Формовка по газифицируемым моделям

До сих пор все процессы производства отливок основывались на изготовлении формы, в которой по изготовляемой модели получали полость, куда заливали металл. Сколь трудоемки эти процессы были в древности, видно из приведенных примеров отливки пушек и колоколов. Применение разъемных моделей и форм уменьшило трудоемкость и ускорило процесс формовки, но большинство традиционных операций сохранилось. Формовка по газифицируемым моделям принципиально отличается от прежних способов тем, что модель не извлекается из формы, а остается в ней и под действием заливаемого металла превращается в газ. Что же это за модель?

Развитие химии полимерных материалов позволило получить новый класс сверхлегких пластмасс, которые получили название пенопластов. Среди них особое место занимает пенополистирол. Представьте себе тело объемом в один кубический метр. Если заполнить этот объем водой, то масса его будет 1000 кг. А если изготовить тело того же объема из пенополистирола, то его масса составит всего 16—20 кг, т. е. пенополистирол более чем в 50 раз легче воды и более чем в 350 раз легче чугуна! По существу этот материал — маленькие объемы воздуха, заключенные в тончайшие оболочки из полистирола. В пенополистироле 98% воздуха и 2% полимера по объему. Но, несмотря на свою легкость, этот материал довольно прочен, хорошо обрабатывается резанием, не набухает в воде, стоек против кислот и щелочей. Под действием высоких температур он разрушается с образованием газообразных продуктов, количество которых не больше, чем количество газа который выделяется из форм и стержней при их взаимодействии с расплавленным металлом. Применение такого материала в литейном производстве и привело к созданию целого ряда интереснейших способов литья, получивших обобщенное название: «метод литья по газифицируемым моделям».

Метод был предложен архитектором Г. Шроером еще в 1958 г. для изготовления художественного литья. Им же была получена первая отливка  — скульптура Пегаса в бронзе массой 150 кг, а несколько позже в Массачусетском технологическом институте была отлита чугунная мачта для колокола, украшенная орнаментом, массой 3,5 т. Для производства промышленных отливок эта технология была впервые применена в 1962 г., где была получена отливка станины массой 15 т. Метод литья по газифицируемым моделям получил быстрое распространение в Европе и Америке, и уже в 1968 г. по моделям из пенополистирола было отлито 350 тыс. т литья. В нашей стране этот способ получил распространение с 1964 г. первоначально на Горьковском автомобильном заводе для производства отливок крупных штампов. В настоящее время он применяется на многих заводах страны.

Процесс получения отливок по газифицируемым моделям состоит в следующем. Модель из пенополистирола (см. рис. 14) покрывают двумя-тремя слоями противопригарной самовысыхающей краски, а затем устанавливают на заранее приготовленную в кессоне постель вместе с литниковой системой. После этого модель облицовывают слоем 50—80 мм из самотвердеющей смеси на основе хромистого железняка или жидкостекольной смеси для CO₂-процесса. После затвердевания облицовочного слоя в кессон насыпают слоями наполнительную смесь и уплотняют ее трамбовками. Во время уплотнения в стенки формы укладывают арматуру. Затем устанавливают верхнюю опоку и выполняют формовку сначала облицовочной, а затем наполнительной смесью. В форме делают наколы для выхода газов, устанавливают чашу и заливают металл. Как вы можете убедиться сами, отпадают такие операции, как раскрытие формы, удаление модели, отделка полуформ верха и низа, сборка формы. Даже неспециалисту видно, насколько упростился процесс формовки!

Еще более ускоряется и облегчается формовка, если для получения формы применить жидкие самотвердеющие смеси. В этом случае ручные работы сводятся к минимуму: установить модель, закрепить, чтобы она не всплыла (в ЖСС модели из пенополистирола могут свободно плавать), и, если нужно, уложить арматуру и сделать газоотводные каналы. На рис. 22 показана чугунная отливка массой 8 т, полученная по модели из пенополистирола, приведенной на рис. 14. Обратите внимание на четкость контуров, переходов в отливке между различными ее частями. Если нужно получить небольшую отливку, то можно вести формовку в опоках, но последовательность операций формовки принципиально не изменится. Самая большая в мире чугунная отливка, полученная этим способом, — секция станины сверлильного станка длиной около 10 м, массой более 35 т, отлитая в 1981 г. В СССР на Невском машиностроительном заводе была получена самая крупная стальная отливка кузнечных козел массой (с прибылью) 25 т еще в 1976 г.

Рис. 22. Чугунная отливка плиты по пенополистироловой модели