Художественное литьё

Работа выполняется по цельной модели. Бюст - “Белый клоун (Пьеро)”. Высота h = 400 мм, горизонтальная проекция вписывается в прямоугольник с параметрами (l, f) - 180 x 240 мм. Область воротника, из-за его конфигурации, образующей большое количество поднутрений, обуславливает сложность в технологии изготовления.Отливка пустотелая - толщина стенок k = 5 мм. По замыслу художника изделие в законченном виде должно быть белого серебристого цвета (с голубым отливом). 1. Выбор схемы технологического процесса. Технология изготовления кусков и полуформ: 1. Модель готовят к формовке - делается разметка расположения кусков и разъема опок согласно чертежу (лист 2). 2. Модель вдавливают в фальшивую опоку (заменяющую нижнюю полуформу) лицевой частью до разметки разъема опок. По поверхности фальшивой опоки располагают коллектор и устанавливают стояк и выпор разборной модели литниковой системы соответственно их положению на чертеже (лист 2). 3. Оформив поверхность разъема, модель припыливают и на открытой (затылочной) части модели из облицовочной формовочной смеси формируют (путем набивки) куски, разделяя их между собой обсыпкой.

Очередность изготовления кусков соответствует их нумерации на чертеже.

На каждом куске с наружной стороны проставляется его порядковый номер и делается знак, с помощью которого затем кусок будет устанавливаться в форму на свое место.У основания отливки формируют половину куска, на месте которого затем будет находится знак стержня. 4. Когда все куски готовы их снова обсыпают графитом, для того чтобы их можно было отделить от заформованной опоки.

На фальшивую опоку устанавливают верхнюю опоку и аккуратно заформовывают ее наполнительной формовочной смесью так, чтобы не разрушить конфигурацию знаков кусков. 5. Затем верхнюю и фальшивую опоку скрепляют и переворачивают, при этом фальшивая опока оказывается сверху.Фальшивую опоку снимают. 6. На кусках II и II’ вырезается метка со стороны разъема опок, по которой затем можно будет определить местоположение этих кусков в нижней полуформе. 7. Поверхность разъема формы и модель припыливают. Согласно чертежу (лист 2) выкладываются питатели разборной модели литниковой системы. Куски делаются с учетом разметки, также как и с затылочной стороны модели.

Также делается вторая половина куска, заменяющего будущий знак стержня. 8. На верхнюю опоку устанавливают нижнюю, и ее также заформовывают наполнительной формовочной смесью. 9. После того как обе опоки заформованы, нижнюю полуформу снимают так чтобы куски и модель остались на наполнительной смеси верхней полуформы. 10. Куски оказавшиеся сверху аккуратно снимают с модели в порядке обратном их изготовлению и устанавливают на свои места в нижнюю полуформу (за исключением куска на месте которого будет знак стержня) 11. На верхнюю опоку устанавливают фальшивую опоку и заформовывают ее. Затем обе опоки переворачивают и верхнюю опоку снимают.

Куски и модель остаются на смеси в фальшивой опоке.

Куски снимают и устанавливают на свои места в верхнюю полуформу. 12. Обе полуформы с кусками помещают в сушильную печь 13. Хорошо просушенные полуформы и куски достают из сушильной печи, внимательно осматривают их с целью обнаружения возможных повреждений.С поверхности полуформ, стержней и кусков сметают мягкой щетиной пыль и золу. На этом изготовление кусков и полуформ опоки можно считать законченным и можно приступить к изготовлению стержня.

Технология изготовления стержня: 1. Форму собирают, то есть куски укладывают в полуформы в порядке обратном их изготовлению и согласно конфигурации знаков.Куски в нижней полуформе закрепляются с помощью шпилек. 2. Полость верхней полуформы с уложенными кусками припыливают, заполняют стержневой смесью и осторожно уплотняют руками, чтобы не повредить поверхность кусков формы. 3. После заполнения полости верхней полуформы снова накладывают стержневую смесь и подрезают ее в виде болвана, объем которого равен объему полости в нижней полуформе. 4. Затем смесь уплотняют прессованием, накрывая ее несколько раз припыленной верхней полуформой так же, как при изготовлении стержня в стержневом ящике с глухой полостью.

При каждом снятии контролируют поверхность, по степени заполнения стержнем отпечатка полуформы и плотности поверхности судят о готовности стержня.

Так как к внутренней поверхности отливки не предъявляется никаких требований, необходимость заполнения стержневой смесью поднутрений отсутствует. 5. С уплотненной поверхности стержня, после снятия нижней полуформы, осторожно тельным ланцетом снимается слой смеси, равный толщине будущей отливки (знак стержня не подрезается). Подрезанную поверхность стержня хорошо заглаживают и для упрочнения поверхностного слоя его смачивают и припыливают. 6. На поверхность разъема верхней полуформы накладывают деревянную рамку, высотой немного больше подрезанного стержня, и заполняют ее наполнительной смесью.

Над стержнем в смеси закладывают чугунную плиту - драйер, на которой стержень будет помещен в печь. 7. Нижнюю полуформу вместе с рамкой переворачивают и снимают так, чтобы куски и стержень остались на смеси в рамке.Затем куски снимают со стержня так же, как их снимали с модели при удалении ее из формы. 8. Поверхность стержня, как и нижнюю его часть, подрезают на заданную толщину стенки отливки - 5 мм, смачивают и вместе с плитой и смесью отправляют сушить.

Когда все детали формы готовы (куски, стержень, опоки с наполнительной смесью) ее окончательно собирают. 2. Выбор сплава для художественной отливки и его основные характеристики.По художественному замыслу одним из основных требований предъявляемым к сплаву является его цвет. В данном случае, как по своим технологическим (литейным) свойствам, так и по цветовой характеристике идеально подходит сплав - нейзильбер (от немецкого - "новое серебро"). Он обладает очень высокой корозионной стойкостью и прочностью.

Имеет красивый белый цвет с голубым отливом, во влажной среде покрывается зеленоватым налетом. Очень широко распространен как декоративный материал. Хорошо прокатывается, чеканится, полируется, отделывается, подвержен серебрению. Применяется для изготовления недорогих ювелирных изделий.В настоящее время в художественной промышленности применяется нейзильбер МНЦ15-20(ГОСТ492-73) - (НМЦ 65-20) Состав сплава: Ni (13,5-16,5) Zn (18-22%) Cu (остальное) примеси (1,9 %); (лигируется Al (1 %)) Физические свойства: Температура плавления: tплавления = 1080 ¬ºС Плотность: твердого металла - q = 8,7 г/см расплава - = 7,8 г/см Теплопроводность при 0 -100ºС: = 27,22 Вт/м ºС Удельная теплоемкость при 200 - 400 ºС: = 0,93 кДж/(кг ºС) Механические свойства: Прочность (временное сопротивление): в =373 - 441 МПа Пластичность (относительное удлинение): = 35 - 45 % Твердость: = 100 - 175 НВ Технологические (литейные) свойства: Температура литья: tлитья = 1170 ¬ºС Жидкотекучесть: ~ 850 мм Линейная усадка: в земляной форме = 2 % Плавка нейзильбера не представляет особых затруднений.

Нейзильбер плавят в индукционных печах с кварцевой футеровкой под слоем прокаленного древесного угля. Приготовление этой группы сплавов начинают с загрузки меди и никеля; по мере их расплавления загружают крупнокусковые отходы, а затем под зеркало металла - мелкие отходы.

Цинк вводят в последнюю очередь.

После полного расплавления шихты сплав раскисляют марганцем и кремнием. Количество раскислителя определяется содержанием кислорода в расплаве. После этого с поверхности расплава удаляют шлак и засыпают древесный уголь.Температуру расплава доводят до 1250 ºС и рафинируют его хлористым марганцем. 3. Выбор формовочной смеси для изготовления формы.

При изготовлении формы методом кусковой формовки используют три вида смеси: - два вида для изготовления полуформ опоки:  облицовочная смесь для кусков;  наполнительная смесь; - стержневая смесь.Облицовочная формовочная смесь для кусков: Для изготовления кусков используется жирная смесь с содержанием в ней глины до 30%. Влажность формовочной смеси для изготовления кусков составляет 6-7% и ее увеличение (практикуемое при изготовлении сложных форм) не ухудшает качества форм, так как их заливают после сушки.

Газопроницаемость смеси в форме после сушки 60-70 единиц. При этом используют 60 -70 % свежих формовочных материалов, а остальные 30 - 40 % оборотной смеси. Для изготовления данной формы в качестве облицовочной формовочной смеси можно использовать песок марки Ж005, состоящий на 70 - 75% из пылевидной песчаной составляющей и на 25 -30 % из глинистой составляющей.Основные свойства облицовочной формовочной смеси (в сыром состоянии): Предел прочности на сжатие: = 0,085 - 0,009 МПа Газопроницаемость: = 19 - 21 единиц Влажность: = 9 - 10 % Наполнительная формовочная смесь: В качестве наполнительной смеси в основном используют оборотную формовочную смесь, освеженную на 10 - 12 % свежей формовочной смесью.

Для изготовления данной формы в качестве наполнительной формовочной смеси можно использовать песок марки П0063, состоящий на 80 -88 % из песчаной составляющей мелкой фракции и на 12 -20 % из глинистой составляющей.

Основные свойства наполнительной формовочной смеси (в сыром состоянии): Предел прочности на сжатие: = 0,03 - 0,035 Па Газопроницаемость: = 19 - 21 единиц Влажность: = 3 - 4 % Стержневая смесь: В данном случае для изготовления стержня можно использовать смесь следующего состава: Песок кварцевый (02) - 97 % Формовочная глина - 2 % Маслянное связующее - 3 - 4 % Прочность: -на сжатие по сырому = 0,06 - 0,1 Па -на разрыв по сухому = 5 - 7 Па 4. Выбор и определение габаритов опоки в свету.

Длинна опоки в свету: высота отливки (400 мм) + длинна знака стержня (250 мм) + величина куска (100 мм) + расстояние от куска до стенки опоки (100 мм) + расстояние от знака стержня до стенки опоки (50 мм) : L = 400 + 250 + 100 + 100 + 50 = 900 мм. ¬¬¬Ширина опоки в свету: ширина модели (~180 мм) + минимальное расстояние от коллектора до модели с двух сторон (~180 мм) + расстояние от коллектора до стенки опоки с двух сторон (200 мм): B = 180 + 180 + 200 = 560 мм. Высота одной полуформы опоки: максимальное расстояние от разъема опоки до верхней точки модели (~140 мм) + высота куска (100 мм) + расстояние от куска до поверхности опоки (100 мм) : H = 140 + 100 + 100 = 340 мм (т.е. высота опоки = 680 мм). Таким образом, примем следующие габариты полуформ опоки по трем параметрам: L х B x H 900 х 560 х 340 мм. Этим габаритам соответствует опока 0270 - 0028 ГОСТ 15002 - 69, L х B x H = 900 х 560 х 350 мм; вес опоки 148; без ребер крестовины. 5. Конструирование и расчет литниковой системы.

Минимальная площадь поперечного сечения литниковой системы рассчитывается по формуле: Fmin = = [ 3 ] &#61662; Fmin - минимальное расчетное сечение литниковой системы (сечение питателя - Fпит) [ см ]; &#61662; Q - вес жидкого металла необходимого для заполнения формы (вес отливки + вес выпора) [ г ]; &#61662; - плотность жидкого металла [ г/см ]; &#61662; - продолжительность заливки [ сек ] =1,3 &#247; 2,3 ; &#61662; v - скорость истечения металла &#61662; µ - коэффициент сопротивления учитывающий потери скорости движения металла в литниковой системе в результате поворотов и потерь на трение µ < 1 = - где C - коэффициент. учитывающий потери напора жидкого металла при переходах металла из литниковой чаши в стояк (С1 = 0,5 - 0,8), из стояка в коллектор (С2 = 0,5 - 0,8), из коллектора в литник (С3 = 0,7-0,8), из литника в полость в полость отливки (С4 = 0,7 - 0,8); &#61662; g - ускорение силы тяжести [ г/см ]; &#61662; Hp - расчетный статический напор металла [ см ] Нр = Н - где Н- высота опоки, Р - высота отливки над литником, С - общая высота отливки ; Данные необходимые для расчета минимального сечения литниковой системы: Q = 6880 + 20 % = 8256 г g = 9,8 см/сек = 7,8 г/см ¬ µ = = 0,54 = 0,75 = 12 сек; Нр = 34 - = 21 см; Таким образом F min = = 8 см Соотношение площадей сужающейся литниковой системы при отливке медных сплавов: F min : Fпит : Fкол : Fст = 1 : 1 :1,2 : 1,4 [ 4 ] Таким образом можно найти площади сечений отдельных элементов литниковой системы.

Fпит = F min / 4 = 8/4= 2 см Fкол = 1,2 F min / 2 = 1,2 8/2= 4,8 см Fст = 1,4 Fmin =1,4 8= 11,2 см Зная площади и конфигурацию сечений основных элементов литниковой системы, можно принять их линейные размеры: Питатель имеет прямоугольное сечение размеры которого не меняются по всей длине.

Высота - 4 мм, ширина - 5 мм. Коллектор имеет сечение в виде трапеции с постоянными размерами по всей длине.

Высота - 25 мм, ширина: основания - 22 мм; верха - 16 мм Стояк имеет сечение в форме окружности диаметр сечения уменьшается по длиннее сверху вниз. Диаметр стояка: у основания - 32 мм; сверху - 44 мм. 6. Выбор параметров сушки полуформ, кусков и стержня.

Процесс сушки полуформ, кусков и стержня осуществляется в три периода. • В первый период, постепенно повышая температуру, стержень, полуформы и куски нагревают медленно, что способствует лучшему их прогреву, без растрескивания. • Во втором периоде быстро повышают температуру до максимального значения и выдерживают ее некоторое время. Это способствует интенсивному удалению влаги с поверхности полуформ, кусков и стержня.

Максимальная температура сушки стержня из песчанно-маслянной смеси - 200-220¬&#186;С, кусков - 300-350¬&#186;С • В третий период сушки полуформы, куски и стержень при полуоткрытом шибере постепенно охлаждают в сушильной камере до температуры выгрузки ( 50 -60¬&#186;С) 7. Расчет крепления литейной формы.

При заливке формы металлом, на верхнюю полуформу снизу действует сила стремящаяся поднять ее вверх.

Для предотвращения поднятия, верхняя полуформа крепится к нижней скобами или на собранную форму устанавливают груз. Вес груза рассчитывают по формуле: Вг =Р + Р” - Вв.п. [ 8 ] • Р - общее давление металла на верхнюю опоку: Р = м Vжм • Р” - сила всплытия стержня Р” = ( м - ф ) Vcт • Вв.п собственный вес верхней полуформы Вв.п. = ф Vвф - Во - где &#61662; м - плотность жидкого металла; &#61662; ф - плотность смеси &#61662; Vжм - обем воображаемого столба жидкого металла над частью отливки расположенной в верхней опоке Vжм =Н f Н - высота опоки; f - площадь на которую оказывается действие жидкого металла в верхней форме. &#61662; Vвф - объем верхней опоки &#61662; Vcт - объем стержня (без учета знака) &#61662; Во - собственный вес опоки Вг = м Vжм + м Vcт - ф Vcт - ф Vвф¬ - Во Данные необходимые для расчета крепления литейной формы: м = 7,8 г/см ф = 1,6 г/см Vжм = 56700 см Vвф = 176400 см Vcт = 15000 см Во = 148000 г. Вес крепления литейной формы: Вг = 7,8 56700 + 7,8 15000 - 1,6 15000 - 1,6 176400 - 148000 Вг = 105020 г = 105 кг Литература 1. Б.Н.Зотов Художественное литье: Учебник для учащихся средних профессионально-технических училищ 4-е изд перераб. и доп М.: Машиностроение, 1988 304 с.: ил 2. О.Н.Магницкий, В.Ю.Пирайнен.

Художественное литье: Учебник для Технических вузов и художественно- реставрационных училищ СПб. : Политехника, 1996 231 с.: ил. 3. Цветное литье: Справочник/ Н.М.Галдин, Д.Ф.Чернега, Д.Ф.Иванчук и др.; Под общ. Ред. Н.М.Галдина М.: Машиностроение, 1989. -528 с.: ил (Технология литейного производства). 4. Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учебник для вузов. / Курдюмов А.В Пикунов М.В Чурсин В.М Бибиков Е.Л. 2-е изд доп. и перераб М.: МИСИС, 1996 504 с. 5. Литейное производство цветных и редких металлов. 2-е изд. Курдюмов А.В Пикунов М.В Чурсин В.М М.: Металлургия, 1982 256 с ил. 6. Литейное производство: Учебник для металлургических специальностей вузов 2-е изд перераб. и доп М.: Машиностроение, 1987 257 с ил. 7. Курс лекций по дисциплине “Технология художественного литья” В.М.Чурсин. 8. Курс лекций по дисциплине “Основы литейного дела” В.М.Чурсин, Л.И.Гофеншефер. 9. Курс лекций по дисциплине “Основы выбора материалов” К.Г.Семенов.