15.4.2. Литье с удаляемыми моделями

а) Восковая модель. К методам точного литья также относится литье с удаляемыми моделями. Иногда этот метод называют литьем по выплавляемым моделям [16, 29, 133], и сущность его заключается в следующем: изготовляют модель отливаемого узла, покрывают ее соответствующей мелкозернистой огнеупорной обмазкой, образуя форму отливки. После удаления модели остается полость, в которую заливают металл. После затвердевания металла обмазку разбивают и получается готовая деталь. Такой способ особенно удобен для изготовления полых узлов и поэтому находит широкое применение в производстве сверхвысокочастотных конструкций.

При литье по восковым моделям [30, 33, 109] материалом для модели служит обычно воск; желательно, чтобы он имел более высокую температуру плавления и малую разность температур плавления и затвердевания. Изготовление точных восковых моделей является важной частью процесса, и, хотя формы могут быть изготовлены из таких недорогостоящих материалов, как резина, пластики, сплавы с низкой температурой плавления и гипс, но в случае длительной эксплуатации и для получения наибольшей точности лучше использовать формы из стали.

При заливке жидкого воска в металлические пресс-формы могут появиться раковины и трещины, вызываемые сжатием материала при переходе его из жидкого состояния в твердое. Важно, чтобы воск заполнял все мелкие детали пресс-формы, а для небольших моделей воск должен заливаться при наименьшей возможной температуре и под давлением от 105 до Тарнбалл [110] описывает метод, пригодный для больших моделей; в этом методе воск заливается при температуре на 20° С выше его температуры затвердевания и под давлением Через 30 сек после заливки воска инжектор удаляют и нагнетается воздух под давлением Более сложные модели, как показано на рис. 15.11, а, могут быть изготовлены путем заливки воска в вакууме. После установки пресс-формы на место система откачивается и воск заливается под давлением через золотник, расположенный в верхней плите. При этом получается очень хорошая чистота поверхности, но рабочий цикл много больше, чем при более простых способах.

В качестве обмазки применяют суспензию в кремнийорганической жидкости кремния или аналогичных ему теплостойких окислов, хотя для металлов с очень высокой температурой плавления применяются другие материалы. Восковую модель погружают в обмазку, затем ее просушивают и погружают еще раз. Этот процесс

повторяется до тех пор, пока не получится требуемая толщина оболочки, обычно в зависимости от размеров отливки. Внешний вид модели показан на рис. 15.11, б. При удалении воска путем прогрева в печи в оболочке литейной формы возникают трещины и поэтому лучше пользоваться паровой ванной из раствора, например, трихлористого этилена; в этом случае воск снова будет пригоден к употреблению. Затем форму обжигают в течение двух часов при температуре около 1000° С до образования жесткой прочной литейной формы с максимальной пористостью.

Заливка расплавленного металла производится одним из известных способов (под давлением, центробежная или вакуумная); в некоторых случаях оболочковые литейные формы помещаются в специальные ящики с теплостойкой обмазкой, служащей механической опорой.

Рис. 15. 11. Точное литье по восковым моделям: а — вакуумная установка для инжекции воска; б - восковая форма с огнеупорной оболочкой; в — отлнвка — Т-образное соединение в плоскости Н.

Отливки из алюминия, бронзы, меди, магния и сплавов железа можно изготовлять в таких формах без какой-либо усадки. После затвердевания металла форма разбивается и получается готовая отливка, как показано на рис. 15.11, в. Точность, получаемая при литье в восковые формы, достигает а чистота поверхности в пределах

б) Ртутные модели. В процессе литья Меркаса [81, 134] выплавляемая модель изготовляется из замороженной ртути; при таком литье в стальные формы не требуется дополнительной обработки отливки. Форма изготовляется с точностью не хуже, чем с учетом объемного расширения ртути при переходе в жидкое состояние до 3,47%. Такое небольшое расширение материала модели означает, что уменьшение толщины оболочек до не ухудшает качества отливок, и поэтому таким способом могут быть изготовлены большие и сложные отливки. Замороженная ртуть обладает высоким

сопротивлением к пластической деформации, что обеспечивает постоянное и точное воспроизведение размеров детали.

Изготовление модели начинают с заполнения формы ацетоном, действующим как смазка, затем при комнатной температуре заливают жидкую ртуть, которая вытесняет ацетон. Форму с ртутью погружают в охлаждающую смесь из ацетона и твердой углекислоты с температурой от —65 до —95° С. Ртуть затвердевает, так как ее точка замерзания равна —39° С. В некоторых случаях ртуть заливают в охлажденную форму.

Рис. 15. 12. Типовая форма для литья по методу Меркаса. Левая и правая половины показаны вместе с центральной пластиной. После того как ртуть заморожена, пластина удаляется, а обе половины формы прочно соединяются между собой.

Для удобства обращения с моделью в заливочное отверстие вставляется стержень, который вмерзает в ртуть.

Затем форму открывают и извлекают модель, которая по внешнему виду и твердости похожа на свинцовую. Замороженная ртуть имеет высокую степень самодиффузии, поэтому когда две поверхности плотно прижимаются друг к другу, они как бы свариваются вместе. Такую способность слипания замороженной ртути называют «booking»; преимущество этого способа проявляется при изготовлении изделий сложной формы с разнообразными изгибами стержня; изготовление облегчается, если на сопряженных формах имеются соответствующим образом расположенные штыри. Готовую модель покрывают обмазкой обычным способом и просушивают при комнатной температуре; ртуть при этом вытекает и ее снова можно использовать. После отжига литейная форма готова для заливки. На рис. 15.12 показана типичная литейная форма, в которой используется процесс слипания; окончательным изделием является волноводный изгиб в плоскости Е с соединительными фланцами.

Получаемые допуски на размеры находятся в пределах [96]. Погрешности размеров поперечного сечения и смещения осей для узлов, например, в волноводе с поперечным сечением в зависимости от сложности отливки не превышает Размеры до воспроизводятся с точностью

В отливке можно получить отверстие с минимальным диаметром и с максимальной глубиной Чистота поверхности отливок из алюминиевых сплавов составляет от 0,7 до с радиусами закругления Этим способом можно отливать из меди и легких сплавов волноводные изгибы в плоскости детали вращающихся сочленений, гибридные кольца и подобные им узлы. Можно отливать сразу на нужных местах диафрагмы и реактивные штыри. Одним из достоинств этого способа является то, что во многих случаях структурные особенности могут быть введены в волновод, обеспечивая при изготовлении экономию в габаритах и стоимости. Были изготовлены отливки из легкого сплава весом до