Литье по выплавляемым моделям

Самое раннее использование процесса литья по выплавляемым моделям относится к 3000 году до нашей эры и первоначально применялось при изготовлении бронзовых изделий. К периодам Весны и Осени и Воюющих государств эта техника достигла высокой степени зрелости. В современную индустриальную эпоху этот процесс также известен как литье по выплавляемым моделям.

Литье по выплавляемым моделям, известное сегодня как литье по выплавляемым моделям, представляет собой процесс литья с низкой степенью обработки или без обработки. Он является выдающимся технологическим достижением в литейной промышленности и находит широкое применение. Он подходит для литья различных типов и сплавов и позволяет получать отливки с превосходной точностью размеров и качеством поверхности по сравнению с другими методами литья. Даже сложные, жаропрочные и труднообрабатываемые отливки, которые не поддаются другим методам, могут быть успешно изготовлены с помощью литья по выплавляемым моделям.
Современные методы литья по выплавляемым моделям впервые были применены в промышленном производстве в 1940-х годах. Развитие авиационных реактивных двигателей в то время требовало изготовления деталей из жаропрочных сплавов сложной формы, точных размеров и гладких поверхностей, таких как лопатки, крыльчатки и сопла. Учитывая сложность обработки жаропрочных сплавов и сложность геометрии деталей, альтернативные методы производства оказались непрактичными или нецелесообразными. Это потребовало разработки нового прецизионного процесса формовки. Черпая вдохновение в древней технике литья по выплавляемым моделям, современное литье по выплавляемым моделям развивалось благодаря инновациям в материалах и процессах, достигнув значительных успехов по сравнению со своим историческим предшественником. Таким образом, развитие авиационной промышленности стимулировало применение литья по выплавляемым моделям, а постоянная доработка и совершенствование литья по выплавляемым моделям также создали благоприятные условия для повышения эффективности авиационной промышленности.
Процесс литья по выплавляемым моделям, проще говоря, включает в себя создание расплавляемой модели (называемой моделью расплава или просто моделью) из материала с низкой температурой плавления (например, воска или пластика). Затем эта модель покрывается несколькими слоями специально разработанной огнеупорной глины (порошка песка, устойчивого к высоким температурам). После высыхания и затвердевания образуется цельная оболочка формы. Затем воск вытапливается из оболочки с помощью пара или горячей воды, оставляя оболочку песчаной формы. Наконец, оболочка песчаной формы помещается в печь для высокотемпературного запекания. Расплавленный металл заливается в оболочку песчаной формы для получения отливки.
Литье по выплавляемым моделям отличается высокой точностью размеров, обычно достигая CT4-6 (по сравнению с CT10-13 для литья в песчаные формы). Однако из-за сложности процесса литья по выплавляемым моделям на точность размеров влияет множество факторов. К ним относятся усадка воскового шаблона, деформация формы, тепловое расширение/сжатие оболочки формы при нагреве/охлаждении, скорость усадки сплава и деформация отливки при затвердевании. Хотя стандартные отливки по выплавляемым моделям демонстрируют высокую точность размеров, их постоянство остается областью для улучшения (отливки с использованием средне- и высокотемпературных восковых материалов демонстрируют значительно более высокое постоянство размеров).
Качество поверхности отливок по выплавляемым моделям обычно превышает качество поверхности обычных отливок, обычно достигая Ra 1,6-3,2 мкм. Основное преимущество литья по выплавляемым моделям заключается в исключительной точности размеров и чистоте поверхности, что существенно снижает требования к механической обработке. На критических участках деталей требуются лишь минимальные припуски на обработку, а некоторые отливки можно даже использовать непосредственно после шлифовки или полировки без дополнительной обработки. Таким образом, литье по выплавляемым моделям значительно сокращает потребность в станках и часах обработки, существенно экономя при этом металлическое сырье.
Еще одно преимущество литья по выплавляемым моделям - возможность получения сложных отливок из различных сплавов, особенно высокотемпературных. Например, лопатки реактивных двигателей с их обтекаемыми внешними формами и полостями для охлаждения практически невозможно получить с помощью обычной механической обработки. Литье по выплавляемым моделям позволяет не только наладить серийное производство с неизменным качеством деталей, но и устранить концентрацию напряжений, вызванную остаточными следами механической обработки.
Типы сплавов, получаемых методом литья по выплавляемым моделям, включают углеродистую сталь, легированную сталь, жаропрочные сплавы, нержавеющую сталь, прецизионные сплавы, сплавы для постоянных магнитов, подшипниковые сплавы, медные сплавы, алюминиевые сплавы и титановые сплавы.