Метод оценки качества поверхности лицевого слоя формы литья по выплавляемым моделям

Применение литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от  Rz = 20 мкм до  Ra = 1,25 мкм и повышенной точностью размеров. От качества поверхности отливок зависят служебные свойства изделий: прочность, износостойкость, коррозионная стойкость, долговечность и др., например, для насосов, турбин, вентиляторов [1].

Уменьшение шероховатости поверхности отливок — одна из актуальных задач в машиностроении при изготовлении литых деталей. Шероховатость поверхности отливок, изготовляемых ЛВМ, зависит от шероховатости поверхностей оснастки и моделей, размеров частиц формообразующих материалов, особенно используемых для изготовления первого (лицевого) слоя формы, способности суспензии смачивать огнеупорные частицы и поверхность моделей. Хорошее смачивание и прочное прилипание суспензии к поверхности модели, а также соответствующие зерновой состав и форма зерен пылевидной составляющей — необходимые условия формирования оболочки. При изготовлении оболочки проявляется избирательное смачивание. После обсыпки зернистым огнеупорным материалом суспензия отрывается от модели и прилипает к зернам песка из-за лучшего их смачивания. На практике образование подобной шероховато-бугристой поверхности на отливках называют пробиванием суспензии обсыпочным песком [2, 3].Шероховатость поверхностей: рабочих элементов пресс-форм, моделей и отливки поддаются визуальному контролю на этапах технологического процесса. Влияние лицевого слоя оболочковой формы на качество поверхности отливки можно оценить косвенно после изготовления отливки. Это значительно усложняет выбор технологических параметров процесса изготовления литейной формы и применяемых материалов на процесс формирования лицевого слоя формы (в частности, условной вязкости суспензии; зернистости и формы зерен огнеупорных материалов, используемых в качестве наполнителей в суспензии и обсыпке первого слоя формы). Для выявления влияния вязкости суспензии, зернистости огнеупорного материала, типа огнеупорного материала на образование дефектов лицевого слоя формы разработана методика оценки качества формирования лицевого слоя формы с использованием «прозрачной» модели.

Подготовка обсыпочных зернистых материалов: 

1. Производят рассев зернистых огнеупорных материалов, используя вибросито с размерами ячеек 0315; 063 и 1, что соответствует размеру зерен 0,3; 0,6 и 1 мм, соответственно.
2. Каждую зернистую фракцию насыпают в соответствующую величине зерна ячейку обсыпочного бункера. Последний должен иметь ширину, соответствующую ширине стеклянной пластины. Все ячейки бункера соединены неразъемно между собой, при этом края открытых частей ячеек должны быть выровнены по плоскости. Очередность ячеек соответствует последовательности увеличения размера зерен обсыпочного материала (0,3; 0,6; 1 мм).
3. Гидролиз этилсиликата осуществляют совмещенным способом. Условную вязкость суспензии определяют по вискозиметру ВЗ-4.
4. Формирование лицевого слоя литейной формы на «прозрачной» модели: стеклянную пластину с нанесенным тонким слоем модельного состава погружают в суспензию с определенной условной вязкостью; пластину извлекают из суспензии; равномерно распределяют суспензию по поверхности «прозрачной» модели, поворачивая пластину вокруг оси; пластину с нанесенной суспензией устанавливают на открытые поверхности ячеек бункера с зернистыми материалами; поверхность пластины и суспензии обсыпают зернистыми материалами путем поворота бункера на 180°.
5. Обсыпочные материалы разной зернистости одновременно насыпаются на поверхность суспензии и закрепляются на ней; после нанесения обсыпочного материала стеклянную пластину переворачивают вместе с бункером на 180°. При этом незакрепленные в суспензию зерна обсыпочного материала ссыпаются на дно соответствующих ячеек бункера; противоположную сторону стеклянной пластины очищают от суспензии скребком и протирают растворителем; пластину снимают с бункера, устанавливают на стеллажи для сушки.
6. Сушку можно проводить при разных положениях пластины. При сушке возможно наблюдать за формированием лицевого слоя на поверхности «прозрачной» модели, визуально контролируя качество поверхности нанесенного слоя через тонкий прозрачный слой модели.

^{Примечание: «+» — дефекты; «–» — дефектов нет}

Дефекты представляют собой нарушение сплошности нанесенной на поверхность «прозрачной» модели суспензии при обсыпке зернистым материалом.

При условной вязкости суспензии  35 и 54 с и обсыпке зернами размером 0,3 мм лицевой слой формы дефектов не имел.

При обсыпке зернами 0,6  и 1 мм и условной вязкости 35 с наблюдали дефекты поверхностного слоя образцов при обсыпке, как кварцем, так и электрокорундом.

При повышении условной вязкости до 54 с поверхностные слои образцов не имели дефектов при обсыпке разными материала с зернистостью 0,3; 0,6 и 1 мм, однако, при обсыпке плавленым кварцем с размером зерен 1 мм наблюдали нарушение сплошности лицевого слоя формы. Это объясняется наличием трещин в зернах кварцевого стекла, образующихся в результате  дробления глыбы плавленого кварца при производстве зернистых фракций плавленого кварца. Большое количество трещин в зернах плавленого кварца увеличивает действие капиллярного смачивания, что нарушает сплошность лицевого слоя формы.

Выводы:

1. Образование дефектов лицевого слоя формы вызвано избирательным смачиванием суспензией поверхности модели и зернистого обсыпочного материала.
2. Устранение дефектов поверхностного слоя формы для ЛВМ возможно при подборе соотношения условной вязкости суспензии, зернистости и природы обсыпочного материала.
3. Для формирования качественного лицевого слоя формы ЛВМ необходимо обеспечить условную вязкость суспензии ≥ 35 с при обсыпке зернистыми материалами ≤ 0,3 мм.
4. Методика оценки качества поверхности лицевого слоя формы с применением «прозрачной» модели может быть применена в производственных условиях при выборе вязкости суспензии, назначении зернистости обыпочного материала.
5. Настоящая методика в может быть использована при исследовании влияния на качество лицевого слоя формы введения поверхностно-активных добавок, снижающих поверхностное натяжение связующих и улучшающих смачивание моделей; применения вакуумно-аммиачной сушки лицевого слоя формы и пространственного положения лицевого слоя формы при сушке.