеистый пластик несообщающимися между собой ячейками, заполненными газом.

Такая структура образуется при вспенивании гранул полисти­рола.

Для изготовления моделей применяют пенополистирол двух видов: в виде гранул и блоков (пенопласт). Модели из гранул полистирола приготовляют путем вспенивания их в пресс-формах при нагревании до температуры 100 °С. Пенопласт хорошо обра­батывается на деревообрабатывающих станках, режется ножом, склеивается декстрином, столярным клеем, сваривается при 130— 150 °С. Такие свойства пенопласта позволяют изготовлять из него модели в несколько раз быстрее, чем из дерева.

Применение моделей из пенополистирола упрощает процесс изготовления литейной формы, сокращает расход металла на прибыли, увеличивает точность отливки в результате отсутствия разъема литейной формы и литейных уклонов на модели. Исполь­зование таких моделей позволяет получать из чугуна и цветных сплавов сложные и крупные отливки массой от нескольких кило­граммов до 30 т.

Пластмассовые модели. В современных условиях литейного производства для изготовления моделей широкое применение получили пластические массы. В качестве материалов для изго­товления пластмассовых моделей используют специальные со­ставы, называемые компаундами, состоящие из эпоксидной смолы, полиэтилен-полиамина, дибутилфталата с добавкой в качестве наполнителя маршаллита и опилок. Модели из пластмасс прочны, не коробятся, находясь во влажной среде, не разбухают, имеют чистую, гладкую поверхность, легко ремонтируются. В производ­стве художественного литья пластмассовые модели используют для отливки небольших изделий с гладкой поверхностью (по­стаменты, розетки, детали чернильных приборов и т. п.).