Литье в гипсовые формы — это процесс литья по металлу, похожий на литье в песчаные формы , за исключением того, что формовочным материалом является гипс вместо песка . Как и литье в песчаные формы, литье в гипсовые формы — это процесс изготовления одноразовых форм, однако его можно использовать только с цветными металлами. Он используется для отливок весом от 30 г (1 унция) до 7–10 кг (15–22 фунта). Обычно на изготовление формы уходит менее недели. С помощью гипсовых форм можно достичь производительности 1–10 единиц/час. [1] [2]
Детали, которые обычно изготавливаются методом гипсового литья, — это компоненты замков, шестерни, клапаны, фитинги, инструменты и украшения. [2]
Штукатурка не является чистым гипсом, а скорее имеет добавки для улучшения сырой прочности, прочности в сухом состоянии, проницаемости и литейных свойств . Например, тальк или оксид магния добавляются для предотвращения растрескивания и сокращения времени схватывания; известь и цемент ограничивают расширение во время обжига; стекловолокно увеличивает прочность; песок может использоваться в качестве наполнителя. [1] Соотношение ингредиентов составляет 70–80% гипса и 20–30% добавок. [2]
Шаблон обычно изготавливается из металла, однако для сложной геометрии могут использоваться резиновые формы; такие формы называютсяРезиновые гипсовые формы . Например, если отливка включает входящие углы или сложные угловые поверхности, то резина достаточно гибкая, чтобы ее можно было удалить, в отличие от металла. [1] Эти формы также недороги, многоразовые, более точны, чем стальные, быстры в изготовлении и легко меняются. [ требуется ссылка ]
Типичные допуски составляют 0,1 мм (0,0039 дюйма) для первых 50 мм (2,0 дюйма) и 0,02 мм на каждый дополнительный сантиметр (0,002 дюйма на каждый дополнительный дюйм). Требуется уклон от 0,5 до 1 градуса. Стандартные достижимые поверхностные покрытия составляют от 1,3 до 4 микрометров (50–125 мкдюймов). [1]
Сначала определяется линия разъема — простая двухкомпонентная или более сложная (3 или более). Вокруг шаблона делается коробка для удержания гипса. Затем гипс смешивается, и на шаблон распыляется тонкая пленка разделительного состава, также называемого разделительным составом, чтобы предотвратить прилипание гипса к шаблону. Затем гипс заливается на шаблон, а коробка, удерживающая гипс и шаблон, вибрирует механическим способом, чтобы заполнить все зазоры и выпустить пузырьки воздуха. Гипс застывает, как правило, примерно через 15 минут, и шаблон удаляется. Затем форма обжигается при температуре от 120 °C (248 °F) до 260 °C (500 °F), чтобы удалить излишки воды. Затем высушенная форма собирается, предварительно нагревается и заливается металлом. Наконец, после затвердевания металла гипс отламывается от литой детали. Форма обычно повреждается металлом, поэтому повторное использование обычно не производится. Выброшенный гипс можно переработать путем шлифования, но необходимо соблюдать осторожность, поскольку кварцевая пыль вызывает необратимое повреждение легких. [1] [2]
Литье в гипсовую форму используется, когда требуется превосходная отделка поверхности и хорошая размерная точность. Поскольку гипс имеет низкую теплопроводность и теплоемкость , металл остывает медленнее, чем в песчаной форме, что позволяет металлу заполнять тонкие поперечные сечения; минимально возможное поперечное сечение составляет 0,6 мм (0,024 дюйма). Это приводит к литью почти чистой формы , что может быть преимуществом по стоимости для сложных деталей. [1] Также он производит минимальное количество отходов. [3]
Основным недостатком процесса является то, что его можно использовать только с цветными материалами с более низкой температурой плавления, такими как алюминий , магний , цинк и иногда медные сплавы. Наиболее часто используемый материал — алюминий. Максимальная рабочая температура гипса составляет 1200 °C (2200 °F), поэтому материалы с более высокой температурой плавления расплавят гипсовую форму. Кроме того, сера в гипсе реагирует с железом, что делает его непригодным для литья черных металлов. [1] [2]
Другим недостатком является то, что длительное время охлаждения ограничивает объем производства. Одноразовые формы часто охлаждаются в воде, но только после завершения затвердевания, чтобы горячий металл не разлетался повсюду. Правильная закалка может помочь в удалении формы и делает некоторые сплавы прочнее. [1]
Гипс не так стабилен, как песок, поэтому он зависит от нескольких факторов, включая консистенцию состава гипса, процедуры заливки и методы отверждения. Если эти факторы не будут тщательно контролироваться, форма может деформироваться, сжиматься при высыхании, иметь плохую отделку поверхности или полностью выйти из строя. [4]