Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности дизайна поверхности простых и сложных литых форм с использованием сравнительного анализа 9
1.1. Визуальное восприятие объектов, как элемент создающий дизайн 9
1.2. Исследование механизма воспроизведения литого изделия и его поверхности 12
1.3. Критерии оценки поверхности литого изделия 16
2. Сферы применения и возможность расширения дизайна литых художественных изделий 20
2.1. Разработка мастер-моделей для экспериментальной части методом трехмерного моделирования 20
2.2. Анализ материалов, используемых в работе 25
2.3. Материалы исследования 29
3. Технология получения поверхности готового изделия, методики исследования 32
3.1. Методика получения изделия 32
3.1.1. Изготовление и механическая подготовка мастер-модели 33
3.1.2. Изготовление эластичной пресс-формы 33
3.1.3. Изготовление восковой модели 34
3.1.4. Изготовление литейной формы по эстрих процессу 36
3.1.5. Сушка литейной формы и вытопка модельного состава 36
3.1.6. Прокаливание литейной формы 37
3.1.7. Плавка и заливка металла в форму 38
3.1.8.Извлечение готового изделия и удаление литниковой системы 41
3.2. Методика определения размерных параметров 41
3.3. Методика определения шероховатости поверхности (Ra и Rz) 42
3.4. Методика анализа микроструктуры 45
3.5. Методика определения модальных значений параметров рельефа 46
4. Исследование возможности наследования сильно- и средневыраженного рельефа при литье по выплавляемым моделям 47
5. Исследование возможности наследования слабовыраженного рельефа 3 при литье по выплавляемым моделям 67
6. Исследование возможности наследования рельефа 4 при литье по выплавляемым моделям 70
7. Анализ микроструктуры 85
8. Обсуждение результатов исследования 92
Выводы 95
Литература 97
Приложение 103
- Визуальное восприятие объектов, как элемент создающий дизайн
- Разработка мастер-моделей для экспериментальной части методом трехмерного моделирования
- Изготовление и механическая подготовка мастер-модели
- Исследование возможности наследования сильно- и средневыраженного рельефа при литье по выплавляемым моделям
Введение к работе
Актуальность темы. Трудно встретить такую область применения, где хоть косвенно не использовался бы дизайн или его направления. Стремление человека к прекрасному, удобному и функциональному порождает потребность окружить себя подобными предметами, создает движение моды вперед, определяет свои закономерности и требования.
Одним из принципиальных вопросов художественного проектирования является возможность воспроизводить художественные изделия малой пластики. При этом основное внимание должно уделяться проблемам сохранения рельефа поверхности и ее качества. При реставрации художественных объектов или их элементов, проблема воспроизведения изделия из металлического сплава с заранее фиксированной поверхностью также имеет большую актуальность. При разработке дизайна нового изделия весьма важно, чтобы рельеф и качество поверхности, предполагаемой дизайнером, максимально наследовалась при выпуске изделия массовым способом.
Проблема воспроизводства уже изготовленных изделий весьма актуальна как для реставрации старинных и уникальных объектов малой и средней пластики, а также ювелирных изделий (различная церковная и бытовая утварь, старинное оружие, курительные принадлежности и т.д.) так и для создания и тиражирования современных изделий. Цветные сплавы широко применяются для изготовления ювелирных украшений и в производстве товаров народного потребления широкого ассортимента (изделия малой и средней пластики, изделия посудной группы, фурнитура) благодаря своим механическим и эстетическим свойствам (ковкость, высокие литейные свойства, красивый внешний вид и пр.).
Особое внимание при изготовлении изделия уделяется его дизайну, позволяющему удовлетворить технологические и эстетические требования, предъявляемые к нему. Для придания изделию особого декоративного вида
5 используют рельеф или сочетание его видов, т.е. глянцевую поверхность, а также поверхности с разной степенью выражения (размера) рельефа.
Одной из составляющих эстетического восприятия и качества полученного изделия, является состояние его поверхности. Восприятие поверхности можно условно разделить на две составляющие: это зрительная (матовая, блестящая) и осязательная (гладкая, шероховатая). Разная шероховатость или сочетание шероховатых поверхностей с гладкой, задает многогранность восприятия изделия. Например, шероховатая поверхность, может быть по-разному воспринята, в зависимости от освещения, при котором она рассматривается или быть в разной степени шероховатой (слабо-, средне-, сильно-шероховатая, грубая). Гладкая поверхность практически не имеет разнообразия восприятий.
В существующих методах литья по выплавляемым моделям при получении литого художественного изделия не рассматривается, на каком из этапов происходит снижение качества поверхности изделия и его размерной точности [1-46].
Получение различных поверхностей изделия методом литья может служить размерный анализ поверхности художественного изделия на всех этапах его изготовления через метод подобия [57], учитывающий коэффициенты подобия с принятыми во внимание факторами, дающими некоторую погрешность. Данный метод может получить благодаря своим показателям достаточно широкое распространение во многих отраслях промышленности. Весьма перспективным для улучшения эстетических показателей поверхности изделия является использование метода моделирования процесса. Однако, несмотря на значительные потенциальные возможности разработанного метода, применение в условиях производства метода подобия, по целому ряду причин пока еще не достаточно. Одной из них является отсутствие научно-обоснованных рекомендаций по выбору тех или иных видов получения поверхности с различной чистотой изделия из конкретных металлов и сплавов. Отсюда становится очевидна необходимость
проведения рабочих исследований процесса для получения заданной чистоты поверхности. Результаты исследований должны обеспечить назначение эстетических параметров поверхности в зависимости от разновидностей специальных видов литья, улучшающих эстетические показатели изделий, и позволяющих выявить пути расширения технологических возможностей с целью более широкого использования дизайна в художественном литье.
Из вышесказанного, очевидно, что наследование дизайна поверхности литых металлических сплавов представляется весьма актуальной проблематикой, так как является одним из элементов, определяющих эстетику окружающих нас изделий.
Цель работы. Установление закономерностей формирования рельефа на литой металлической поверхности.
Основные задачи исследования.
Разработка и создание четырех различных рельефов на поверхности мастер-модели и анализ их воспроизводимости на двух металлических сплавах.
Анализ наследования рельефа поверхности на каждом этапе его воспроизводства по схеме: мастер-модель —> восковая модель — гипсовая форма —* готовое изделие.
Сопоставление модальных значений (размерные характеристики элементов рельефа поверхности) на каждом из четырех этапов воспроизводства готового изделия.
Установление общих тенденций наследования рельефа поверхности металлических сплавов, выполненных методом точного литья по выплавляемым моделям.
Разработка корректировочной системы размеров мастер-модели при точном литье в гипсовые формы.
7 Научная новизна. Показано, что при использовании метода точного литья по выплавляемым моделям удается передать рельеф поверхности художественного изделия с сохранением геометрии и размеров отдельных элементов, формирующих особенности ее дизайна.
Установлены материалы и технологические режимы литья по выплавляемым моделям, воспроизводящие различные рельефы поверхности разной категории сложности, что позволяет воспроизвести декоративность и геометрию формы.
Показана возможность получения поверхности отливки высокой чистоты по (Ra, Rz) из латуни и силумина при использовании метода литья по выплавляемым моделям.
Шероховатость поверхности, имеющей заданный рельеф, оказывается ниже, чем шероховатость поверхности без рельефа, таким образом, дизайн рельефной поверхности более многообразен, чем гладкой.
Установлено что декоративность поверхности и особенность ее геометрии при использовании метода литья по выплавляемым моделям сохраняется при величине размерного параметра 1 мм и более.
Выявлено, что высокую воспроизводимость рельефа поверхности (линейное отклонение не превышает 2-3%) удается достичь, если линейные характеристики любого из его размерных параметров составляют 1 мм и более.
Рекомендован поправочный коэффициент размерных характеристик К' предусматривающий увеличение параметров рельефа эталона или мастер-модели на 2-3%, связанный с усадкой использованных при выплавке материалов: воска и металла.
Практическая ценность. Предложена схема метода литья по выплавляемым моделям позволяющая воспроизводить сложные изделия с элементами рельефа поверхности 1мм и более.
Определены технологические параметры процесса, позволяющие
8 получить отливку с декоративной поверхностью.
Установлены критические критерии воспроизводства рельефа поверхности методом литья по выплавляемым моделям в гипс.
Введен поправочный коэффициент К', предлагающий скорректировать линейные размеры параметров мастер-модели на 2-3% в сторону их увеличения, учитывая изменение размеров материалов (воск и металл) в процессе изготовления изделия.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на:
V Всероссийской научно-методической конференции «Дизайн и технология художественной обработки материалов», СПб, СЗПИ, 2000г.:
VI Всероссийской научно-методической конференции «Дизайн и технология художественной обработки материалов», Москва, МГАТТИ, 2000г.;
VII Всероссийской научно - методической конференции «Техническая эстетика, дизайн и технология художественной обработки материалов», Москва, МГАПИ, 2001г.;
Ежегодном семинаре молодых ученых, Москва, МГАПИ, 2002г.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных работах.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы (85 наименований) и содержит 96 страниц машинописного текста с иллюстрациями.
Визуальное восприятие объектов, как элемент создающий дизайн
Визуальное восприятие готового изделия определяется не только его формой, но и фактурой, текстурой поверхности, ее отражательной способностью, светом, цветом, и другими факторами [64. 77]. Постановка фигуры в пространстве, передача её движения, светотеневая моделировка, усиливающая рельефность формы, архитектоническая организация объёма, зрительный эффект его массы, весовых отношений, выбор пропорций, специфических в каждом случае характер силуэта являются главными выразительными средствами. Объёмная форма строится в реальном пространстве по законам гармонии, ритма, равновесия, взаимодействия с окружающей архитектурной или природной средой и на основе наблюдённых в эргономичных (структурных) особенностей той или иной модели. Различают две основные разновидности форм: кубическую, цилиндрическую, многогранную, шар и т.д., которая свободно размещается в пространстве, и изображение, где рельеф располагается на поверхности, образующей его фон. [72]
Для декоративно-прикладного искусства особенно характерно изготовление уникальных выставочных произведений, многофигурных композиций, но так же следует обращать внимание на повышение художественного качества массовых бытовых вещей.
Тончайшие ювелирные изделия, выразительные мелкие рельефы создают представление о поверхности. Широтой проблематики, обострённым интересом к специфическим особенностям материала, нередко романтической символикой, строгой конструктивностью форм отличаются произведения, сочетающие различные виды поверхности форм. Интенсивные поиски новых форм предметов быта, а также наиболее удачных способов оформления предметов малой и средней пластики, а также предметов ювелирной группы, ведутся в декоративно - прикладном искусстве. Разрабатываются новые простые и изящные по формам образцы, опыт изготовления которых, впоследствии применяется при получении уже готового изделия, предметов бытового назначения, украшений [65, 74-75].
Усиление выразительности поверхности шероховатостью, фактурой или их сочетанием создают многообразие и богатство ритма, формы в изделии. Богатые эстетические возможности, заложенные в природе материала и особенностях технологического процесса, раскрываются в различных видах поверхности материала. Наряду с изделиями новых форм используются и традиционные методы изготовления предметов, придающие современному дизайну индивидуальную выразительность, функциональность и теплоту. Взаимодействие различных отраслей, обеспечивает создание удобных в эксплуатации, недорогих и красивых изделий, дополнительно стимулируя внедрение методов дизайна в художественную промышленность. Необходимость изменения образного строя на основе новых форм и материалов, создает синтез искусств [67, 68].
Существенной частью технической эстетики является теория формообразования и композиции изделий. Законы формообразования раскрывают связи формы изделия с его конструкцией, материалом, технологией изготовления, функцией, выявляют исторические тенденции изменения формы и стиля изделия. Теория композиции исследует закономерности и профессиональные методы создания целостной, гармоничной формы. Техническая эстетика играет важную роль в создании наилучших условий труда, быта и отдыха людей, в воспитании гармонически развитого человека.
Составляя основу дизайна, техническая эстетика изучает его общественную природу и закономерности развития, принципы и методы художественного конструирования. Общая теория дизайна изучает его социальную сущность, условия возникновения, историю, современное состояние и перспективы развития, взаимосвязь дизайна с искусством и техникой и культурой в целом, вопросы эстетики и предметной среды, отвечающего задачам создания гармоничного предметного мира [60-62, 18].
Одно из наиболее наглядных проявлений дизайнерской деятельности -приобретение проектируемым предметом не только функциональных, но и эстетических качеств. Явным признаком и свойством дизайна является красота, который соединяет материально-технические качества с принципом эстетической ценности. Продукт дизайна всегда обладает качеством красоты, как красоты идеи или замысла, положенного в основу проекта, так и чисто визуальной. В понятие дизайна вкладывается условие того, что рассматриваемый объект имеет какую-то дополнительную оригинальность, необычность, повышенное удобство, зрительную гармонию и т.д. Зрительная гармония оценивается через визуальное восприятие изделия. В классических монографиях по дизайну отмечается важность человеческого восприятия предметов через характеристики их поверхности [74, 75].
Пространственный рельеф создается в результате сотрудничества контуров и распределения яркостей. Равномерный фон противоречит и, следовательно, противодействует эффекту пространственности. Наличие теней является одним из решающих факторов для восприятия объема и глубины. Тени образуются формой предмета, элементами поверхности, пространственной ориентацией и расстоянием от источника света. Каждый предмет проявляет множество различных оттенков. Таким образом, нет резко выраженного локального цвета и нет специфических цветов, связанных со светом и тенью. Движение изделия относительно источника освещения или от него, дает разнообразие восприятий различных групп оттенков наблюдаемых на поверхности изделия. Таким образом, любой вид предмета, воспринимаемый зрительно, создается светом и цветом. Границы, которые создают очертания предмета, определяются способностью глаза отличать различные световые и цветовые пространства. Освещение и затемнение — важные факторы в создании объемной формы. Конечный пространственный эффект зависит только от распределеніія соотношения яркостей. Разумное распределение света служит созданию единства и порядка формы сложного предмета. Свет может падать одинаковым образом на предмет, но объект будет выглядеть совершенно различно при разных видах рельефа. Достоинства пространственного, объемного изображения заключается в неритмично распределяемой яркости. Для придания изделию необходимого декоративного вида в процессе художественного проектирования может предусматриваться сочетание участков его поверхности с различной высотой микронеровностей (глянцевая, матовая, поверхность с повышенной шероховатостью). Это позволяет расставить необходимые акценты при зрительном восприятии изделия, придать ему дополнительную выразительность, оживить предмет. [75].
Разработка мастер-моделей для экспериментальной части методом трехмерного моделирования
В начальной стадии эксперимента следовало смоделировать мастер модели, на которых будут изучены ряд параметров и зависимостей, влияющих на получение литых художественных изделий с разными выступами, образующими рельеф поверхности, задающими функциональность, эргономичность и эстетические свойства готовому изделию. Нет ничего более совершенного, чем заложенные природой формы: шар, многогранник, цилиндр и прочие, которые просты и функциональны [60]. Одна из этих форм взята за основу модели.
При моделировании трехмерной мастер-модели за основу были приняты природные формы: шар, куб, цилиндр и т.д. На основе сделанных исследований была выбрана актуальная для большинства изделий пространственная форма — цилиндр. Цилиндр (от греч. kylindros - валик, каток), тело, ограниченное замкнутой цилиндрической поверхностью и двумя секущими ее" параллельными плоскостями - основаниями. Цилиндрическая поверхность, множество параллельных прямых, она образуется прямой линией, которая движется, оставаясь параллельной заданному направлению и скользя по заданной кривой. Если направляющей служит окружность, эллипс, гипербола или парабола, то цилиндрическая поверхность соответственно круглая, эллиптическая, гиперболическая или параболическая.
С поверхностью в дизайне тесно связан орнамент, задающий индивидуальность художественному изделию.
Орнамент (от лат. ornamentum - украшение), узор, состоящий из ритмически упорядоченных элементов; он предназначается для украшения различных предметов (ювелирные украшения, утварь, орудия и оружие, текстильные изделия, мебель, книги и т.д.), архитектурных сооружений (как извне, так и в интерьере), произведений пластических искусств (главным образом прикладных), связанный с поверхностью, которую он украшает и зрительно организует, нередко выявляя при этом конструктивную логику предмета [65, 74]. Орнамент, как правило, выявляет или акцентирует архитектонику предмета, на который он нанесён. Орнамент либо оперирует отвлечёнными формами, либо стилизует реальные мотивы, зачастую схематизируя их до неузнаваемости. К числу определяющих формальных особенностей орнамента относится декоративная стилизация, плоскостность, органическая связь с несущей орнамент поверхностью. По характеру композиции, обусловленной формой декорируемого предмета, орнамент может быть ленточным, центрическим, окаймляющим, геральдическим, заполняющим поверхность или же сочетающим некоторые из этих типов в более сложных комбинациях. По мотивам, используемым в орнаменте, его делят на: геометрический, состоящий из абстрактных форм (точки, прямые, ломаные, зигзагообразные), сетчато-пересекающиеся линии; (круги, ромбы, многогранники, звёзды, кресты, спирали) более сложные специфически орнаментальные мотивы [78-80].
Гармония (греч. harmonia - связь, стройность, соразмерность), соразмерность частей и целого, слияние различных компонентов объекта в единое органическое целое. Гармония - сочетание поверхностей, производящее приятное впечатление на глаз, подобно гармоническим звукам, производящим приятное впечатление на слух. Гармония в орнаментах достигается сочетанием простых форм.
Образ будущего изделия начинает зарождаться еще на подготовительной стадии. В процессе проектирования изделия нужно перепробовать множество вариантов, чтобы передать самую суть трехмерной модели будущего изделия. Компонуя элементы рельефа, добиваясь рационального, удобного, красивого, мы проверяем, в какие внешние формы выльется наше решение, какой общий облик получит готовое изделие. Моделируя внешний объем, так же следует учитывать компоновку выступов задающих рельеф, которые напрямую взаимосвязаны с внешней формой изделия. Многие предметы с самого начала проектируются в натуральную величину [63, 64].
Задачей трехмерного моделирования является создание виртуальной трехмерной модели по эскизам с заданными характеристиками форм и поверхностей её" объектов, с учетом индивидуальных особенностей проектируемого изделия, эргономических и эстетических требований. Трехмерное моделирование может применяться как для образной визуализации изделия с целью получения представления о возможных вариантах решения формы и материалов, так и для точного представления объекта с заданными параметрами его элементов рельефа.
Таким образом, на выбранную цилиндрическую форму для создания различных вариантов рельефа планировалось нанести выступы. Окончательно размер выступов был выбран на основе принципа размер изделия - рельеф, а также сложности его воспроизводства. Одним из самых трудновоспроизводимых форм, являются кубические т.к. они имеют множество прямых углов (отсутствие конструктивных уклонов).
Для реализации разработанной мастер модели был выбран программный пакет трехмерного моделирования 3D Studio Мах 4.0, в котором реализовано большое количество мощных средств для создания, редактирования и визуального представления проектируемого в нем объекта [70, 73]. Учитывая вышеизложенные факторы, с помощью программы 3D Studio Мах 4.0, определены оптимальные размеры выступов создающих рельеф или орнамент. Разработанные модели имели следующие размерные данные (таблица 2.1.):
Модель с рельефом №1- цилиндр, максимальный диаметр (по выступам) $і=25мм, минимальный диаметр (по углублениям) 2=20мм и высотой 1і=50мм, имел сильно-выраженный рельеф, выступающие элементы на поверхности цилиндра были следующих размеров: 5x5x2,5мм.
Модель с рельефом №2- цилиндр, максимальный диаметр (по выступам) фі=25мм., минимшіьньїй диаметр (по углублениям) фг=23мм и высотой Ь=50мм, имел средне-выраженный рельеф, выступающие элеменгы двух модальностей на поверхности цилиндра были следующих размеров: 1,8x2x1 мм и 2,1x2x1 мм.
Изготовление и механическая подготовка мастер-модели
Мастер-модели изготавливали из отожженной стали ст45 механическим способом на токарном и фрезерном станках, далее финишные операции проводили на шлифовальном и полировальном станках
Форму изготавливали следующим образом: на плоскую пластину крепили мастер-модель и устанавливали опалубку, наносили разделительный слой. Приготавливали материал формы, используя силиконовый компаунд. Для этого пасту тщательно перемешивали с отвердителем в соотношении: на 100% пасты 5% катализатора, проводили дегазацию на вибровакуумном столе в течение 240+3 0с. Выбирали линию разреза, чтобы можно было извлечь восковую модель без разрушения или коробления. На подмодельной плите фиксировали мастер-модель с прикрепленным питателем. Далее опалубку с мастер-моделью заполняли приготовленной пастой.
Не снимая эластичной пресс-формы с мастер-модели, после вулканизации, изготавливали гипсовый жакет, для чего эластичную пресс-форму с мастер-моделью утапливали до середины в пластилин и заливали высокопрочным гипсом Г-16 (ГОСТ 12.87.003 - 78), толщиной 10-15мм. Наружную сторону гипсового жакета выравнивали. После застывания гипса форму с жакетом снимали с подмодельной плиты, переворачивали на 180, удаляли пластилин и наплывы на гипсовом жакете и на освободившейся поверхности жакета прорезали «замки» которые покрывали разделительным составом. Далее заливали гипсом вторую часть жакета. После застывания гипса, форму разбирали, извлекали из нее эластичную пресс-форму и разрезали ее, после чего извлекали из пресс-формы мастер-модель. Форму смазывали и собирали.
Для получения выплавляемых моделей высокого качества использовали модельный состав - сополимер этилена с винилацетатом (глава 2.2., таблица 23.). Изготовление восковых моделей формировалось из следующих операций: - Подготовки пресс-формы, очистки ее и смазки; - Заполнении расплавленным до температуры 78+3С модельным составом; - Охлаждении моделей; - Разборка пресс-форм и извлечение моделей. Выдержка моделей. После изготовления восковых моделей их собирали в блок при помощи электрошпателя нагретого до температуры 100С. Модельный блок (рис. 3.1.) состоял из восковых моделей будущей отливки, соединенных литниковой системой. Литейные формы изготавливались из высокопрочной мелкодисперсной формовочной смеси «К-90» (глава 2.2., таблица 2.5.).
Модельный блок закрепляли на формовочной плите литниковой воронкой вниз. Перед заполнением оснастки с моделью формовочной массой модель смазывали разделительной смесью (машинным маслом). Затем устанавливали металлическую опоку в виде трубы таким образом, чтобы детали блока были на расстоянии 15-20мм от стенок опоки. Приюювление формовочной массы: сухую гипсовую массу добавляли в воду в соотношении 400мл жидкости на 1кг сухой смеси. Смешивание гипса с водой проводили в течение 4 минут. Модель первоначально окрашивали гипсовой массой с помощью мягкой кисти, тщательно заполняя все неровности и углубления в форме, для того чтобы точно передать малейшие штрихи модели, и исключить пузыри воздуха, а затем выливали основную формовочную массу, постукивая по опоке, чтобы лучше вышли остатки воздуха. После затвердевания смеси опоку переворачивали и ножом удаляли подтекшую затвердевшую формовочную смесь. Далее производили сушку формы, для удаления основной части влаги.
После формовки блока и затвердевания смеси, форму просушивали. По истечении суток потеря в массе гипсовой формы, за счет испарения влаги, достигает 3%. Полная сушка зашшает 72 часа, при этом остаточной влаги, которую нужно испарить до постоянной массы гипсовой формы, остается лишь 10—15%. В гипсовой форме происходила следующая реакция, присоединение кристаллизационной воды к гипсу с образованием двугидрата CaS04-2H20, которая протекала с выделением незначительного количества тепла, что способствовало удалению влаги из гипсовых форм. При этом выделялись пары воды, происходила естественная сушка гипсовых моделей.
Удаление модельного состава и окончательную сушку гипсовой формы во избежание разрушения литейной формы при заливке, осуществляли в сушильном шкафу СШОЛ-1, с использованием горячего воздуха по следующему режиму (рис. 3.2.). При выплавлении безвозвратные потери модельных материалов составляли до 15-20%.
При сушке и вытопке модельного состава из литейной формы полностью его удалить не удается. Трудность вызвана сложной конфигурацией формы. Форму прокаливали для удаления го нее остатков влаги, для того чтобы во время заливки расплавленного металла не произошло выделение газа внутри формы, и это не привело к браку поверхности отливаемого изделия, либо разрушению литейной формы. Также во время прокаливания происходит выгорание остатков модельного состава, впитавшегося в формовочную смесь. Для прокаливания применяли электрическую печь СНОЛ-3. Заформованную опоку устанавливали на жаропрочные поддоны и с помощью толкателей загружали в печь. Прокаливание проводили по следующему режиму (рис. 3.3.).
Для приготовления расплава использовали латунный прут диаметром 10 мм с заводской маркировкой Л63. Прут распиливали ножовкой по металлу на куски длиной 30 мм. Далее эти куски закладывали в графитовый тигель и загружшш в печь. Плавка производилась в программируемой плавильной печи ФОРТ - ЭФ - 520 АС с перегревом сплава в 50С сверх температуры плавления, для достижения жидкоподвижности сплава. Разогрев металла до температуры заливки составлял 170+5 мин. Температура сплава при заливке соответствовала (980+10С). Время заливки металла в формы - 6+1 сек. Силумин АЛ9. Для приготовления расплава использовали алюминиевый прут диаметром 10 мм с заводской маркировкой АЛ9. Прут распиливали ножовкой по металлу на куски длиной 30 мм. Далее эти куски закладывали в графитовый тигель и загружали в печь. Плавка производилась в программируемой плавильной печи ФОРТ - ЭФ - 520 АС с перегревом сплава в 50С сверх температуры плавления), для достижения жидкоподвижности сплава. Разогрев металла до температуры заливки составлял 100+5 мин. Температура сплава при заливке соответствовала (700+10С). Время заливки металла в формы - 6+1 сек
Исследование возможности наследования сильно- и средневыраженного рельефа при литье по выплавляемым моделям
Для изучения наследование рельефов поверхности обоих сплавов, начиная с мастер-модели и заканчивая готовым изделием, использовали сравнительный анализ рельефа. Параметры рельефа (А, В и Н) определяли при помощи инструментального микроскопа:
- на мастер-модели - на охлажденной восковой модели - на гипсовой форме - на готовом изделии Определение параметров рельефа на эластичной пресс-форме не представлялось возможным из-за ее деформации во время измерения. Также следует отметить, что восковые модели перед измерением охлаждали в морозильной камере до температуры: -8+2С. Это делали для того, чтобы исключить возможную деформацию поверхности модели или элементов рельефа во время проводимых замеров.
Количество выступов на рельефе 1 составляло 40 единиц, а на рельефе 2 составляло 260 единиц. С целью определения возможных отклонений параметров рельефа были произведены замеры 40 выступов на рельефе 1, и 100 выступов на рельефе 2. Для подтверждения закономерностей на рельефе 1 данные замеров приводили к общему количеству, т.е. к 100%, по формуле: хто/ Nx 100% Ni%= —
Основная интересующая нас характеристика - отклонение параметров в готовом изделии от мастер-модели (N) фиксировалась в абсолютных единицах и в процентах.
Разброс размеров параметра А на мастер-модели, составил 0,3мм от 4,8мм (3%) до 5,1мм (37%), максимальное количество (42%) выпало на значение 5,0мм. Разброс размеров параметра А на восковой модели также составил 0,3мм, но произошел сдвиг размеров параметра в сторону уменьшения на 0,1мм и попали в интервал от 4,7мм (5%) до 5,0 (10%), максимум выпал на значение 4,9мм и составил (60%). Уменьшение размеров очевидно связано с линейной усадкой модельного состава (воска), которая составляет 2%. На гипсовой форме разброс размеров параметра составил 0,3мм в интервале от 4,8мм (15%) до 5,1мм (15%), максимум составил 40% на значении 5,0мм. Следовательно, произошло как бы восстановление размеров, связанное с расширением гипса при затвердевании [45, 49, 52]. График распределения размеров параметра А на гипсовой форме, практически повторял график распределения размеров мастер-модели. Максимум в обоих случаях выпал на значение 5,0мм - разница распределения максимума составила всего 2%.
Разброс размеров параметра В на мастер-модели, составил 0,2мм в интервале от 4,8мм (45%) до 5,0мм (30%), максимальное количество (45%) выпало на значение 4,8мм. Разброс размеров параметра В на восковой модели увеличился на 0,1мм и составил 0,3мм. Сдвиг размеров параметра попал в интервал от 4,7мм (5%) до 5,0 (18%), максимум сдвинулся в сторону увеличения размеров на 0.1мм и составил 55% на значении 4,9мм. На гипсовой форме разброс размеров параметра еще увеличился на 0,1мм и составил 0,4мм в интервале от 4,7мм (10%) до 5,1мм (25%), максимум составил 25% на значениях 4,9мм и 5,1мм. График распределения размеров параметра А, на гипсовой форме, в достаточной степени сдвинулся в сторону увеличения размеров параметра относительно мастер-модели.
График распределения размеров параметра В на отливке из латуни Л63 имел разброс размеров аналогичный мастер-модели и составлял 0,2мм в интервале от 4,8мм (20%) до 5,0мм (35%). Произошел сдвиг максимума в сторону увеличения размеров параметра относительно мастер-модели, который составил 45% на значении 4,9мм. При этом, максимум размеров параметра Л, на латуни JT63 был идентичен максимуму восковой модели. На отливке из силумина АЛ9 распределение размеров параметра А было подобно распределению на восковой модели. Разброс размеров составил 0,3мм, в интервале от 4,7мм (10%) до 5,0мм (23%), максимум составил 55% на значении 4,9мм.
Разброс размеров параметра Н на мастер-модели, составлял 0,2мм в интервале от 2,4мм (20%) до 2,6мм (15%), максимум составил 65% на значении 2,5мм. На восковой модели разброс размеров параметра также составил 0,2мм, но произошел сдвиг размеров параметра в сторону уменьшения на 0,1мм и значения попали в интервал от 2,3мм (10%) до 2,5 (65%), но значение максимума осталось неизменным по сравнению с мастер-моделью и составило 65% на значении 2,5мм. На гипсовой форме разброс размеров параметра увеличился на 0,1мм и составил 0,3мм в интервале от 2,3мм (3%) до 2,6мм (10%), максимум составил 45% на значении 2,5мм.
На отливке из латуни Л63 разброс размеров параметра уменьшился на 0,1мм и составил 0,2мм в интервале от 2,3мм (10%) до 2,5мм (70%). Максимум в данном случае также остался неизменным относительно мастер-модели и составил 70% на значении 2,5мм. На отливке из силумина АЛ9 распределение размеров параметра Н в количественном соотношении произошло в сторону уменьшения, но характер распределения остался практически неизменным. Разброс размеров составил 0,3мм, в интервале от 2,3мм (13%) до 2,5мм (53%), максимум составил 53% на значении 2,5мм.
На втором этапе при переходе от восковой модели к гипсовой форме (негатив) размер полученных выступов приближался к размеру выступов мастер-модели. Возрастание размеров связано с процессом расширения гипса во время его затвердевания [45, 49, 52], что соответствует самовосстановлению формы.
При заливке исследуемых сплавов размер параметров А, В и Н снижался по сравнению с мастер-моделью на -1,4-2,4%, это связано с усадкой исследуемых сплавов в процессе кристаллизации. При этом суммарная усадка латуни не превышала 1,8%, а усадка силумина составила 2,0-2,4%.
Следует отметить, что рельеф 2 имеет два модальных параметра А на одном и том же цилиндре. Модальные значения составляют 1,8мм и 2,1мм, в количественном значении каждая группа выступов представляет: =60% с модальными значениями 1,8мм, и =40% с модальными значениями 2,1мм.
