Đúc sáp thất lạc: công nghệ, ưu nhược điểm

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Việc sử dụng mô hình đầu tư là một phương thức sản xuất xưởng đúc khá phổ biến. Phương pháp này được phân biệt bởi sự phức tạp của quá trình công nghệ và chi phí lao động cao cho các quá trình chuẩn bị. Vì vậy, nó được sử dụng ở những nơi cần quan sát chính xác kích thước và đảm bảo chất lượng cao của bề mặt các bộ phận. Đây là cách các cánh tuabin và các công cụ hiệu suất cao, răng giả và đồ trang sức được đúc, cũng như các tác phẩm điêu khắc có cấu hình phức tạp. Bản chất của đúc mất sáp là khuôn để đúc là một mảnh, mô hình vật liệu có độ nóng chảy thấp không bị loại bỏ trong quá trình đúc mà được nấu chảy. Điều này đảm bảo tuân thủ cẩn thận các kích thước và mức độ phù điêu. Kim loại được đổ vào khoang còn lại từ mô hình. Sau khi hoàn thành quá trình làm nguội, khuôn được phá hủy và sản phẩm được lấy ra. Khi đúc loạt lớn, giá thành của sản phẩm được giảm xuống.

Lợi ích của phương pháp

Ưu điểm chính của đúc đầu tư là độ chính xác của quá trình chuyển khuôn và độ nhám bề mặt thấp. Ngoài ra, còn có các quyền lợi khác:

• Sản xuất các bộ phận hợp kim được gia công nhẹ có sẵn.
• Giảm nhu cầu gia công thêm.
• Các sản phẩm được đúc mà nếu không sẽ phải làm thành các bộ phận và lắp ráp lại với nhau.
• Với loạt sản phẩm lớn, giảm cường độ lao động cụ thể (trên một sản phẩm) và giá thành của nó.
• Khả năng cơ giới hóa và tự động hóa một phần các hoạt động chuẩn bị của quá trình đúc.

Những ưu điểm này khiến phương pháp này trở thành một trong những phương pháp phổ biến và được sử dụng nhiều nhất trong ngành luyện kim ngày nay, đặc biệt là khi kết hợp với các phương pháp đúc tiên tiến hiện đại.

Nhược điểm của đầu tư casting

Những ưu điểm chắc chắn của phương pháp, có vẻ như, đã đảm bảo sự thống trị của nó so với các phương pháp khác. Tuy nhiên, bất chấp sự phổ biến của phương pháp đúc vốn đầu tư, những nhược điểm đã ngăn cản việc áp dụng rộng rãi của nó. Bất lợi chính là sự phức tạp của quá trình nhiều giai đoạn. Nó đòi hỏi thiết bị công nghệ khá phức tạp và đắt tiền cho các công đoạn chuẩn bị. Đối với các sản phẩm đơn giản được sản xuất theo lô nhỏ, phương pháp này có chi phí cao hơn.

Để áp dụng đúc đầu tư hiệu quả về chi phí, các ưu điểm và nhược điểm của phương pháp được so sánh, quyết định vềsự lựa chọn của nó được thực hiện trên cơ sở đánh giá tỷ lệ giá cả / chất lượng. Do đó, nó chủ yếu được sử dụng cho các sản phẩm quan trọng và đắt tiền nhất mà khó có được bằng bất kỳ cách nào khác, chẳng hạn như cánh tuabin, tác phẩm điêu khắc, công cụ tốc độ cao, v.v. Một lĩnh vực ứng dụng khác là đúc quy mô lớn, trong mà hiệu ứng quy mô giúp bạn có thể giảm chi phí đáng kể.

Công nghệ

Công nghệ đúc đầu tư là một quá trình sản xuất gồm nhiều giai đoạn, tương đối nhiều lao động. Ở giai đoạn đầu tiên, một mô hình tổng thể được tạo ra, nó sẽ trở thành tiêu chuẩn để sản xuất các mô hình làm việc sau khi trải qua tất cả các giai đoạn của sản phẩm cuối cùng. Để sản xuất mô hình tổng thể, cả hai chế phẩm mô hình đặc biệt và mô hình truyền thống - thạch cao hoặc gỗ - đều được sử dụng. Vật liệu của mô hình chính phải kết hợp sức mạnh và dễ xử lý.

Hơn nữa, công nghệ đúc đầu tư cung cấp cho việc tạo ra một khuôn để đúc tất cả các mô hình đang hoạt động. Khuôn được làm bằng thạch cao, cao su, silicone, ít thường là kim loại. Về mặt cấu trúc, nó nhất thiết phải có thể tháo rời và được thiết kế để sử dụng nhiều lần. Khuôn được đổ đầy thành phần mô hình, sau khi nó đã cứng lại, nó được tháo rời và mô hình làm việc tiếp theo được lấy ra.

Khi sản xuất các bộ phận độc đáo hoặc các hoạt động nhỏ, các giai đoạn tạo bố cục chính và khuôn mẫu sẽ bị bỏ qua và bố cục (hoặc một số) được thực hiện bằng cách đúc vật liệu theo cách thủ công.

Bước tiếp theo trong quá trình đúc vốn đầu tư làsản xuất xung quanh bố cục (hoặc khối bố cục) của khuôn đúc. Các chất nền này đã có cấu trúc không thể tách rời và dùng một lần, điều này giúp bạn có thể tuân thủ cẩn thận các kích thước và độ nhám của sản phẩm. Trong ngành công nghiệp hiện đại, hai loại khuôn được sử dụng - khuôn cát-đất sét truyền thống để đúc vào lòng đất và khuôn vỏ - để sản xuất các bộ phận chính xác và đắt tiền.

Sau khi hoàn thành khuôn, mô hình được nấu chảy từ khuôn bằng cách nung nóng hoặc thổi bằng hơi nước quá nhiệt. Hình thức vỏ được tăng cường thêm bằng cách gia nhiệt lên đến 1000 ˚С.

Giai đoạn cuối cùng của quy trình bao gồm đúc sản phẩm thực tế, làm nguội sản phẩm trong điều kiện tự nhiên hoặc bằng phương pháp đặc biệt trong máy điều nhiệt, phá hủy khuôn và làm sạch sản phẩm. Phương pháp này cho phép thu được vật đúc chất lượng cao có trọng lượng từ vài gam đến hàng chục kilôgam.

Đội hình mô hình

Vật liệu để sản xuất bố cục phải có một số thuộc tính nhất định. Nó phải có các thuộc tính như:

• Dẻo ở pha rắn. Cần phải lặp lại chính xác hình dạng của sản phẩm trong tương lai và chỉnh sửa nó nếu cần.
• Sức mạnh. Mô hình phải chịu được mà không bị biến dạng trong quá trình hình thành hình dạng xung quanh nó.
• Dễ chảy. Việc hiển thị một mô hình sẽ không đòi hỏi nhiều thời gian và năng lượng.
• Tính lỏng nóng chảy. Bố cục phải dễ dàng thâm nhập vào tất cả các hốc và chi tiết của bức phù điêu, lặp lại chính xác các đường viền của chi tiết trong tương lai.
• Kinh tế. Đặc biệt quan trọng đối với sản xuất loạt lớn.

Đối với các chế phẩm mô hình, hỗn hợp stearin và parafin thường được sử dụng. Các vật liệu này bổ sung thành công các thông số cho nhau, bù đắp cho điểm nóng chảy không đủ của parafin và độ nhớt quá mức của stearin.

Chế phẩm dựa trên sáp than non không kém phần phổ biến trong ngành. Các đặc tính chính của nó là chống ẩm, chịu lực và khả năng tạo thành các lớp phủ rất mịn, đặc biệt có giá trị trong việc tạo mẫu sản phẩm.

Hợp chất bao gồm hỗn hợp sáp than nâu, parafin và stearin cũng được sử dụng.

Tạo khuôn

Để sản xuất các sản phẩm độc đáo, bố cục được chuẩn bị bằng cách cắt một phần vật liệu mô hình theo cách thủ công hoặc theo các mẫu. Các mô hình ở dạng cơ thể của cuộc cách mạng cũng được thực hiện trên máy tiện. Thời gian gần đây, phương pháp in 3D mô hình ngày càng lan rộng. Nó phù hợp cho cả bố cục đơn lẻ và loạt bài nhỏ.

Giá thành của một máy in 3D công nghiệp hiện đại vẫn còn cao, nhưng do dễ dàng cấu hình lại từ sản phẩm này sang sản phẩm khác, nó có thể trở thành một công cụ tạo mô hình hiệu quả trong trường hợp đặt hàng loạt nhỏ không đồng nhất với số lượng lớn.

Để tạo ra một số lượng lớn các bố cục giống hệt nhau, một ma trận được làm bằng thạch cao, cao su, silicone hoặc kim loại. Lần lượt, các bố cục làm việc được tạo ra bằng cách đúc thành một ma trận. Theo thiết kế, khuôn phải có thể đóng mở để đảm bảo khả năng sản xuất một số mẫu nhất định. Vật liệu được chọn cũng phải mang lại cơ hội như vậy, do đó, các yêu cầu đó được đặt ra đối với nó như cường độ, mật độ, độ nhám thấp và độ trơ hóa học liên quan đến cách bố trí. Chất làm khuôn cũng phải có độ bám dính tối thiểu với mẫu để đảm bảo rằng các mẫu đã hoàn thành có thể dễ dàng tháo ra và các kích thước phù hợp. Một đặc tính quan trọng của khuôn là độ bền và khả năng chống mài mòn, đặc biệt là đối với loạt lớn.

Làm mô hình và khối

Một phương pháp sản xuất mô hình đầu tư được sử dụng rộng rãi là đúc chúng dưới áp suất thấp vào khuôn. Việc phun hỗn hợp chất lỏng được thực hiện bằng cả thủ công, sử dụng ống tiêm pít-tông và bộ tăng áp cơ khí, thủy lực hoặc khí nén. Trong trường hợp sử dụng sáp than nâu, cần phải gia nhiệt các đường ống cấp chế phẩm do nó có độ nhớt cao. Các mô hình polystyrene mở rộng được tạo ra bằng cách đùn trên máy đúc tự động.

Để tăng hiệu quả kinh tế và giảm cường độ lao động trong trường hợp sản xuất hàng loạt các vật đúc nhỏ, bố trí của chúng được kết hợp thành khối. Hệ thống nối được hình thành bên trên các khối bằng cách gắn các bố cục riêng lẻ vào các cành bằng cách sử dụng một mỏ hàn tay. Trong trường hợp đúc đơn hoặc loạt nhỏ, các mô hình được làm bằng tay.

Khi hình thành hệ thống gating, cần đảm bảo dòng chảy không hỗn loạn của quá trình tan chảy, lấp đầy đồng đều tất cả các phần tử của ma trận. Khi điền vào một biểu mẫu từ PGS, bạn cũng phải theo dõi sự điền đồng nhất của tất cảkhe hở giữa các cành và ngăn ngừa hư hỏng.

Tạo khuôn

Trong phương pháp đúc đầu tư đang được xem xét, có hai loại khuôn chính:

• Hỗn hợp cát-đất sét (SGM).
• Vỏ.

Khuôn đúc sáp có keo được sử dụng chủ yếu trong sản xuất các dòng sản phẩm nhỏ không yêu cầu độ chính xác quá cao. Quá trình sản xuất chúng khá tốn nhiều công sức và đòi hỏi kỹ năng cao và thường là độc nhất của người làm mô hình và thợ đúc. Cơ giới hóa một phần chỉ áp dụng cho một số hoạt động nhất định, chẳng hạn như chuẩn bị và đổ đầy cát đúc, xáo trộn.

Mặt khác,Khuôn vỏ được sử dụng để sản xuất các bộ phận yêu cầu độ chính xác sản xuất đặc biệt. Quá trình sản xuất của họ phức tạp và kéo dài hơn, nhưng nó cho phép cơ giới hóa tốt hơn.

Đúc nền

Đây là phương pháp gia công kim loại sớm nhất được loài người làm chủ. Nó đã được tổ tiên của chúng ta làm chủ đồng thời với việc bắt đầu sử dụng các sản phẩm kim loại làm vũ khí, công cụ hoặc đồ dùng, tức là khoảng 5 nghìn năm trước. Kim loại nóng chảy được đổ vào ma trận đã chuẩn bị từ hỗn hợp cát và đất sét. Những nơi đầu tiên để chế biến kim loại chỉ xuất hiện ở đó các mỏ kim loại ở dạng cốm và chất định hình nằm gần đó. Một ví dụ điển hình là Nhà máy Kasli ở Urals, nổi tiếng thế giới với nghề đúc ren bằng sắt.

Phương pháp đúc đầu tư được sử dụng để sản xuất các sản phẩm kim loại - cả sắt vàmàu sắc rực rỡ. Và chỉ đối với các kim loại có xu hướng tăng phản ứng trong pha lỏng (chẳng hạn như titan), cần phải tạo ma trận từ các chế phẩm khác.

Quy trình sản xuất đúc trong PGS bao gồm các giai đoạn sau:

• làm mẫu;
• chuẩn bị bình;
• đổ đầy và nén hỗn hợp trong bình;
• đúc kim loại;
• tháo và làm sạch khuôn đúc.

Mẫu từ ASG - sử dụng một lần. Để có được thành phẩm, nó sẽ phải được phá vỡ. Đồng thời, hầu hết hỗn hợp đều có sẵn để tái sử dụng.

Thành phần chủ yếu là cát thạch anh với nhiều kích cỡ hạt khác nhau và đất sét dẻo, hàm lượng trong đó từ 3 đến 45 phần trăm, được sử dụng làm vật liệu cho ASG. Vì vậy, ví dụ, đúc nghệ thuật được sản xuất bằng cách sử dụng hỗn hợp có hàm lượng đất sét 10-20%, đối với các vật đúc đặc biệt lớn, hàm lượng đất sét được điều chỉnh thành 25%.

Hai kiểu con được sử dụng:

• Hỗn hợp đắp mặt. Chúng nằm trên bề mặt bên trong của khuôn và tương tác với kim loại nóng chảy. Chúng phải chịu nhiệt, có khả năng không bị phá hủy do chênh lệch nhiệt độ và các ứng suất gây ra. Những hỗn hợp này có độ hạt mịn để chuyển tải một cách cẩn thận các chi tiết của bề mặt. Khả năng chuyển khí của hỗn hợp cũng rất đáng kể.
• Hỗn hợp làm đầy. Chúng được sử dụng để lấp đầy giữa lớp mặt và thành bình. Chúng phải chịu được trọng lượng của kim loại đổ vào, giữ được hình dạng của sản phẩm và góp phần loại bỏ khí kịp thời và đầy đủ. Được sản xuất từ các loại cát rẻ hơn,có thể tái sử dụng.

Nếu khí đúc không thoát ra qua khối lượng cát đúc mà qua hệ thống ống dẫn khí, các khuyết tật sẽ xảy ra trong quá trình đúc, dẫn đến kết hôn.

Công nghệ truyền thống đúc vào lòng đất được minh họa chi tiết trong bộ phim "Andrei Rublev" của A. Tarkovsky. Trong truyện ngắn "The Bell", chàng trai trẻ Boriska, con trai của một người chủ đã qua đời, đứng đầu một xưởng đúc và đúc một chiếc chuông nhà thờ.

Vỏ đúc

Phương pháp đúc đầu tư trong khuôn vỏ có đặc điểm là chuyển kích thước sản phẩm tốt nhất và độ nhám bề mặt thấp. Mô hình được làm từ các hợp chất dễ chảy, chẳng hạn như sáp than nâu. Các xưởng đúc cũng sử dụng rộng rãi thành phần parafin-stearin với tỷ lệ bằng nhau. Trong trường hợp vật đúc có kích thước lớn, muối được bao gồm trong vật liệu mô hình để bảo vệ mô hình không bị biến dạng. Bằng cách nhúng vào dung dịch, mô hình được bao phủ từ 6-10 lớp với chất huyền phù ở nhiệt độ cao.

Các silicat thủy phân hoạt động như một chất kết dính, các tinh thể điện tử hoặc thạch anh được sử dụng như một dạng rắc chịu nhiệt. Vật liệu khuôn vỏ được đặc trưng bởi độ bền cao, độ hút ẩm thấp và khả năng thấm khí tuyệt vời.

Bố cục được làm khô trong môi trường khí amoniac. Ở giai đoạn tiếp theo, khuôn được làm nóng đến 120 ° C để loại bỏ mô hình parafin. Phần còn lại của hỗn hợp được loại bỏ bằng hơi nước quá nhiệt dưới áp suất cao. Tiếp theo, khuôn được nung ở nhiệt độ lên đến 1000 ˚С, dẫn đến sự cố định cuối cùng và loại bỏ các chất,có thể được giải phóng dưới dạng khí trong quá trình đúc.

Vỏ được đặt trong một loại bình, được bọc bằng thép bắn. Điều này giúp duy trì cấu hình khi đổ đầy khuôn vào nóng chảy và đồng thời cải thiện điều kiện làm nguội vật đúc. Chất tan chảy được đổ vào khuôn được làm nóng đến 1000 ˚С. Sau khi làm nguội sản phẩm theo một chương trình đặc biệt trong máy điều nhiệt, khuôn sẽ bị phá hủy, vật đúc được lấy ra và làm sạch.

Ưu điểm chính của phương pháp đúc này là độ chính xác về kích thước cao và độ nhám bề mặt thấp.

Ưu điểm bổ sung của phương pháp:

• Đúc các bộ phận từ hợp kim khó gia công.
• Đúc các vật phẩm mà nếu không sẽ phải đúc từng mảnh rồi ghép lại với nhau.

Nhược điểm của phương pháp đúc đầu tư này là sử dụng kim loại thấp và tăng cường độ lao động.

Đúc chính xác

Đúc đầu tư chính xác - đây là tên đặt cho cả công nghệ và bản thân sản phẩm cuối cùng. Độ chính xác cao của quá trình đúc được đảm bảo bởi thực tế là trong quá trình chuẩn bị khuôn, không cần phải trích xuất mô hình của sản phẩm từ nó. Khi sử dụng phương pháp truyền thống, việc sản xuất ma trận đúc là một quá trình phức tạp và tốn rất nhiều thời gian. Điều này đặc biệt đúng trong trường hợp đúc các bộ phận có cấu hình phức tạp, với phần lõm, chỗ lõm và khoang bên trong.

Ví dụ, khi đúc một chiếc bình bằng gang hoặc đồng có độ cong bề mặt thay đổi, bạn phải sử dụng rất nhiều thủ thuật. Vâng, đầu tiênnửa dưới của bình được nhồi, sau đó lấy mô hình ra, lật ngược và nửa trên được dập. Mô hình phải được làm bằng composite, tay cầm của chiếc bình được làm bằng hai phần tử, chúng được kéo ra qua khoang mô hình theo hai giai đoạn - đầu tiên là phần dưới, sau đó là phần trên. Tất cả những lần quay và kéo vô số này không thể có ảnh hưởng tích cực đến tính toàn vẹn của bề mặt khuôn và cuối cùng là đến độ chính xác của việc duy trì kích thước của vật đúc và chất lượng bề mặt của nó. Ngoài ra, vẫn còn vấn đề về khớp chính xác các bộ phận của bình và gắn chúng vào nhau một cách an toàn.

Sản xuất đúc đầu tư không có những thiếu sót này, nó không yêu cầu những người tạo mẫu có trình độ cao như vậy và giảm đáng kể cường độ lao động của các hoạt động trước khi đúc. Điều này đặc biệt rõ ràng với các khối đúc lớn.

Phương pháp cho phép đạt đến độ chính xác thứ 2-5 theo GOST 26645-85. Điều này giúp bạn có thể đúc các sản phẩm có độ chính xác cao như lưỡi tuabin, dụng cụ cắt, bao gồm dao phay và máy khoan hiệu suất cao, giá đỡ chịu tải cao quan trọng, các bộ phận nhỏ có tải trọng cao của xe cộ, máy công cụ và các cơ cấu phức tạp khác.

Độ chính xác kích thước cao và lớp bề mặt cao giúp giảm thiểu nhu cầu gia công thêm quá trình đúc, giúp tiết kiệm kim loại và giảm chi phí sản xuất.

Thiết bị

Thiết bị đúc đầu tư cần có rất đa dạng và phức tạp. Doanh nghiệp kết hợp chúng thành một tổ hợp duy nhất và được phối hợp nhịp nhàng,được tổ chức như một địa điểm, hội thảo hoặc sản xuất riêng biệt.

Thành phần của phức hợp phụ thuộc vào quy mô sản xuất, kích thước, cấu hình và lưu thông của vật đúc.

Như vậy, trong sản xuất răng giả và đồ trang sức, thiết bị sẽ bao gồm:

• bảng mô hình;
• lò muffle có bộ điều chỉnh nhiệt;
• một bộ dao mổ và dao bào để điều chỉnh hình dạng của mô hình;
• ván tạo hình;
• bình;
• bể để chứa và chuẩn bị cát đúc;
• bộ dụng cụ xới cát;
• nấu chảy kim loại;
• kẹp;
• búa để phá khuôn.

Tổ hợp sản xuất này có thể dễ dàng đặt trên một bàn và trong một tủ. Nếu dự định sản xuất hàng loạt, ví dụ như nhôm đúc - các bộ phận của thiết bị, thì thiết bị sẽ được yêu cầu cho:

• tạo hình và đổ khuôn gốm;
• dạng sấy khô;
• nung chảy vật liệu mô hình và phủ một lớp chống nóng;
• làm sạch vật đúc từ vật liệu đúc.

Và cuối cùng, thiết bị thực tế của khu phức hợp đúc, được thiết kế để nấu chảy và đổ vào khuôn. Nó có thể là thiết bị đúc:

• dưới áp suất thấp;
• ly tâm;
• theo cách trọng lực thông thường.

Máy ép phun và máy đúc ly tâm là một loại máy tự động hóa và cơ khí hóa cao riêng biệtkhu phức hợp sản xuất, biệt lập với bầu không khí của cửa hàng. Họ giảm thiểu lao động chân tay và con người tiếp xúc với các điều kiện có hại. Các buồng kín trong đó có các khu phức hợp cung cấp khả năng thu giữ và lọc sạch hoàn toàn khí thải, làm tăng đáng kể tính thân thiện với môi trường của doanh nghiệp.

Đúc bằng sáp bị mất có tiềm năng phát triển khá cao, đặc biệt là khi kết hợp với kỹ thuật đổ và tạo khuôn tiên tiến.