Спроектировали и запустили участок литья по выплавляемым моделям: от восковой модели до готовой отливки

В основе производства высокоточных отливок по выплавляемым моделям лежит сложный многоступенчатый технологический процесс. Каждый его этап требует специализированного оборудования, обеспечивающего безупречное качество на всех стадиях — от создания воскового эталона до финального контроля готового изделия.

Специалисты компании ЭРСТВАК разработали отдельный процесс производства для крупной компании. Об этапах работы и результате рассказываем далее.

Клиент

Инфраструктурный партнёр полного цикла, который развивает промышленную, строительную и кадровую инфраструктуру особой экономической зоны.

Задача

Спроектировать участок для производства изделий методом литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) — от восковой модели до готовой отливки, которую можно передать в цех механической обработки.

Цель

Получить запущенную рабочую линию, на которой серийно производятся изделия.

Решение

Специалисты ЭРСТВАК разделили технологический процесс на пять участков и подобрали оборудование для каждого этапа: изготовление восковых моделей, формовка керамических оболочек, плавка и заливка, пост-литейная обработка и контроль качества.

Ниже представлен обзор ключевых установок, формирующих современную автоматизированную линию ЛВМ.

1. Восковой участок: создание эталонной модели

Качество будущей отливки закладывается на самом первом этапе — при изготовлении восковой модели. Для этого используется специализированное оборудование, обеспечивающее высокую точность и повторяемость геометрии.

Инжекционная машина для литья восковых моделей — это высокоточный автоматизированный комплекс для изготовления восковых моделей и элементов литниковой системы. Установка оснащена сервоприводом, обеспечивающим точный контроль давления и скорости впрыска, что гарантирует стабильность геометрии каждой модели. Система температурного контроля поддерживает оптимальную температуру воска на всех этапах: от плавления до подачи в пресс-форму, предотвращая деградацию состава. Автоматизированная система управления с сенсорным интерфейсом позволяет программировать и сохранять рецепты для различных типов изделий, обеспечивая высокую повторяемость результатов.

Пресс-формы для восковых моделей и литниковых элементов изготавливаются из высококачественной инструментальной стали или алюминиевых сплавов. Они обеспечивают получение геометрически точных заготовок с минимальными допусками. Конструкция пресс-форм предусматривает системы термостабилизации, направляющие элементы для точного совмещения полуформ и эжекторные механизмы для бережного извлечения готовых моделей без деформации.

Ванна для герметизации восковых моделей представляет собой нагреваемую ёмкость из нержавеющей стали, предназначенную для выравнивания поверхности восковых моделей и устранения мелких дефектов перед нанесением керамического слоя. Автоматический регулятор температуры обеспечивает равномерный прогрев и стабильность свойств воска.

Сборочный стол для восковых моделей (кластеров) — это эргономичная рабочая станция для сборки восковых моделей и литниковых элементов в единый кластер («дерево»). Стол оснащается регулируемыми держателями для фиксации стояка и моделей, а также встроенным освещением рабочей зоны, что обеспечивает удобство и точность выполнения восковой сварки.

2. Участок формовки керамических оболочек: создание формы

На этом этапе вокруг воскового кластера формируется многослойная керамическая оболочка, которая станет литейной формой.

Установка для мойки восковых кластеров автоматизирует процесс очистки собранных восковых моделей. Манипулятор последовательно погружает кластеры в аммиачный раствор для удаления загрязнений, затем в ванны с деминерализованной водой для тщательной промывки, и, наконец, в зону сушки с использованием безмасляного сжатого воздуха. Такой подход гарантирует идеальную чистоту поверхности, что критически важно для адгезии первого керамического слоя.

Автоматизированная линия нанесения керамической оболочки — это высокотехнологичный роботизированный комплекс для формирования керамической оболочки. В его состав входят:

• Промышленный робот-манипулятор с шестью осями движения обеспечивает высокую повторяемость траекторий окунания в шликер и обсыпки огнеупорным зерном.
• Шликерные ванны с системами перемешивания и поддержания температуры суспензии гарантируют стабильность реологических свойств.
• Установки обсыпки (пескосыпы) и установки псевдоожиженного слоя обеспечивают равномерное нанесение огнеупорного песка на влажную поверхность шликера.
• Сушильные туннели с точным контролем температуры и влажности обеспечивают контролируемую сушку каждого слоя, что предотвращает растрескивание и деформацию.

Вакуумная сушильная установка предназначена для финишной сушки керамических оболочек в среде пониженного давления. Вакуум ускоряет удаление остаточной влаги из пор оболочки, делая её более прочной и устойчивой к термическим ударам при последующем выплавлении воска и прокаливании.

Автоклав для выплавления воска — это установка для удаления восковой модели из керамической оболочки с помощью перегретого пара под давлением. Двуслойная конструкция «котёл + автоклав» обеспечивает высокую энергоэффективность. Быстрый набор давления (до 6 бар за 3–5 секунд) позволяет расплавить воск до начала его объёмного расширения, что предотвращает разрушение ещё неокрепшей оболочки.

Печь для обжига керамических оболочек — это камерная электрическая печь для высокотемпературной обработки (прокаливания) керамических форм. В процессе обжига при температурах до 1200 °C из оболочки удаляются остатки воска и конституционная вода, а керамические связующие спекаются, придавая форме окончательную прочность.

Установка для сухой очистки кластеров предназначена для удаления с поверхности оболочки остатков формовочных материалов и пыли перед передачей на литейный участок. Очистка осуществляется сжатым воздухом или струйной системой, что обеспечивает чистоту поверхности и предотвращает загрязнение расплава.

3. Литейный участок: плавка и заливка

Сердце производственной линии — участок, где происходит плавка металла и заливка форм.

Печь предварительного нагрева форм обеспечивает равномерный разогрев керамических оболочек до заданной температуры перед заливкой расплава. Это предотвращает термический удар оболочки и гарантирует стабильность процесса кристаллизации металла.

VIM-IC Вакуумная индукционная плавильная печь — это высокотехнологичный комплекс для вакуумной плавки и литья специальных сплавов. Трёхкамерная вертикальная конструкция (камеры загрузки, плавки и формы) позволяет выполнять все операции без нарушения вакуума в плавильной камере. Полностью электрические приводы (без гидравлики) упрощают обслуживание и повышают надёжность. Высокоточная система контроля температуры с использованием погружной термопары и пирометра обеспечивает соблюдение заданного температурного режима плавки. Встроенная система программируемой заливки позволяет контролировать скорость и траекторию подачи расплава в форму.

Манипулятор для заливки расплава в формы — это специализированный механизированный узел для захвата, переноса и точного позиционирования горячих керамических форм. Пневматический или электромеханический привод обеспечивает плавное и контролируемое движение, исключая удары и вибрации, которые могут повредить форму.

4. Участок пост-литейной обработки: освобождение и очистка отливок

После заливки и охлаждения отливки необходимо освободить от керамической оболочки и литниковой системы.

Выбивная машина предназначена для механизированного удаления керамической оболочки с литейных кластеров. Регулируемое ударное усилие эффективно разрушает оболочку, не повреждая при этом тонкостенные отливки. Встроенная система сбора продуктов разрушения поддерживает чистоту рабочей зоны.

Машина резки кластеров — это высокоточный станок для абразивной резки металлических литейных кластеров, отделения отливок от литниковой системы. Применение абразивных кругов на основе CBN или синтетического алмаза обеспечивает чистый рез без заусенцев и с минимальной зоной термического влияния. Лазерная система позиционирования гарантирует высокую точность реза.

Дробеструйная машина предназначена для финишной очистки поверхности отливок от остатков керамики и окалины методом абразивного воздействия. Камера обработки с ручным поворотным столом обеспечивает удобство работы с изделиями различной конфигурации. Встроенная система рециркуляции и сепарации абразива, а также мощная пылеулавливающая система с фильтрами гарантируют экологичность процесса и длительный срок службы оборудования.

5. Участок контроля качества: гарантия точности

Заключительный этап производства — всесторонняя проверка качества готовых отливок.

Лабораторный узел контроля шликера и формовочных материалов оснащается комплексом измерительного оборудования: вискозиметры, pH-метры, плотномеры и приборы для контроля зернового состава. Это позволяет технологам оперативно корректировать состав суспензии и параметры обсыпки, обеспечивая стабильность качества керамической оболочки на всех этапах производства.

Участок капиллярного (флюоресцентного) контроля с использованием метода люминесцентной дефектоскопии (ЛЮМ) позволяет выявлять мельчайшие поверхностные дефекты — трещины, поры, прижоги. Флуоресцентный пенетрант проникает в дефекты, а под ультрафиолетовым излучением они становятся ярко видны.

Рентгеновский контроль используется для обнаружения внутренних дефектов — газовых и усадочных раковин, неметаллических включений, трещин. Рентгеновский аппарат создаёт проекции отливки в разных плоскостях, позволяя получить полную картину внутренней структуры.

Координатно-измерительная машина (КИМ) обеспечивает прецизионный контроль геометрических размеров и формы отливки. Высокоточные щупы сканируют поверхность детали, а программное обеспечение сравнивает полученные данные с трёхмерной моделью, выявляя любые отклонения.

Оборудование может работать как автономно, так и в составе единой линии. Каждая единица оборудования спроектирована как независимый модуль, который может эксплуатироваться отдельно. Однако ключевое преимущество предлагаемого решения — возможность интеграции всех установок в единую автоматизированную линию с централизованной системой управления. Это позволяет синхронизировать работу всех участков, минимизировать межоперационные простои и обеспечить полную прослеживаемость каждой партии продукции.