Опока для литья своими руками

Литье из бронзы: технология художественного бронзового литья

Литье бронзы позволяет изготавливать изделия, отличающиеся исключительной декоративной привлекательностью. Технология литья из данного сплава, основу которого составляет медь, известна на протяжении многих веков, но и в наше время она продолжает совершенствоваться.

Внешний вид бронзовых изделий говорит об кропотливом труде мастера, превращающего безликий металл в художественное произведение

История технологии

По мнению историков, возраст, который имеет бронзовое литье, составляет 12 тысяч лет. Изначально при помощи такой технологии из бронзы изготавливались украшения и простейшие орудия труда. С течением времени данная технология совершенствовалась, и сегодня она представляет собой метод, при помощи которого создают множество уникальных изделий из данного сплава.

Современный уровень развития литья из бронзы позволяет получать из данного сплава меди различные предметы не только в производственных, но и в домашних условиях. Благодаря изобретению бронзы, а также развитию технологий ее обработки, основной из которых является литье, мы и сегодня можем наслаждаться видом произведений искусства, которые были созданы мастерами еще в Средние века и в античные времена.

Старинный бронзовый набор письменных принадлежностей

Наибольшую популярность бронзовое литье, а также литье латуни – еще одного сплава, основу которого составляет медь, приобрело в эпоху классицизма и европейского барокко. Именно в те времена люди научились использовать эти материалы для того, чтобы создавать уникальные интерьерные элементы и декор.

Такие сплавы, созданные на основе меди, и сегодня активно применяются при изготовлении:

• предметов, служащих для оформления интерьера;
• ворот и заборов, выполняющих не только декоративную, но и защитную функцию;
• скульптурных композиций и сувенирной продукции;
• барельефов и элементов оформления осветительных приборов – люстр и бра;
• элементов лестничных конструкций и входных групп.

Литьё из бронзы для изготовления рукоятей ножей

Многие из таких изделий, не отличающихся большими габаритами и сложностью форм, можно изготавливать из бронзы и латуни не только в производственных, но и в домашних условиях.

Этапы художественного литья из бронзы

Для того чтобы качественно выполнить литье из такого металла, как бронза, необходимо придерживаться определенной последовательности действий. В первую очередь следует отразить в эскизе форму изделия, которое планируется отлить из бронзы. На базе эскиза, над созданием которого на современных предприятиях работают профессиональные художники и дизайнеры, специалисты создают чертеж, в котором точно отражены все размеры будущей отливки. Именно чертеж является базой для изготовления точной модели, которую используют для производства литейной формы.

Для создания модели изделия, которое будет в дальнейшем изготавливаться из бронзы методом литья, могут использоваться различные материалы, в частности:

• слоновая кость;
• древесина (при этом преимущество отдается таким сортам данного материала, как сосна, ольха, бук, липа);
• гипс;
• различные виды полимерных материалов.

Полости восковой модели будущей статуэтки заполняются глиной, которая будет удаляться после отливки

Чтобы поверхность модели была максимально гладкой, ее грунтуют, шпаклюют и покрывают несколькими слоями лака. При изготовлении литейной модели могут быть использованы не только разные материалы, но и различные конструктивные подходы. Так, модели могут быть:

• разъемными (это сложные конструкции, состоящие из нескольких составных элементов, которые могут соединяться между собой по плоским или сложным поверхностям);
• неразъемными (модели монолитного, наиболее простого типа, чаще всего используемые для выполнения литья в домашних условиях);
• специальными (сюда относятся скелетные или формовочные шаблоны, используемые в тех случаях, когда необходимо сделать литейную форму для изготовления предметов, отличающихся сложной конфигурацией).

Следующим этапом после создания точной модели будущего изделия из бронзы является изготовление литейной формы. Для этого используются специальные приспособления и инвентарь, а основными материалами, которые применяются в этом случае, являются формовочные смеси, созданные на базе глины и тщательно очищенного кварцевого песка.

Наиболее продолжительной стадией литья из бронзы является формовка – изготовление литейной формы

В таком технологическом процессе, как литье, выполняемое из бронзы и любого другого металла, литейная форма играет решающую роль. Именно в такую форму, внутренняя полость которой должна в точности повторять отливаемое изделие, заливается расплавленный металл, в ней же он и остывает, формируя готовую отливку. Литейные формы, применяемые как в производственных, так и в домашних условиях, могут быть одно- или многоразовыми, что определяется не только материалом, из которого они изготовлены, но и особенностями их конструктивного исполнения.

Для того чтобы спрессованная и застывшая смесь, из которой изготавливается литейная форма, не разрушилась в тот момент, когда на нее начинает воздействовать расплавленный металл, ее помещают в специальные приспособления, которые называются опоки.

Опоку часто делают из фанеры или древесины

Размер таких опок, которые также могут быть одно- и многоразовыми, целиком и полностью зависит от геометрических параметров будущего изделия. В опоках, которые обычно изготавливают из металла, проходит как создание литейной формы, так и само литье.

Познавательно видео о достоинствах и особенностях художественного литья из бронзы.

Тонкости технологии

Для того чтобы выполнить художественное литье из бронзы или изготовить из данного сплава изделие практического назначения, необходимо в первую очередь получить расплавленный металл. Для плавки металла применяются различные типы печей: индукционные, дуговые, пламенные и др. В самом простейшем варианте (при выполнении литья в домашних условиях) для плавки бронзы можно использовать и обычную газовую горелку, расположив ее под специальной емкостью для расплава.

Возможностей небольших печей, которые можно изготовить и самостоятельно, вполне хватает для того, чтобы выполнять в них плавку цветных металлов и их сплавов, к числу которых также относятся латунь и бронза.

Для расплава небольшого количества бронзы нужен огнеупорный кирпич и газовая горелка

Важнейшим этапом литья из бронзы является заполнение расплавленным металлом литейной формы. Несмотря на что, что такая заливка длится всего 1–2 минуты, правильность ее выполнения напрямую влияет на качественные характеристики готового изделия. Итогом неправильно выполненной заливки могут стать такие дефекты, как:

На этих бронзовых отливках раковины образовались вследствие плохой очистки тиглей перед заливкой

При литье латунных и бронзовых изделий небольшого размера разливка расплавленного металла осуществляется не из самого тигля, в котором он нагревался, а при помощи специального приспособления, используемого в качестве ручного ковша или ложки.

Металлу, который уже залит в литейную форму, необходимо дать остыть до требуемой температуры, которая, в зависимости от марки используемого сплава, может варьироваться. Порядок извлечения готового изделия из формы зависит от того, какого она типа – одноразовая или многоразовая. В первом случае ее просто разбивают молотком, а отливку извлекают при помощи клещей. Многоразовые формы, соответственно, разбивать не надо: их просто размыкают по соединяемой поверхности и аккуратно извлекают из них отливку.

Только что извлеченную отливку необходимо доработать. Заключается такая доработка в том, что с поверхности изделия удаляются литники, выпоры, прибыли и заливы, образовавшиеся в процессе выполнения литья. Такая операция, которую можно выполнять при помощи различного механического инструмента, называется обрубкой.

Придание отлитому изделию привлекательного внешнего вида

Изделие, которое только что извлекли из литейной формы, выглядит достаточно непрезентабельно. На его поверхности может остаться пригоревшая формовочная смесь и обнаруживаются другие поверхностные дефекты. Первым этапом приведения отлитого из бронзы предмета в нормальное состояние является его очистка. Для выполнения такой процедуры используются металлические щетки или шлифовальные машинки (в качестве рабочего органа на них устанавливается проволочный круг).

Несмотря на то, что латунь и бронза отличаются хорошей текучестью и при выполнении литья хорошо заполняют все углубления в форме, получить на готовом изделии тонкий рисунок практически невозможно. Чтобы сформировать подобный рисунок, используют такую доводочную операцию, как чеканка. Она выполняется при помощи специального инструмента. В зависимости от сложности и тонкости рисунка, который необходимо сформировать на поверхности отлитого из бронзы изделия, операция чеканки может занимать различное количество времени.

Ручная чеканка бронзовой статуэтки

Следует иметь в виду, что чеканка – это самый творческий этап процедуры литья, от качества и тщательности ее выполнения напрямую зависит то, как в конечном итоге будет выглядеть изделие. Именно поэтому подходить к выполнению такой операции следует очень ответственно и с максимальной аккуратностью.

В зависимости от задумки мастера, выполняющего литье из бронзы или латуни, а также от требований к декоративности, поверхность отливки может покрываться искусственной патиной, позолотой, серебром, слоем никеля или хрома. Предметы, которые имеют сложную конструкцию, часто отливают не целиком, а отдельными частями, которые затем необходимо правильно соединить. Выполняется такое соединение при помощи специальных замков, изначально предусмотренных в конструкции. Для того чтобы не перепутать такие замки и правильно сопоставить их элементы друг с другом, их часто маркируют.

Литье по центробежной технологии

Для производства в заводских условиях изделий из бронзы, к износостойкости которых предъявляются повышенные требования, часто используется такая технология, как центробежное литье. С ее помощью выполняют литье изделий из бронзы, используемых в машиностроении и других отраслях промышленности. Сюда, в частности, относятся:

• шестерни;
• элементы червячных соединений;
• втулки различного назначения;
• обечайки;
• втулки;
• кольца;
• вкладыши и др.

Технология центробежного литья предполагает, что расплавленная бронза заполняет форму не под действием собственного веса, а под влиянием центробежных сил. Литейные формы помещаются в специальное оборудование. В зависимости от того, в какой плоскости происходит вращение литейных форм, установленных в такое оборудование, оно может быть вертикального или горизонтального типа.

Схема центробежного литья

Оборудование любого типа, используемое для выполнения литья из бронзы по центробежной технологии, имеет следующие конструктивные элементы:

• тигель, в котором происходит плавка металла;
• желоб, по которому расплавленный металл подается в литейные формы;
• изложница;
• электродвигатель, который используется в качестве главного привода и обеспечивает вращение форм;
• элементы привода: шкивы, валы, клиноременная передача.

Благодаря особенностям данной технологии, с ее помощью можно выполнять качественное литье изделий из бронзы, отличающихся даже очень сложной конфигурацией. За счет задействования центробежных сил, которые прижимают расплавленный металл к стенкам литейной формы, поверхность отливки отличается повышенной плотностью и, соответственно, высокой износостойкостью.

Естественно, что выполнять литье по такой технологии можно только в производственных условиях и при изготовлении деталей большими сериями, так как в единичном производстве такой метод экономически нецелесообразен.

Литье в домашних условиях. Литейная форма. Как сделать форму для литья

Литейная мастерская дома

Как-то мне довелось наблюдать за работой мастера литейщика. Простота, с которой из металла получались детали самой замысловатой формы, произвела на меня впечатление. А в дальнейшем я пришел к убеждению, что освоить хотя бы простейшие приемы литья необходимо каждому для исполнения фантазий, неизбежно возникающих, например, при оборудовании катера.

Это — мой катер «Аленка». Многие детали для него сделаны из алюминия с помощью литья в домашних условиях: 1 — якорь (все-таки легковат) и вертлюг цепи; 2 — палубный клюз; 3 — кнехт; 4 — рамки иллюминаторов; 5 — головка и детали грибовидного вентилятора; 6 — кницы и брештуки внутри корпуса и снаружи (для присоединения стенок рубки).

Теперь я уже могу делиться опытом. Конечно, речь идет лишь о том, чтобы в домашних условиях более или менее свободно распоряжаться самым доступным, удобным и легким материалом — алюминием, а говоря правильнее, его сплавами, в первую очередь литейными (типа силуминов). Как бы то ни было, теперь я не выбрасываю ни одной пробки от пивных бутылок, на улице не могу пройти мимо обрывков алюминиевой проволоки или обрезков листа. Из всего этого можно, в конце концов, получить великолепные утки, кнехты, уключины, киповые планки, различные петли и оковки, кронштейны, брештуки и т. д. и т. п. вплоть до гребных винтов. А литье мормышек будет и вовсе ерундовым делом!

Оборудование литейной мастерской в домашних условиях

Оборудование домашней литейной мастерской изготовить очень просто. Во-первых, нужен ящик для хранения формовочной земли. Я держу землю в сарае в дощатом переносном ящике 320х380х540 с крышкой. Существуют различные рецепты формовочных смесей (песок, глина и те или иные добавки), но для получения из алюминия деталей небольших размеров вполне можно пользоваться самым обычным кремнеземом — мягкой землей темно-коричневого цвета, бархатистой наощупь. В такой земле на берегах устраивают гнезда стрижи. Конечно, земля должна быть тщательно просеяна, очищена от посторонних примесей, особенно — от корешков растений.

Оборудование домашней литейной мастерской: 1 — сито; 2 — щит-подставка; 3 — нижняя опока; 4 — верхняя опока; 5 — лопатка; 6 — трамбовка; 7 — литники; 5 — щетка; 9 — ящик для земли.

Первым дополнением к ящику должны быть сито и коротенькая деревянная лопатка для укладки земли в опоку. Далее необходимо обзавестись «хирургическим набором» — пинцетами, скальпелями, различными крючками.

Набор инструментов для литья: 1 — мастерки; 2 — скальпель; 3 — шило (вентиляционная игла); 4 — крючки; 5 — пинцеты.

Многое делается из проволоки и полосок металла уже в процессе работы. Наиболее трудоемкий в изготовлении инструмент — мастерок; он должен быть обязательно из хорошей стали с гладко отшлифованной поверхностью (я использовал пружину от старого патефона). Насадить на ручку кусочек прямой стальной проволоки нетрудно — получится шило («вентиляционная игла») для накалывания газовыходных отверстий. И уж совсем просто вырезать из дерева трамбовочку для уплотнения земли. Понадобятся еще кисточка и щетка, но и это — не проблема.

Литейная форма. Как сделать форму для литья

Литейная форма состоит из двух частей. Соответственно формовка ведется в двух рамах — опоках, представляющих собой две неравные по высоте части ящика без дна и без верха, уложенные на прочный щит — подставку. Естественно, размеры опок зависят от размеров формуемой детали; в общем случае длина и ширина опоки L и В должны быть вдвое больше длины я ширины детали.

Из толстых нестроганых досок изготовляем жесткий ящик из четырех стенок высотой, равной размеру Н. Перевернув ящик, в любых двух противоположных стенках высверливаем два строго вертикальных отверстия Ø10 на глубину не менее 1,5h₁ под фиксирующие стержни-коксы.

Схемы: а — заформовки модели и литника в нижнюю часть формы (земля будет уплотнена до уровня А—А); б — собранной формы, подготовленной к заливке: 1 — щит-подставка; 2 — нижняя часть формы в нижней опоке; 3 — верхняя часть формы в верхней опоке; 4 — фиксирующий стержень (кокс); 5 — метка на одной из стенок формы, чтобы не развернуть верхнюю часть формы относительно нижней; 6 — заливаемая металлом полость (собственно форма), соответствующая модели; 7 — горизонтальный канал для подвода жидкого металла; 8 — литник для заливки (положение его показано условно); 9 — газоотводные отверстия; 10 — модель (кнехт); А—А — плоскость разъема.

Теперь можно произвести разметку линии разъема (А—А на эскизе) и продольной пилой разрезать ящик на две части — нижнюю опоку высотой h₁ и верхнюю опоку высотой h₂. Чтобы в дальнейшем собирать опоки точно так, как они были сделаны, на одной стенке нужно на обеих опоках поставить метки. Точная фиксация положения опок друг относительно друга достигается тем, что в стенки нижней вставляются (на клею) выступающие вверх деревянные стержни-коксы, которые при сборке входят в ранее просверленные гнезда в стенках верхней опоки.

Собственно конечная цель формовки состоит в том, чтобы в формовочной земле получилась полость, которая соответствовала бы размерам и форме отливаемой детали. Чтобы обеспечить такое соответствие, приходится или добывать готовую деталь-образец или делать ее точную копию в натуральную величину (плюс небольшой припуск на усадку металла) — модель. В моей практике чаще всего модели приходилось делать из пенопласта с обязательной шпаклевкой и окраской или мягких пород дерева; ясно, что с легко поддающимся обработке материалом дело иметь приятнее!

Литейные модели ряда деталей: 1 — кница; 5 — деталь вентилятора; 3 — готовая планка; 4 — кнехт; 5 — кронштейн; 6 — деталь вертлюга; 7 — гайки-барашки; 5 — деталь струбцины для подвесного мотора. Модели 1-4 вырезаны из пенопласта; в остальных случаях моделями служат сами детали.

В общем случае отпечаток — углубление на половину высоты модели делается в нижней форме, а на другую половину — в верхней; после переворачивания верхней половины и укладки ее на нижнюю и образуется полость, пригодная для заливки. Рассмотрим подробнее такой вариант формовки.

На щит-подставку укладываем нижнюю опоку и засыпаем слой слегка увлажненной формовочной земли. Утрамбовав его, засыпаем второй слой вровень с верхними краями опоки и затем посередине ее вдавливаем в землю модель на половину высоты ее сечения. Вначале трамбовкой аккуратно, чтобы не задеть модель, уплотняем землю по всей площади и особенно вокруг модели, а затем мастерком заглаживаем (железним) поверхностный слой. В удобном месте ставим вертикально литник — деревянный конус, создающий в дальнейшем воронкообразную полость для заливки металла и создания в форме некоторого давления.

Берем толченый древесный уголь и посыпаем всю поверхность земли через сито; излишки сдуваем (наиболее грязный и потому опасный момент работы — могут быть недовольны домашние!). Надеваем на коксы соответственно меткам верхнюю опоку и начинаем засыпать ее землей. Для получения высококачественной отливки с гладкими стенками первый слон земли пропускаем через сито и уплотняем особо тщательно. Забиваем опоку землей, последовательно засыпая и утрамбовывая слой за слоем, железним поверхностный слой мастерком.

Зная, как внутри литейной формы расположена модель, в нескольких местах прокалываем газоотводные отверстия через всю толщу земли; при этом должно чувствоваться соприкосновение конца иглы с моделью. Если этого не сделать, воздух не даст металлу заполнить форму, отливка не состоится. Кстати сказать, так у меня сначала и получалось. Я, очевидно, не заметил, когда молчаливый мастер, дававший мне первые уроки литейного дела, прокалывал эти отверстия, и не сделал их. Долго пришлось ломать голову, но зато когда сообразил — был очень доволен, и все пошло на лад.

Вынимаем вверх литник и обрабатываем образовавшееся конусное отверстие, расчищая его от обвалившихся комков земли. Наступает один из самых ответственных моментов. Необходимо осторожно поднять, сняв с коксов, верхнюю опоку и поставить ее на ребро где-нибудь в стороне. Прорезаем скальпелем и утрамбовываем узкий канал — проход для металла от литника к заполняемой полости. Осторожно извлекаем модель из земли, тщательно сдувая осыпавшуюся землю с формы.

Одна из сложностей дела и состоит в том, чтобы модель свободно выходила из земли, оставляя четкий и чистый оттиск без существенного обваливания кромок земляной формы. Иногда, особенно если модель используется многократно, приходится специально видоизменять ее форму, добиваясь получения чистого оттиска с неповрежденными кромками. По этому поводу в книге И. С. Денисова «Сборка литейных форм» написано: «Чтобы облегчить извлечение модели из формы вертикальные стенки делаются с некоторым уклоном, называемым формовочным. Величина формовочного уклона зависит от высоты вертикальных стенок, материала модели, способа формовки и др. (см. ГОСТ 3212-57). Для деревянных моделей величина уклона лежит в пределах от 0°15′ до 3°, для металлических — от 0°5′ до 1°30’».

Пожалуй, уместно подчеркнуть, что рассматриваемая схема формовки далеко не единственная. Можно, например, сделать модель лишь на половину высоты детали, симметричной относительно плоскости разъема. Такая половина укладывается на ройный с гладкой поверхностью щит (подмодельная доска), затем на щит строго по разметке по очереди ставятся и набиваются обе опоки.

Если в детали должно быть отверстие, высверливать которое в отливке по каким-либо причинам неудобно, можно получить его при литье — уложив при сборке формы так называемый стержень. В простейшем случае стержень представляет собой отдельно отформованный из жирной глинопесчаной смеси цилиндр, внешний диаметр которого соответствует диаметру отверстия в готовой детали. Ясно, что, видоизменяя форму стержня, можно получить сквозную полость и любого другого вида.

Вернемся теперь к той стадии работ, на которой мы остановились, — разборке формы. Когда я впервые разделил опоки и вынул модель, меня просто поразило свойство земли копировать буквально все имеющиеся на модели штрихи. Если на шлифованной поверхности модели сделать гравировку или поставить знак фирмы, все будет точно запечатлено на алюминиевой отливке!

Разобранная литейная форма и вынутая из нее отливка — кнехт.

Теперь обе части формы оставляем для полной просушки земли и особенно — поверхностного слоя (иначе произойдет вскипание металла). Не забудьте прикрыть готовые формы, чтобы по ним не прогулялся кот или ими не заинтересовались дети.

Процесс литья

Когда земля просохла, еще раз осматриваем обе рабочие поверхности и собираем форму окончательно. Главное, чтобы при этом комочки земли не попали в литейную полость — собственно форму или в каналы, подводящие металл. Важно еще, чтобы по плоскости разъема формы не мог прорваться газ и жидкий металл. Однажды я поторопился и из-за небрежности допустил образование свища, т. е. полости-щели. Вылил металл в форму, а он у меня через этот свищ — за борт опоки. Собрать разлившийся металл никак не могу, а температура изрядная, да на беду подтопочный лист был выкрашен масляной краской, так что дыма оказалось много.

Теперь для гарантии я всегда промазываю стык по разъему опок глиной или цементом. Но вообще-то, когда все идет нормально, больших неприятностей литье на кухне не вызывает. Печь топится нормально и без какого-либо перекала, только дрова в этот день выбираю посуше.

Металл плавлю в банке из черной жести (из-под краски), однако удобнее, наверное, будут эмалированные емкости (чем толще стенки, тем лучше). Готовность металла определяю по цвету и, в основном, при помощи кочерги; если при помешивании металл прилипает к ней, считаю, что разогрев еще недостаточен. Для извлечения емкости с металлом из печи надо иметь кузнечные щипцы с хорошим захватом и брезентовые рукавицы.

Одним словом — ничего особо сложного. Если что иногда и подводит, так это спешка, весьма опасный враг во многих случаях жизни.

Дальнейшее тоже не вызывает затруднений; извлекаем остывшую деталь из земли, обрубаем лишнее и обрабатываем. Отмечу только, что перед извлечением детали нужно притащить поближе ящик для хранения земли, имеющуюся там землю спрыснуть водой, а уже потом в нее выколачивать горячую землю из формы; затем, убрав деталь, необходимо хорошо перемешать землю, пусть она вся возьмется паром, и плотно закрыть крышку ящика. Готовность (по влажности) земли к новой формовке определяется так: берем горсть земли и сжимаем ее в кулаке, образовавшийся комок не должен рассыпаться.

Должен сказать, литье — дело увлекательное. Стоит раз заняться и испытать радость удачи, как вы все чаще будете «призывать на помощь» ящик с землей. Начните с малого. Затем возрастающие потребности заставят вникнуть в суть литейного дела более глубоко. Лично у меня сейчас на очереди довольно сложное литье деталей диафрагменной помпы. Рекомендую раздобыть книгу «Сборка литейных форм» И. С. Денисова (Профтехиздат, 1963 г.), в которой можно найти ответы почти на все вопросы, встающие перед новичком, овладевающим литейным делом.

Главная
Последние публикации, новое на сайте.

Ремонт и строительство
Дом и квартира, дизайн и архитектура, проекты домов. Обзоры, советы.

Сад, огород, усадьба
Садоводство и огородничество, приусадебное хозяйство.

Декоративно — прикладное искусство
Резьба по дереву, выжигание, чеканка, плетение и многое другое.

Идеи мастеру
Сделай сам, различные оригинальные и полезные самоделки.

Мебель своими руками
Самостоятельное изготовление мебели, чертежи, схемы.

3D-технологии для литейного производства: как создать форму для отливки за неделю

3D-технологии, интегрированные в технологическую цепочку литейного производства, обеспечивают предприятию реальную выгоду. Как показать все преимущества 3D-сканирования и 3D-печати? Нагляднее всего – продемонстрировать процесс создания детали с нуля аддитивными методами и провести сравнение с традиционными технологиями. С этой целью мы обратились к Павлу Чадушкину, ведущему специалисту производственного направления RP-центра компании iQB Technologies.

– Итак, наша задача – создать эталонную деталь на основе цифровой модели для последующей отливки реального изделия. С чего начинается этот процесс, если мы применяем 3D-технологии?

– Прежде всего, нам необходимо исходное изделие, которое нужно отсканировать, а затем выполнить обратное проектирование (реверс-инжиниринг). Конечно, оно должно быть новое, не бывшее в употреблении, чтобы не было износа детали. Мы оцениваем, насколько сложна ее геометрия и после этого задаем только один вопрос: какой должен быть допуск по точности? Уже по внешнему виду можно понять, каким образом эта деталь производится. Чаще всего это литье (высокоточное или в землю), фрезерование или изготовление на токарном станке. У каждой из этих методик производства есть свои допуски.

После того, как мы имеем представление о технологии производства и допуске, мы выбираем оборудование, а именно – 3D-сканер с нужными нам параметрами точности, и производим оцифровку изделия. Например, ручной сканер Creafrom HandyScan 700 или стационарный Solutionix C500. Такие устройства метрологического класса уже хорошо зарекомендовали себя на производственных предприятиях. Получив 3D-модель, мы переносим ее в программное обеспечение Geomagic Design X, позволяющее быстро и легко обработать данные 3D-сканирования с целью выполнения контроля геометрии и реверс-инжиниринга. Затем к работе подключается инженер, который по результатам сканирования обрисовывает эту деталь и создает твердотельную модель.
В процессе обрисовки инженер исключает из твердотельной модели различные недостатки изделия. Здесь нужно подчеркнуть, что абсолютно любое изделие имеет производственные деформации. Они могут быть обусловлены разными факторами – например, неверно подобранным материалом, сложной формой, деформацией во время транспортировки, изношенным инструментом, с помощью которого производилось изделие.

В любом случае, какой бы объект мы ни взяли для 3D-сканирования, он будет содержать дефекты и отклонения от эталона, а наша задача – создать этот самый эталон. Если деталь круглая, то совершенно точно можно сказать, что отверстие в ней будет не круглым, а эллипсовидным. Соответственно, инженер с помощью ПО этот эллипс исключает и создает окружность правильной формы. Таким путем, обрисовывая каждый элемент геометрии, мы исправляем все недостатки. Когда деталь полностью обрисована, у нас получается твердое тело, которое можно запускать в производство.

Отливка перепускного клапана стравливания избыточного давления газа (в разрезе)

– Мы получили CAD-модель. Теперь нужно определить, каким способом производить изделие.

– Традиционный способ – подготовка оснастки для литья восковых моделей на станке с ЧПУ. В этом случае модель должна адаптироваться под станок, со своими допусками, уклонами, скруглениями – все зависит от оборудования и инструментов, с помощью которых деталь будет производиться.

Но теперь есть и второй путь – 3D-печать, которая является идеальным решением для прототипирования и изготовления малых серий.
Ключевое преимущество аддитивных технологий – возможность создавать изделия максимально сложной формы (в том числе с мельчайшими деталями), которые нельзя произвести традиционными методами. Кроме того, при запуске печати необязательно учитывать сложность геометрии. Это особенно актуально для производства изделий путем металлического и пластикового литья.

Если изделие имеет простую форму, то зачастую целесообразнее его производить на станке с ЧПУ. Если же геометрия сложная, то 3D-печать – оптимальный вариант.

Когда нам нужен не один рабочий прототип, а малая серия – от 10 до 1000 изделий, используется литье в силикон, или двухкомпонентное литье. Для этого нужно получить мастер-модель – эталон, по которому будет создаваться силиконовая форма, в которую затем заливается пластик или воск.

– Мы выяснили, что 3D-печать – незаменимое решение при производстве продукции с использованием металлического и пластикового литья. Можете привести пример создания конкретной детали?

– Возьмем корпус обыкновенного телефона из пластика. Во-первых, он делится на две половины, нижнюю и верхнюю. Чтобы произвести одну из половин, надо сделать матрицу и пуансон – это оснастка для литья пластика под давлением. Металлическая форма, состоящая из двух половин, смыкается, затем в нее под давлением подается пластик, который принимает форму внутренней геометрии изделия.
При традиционном производстве на станке с ЧПУ вытачивают внешнюю и внутреннюю форму каждой половины. Но если у нас есть 3D-принтер, мы печатаем сразу готовое изделие целиком, металлическую оснастку делать не нужно. Мало того что ее долго изготавливать, она будет баснословно дорогая для тиража в десять штук. Таким образом, выгода 3D-печати очевидна – отпадает необходимость фрезерования для получения оснастки.

Телефон – продукт массового производства, и речь идет не о десяти, а о тысячах изделий. Как раз в этом случае нужны матрица и пуансон, и постоянная штамповка большого тиража. Кроме того, если понадобится внести какое-то небольшое изменение в конструкцию, мы можем оперативно исправить CAD-модель, сразу напечатать прототип и проверить его на собираемость, посмотреть, правильно ли мы разработали геометрию.

– При создании выплавляемых и выжигаемых мастер-моделей для литья с помощью 3D-принтера используется, соответственно, воск и фотополимер (технология печати MJP, технология литья QuickCast). Как выглядит производственная цепочка с использованием этих материалов и в чем их различия?

– Использование напечатанных на 3D-принтере выплавляемых восковых и выжигаемых фотополимерных моделей имеет одну и ту же механику, немного различаются алгоритмы действия.

У нас есть напечатанная восковая модель. Мы создаем для нее корку (то есть форму, в которую заливается металл), обмазывая мелкодисперсным порошком толщиной не менее 6-8 мм. Вид материала и толщина корки зависит не только от сложности геометрии и габаритов изделия, но и от металла, который будет литься в будущую форму. Затем деталь помещается в печь. В печи воск выплавляется, а сама корка отвердевает, и у нас получается твердая форма для литья металла.

Восковая и фотополимерная модели перепускного клапана, напечатанные на 3D-принтерах

Что касается выжигаемого фотополимера, то мы так же кладем изделие в печь, но если воск вытапливается при температуре +200⁰С градусов, то фотополимер – при +950⁰С. Корка так же затвердевает, а материал, из которого была создана модель, выгорает.

Далее в получившуюся форму заливается раскаленный металл – это может быть и алюминий, и титан, и даже магний. Форма остывает, после чего корка разбивается молотком или вибромашиной, и мы получаем отливку.

Следующий этап – мехобработка. Она заключается в том, чтобы сделать поверхность детали более гладкой – обрезать литники, по которым заливался металл, зашлифовать их, снять излишнюю шероховатость изделия. На этой стадии нам также может потребоваться сверление отверстия или подгонка крепежных элементов – для этого применяются станки с ЧПУ для финальной обработки изделия до его конечного варианта (шлифовальные, пескоструйные, сверлильные и т.д.).

– От чего зависит выбор воска или фотополимера?

– Восковые машины относительно дешевы, при этом расходный материал – дорогой. С фотополимерными 3D-принтерами ситуация обратная. В сравнении с фотополимером воск достаточно хрупкий материал, это его недостаток. Но на сегодня восковая 3D-печать обеспечивает самую точную и самую гладкую поверхность. К тому же, восковое литье является традиционным для всех литейных производств в России. Соответственно, фотополимер подойдет там, где нужны модели большего размера, а прочность и детализация менее критичны. Пользователь должен сделать выбор, исходя из того, какие объемы он будет печатать, насколько часто он будет обращаться к прототипированию.

Так, на литейных предприятиях по всему миру, в России в том числе, активно используются профессиональные 3D-принтеры от 3D Systems, ведущего мирового производителя аддитивных установок. При этом ряд компаний имеют свой парк 3D-оборудования, другие заказывают услуги 3D-печати у подрядчиков.

– Мы подробно рассмотрели, как и в каких случаях выгодно использовать 3D-принтеры и 3D-сканеры. Если резюмировать: почему литейному предприятию необходимо внедрять аддитивные технологии?

– Для сокращения сроков производства при изготовлении опытных образцов и деталей малого тиража. Мы экономим и время, и деньги.

Вернемся к сравнению традиционного процесса с аддитивным. В первом случае это выглядит следующим образом:

1. Конструктор разрабатывает деталь, затем передает свою разработку инженеру.
2. Инженер адаптирует ее под методику производства вместе с технологом.
3. Дальнейшая адаптация заключается в том, что создается чертеж будущей формы матрицы и пуансона или чертеж, по которому деталь будет вытачиваться на фрезеровочном станке.
4. Затем на станке изготавливают матрицу и пуансон и отдают их на производство.

Так вот, с момента выдачи конструктором готового проекта инженеру и до получения формы, по которой будет отливаться изделие, проходит от полугода до года. И прошло, допустим, полгода, сделали десять опытных образцов, отдали их конструктору, он примерил эти металлические болванки, а они не совпадают с посадочными местами. Он понимает, почему они не совпадают, дорабатывает эту модель, и дальше цикл повторяется. Проходит еще минимум полгода до следующей примерки.

С помощью 3D-принтера конструктор фактически нажатием одной кнопки отправляет на печать свое изделие и отдает его сразу на производство в отливку. Срок сокращается с года или полугода до недели максимум. Это самое главное преимущество. Плюс, мы экономим значительные средства на изготовление формы. И, наконец, мы имеем возможность создавать изделия с геометрией любой сложности и, при необходимости, быстро оптимизировать конструкцию в программном обеспечении.

2.8. Микролитье небольших изделий

2.8. Микролитье небольших изделий

Как овладеть технологией микролитья? Главное – тщательно продуманная подготовка и подробные записи о выполняемой работе. Это поможет учесть первые ошибки, а в будущем даст возможность экспериментировать.

Вот основные материалы и инструменты: олово или третник (сплав 2/3 олова с 1/3 свинца), пластилин и пчелиный воск для лепки моделей, гипс, тальк (можно заменить порошком пемзы), мастика белая скипидарная для натирки паркетных полов (может быть заменена мыльным кремом для бритья), раствор медного купороса с марганцовокислым калием, самодельная центрифуга, газовая горелка и опока (рис. 2.13). Миниатюрные чеканы, сделанные из вязальных спиц.

Как вы уже узнали, что существует несколько основных способов литья, вобравших в себя опыт древнего ремесла и современной технологии изготовления художественных произведений из металла. Применительно к олову это способы барельефного литья, ажурного литья, объемного литья и кокильного литья. О каждом из них мы расскажем подробно.

Все оборудование для микролитья можно изготовить своими руками. Опока – это отрезок трубы с толщиной стенки 2–3 мм. Заготовить нужно несколько опок различного диаметра для моделей разной величины. Но учтите, что самая большая опока должна свободно умещаться в подставке ручной центрифуги.

Центрифуга изготовляется так. В деревянную ручку пропустите металлический стержень толщиной около 5 мм. К стержню неподвижно прикреплена серьга. Ручка длиной 4–5 см должна свободно вращаться на стержне (см. рис. 2.13 и 2.17, позиция 1). Подставку для опоки изготовьте из железа. Диаметр ее 7–8 см, высота бортика 2,5–3 см. К бортику приклепайте скобу высотой 11–12 см от основания подставки. Вверху скобы приварите или сделайте витое кольцо. Соедините его с серьгой проволочным коромыслом с согнутыми на концах кольцами. Места соединения должны быть прочными и подвижными. Длина коромысла 25–50 см, толщина 4 мм. Чтобы уверенно пользоваться центрифугой, потренируйтесь сначала: поставьте в нее сосуд с водой и вращайте, стараясь не пролить воду.

Наиболее простой и удобный аппарат для плавки металла состоит из портативного баллончика с пропаном, бронированного шланга к нему и самодельной горелки (см. рис. 2.13).

Рис. 2.13. Горелка, центрифуга, опока.

Отрежьте от железной трубы подходящих размеров втулку для сопла горелки. Затем, прорезав в нескольких местах ножовкой край трубки, ковкой сузьте на конус одну из сторон и опилите. После этого вдоль втулки просверлите и пропилите отверстия. Из латуни выточите пробку и плотно вгоните молотком в сопло. В центре пробки просверлите отверстие и нарежьте резьбу для трубки, которая будет подавать газ в горелку. Трубку подберите с таким расчетом, чтобы в ней можно было нарезать резьбу для капсюля. Капсюль вывинчивают из шланга. Трубку с капсюлем ввинтите в пробку, аккуратно изогните и насадите на другой конец ручку из дерева или эбонита. Бронированный шланг удлините прочным резиновым шлангом, способным выдержать давление газа.

Регулируют подачу газа краном, расположенным на шланге. Зажигайте горелку при минимальной подаче газа, а потом увеличивайте пламя. Горелка развивает температуру до 1000 °C – ее вполне достаточно, чтобы заниматься художественным микролитьем.

Во время работы с горелкой баллон с газом не должен находиться рядом с пламенем.

Различных сплавов для мелких отливок существует множество. Можно взять, например, такой: 63,7 % меди, 33,5 % цинка, 2,55 % олова, 0,25 % свинца. Пусть вас не пугают десятые и сотые доли процента – не обязательно слишком точно придерживаться этой пропорции.

Хорошо продумайте, что вы будете отливать, потом приступайте к изготовлению восковой модели. Учтите, что расплавленный металл повторит все огрехи модели, поэтому тщательно отделывайте ее.

К модели прикрепите расплавленным воском металлические литниковые штифты толщиной 1–2 мм. Хороший штифт получается из швейной иглы, если отломать острие. Чаще всего для равномерного и быстрого заполнения формы требуется несколько штифтов – в этом случае они обязательно должны пересекаться в одной точке, где также скрепляются воском.

Впоследствии точка пересечения окажется вне формовочной массы – это видно на рисунке 2.13.

Учитывая габариты модели, подберите опоку. Высота опоки определяется с таким расчетом, чтобы расстояние ее воображаемым дном и моделью составляло 1–1,5 см, а вверху можно было вырезать в формовочной массе литниковую чашу для плавки металла.

Формовочную массу приготовьте из двух частей гипса и одной части талька или пемзового порошка. Хорошо перемешайте состав и засыпайте в воду. Масса должна приобрести консистенцию негустой сметаны. Поставьте опоку на лист асбеста и заполните формовочной массой. Пока масса не затвердела, возьмите модель за штифт и погрузите в нее, слегка вибрируя, чтобы удалить пузырьки воздуха. Не раньше чем через полчаса скальпелем вырежьте литниковую чашу и плоскогубцами осторожно удалите штифты. Литниковые каналы, оставшиеся после удаления штифтов, должны располагаться в центре литниковой чаши, имея каждый самостоятельный выход.

Поместите опоку в духовку или муфельную печь литниковыми каналами вниз и в продолжение двух часов постепенно (иначе пар разорвет форму) повышайте температуру до 350 °C. После этого положите опоку боковой стороной на газовую плиту, подстелив лист асбеста, и, увеличивая огонь, выжгите оставшийся воск, поворачивая опоку для равномерного прогрева. Продолжайте нагрев и после того, как выгорит весь воск: обжиг необходим для повышения газопроницаемости формы. Как только стенки опоки станут красными, перенесите ее в ручную центрифугу. В литниковую чашу аккуратно заложите нужное количество металла и начните плавку, подсыпав немного буры. Плавящийся металл не пойдет без давления в узкие литниковые каналы. Но вот металл расплавлен весь, вы начинаете быстро вращать центрифугу, и металл устремляется в форму. Двадцати оборотов центрифуги достаточно, чтобы не только заполнение формы, но и кристаллизация металла произошли под давлением.

Чтобы извлечь отливку из формы, надо горячую опоку подставить под струю воды, направленную в литниковую чашу. Форма разрушится, и вы увидите почти готовое изделие (см. рис. 2.14, 2.15, 2.16). Отливку отбелите в 15 %-ном растворе серной кислоты.

Из мелких фрагментов можно с помощью пайки монтировать более крупные художественные произведения.

Занимаясь микролитьем, не забывайте ни на минуту о технике безопасности. Внимательно прочтите и запомните инструкцию, как обращаться с газовыми баллонами, – такая инструкция есть в каждом обменном пункте газовых баллонов. Приготовляя раствор серной кислоты, помните, что нужно кислоту лить в воду и ни в коем случае не наоборот. Раствор нужно готовить осторожно, не проливая кислоту. Прорезиненный фартук, резиновые перчатки, очки необходимы.

Рис. 2.14. Перстень. Автор В. Островский.

Оценка статьи:

(пока оценок нет)

Загрузка...

Сохранить себе в: