Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ), это древнейшая и в то же время невероятно актуальная технология обработки металлов, также известная во всем мире как cire perdue (от фр. «потерянный воск»). Суть этого метода потрясающе проста, но требует ювелирной точности: берём модель, снимаем форму, делаем восковую модель, покрываем её керамикой, нагреваем форму, воск вытекает, а в получившуюся пустоту заливаем металл.
Однако современные реалии вносят свои коррективы в классический процесс. Одной из самых интересных и востребованных модификаций технологии сегодня является так называемая «отливка воском рассорка с обраткой». В данной статье мы подробно разберем, что это значит, как применяется этот метод в серийном производстве и как современные технологии (такие как 3D-печать) меняют правила игры.
Что такое «рассорка с обраткой» в контексте ЛВМ?
В традиционном понимании литья по выплавляемым моделям процесс начинается с создания металлической пресс-формы (матрицы), в которую затем впрыскивается воск для получения точной копии детали. Термин «рассорка» в литейном деле относится к процессу разделения, создания зазора или специальной разъемной оснастки, позволяющей извлекать сложную модель без повреждений.
«Обратка» (или обратная форма) — это инверсная матрица, которая позволяет получать негативное пространство детали. Использование рассорки с обраткой позволяет изготавливать детали с сложным рельефом, поднутрениями и внутренними полостями, которые невозможно получить обычной заливкой воска в простую форму. Это особенно критично для:
- Корпусов и элементов приборов;
- Режущего и медицинского инструмента;
- Деталей для авто, фото- и видеотехники;
- Швейного и текстильного оборудования;
- Художественного литья и ювелирных изделий.
Классический процесс: От воска к металлу
Процесс литья по выплавляемым моделям — это строго выверенная пошаговая процедура, которую инженеры годами совершенствовали для получения оптимальных отливок. Литье по выплавляемым моделям — это процесс, в котором для получения отливки применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, полученные по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей.
Традиционно серийное производство такой модели включает несколько ключевых этапов:
- Создание пресс-формы: Изначально производится форма из металла на ЧПУ-станке. В эту форму заливается воск для получения выплавляемой модели, которая является точной копией конечного металлического изделия.
- Изготовление восковых узоров: Восковые модели изготавливают в многоместной пресс-форме на специальном пресс-автомате. В качестве первичного материала для формы используют низкоплавкие элементы: воск, стеарин, этилсиликат. При необходимости модель доводится вручную.
- Сборка куста (монтаж): Отдельные восковые модели припаиваются к центральной восковой палочке, называемой литником. Формируется так называемый модельный блок (куст) с общей литниковой питающей системой.
- Нанесение керамической оболочки: Изделие слой за слоем покрывают керамической жаропрочной суспензией.
- Выплавление воска: Всю модельную сборку помещают в герметичную нагреваемую камеру, где преобладающая часть воска расплавляется и удаляется через литниковые отверстия (остатки выжигаются при обжиге формы).
- Заливка металла: Расплавленный металл заливается в полученную керамическую полость (свободной заливкой, под низким давлением или центробежным способом).
- Выбивка и обрубка: Керамическая форма разрушается, металл остывает, после чего удаляется литниковая система, и получается готовая металлическая отливка.
Инновации: 3D-печать и экономия воска
Классический метод имеет один существенный недостаток — огромный расход воска при серийном производстве, особенно на этапе создания мастер-моделей. На одном из российских предприятий был найден блестящий выход при создании модели металлического сувенирного изделия.
Чтобы не платить за весь воск, который тратится на каждое изделие при создании обратки и рассорки, модель была напечатана на 3D-принтере не из воска, а из пластика (фотополимерной смолы). Дальнейшее создание мастер-моделей выполнялось путем выплавления воска и литья по выплавляемым моделям, но уже с использованием пластикового каркаса. Применение 3D-печати в литьевом производстве позволяет в значительной степени сократить трудозатраты и расходы на расходные материалы (воск, стеарин), обеспечивая при этом высочайшую точность геометрии.
Как 3D-печать меняет концепцию «рассорки с обраткой»
Если раньше для создания сложной детали с внутренними полостями требовалось изготавливать сложнейшие многокомпонентные металлические рассорки и обратки, то сегодня процесс выглядит иначе:
- Модель с обратными уклонами проектируется в CAD-системе.
- С помощью 3D-печати на фотополимерном принтере изготавливается мастер-модель, которая может быть любой сложности — печать не требует создания физической разъемной пресс-формы.
- Если требуется малая серия, такие пластиковые модели могут быть непосредственно оснащены литником и покрыты керамической суспензией. При обжиге фотополимер выгорит, оставляя точную полость.
- Для крупной серии по 3D-напечатанной модели создается силиконовая форма (обратка), в которую уже заливается воск для тиражирования.
Технические особенности формирования литниковой системы
В большинстве случаев для повышения эффективности несколько деталей отливаются вместе. Оснастка для литья по выплавляемым моделям включает в себя создание нескольких восковых узоров и прикрепление их к устройству ворот (литниковой системе); Именно в этом устройстве будет заливаться металл, чтобы в конечном итоге создать желаемые заготовки.
Восковая модель является точной копией геометрии конечной детали. Когда используется метод «рассорки с обраткой», особое внимание уделяется линиям разъема и местам подвода литников. Воск должен свободно вытекать из всех полостей формы при нагреве, а металл — равномерно их заполнить, не образуя раковин и недоливов.
Отливка воском с использованием рассорок и обраток — это мощный инструмент в арсенале современного машиностроения и художественного литья. Эта техника, имеющая тысячелетнюю историю, сегодня переживает ренессанс благодаря внедрению цифровых технологий. Синтез традиционного литья по выплавляемым моделям и 3D-печати из фотополимерных смол позволяет предприятиям изготавливать тонкостенные сложные отливки с высочайшим качеством поверхности, минимизируя расходы на дорогостоящий воск и сокращая время на проектирование и изготовление технологической оснастки.