Вакуумные литейные установки. Осознанный выбор.
07 Янв   2015   |  Статьи

Н.А.Швыргун.
Главный конструктор проекта ООО «Спарк-Дон, Лтд»

«Зри в корень»
Козьма Прутков.

 
 Disp_ULVC30_2_100Индукционные литейные установки для плавки и литья в вакууме получают всё более широкое распространение. По насыщенности рынка они занимают второе место, уступая только индукционным центробежным установкам. При этом тенденции таковы, что в скором времени большинство литейных лабораторий будут, вероятно, оснащены именно вакуумными установками. Высокое качество литья позволяет лаборатории, имеющей в своём арсенале вакуумную литейную установку, уверенно чувствовать себя на конкурентном рынке. Работы, выполненные на такой установке, априори воспринимаются как более совершенные.
 
Разнообразие вакуумных литейных установок ставит перед потенциальным покупателем сложную задачу. Как выбрать именно то, что Вам необходимо? На какие характеристики установки следует обращать внимание в первую очередь? Как эти характеристики влияют на те или иные параметры работы и на качество литья в целом?

 
Попробуем разобраться вместе. Рассмотрим самые важные характеристики вакуумной литейной установки, определяющие главное — высокое качество литья, простоту и надежность в работе.

 

Плавка и литье в вакууме. Требования к вакуумной системе установки.

В современных вакуумных литейных установках в литейных камерах поддерживается разреженная атмосфера с остаточным давлением не менее 100…150мБар. При этом расплав, движущийся к объекту литья, не встречает сопротивления (вернее, оно значительно ослаблено) со стороны воздуха, скопившегося в литниковой системе. Таким образом, обеспечивается хорошая «проливаемость» самых ажурных конструкций без приложения к расплаву значительных сил.
Кроме того, так как растворимость газов (особенно водорода и азота) в расплаве понижается при снижении остаточного давления воздуха в плавильной камере, плавка металла в вакууме способствует уменьшению количества растворённых в расплаве газов.
 
Приблизиться к «идеальному» алгоритму плавления стоматологических сплавов позволяет внедрение технологических приёмов, основанных на плавке в среде защитных газов (Аргон).
 
Выбирая литейную установку, Вы должны осознавать, что вакуумная система установки высокого класса должна непременно обеспечивать следующие характеристики:
 

  • Уровень вакуума в плавильно-литейном блоке установки должен регулироваться в диапазоне <100…500мбар.

Возможность регулировки уровня вакуума позволяет установить оптимальный режим работы для плавки сплавов благородных металлов (<100мбар), сплавов неблагородных металлов (100…150мбар), сплавов неблагородных металлов с повышенным искрообразованием при плавке в вакууме (>250мбар).

  • Заданное значение вакуума должно поддерживаться автоматически.
  • Поддерживается режим плавки в среде защитного газа (Аргон).

 
Аргон, как инертный газ, не вступает в окислительные реакции с составляющими элементами сплава и не растворяется в расплаве. Таким образом, полученный в результате плавки сплав остаётся эквивалентным исходному. Негативные последствия, характерные для плавки без аргона (окисление расплава, его газонасыщение, изменение КТР сплава и т.д.), в данном случае отсутствуют.

 

Cast_4_100Рекомендуемый выбор.
Вакуумная литейная установка УЛВК-30А.
Имеет диапазон регулирования вакуума в плавильно-литейном блоке <100…500мбар. Поддерживается режим плавки в среде защитного газа.
Многократная промывка рабочих камер аргоном приводит к тому, что содержание в плавильно-литейном блоке газов, присутствующих в воздухе (кислород, водород, азот), становится эквивалентным разрежению 1…5мБар.
Для предотвращения отрицательного воздействия воздуха на расплав при заполнении им литейной формы и его кристаллизации, прессование жидкой фазы расплава в вакуумной литейной установке УЛВК-30А может осуществляться аргоном.

 

Система заливки расплава в тигель. Выбираем лучшее.

При всём многообразии вакуумных литейных установок все они могут быть разделены на две группы, отличающиеся принципом заливки расплава в литейную полость опоки: литейные установки с донной заливкой расплава и литейные установки с заливом расплава с верхней части тигля. Останавливая свой выбор на той или иной установке, Вы должны ясно представлять себе её особенности, связанные именно с этим делением.
 
Выделим основные характеристики, зависящие от типа заливки расплава:
 

  • Вакуумные литейные установки с донной заливкой расплава.

1) Высокая точность синхронизации момента истечения расплава из тигля и подачи давления прессования.
2) Нерастворимые в расплаве соединения оксидной пленки и частички керамического тигля не попадают в литейную полость опоки.
3) Исключена возможность механического воздействия на опоку в момент истечения расплава из тигля.
4) Опока в рабочей камере теплоизолирована для предупреждения её быстрого охлаждения.

  • Вакуумные литейные установки с заливом расплава с верхней части тигля.

1) Достаточно высокая точность синхронизации момента истечения расплава из тигля и подачи давления прессования (для установок с автоматической системой поворачивания рабочей камеры, тигля).
2) Для установок с ручной системой поворачивания рабочей камеры (или тигля) трудно обеспечить точность синхронизации момента истечения расплава из тигля и подачи давления прессования.
3) Высокая вероятность попадания в литейную полость опоки нерастворимых в расплаве соединений оксидной пленки и частичек керамического тигля вследствие того, что первым в литейную полость попадает расплав с верхней части тигля, где они (нерастворимые соединения) сконцентрированы.
4) Требуется механическое крепление опоки. Время и трудоёмкость плавки повышаются.
5) Теплоизоляция опоки затруднена и чаще всего отсутствует.
6) Для литейных установок с ручной системой поворачивания рабочей камеры возможно расплёскивание металла.

 

Cast_100Рекомендуемый выбор.

Вакуумная литейная установка УЛВК-30А.

Донная заливка расплава. В качестве затвора используется керамическая вставка, расположенная с внешней стороны тигля и закрывающая его выходное отверстие. В момент литья керамическая вставка автоматически отходит в сторону, открывая выходное отверстие тигля. Нагрев расплава продолжается в течение всего времени его истечения из тигля. Скорость потока расплавленного металла не зависит от действий оператора. Нерастворимые в расплаве соединения оксидной пленки и частички керамического тигля, не попадают в литейную полость опоки. Расплёскивание металла исключено. Опока в рабочей камере теплоизолирована.

 

Давление прессования расплава. Больше и быстрее.

Важнейшей характеристикой вакуумной литейной установки является её способность в строго определенный момент времени максимально быстро создать в плавильно-литейном блоке избыточное давление заданной величины.
 
Если избыточное давление подать до того как расплав под действием силы тяжести заполнит литейную полость, воздух вместе с расплавом попадёт в литниковые каналы. Это существенным образом ухудшит условия воздухообмена между литейной полостью и внешней средой. Газонасыщение расплава приведёт впоследствии к ярко выраженной внутренней и поверхостной газовой пористости. Повышается вероятность получения не полностью пролитых объектов литья.
 
Если же избыточное давление подать в плавильно-литейный блок слишком поздно, не будут созданы условия для эвакуации оставшегося в объекте литья воздуха и выделяющихся при кристаллизации расплава растворённых в них газов. Силы тяжести, под действием которой расплав заполняет опоку, оказывается недостаточно для полноценного питания отливки. В итоге, отливка будет иметь рыхлую и неоднородную по объёму структуру. Появятся «непроливы» мелких деталей отливки, на поверхности отливок будет наблюдаться значительная газовая пористость.
 
Для обеспечения требуемой жидкотекучести расплава и обеспечения хорошего газообмена с целью предупреждения непроливов, газовой пористости, неконтролируемой усадки продолжительность заполнения опоки не должна превышать доли секунды, а время подачи избыточного давления в литейные камеры должно быть максимально синхронизировано с моментом полного истечения расплава из тигля.
В лучших литейных установках это время определяется автоматически на основании анализа хода выполнения текущей плавки.
 
В зависимости от реализации функции создания избыточного давления установки можно разбить на три класса: «средний», «высокий» и «люкс».
 

  • Вакуумные литейные установки среднего класса

а) Величина избыточного давления в рабочих камерах установки (давление прессования расплава)составляет 2,5…3,0 Бар;
б) Нарастание давления прессования до 3,5 Бар за время не более 2 секунд;
в) Фиксированная задержка подачи избыточного давления (давления прессования расплава) в рабочие камеры.

  • Вакуумные литейные установки высокого класса

а) Величина избыточного давления в рабочих камерах установки (давление прессования расплава)составляет 3,0…3,5 Бар;
б) Нарастание давления прессования до 3,5 Бар за время не более 2 секунд;
в) Ручная регулировка времени задержки подачи избыточного давления (давления прессования расплава) в рабочие камеры.

  • Вакуумные литейные установки класса «Люкс»

а) Величина избыточного давления в рабочих камерах установки (давление прессования расплава)составляет 3,5…4,0 Бар;
б) Нарастание давления прессования до 3,5 Бар за время не более 2 секунд;
в) Наличие функции автоматического определения времени задержки подачи избыточного давления (давления прессования расплава) в рабочие камеры в зависимости от характеристик расплава.

 

Cast_3_100Рекомендуемый выбор.

Вакуумная литейная установка УЛВК-30А.

Время задержки включения давления прессования определяется автоматически и меняется в зависимости от объёма и жидкотекучести используемого сплава.
Величина давления прессования может быть задана пользователем в диапазоне 2…4 бар.
Такой диапазон задания позволяет выбрать нужный режим в зависимости от характера работы. Для сплавов драгоценных металлов с высоким содержанием золота достаточным будет значение давления прессования 2…2.5бар. При литье кобальт-хромовых и никель-хромовых сплавов рекомендуемое значение составляет 3,5…4бар.
Для предотвращения отрицательного воздействия воздуха на расплав при заполнении им литейной формы и его кристаллизации, прессование жидкой фазы расплава в вакуумной литейной установке УЛВК-30А может осуществляться аргоном.

 

Минимизация ручных операций, удобство и простота в работе.

Разработчики вакуумных литейных установок стараются сделать так, чтобы работа на установке была удобной и производительной. Существуют базовые характеристики, на которые необходимо обратить внимание.
Выделим некоторые из них.
 

  • Герметизация и разгерметизация рабочей камеры.

При выборе вакуумной литейной установки обратите внимание на то, как происходит герметизация и разгерметизация рабочих камер.
Это может происходить как автоматически, в соответствие с выполняемой программой без использования ручных механических затворов, так и в ручном режиме.
Обычно литейные установки с автоматическим режимом стоят дороже. Работать на них проще. Литьё, как правило,выполняется быстрее.

  • Регулировка положения опоки относительно тигля.

Важный критерий, определяющий не только удобство в работе, но и качество литья. Основной влияющий фактор — время.
В вакуумных литейных установках с донным разливом расплава нет необходимости выставлять положение опоки относительно тигля с помощью дополнительных инструментов. Центрирующее кольцо из теплоизоляционного материала, установленное в литейной камере, гарантирует точное расположение выходного отверстия тигля относительно «конуса» опоки. Опока, после её установки в литейную камеру, не требует дополнительного механического крепления.
В вакуумных литейных установках с системой заливки расплава через выходное отверстие в верхней части тигля требуется несколько больше времени для «центровки» опоки относительно выходного отверстия тигля. Особенно это касается литейных установок с ручным приводом рабочей камеры, где требуется дополнительное механическое крепление опоки с помощью специального инструмента.

 
ULVC30Рекомендуемый выбор.

Вакуумная литейная установка УЛВК-30А.

Автоматическая герметизация рабочих камер, минимум ручных операций, минимум обслуживания, универсальность и компактность.
 
 
 
 

Замыкая круг.

Уважаемый читатель, мы вместе рассмотрели характеристики вакуумных литейных установок, определяющие их функциональные особенности. Надеемся, что эта статья поможет Вам самому дать ответы на вопросы, сформулированные в начале: «Как выбрать именно то, что Вам необходимо? На какие характеристики установки следует обращать внимание в первую очередь? Как эти характеристики влияют на те или иные параметры работы и на качество литья в целом?»
Ведь для Вас это теперь так просто! Не правда ли?

Post tags: