Суть технологии литья по газифицируемым моделям заключается в применении формовочных моделей, изготовленных из специфического материала.
В отличие от традиционных методов, после заполнения формы формовочной смесью, модель не извлекается. Вместо этого, в процессе заливки расплавленного металла, она испаряется и разлагается под воздействием высокой температуры. Процесс разложения происходит поэтапно: жидкий металл постепенно замещает испаряющуюся модель, формируя полость будущей отливки.
Основным материалом для создания таких моделей служит пенополистирол. Его получают путем вспенивания полистирола, который, в свою очередь, является продуктом полимеризации стирола. В качестве вспенивающего агента обычно выступает изопентан. В условиях крупносерийного и массового производства пенополистирольные модели изготавливают методом спекания предварительно вспененных гранул (ПСВ-Л) в специальных пресс-формах. Процесс спекания может осуществляться паром, кипящей водой, горячим воздухом или с помощью высокочастотных токов. Типичные температуры спекания находятся в диапазоне 80–140 °C.
Для единичного и мелкосерийного выпуска продукции модели вырезают из блоков или плит пенопласта марки ПСБ-Л, склеивая их и подвергая последующей механической обработке.
В качестве формовочной смеси могут использоваться стандартные составы на основе связующих, такие как самотвердеющие жидкие смеси (ЖСС), холоднотвердеющие смеси (ХТС), а также песчано-цементные и песчано-глинистые смеси. Особо выделяются ЖСС и ХТС, поскольку их применение исключает этап уплотнения, снижая риск деформации или разрушения модели. Кроме того, эти смеси повышают газопроницаемость, прочность и податливость форм. Перспективным направлением развития данного метода является использование сыпучих формовочных материалов без связующих, таких как сухой песок и ферромагнитные материалы.
Специфические дефекты, характерные для литья по газифицируемым моделям, обусловлены именно использованием неизвлекаемой испаряемой модели и особенностями процесса формирования отливки.
Одной из главных причин возникновения дефектов при литье по газифицируемым моделям является неполное или неравномерное испарение модели. Если модель не испаряется полностью, остаточные частицы могут остаться в отливке, образуя включения. Этот феномен особенно вероятен при использовании моделей сложной формы или при недостаточной температуре заливки металла. Неравномерное испарение может привести к образованию пустот, недоливов и искажению геометрии отливки.
Другим распространенным дефектом является "нагар" или "пригар" – слой, образующийся на поверхности отливки из-за термического разложения материала модели. В процессе испарения пенополистирола могут образовываться газообразные продукты, которые, вступая в реакцию с расплавленным металлом, приводят к химическому загрязнению поверхности. Этот слой может быть прочным и трудноудаляемым, что требует дополнительных операций механической обработки.
Деформации отливок также являются характерным дефектом. Они могут быть вызваны неравномерным охлаждением, остаточными напряжениями в металле или даже частичным сохранением формы испаряемой модели. Кроме того, при использовании формовочных смесей, требующих уплотнения, существует риск повреждения хрупкой модели в процессе ее заполнения.
Недопустимы также газовые раковины, которые могут образовываться из-за выделения газов, образующихся при разложении модели, или из-за недостаточной газопроницаемости формовочной смеси. Если эти газы не могут свободно выйти из формы, они растворяются в жидком металле и при кристаллизации образуют внутренние или поверхностные поры.
Для минимизации этих дефектов важен тщательный контроль всех этапов процесса: от качества изготовления модели и ее материала до температуры заливки металла и свойств формовочной смеси. Оптимальный выбор материалов и соблюдение технологических параметров позволяют получать высококачественные отливки со сложной конфигурацией.