Влияние толщины питателя и вида сплава на усадочные процессы в ЛВМ для ювелирного производства

Рассмотрим влияние толщины литника, при различных сплавах, на величину усадки на примере отливки кольца. Параметр конфигурации и размер литника очень важен, т.к. литниково-питающую систему (ЛПС) в ювелирном производстве выбирают в зависимости из опыта, причем всякий раз стараются уменьшить количество металла, идущего на ЛПС. Литейщики, выбирая толщину литника, пытаются обеспечить оптимальное качество литья, даже не задумываясь о том, как влияет толщина питателя на усадку отливки. Так, при недостаточном питании отливки, получаем дефект в виде усадочной пористости. Толстый литник приводит к дополнительному расходу металла, при этом так же возможен дефект, такой, как подлитниковая пористость. Второй момент – это различие сплавов. Ведь каждый сплав имеет свою усадку. В ювелирном производстве пренебрегают данными параметрами. При этом считают коэффициент усадки постоянным на разных сплавах и при разных толщинах ЛПС. 

Для определения влияния толщины питателя и вида сплава на размер отливки была взята за основу шкала (кольца с разным внутренним размером, но одной конфигурации) с тонким и толстым питателем. 
В ювелирном производстве дело имеют с дорогостоящими материалами, в связи с чем, для проведения эксперимента, был выбран следующий модельный ряд с учетом следующих соображений: 
• Размеры шкалы должны быть ходовыми в ювелирном производстве.
• Необходимо минимизировать количество экспериментов.
• Желательно получить максимальный диапазон размерного ряда.

В итоге был изготовлен, на токарном станке, модельный ряд, с размерами 17,0-17,5-18,5-19,5-20,0-21,0-21,5-22 (рис. 1). Точность изготовления моделей составила 0,05 мм. Затем были выбраны размеры колец 17,0-18,5-20,0-21,5 для тонкого литника (диаметр литника 2 мм) и 17,5-19,5-21,0-22,0 для толстого литника (диаметр литника 3,2 мм). Затем к данным кольцам припаяли толстый и тонкий литники. К сожалению, после пайки кольца деформировало, при этом не удалось вернуть им круглость. Т.к. данный дефект не повлияет на вышеуказанную цель, то исправление дефекта не потребовалось.
Затем по имеющейся шкале были изготовлены резиновые пресс-формы из безусадочной резины Costaldo No shrink “pink” (рис. 2).

Для того чтобы получить положительный результат, необходимо как можно больше изготовить одинаковых моделей, чтобы количество измерений было оптимальным для получения достоверного результата. Но так как дело имеем с золотосодержащими сплавами, принято было решение по изготовлению двух одинаковых колец каждого размера в каждом сплаве.  

Рис. 1 Шкала колец с толстым (верхние кольца) и тонким (нижние кольца) литниками

Рис. 2 Резиновые пресс-формы

Порядок выполнения работы

1. Изготовить требуемый ряд выплавляемых моделей при помощи воскового инжектора и резиновых пресс-форм.
2. Собрать модельные блоки.
3. Изготовить литейные формы по изготовленным ранее модельным блокам.
4. Поставить литейные формы в прокалочную печь и произвести прокалку форм.
5. Залить различными видами сплавов изготовленные литейные формы.
6. Выдержать залитые формы до температуры выбивки.
7. Размыть литейные формы и извлечь блок отливок.
8. Промыть отливки и положить их в «отбел», для снятия обогащенного слоя. Затем промыть от «отбела».
9. Просушить блоки отливок в сушильном шкафу.
10. Произвести раскуску блоков.
11. Измерить полученные отливки и металлические шкалы моделей. Полученные данные занести в таблицу.
12. Вычислить средние значения по полученным отливкам и шкалам.
13. Вычислить усадку на каждом размере кольца
14. Построить зависимости:
14.1. Размера отливки от размера модели.
14.2. Построить регрессионные зависимости размера отливки от размера модели.
14.3. Построить зависимость «Влияние толщины питателя и размера отливки на величину усадки по сплавам»
15. Вычислить коэффициенты усадки.
16. Сделать вывод.

Описанная выше последовательность с 1 – 10 пункты является, технологией ЛВМ. [2]
В итоге было собранно 7 модельных блоков, т.к. когда проводились пробные плавки, были доступны только эти сплавы: сплав серебра 925 пробы (1 блок), сплав золота 585 пробы красный (2 блока), сплав золота 750 пробы желтый (2 блока), сплав золота 750 пробы белый (2 блока). 
Все сплавы разные, следовательно, разными будут температуры литья. Поэтому, для чистоты эксперимента, были подобраны близкие температуры заливки. Т.е. температура формы у всех была одинаковой 570˚С. Температура заливки серебряного сплава составляла 1000˚С, красного сплава золота 585 пробы была 1020˚С, желтого сплава золота 750 пробы составила 1010˚С, белого сплава золота 750 пробы 1030˚С. Данные температуры приближены к стандартным температурам заливки ювелирных изделий. Все плавки проводились из 100% оборотного металла.

После того как все отливки были получены (блоки отливок представлены на рис. 3) и отделены от центрального стояка, приступили к измерению отливок согласно рис. 4.
Все данные по проведенным измерениям были сведены в таблицу.
По полученным данным построен график 1: «Зависимость диаметра отливки от диаметра модели (с толстым и тонким литниками)». 
Из графика видно, что имеется линейная зависимость изменения размера отливки с толстым и тонким литниками на всем диапазоне шкалы. Если построить регрессионные зависимости (графики 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), то можно смело прогнозировать размеры по оставшемуся модельному ряду, т.е. те размеры, которые не изготавливались. Следовательно, можно предположить, что усадка в относительных показателях одинакова на всем размерном ряде и не зависит от диаметра литника и размера (внутреннего диаметра) отливки. Для проверки данного предположения были произведены расчеты усадки в абсолютных и относительных показателях, которые занесены в таблицу 1.

http://online-winx-games.ru/musa

 Таблица №1

Рис. 3 Блоки отливок в 750 пробе

Рис. 4 Чертеж отливки с питателем

График 1

График 2

График 3

График 4

График 5

График 6

График 7

График 8

График 9

График 10

График 11

Данный вид зависимостей объясняется условиями затвердевания и термосиловым взаимодействием отливки и формы.
Рассмотрим размерный ряд с толстым литником. При заливке наименьшего размера кольца, отливка затвердевает после затвердевания питателя, следовательно, часть металла забирает на себя литник из отливки. При этом давление на стержень возрастает. Так как размеры стержня невелики, он начинает деформироваться под действием давления со стороны отливки и тем самым литейная усадка возрастает. При большом размере кольца питатель затвердевает последним и тем самым осуществляет питание отливки, следовательно, часть усадочной пористости компенсируется поступлением новой порции металла. Если рассмотреть форму, размер стержня увеличился, следовательно, увеличилась и прочность формы. Скорее всего, это и привело к торможению усадки. Если взять средние размеры 19.5 и 21, то механизм затвердевания и термосилового взаимодействия находится посередине описанных выше предположений.
Рассмотрим размерный ряд с тонким литником. На всем размерном ряде усадка возрастает (или остается постоянной) с увеличением размера отливки. Можно предположить, что при маленьком размере отливки питатель и отливка затвердевают одновременно (или отливка затвердевает раньше, чем питатель), т.е. осуществляется некоторое время питание отливки и тем самым снижается коэффициент усадки. При увеличении размера кольца давление на стержень со стороны отливки возрастает из-за усадочных процессов в отливке вследствие того, что нет питания отливки расплавом и поэтому происходит деформация стержня. Судя из представленных графиков, возможно, сделать вывод, что давление металла на стержень, с увеличением размера кольца, возрастает быстрее, чем прочность формы от увеличения диаметра стержня. Следовательно, усадка отливки будет больше, чем при маленьких размерах отливок.
Данные выводы по механизмам затвердевания отливки являются предположениями, так как шлифы по исследуемым модельным рядам не проводились, в связи со сложным учетом драгоценных металлов на производстве.
Так же необходимо отметить, что из построенных графиков видны практически одинаковые изменения размеров в разных сплавах (разница одного сплава от другого на одном и том же размере не превышает 0.2%). Небольшие расхождения в графиках могут быть обусловлены не стабильностью технологии и способами измерения.

dasha-igry-online.ru

ВЫВОДЫ:

Экспериментально доказано, что на величину усадки влияет:
1) Толщина питателя:
- при толстом питателе, на маленьких размерах она больше, чем на больших;
- при тонком питателе, усадка возрастает с увеличением размера (диаметра) отливки.
2) Вид сплава.
В данном случае, исследуемые сплавы оказывают незначительное влияние на конечный результат усадки, следовательно, различиями данных сплавов можно пренебречь.

3) Используемые материалы, 
которыми нельзя пренебрегать при расчете усадки. Из двух проведенных экспериментов видно, что при использовании разных резин прошла разная усадка. В первом эксперименте усадка была свободной и составила 2.33%, во втором эксперименте была затрудненной и составила примерно 4%. Это говорит о влиянии разных материалов на величину усадки.