Литье в мастерской: как изготовить простую литейную форму по готовой металлической детали

Основой успешного получения металлического дубликата служит корректно изготовленная литейная форма. Ее создание начинается с подготовки исходного образца, который в технологии называют моделью.

Идеально для этой роли подходит сама деталь, которую требуется повторить. Требуется тщательно очистить ее поверхность от загрязнений, масла и окалины, применяя растворитель и металлическую щетку.

Все острые кромки и тонкие элементы могут усложнить извлечение отпечатка, поэтому их стоит слегка притупить мелким надфилем.

Формовку традиционно проводят в специальном ящике, именуемом опокой, состоящем из двух половин. Размеры этой конструкции должны превышать габариты модели минимум на 40-50 миллиметров по периметру и на 30-40 миллиметров по высоте.

Фиксируют нижнюю рамку на ровной подмодельной плите, устанавливая внутрь образец. Его располагают наиболее широкой и плоской гранью вниз, оставляя до стенок коробки расстояние, достаточное для уплотнения смеси, обычно не менее 20-25 миллиметров.

Качество будущего отпечатка напрямую зависит от свойств формовочного состава. В условиях небольшой мастерской часто применяют смесь кварцевого песка, глины и воды.

Песок берут средней зернистости, с размером частиц 0,2-0,3 миллиметра, предварительно просеянный для удаления пыли и крупных включений. Глину используют жирную, бентонитовую, выступающую связующим звеном.

Типичная пропорция составляет восемь частей песка к одной части глины по массе, а влажность готового состава должна позволять комку сохранять форму без рассыпания и без прилипания к рукам.

Первый слой смеси, прикрывающий модель, просыпают сухим облицовочным песком для формирования чистой поверхности будущей отливки. Толщина этого покрытия составляет примерно 15-20 миллиметров.

Затем опоку полностью заполняют основным составом, последовательно и равномерно уплотняя его ручной трамбовкой. Особенное внимание уделяют углам и областям близко к стенкам, где плотность часто оказывается недостаточной.

Силу нажима дозируют, поскольку излишне твердая форма станет причиной появления газовых раковин в металле, а слабая просто размывается струей расплава.

После трамбовки излишки смеси срезают металлической линейкой вровень с краями коробки. Нижнюю половину, именуемую полуформой, аккуратно переворачивают совместно с плитой.

Подмодельную доску снимают, открывая ровную плоскость с отпечатком детали. На этой стадии поверхность отпечатка слегка посыпают тонким слоем графитового порошка или молотого угля, что создаст противопригарное покрытие и улучшит разделение половин.

Следующий этап заключается в установке моделей элементов питания — литниковой системы. Для небольшой алюминиевой детали достаточно одного вертикального канала для заливки и одного или двух питателей-выпоров.

Эти детали, часто деревянные, ставят на поверхность разъема формы, на расстоянии 15-20 миллиметров от отпечатка самой модели. Диаметр главного литникового хода для средних отливок выбирают в пределах 15-25 миллиметров.

Далее монтируют вторую половину опоки, точно совмещая ее с нижней с помощью центрирующих штырей. Процедуру набивки повторяют в полном объеме, начиная с облицовочного слоя.

По завершении верхнюю полуформу аккуратно поднимают и отставляют в сторону. Из обеих частей извлекают модель и элементы литниковой системы, действуя осторожно, чтобы не повредить стенки сформированной полости.

Незначительные дефекты в виде осыпавшихся участков исправляют, применяя специальные лопаточки и кисти, смоченные в воде.

Для соединения половин формы и фиксации их относительно друг друга в верхней части выполняют несколько вентиляционных каналов тонким шилом, помогающих выходу газов. Сами опоки скрепляют скобами или струбцинами, исключая смещение под давлением жидкого металла.

Полученную оснастку можно считать готовой к заливке. Готовая песчаная форма должна обладать достаточной прочностью, чтобы выдержать собственный вес при переноске, но оставлять четкий отпечаток ногтя при легком нажатии на ребре.

При работе с чугуном, создающим более высокую термическую нагрузку, в формовочный состав иногда вводят добавки, повышающие огнеупорность. В качестве такой присадки используют молотый уголь или торфяную пыль в количестве 2-5 процентов от массы песка.

Это позволяет снизить риск пригара, когда частицы смеси спекаются с поверхностью отливки. Влажность смеси для чугунного литья поддерживают на минимально допустимом уровне, около 3-4 процентов, так как избыток воды приводит к интенсивному газообразованию.

Точность воспроизведения контуров определяется качеством уплотнения смеси вокруг модели. В труднодоступных местах, в углублениях и под выступами, песок уплотняют не острием, а боковой стороной небольшой лопаточки или даже пальцами.

После извлечения образца стенки полости обязательно дуют сжатым воздухом от остатков сыпучего материала, применяя резиновую грушу. Целесообразно прогреть готовую оснастку газовой горелкой до 80-100 градусов Цельсия для удаления остаточной влаги, что критично для чугуна.

Размеры модели всегда выполняют с учетом усадки металла после остывания. Для алюминиевых сплавов линейная усадка составляет примерно 1,2-1,4 процента, а для серого чугуна этот параметр колеблется в районе 0,8-1,2 процента.

На практике это означает, что деталь длиной 100 миллиметров после отливки из алюминия уменьшится на 1,2-1,4 миллиметра. Конструкцию литниковой системы проектируют таким образом, чтобы она не только доставляла расплав, но и питала массивные узлы отливки в процессе кристаллизации, компенсируя усадочные раковины.

Подход к формовке стальной детали для ее последующего дублирования в алюминии имеет свою специфику. Стальной оригинал, обладающий значительной твердостью, позволяет производить плотную набивку без риска повредить его.

Его поверхность, часто имеющая шероховатость, перед формовкой покрывают тончайшим разделительным слоем. Хорошо подходит для этой цели водная суспензия графита, наносимая кистью и высушенная до матового состояния.

Это гарантирует четкий отпечаток и легкое отделение образца от песчаного тела.

Выбор опоки влияет на результат. Для разовых работ подойдут деревянные рамки, скрепленные болтами, но они могут коробиться от влаги.

Металлические ящики, выполненные из алюминиевого сплава или стали толщиной 3-5 миллиметров, служат гораздо дольше и обеспечивают лучшую геометрию. Их внутренние стенки не должны быть гладкими, желательна легкая шероховатость для сцепления с формовочным материалом и предотвращения его сползания.

Контроль качества уплотнения проводят не только тактильно, но и с помощью специальной иглы с делениями. Ее погружают в смесь после трамбовки; сопротивление должно быть равномерным по всей площади опоки.

Разная плотность в различных зонах приведет к тому, что жидкий металл вначале заполнит участки с меньшим сопротивлением, что может вызвать недочеты и недоливы. На больших формах иногда применяют пробные отливки из легкоплавких материалов, например олова, для проверки заполняемости полости до работы с основным металлом.

Срок службы песчано-глинистой формы весьма ограничен, ее используют сразу после изготовления. Под воздействием высокой температуры песок теряет связующие свойства, а глина спекается.

Повторное применение смеси требует ее восстановления – просеивания, дробления комков и введения свежих порций глины и воды. Отработанный материал, именуемый отработанной смесью, теряет пластичность и огнеупорность, поэтому его доля в свежей шихте не должна превышать 50-60 процентов.

Для сложных деталей, имеющих обратные уклоны или поднутрения, препятствующие прямому извлечению модели, применяют составные модели или используют стержни. Стержень формирует внутреннюю полость или сложный контур, его изготавливают отдельно в стержневом ящике из смеси повышенной прочности, часто с добавкой смолы или масла.

После сушки этот элемент устанавливают в форму перед окончательной сборкой, и он должен точно занимать проектное положение, фиксируясь выступами в специальные углубления, именуемые знаками.

Процесс сушки готовой песчаной формы, если она выполнялась с применением глинистых смесей, требует определенного режима. Прогрев необходимо вести медленно, чтобы влага испарялась равномерно, не создавая внутренних напряжений и трещин.

Типичный цикл предполагает нагрев до 150-200 градусов Цельсия в течение часа-полутора с последующим охлаждением до 40-50 градусов. Пересушенная оснастка становится хрупкой, а недостаточно просушенная станет источником паров, приводящих к образованию пор в отливке.