Применение чугуна для изготовления мелких со сложной поверхностью моделей художественных отливок ограничивается тем, что чугун хрупкий, поверхности сложных моделей, изготовляемых из него, быстро выкрашиваются. Кроме того, чугун подвержен коррозии и плохо паяется.
В настоящее время в практике литейных цехов известны способы обработки поверхностей моделей, позволяющие уменьшить влияние некоторых отрицательных факторов. Например, для уменьшения коррозии чугунные модели рекомендуется выдерживать в кислотной ванне в течение 10–15 ч с последующей промывкой в известковой воде, сушкой и тщательной протиркой. Для получения чистой и гладкой поверхности модели нагревают до 30–40 С, натирают в три приема воском или олифой. После остывания поверхность модели зачищают мелкой шлифовальной шкуркой и протирают. Получить хорошую поверхность чугунной модели можно и путем трехкратного натирания ее густым щелочным лаком и тщательной зачистки мелкой шлифовальной шкуркой после высыхания.
Латунные и бронзовые модели. Латунь и бронза являются лучшими материалами для изготовления мелких и сложных моделей художественных отливок. Латунные н бронзовые модели не ржавеют, хорошо воспринимают и сохраняют чеканку на их поверхности. Хорошо обработанные латунные и бронзовые модели имеют чистую, гладкую н плотную поверхность. В процессе формовки к поверхности таких моделей формовочная смесь не прилипает.
Модели хорошо вынимаются из формы, оставляя на ее стенках чистый и ясный отпечаток. Эта особенность бронзовых и латунных моделей позволяет применять сложный способ изготовления литейных форм – кусковую формовку. Кроме того, такие модели хорошо паяются, что дает возможность изготовлять из них сложные модели по частям и после окончательной их отделки собирать. Из латуни и бронзы обычно делают модели небольших ажурных и кабинетных отливок, а также модели, которые необходимо хранить продолжительный срок.
Алюминиевые модели. Преимуществом моделей из алюминиевых сплавов по сравнению с другими металлическими моделями является их незначительная масса. Кроме того, алюминиевые модели, как и латунные, не ржавеют, поэтому их часто применяют в современном литейном производстве. К недостаткам алюминиевых моделей следует отнести меньшую, чем у моделей из чугуна, латуни и бронзы, твердость поверхности. Поэтому поверхность их быстро изнашивается, на ней остаются следы наколов формы вентиляционной иглой, а при кусковой формовке – следы подрезки кусков. Ремонтировать и восстанавливать алюминиевые модели трудно, так как алюминий плохо поддается пайке. Этот недостаток алюминиевых сплавов ограничивает возможности их широкого применения при изготовлении моделей художественных отливок.
В производстве архитектурных отливок, имеющих по сравнению с кабинетными и статуарными менее сложную форму и поверхность, применение алюминиевых моделей сокращает трудоемкость процесса формовки. Твердость алюминиевых моделей повышается при изготовлении их из алюминия с примесью 6–7% меди и 7–8% цинка.
Гипсовые модели. Начальным этапом изготовления отливки художественного изделия является, как правило, лепка скульптором его оригинала. В качестве основного материала для изготовления оригинала скульптуры используют пластилин, воск или глину. Эти материалы наиболее удобны при лепке.
Однако пластилин, воск и глина недостаточно прочны и не могут быть хорошим материалом для моделей. Поэтому оригиналы художественных отливок, используемые как модели, создают при формовке большие неудобства и часто разрушаются. В этом случае можно лишиться дорогостоящего оригинала, не получив отливки. Во избежание этого формовку по оригиналам выполняют в исключительных случаях и только высококвалифицированные мастера.
Значительно удобнее, если оригинал выполнен из гипса. Гипсовый оригинал прочнее, чем восковой и пластилиновый, он не оплавляется при повышенной температуре окружающей среды. Кроме того, он значительно легче. Прочность гипсового оригинала позволяет не только свободно его транспортировать, но и изготовлять по нему небольшое число литейных форм. Поэтому в производстве художественных литых изделий гипсовые оригиналы часто используют как модели.
Преимущество гипсовых моделей в производстве художественного литья заключается в том, что их можно быстро и легко изготовить. Кроме того, они легки, имеют чистую и гладкую поверхность и по сравнению с другими видами моделей художественных отливок дешевы. Недостатки гипсовых моделей – малая по сравнению с металлическими моделями прочность, низкая твердость поверхности, что ограничивает их применение при кусковой формовке.
Восковые и парафиностеариновые модели. Сложность изготовления литейной формы художественной отливки заключается, прежде всего, в процессе удаления модели из формы. Если изготовить модель сложной художественной отливки такой, чтобы при удалении ее из формы форму можно было не разбирать, то процесс изготовления литейной формы не представлял бы большой трудности. Такими моделями при производстве художественных отливок с давних пор являлись модели, изготовленные из воска. Восковая модель наформовывалась и не извлекалась из формы, как обычная модель, а выплавлялась в процессе нагрева при сушке формы. Такие модели получили название выплавляемых моделей.
Применение восковых моделей упрощает процесс изготовления литейной формы для получения скульптур, улучшает качество поверхности отливки. Кроме того, сокращается процесс сборки отливки, так как скульптура отливается в форме целиком.
К недостаткам восковых моделей скульптур относится высокая стоимость отливаемых по ним отливок из-за большой продолжительности процесса изготовления литейной формы. Литейная форма, например, конной статуи Петра Первого изготовлялась по восковой модели в течение года, не считая времени изготовления самой модели. Поэтому такие восковые модели не нашли широкого применения. В серийном производстве кабинетных художественных отливок применяют выплавляемые модели из парафиностеариновых составов, изготовляемые в пресс-формах.
Пенополистироловые модели. В современных литейных цехах применяют модели, которые удаляются из формы путем плавления и газификации их при контакте с заливаемым металлом или выжигания при 350–400 «С. Газифицируемые модели изготовляют из пенополистирола, представляющего собой ячеистый пластик с несообщающимися между собой ячейками, заполненными газом.
Такая структура образуется при вспенивании гранул полистирола-
Для изготовления моделей применяют пенополистирол двух видов: в виде гранул и блоков. Модели из гранул полистирола приготовляют путем вспенивания их в пресс-формах при нагревании до температуры 100 С Пенопласт хорошо обрабатывается на деревообрабатывающих станках, режется ножом, склеивается декстрином, столярным клеем, сваривается при 130 – 150 С Такие свойства пенопласта позволяют изготовлять из него модели в несколько раз быстрее, чем из дерева.
Применение моделей из пенополистирола упрощает процесс изготовления литейной формы, сокращает расход металла на прибыли, увеличивает точность отливки в результате отсутствия разъема литейной формы и литейных уклонов на модели. Использование таких моделей позволяет получать из чугуна и цветных сплавов сложные и крупные отливки массой от нескольких килограммов до 30 т.
Пластмассовые модели. В современных условиях литейного производства для изготовления моделей широкое применение получили пластические массы. В качестве материалов для изготовления пластмассовых моделей используют специальные составы, называемые компаундами, состоящие из эпоксидной смолы, полиэтиленполиамина, дибутилфталата с добавкой в качестве наполнителя маршаллита и опилок. Модели из пластмасс прочны, не коробятся, находясь во влажной среде, не разбухают, имеют чистую, гладкую поверхность, легко ремонтируются. В производстве художественного литья пластмассовые модели используют для отливки небольших изделий с гладкой поверхностью.
Изготовление моделей
Модель является основным приспособлением для изготовления литейной формы, и от того, как она будет сделана, будут зависеть удобство, простота и скорость изготовления литейных форм, стоимость и качество получаемых отливок. Поэтому в современном литейном производстве изготовлением моделей занимаются специальные модельные цеха, оснащенные необходимым оборудованием.
Изготовление деревянных моделей. Дерево содержит >50% влаги и, теряя ее при высыхании, коробится и трескается. Чтобы избежать коробления, деревянные модели изготовляют не из целого куска дерева, а из специальных заготовок. Такие заготовки получают путем склеивания отдельных узких досок, причем так, чтобы направление волокон одной не совпадало с направлением волокон другой. В этом случае коробление одной доски как бы уравновешивается короблением другой. Если склеить несколько таких досок, положенных друг на друга, коробление подели, изготовленной из такой заготовки, может быть очень малый. Затем заготовку обрабатывают вручную или на станке до получения модели нужных размеров и формы. В зависимости от числа предполагаемых отливок деревянные модели изготовляют по трем классам прочности.
По первому классу прочности изготовляют модели при серийном производстве отливок. Такие модели делают из выдержанной древесины твердых пород дерева. Для увеличения прочности быстро изнашивающиеся части моделей делают из металла или облицовывают металлическими пластинами. По второму классу прочности изготовляют модели для производства небольших партий изделий. Такие модели делают из более дешевых, мягких пород дерева. По третьему классу прочности изготовляют модели для разовых отливок.
Рассмотрим порядок изготовления деревянной модели. Модельщик получает чертеж готового изделия с указанием на нем необходимых допусков и мест механической обработки. Руководствуясь размерами чертежа, модельщик на специальном деревянном щитке, по возможности в натуральную величину, делает чертеж будущей модели, учитывая при этом усадку металла, из которого будет отливаться изделие. Припуск на усадку зависит от рода применяемого сплава.