Технологические особенности получения отливок в разовых формах. Исполнитель

Технологические особенности получения отливок в разовых формах.

План.

1.    Формы.

2.    Формовочные смеси.

3.    Полупостоянные формы.

4.    Опока.

 {spoiler=Подробнее}

         Сущность способа литья в песчаные формы заключается в получении отливок из рас­плавленного металла, затвердевшего в формах, изготовленных из формовочных смесей путем уплотнения с использованием мо­дельного комплекта. После затвердевания залитого металла и охлаждения отливки производят ее выбивку, очистку и обрубку.

         Литейная форма (рис. 7, а) представляет собой систему элемен­тов, образующих рабочую полость, в которую заливают распла­вленный металл. Литейная форма обычно состоит из верхней 2 и нижней / полуформ, которые изготовляют в литейных опо­ках 7 — приспособлениях для удержания формовочной смеси. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют при по­мощи металлических штырей 4, которые вставляют в отверстия приливов у опок. Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 3, которые фиксируют при помощи выступов, входящих в соответ­ствующие впадины в полости формы. Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании изготовляют литниковую систему 5 и 6.

Формовочные и стержневые смеси используют для изготовле­ния литейных форм. В качестве исходных формовочных матери­алов используют формовочный кварцевый песок различной зер­нистости, литейные формовочные глины и вспомогательные мате­риалы (мазут, графит, тальк, древесную муку и др.). Формовочные смеси представляют собой многокомпонентное сочетание мате­риалов, соответствующее условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Их подразделяют на смеси для стальных, чугунных и цветных сплавов. Для изготовления отли­вок используют облицовочные, наполнительные и единые смеси.

Облицовочной называют смесь, из которой изготовляют рабо­чий слой формы. Рабочим называют слой, соприкасающийся с расплавленным металлом, и его наносят на литейную модель слоем толщиной 15—30 мм. Такая смесь содержит 50—90% све­жих формовочных материалов, а остальные 50—10% — оборотная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве составляющей части формовочной смеси. Наполнительной назы­вают смесь, используемую для наполнения формы после нанесения на поверхность модели облицовочного слоя. В состав наполни­тельной смеси обычно входит 90—98% оборотной смеси и 10—2% свежих формовочных материалов. Единой называют смесь, исполь­зуемую одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смесей. В состав этой смеси входит 85—90% оборотной смеси и 15—10% свежих формовочных материалов. Единую смесь исполь­зуют при механизированном производстве отливок.

Стержневые смеси представляют собой многокомпонентное со­четание материалов, соответствующих условиям технологиче­ского процесса изготовления неметаллических литейных стер­жней.

Рис. 7. Эскизы ли­тейной формы и модельной оснастки:

а — литейной формы; 6 — модели; в — стержневого     ящика

Стержневые смеси для сложных стержней приготовляют из кварцевого песка с добавкой различных связующих материалов (олифы, сульфитно-спиртовой барды, синтетических смол и др.). Для простых крупных стержней используют кварцевый песок с добавкой глины. Чтобы стержень не пригорал к отливке, в смесь вводят уголь, графит, мазут, а для обеспечения податливости стержней — древесные опилки и торф.

Широко применяют жидкие самотвердеющие смеси, облада­ющие способностью течь после приготовления и самопроизвольно отвердевать и упрочняться по всему объему. Такие смеси в течение 8—12 мин после приготовления обладают подвижностью и через 30—50 мин после заполнения стержневого ящика затвердевают. Формовочные и стержневые смеси должны обладать достаточной прочностью, высокой газопроницаемостью, пластичностью, до­статочной огнеупорностью и податливостью, пониженной газо-растворимой способностью и другими свойствами.

При приготовлении формовочных и стержневых смесей сушат и просеивают кварцевые пески и формовочные глины, удаляют брызги металла и каркасы стержней из отработанной смеси, пере­мешивают составляющее в специальных смесителях с последующим вылеживанием в отстойниках для равномерного распределения влаги и последующего разрыхления.

  Для образования рабочей полости литейной формы используют модельный комплект — приспособления, включающие литейную модель, стержневые ящики (один или несколько), модельные плиты, модели литниковой системы. Литейная модель (рис. 7, б) — приспособление, при помощи которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки. Модели бывают неразъемные, разъемные и специальные. Стержни нужных размеров и форм получают в стержневых ящиках (рис. 7, в). Рабочая полость ящика заполняется стержневой смесью. Стержневые ящики бывают неразъемные и разъемные. Модельная плита позволяет оформить разъем литейной формы. На ней располагают различные части модели, включая модели литниковой системы, и набивают одну из парных опок.

     Каналы и элементы 6  (см. рис. 7, а), служащие для подвода расплавленного металла, называют литниковой системой, которая также питает отливки при затвердевании. Она состоит из литни­ковой чаши для приемки расплавленного металла и подачи его в форму, стояка в виде вертикального или наклонного канала для подачи металла из литниковой чаши непосредственно в рабочую полость формы или к другим элементам системы, шлакоуловителя для удержания шлака и других неметаллических примесей и пи­тателя, через который расплавленный металл подводится в полость литейной формы. Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затверде­вании служит выпор 5, который выполняют в верхней полу­форме.

Изготовление литейных форм — формовка — сводится к уплот­нению формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придания ей необходимой прочности. В форме пред­усматривают вентиляционные каналы для выхода газов, образу­ющихся при заливке расплавленного металла. После извлечения модели форму отделывают и производят сборку опок. В зависи­мости от заливаемого металла, размеров и массы отливки при­меняют сырые, сухие и химически твердеющие формы, которые изготовляют вручную, на формовочных машинах и на автомати­ческих линиях формовки.

Ручную формовку применяют в единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении крупных отливок. В большинстве случаев песчаные разовые формы изготовляют в парных опоках по разъемной модели. Последовательность выполнения основных технологических операций формовки в парных опоках пока­зана на рис. 8. Кроме того, в парных опоках производят формовку по неразъемной модели. Для крупных отливок массой в несколько десятков тонн формы изготовляют в специальных ямах (кессонах), дно которых находится ниже уровня пола цеха. Стенки и дно кес­сона,  как правило,   облицовывают бетоном или железобетоном.

Рис. 8. Последовательность опе­раций формовки в парных опоках: а — изготовление нижней полуфор­мы; б — изготовление верхней полуформы; в — извлечение моделей из нижней полуформы; г — извле­чение моделей из верхней полуфор­мы; д — сборка формы

         Машинная формовка — основной метод изготовления литей­ных форм в парных опоках — осуществляется по модельным пли­там. Машинная формовка позволяет механизировать уплотнение формовочной смеси в опоках и удаление модели из формы (самые трудоемкие операции), а также произвести вспомогательные опеводительность. Уплотнение формовочной смеси производят на встряхивающих и прессовых машинах, а также с помощью песко­мета.

При уплотнении форм на встряхивающих машинах (рис. 9, а) стол 2 вместе с модельной плитой 3, опокой 4 и формовочной смесью поднимается сжатым воздухом на высоту 60—80 мм, а затем автоматически происходит выпуск воздуха из полости цилиндра в атмосферу и стол падает, ударяясь о станину /. Под действием сил инерции лежащие выше слои давят на лежащие ниже и происходит уплотнение формовочной смеси. Встряхива­нием можно уплотнять формовочную смесь в опоках любой высоты.

При уплотнении прессованием (рис. 9, б) прессовая колодка / давит на поверхность смеси, находящейся в опоке 3 и наполни­тельной рамке 2. В процессе прессования стол 5 поднимается вместе с модельной плитой 4, опокой и наполнительной рамкой навстречу прессовой колодке /, которая входит внутрь наполни­тельной рамки. В результате прессования песчинки сближаются и прочно сцепляются между собой.

При уплотнении пескометом (рис. 9, в) формовочная смесь подается ленточным конвейером 2 в головку 1 и захватывается ковшом 3, укрепленным на вращающемся роторе 4. Формовочная  смесь ковшом выбрасывается в опоку 5. Уплотнение формовочной смеси происходит при помощи кинетической энергии движения порции смеси при падении ее на поверхность уплотняемой формы.

     Извлечение моделей из форм при машинной формовке осуще­ствляют с помощью специальных вытяжных и поворотных меха­низмов, что способствует получению более точных отливок.

Рис. 9. Схемы уплотнения фор­мовочной смеси:

а - встряхиванием;   б - прессовая

                   Изготовление стержней заключается в формовании сырых стержней, их сушке, отделке и окраске. Для повышения прочности стержней в них закладывают каркасы, а для увеличения их газо­проницаемости в них делают вентиляционные каналы. Сушку стержней производят на металлических сушильных плитах при температуре 200-280 °С в течение 2-12 ч. Изготовляют стержни в большинстве случаев на различных стержневых машинах: встряхивающих, прессовых и пескодувных, а также на установках с использованием жидкоподвижных самотвердеющих смесей.

Сборка литейных форм включает установку стержней, кон­троль точности размеров основных полостей формы, накрывание нижней полуформы верхней, скрепление полуформ перед за­ливкой.

Заливают формы расплавленным металлом из конических, барабанных и других ковшей, футерованных огнеупорным мате­риалом и высушенных до полного удаления влаги. Температура заливки металла зависит от рода сплава, толщины стенок отливок, их конфигурации и т. п. Заливку форм ведут без перерыва, с пол­ным заполнением литниковой чаши.

После заливки и охлаждения металла отливки выбивают из форм на вибрационных решетках и очищают от приставшей или пригоревшей формовочной смеси в очистных барабанах или дробеметных устройствах камерного или барабанного типа. При очи­стке в дробеметных устройствах отливки подвергаются ударному воздействию струи металлической дроби, выбрасываемой дробеметным колесом со скоростью до 70 м/с. Обрубку и зачистку от­ливок от остатков питателей, заусенцев и заливок производят абразивными кругами или на обрезных прессах.

Для изготовления стальных отливок формовочную смесь при­готовляют из высокоогнеупорных материалов с низкой влаж­ностью. Поверхности литейных форм и стержней покрывают огнеупорными красками. Для уменьшения напряжений в отлив­ках при охлаждении увеличивают податливость форм и стержней. Литниковая система должна обеспечивать спокойное заполнение формы, направленное затвердевание отливки и не препятствовать усадке. Для предупреждения усадочных раковин предусматривают установку прибылей — специальных питателей, в которых металл затвердевает в последнюю очередь, поэтому усадочная раковина образуется в прибыли, а не в отливке.

         При изготовлении чугунных отливок для уменьшения пригара в формовочные  смеси  добавляют  каменноугольную  пыль.   Расплавленный чугун подводят в тонкие сечения отливок. При изго­товлении отливок из высокопрочного и ковкого чугунов для пред­упреждения усадочных раковин также предусматривают установку прибылей или питающих бобышек. Чтобы в отливках не было трещин, формовочная смесь должна иметь повышенную податли­вость.

Для изготовления отливок из цветных сплавов формовочные и стержневые смеси приготовляют из мелкозернистых кварцевых песков. Влажность смесей должна быть не более 4% во избежание образования газовых раковин. Формовочная смесь должна обла­дать повышенной податливостью для предупреждения трещин в отливках.

При изготовлении магниевых отливок в формовочную смесь вводят фтористые добавки или другие вещества для предупреждения самовозгорания магния. Расплавленный металл в литейную форму подводят через горизонтальную, сифонную (нижнюю) или вертикально-щелевую литниковые системы с увеличенным по­перечным сечением питателей, что позволяет уменьшить скорость истечения металла и обеспечить спокойное заполнение полости формы. Для предупреждения усадочных раковин применяют прибыли.

Механизация и автоматизация процессов литья в песчаные формы заменяет ручной труд машинным, повышает производи­тельность труда, улучшает качество отливок. Для изготовления литейных форм используют различные высокопроизводительные автоматические машины и автоматические линии. Например, при изготовлении мелких (от 0,1 до 3 кг) отливок широко используют автоматические линии для безопочной формовки (рис. 10). Формо­вочная смесь (рис. 10, а) из бункера 2 сжатым воздухом пере­мещается в полость между поворотной плитой 1 и подвижной мо­дельной плитой 3. Уплотняется формовочная смесь в результате перемещения модельной плиты 3 штоком 4. После уплотнения формовочной смеси поворотная модельная плита  отодвигается (рис, 10, б) специальным устройством. Модель извлекается и поднимается вверх, а готовая часть формы 5 штоком передвигается и плотно прижимается к ранее изготовленным (рис. 10, в). Шток 4 с подвижной плитой возвращается (рис. 10, г) в исходное поло­жение.

Рис. 10. Схема работы автоматической линии для безопочной формовки:

а - вдув смеси и прессование; б - протяжка левой полумодели; в- протал-кивание формы вперед; г — возврат прессовой плиты и закрывание камеры

После этого все операции по изготовлению литейных форм повторяются. Производительность такой автоматической уста­новки до 240 форм в час.

В производстве широко применяют автоматические заливочные установки, Для создания хороших условий труда и повышения эффективности в литейных цехах применяют комплексную меха­низацию выбивки форм, очистки, обрубки и предварительной окраски отливок.

         Общие принципы конструирования литых деталей

                   Конструкция отливки должна отвечать служебным требова­ниям детали, технологии ее изготовления, технологии механи­ческой обработки и эстетическим требованиям. Внешние контуры литой детали должны представлять собой сочетание простых и прямолинейных контуров, сочленяемых плавными криволиней­ными переходами. Необходимо стремиться к уменьшению габарит­ных размеров и особенно высоты детали, устранению выступа­ющих частей, больших тонких ребер, глубоких впадин и под­нутрений, затрудняющих изготовление литейной формы.

Внутренние полости литых деталей следует конструировать открытыми, без поднутрений, что позволит изготовить отливку без применения стержней. Если при изготовлении отливки обой­тись без стержней невозможно, то при конструировании литой детали необходимо предусматривать отверстия и окна макси­мальных размеров в достаточном числе для обеспечения устойчи­вости стержней в литейной форме, точности их установки, легкого удаления стержней и каркасов из отливки при ее очистке.

                   Стенка литой детали объединяет все ее рабочие элементы (гнезда подшипников, фланцы, поверхности скольжения и качения и др.), придает в значительной степени требуемую конфигурацию, жесткость и прочность. Выбор минимально допустимой толщины стенки отливки определяют размеры и сложность отливки, а также литейные свойства сплава.

Характерной особенностью многих отливок является сочетание массивных направляющих с относительно тонкими стенками, применение ребер жесткости и разветвленных внутренних поло­стей, разделенных перегородками. Для предупреждения возник­новения усадочных раковин и трещин в отливках должны быть правильно выполнены переходы от одного сечения к другому (рис. 11). Ребра жесткости создают местные скопления металла, вызывающие образование усадочных раковин и трещин. Для устранения этого дефекта необходимо Х-образные сечения за­менять Т-образными,  а соединения  ребер со стенками отливки располагать под прямым углом. При пересечении в одной точке нескольких ребер рекомендуется делать кольцевое ребро и при­соединять к нему радиальные ребра на достаточном расстоянии друг от друга. Толщина ребер обычно составляет 0,8 толщины стенки отливки.

                   Для предупреждения усадочных раковин в массивных отливках из сплавов с повышенной усадкой при конструировании должен быть применен принцип направленного или одновременного за­твердевания. При направленном затвердевании толщина стенки отливки плавно увеличивается снизу вверх. Кристаллизация металла происходит от тонких сечений отливки, расположенных в нижней части формы, к более массивным сечениям, располагающимся в верхней части формы. При одновременном затвердева­нии сечения отливок имеют одинаковую толщину как в нижней, так и в верхней части детали.

Рис.   11.   Рекомендуемые переходы от массивных к тонким сечениям отливок:

а  -  A / a  £ 1,75;   б - A / a ³ 1,75

Иногда бывает целесообразным крупные и сложные литые конструкции разделить на более простые элементы или детали с последующим соединением их между собой сваркой, болтовыми соединениями и другими способами. При этом рекомендуется упрощать наиболее сложные и крупные детали и усложнять наи­более простые из стыкуемых деталей. Выступающие части корпус­ных деталей делают съемными. Для повышения жесткости, умень­шения массы и сокращения объема механической обработки объединяют несколько простых деталей в одну.

         Конструкция литой детали должна обеспечивать возможность получения ее габаритных размеров, сечений и массы с заданной точностью. Для этого необходимо предусматривать конструктив­ные уклоны на необрабатываемых поверхностях. Отдельные бобышки и приливы необходимо объединять в один общий прилив и доводить его до плоскости разъема или основания. Для облегче­ния пригонки сопрягаемых деталей в ее конструкции предусма­тривают пояски, отбортовку и т. п., что позволяет компенсировать допустимые отклонения в размерах  отливки.

Контрольные вопросы

1.    Что такая литейная форма?

2.    Из каких материалов изготовляют формовочные смеси?

3.    Из каких материалов изготовляют полупостоянные формы?

4.    Для чего служить опока?

 {/spoilers}