изготовление песчано глинистых форм
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЫРЫХ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОРМ
Одним из распространенных способов изготовления художественных отливок является ручная формовка сырых песчано-глинистых форм. Рассмотрение этого способа позволяет ознакомиться с основными принципами изготовления литейных форм.
Формовщик при изготовлении художественных отливок пользуется довольно большим арсеналом инструментов, который включает лопату (рис. 5.7, а) для заполнения опоки формовочной смесью, сито (рис. 5.7, б) для просеивания смеси с целью отделить комки, ручные трамбовки (рис. 5.7, в) для уплотнения смеси в опоке, гладилки (рис. 5.7, г) для заглаживания и отделки поверхности формы, полозки (рис. 5.7, д), ланцеты (рис. 5.7, е) и крючки (рис. 5.7, ж) для отделки полости формы, стальные иглы-душники (рис. 5.7, з) для накола газоотводящих каналов.
На рис. 5.8 представлены стадии наиболее простого варианта ручной формовки — по неразъемной модели без стержней.
Стадия 1. Модель устанавливают на подмодельную плиту.
Стадия 2. Устанавливают опоку, так, чтобы расстояние между моделью и стенками опоки было одинаковым, предусматривая при этом место для расположения литников. Модель припыливают древесным порошком или другими припылами (серебристый или черный графит,
маршалит и т. п.), чтобы обеспечить легкое извлечение модели после формовки.
Стадия 3. Наносят слой облицовочной смеси. Для получения чистой поверхности формы желательно эту смесь просеять через сито. Толщина облицовочного слоя составляет примерно 20—30 мм.
Стадия 4. На облицовочную смесь наносят наполнительную смесь.
Стадия 5. Смесь уплотняют острым концом трамбовки так, чтобы \ плотность у стенок формы была равномерной.
Стадия 6. Опоку наполняют смесью до тех пор, пока вся она не будет заполнена уплотненной формовочной смесью. Очень плотная набивка уменьшает газопроницаемость формы и, кроме того, уменьшает ее податливость, что может привести к образованию трещин от усад-|
ки металла. Слабая набивка формы может вызвать ее разрушение при заливке металла.
Стадия 7. Излишек смеси после уплотнения срезают линейкой вровень с краями опоки.
Стадия 8. Формовочную смесь накалывают душниками, чтобы сформировать вентиляционные каналы.
Стадия 9. Заформованную нижнюю опоку переворачивают вместе с подмодельной доской на 180° и ставят на отдельный стол.
Стадия 10. Поверхность формы после снятия подмодельной доски посыпают тонким слоем разделительного песка, что необходимо для последующего легкого разделения полуформ.
Стадия 11. Разделительный песок сдувают с модели.
Стадия 12. Устанавливают верхнюю опоку, модель припыливают.
Стадия 13. Устанавливают модель литниковой системы и наносят слой облицовочной смеси.
Стадии 14—18 аналогичны стадиям 4—8.
Стадия 19. Снимают верхнюю полуформу, поворачивают на 180° и устанавливают на отдельный стол для отделки.
Стадия 20. Прорезают литники.
Стадия 21. Отделывают верхнюю полуформу.
Стадия 22. Края формы вокруг модели слегка смачивают, модель аккуратно расталкивают и извлекают из нижней полуформы с помощью крюка с заостренным или винтовым концом.
Нижнюю полуформу отделывают, очищают от сора с помощью гладилок, ланцетов, крючков.
Полуформы собирают и крепят. Собранную литейную форму ставят под заливку металлом.
В практике изготовления художественных отливок часто края формуемой модели не совпадают с плоскостью подмодельной плиты. В этих случаях прибегают к формовке с подрезкой (рис. 5.9). Если модель имеет полости, препятствующие удалению ее из формы, подрезку делают таким образом, чтобы эти полости были бы выполнены болванами (выступающими частями формы) в другой опоке. Для исключения операции подрезки подмодельную плиту изготавливают так, чтобы поверхность разъема соответствовала бы поверхности модели. Это упрощает формирование болвана.
КУСКОВАЯ ФОРМОВКА
Модели художественных отливок часто имеют чрезвычайно сложную поверхность с разного рода впадинами и выступами, препятствующими извлечению модели из формы. Для изготовления форм по таким моделям применяется кусковая формовка.
Впадины на модели заполняют формовочной смесью повышенной прочности, получая так называемые куски. Наружную поверхность кусков подрезают в виде болванов с пологими стенками так, чтобы с них было удобно снять набитую на модели опоку. Кроме того, на поверхности кусков вырезают знаки, чтобы куски можно было закрепить в форме. Форму набивают по модели с закрепленными на ней кусками. После того как форму снимают с модели, на форму устанавливают куски. В форме получается отпечаток поверхности модели вместе с кусками.
Рассмотрим, например, процесс изготовления формы для корпуса пепельницы «Дровни» (рис. 5.10, д). Он состоит из следующих операций.
1. Модель корпуса без отъемной головки укладывают на подмодельную плиту (рис. 5.10, а). Около задней стенки модели плотно набивают кусок. Поверхность куска заглаживают и посыпают разделительным песком.
2. Модель с набитым куском заформовывают обычным способом в верхней опоке с боковым литником (рис. 5.10, 6). Опоку переворачивают вместе с подмодельной плитой и подрезают поверхность формы по контуру краев модели.
3. На модель корпуса устанавливают головку. Поверхность разъема посыпают разделительным песком. На набитый кусок накладывают плотную бумагу и набивают болван облицовочной смесью. Затем устанавливают нижнюю опоку и набивают ее так же, как и верхнюю.
4. Обе опоки переворачивают. Удалив модель литника, снимают верхнюю опоку. Модель с прилегающим к ней куском остается в нижней опоке. В верхней опоке прорезают литники.
5. Прилегающий к задней стенке модели кусок отодвигают от модели на такое расстояние, чтобы можно было снять модель с болвана (рис. 5.10, в). Удалив модель с болвана, вынимают отъемную модель головки.
6. Отъемный кусок размещают на старом месте, заглаживают шов, скрепляют опоки и устанавливают их под заливку (рис. 5.10, г).
ФОРМОВКА ПО ШАБЛОНУ
связующих материалов. Функцию связующего выполняет атмосферное давление. Форму изготавливают из сухого формовочного песка с применением синтетической пленки и создают разрежения в объеме песка.
Литье в песчано-глинистые формы
Страницы работы
Содержание работы
3.1.1 Литье в песчано-глинистые формы
Технологический процесс получения отливок включает изготовление модели отливок, по которым изготавливается литейная форма; моделей литникововой системы, стержневых ящиков для изготовления стержней, с помощью которых получают полости в отливке, приготовление формовочных и стержневых смесей, сборку форм, плавку металла, заливку форм жидким сплавом, выбивку отливок из форм и их очистка, контроль качества отливок.
Литейная форма проектируется по чертежу детали. При этом устанавливается способ формовки, положение формы при заливке, определяются поверхности разъема формы, способы удаления модели и ее частей, а также последовательность установки и крепление стержней.
Литейная модель имеет такую же форму, как и отливаемая деталь, изготавливается из дерева, пластмассы и металла. Размеры модели принимают несколько большими из-за усадки. Модели изготавливаются обычно разъемными из двух или нескольких частей. Размеры модели отличаются от размеров обработанной отливки на величину припусков на механическую обработку и усадку. Для извлечения модели из формы предусматривают литейные уклоны (для деревянных моделей 1-3 градуса, для металлических 0,5-1).
Приспособления, применяемые для изготовления отливок, называют литейной оснасткой. Основным элементом является литейная форма. Литейная форма – система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Форма обычно состоит из нижней и верхней полуформ, которые изготавливают по литейным моделям в литейных опоках.
 |
Литейная опока – приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении формы. Рис. 7. Представляет собой деревянный пластмассовый или металлический ящик без дна, имеющий на наружной стороне выступы с отверстиями, которые с помощью металлических штырей взаимно ориентируют верхнюю и нижнюю полуформы.
Для образования полостей и отверстий в форму устанавливают литейные стержни, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков), входящих в соответствующие впадины формы. Литейные стержни формируют с помощью стержневых ящиков из специальных стержневых смесей.
Чтобы противостоять тепловому и механическому воздействию расплавленного металла стержневые формовочные смеси должны обладать достаточной прочностью, пластичностью, газопроницаемостью, огнеупорностью. Основой формовочных и стержневых смесей является песок и глина.
К дополнительным материалам относятся связующие материалы и специальные добавки. Формовочные песок состоит из кремнезема, глины и небольшого количества примесей. Для связывания зерен песка в формовочных и стержневых смесях применяют связующие материалы: органические (льняное масло, олифу, канифоль), неорганические (цемент, формовочная глина, жидкое стекло). Противопригарность смеси повышают добавкой каменноугольной пыли или мазута.
Изготовление разовых песчано-глинистых форм (формовка) производится вручную или машинным методом. Ручная формовка применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Машинная формовка применяется при крупносерийном и массовом производстве.
Рассмотрим последовательность операций при изготовлении песчано-глинистой разовой формы. Рис. 8.
На подмодельную плиту устанавливают нижнюю часть модели, модели питателей и опоку, в которую засыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Опоку поворачивают на 180 градусов, устанавливают верхнюю половину модели, модели шлакоуловителя, стояка и выпоров. По центрирующим штырям устанавливают верхнюю часть опоки, в которую засыпают и уплотняют формовочную смесь. Извлекают модель стояка и выпоров, раскрывают форму. Из полуформ извлекают составные части модели отливки, модели питателей и шлакоуловителей; в нижнюю полуформу устанавливают стержень и накрывают нижнюю полуформу верхней. К месту заливки жидкий металл доставляют ковшами. После заливки расплавленного метала его кристаллизации, и охлаждения литейную форму разрушают и извлекают отливки. Из выбитых отливок удаляются стержни затем удаляются литники, прибыли, заусенцы очищаются поверхности от пригоревшей формовочной смеси. Таким образом, для деталей подвижного состава получают например, корпус автосцепки.
Одним из условий получения качественной отливки является удачно выбранная, рассчитанная и правильно изготовленная литниковая система. Рис. 9.
Литниковая система состоит из следующих частей: литниковая чаша, стояк, шлакоуловитель, питатели. Устройство питателя не должно препятствовать усадке отливки, предотвращать попадание со струей металла внутрь формы шлака, кусочков размытой металлом формы и д.р. неметаллических включений.
По расположению питателей формы бывают: с верхним подводом металла, в том числе дождевым, боковым, нижним (сифонным), комбинированным.
В качественной отливке должны отсутствовать дефекты:
Недоливы – полость литейной формы заполнена не полностью из-за неудачной конструкции отливки или литниковой системы, нехваткой металла в ковше, низкой температуры заливки, низкой жидкотекучасти металла.
Пригар – присоединение к отливке формовочных материалов, из-за недостаточной их огнеупорности или поверхностной прочности формы.
Газовые раковины – образуются из-за неправильной конструкции формы, большого содержания газов в металле и его загрязнения окисями, пониженной газопроницаемости формы и стержней, перерывов струи во время заливки.
Раковины усадочные, рыхлость и пористость – из-за неправильной конструкции отливки и недостаточного ее питания в процессе затвердевания, повышенной усадки металла и очень высокой его температуры при заливки.
Шлаковые включения – из-за неправильной конструкции литниковой системы, низкой температуры металла при заливке, недостаточной его жидкотекучести и плохого раскисления.
Трещины горячие и холодные – из-за недостаточной податливости форм, значительной усадки отливки и преждевременной выбивки её из формы.
Литье в песчано-глинистые формы
2.1. Сущность литейного производства
Производство литых изделий известно с глубокой древности. В Китае, Индии, Вавилоне, Египте, Греции, Риме отливали предметы вооружения, религиозного культа, искусства, домашнего обихода. В XIII–XV веках Византия, Венеция, Генуя, Флоренция славились литыми изделиями.
Рис. 1.9. Царь-пушка Рис. 1.10. Царь-колокол Рис. 1.11. Скульптуры Аничкова моста
Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки или детали. При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию литейного производства (заготовку или деталь) называют отливкой.
Методом литья изготавливают блоки двигателей, головки цилиндров, поршни и поршневые кольца, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков и прокатных станов, турбинные лопатки, гусеничные траки, ковши экскаваторов и другие детали, которые затруднительно или невозможно получить другими методами обработки металлов (в частности, давлением и резанием).
Технология литья позволяет:
1) получать изделия сложной формы и различных размеров (блоки цилиндров ДВС, станины металлорежущих станков, фасонное художественное литье);
2) изготавливать изделия с минимальными припусками на обработку (детали фотоаппаратов, поршни ДВС). При этом коэффициент использования металла (КИМ) составляет не менее 70 %, а при литье под давлением — 95 %;
3) изготавливать изделия из сплавов с низкой пластичностью и низкой обрабатываемостью резанием (ковши экскаваторов, траки и т. д.).
Для изготовления отливок применяют литье в песчаноглинистые формы и специальные способы (литье по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др.).
При выборе способа литья учитывают объем производства, требования к геометрической форме изделия и чистоте поверхности, химический состав заливаемого металла, форму отливки, экономические соображения и другие факторы.
Независимо от способа литья во всех случаях для получения отливки нужна литейная форма. Литейная форма представляет собой конструкцию, состоящую из элементов, образующих рабочую
полость, заполнение которой расплавом обеспечивает получение отливки заданных размеров и конфигурации.
При изготовлении отливок литейная форма является основным инструментом. Форма обеспечивает, во-первых, необходимую конфигурацию и размеры отливки, во-вторых, заданную точность и качество ее поверхности, в-третьих, определенную скорость охлаждения залитого металла, способствующую формированию требуемой структуры и соответствующих свойств отливки.
Литейные формы подразделяют по количеству заливок на разовые и многократные, по материалу — па песчаные, песчаноцементные, гипсовые, металлические, из высокоогнеупорных материалов и др.
Основными операциями технологического процесса изготовления отливок являются: изготовление литейной формы, плавка металла и заливка в форму, извлечение отливок из формы.
2.2. Литейная оснастка для изготовления песчано-глинистой формы
Первые литейные формы делали из камня и глины, и только в конце XVIII в. их начали изготавливать из специально приготовленной увлажненной смеси песка и глины, так называемые песчано-глинистые формы (ПГФ). В настоящее время около 80 % отли вок изготавливают в ПГФ.
Основным видом ПГФ является закрытая литейная форма, в которой отливка со всех сторон ограничена полостью формы. Такая форма пригодна для изготовления только одной отливки. При выемке (выбивке) готовой детали форму разрушают, извлекают деталь, отрезают элементы литниковой системы, очищают поверхность от остатков формовочного материала и направляют на механическую обработку.
Для изготовления ПГФ используется литейная оснастка. Литейная оснастка — комплекс приспособлений, используемых для изготовления форм. Совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для изготовления полости в ПГФ, называется модельным комплектом. В модельный комплект входят: модели отливки и элементов литниковой системы, модельные и сушильные плиты, стержневые ящики, формующие, контрольные и сборочные шаблоны для конкретной отливки. Существует также понятие «формовочный комплект», под которым подразумевается полный комплект оснастки, используемый для получения ПГФ. В него дополнительно входят (наряду с приспособлениями модельного комплекта) необходимые для изготовления форм опоки, дополнительные рамки, штыри, скобы и т. д. Литейная модель — приспособление (рис. 1.12), предназначенное для получения полостей в литейной форме, соответствующих наружной конфигурации отливки.
Рис. 1.12. Литейная модель:
Модель имеет ряд отличий от отливки.
1. Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки с учетом линейной усадки сплава (для углеродистых сталей составляет 2,0. 2,5 %, для чугуна — 0,8. 1,2 %, для медных сплавов — 1,0. 1,5 % и для алюминиевых — 0,9. 1,2 %) и припусков на последующую механическую обработку. Припуск зависит от размера отливки и вида сплава. Так, для мелкого чугунного литья припуск составляет 0,7. 5 мм на сторону.
2. Модель изготавливают со стержневыми знаками 1. Знаки на модели образуют в форме дополнительные полости, в которые помещают знаковые части стержня.
3. Вертикальные стенки модели делают с уклонами 0,5. 3,0°
для того, чтобы при извлечении модели форма не разрушалась.
4. Сопряжения стенок в модели должны быть плавными и без острых углов. Скругление внутренних углов называется галтелью, наружных — закруглением (R = 1/5. 1/3 от средней арифметической толщины стенок).
Модели изготавливают из дерева, металла или пластмассы. Выбор материала модели и степень точности ее изготовления зависит от серийности производства. Отливки в единичном производстве, как правило, изготавливают по деревянным моделям, а в серийном и массовом — по металлическим.
Стержневой ящик (рис. 1.13) — приспособление, имеющее рабочую полость для получения стержней нужных размеров и очертаний.
Рис. 1.13. Стержневой ящик
Стержень — приспособление (рис. 1.14), служащее для формирования отверстий и полостей внутри отливок. Стержневые ящики тоже имеют литейные уклоны. При выборе их размеров учитывают величину усадки сплава и, если требуется, припуски на механическую обработку, а конфигурация предусматривает формирование стержневых знаков. Стержневые ящики делают из тех же материалов, что и модели. По конструкции стержневые ящики могут быть неразъемными (вытряхиваемыми) и разъемными, которые подразделяются на ящики с вертикальными и горизонтальными разъемами.
Изготовление форм по модели производится с помощью специальных рамок, называемых опоками (рис. 1.15). Опоки (верхняя 1 и нижняя 5) являются своеобразным остовом формы, предохраняющим ее от разрушения при изготовлении, сборке, транспортировке и заливке. Центровка опок при изготовлении и сборке формы производится при помощи штырей 4, укрепленных в ушках 3. Каждая половина модели заформовывается в отдельной опоке. После извлечения моделей в нижнюю опоку устанавливаются стержни 2, а затем на нее — верхняя опока. В зависимости от размеров и массы опок они делятся на ручные и крановые. К ручным относят опоки, масса которых вместе с уплотненной формовочной смесью не превышает 50 кг.
Литейную форму заливают расплавленным металлом через литниковую систему. Литниковая система — совокупность каналов и резервуаров, по которым расплавленный металл поступает из разливочного ковша в полость литейной формы. В модельный комплект входят модели элементов литниковой системы. Основными элементами литниковой системы являются литниковая чаша, стояк, шлакоуловитель, питатели (рис. 1.16).
Рис. 1.16. Отливка с элементами литниковой системы: 1 — литниковая чаша; 2 — стояк; 3 — шлакоуловитель; 4 — питатель; 5 — выпоры
Чаша 1 уменьшает размывающее действие струи расплавленного металла и задерживает всплывающий шлак.
Стояк 2 — вертикальный, круглый сужающийся канал,куда направляется жидкий металл из литниковой чаши.
Шлакоуловитель 3 — горизонтальный канал трапециевид-ного сечения, который служит для задержания шлака и соединяет стояк с питателем.
Питатель 4 — горизонтальные каналы (может быть один или несколько) в нижней полуформе, соединяющие шлакоуловитель с полостью литейной формы.
Для выхода из формы воздуха и всплывающих неметаллических включений на верхних частях формы для средних и крупных отливок делают выпоры 5 (вертикальные каналы, расширяющиеся к верху).
Для получения отливок без усадочных раковин, которые могут образовываться из-за уменьшения объема металла при его затвердевании, у массивных частей отливки, где усадка проявляется наиболее активно, предусматривают специальные дополнительные полости, заполняемые жидким металлом в процессе заливки и называемые прибылями. Прибыли осуществляют постоянную дополнительную подпитку жидким металлом полость формы. В них металл кристаллизуется в последнюю очередь.
Литниковые системы в зависимости от формы и размеров отливки, состава и свойств литейного сплава имеют различное устройство (металл в полость литейной формы можно подводить сверху, сбоку или снизу). Таким образом, типы литниковых систем могут быть следующими: верхняя, нижняя (сифонная), ярусная (боковая).
Для лучшего задержания шлаковых включений в литниковые чаши дополнительно могут устанавливаться фильтры.
2.3. Формовочные и стержневые смеси
Исходными материалами для изготовления форм и стержней являются соответственно формовочные и стержневые смеси. Из формовочных смесей изготавливают формы, из стержневых — стержни. Смеси приготавливают из материалов, которые состоят из песка, глины и других добавок. Кроме исходных материалов для приготовления смесей широко используют оборотные (бывшие в употреблении) смеси.
Песок — основной исходный материал для всех формовочных и стержневых смесей. Наиболее часто применяют кварцевый песок, основой которого является SiO 2 (tпл = 1713 °С). Реже в формовочных смесях применяют цирконовый песок — Zr О2·SiО2, (tпл = 2 000 °C), хромит — хромистый железняк Fe 2О3·Cr2О3 (tпл = 1 850 °C) и другие материалы. Они превосходят кварцевый песок по термохимической устойчивости и теплопроводности, но более дороги и используются в особо ответственных случаях (например, для получения крупных стальных отливок).
Для получения отливок высокого качества формовочные и стержневые смеси, из которых делают разовые литейные формы и стержни, должны обладать определенным комплексом механических, технологических и физических свойств.
К механическим свойствам формовочных и стержневых смесей относятся прочность, поверхностная прочность, пластичность и податливость.
Прочность — способность формы или стержня обеспечивать их сохранность при изготовлении и использовании. Литейные формы (стержни) не должны разрушаться от толчков при сборке и транспортировке, выдерживать давление заливаемого металла. Стандартными характеристиками прочности являются: для сырых смесей — предел прочности при сжатии (σсж = 30. 70 кПа), для сухих (после сушки) — предел прочности при растяжении (σв = 80. 200 кПа).
Поверхностная прочность (осыпаемость) — сопротивление истирающему действию струи металла при его заливке. При недостаточной поверхностной прочности наблюдается осыпаемость, т. е. отделение частиц смеси и попадание их в отливку.
Пластичность — способность смеси воспроизводить и сохранять размеры и конфигурацию полости в литейной форме (стержневом ящике).
Податливость — способность смеси сокращаться (деформироваться) под воздействием усадки сплава. При недостаточной податливости возникают напряжения, которые могут привести к образованию трещин в отливке.
К технологическим свойствам формовочных и стержневых смесей относятся текучесть, термомеханическая устойчивость, негигроскопичность, выбиваемость и долговечность.
Текучесть — способность смеси обтекать модель при формовке, заполнять полость стержневого ящика. Перемещение частиц формовочных (стержневых) смесей должно происходить при возможно минимальных усилиях в процессе формовки и обеспечивать одинаковое уплотнение во всех частях формы (стержня) без образования рыхлых мест и пустот.
Термохимическая устойчивость или непригораемость — способность смеси выдерживать высокую температуру заливаемого сплава без оплавления или химического взаимодействия.
Негигроскопичность — способность смеси после сушки не поглощать влагу из воздуха в течение длительного времени.
Выбиваемость — способность легко удаляться из форм и полостей отливок при их выбивке после охлаждения.
Долговечность — способность смеси сохранять свои свойства при многократном использовании. Следует отметить, что для изготовления 1 т отливок расходуется 5. 6 т формовочной смеси и 1 т стержневой.
К физическим свойствам формовочных и стержневых смесей относятся газопроницаемость, а также их теплофизические свойства. Газопроницаемость — способность пропускать через стенки формы (стержня) газы, образующиеся при соприкосновении расплавленного металла с формой (стержнем), а также в процессе кристаллизации отливки. В расплавленном металле всегда содержатся растворенные газы, выделяющиеся при его охлаждении и затвердевании. При недостаточной газопроницаемости формы в отливке и на ее поверхности могут образовываться газовые пузырираковины. Газопроницаемость формовочных смесей характеризуется коэффициентом газопроницаемости К, определяемом при помощи специального прибора. Для песчано-глинистых смесей
Теплофизические свойства (теплопроводность, теплоемкость) существенно влияют на скорость кристаллизации металла и его последующее охлаждение и, тем самым, на структуру и свойства отливок.
Составы формовочных и стержневых смесей выбирают в зависимости от вида литейного сплава, массы и конфигурации отливок и других условий.
Простые песчано-глинистые смеси (без специальных добавок) обладают рядом недостатков. Связующее вещество (глина) оказывает на некоторые свойства смеси негативное влияние. Для повышения прочности и пластичности в смесях должно быть повышенное содержание глины, но это приводит к уменьшению газопроницаемости и непригораемости, а в сухих формах — к ухудшению податливости и выбиваемости. Поэтому для улучшения свойств песчано-глинистых смесей в их состав вводят добавки, смачиваемые водой (цемент, жидкое стекло сульфитно-спиртовая барда, патока, декстрин), а также добавки, не смачиваемые водой и не растворяющиеся в ней (масла, смолы, канифоль, лаки, пек).
Для повышения податливости и газопроницаемости сухих форм для чугунных отливок в смеси добавляют древесные опилки, при сгорании которых образуются дополнительные поры.
При заливке формы стержни находятся в более тяжелых условиях, испытывая значительное воздействие (термическое и механическое) расплавленного металла. Стержни со всех сторон окружены расплавленным металлом, и отвод из них газов затруднен (на них воздействуют сжимающие усилия усадки сплава). Поэтому по сравнению с формовочными к стержневым смесям предъявляют более высокие требования.
Стержни делят на 5 классов. Для стержней 1-го класса наполнителем является только свежий песок с минимальным содержанием глинистых веществ. В качестве связующих используют, например, раствор растительных масел и канифоли в уайт-спирите с добавками сульфитно-спиртовой барды. Для стержней менее ответственного назначения применяют смесь песка и глины (3. 5 %) с добавками сульфатно-спиртовой барды, древесного пека и т. п. Стержни 4 и 5 классов можно изготовить из смесей, содержащих кроме свежего песка 20. 60 % оборотной смеси, до 10 % глины и добавки древесного пека. Требуемая прочность обеспечивается сушкой стержней при температуре 100. 250 °C.
Кроме того, для упрочнения стержней в стержневой ящик при его изготовлении вкладывают металлический каркас, а для повышения газопроницаемости в стержне выполняют сквозные каналы, выходящие в знаковые части.
Песчано-глинистые смеси по назначению делят на облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь — более качественная с высокой прочностью и газопроницаемостью. Для ее приготовления берут большое количество свежих материалов: песка и глины. При изготовлении формы такую смесь наносят на модель, создавая в литейной форме поверхностный слой толщиной 40. 100 мм, подвергаемый наибольшему гидродинамическому и термическому воздействию расплава металла при заливке. Остальной объем формы изготавливают из наполнительной смеси — менее качественной и в основном состоящей из смеси бывшей в употреблении. Единые формовочные смеси применяют в массовом производстве при машинной формовке для заполнения всего объема формы.
2.4. Технология изготовления форм и получения отливок Ручная формовка. Основным способом получения форм в ли-
тейном производстве является машинная формовка. Доля ручной формовки в литейном производстве еще составляет 20 %, хотя и непрерывно сокращается.
Ручную формовку применяют для получения отливок (одной или нескольких) в опытном производстве, при изготовлении отливок в ремонтном производстве, а также при изготовлении крупных отливок. При этом используют различные приемы ручной формовки (в парных опоках по разъемной модели, формовка в кессонах и др.).
В настоящее время наибольшее распространение получила формовка в парных опоках по разъемной модели (рис. 1.17). Литейную форму (рис. 1.17, е), состоящую из двух полуформ, изготовляют по разъемной модели (рис. 1.17, а) в следующей последовательности: на модельную плиту 3 устанавливают нижнюю половину модели 1, модели питателей 4 и опоку 5 (рис. 1.17, б), в которую засыпают формовочную смесь и уплотняют. Опоку поворачивают на 180° ( рис. 1.17, в), устанавливают верхнюю половину модели 2, модели шлакоуловителя 9, стояка 8 и выпоров 7. По центрирующим штырям устанавливают верхнюю опоку 6, засыпают формовочную смесь и уплотняют ее. После извлечения модели стояка и выпоров форму раскрывают. Из полуформ извлекают модель отливки (рис. 1.17, г) и модели элементов литниковой системы. В нижнюю полуформу устанавливают стержень 10 (рис. 1.17, д) и накрывают нижнюю полуформу верхней.
На рисунке 1.17, е показана литейная форма в сборе для изготовления корпуса вентиля. После заливки расплавленного металла и его затвердевания литейную форму разрушают и извлекают отливку (рис. 1.17, ж).
Изготовление форм в кессонах производят для крупных отливок массой до 200 т с размерами, превышающими 2,5 м (10. 15 м и более). Для таких отливок изготовить формы в опоках невозможно. Эти формы изготавливают в кессонах формовкой вручную. На рисунке 1.18 показана форма станины, собранная в механизированном кессоне, который смонтирован на бетонном основании 7. Дно кессона выложено чугунными плитами 4. Две неподвижные стенки 1 и 8 также облицованы металлическими плитами. Противоположные чугунные стенки 3 и 6 передвигаются с помощью червячного редуктора 2, приводимого в действие электродвигателем, что позволяет изменять внутренние размеры кессона. Форму собирают из стержней-блоков 5, изготовленных из жидких самотвердеющих смесей. Литниковую систему изготовляют из керамических огнеупорных трубок. Верхнюю полуформу 10 устанавливают по центрирующим штырям 9 и прикрепляют к кессону болтами.
Рис. 1.18. Сборка формы станины в механизированном кессоне
Машинная формовка обладает рядом преимуществ. Она обеспечивает:
1) повышение качества отливок, поскольку формовочная смесь уплотняется более равномерно и характеризуется улучшенными физико-механическими свойствами, т. е. повышается качество отпечатка модели;
2) повышение производительности процесса (на 30. 50 %);
3) исключение трудоемких ручных операций;
4) экономию металла (за счет снижения припусков и допусков на последующую механическую обработку).
При машинной формовке формовочную смесь уплотняют прессованием, встряхиванием или с помощью пескомета.
Рис. 1.19. Уплотнение формовочной смеси прессованием
Уплотнение формовочной смеси прессованием (рис. 1.19) осуществляют при подаче сжатого воздуха под давлением 0,5. 0,8 МПа в нижнюю часть цилиндра 1. В результате этого прессовый поршень 2, стол 3 (с прикрепленной к нему модельной плитой 4) поднимаются. При этом колодка 7, закрепленная на траверсе 8, входит внутрь наполнительной рамки 6 и уплотняет формовочную смесь в опоке 5. Плотность формовочной смеси уменьшается по мере удаления от прессовой колодки из-за трения формовочной смеси о стенки опоки. Неравномерность плотности формовочной смеси тем больше, чем выше опока и модели. Прессование используют для уплотнения формовочной смеси в опоках высотой 200. 250 мм.
Для достижения равномерной плотности формовочной смеси в опоке используют многоплунжерные прессовые колодки (рис. 1.20). При прессовании стол 4 машины движется в сторону многоплунжерной прессовой колодки 1. Вследствие различной степени сопротивления формовочной смеси в форме плунжеры 3 под действием давления масла на поршень 2 прессуют находящиеся под ним участки формы независимо от соседних.
Рис. 1.20. Уплотнение формовочной смеси многоплунжерной прессовой головкой
Рис. 1.21. Уплотнение формовочной смеси встряхиванием
Уплотнение формовочной смеси пескометом (рис. 1.22) осуществляют рабочим органом пескомета (метательной головкой, выбрасывающей комки смеси на рабочую поверхность модельной плиты). В стальном кожухе 4 метательной головки вращается закрепленный на валу 6 электродвигателя ротор 5 с ковшом 2. Формовочная смесь подается в головку 1 непрерывно ленточным конвейером 3 через окно в задней стенке кожуха. При вращении ковша (1 000. 1 200 об/мин) формовочная смесь собирается в комки 7 и центробежной силой выбрасывается через выходное отверстие в опоку 8. Попадая на модель 9 и модельную плиту 10, смесь за счет кинетической энергии уплотняется равномерно по высоте опоки. Метательную головку равномерно перемещают над опокой.
Пескомет является высокопроизводительной машиной, поэтому его применяют для уплотнения крупных литейных форм. Управление работой пескомета автоматизировано.
Рис. 1.22. Уплотнение формовочной смеси пескометом
Технологический процесс изготовления отливок состоит из следующих операций.
1. Проектирование отливок.
2. Приготовление формовочных и стержневых смесей.