ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТОЧНОГО ЛИТЬЯ ДЛЯ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ РАЗЛИЧНОЙ СЛОЖНОСТИ

Разуваева Б. Д., Лыткин К. С.


В 1975 г. лаборатория литья отдела металлургии ВНИИювелирпрома закончила работу по теме «Исследование влияния технологических факторов на чистоту поверхности и качество отливок при точном литье из сплавов золота». Названная тема и другие работы лаборатории показали, что основные источники брака обусловлены:

— неисправностью оборудования и применением некондиционных материалов,

— нарушениями технологии,

— конструктивными особенностями изделий.

Первые две причины приводят к таким видам брака, как непрочность, облой, фактурная поверхность и т. п. Возможности устранения этих причин, требующих проведения организационных мероприятий, не рассматриваются в настоящей работе.

Конструктивные особенности изделий могут приводить к образованию недоливов и усадочной пористости. Для сни¬жения уровня этих видов брака, по-видимому, необходима корректировка формы отливки и подбор оптимальной температуры литья. Работа по оптимизации формы отливки и режимов литья для каждой модели достаточно трудоемка и сопряжена с существенными материальными затратами и потерями драгоценных металлов. Кроме того, соблюдение множества индивидуальных технологических режимов в производственных условиях практически невыполнимо.

Для реального решения проблемы необходимо было найти универсальные и объективные критерии, отражающие технологичность изделий и позволяющие объединить большое количество разнообразных отливок в ограниченное число технологических групп.

Существующая классификация делит ювелирные изделия на следующие группы:

— по назначению (серьги, кольца, запонки и пр.),

— по исходным материалам (золотые, серебряные),

- по декоративным особенностям (со вставками, с филигранью и т. п.).

Известна попытка подразделить изделия на так называемые группы сложности с целью градации цен [1], где за основу взята величина трудозатрат, при этом предполагается, что она пропорциональна сложности изделия. Однако такой тип классификации не позволяет установить объективных критериев оценки изделий, поскольку в значительной мере определяется организацией производства на том или ином предприятии. По такой классификации при усовершенствовании оборудования и технологии изделия неизменно будут переходить из одной группы в другую.

Деление изделий на группы было предпринято и в [2], где ставилась задача лимитирования потерь и отходов драгоценных металлов. Отливки относили к той или иной группе в зависимости от сложности конфигурации, которую определяли визуально. Но такой метод предопределяет субъективность оценок, а кроме того, не предусматривает перспективу классификации принципиально новых моделей.

Таким образом, все эти попытки классификации изделий базировались либо на субъективных оценках, либо на переменных факторах. Назначение классификации не связывалось с качеством конкретных изделий, т. е. оптимизацией технологии.

В настоящей работе для оценки конфигурационной сложности была выбрана величина удельной поверхности, определяемая как площадь поверхности изделия, приходящаяся на 1 г массы изделия. Такая величина является объективной и универсальной и действительно может характеризовать технологичность отливок, поскольку определяется двумя параметрами: величиной поверхности и массой изделия. Общее количество тепла, которое несет с собой расплав, пропорционально массе изделия (при прочих равных условиях), а потери тепла при охлаждении пропорциональны поверхности изделия. На этом основании можно было предположить, что изделие с более развитой поверхностью будет охлаждаться интенсивнее и для его литья потребуется более высокая температура, т. е. оптимальная температура литья более сложных изделий могла оказаться выше, чем простых.

При анализе формы отливок определяли кроме удельной поверхности также расход расплава через контрольные сечения отливок. Последнюю величину вычисляли на единицу сечения канала, перпендикулярно направлению потока. Учитывая нестационарность процесса, расход расплава определяли не на единицу времени, а на весь период литья. Данные, полученные в результате анализа форм отливок ювелирных изделий, были учтены при разработке методики экспериментальных работ.

Экспериментальное литье проводили на установке центробежного литья НSL-1,5 в керамические формы, нагретые до 600°С. Температура сплава ЗлСрМ 583-80 при литье состав¬ляла 1050, 1100, 1150, 1200°С. Заполнение объема отливки определяли по массе эталона-спирали с различными размерами поперечных сечений. Характеристики спиралей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики эталонов-спиралей

Диаметр поперечного сечения эталона, мм Площадь сечения, мм2 Масса одного витка, г Удельная поверхность, см2 Количество витков на эталоне, шт.
0,8 0.50 0,50 3,60 5
1,2 1,13 1,13 2,55 5
1,8 2,54 2,54 1,75 5
2,2 3,80 3,80 1,50 5
3,0 7,06 7,06 1,05 5

. Габаритные размеры их соответствовали аналогичным размерам ювелирных изделий. Условия кристаллизации оценивались дополнительно по микрошлифам осевых сечений эталонов-конусов. Длина конуса — 25 мм, диаметр основания — 7 мм. Питатель диаметром 2 мм подводили со стороны вершины конуса.

Полученные результаты приведены в табл. 2 и 3.

Таблица 2

Характеристики отливок

Диаметр поперечного сечения эталона, мм Масса восковой модели в пересчете на металл, г Расход расплава, г/мм2 Масса отливки, г
0,8 0,18 0,37 0,18
1,2 1,13 2,1 - 2,5 2,3 - 2,8
1,8 5,08 4,0 - 4,5 10,2-11,4
2,2 9,5 4,7 - 5,0 17,9-19,0
3,0 31,8 5,0 35,0

Таблица 3

Наличие пористости на отливках

Температура литья, °С Доля отливок, %
без пористости с мелкой пористостью с грубой пористостью
1050 60 40 Нет
1100 33 13 54
1150 13 20 67
1200 Нет 30 70

Данные, характеризующие заполнение объема отливки при различных температурных условиях литья, свидетельствуют о получении довольно неожиданного результата. Оказалось, что изменение температуры в диапазоне 1050 - 1200°С практически не оказывает влияния на заполнение формы. По-видимому, в случае, когда перегрев расплава над ликвидусом достигает таких высоких значений — 200 - 350° С, жидкотекучесть приближается к максимальной и зависимость жидкотекучести от температуры расплава при технологических испытаниях не выявляется.

Этот вывод справедлив для отливок любой сложности, выбранных для экспериментальной проверки. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что основным фактором, определяющим массу полученной отливки, является сечение питателя. Следует отметить, что любое сечение отливки можно рассматривать как питатель для последующей части изделия. При питателе, сечение которого — 2,0 мм и выше, может быть обеспечено питание отливки массой до 15 г, что практически вдвое превосходит показатель для отливок ювелирных изделий. При диаметре питателя менее 2,0 мм расход расплава снижается тем сильнее, чем выше сложность изделий. Однако заполнение отливки массой 8 г достигается при диаметре питателя 1,6 мм, что значительно меньше, чем диаметр практически применяемых питателей. А отсюда следует, что брак по недоливам, имеющий место на предприятиях отрасли, обусловлен не низкой жидкотекучестью расплава, а иными причинами и не может быть ликвидирован путем повышения температуры процесса.

Результаты оценки плотности металла отливок при различных температурных условиях литья показывают, что с повышением температуры литья количество пористых отливок резко возрастает. Действительно, если при температуре расплава 1050° С 60% конусов не имеют пористости, то при 1200° С конусов без пористости не обнаружено, а 70% конусов характеризуются особенно грубыми усадочными раковинами.

Итак, результаты работы позволяют сделать следующие выводы:

  1. Повышение температуры расплава при литье от 1050 до 1200°С не оказывает влияния на заполнение объема отливки.

  2. Повышение температуры расплава при литье типа НSL-1,5 при единых технологических режимах приводит к резкому увеличению усадочной пористости на отливках.

  3. Фактором, определяющим заполнение отливки, является величина сечения, перпендикулярного направлению потока расплава.

  4. Изделия любой сложности можно отливать на установке типа НSL-1,5 при единых технологических режимах.


ЛИТЕРАТУРА

1. Отчет по теме 26-72 «Инструкция по определению категории сложности ювелирных изделий серийного производства». ВНИИювелирпром. Л., 1975.

2. Можаев В. М. и др. Технико-экономический анализ точного литья. Сб. трудов ВНИИювелирпром. Вып. 5. Л., 1974, стр. 29—39.