Изготовление гипсовых форм, капов и моделей

Основной материал, используемый для изготовления форм, применяемых для литья и пластического формования изделий, - формовочный гипс.

Формовочный гипс представляет собой тонкомолотый порошок полуводного гидрата сернокислого кальция CaSO4 · 1/2H2O (38,6% СаО, 55,2% SO3, 6,2% H2O), получаемый путем помола и термической обработки при 120-170 ºC природного двуводного гипса CaSO4 · 2H2O (32,56% СаО, 46,51 % SO3, 20,93% H2O). Реакция идет по уравнению:

Для изготовления гипсовых форм необходимы доброкачественный формовочный гипс, точное соблюдение технологии приготовления гипсового раствора и технологии литья, сушки и последующей обработки гипсовых отливок (моделей, капов, форм).

Формовочный гипс должен иметь следующие показатели:
тонкость помола - остаток на сите № 02 (980 отв/см2) не более 0,5 %, на сите № 0085 (435 отв/см2) - не более 2,5 %;
сроки схватывания - начало не ранее 8 мин, конец - не ранее 15 мин и не позднее 25 мин;
предел прочности образцов, МПа: при растяжении через сутки - не менее 1,3; высушенных до постоянной массы - не менее 2,3; при сжатии через сутки - не менее 7,5; высушенных до постоянной массы - менее 16;
объемное расширение - не более 0,15%;
водопоглощение гипсовых отливок - не менее 30 %;
содержание нерастворимых в соляной кислоте примесей - не более 0,5 %.

Гипсовое вяжущее обладает способностью поглощать влагу из окружающей среды, что отрицательно сказывается на его формовочных свойствах. Поэтому гипс необходимо транспортировать в плотно закрытой таре. Продолжительность хранения гипса на складе не более 3 мес, так как при этом его активность снижается на 30-50%. Значительно ухудшаются свойства гипса при перемещении его из холодного помещения в теплое.

Литье гипсовых форм основано на способности формовочного гипса в соединении с водой (60-80%) образовывать текучую суспензию, которая хорошо заполняет внутреннее пространство формы и быстро твердеет на воздухе. Твердение происходит благодаря способности полугидрата сульфата кальция присоединять воду и образовывать кристаллы двугидрата сульфата кальция (CaSO4 · 2H2O). Схватывание гипсового вяжущего сопровождается выделением теплоты (повышение температуры затворенного гипсового вяжущего) и некоторым (до 1 %) увеличением его объема. Благодаря этому расширению гипсовое вяжущее заполняет мельчайшие углубления формы, воспроизводя совершенно точно модель.

Относительное изменение прочности гипсовых отливок в зависимости от технологических факторов приводится на рис. 67. Рекомендуемые соотношения между гипсом и водой затворения, %: 55:45 - для форм, используемых на шпиндельных станках, и для литья тонкостенных изделий; 60:40 - для форм, используемых для формования изделий на полуавтоматах и автоматах; 50:50 - для форм, используемых для литья рядовых изделий и формования капселей; 65:35 - для изготовления капов и моделей.


Рис. 67. Относительное изменение прочности гипсовых отливок на разрыв в зависимости от технологических факторов:
а - от степени измельчения гипса, отв/см2, б — от соотношения гипса и воды по массе, %, в — от продолжительности размешивания, мин