Материал для формы для литья — Информационный …

ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМЫ — КАКИМИ БЫВАЮТ ФОРМЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ

При литье металлов расплав всегда заливают в форму. Формы для литья бывают разовыми и многоразовыми, которые, в свою очередь, также могут быть различных видов.

Одноразовые литейные формы имеют песчаную основу. Смешанный в специальной машине с водой и связующими веществами кремнистый песок идет на изготовление форм, в которых можно получить литье различной конфигурации, любых размеров.

В цветном литье в качестве разовых форм широко используют оболочковые формы. Гипсовые оболочковые формы (гипс с быстро затвердевающим полимером) применяют для облицовки модели отливки. После высыхания гипсовую форму разрезают пополам, сушат, после чего соединяют полученные половинки формы и заливают металлом.

Для литья по расплавляемым (выплавляемым) моделям используют оболочковые формы на основе диоксида кремня, порошок которого скрепляют связующим веществом. Такие формы применяют для литья металлов, которым присуща высокая температура плавления. Пресс-форму из легкоплавкого металла наполняют или парафином, или замораживаемой впоследствии ртутью, или пластмассой. Полученную модель облицовывают огнеупорным материалом, который уплотняют вибрацией. После затвердения форму нагревают, из-за чего модель расплавляется и вытекает, а в полученную оболочковую форму заливают расплав для получения отливки.

Также при данном методе литья используют керамические литейные формы. Их изготавливают из каолина (фарфоровой глины) или алюминиевых силикатов. Керамические формы можно использовать для литья несколько раз.

Многоразовые формы изготавливают из огнеупорных металлов: чугуна, жаростойкой стали, меди или латуни. Их используют для цветного литья (например, цинковых, алюминиевых, латунных сплавов). Кроме того, многократно (до нескольких сотен раз) можно использовать формы из графита. Графитовые литейные формы изготавливают, подвергая графит механической обработке. Обычно они состоят из нескольких, скрепляемых между собой деталей, открытым остается лишь отверстие для заливки расплава.

К многократным формам для литья относятся и изложницы – открытые формы, расплав в которые поступает самотеком. Чаще всего их изготавливают из чугуна. При использовании изложниц в литье строго соблюдают основные правила: следят за чистотой изложниц перед заливкой расплавленного металла и предотвращают разбрызгивание жидкого металла на стенки формы при его заливке. После каждой отливки изложницы чистят и на внутреннюю вычищенную поверхность наносят формовочные противопригарные краски. Использовать изложницу можно до 100 раз.

Многократными формами для литья являются также кокили – закрытые металлические формы, внутренняя поверхность которых является точной копией конфигурации будущей отливки. Их широко применяют при литье из меди, алюминия, свинца, магния, олова, цинка. Это самые долговечные литейные формы, их ресурс достигает нескольких сотен тысяч циклов. Об окончании срока эксплуатации кокиля можно судить по качеству поверхностей отливок.

Материалы для изготовления пресс-форм

Прессование – один из основных способов промышленной обработки материалов. Суть технологического процесса заключается в увеличении плотности исходного сырья и придании нужной формы выпускаемой продукции. Кроме того, при выполнении таких операций происходит соединение отдельных заготовок в единое изделие. В качестве исходного сырья может использоваться металл или композитные материалы.

Однако технологический процесс осуществляется разными способами. Например, прессование металла происходит путём его выдавливания из замкнутого контура через отверстие в матрице. Прессовка композитных материалов выполняется в замкнутых пространствах путём внешнего сдавливания. Для этого используются пресс-формы, конструктивно состоящие из матрицы и двух пуансонов. В зависимости от способа прессования, изменяется и материал изготовления пресс-формы.

Общие положения

Для производственных и машиностроительных отраслей требуется большое количество высокоточного инструмента. При этом такие изделия должны быть не только точными, но и удобными в использовании, долговечными и максимально дешёвыми в изготовлении. Именно эти задачи определяют требования к материалам, используемым в инструментальном производстве.

Лучше всего для этих целей подходят следующие виды сталей:

• Углеродистые обыкновенного качества;

Углеродистые стали используются практически во всех формах горячего проката: листы, прутки круглого и квадратного сечения, шестигранники, листы и полосы.

Инструментальная сталь используется при изготовлении измерительных и режущих инструментов, отдельных узлов промышленных пресс-форм и штампов. Нужно уточнить, что при производстве режущего инструмента, такая сталь не является единственным материалом. Здесь также используются металлокерамические пластины и сплавы, алмазы и пр.

При производстве пресс-форм тоже допускается использование других материалов, менее прочных, чем сталь. Самым распространённым из них является гипс. Сухую смесь разбавляют водой и размешивают до получения однородной массы. Оптимальная консистенция напоминает густую сметану. Полученная смесь заливается в металлические ящики, крышка и дно которых обычно изготавливаются в съёмном варианте. Для изготовления моделей копиров допускается использовать древесину, воск и другие материалы. В любом случае, внутренние поверхности подвергаются тщательной обработке, устраняются все дефекты. Для упрощения съёма изделия создаётся небольшой наклон с углом в 1 градус.

Материалы для изготовления пресс-форм в зависимости от метода прессования

Существует несколько способов осуществления этих технологических процессов. Например, динамическое горячее прессование. На западе данная методика изначально использовалась для изготовления деталей сложных геометрических форм и прецизионной ковки металлических слитков. Процесс энергозатратный, зато обеспечивает максимальную скорость производства. Фактически, здесь речь идёт о диффузионной сварке исходного сырья, нагретого до высоких температур с применением кратковременного внешнего сдавливания.

Учитывая методику производства, здесь используются литейные формы с теплоизоляционными покрытиями. Главный недостаток таких пресс-форм – высокая себестоимость производства. Кроме того, постоянная эксплуатация в условиях повышенных температур приводит к быстрому разрушению рабочих поверхностей. Покрытия приходится заменять, что негативно отражается на скорости литейного производства.

Холодное прессование происходит по противоположному принципу. Здесь отсутствует температурный нагрев, нужная форма заготовкам придаётся пластическим деформированием. К преимуществам метода можно отнести высокую точность готовых изделий: доработка обычно требуется только посадочным местам и переходам. Однако имеются у таких конструкций и недостатки. Например, в многогнёздных формах, которые используются для изготовления сложных деталей, матрицу лучше выполнять отдельными вставками, а не цельной плитой, что усложняет производственные процессы. Кроме того, при формовке несимметричных поверхностей, нужно уравновешивать мастер-пуансон, чтобы не допускать перекосов и искажений.

Особенности выбора материалов

Формообразующие детали (ФОД) изготавливаются из разных материалов. Однако здесь нужно учитывать, что матрица должна отработать не максимально возможный, а определённый срок, необходимый для изготовления партии продукции.

Поэтому если речь идёт об опытном или мелкосерийном производстве, где не требуется большого количества отливок, пресс-формы могут создаваться из меди, металлопластика и алюминия. Такие конструкции обеспечивают высокую точность производства, но быстро изнашиваются.

Пресс-формы для массового и промышленного производства создаются из сталей. Эксплуатационные особенности и характеристики пресс-форм зависят от используемой марки стали. Выглядит это так:

1. Цементируемая сталь. Отличается высокой поверхностной прочностью и вязкой сердцевиной. Материал отличается повышенной устойчивостью к механическому износу, переменным и ударным нагрузкам. В отличие от инструментальных и углеродистых сталей, цементируемые аналоги меньше деформируются в условиях непрерывной эксплуатации.
2. Азотируемая сталь. В отличие от предыдущего варианта, такой материал сразу умеет прочный поверхностный слой без дополнительной обработки. Это существенно снижает себестоимость производства. Азотирование подходит для формообразующих деталей, доведённых до окончательных размеров.
3. Объёмно-закаливаемая сталь. Обладает высокой поверхностной прочностью, но пониженной внутренней вязкостью. В результате такие изделия склонны к появлению трещин и линейной деформации, особенно в условиях непрерывной эксплуатации. Поэтому используется материал для изготовления простых пресс-форм с небольшими размерами.

Если пресс-формы используются в особых условиях, например, для обработки агрессивных пластмасс и металлов, матрицы изготавливаются из коррозийно-стойких сталей. Кроме того, для повышения износостойкости и устойчивости к коррозийным изменениям, рабочие поверхности покрываются хромом.

Для мелкосерийного производства, пресс-формы обычно изготавливаются из улучшаемых сталей марки 45. К недостаткам материала можно отнести повышенную изнашиваемость и сложности в качественной полировке рабочих поверхностей, что оставляет дефекты на готовых деталях и требует дополнительной обработки. В ситуациях, когда матрицы используются в промышленном производстве, с большим количеством отливок, недостатки материала нивелируются хромированием или азотированием.

При выборе материала для изготовления пресс-форм также учитывается способ изготовления копиров. Обычно здесь используются методики холодного и горячего выдавливания с последующей электроэрозионной обработкой.

Онлайн калькулятор

— С помощью онлайн калькулятора вы можете рассчитать приблизительную стоимость вашего заказа

Технология изготовления литьевых форм (часть 1)

В производстве литьевых форм используют множество разнообразных способов и их сочетаний. На рис. 1 приведена относительная себестоимость матриц, изготовленных из различных материалов. Видно, что стальные матрицы во много раз дороже. Несмотря на это предпочтение в большинстве случаев отдается именно стали. Это кажущееся противоречие объясняется тем, что стальные матрицы отличаются максимальным сроком службы, а дополнительные затраты при ее изготовлении составляют только часть общих затрат на форму.

Рис. 1. Сравнение стоимости: различные способы изготовления форм

Если матрицу изготавливают методом электролитического осаждения или другим способом, требующим кооперации, то общее время ожидания готовности формы увеличивается. Это может оказаться неприемлемым. Процесс получения формообразующих вставок методом гальванопластики занимает недели и даже месяцы. Матрицу, изготовленную из термообработанной стали, можно без затруднений использовать в пробном запуске, а затем доработать. При высоких производственных затратах стоимость материала даже самого высокого качества для изготовления матрицы составит 10-20% от общих затрат на форму.

Несмотря на постоянное совершенствование методов планирования, конструирования и управления производством, изготовление форм остается уделом опытных и высококвалифицированных специалистов, которых в наше время относительно немного. Очевидно также, что для изготовления форм требуется самое современное оборудование, например, станки или электроэрозионные машины с программным управлением, что позволяет снижать вероятность брака и автоматизировать процесс.

Изготовление форм и формообразующих вставок литьем

В ряде областей применения предпочтение при изготовлении вставок или даже полуформ отдается литью. Причины заключаются в том, что почти для любого применения формы можно подобрать подходящий литейный сплав, а форма и размеры практически неограниченны. Когда форма требует значительной механической обработки, альтернативой является экономически более выгодный литейный метод. Другой сферой применения литья является простое и экономичное изготовле¬ние форм (в основном из цветных металлов) для выпуска пробных и малых партий. Ниже дается лишь краткое перечисление литейных методов получения вставок для форм.

Методы литья и литейные сплавы

Из множества известных методов литья для получения вставок и матриц используются точное литье и литье в песчаные формы. Выбор конкретного метода зависит от размеров литьевой формы, допусков на размеры и желаемого качества поверхности. Отлитая форма уже имеет контур, необходимый для получения детали. При изготовлении крупногабаритных форм, отливаемых в виде монолита, можно в рамках литейной технологии отлить систему каналов для охлаждающей жидкости.

Обычно внутренние контуры формы отливаются с припуском и требуют небольшой механической доработки. Другим определяющим фактором являются требования к качеству поверхности готового изделия. Вся последующая обработка поверхности (например, полирование) выполняется так же, как и при обычном изготовлении форм, но зернистые и структурированные поверхности, специально получаемые методом точного литья, не требуют последующей обработки. Отверстия под толкатели, втулки литников и вставки, пазы для направляющих, износостойкие покрытия и другие элементы формы выполняются на отлитой заготовке также обычными способами.

Металлы, применимые для изготовления форм, делятся на две группы:

цветные металлы (алюминий, медь, цинк и сплавы олово-висмут).

Если речь идет не только об экспериментальных или мелких партиях деталей, то прочностным требованиям, предъявляемым к вставкам и матрицам, удовлетворяют лишь литейные стали. Более того, только сталь обладает достаточной полируемостью. Следует, однако, помнить, что стальное литье имеет грубую структуру, не сравнимую с полиморфной структурой кованых и катаных сталей. С макроскопической точки зрения у литья заметна разница в размере зерен между краевыми и срединными зонами. Для удаления первичных фаз, кристаллизующихся из расплава на поверхности зерен, путем термообработки существует немного возможностей. Поэтому для изготовления форм методом литья рекомендуется использовать те марки сталей, которые не склонны к образованию грубых кристаллов и возникновению ликвационной неоднородности.

Термообработка, следующая за литьем, не только приводит к положительным структурным изменениям, о которых сказано выше, но и улучшает механические свойства формы, снижая внутренние напряжения и повышая прочность при их концентрации на поверхности. Связанная с содержанием углерода прочность литейных сталей, а также пластичность и ударная вязкость ниже, чем у штампованных и катаных сталей, однако они удовлетворяют большинству предъявляемых требований. Срок службы форм из литейных сталей зависит от износостойкости, а в случае термической нагрузки — от стойкости к тепловому удару. Если рассматривать стали сравнимых марок, то у литейной стали стойкость к тепловому удару ниже, чем у стали, подвергнутой механической обработке.

Вставки из сплавов меди и алюминия получают как литьем, так и механической обработкой. Очищенные литейные сплавы цинка используются в литьевом формовании только для вставок в случаях экспериментального либо раздувного формования и мелких партий изделий. Подобно сплавам меди, очищенные литейные сплавы цинка отличаются превосходной теплопроводностью порядка 100 Вт/(м*К). Цинковые сплавы позволяют добиться отличной заполняемости, и даже в матрицах со сложным и протяженным профилем получаются отливки с гладкой поверхностью, не имеющей пор.

Сплавы олово-висмут — это относительно мягкие, тяжелые и низкоплавкие металлы (температура плавления в зависимости от состава меняется от 47 до 170 °С). Сплавы олово-висмут, выпускаемые под торговой маркой Gerro, особенно хороши для изготовления форм, так как при затвердевании не дают изменения в объеме, однако ввиду невысоких механических характеристик используются только для литья под давлением пробных партий либо для раздувного формования. Также они применяются как материал для изготовления выплавляемых пуансонов.

Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник

Редакция оплачивает на договорной основе
технические статьи, маркетинговые отчеты, рецептуры, обзоры рынка
и другую отраслевую информацию и права не ее размещение

Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!

По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию:
Тел: +7 (499) 490-77-79
Прислать сообщение

Изготовление форм. Выбираем материал.

В настоящее время практически каждый желающий может самостоятельно изготовить декоративный камень, тротуарную плитку, гипсовые фигурки, элементы фасада и тому подобное. Было бы желание. И знания.

Можно заниматься литьем гипса, воска, мыла, различных смол и даже металла. В этом случае вам понадобятся специальные эластичные формы, которые вы также можете сделать « своими руками». Но какой материал использовать для изготовления формы? Современный мир предлагает достаточно много вариантов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Давайте разбираться. Первый фактор, определяющий нужный материал для изготовления форм — жесткость.

3 вида форм по степени жесткости

Жесткие

Полужесткие

Эластичные

• металл
• пластмасса

• недорогие
• пластик и полиуретан
• резиновые каучуки горячего отверждения

• формопласты
• пластик
• силикон
• полиуретан
• резина

1. смазанный рельеф готовых изделий;
2. сложность конфигурации при отливке объемных изделий;
3. возможность повреждения готовых изделий и форм

1. недостатки жестких форм + наличие дополнительного жесткого корпуса;
2. большой расход исходного материала для их изготовления

1. каждый из этих материалов имеет свои недостатки, но эластичные формы являются самыми востребованными

Твердость по Шору

При выборе жесткости материала обращают внимание на такой показатель как « Твердость по Шору». Определяется он одноименной шкалой.

Твердость материалов по шкале Шор изменяется в диапазоне от очень эластичных до средней твердости с небольшой эластичностью, а также твердые и практически неэластичные. Полужесткие пластмассы тоже входят в эту шкалу, но в ее верхнюю часть.

Как видно, существует несколько шкал. Для мягких материалов используется шкала А. Она измеряется от 0 до 100. К примеру, твердость покрышки для автомобиля или подошва ботинка составляет 60-70 единиц. Лист ДСП или пластмассы будет около 100 единиц. Различные шкалы соприкасаются друг с другом, например, Шор А95=Шор Д45.

Твердость по Шору. Роль в выборе материала для изготовления форм

Главный момент — это насколько легко будет извлечь модель и последующие отливки из формы.

Пример. Требуется изготовить формы с модели, изготовленной из гипса, представляющей собой стоящую балерину с вытянутыми в разные стороны руками. Лучшим выбором в данном случае будет силикон с твердостью Шор А30 или мягче, который будет обладать большей гибкостью для извлечения модели.

А вот при производстве плоских бетонных изделий, таких как тротуарная плитка, от формы не требуется большой гибкости. В данном случае отлично подойдет эластомер с твердостью Шор А70.

Как физически измерить твердость материала?

Для измерения способности материала сопротивляться вдавливанию используют специальный прибор — твердомер по Шору.

Прибор имеет специальную иглу, которую необходимо расположить на поверхности измеряемого материала. Твердомер должен быть крепко прижат к эластомеру, тогда игла пройдет в материал настолько, насколько это возможно, а стрелка на шкале покажет значение твердости.

Особенности материалов для изготовления форм

Эластичные формы-матрицы позволяют воспроизводить и тиражировать сложные фактуры и поверхности из гипса, бетона, полимербетона, полимерных ( полиэфирных и эпоксидных) смол.

Существует четыре основных вида материалов для изготовления эластичных форм: формопласт ( ПВХ), резина, силикон, полиуретан. Рассмотрим их достоинства и недостатки.

Формопласт ( ПВХ)

Самый дешевый и примитивный, но сложный в работе материал. Широко использовался до появления качественных эластомеров. Формопласт расплавляется и заливается при высокой температуре ( до 200 о С). Важно четко выдерживать температурный режим, потому что при перегревании формопласт будет не пригоден к дальнейшему использованию, поэтому необходимо специальное плавильное оборудование с регулировкой температуры. Матрицы из формопласта используются при отливке не выше 70 о С.

Формы выдерживают 450 — 1000 отливок. Рельеф повторяют на 95%. Легко перерабатываются (8 — 10 раз).

1. Дешевизна
2. Прочность формы по сравнению с силиконовой
3. Не требуется добавок — катализаторов, отвердителей. Это однокомпонентный материал

1. Токсичен
2. Значительная усадка при охлаждении, что приводит к потере геометрических размеров
3. При заливке ( изготовлении формы) может сильно прилипать к модели
4. Нетермостойкий
5. При низких температурах ( -10…- 15 о С) затвердевает
6. Мягкость формопласта, приводящая к деформации бортов изделия в виде « пузырения»
7. Нещелочестойкий материал, что делает невозможным его применение при работе с бетоном
8. Требуется специальное оборудование
9. Недолговечный материал

Резина

Находит все большее применение при изготовлении форм методом горячей полимеризации под давлением. Формы изготавливаются автоматически на высококлассном оборудовании, что позволяет обеспечить стабильность их качества.

Формы из резины выдерживают до 6000 отливок с соблюдением геометрических размеров изделий. Используются в широком диапазоне температур от -90 о С до +300 о С.

1. Высокая абразивная устойчивость
2. Долговечность
3. Сохранение геометрических размеров в течение всего срока эксплуатации
4. Резиновая поверхность формы хорошо удерживает на поверхности красящие пигменты, что дает возможность применения всех способов окраски искусственного камня
5. Отсутствие пузырьков воздуха внутри и на поверхности формы гарантирует высокое качество изделий
6. Практически идеальная передача фактуры натурального камня
7. Низкая себестоимость

1. Высокая стоимость оборудования для производства форм

Силикон

Эластомер популярный среди производителей форм, которые легко изготовить своими руками. Для создания формы используются двухкомпонентные силиконовые компаунды: основной силиконовый состав + катализатор. Этот материал легко смешивается, допускает отклонение в дозировке компонентов. Формы застывают при комнатной температуре. Имеют среднюю прочность. Выдерживают до 2000 отливок в широком диапазоне температур заливаемого материала. Если рассматривать качественный силикон на платиновой основе, то эти формы выдержат до 5000 отливок.

1. Не токсичен ( силикон широко используется в медицине, может иметь пищевой допуск)
2. Практически не дает усадки
3. Высокая точность слепка
4. Не требует дополнительных смазок
5. Допускает заливку в широком диапазоне температур ( до 200 о С и выше)
6. Стойкость к агрессивным средам
7. Простота в работе

1. Низкая химическая стойкость к щелочным материалам
2. Умеренная прочность, сравнимая с прочностью формопласта, но уступающая прочности полиуретана
3. Появление пузырей на боковых сторонах декоративных изделий
4. Сложность окраски готовых изделий
5. Высокая цена

Полиуретан

Очень прочный заливочный двухкомпонентный материал для форм. Как и силиконовые, формы застывают при комнатной температуре. Необходимо четко соблюдать инструкции по смешиванию компонентов. При неправильном соотношении будет понижена прочность, непрореагировавшие компоненты вызовут разрушение формы.

При открывании упаковки, все количество сырья необходимо использовать сразу же, то есть нельзя его делить на разные порции, так как полиуретановые компоненты взаимодействуют с воздухом, влагой — происходит изменение свойств компаунда.

Под каждый материал следует выбирать конкретную марку полиуретана. Формы из полиуретана в основном предназначены для материалов, заливаемых при температуре до 70 о С.

Формы из полиуретана выдерживают до 4000 отливок.

1. Высокие прочностные характеристики
2. Большая гибкость
3. Малая усадка
4. Щелочестойкий материал
5. Устойчив к агрессивным средам
6. Точно передает рельеф поверхности
7. Низкая цена ( в два раза дешевле силикона)

1. Токсичен
2. Боится контакта с воздухом и влагой
3. Нельзя делить на порции, необходимо использовать весь материал сразу же
4. Сильно прилипает ко всем материалам, требуется большое количество смазки
5. Наличие пузырьков воздуха на поверхности формы
6. Сложность в работе
7. Достаточно густой вязкий материал — сложно заливать

Надеемся, информация была вам полезна. Подводя итог, хочется отметить, что какой бы материал вы не выбрали для работы, четко соблюдайте рекомендации производителя. Только так вы сможете верно оценить качество материала.

В следующей статье читайте подробнее о полиуретане.

Подписывайтесь на нас в Facebook , Vkontakte . Следите за нашими новостями.