К атегория:

Литейное производство

Технологий изготовления литейных форм

Изготовляемые в настоящее время отливки характеризуются большим разнообразием, что вызывает необходимость применения различных литейных форм и материалов.

1. Классификация литейных форм

Литейные формы классифицируются в зависимости от материала, из которого они изготовлены, и состояния при заливке.

Разовые формы служат для формообразования только одной отливки, после чего они разрушаются. Формы изготовляются из песчано-глинистых, песчано-смоляных и других смесей.

Разовые формы могут быть сырыми (формовка по сырому), сухими (формовка по сухому), подсушиваемыми, химически отверж-дающимися и собираемыми из сухих или отвержденных стержней.

Сырые формы благодаря их дешевизне, простоте и быстроте изготовления, отсутствию процесса сушки имеют наибольшее применение. Они используются для отливок простой и средней сложности из чугуна, стали и сплавов цветных металлов массой до 1500 кг.

Сухие формы предназначены для изготовления средних и крупных отливок с большим объемом механической обработки. Хорошо просушенная прочная форма, покрытая противопригарной краской, обеспечивает получение высококачественных отливок. Однако длительный цикл сушки (6-36 ч и более), значительный расход топлива, повышенная трудоемкость выбивки отливок из форм делают их неэкономичными. Они заменяются поверхностно подсушиваемыми и химически отверждаемыми формами.

Подсушиваемые формы изготовляют из формовочных смесей, в состав которых вводят связующие СП, СБ, КТ. Эти формы применяют для ответственных отливок из чугуна и стали массой от 1000 до 8000 кг. Длительность сушки таких форм в 10 раз меньше, чем обычных сухих форм.

Химически отверждаемые формы предназначены для изготовления отливок из стали, чугуна и сплавов цветных металлов массой 100 т и более. Существуют две разновидности таких форм: одни отверждаются при продувке или обдувке их углекислым газом, а вторые -самоотверждающиеся - при кратковременной выдержке в атмосфере цеха.

В последнее десятилетие широкое распространение получил процесс химического упрочнения формы, основанный на применении жидких самоотверждающихся формовочных смесей (ЖСС ), содержащих в качестве связующего жидкое стекло и ускоритель его твердения (катализатор) - шлак феррохромового производства.

Многократно используемые (полупостоянные) формы служат для изготовления средних и крупных отливок простой конфигурации массой до 15 т. Эти формы выполняют из высокоогнеупорной смеси, состоящей в основном из шамота, формовочной глины и кварцевого песка. После соответствующей тепловой обработки стойкость форм достигает 25-40 съемов.

К многократно используемым формам относятся также металлические формы-кокили для отливок из различных сплавов простой и средней сложности, мелких и средних по массе и размерам (в серийном и массовом производстве).

Рис. 1. Приспособление для шаблонной формовки.

2. Формовочный инструмент и приспособления

При изготовлении форм и стержней применяют различные инструменты, опоки и приспособления.

Инструмент. Наиболее полный набор инструмента используется при формовке вручную. Технические условия на инструмент регламентированы ГОСТ 11775-74 - 11801-74.

Для засеивания модели облицовочной смесью предназначены прямоугольные сита с металлической сеткой с ячейками 2-6 мм. Прямоугольными совковыми лопатами наполняют смесью опоки, а лопатами с заостренным концом выкапывают ямы при формовке в почве.

Смесь в опоках уплотняют различными трамбовками:
— при работе на верстаках- короткой трамбовкой (длиной 300 мм). Рукоятка такой трамбовки выполнена из алюминиевого сплава, а клиновидный и плоский башмаки - из Ст. 40 либо из маслобензо-стойкой резины марки А повышенной твердости;
— при уплотнении смеси в средних и крупных опоках наиболее производительной является пневматическая трамбовка. Башмаки ее выполняют из чугуна марки СЧ18-36 или, что предпочтитель-нее, из маслобензостойкой резины марки А повышенной твердости.

Трамбовка приводится в движение сжатым воздухом давлением 5-6 кгс/см2.

Гладилки служат для заглаживания форм. В недоступных для гладилок местах для этих целей применяют ланцеты. Отделку вогнутых поверхностей и углублений производят двухконечными ложечками. Выглаживание неглубоких цилиндрических поверхностей, углов галтелей и других криволинейных поверхностей осуществляют фасонными гладилками/ Оставшиеся частицы смеси из глубоких полостей удаляют крючками.

Песок с модели и поверхностей форм сметают волосяной щеткой-косматкой, которая предназначена также для окраски и замывки крупных форм. Лучшее качество окраски получается при пользовании пульверизатором.

Вентилирование форм производят с помощью душников - игл разных диаметров.

Рис. 10.2. Типы опок. делей в форме осущест

Крупные модели расталкивают металлическим молотком, при этом в модель должны быть врезаны специальные стальные пластинки, чтобы предохранить ее от порчи. Из полуформ модели вынимают с помощью остроконечных и винтовых подъемов.

При формовке по шаблону с вертикальной осью вращения применяют приспособление, изображенное на рис. 10.1. Оно состоит из подпятника-башмака, шпинделя, стопорного кольца и рукава, на котором закрепляют шаблон.

Опоки должны обладать высокой прочностью, жесткостью и минимальной массой. Они изготовляются из чугуна марок не ниже СЧ15-32, низкоуглеродистой стали 20Л - ЗОЛ -1, алюминиевых и магниевых сплавов.

Опоки бывают цельнолитыми и сварными. По конфигурации различают прямоугольные, фасонные и круглые опоки.

В зависимости от массы они делятся на ручные, комбинированные и крановые. Ручные опоки без смеси имеют массу до 30 кг, а со смесью - не более 60 кг; комбинированные без смеси - от 31 до 60 кг, а со смесью - более 60 кг; крановые как без смеси, так и со смесью - свыше 60 кг.

Для точной сборки полуформ применяют штыри, изготовляемые из стали марок 40-45 с закалкой и последующим шлифованием. Различают съемные и постоянные штыри. Последние укрепляют в ушках нижней опоки, а в крупных опоках - в полках продольных стенок. Съемные штыри имеют наибольшее применение при машинной формовке.

Для взаимозаменяемости опок центрирующие отверстия в их ушках сверлят по кондуктору. В эти отверстия запрессовывают стальные каленые втулки, что дает возможность заменить их при износе и тем самым обеспечить точность спаривания опок.

При выборе размеров опок следует исходить из наименьших допустимых толщин формовочной смеси на различных участках формы.

3. Изготовление форм вручную

При формовке вручную литейные формы изготовляют по деревянным цельным и разъемным моделям, модельным плитам, скелетным моделям и шаблонам.

4. Формовка в почве

При формовке в почве наиболее ответственной операцией является подготовка нижней части формы - постели. Различают два вида постели: мягкую и твердую.

Мягкая постель. При изготовлении единичных мелких отливок для каждой из них подготавливают постель в почве. При производстве серии однотипных отливок в полу литейного цеха вырывают яму глубиной на 100-125 мм больше высоты модели и габаритами, превышающими габариты модели на 200-250 мм на сторону. На дне ямы оставляют четыре кучки смеси; на две из них укладывают деревянную рейку, а на другие две - рейку.

На эти рейки кладут линейку и уровнем-ватерпасом проверяют горизонтальность их положения. Затем рейки окучивают смесью, уплотняют ее и вновь проверяют горизонтальность их положения. После этого пространство между рейками засыпают отработанной формовочной смесью, выравнивают ее, а излишек сгребают линейкой. На рейки укладывают бруски высотой 10-12 мм, а на слой отработанной смеси наносят слой просеянной облицовочной смеси.

Сняв бруски, уплотняют ее следующим образом: первый формовщик прижимает линейку к рейке, а второй, приподнимая и опуская другой конец линейки, уплотняет смесь на участке в 300-400 мм. После этого второй формовщик прижимает линейку к рейке, а первый производит уплотнение смеси.

Окончательное выравнивание поверхности и удаление борозд достигается при движении линейки вдоль реек. Выровненную поверхность засеивают тонким слоем облицовочной смеси. На полученную постель лицевой стороной укладывают модель и ударами молотка или трамбовки осаживают ее через промежуточную прокладку.

Твердую постель применяют при изготовлении форм для средних и крупных отливок. В полу цеха выкапывают яму глубиной на 300-400 мм больше высоты модели. Дно ямы плотно утрамбовывают, насыпают на него слой просеянной гари или битого кирпича толщиной 150-200 мм, слегка утрамбовывают его и выравнивают мелкой гарью.

Рис. 3. Схема изготовления мягкой постели.

Рис. 4. Схема изготовления твердой постели: 1 - слой гари; 2- вентиляционные каналы; 3- облицовочный слой смеси; 4 - вентиляционные трубы.

Поверхность слоя выравнивают линейкой и затем душником диаметром 9 мм накалывают вентиляционные каналы до гаревой постели.

Приготовленную таким образом постель засеивают слоем (в 40-50 мм) облицовочной смеси. После уплотнения в нем также накалывают вентиляционные каналы душником диаметром 3-4 мм.

5. Формовка в парных опоках

Наибольшая точность размеров отливок достигается при формовке в опоках. Широкое распространение получила формовка в парных опоках. Формовку сложных по конфигурации отливок осуществляют в трех, четырех и более опоках. Пример изготовления отливки тройника в парных опоках приведен на рис. 5.

Процесс формовки начинают с изготовления нижней полуформы. На подмодельный щиток укладывают нижнюю половину модели и два питателя, а на модель наносят слой облицовочной смеси и обжимают ее руками. В опоку засыпают наполнительную смесь и уплотняют ее. Счистив излишнюю смесь, душником накалывают вентиляционные каналы.

Полученную полуформу скрепляют с подмодельным щитком и кантуют на 180°, устанавливают на разрыхленную площадку формовочного плаца, слегка притирают, после чего открепляют и снимают щиток. Затем проглаживают лад, посыпают его сухим кварцевым песком и сдувают песок с модели. Наложив верхнюю половину модели и шлакоуловитель, устанавливают модели стояка и выпоров.

Рис. 5. Формовка в парных опоках: 1 - нижняя полуформа; 2 - верхняя полуформа; 3 - стержень.

После этого в такой же последовательности изготовляют верхнюю полуформу.

Уплотнение ее должно быть равномерным, без местных слабин и переуплотнений. Степень уплотнения смеси проверяют твердомером. Она зависит от массы и высоты отливки.

Для повышения прочности верхней половины формы ее укрепляют стальными крючками или деревянными колышками - «солдатиками», предварительно смоченными жидкой глиной.

Вынув модели стояка и выпоров, можно раскрыть форму. При формовке мелких моделей после уплотнения смеси половины модели удерживаются в полуформе и не требуют дополнительного крепления. При формовке средних и крупных тяжелых моделей трение между формовочной смесью и моделью недостаточно для удержания ее в верхней полуформе и необходимо дополнительное укрепление ее. Закрепив модель подъемом к верхней опоке, раскрывают форму, удаляют половины моделей и отделывают верхнюю и нижнюю полуформы, затем устанавливают стержень и собирают форму.

6. Формовка по модельным плитам

При этом способе формовки нижнюю и верхнюю полуформы изготовляют раздельно по двум модельным плитам.

Формовку по плитам целесообразно осуществлять в мелкосерийном производстве. На многих ленинградских предприятиях - в объединениях имени Карла Маркса, имени Я. М. Свердлова, «Невский завод» имени В. И. Ленина и др. - она успешно применяется при мелкосерийном производстве сравнительно крупногабаритных отливок (длиной более 3 м и массой до 3 т).

Раздельная формовка по плитам обеспечивает:
— повышение точности отливок;
— увеличение производительности труда на 15-20% за счет сокращения отделочных операций;
— возможность изготовления моделей из отдельных частей с последующей сборкой их на модельной плите;
— повышение съема отливок с формовочной площади в 1,5 раза за счет установки форм в 2-3 этажа со сдвижкой.

При мелкосерийном производстве применяют плиты из прочного деревянного щита, а при серийном - чугунные строганые. Модельные плиты-могут использоваться многократно.

Комплект модельных плит для изготовления отливки корпуса текстильной машины средних размеров (920X420X400 мм) показан на рис. 6.

Формовочные работы осуществляются бригадой из двух формовщиков. Для уменьшения утомляемости рабочих модельные плиты устанавливают на низкие козлы.

Рис. 6. Комплект модельных плит для формовки корпуса: а - плита для нижней полуформы; б - плита для верхней полуформы; 1 - плита; 2 - центрирующие втулки; 3- модель.

Работа ведется в следующей последовательности:
— очистка модели и плиты и нанесение разделительного состава;
— установка на плиты опок низа и верха;
— нанесение на модели облицовочной смеси, установка крючков (в верхней полуформе) и обжатие смеси;
— заполнение опок наполнительной смесью, уплотнение ее, удаление излишков и накол вентиляционных каналов;
— скрепление модельных плит с опоками и их кантовка; установка нижней полуформы на подготовленный плац, открепление модельной плиты, съем ее и отделка (при надобности)
— полуформы;
— установка стержней;
— открепление и съем верхней плиты, отделка (при надобности) полуформы;
— сборка формы.

На собранную полуформу укладывают чугунную плиту (иногда деревянную), на которую устанавливают вторую форму со сдвижкой для установки литниковой чаши.

7. Химически отверждающиеся и крупные оболочковые формы

При изготовлении форм по С02-процессу в формовочную смесь в качестве связующего вводят жидкое стекло. Облицовочный слой жидкостекольной смеси наносят на модель слоем в 20-40 мм, а остальной объем опоки заполняют наполнительной смесью. Все операции изготовления формы выполняют в той же последовательности, как и при формовке с применением песчано-глинистых смесей. После удаления модели и отделки формы ее продувают углекислым газом, при этом она быстро отверждается. Затем форму собирают.

Химически отверждающиеся смеси используются и при изготовлении крупных оболочковых форм, которые применяют при производстве средних и крупных отливок. Форма для стальной отливки подушки прокатного стана массой 10 т показана на рис. 7.

Оболочки изготовляют по тщательно обработанной разъемной деревянной модели, натертой графитом.

Процесс состоит из следующих операций:
— на строганый подмодельный щиток укладывают нижнюю половину модели;
— на него же устанавливают разборный деревянный жакет, в стенках которого высверлены отверстия диаметром 9-10 мм. Расстояние между стенками жакета и модели должно составлять примерно 120-150 мм;
— в зазор между моделью и жакетом устанавливают сварной каркас для упрочнения оболочки;
— слоями высотой 80-100 мм засыпают жидкостекольную смесь, уплотняют ее, между отдельными слоями смеси закладывают стальные прутки диаметром 8 мм для образования продувочных каналов, которые не должны доходить до модели на 20-25 мм; – с горизонтальной поверхности счищают излишки смеси, и накалывают продувочные каналы;
— удаляют стальные прутки и через продувочные каналы продувают полученную оболочку углекислым газом;
— отвержденнуго оболочку вместе с моделью и жакетом кантуют на 180°;
— извлекают модель, раскрывают деревянный жакет и удаляют его.

В такой же последовательности изготовляют верхнюю оболочку.

Сборку полуформ производят в рамке, состоящей из двух опок без ребер. Нижнюю опоку укладывают на выровненную площадку и засеивают наполнительной смесью, которую затем уплотняют. На полученную постель устанавливают нижнюю оболочку и зазоры между ней и опокой засыпают сухой смесью. В знаки оболочки устанавливают оболочковый стержень, накладывают верхнюю оболочку и вторую опоку и засыпают ее сухой смесью слоем в 150 мм.

Рис. 7. Комбинированная форма с оболочковыми вставками: а - нижняя оболочка; б - верхняя оболочка; в - оболочковый стержень; г - собранная форма; д - отливка.

Остальную часть опоки заполняют металлическими шарами диаметром 40 мм. Перед заливкой форму дополнительно нагружают грузами.

Применение оболочковых форм, отвержденных до извлечения из них моделей, дает возможность получать оболочки с размерами рабочих поверхностей, соответствующих размерам модели. Кроме того, модели таких форм выполняют разборными, что позволяет ликвидировать на них формовочные уклоны, требующие дополнительного расхода металла.

8. Формовка по шаблону

Формовка по шаблону осуществляется при производстве единичных средних и крупных отливок, имеющих наружную форму тел вращения простой конфигурации (чаши, маховики, патрубки, трубы с фланцами в т. п.),

Различают следующие виды шаблонной формовки: с вертикальным шпинделем, с горизонтальным шпинделем и по протяжка блонам Наибольшее распространение получила формовка вертикальным шпинделем. Рассмотрим ее на примере формообразования отливки чаши размалывающих бегунов.

Дня шаблонной формовки чаши (рис. 8, а) требуются: станок с вертикальной осью, шаблонная мерка (рис. 8, б), шаблоны для заточки болвана с телом (рис. 8, в) и болвана чаши (рис. 8, г), модели ребер (рис. 8, д) и ступицы с центровым отверстием (рис. 8, е). Формовка производится в почве (с твердой постелью) под верхней опокой.

Рис. 8. Приспособления для шаблонной формовки чаши бегунов.

Процесс состоит из ряда этапов. На первом затачивают болван с телом, который будет служить моделью для изготовления верхней полуформы; на втором осуществляют операции по изготовлению верхней полуформы; на третьем затачивают нижнюю полуформу; на четвертом отделывают и собирают форму; на пятом нагружают форму, заливают и выбивают отливки.

9. Формовка по скелетной модели

При единичном производстве крупных отливок с целью снижения затрат на изготовление моделей применяют скелетные модели, толщина ребер которых принимается равной толщине стенок отливки.

Скелетная модель для изготовления отливки крупной ванны показана на рис. 9, а, а схема формовки - на рис. 9, б. Модель заформовывают в опоке или в почве. Внутреннюю полость заглаживают на уровне брусков и полученную поверхность обкла дывают бумагой. Затем изготовляют верхнюю полуформу с болваном. После разъема верхнюю полуформу отделывают, а в нижней снимают разделительную бумагу, уплотненную между ребрами смесь слегка разрыхляют и шаблоном-сгребалкой снимают слой смеси на толщину ребер. После этого модель извлекают, и изготовление формы заканчивают обычным способом.

Рис. 9. Схема формовки по скелетной модели.

10. Формовка в глине по кирпичу

Формовку в глине по кирпичу осуществляют при производстве таких крупных отливок, как изложницы, ковши, котлы, трубы больших диаметров и т. а Формовку ведут по модели, каркасной модели или по шаблону.

Последовательность изготовления формы и стержня для отливки крупного патрубка приведена на рис. 10. В твердой постели устанавливают подпятник, шпиндель и рукав, на котором укрепляют шаблон. Правильность установки шпинделя проверяют ватерпасом. На чугунный поддон наносят слой глины и выкладывают первый ряд кладки из красного кирпича. На него наносят слой глины толщиной 15-20 мм и выкладывают второй ряд с перекрытием швов в первом ряду.

Для повышения газопроницаемости между рядами кирпичей прокладывают мелкую гарь, гранулированный ваграночный шлак, пучки соломы и душником выполняют вентиляционные каналы в подсохшей глине. Для увеличения прочности кладки через каждые 5-6 рядов укладывают чугунные плиты, соединяемые с нижним поддоном и между собой стяжками.

Правильность кладки проверяют шаблоном. Между рабочей кромкой шаблона и поверхностью кладки должен быть зазор в 20-25 мм. Внутреннюю поверхность кладки облицовывают глиной и шаблоном затачивают рабочую поверхность. После кратковременного провяливания на воздухе удаляют шаблон и шпиндель и сушат форму переносным сушилом. Затем заделывают трещины форму окрашивают и сушат вторично.

Рис. 10. Изготовление кирпичной формы и стержня по шаблону: а - изготовление формы; б - изготовление стержня; в - собранная форма; г-отливка; 1 - подпятник; 2- шпиндель; 3- поддон; 4 - опоры; 5 - кирпичная кладка; 6 -- шаблон для заточки формы; 7 - литниковая система; 8 - облицовочная глина.

Процесс изготовления стержня аналогичен процессу выполнения формы. Сушат стержень в сушиле.

Кирпичную кладку выполняют в специальных кессонах или опоках с заполнением промежутков между кладкой и стенкой опоки формовочной смесью. Такие формы могут использоваться многократно при небольших промежуточных ремонтах.

Современные способы изготовления крупных форм вручную

Непрерывный рост производства крупных отливок требует совершенствования технологических процессов и условий труда снижения трудоемкости изготовления отливок при ручной формовке рассмотрим некоторые рациональные процессы формообразования отливок, разработанные литейщиками ленинградских объединений имени Я. М. Свердлова, «Невский завод» имени В И Ленина и других предприятий.

Металлические постели. При формовке крупных отливок применяют твердые песчано-глинистые постели, а при изготовлении особо крупных отливок постель выполняют кирпичной кладкой. При извлечении отливки из формы постель частично разрушается, и перед каждой формовкой приходится затрачивать много времени на ее ремонт.

Рис. 11. Схема приготовления твердой металлической постели: 1 - слой гари; 2 - металлическая плита; 3 - газоотводные трубы; 4 - кессон; 5 -верхняя полуформа.

Форма с металлической постелью, выполненная в кессоне, показана на рис. 11. Зазоры между стенками кессона и моделью определяются удобством набивки формы. Дно кессона покрывают ровным слоем гари, поверх которого кладут чугунную плиту, образующую металлическую жесткую постель.

Замена верхней полуформы стержнями

Во избежание протечки металла при заливке обычно приме няют прокладочную глину, в результате чего на отливке образуются заливы, на удаление которых затрачивается труд обрубщиков и бесцельно расходуется металл. При замене верхней полуформы перекрывающими стержнями вместо прокладочной глины стали использовать песчаные подушки. Для этого в горизонтальных знаках стержней, через которые выводятся газы, выполнены углубления в 20-25 мм, заполняемые сырым песком с некоторым завышением. При установке перекрывающих стержней песок уплотняется, при этом создаются надежная изоляция вентиляционных каналов и плотный контакт между стержнями, исключающий возможность образования заливов.

Рис. 12. Технология изготовления крупных форм: а - старая технология; б - новая технология: 1 - нижние почвенные полуформы; 2- верхняя полуформа; 3 - прокладочная глина; 4 - пригрузочная плита; 5 - стержень, заменяющий верхнюю опочную полуформу; 6 - вентиляционные стояки; 7 - песчаные подушки.

В результате внедрения новой технологии повысилась размерная точность отливок, сократился расход металла, ликвидированы парк опок и потребность в сушке громоздких полуформ, уменьшилась трудоемкость обрубных работ. Формовка по блок-модели. При изготовлении мелких серии средних и крупных отливок целесообразно объединение в один блок двух однотипных моделей, связанных между собой разделительным стержнем.

Изготовление форм из жидких самоотверждающихся смесей. Чти смеси широко используются при изготовлении крупных стержней Так в литейных цехах объединения имени Я. М. Свердлова все стержни для отливок массой более 3 т выполняют из ЖСС .

Практика показала, что эти смеси могут успешно применяться и при изготовлении форм для крупных отливок. Схема формовки в ЖСС представлена на рис. 14. Модель устанавливают на кирпичи или на укрепленные на ней специальные упоры либо фиксируют в кессоне с помощью планок. Между моделью и стенками кессона должен быть зазор в 100-150 мм. В модели имеются люки для заливки ЖСС . Для улучшения заполняемости формы смесь выдавливают из люков толкателями. После заполнения смесью пространства под моделью ее заливают по периметру кессона в зазоры между его стенками и моделью. Через 35-40 мин после заливки ЖСС модель можно извлечь и приступить к отделке формы.

Рабочая поверхность формы имеет значительную пористость. Для ее устранения на поверхность наносят специальную краску и просушивают- горелкой в течение 2-4 ч при температуре 200- 220 °С.

Технология изготовления сложной формы для отливки чугунной модели лопасти массой 35 т приведена на рис. 15. Эта модель предназначена для формообразования крупных отливок стальных лопастей. Формовка ведется по деревянной модели, снабженной упорами, по которым модель устанавливают на постель, в кессоне. На модели размещают съемную раму, оформляющую контуры болвана. Во избежание всплывания модель и рама нагружаются.

Заливку ЖСС осуществляют через люки, имеющиеся в модели и съемной раме, и в зазоры между стенками кессона и съемной рамы. Затем производят подпрессовку смеси толкателями. После кратковременной выдержки извлекают съемную раму, удаляют смесь из люков, подрезают ее вокруг модели, поверхность полуформы покрывают разделительной бумагой и закрепляют ее шпильками, после чего переходят к оформлению верхней полуформы (болвана-стержня).

Рис. 13. Технология изготовления форм по блок-модели а - почвенная форма; б - стержневая форма.

Рис. 14. Схема изготовления формы из ЖСС .

Рис. 15. Технология изготовления крупной формы с применением

12. Машинная формовка

Механизированное извлечен И модели без предварительной расколотки обеспечивает получени форм высокого качества, повышает точность отливок и снижает брак. Внедрение координатных и наборных плит-рамок делает табельным применение машинной формовки не только при серий” ном и массовом, но и при мелкосерийном и единичном производстве.

Обычно литейную форму изготовляют на двух машинах: одной - нижнюю полуформу, а на другой - верхнюю. При массовом и серийном производстве металлические модели и элементы литниковой системы монтируют на односторонних чугунных плитах, а при мелкосерийном и единичном деревянные модели

укрепляют на координатных плитах или в наборных плитах-рамках. Замену модели на координатной плите и в плите-рамке производят на рабочем месте в течение 20-30 мин.

По способу уплотнения смеси в опоке различают прессовые машины с нижним и верхним прессованием, встряхивающие машины, встряхивающие с подпрессовкой и пескометные.

Уплотнение смеси на машинах с нижним прессованием. Схема работы такой машины приведена на рис. 17. На прессовом поршне, помещенном в цилиндре, закреплен стол. На нем расположена модельная плита, перемещающаяся в неподвижной раме. Опоку устанавливают на штыри неподвижной рамы и заполняют смесью, разравнивая ее по всей Поверхности, После этого опоку со смесью помещают под неподвижную траверсу. При подаче в цилиндр сжатого воздуха прессовый поршень поднимается вверх, модель внедряется в смесь и уплотняет ее. Когда поступление воздуха прекращается, поршень опускается, и производится извлечение модели.

При нижнем прессовании наибольшая плотность смеси создается у модели и понижается к верху,опоки, несколько возрастая у траверсы, что является достоинством этого способа.

Большой расход мощности на преодоление силы трения смеси о стенки опоки ограничивает область применения этих машин. Они могут использоваться при опоках с размерами в свету до 1100X800 мм и высотой до 150 мм.

Уплотнение смеси на машинах с верхним прессованием. Схема работы этой машины показана на рис. 18. На прессовом поршне, помещенном в цилиндре, закреплен стол, на котором расположена плита с моделью. После установки опоки с наполнительной рамкой и заполнения их формовочной смесью в цилиндр подают сжатый воздух под давлением 6 кгс/см2. Под действием воздуха поршень вместе со столом и смонтированной на нем модельной оснасткой поднимается вверх, при этом прессовая колодка, закрепленная на траверсе, внедряется в наполнительную рамку и уплотняет смесь в опоке.

После прекращения поступления в цилиндр сжатого воздуха стол опускается под действием собственной тяжести.

Уплотнение смеси на встряхивающих машинах. Этот способ уплотнения смеси, несмотря на некоторые присущие ему недостат ки, - самый распространенный, так как дает возможность изготовлять формы для сложных крупных отливок в опоках, с размерами в свету 3000 X 2000 мм при высоте до 750 мм.

Рис. 16. Типы модельных плит: а - односторонняя; б - координатная: в -наборная плита-рамка; 1 - основная плита; г - вкладная модельная плита; 3 - модель, 4 - шлакоуловитель; 5 - стояк; 6 - упорные винты.

Рис. 17. Схема работы машины с нижним прессованием.

На рис. 19 показана схема работы встряхивающей машины с подпрессовкой. Она имеет два цилиндра: прессовый и встряхивающий, причем последний служит поршнем для первого Внутри цилиндра имеется встряхивающий поршень, на котором укреплен стол. На столе монтируется модельная плита с моделью.

По штырям на модельную плиту устанавливают опоку с рамкой. После заполнения опоки и рамки смесью в полость встряхивающего цилиндра подают сжатый воздух, под давлением которого встряхивающий поршень поднимается вверх. При этом впускное отверстие перекрывается боковой поверхностью поршня, а выхлопное открывается, и воздух выходит в атмосферу.

Стол с модельной плитой и опокой под действием собственной силы тяжести падает на торец цилиндра, поэтому при ударе формовочная смесь в опоке уплотняется. При опускании поршня впускное отверстие вновь открывается, и цикл повторяется. Обычно стол поднимается на высоту 30-80 мм и совершает 30-120 ударов в минуту. Для уплотнения смеси достаточно 20-40 ударов.

После окончания процесса встряхивания сжатый воздух поступает в полость прессового цилиндра, а модельная плита и оснастка приходят в контакт с прессовой колодкой, закрепленной на траверсе. Колодка входит в полость наполнительной рамки и производит доугоготнение верхних слоев смеси (рис. 19, г и д).

Уплотнение смеси многоплунжерной головкой. При уплотнении смеси жесткой прессовой колодкой (рис. 19), особенно в формах крупных габаритов, трудно достичь равномерности уплотнения. В таких случаях рекомендуется применять многоплунжерную головку (рис. 20), при этом формовочная смесь прессуется большим количеством прессующих башмаков, снабженных поршневыми гидравлическими приводами. Каждый башмак под действием масла на поршень прессует находящийся под ним участок формы независимо от соседних участков.

Уплотнение смеси пескометами широко применяется для механизации наполнения и уплотнения смеси в крупных опоках и стержневых ящиках. Производительность пескометов - от 12 Д° 80 м3/ч уплотненной смеси.

Основным рабочим органом пескомета является головка (рис. 21). В стальном кожухе вращается ротор, на котором с помощью муфты закреплена лопатка-ковш. Через окно в кожухе ленточный транспортер непрерывно подает формовочную смесь, которая при быстром вращении ротора захватывается лопаткой, несколько уплотняется и в виде небольших пакетов выбрасывается в опоку через окно. При большой скорости истечени смеси из окна и непрерывном перемещении головки пескомета л площади опоки создается равномерное уплотнение всех слоев смес независимо от высоты опоки.

СССР успешно эксплуатируются автоматизированные формовочные линии как отечественного производства - конструкции ВНИИ лит-маш, НИИ тракторсельхозмаш, Гипросантехпром и др., так и зарубежных фирм.

Процесс формовки, сборки и выбивки на этих линиях полностью автоматизирован, рабочий-оператор при этом только, управляет механизмами с помощью кнопок.

Вручную выполняются операции установки стержней и заливки, а на некоторых линиях процесс заливки также автоматизирован.

На рис. 23 показана схема автоматизированной линии фирмы «Гизаг» (ГДР ). Она состоит из двух прессовых формообразующих полуавтоматов для изготовления нижней (поз. IV) и верхней (поз. II) полуформ и литейного конвейера (поз. VII ). Собранная на поз X форма поступает на поз. XI - к грузовому конвейеру, где она нагружается, и на поз. XII , где заливается металлом. При дальнейшем движении залитая форма поступает в охладительную камеру (поз. XIII ), снабженную мощной вентиляционной системой. На поз. XIV с охлажденной формы снимается груз.

Верхняя опока протяжным устройством стягивается на поз. I и передается на машину для изготовления верхних полуформ (поз. II). Нижняя полуформа с отливкой и комом смеси продвигается к поз. III , где нижняя опока протягивается, кантуется и передается на машину для изготовления нижних полуформ (поз. IV).

При подходе к толкателю ком смеси с отливкой передается на поз. V- охладительную решетку (накопитель). После кратковременного охлаждения он поступает на поз. VI - выбивную решетку, где разрушается и освобождает отливку.

Формообразующая машина имеет два пресса, между которыми расположены подъемный механизм и дозатор смеси. При поступлении опоки она спаривается с модельной плитой и поджимается к бункеру-дозатору, при этом в опоку выдается определенная порция смеси. Затем опока передается под левый или правый пресс, имеющий многоплунжерную головку.

После процесса прессования ниясняя полуформа возвращается на среднюю позицию, где после протяжки модели она выталкивается поступающей опокой и передается на поз. VIII . Здесь нижняя полуформа кантуется и устанавливается на платформу конвейера. На поз. IX в эту полуформу устанавливаются стержни.

При подходе к поз. X нижняя полуформа накрывается верхней, и форма поступает на заливку. Верхняя полуформа изготовляется аналогично нижней.

Производительность линии в зависимости от типа формовочного автомата и размеров опок составляет 200-280 форм в час.

Рис. 23. Схема автоматизированной формовочной линии.

Контрольная работа

Технология литейного производства

1. Общая характеристика литейного производства

сплав отливка деталь технический

Литейное производство - отрасль машиностроения, производящая фасонные заготовки или детали (отливки) путем заливки жидкого металла в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки. При охлаждении металл затвердевает и сохраняет заданную конфигурацию.

Литье является важным и экономически выгодным способом производства. Во многих случаях литье - единственный способ изготовления нужных деталей.

Особенно это проявляется в тех случаях, когда требуется изготовить детали больших размеров и массы, а также сложной конфигурации. Кроме того, малопластичные сплавы, например чугун, которые не поддаются обработке давлением, с успехом используют для производства фасонных отливок.

Литьем получают изделия массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров, со стенками толщиной 0,5…500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков и прокатных станов и др.).

Дальнейшее совершенствование технологии литейного производства, механизация и автоматизация всех процессов, освоение и внедрение прогрессивных способов сокращает механическую обработку отливок, снижает их стоимость и расширяет область применения литейного производства в промышленности.

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавленным моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др.

Все способы фасонного литья, кроме литья в песчаные формы, называются специальными. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

2. Изготовление отливок в песчано-глинистой форме

Начинается процесс с разработки чертежа отливки и изготовления рабочих чертежей модельного комплекта.

Литьем в песчано-глинистые формы изготавливают до 80% общего количества (по массе) отливок.

Песчано-глинистые формы называют разовыми, т.е. их используют только один раз; после заливки в них металла и его охлаждения формы разрушают и извлекают отливки. Песчано-глинистые формы изготавливают из формовочных смесей в опоках или почве при помощи моделей и другой модельно-опочной оснастки.

В комплект модельно-опочной оснастки входят модели, подмодельные (подопочные) и сушильные плиты, стержневые ящики, опоки, приспособления для контроля форм и стержней, модели элементов литниковой системы.

С помощью модели в литейной форме получают отпечаток наружной конфигурации отливки. Они бывают неразъемные, разъемные, с отъемными частями. В серийном и массовом производстве применяют в основном металлические (реже - пластмассовые), а в индивидуальном и мелкосерийном - деревянные (из сосны, ольхи, липы, бука и др.) модели. Модели изготавливают с учетом припусков на механическую обработку и литейную усадку металла. Это значит, что они имеют большие размеры, чем отливка или готовая деталь. Кроме того, для лучшего извлечения модели из песчаной формы ее боковые стенки имеют формовочные уклоны.

Стержневые ящики предназначены для изготовления песчаных стержней. В индивидуальном и мелкосерийном производстве применяют деревянные стержневые ящики, а в серийном и массовом - металлические, реже - пластмассовые. В зависимости от размеров и формы стержней ящики могут быть цельные, разъемные и с отъемными частями. Как и модели, их изготовляют с учетом литейной усадки и припусков на механическую обработку. Стержень - элемент литейной формы для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке.

Подмодельные плиты, деревянные или металлические, служат для установки на них моделей и опок при формовке.

Опока - приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении литейной формы.

Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, ее заполнения и питания отливки при затвердевании используют литниковую систему . Обычно литниковая система состоит из литниковой чаши (воронки), стояка, шлакоуловителя, питателя.

Формовочные материалы - это совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей. В качестве исходных материалов используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины.

Формовочная смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочные смеси применяют при ручной формовке для образования рабочей поверхности литейной формы, которая контактирует с жидким металлом, толщина слоя составляет 15…20 мм. Они обладают лучшими физико-механическими свойствами и приготавливаются из свежих песка и глины с добавкой противопригарных материалов.

Наполнительную смесь засыпают поверх облицовочной, заполняя остальную часть литейной формы. Эту смесь приготавливают из оборотной, переработанной после выбивки опок смеси с добавкой 5…10% свежих песка и глины.

Единые смеси применяют в массовом производстве при машинной формовке для наполнения всего объема литейной формы. Приготавливают ее из оборотной смеси с добавкой до 50% свежего песка и глины.

По состоянию формы перед заливкой металла различают смеси для изготовления форм: сырых, подсушенных, сухих, химически твердеющих и самотвердеющих.

Технологический процесс приготовления формовочных смесей заключается в перемешивании составляющих компонентов смеси с последующим ее выстаиванием и разрыхлением. Подготовка исходных материалов и приготовление формовочных смесей производятся в смесеприготовительных отделениях литейных цехов.

Приготовленные формовочные смеси должны обладать следующими основными свойствами: достаточной прочностью (противостоять разрушающим усилиям в процессе изготовления и транспортировки форм, а также воздействия жидкого металла при заливке), хорошей газопроницаемостью (пропускать газы после заливки металла в форму), низкой газотворностью (не выделять газы при контактировании с жидким металлом), пластичностью (хорошо формоваться и давать четкий отпечаток от модели), податливостью (не препятствовать усадке металла при затвердевании отливки), огнеупорностью (не размягчаться и не расплавляться под действием высокой температуры жидкого металла, заливаемого в форму), выбиваемостью (легко разрушаться и выбиваться из опок).

Технология ручной формовки

Ручную формовку широко используют при изготовлении мелких и средних отливок в индивидуальном и мелкосерийном производстве, а также при изготовлении крупных отливок (станины станков, прокатных станов и др.) массой до 200 т и более. На практике используют различные приемы ручной формовки.

Формовка в парных опоках по разъемной модели наиболее распространена.

Литейную форму, состоящую из двух полуформ, изготавливают по разъемной модели в такой последовательности: на модельную плиту устанавливают нижнюю половину модели и ставят нижнюю опоку. Модель припудривают припылом, затем засыпают формовочной смесью и уплотняют. Избыток смеси удаляют линейкой и в формовочной смеси душником накалывают отверстия для улучшения вентиляции формы. Готовую полуформу поворачивают на 180, устанавливают верхнюю половину модели, модель шлакоуловителя, стояка и выпоров. По центрирующим штырям устанавливают верхнюю опоку, засыпают формовочной смесью и уплотняют. После извлечения моделей стояка и выпоров форму раскрывают. Из полуформ извлекают модели, в нижнюю полуформу устанавливают стержень, накрывают нижнюю полуформу верхней и скрепляют или нагружают их. Форма готова под заливку жидким металлом.

Формовку по шаблонам применяют в единичном производстве для получения отливок, имеющих конфигурацию тел вращения.

Формовку в кессонах применяют при изготовлении крупных отливок массой до 200 т и более.

Технология изготовления литейных форм и стержней на машинах и автоматах

Машинная формовка по сравнению с ручной имеет значительные преимущества: резко увеличивается производительность, улучшаются условия труда рабочих, повышается качество отливок, снижается брак и себестоимость литья. Этот вид формовки применяют, в основном, в массовом и серийном производстве при изготовлении мелких и средних отливок. Такие трудоемкие процессы, как уплотнение формовочной смеси, поворот формы и выемка моделей из формы, механизированы.

Для изготовления песчано-глинистых форм на машинах необходимо иметь специальную модельно-опочную оснастку:

Универсальные металлические модельные плиты, позволяющие ускорять монтаж и демонтаж моделей;

Точно изготовленные металлические модели;

Металлические взаимозаменяемые опоки.

Формовочные машины классифицируют по следующим признакам:

По методу уплотнения смеси в опоке (прессовые, встряхивающие и пескометы);

По способу извлечения модели из формы (со штифтовым съемом, с протяжкой модели вниз, с поворотной плитой и перекидным столом).

Технология изготовления форм на машинах заключается в следующем: модель с модельной плитой, закрепленной на столе машины, обдувают сжатым воздухом и опрыскивают керосином, чтобы не прилипала формовочная смесь. Затем на плиту ставят нижнюю опоку и наполняют ее формовочной смесью из бункера, расположенного над машиной. Смесь в опоке уплотняется, после чего излишек смеси срезается заподлицо с кромкой опоки. Далее на полученную полуформу устанавливают поддоночный щиток и полуформу поворачивают на 180 0 и, подняв модельную плиту или опустив опоку (в зависимости от конструкции машины), извлекают модель.

При формовке верхней полуформы на подмодельную плиту с верхней половиной модели ставят верхнюю опоку и модель стояка и производят все операции формовки так же, как и в случае с нижней полуформой. После удаления моделей готовую верхнюю полуформу снимают с машины и передают на сборку.

На участке сборки в нижнюю полуформу ставят стержень и обдувают сжатым воздухом. Затем на нижнюю полуформу, по фиксирующим стержням, ставят верхнюю полуформу и обе половины скрепляют скобами или ставят груз для предупреждения подъема верхней опоки во время заливки металлом.

Встряхивающие машины применяют главным образом для изготовления форм в высоких опоках. Уплотнение смеси происходит за счет встряхивания, возникающего при ударе стола машины с закрепленной на нем плитой и опокой о станину машины. Стол машины под действием сжатого воздуха, поступающего в цилиндр машины, поднимается на высоту 30…100 мм и затем под действием сил тяжести падает, ударяясь о станину. При этом смесь уплотняется. Уплотнение зависит от мощности удара и числа ударов (обычно 30…50 в минуту). На машинах указанного типа можно изготавливать песчано-глинистые формы массой от 100 кг до 40 т, производительность машин при этом составляет до 15 крупных форм в час.

На встряхивающих машинах уплотнение формовочной смеси в опоке происходит неравномерно: нижние слои - более плотные, верхние - менее. Для устранения этого недостатка применяются встряхивающие машины с допрессовкой верхних слоев формы. В этом случае распределение плотности смеси более равномерно.

Прессовые формовочные машины применяются двух типов (с верхним и нижним прессованием) и приводятся в действие сжатым воздухом. Эти машины более производительны по сравнению со встряхивающими, т.к. уплотнение смеси занимает всего несколько секунд.

Принцип работы машины с верхним прессованием состоит в следующем. На подмодельную плиту с моделью, укрепленную на столе машины, ставят опоку со съемной наполнительной рамкой. Опоку и наполнительную рамку заполняют из бункера формовочной смесью и над опокой устанавливают поворотную траверсу с прессующей колодкой. При подъеме стола вверх форма прижимается к плите траверсой. Смесь уплотняется колодкой, которая, войдя в рамку, выдавливает из нее смесь и уплотняет ее в опоке. Затем стол с заформованной опокой опускают и траверсу с колодкой отводят в сторону. Готовую полуформу снимают и на стол машины ставят следующую опоку. В машинах с нижним прессованием роль наполнительной рамки выполняет углубление в неподвижном столе. Недостатком формовочных прессовых машин является неравномерное уплотнение формовочной смеси по высоте опоки. При верхнем прессовании более плотными получаются верхние слои смеси в опоке, а при нижнем - нижние, прилегающие к модели. Прессовые машины применяют для формовки в опоках небольшой высоты (200…250 мм).

Для изготовления больших форм применяют стационарные или передвижные пескометы . Уплотнение смеси в опоке получается достаточно хорошим и равномерным по высоте. Работает пескомет следующим образом: формовочная смесь подается ленточным транспортером в пескометную головку, где подхватывается лопаткой, укрепленной на вращающемся диске, и с большой скоростью выбрасывается в опоку через отверстие в горловине, постепенно наполняя опоку. Скорость вращения диска достигает 1500 об/мин. В процессе набивки опоки рабочий перемещает хобот пескомета по всей площади опоки.

Полуавтоматы и автоматические формовочные машины подразделяются на однопозиционные проходные и многопозиционные карусельные.

На этих машинах, кроме обычных трудоемких операций формовки, механизированы и все остальные (очистка моделей, установка опок и др.).

На однопозиционных проходных машинах все операции формовки (обдувка модели, подача смеси в опоку, уплотнение, подпрессовка, снятие полуформы с подмодельной плиты и подача ее на приемный механизм) производятся последовательно. На многопозиционных карусельных машинах указанные выше операции выполняются на каждой позиции одновременно (параллельно) с другими. Все механизмы, производящие технологические операции, расположены неподвижно относительно перемещающихся на карусели полуформ. В процессе работы карусель периодически поворачивается на четверть оборота. На позиции 1 происходит операция обдувки и смазки модели. На позиции 2 на подмодельную плиту ставится пустая опока. Затем на этой же позиции происходит заполнение опоки смесью. На позиции 3 формовочная смесь уплотняется встряхиванием с последующей подпрессовкой. На позиции 4 происходит протяжка модели и съем готовой полуформы с помощью толкателя. Готовые полуформы по рольгангу поступают на сборку.

Изготовление стержней осуществляют в стержневых ящиках вручную и на машинах (при серийном и массовом производствах). Используют несколько видов машин: пескострельные, пескодувные, встряхивающие и др. Они отличаются между собой различными методами уплотнения стержневой смеси в ящиках.

Сушка форм является нежелательной операцией, т.к. она увеличивает продолжительность процесса изготовления отливок. Однако в ряде случаев (изготовление стальных и крупных чугунных отливок) она необходима. Температура сушки форм должна быть ниже температуры, при которой глина теряет связующую способность. В некоторых случаях сушку заменяют поверхностной подсушкой рабочей полости формы на глубину, зависящую от толщины стенки отливки.

От правильности сборки форм в значительной степени зависит точность изготовляемых отливок и их качество. Операцию сборки начинают с установки нижней полуформы на заливочную площадку, рольганг или тележку конвейера. Затем полость полуформы продувают сжатым воздухом, устанавливают в нее стержни и нижнюю полуформу осторожно по фиксирующим штырям накрывают верхней. Для предотвращения подъема верхней полуформы статическим давлением жидкого металла ее скрепляют с нижней полуформой скобами или ставят грузы.

Заливка форм, выбивка, обрубка и очистка отливок

Заливку жидкого металла в формы производят при помощи литейных разливочных ковшей: ручных (емкостью до 60 кг), крановых чайниковых (емкостью до 1 тонны), крановых стопорных (емкостью до 10 т). Перед заливкой форму подготавливают к заливке: сушат, покрывают термостойкой краской, собирают.

При заливке металла необходимо соблюдать некоторые условия, от которых будет зависеть качество отливки. Основными из них являются: температура перегрева заливаемого металла, длительность заливки, степень заполнения литниковой системы расплавом, высота струи. Например, недостаточно перегретый металл плохо заполняет щелевидные полости формы, приводя к недоливу. Превышение температуры перегрева металла приводит к образованию усадочных и газовых раковин, увеличивает пригар смеси. Оптимальная температура заливки металла в форму составляет: для стального литья 1450…1550 0 С; чугунного - 1350…1450 0 С; бронзового - 1050…1200 0 С и силуминов - 700…750 0 С.

При этом для тонкостенных отливок температура перегрева металла примерно на 100 0 С выше, чем для толстостенных. Струя металла при заливке должна быть спокойной, без перерывов и завихрений металла, литниковая система должна быть полностью заполнена металлом. Перед заливкой металл, как правило, некоторое время выдерживают в ковше для выделения газов и всплывания неметаллических и шлаковых включений.

После кристаллизации производится выбивка отливкииз формы.

Мелкие и средние отливки выбивают из форм на вибрационных выбивных решетках. По роду привода их разделяют на эксцентриковые (привод от шатунно-кривошипного механизма) и инерционные (привод от вала с неуравновешенным грузом). При колебании выбивной решетки форма подпрыгивает на ней, разрушается, куски смеси проваливаются на транспортер, а опока с отливкой остается на решетке.

Для выбивки крупных отливок используют вибрационное коромысло. При этом форму подвешивают краном на коромысле и с помощью вибраторов подвергают вибрации. Смесь просыпается через неподвижную решетку на транспортер, а отливка остается на решетке.

Стержни из отливки выбивают на пневматических вибрационных машинах. Крупные стержни вымывают мощной струей воды.

Отливки, освобожденные от форм и стержней, подвергают обрубке . Обрубкой удаляют литниковую систему и прибыли. Для этого используют прессы-кусачки, ленточные или дисковые пилы, газокислородную и газовую резку. Заливы и неровности на отливке обрубывают пневмозубилом или зачищают абразивным кругом.

После обрубки поверхность отливки очищают от пригоревшей формовочной смеси.

В индивидуальном производстве очистку производят вручную стальными щетками или пневмозубилом. В серийном или массовом производствах - во вращающихся барабанах, дробеструйными, дробеметными машинами или напором сжатого воздуха с песком.

3. Специальные способы получения отливок

Изготовление отливок в песчано-глинистых разовых формах при машинной и особенно при ручной формовке имеет ряд существенных недостатков: невысокая точность и недостаточная чистота поверхности отливок; необходимость оставлять значительные припуски на механическую обработку; образование крупнозернистой литой структуры и др. Поэтому развитие массового производства и повышение требований к отливкам привело к разработке специальных способов литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежного и других, позволяющих получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, обеспечивающих высокую производительность труда и т.д.

Литьем в оболочковые формы называется такой метод литья, при котором отливки получаются в форме, состоящей из двух песчано-смоляных оболочек. Изготовление оболочковых форм и стержней производится из мелкозернистого кварцевого песка с добавкой в качестве связующего фенолформальдегидной смолы. Характерной особенностью таких смол является их способность при определенной температуре необратимо твердеть. При нагревании до 140…160 0 С они расплавляются, превращаясь в клейкую массу, обволакивают зерна кварцевого песка, а затем при повышении температуры до 250…300 0 С уже через несколько секунд затвердевают. При повышении температуры более 600 0 С смола, не расплавляясь, сгорает, образуя в оболочке поры, облегчающие выход газам. Оболочковые полуформы изготавливают в основном бункерным (насыпным) способом. Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротвердеющим клеем. Литье в оболочковые формы применяют в крупносерийном и массовом производствах при получении высокоточных ответственных фасонных мелких и средних отливок из различных сплавов. Этот способ является разновидностью литья в разовые формы.

Литьем по выплавляемым моделям называется такой метод, при котором полость в огнеупорной оболочковой форме, необходимой для получения отливок, образуется за счет выплавления моделей, изготовленных из легкоплавкой смеси.

Из легкоплавкого модельного состава (50% парафина и 50% стеарина) в металлической пресс-форме, состоящей из двух частей, изготавливают модели отливок и литниковой системы. Полученные модели собирают в блоки, затем путем окунания наносят суспензию, состоящую из 30…40% гидролизованного этилсиликата и 60…70% пылевидного кварца. После этого блок обсыпают мелким сухим кварцевым песком и просушивают в течение 2…2,5 часов. На модельный блок наносят 4…6 слоев огнеупорного покрытия с последующим просушиванием каждого слоя. Выплавление моделей из оболочки производят в сушильных шкафах при температуре 110…120 0 С или погружением в горячую воду. Затем огнеупорную оболочку помещают в ящик и засыпают до самой воронки сухим кварцевым песком, помещают в электрическую печь, нагретую до 850…900 0 С, и выдерживают 3…4 часа. В процессе прокаливания происходит выгорание остатков модельной смеси, а оболочка приобретает прочность. Вслед за прокаливанием следует заливка формы металлом. Процессы получения отливок по выплавляемым моделям механизированы и автоматизированы. Этот метод способствует получению отливок с высокой точностью, малой шероховатостью поверхности, малой толщиной стенок и сложной конфигурации, массой от нескольких граммов до десятков килограмм.

Кроме выплавляемых моделей в литейном производстве используют выжигаемые (газифицируемые) модели при изготовлении ответственных отливок массой до 3,5 т из чугуна, стали и цветных сплавов в индивидуальном производстве. Для изготовления выжигаемых моделей используют пенополистирол.

При литье в кокиль отливки получают путем заливки расплавленного металла в металлические формы. По конструкции различают кокили неразъемные (вытряхные); с вертикальным разъемом и горизонтальным разъемом. Лучшим материалом для изготовления кокилей является серый чугун.

Технологический процесс состоит из следующих операций. Подготовка кокиля к заливке: на нагретый до 200 0 С кокиль наносят пульверизатором слой теплоизоляционной краски, затем подогревают вновь до 300 0 С, т.к. заливка металла в холодный кокиль может привести к выбросу; заливка кокиля жидким металлом; охлаждение отливки до ее затвердевания; выемка отливки; удаление стержней; удаление литников и зачистка отливки. Все операции механизированы и автоматизированы. Применяют в массовом и серийном производствах. Кокильные отливки имеют высокую степень точности, малую шероховатость поверхности, высокие механические свойства. К недостаткам относят высокую трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченную стойкость, ограниченность получения отливок по массе и размерам.

Центробежным литьем называется такой метод, при котором жидкий металл заполняет полость формы под действием центробежной силы, возникающей во вращающейся форме. Этим методом изготавливают отливки, имеющие форму тел вращения. Он применяется в массовом и серийном производствах. Направленная кристаллизация отливки от наружной поверхности к внутренней обеспечивает получение плотных отливок, свободных от неметаллических включений. В зависимости от положения оси вращения формы центробежные машины подразделяются на машины с вертикальной, горизонтальной и наклонной осью. Если диаметр отливки значительно меньше ее длины, то ось вращения располагают горизонтально. Если же диаметр отливки больше, чем ее высота, то ось вращения располагают вертикально. Преимущества этого метода: получение трубных заготовок без стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных заготовок.

Литьем под давлением называется такой метод, при котором жидкий металл заполняет полость металлической формы (пресс-формы) под принудительным давлением 30…100 МПа.

Получение отливок производится на специальных машинах с холодной или горячей камерами прессования.

Технологический процесс получения отливок на машинах первого типа заключается в следующем: металл заливается в заливочное окно камеры сжатия ковшом, затем поршнем под давлением сплав заполняет пресс-форму; после затвердевания сплава извлекают металлический стержень, открывают пресс-форму и выталкивают толкателем отливку; далее процесс повторяется. С целью повышения срока службы формы перед началом работы нагревают до температуры 150…300 0 С и периодически наносится смазка на трущиеся части пресс-формы.

При правильной эксплуатации срок службы пресс-форм в зависимости от сложности отливок и типа сплава может достигать для цинковых сплавов 300…400 тыс. отливок, для алюминиевых - 80…100 тыс., для медных - 5…20 тыс. Преимущества этого способа: очень высокая производительность; высокая точность и низкая шероховатость поверхности, возможность получения отливок сложной конфигурации. Недостатки: высокая стоимость пресс-форм и оборудования; ограниченность габаритных размеров и массы отливок; образование пористости, раковин в массивных частях отливок. В настоящее время создаются автоматизированные установки литья под давлением.

4. Изготовление отливок из различных сплавов

Теоретические основы производства отливок. Литейные свойства металлов и сплавов

При конструировании литой детали следует учитывать ход процесса затвердевания отливки. В отливках из сплавов, имеющих большую усадку и ликвацию, необходимо, чтобы затвердевание происходило снизу вверх, вследствие чего усадочная раковина, а также ликвирующие включения перемещаются в верхнюю часть отливки, где устанавливается прибыль (элемент литниковой системы для питания отливок в период затвердевания с целью предупреждения образования усадочных раковин).

После заливки металл затвердевает послойно, начиная от стенок формы. При затвердевании и охлаждении уменьшается объем металла, поэтому уровень жидкого металла в прибыли опускается, и последующие слои в ней затвердевают на более низких уровнях. Так как в прибыли металл затвердевает в последнюю очередь, именно в ней и образуется усадочная раковина.

Для производства отливок целесообразно применять сплавы, обладающие хорошими литейными свойствами, позволяющими получать из них отливки весьма сложной конфигурации. К хорошим литейным свойствам сплавов относятся высокая жидкотекучесть, малая усадка при затвердевании и дальнейшем охлаждении, незначительная ликвация, низкая способность сплавов поглощать газы при плавке и заливке.

Жидкотекучестью сплава называется его способность заполнять полость литейной формы и точно воспроизводить очертания этой полости. Жидкотекучесть зависит от химического состава и температуры заливаемого в форму сплава, от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, свойств литейной формы и других факторов.

Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре, обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твердые растворы и затвердевающие в интервале температур. Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается, и тем больше, чем тоньше канал в литейной форме; с повышением температуры заливки расплавленного металла и температуры формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы уменьшает жидкотекучесть, т.е. песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую, которая интенсивно охлаждает расплав.

Усадкой называется свойство металлов и сплавов уменьшаться в линейных размерах и объеме при кристаллизации и охлаждении отливки. Различают линейную и объемную усадку.

Линейная усадка сопровождается уменьшением линейных размеров при кристаллизации и охлаждении отливки. Так, отливки из серого чугуна имеют линейную усадку 0,9…1,3%, из углеродистой стали - 2…2,4%, из алюминиевых сплавов - 0,9…1,5%, из медных - 1,4…2,3%. Стержни и форма оказывают сопротивление линейной усадке металла, в результате в отливке возникают внутренние напряжения, вызывающие коробление, а иногда и образование трещин (горячих или холодных). С целью уменьшения сопротивления линейной усадке формовочные и стержневые смеси изготавливают податливыми. Линейную усадку учитывают при изготовлении модели и стержневых ящиков, увеличивая (уменьшая) размеры, по сравнению с размерами отливки на величину линейной усадки соответствующего сплава.

Объемная усадка сопровождается уменьшением объема металла при кристаллизации и дальнейшем охлаждении, и поэтому в массивном сечении отливки может образовываться усадочная пористость или концентрированная усадочная раковина. Ее устранение осуществляют установкой прибыли или холодильников в этом месте. Прибыль изготавливают более массивной, чем стенки отливки.

Ликвацией называется образование неоднородности химического состава в различных частях отливки. Различают два основных вида ликвации: зональную , когда отдельные зоны отливки имеют различный химический состав, и внутрикристаллическую , характеризующуюся неоднородностью зерна металла. На ликвацию оказывают значительное влияние химический состав сплава, скорость охлаждения и масса отливки.

Газопоглощение - это способность литейных сплавов в жидком состоянии поглощать различные газы (кислород, водород и азот), причем их растворимость растет с повышением температуры жидкого металла. В литейной форме газонасыщенный расплав охлаждается, понижается растворимость газов, и они, выделяясь из металла, могут образовывать в отливке газовые раковины. Технологические литейные сплавы должны обладать хорошей жидкотекучестью, малой усадкой и газопоглощением, а также не ликвировать.

Изготовление отливок из чугуна

В отечественном машиностроении 74% всех отливок изготавливают из серого чугуна, 21% из стали, 3% из ковкого чугуна и 2% из цветных сплавов (алюминиевых, медных и др.). Если принять среднюю стоимость отливки из серого чугуна за 100%, то стоимость отливок составляет: из ковкого чугуна - 130%; из стали - 150%; из цветных сплавов - 300…600%. Поэтому отливки из чугуна находят широкое применение в различных областях промышленности: в станкостроении - станины станков, стойки, колодки, планшайбы, корпуса насосов, втулки, вкладыши и др.; в автостроении - блоки цилиндров, гильзы, поршневые кольца, кронштейны, картеры, тормозные барабаны и др.; в тяжелом машиностроении - корпуса машин, редукторов и др.

Серый чугун, содержащий 2,7…3,5% С; 0,5…4,0% Si; 0,3…1,5% Mn; до 0,2% Р и менее 0,15% S, обладает хорошей жидкотекучестью, минимальной усадкой, сравнительно невысокой температурой плавления, незначительными газопоглощением и склонностью к ликвации, достаточно высокими механическими свойствами (в =100…400 МПа; =0,2…0,5%). Хорошо работает при сжимающих и ударных нагрузках, не чувствителен к внешним надрезам, гасит вибрацию, имеет высокие антифрикционные свойства, легко обрабатывается резанием.

При изготовлении литейных песчано-глинистых форм для отливок из серого чугуна особое внимание нужно уделить литниковой системе. Жидкий металл подводят к тонкому сечению отливки для его подогрева и одновременного затвердевания с более массивными частями. Для получения сложных и крупных отливок металл подводят несколькими питателями для равномерного заполнения всей полости. Прибыли устанавливают только в массивных крупных отливках. В обычном сером чугуне графит кристаллизуется в виде пластинок, которые действуют как внутренние микротрещины.

Высокопрочный чугун получают присадкой в жидкий серый чугун 1,0% смеси магния с ферросилицием или церием. В результате кристаллизации графит принимает не пластинчатую форму, а шаровидную. Состав высокопрочного чугуна до 3,3% С; до 2,5% Si; 0,5…0,8% Mn; менее 0,2% Р и 0,14% S. Эти чугуны имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали, сохраняя при этом положительные свойства чугуна. Так, в =373…1180 МПа, =2…17%. Отливки из высокопрочного чугуна применяют для изготовления деталей прокатного, кузнечно-прессового и горнорудного оборудования, а также дизелей, паровых, газовых и гидравлических турбин, прокатных валков, коленчатых валов и др. Технология изготовления форм для отливок из высокопрочного чугуна ничем не отличается от технологии формовки для получения отливок из серого чугуна.

Ковким называется чугун, который получается при длительном отжиге отливок из белого чугуна. Для этого выплавляют чугун такого химического состава, чтобы при затвердевании в форме он получился белым. Из белого чугуна обычным способом получают отливки, которые затем подвергают отжигу с целью разложения цементита и получения необходимой конечной структуры с выделившимся свободным графитом хлопьевидной формы. Химический состав исходного чугуна: 2,2…2,9% С; 0,8…1,4% Si; 0,3…0,5% Mn; 0,05…0,07% Cr; не более 0,2% Р и 0,1% S. Отливки из ковкого чугуна применяют для изготовления деталей автомобилей, тракторов и других машин, испытывающих в процессе работы сложные напряжения и ударные нагрузки. Особенности изготовления форм для отливок из ковкого чугуна обусловлены повышаемой усадкой белого чугуна, а поэтому необходимо предусматривать установку прибылей в каждом местном утолщении отливки и металлических холодильников, особенно в местах, где скапливается наибольшее количество металла. Ковкий чугун обладает высоким временным сопротивлением 300…630 МПа, относительным удлинением 2…12%, высокими износостойкостью и сопротивлением ударным нагрузкам, хорошо обрабатывается резанием.

В настоящее время до 90% серого чугуна выплавляют в вагранках, а остальное приходится на долю дуговых и индукционных печей.

Производство стальных отливок

Фасонные отливки изготавливаются из углеродистых и легированных сталей. Литейные свойства сталей, особенно легированных, ниже, чем у чугуна. Это может привести к образованию усадочных раковин и трещин в отливках. Для предупреждения образования усадочных раковин в формах предусматривают прибыли, питающие жидким металлом массивные части отливок. Для повышения огнеупорных свойств формовочных смесей в них вводят хромистый кварц, хромистый железняк и магнезит, готовые формы и стержни красят огнеупорной краской. Литниковую систему и расположение отливки в форме выполняют так, чтобы полость формы заполнялась спокойно, а затвердевание отливки было направлено снизу вверх. После охлаждения, выбивки и обрубки отливки подвергаются термической обработке (отжигу). Отжиг производится для снятия внутренних напряжений, измельчения зерна и повышения механических свойств.

В зависимости от назначения отливок применяют углеродистые стали 15Л…60Л, легированные - 30ХГСЛ, 15Х18Н9ТЛ и др., с пределом прочности на растяжение 400…600 МПа и относительным удлинением 10…24%.

Для плавки литейных сталей, как правило, используют дуговые и индукционные печи, иногда мартеновские.

Изготовление отливок из сплавов цветных металлов

Для производства фасонных отливок используют медные сплавы: бронзы и латуни.

Бронзы применяются оловянные и специальные (безоловянные). Оловянные бронзы имеют хорошую жидкотекучесть, высокую усадку, большой интервал кристаллизации, что обуславливает образование в отливках рассеянной пористости.

Безоловянные бронзы обладают хорошей жидкотекучестью и большой усадкой, но малым интервалом кристаллизации, что приводит к образованию в отливках сосредоточенных усадочных раковин.

Латуни имеют удовлетворительную жидкотекучесть, высокую усадку, небольшой интервал кристаллизации, что обуславливает образование усадочных раковин и пористости.

Отливки из медных сплавов в основном (до 80%) изготавливают литьем в песчаные и оболочковые формы, а остальные - литьем в кокиль, под давлением, центробежным и др. Для предупреждения образования усадочных раковин и пористости в массивных узлах отливок устанавливают прибыли и холодильники.

Медные сплавы плавят в индукционных, тигельных и дуговых печах на воздухе, в среде защитных газов или вакууме. Для предохранения металла от окисления плавку производят под слоем древесного угля. Готовый сплав перед заливкой в формы раскисляют фосфористой медью. В качестве противопригарной добавки в формовочную смесь вводят мазут.

Из оловянистых бронз изготавливают зубчатые колеса, подшипники, втулки и др. Безоловянные бронзы используют для изготовления различной арматуры для морского судостроения, червячные винты, санитарно-техническую арматуру.

Алюминиевые литейные сплавы, применяемые для изготовления фасонных отливок, имеют хорошие технологические и механические свойства, которые изменяются в зависимости от состава сплава, методов литья и термической обработки. Отливки из алюминиевых сплавов преимущественно изготавливают литьем в кокиль, под давлением, реже - в песчаные формы. Формовочные и стержневые смеси должны обладать достаточной податливостью.

Учитывая сильную окисляемость алюминиевых сплавов, форму следует заливать непрерывной струей во избежание образования окисных плен.

Плавку алюминиевых сплавов производят в газовых и электрических, тигельных, в пламенных отражательных и индукционных печах.

Отливки из алюминиевых сплавов широко используют в авиационной и ракетной технике, автомобильной, приборостроительной, электротехнической промышленности.

Магниевые сплавы имеют более низкие литейные и механические свойства, чем алюминиевые, но обладают меньшей плотностью (1,8…1,9 г/см 3), благодаря чему широко используются в автомобильной, текстильной, приборостроительной, авиационной и ракетной технике. Они при температурах, близких к температуре плавления, вследствие сильного окисления, подвержены возгоранию. Поэтому при изготовлении из них отливок применяют защитные средства: плавку ведут под слоем флюса или в нейтральной среде, в формовочную смесь добавляют до 8% фтористых солей, а в стержневую - смесь борной кислоты и серы (до 1,0%). Струю металла при заливке в форму припылят серым цветом, а термическую обработку ведут в шахтных печах с защитной атмосферой. Плавку ведут в тигельных электрических печах сопротивления и индукционных печах.

К достоинствам титановых сплавов относят малую их плотность (4,5 г/см 3) и высокую прочность (до 1500 МПа). Они особенно широко применяются в ракетной и авиационной технике, в судостроении, турбостроении. Наряду с высокой температурой плавления титана (1665 0 С), он обладает высокой химической активностью, поэтому для плавки титановых сплавов применяют специальные вакуумные индукционные печи с графитовым тиглем. Основной способ производства отливок из титановых сплавов - литье в графитовые формы, литье в оболочковые формы, изготовленные из нейтральных оксидов магния, циркония или графитового порошка, в качестве связующего используют фенолформальдегидные смолы.

5. Технологичность конструкции литых деталей. Виды брака. Технический контроль

Основным законом конструирования является технологичность отливки.

При разработке технологии отливки необходимо учитывать литейные свойства сплава, технологию изготовления модельного комплекта, формы и стержня, технологию обрубки и очистки отливки. Исходя из условий работы, себестоимости и количества отливок выбирают вид производства (единичное, серийное, массовое), способ литья (в разовые формы, в постоянные и др.), способ формовки (ручная, машинная). Правильно разработанная технология уменьшает брак литья и способствует быстрому освоению отливки в производстве.

Отливки должны иметь по возможности равномерную толщину и прямолинейные очертания стенок, это упрощает конструкцию модели и способствует повышению качества литой детали. Конструкция отливки должна предусматривать наиболее простой разъем модели, что способствует получению литой детали с наиболее точными размерами и облегчает применение формовочных машин. Для облегчения извлечения модели из песчаной формы необходимо на поверхностях, перпендикулярных плоскости разъема, предусмотреть литейные уклоны.

При соединении стенок все острые и прямые углы следует сопрягать радиусом от 1/3 до 1/4 толщины стенки; переход от толстого сечения стенки к тонкому должен быть плавным.

Иногда сложные и крупные отливки при конструировании целесообразно делить на отдельные составляющие, соединяемые затем болтами или сваркой.

Для образования в отливках отверстий минимальные диаметры стержней рекомендуются: для стали 8…10 мм, чугуна 6…8 мм, медных сплавов 5…7 мм, для легких сплавов 4…5 мм.

Основными задачами технического контроля являются: выявление причин отклонения качества отливок от заданного и нарушений технологического процесса, разработка мероприятий по повышению качества продукции; установление соответствия режимов и последовательности выполнения технологических операций, предусмотренных технической документацией; установление соответствия качества материалов, требуемых для производства отливок. Контроль отливок прежде всего осуществляют визуально для выявления окончательного или исправительного брака. Правильность конфигурации и размеров проверяют разметкой, плотность металла отливки - гидравлическими испытаниями под давлением воды до 200 МПа. Внутренние дефекты выявляют в специализированных лабораториях или в литейных цехах (на месте) специальными приборами. Тщательному контролю подвергают литейную оснастку (модели, стержневые ящики и др.) и весь технологический процесс на всех этапах производства отливок (контроль свойств формовочных и стержневых смесей, химического состава, температуры заливки металла и др.).

Дефекты отливок подразделяют на наружные и внутренние. Основными из них являются:

1 Недолив - не полностью выполненная конфигурация отливки в связи с низкой температурой заливки, недостаточной жидкотекучестью, неправильно рассчитанной литниковой системой, уходом металла из формы.

2 Заливы - различные выступы и приливы на теле отливки, не предусмотренные чертежом. Образуются они из-за неплотного прилегания полуформ, чрезмерно больших зазоров у знаков стержней.

3 Пригар - шероховатая поверхность отливки, получающаяся в результате проникновения жидкого металла в стенки формы или в результате химического взаимодействия материала формы с жидким металлом. Возникает при чрезмерно высокой температуре заливки и недостаточной огнеупорности формовочных и стержневых смесей.

4 Коробление - искажение конфигурации и размеров отливки под действием напряжений, вызванных неравномерной усадкой. Этот дефект возникает в результате неравномерного остывания отдельных частей отливки в форме, а также после выбивки.

5 Усадочные раковины, рыхлость и пористость - открытые или закрытые пустоты в теле отливки, имеющие шероховатую поверхность. Образуются в утолщенных местах отливки, а также при неправильном подводе металла в форму или из-за слишком высокой температуры заливаемого металла.

6 Газовые раковины - имеют гладкую и чистую поверхность. Их образование связано с заливкой форм газонасыщенным металлом, пониженной газопроницаемостью или повышенной влажностью форм и стержней, с захватом воздуха струей заливаемого металла.

7 Шлаковые раковины - полости в теле отливки, частично или полностью заполненные шлаком. Возникают при некачественной очистке от шлака заливаемого металла, от неправильно выбранной литниковой системы, не обеспечивающей улавливание шлака.

8 Песчаные раковины - полости в теле отливки, содержащие формовочный материал. Этот дефект появляется в результате недостаточной прочности формовочной и стержневой смесей, слабой набивки формы.

9 Горячие трещины - разрывы или надрывы в теле отливки с окисленными поверхностями. Образование горячих трещин вызывается резкими переходами в конструкции отливок от толстых сечений к тонким, затрудненной усадкой металла, при плотной набивке формы, слишком высокой температурой заливки.

10 Холодные трещины - разрывы или надрывы в теле отливки с чистыми поверхностями. Образуются, когда затруднена усадка отливки, при преждевременной ее выбивке из формы, а также от сильных ударов при обрубке или выбивке.

Дефекты отливок выявляются различными методами контроля. Соответствие размеров отливок размерам чертежа устанавливают путем разметки. Механические свойства отливок контролируют испытаниями отдельных изготовленных образцов, а также образцов, вырезаемых из тела отливки.

Отливки, которые по условиям работы должны выдерживать повышенное давление жидкости или газа, подвергают гидравлическим и пневматическим испытаниям при давлениях, несколько превышающих рабочее давление.

Внутренние дефекты отливок выявляются методами радиографической и ультразвуковой дефектоскопии.

Сущность радиографических методов заключается в облучении отливок рентгеновскими или гамма лучами. Благодаря малой длине волны, эти лучи легко проходят сквозь толщу отливок. Когда внутри отливок имеются дефекты, которые в меньшей степени поглощают лучи, чем сам металл, то на рентгеновской пленке лучи, проходя через такие дефекты, дают более интенсивное почернение.

Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковой волны отражаться от границы раздела двух сред. Волна, проходящая через стенку отливки, при встрече с границей шлакового включения, трещины или раковины, частично отражается. По интенсивности отраженных волн судят о наличии, глубине залегания и размерах дефектов, находящихся в отливках.

Для выявления наружных поверхностных дефектов применяются люминесцентный контроль, магнитная и цветная дефектоскопия.

Литература

1. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. - М.: Высшая школа, 2010. - 637 с.: ил.

2. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. - 5-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. - 646 с.: ил.

3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.Н. Материаловедение. Учебник для ВУЗов технич. спец. - 3-е изд. - М. Машиностроение, 2010. - 528 с.

4. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных ВУЗов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 5-е изд., испр. - М. Машиностроение, 2013. - 511 с.: ил.

5. Технология конструкционных материалов. Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов в 4 ч. Под ред. Д.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г Дубенского. - Тула. Изд-во ТулГУ. - 2007.

6. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник для ВУЗов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Демьянцевич, А.В. Кузин, Д.И. Чашников. - 2-е изд., перер., доп. - М. МИСИС, 2006. - 576 с.

7. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов, обуч. по направлению подгот. бакалавров «Технология, оборуд. и автомат. машиностр. пр-в» и спец. «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» и др. / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - М.: Машиностроение, 2003. - 255 с.: ил.

Подобные документы

Выбор типа литниково-питающей системы. Классификация и свойства модельных составов. Приготовление модельных составов. Сборка моделей в блоки. Плавка металла и заливка форм. Выбивка, очистка и термообработка отливок. Предварительная очистка блоков отливок.

реферат , добавлен 15.10.2013


Получение литейных расплавов. Классификация, изготовление кокилей. Изготовление кокильного литья из серого чугуна. Достоинства и технико-экономические показатели производства отливок в кокили. Технические требования к конструкции и материалу кокилей.

курсовая работа , добавлен 12.03.2013


Расчет времени полного затвердевания отливок в песчано-глинистой форме по методике Гиршовича и Нехендзи. Закон затвердевания отливок по методике Хворинова и Вейника. Построение температурных полей в корочке отливки в моменты полного затвердевания отливки.

курсовая работа , добавлен 16.12.2014


Выбор способа литья и его обоснование. Определение поверхности разъема песчано-глинистой формы, припусков на механическую обработку, размера опок. Расчет литниковой системы. Разработка технологии сборки, плавки и заливки форм. Контроль качества отливок.

курсовая работа , добавлен 12.10.2014


Материал отливки и его свойства. Состав формовочной смеси для мелких отливок. Припуски на механическую обработку. Конструирование литейной оснастки. Конструирование элементов литниковой системы. Изготовление форм, стержней, финишная обработка отливок.

курсовая работа , добавлен 21.10.2013


Общая характеристика предприятия. Политика в области качества. Анализ документов, регламентирующих изготовление продукции. Технологический процесс производства отливок фасонного литья. Метрологическое обеспечение, контроль технологии, дефектация.

курсовая работа , добавлен 07.05.2014


Технологические понятия в литейном производстве. Дефекты отливок, их получение в песчано-глинистых формах. Структура литниковой системы. Литье в оболочковые формы, в кокиль, по выплавляемым моделям. Основы центробежного литья. Литейные свойства сплавов.

контрольная работа , добавлен 20.08.2015


Проектирование современного цеха по производству отливок из сплавов черных металлов. Выбор оборудования и расчет производственной программы этого цеха. Особенности технологических процессов выплавки стали. Расчет площади складов для хранения материалов.

курсовая работа , добавлен 13.05.2011


Технологические процессы приготовления литейных расплавов, их свойства. Классификация кокилей, область применения; литниковая система; достоинства и технико-экономические показатели производства отливок. Изготовление кокильного литья из серого чугуна.

курсовая работа , добавлен 13.02.2013


Описание технологии получения кронштейна задней подвески кабины из чугуна марки ВЧ40 методом литья в песчано-глинистую форму отливки. Расчет времени охлаждения отливки. Технология изготовления стержней. Основные виды брака и меры по его устранению.

Транскрипт

1 Технология литейного производства СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Изготовление модельных комплексов Общие сведения Оборудование и инструмент Формовочные материалы и смеси Общие сведения Свойства формовочных смесей Приготовление формовочных и стержневых смесей Изготовление форм Общие сведения Инструмент для ручной формовки Опоки Формовка в опоках Машинная формовка Литниковые системы Изготовление стержней Сборка форм

2 ВВЕДЕНИЕ Общие сведения о литейной форме Отливка получается в результате заполнения полости литейной формы жидким металлом. После заливки жидкий металл охлаждается в форме и затвердевает, образуя отливку. Последовательность технологического процесса изготовления отливки рассмотрим на примере отливки чугунной втулки 1 По чертежу втулки изготовляют деревянную модель 2. Модель это приспособление для получения в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Модели делают из дерева, металла, гипса, пластмассы и других материалов. Модель втулки состоит из двух половин, которые взаимно центрируются с помощью шипов и гнезд. Отверстие втулки 1 выполняется стержнем 3. Стержень это часть литейной формы. Его изготовляют из стержневой смеси, уплотняемой в ящике 4. После извлечения из ящика стержень подвергают сушке в печи. При сборке формы сухой стержень устанавливают стержневыми знаками в соответствующие гнезда формы, полученные с помощью знаков 5 модели 2. Длина стержня больше длины полости отливки на величину знаков. Литейную форму для втулки собирают из двух полуформ: верхней 6 и нижней 7. Полуформы изготовляют из формовочной смеси, уплотняемой в чугунных или стальных рамках 8, которые называют опоками. Изготовление литейной формы втулки На подопочный щиток 9 устанавливают половину модели 2, по которой необходимо получить отпечаток в нижней полуформе, а также опоку 8. Поверхность модели 2 и щитка 9 посыпают или опрыскивают разделительной жидкостью, после чего в опоку насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Излишек формовочной смеси счищают с поверхности уплотненной полуформы, опоку перевертывают на 180 градусов и устанавливают на подопочный щиток 9. Затем на нижнюю половину модели устанавливают верхнюю половину модели, на нижнюю опоку верхнюю. Вновь посыпают поверхность модели разделительным песком, ставят модели литниковой системы, засыпают формовочную смесь в верхнюю опоку и уплотняют ее. Снимают верхнюю полуформу, извлекают половины моделей, устанавливают стержень и собирают форму. Для сборки формы опоки имеют специальные втулки 10, в которые входят центрирующие штыри. Жидкий металл

3 при заполнении формы давит на стенки формы, в результате чего верхняя опока может подняться, и тогда по плоскости разъема образуется зазор, через который металл может вытекать из формы. Для предупреждения этого верхнюю полуформу крепят к нижней скобе 12, а иногда ставят на верхнюю опоку груз. При заливке жидкий металл поступает в полость 13 формы по литниковым каналам. Систему каналов, подводящих металл в форму, называют литниковой. Литниковая система состоит из стояка 14 (вертикального канала), шлакоуловителя 15 и питателя 16, через который металл поступает в полость формы. К литниковой системе относится также выпор 17. Выпор служит для выхода из формы воздуха и газов, а также для контроля заполнения формы металлом. После затвердевания и охлаждения металла форму разрушают и освобождают отливку от формовочной смеси, отрезают литники и поверхность отливки очищают от формовочной смеси. Описанную выше литейную форму называют разовой, так как ее используют однократно. Обычно разовые литейные формы изготовляют из формовочных смесей, основной составляющей которых является кварцевый песок. В качестве связующей добавки, придающей прочность смеси, используют глину. Прочность таких смесей относительно невысока, а давление жидкого металла на стенки формы достаточно велико, поэтому формы из песчаноглинистых смесей приходится делать толстостенными. Однако, если в качестве связующего использовать специальные материалы, придающие высокую прочность формовочной смеси, то литейную форму можно сделать оболочковой (тонкостенной). Это позволяет резко сократить расход формовочной смеси, а также благодаря ее особым свойствам повысить точность и чистоту поверхности отливок. В разовых толстостенных формах из песчано-глинистых смесей можно получать отливки весьма сложной конфигурации массой от нескольких граммов до десятков тонн из различных сплавов как в условиях единичного, так и серийного и массового производства. Это объясняется относительной простотой технологического процесса, дешевизной используемых материалов, достаточной точностью отливок, хорошей чистотой поверхности, возможностями механизации и автоматизации процесса их изготовления. В литейном производстве применяют также формы, изготовляемые из специальных высокоогнеупорных масс, например на основе графита. В таких формах можно получать до нескольких десятком отливок без существенного износа формы. Эти формы называются полупостоянными. Их применяют при мелкосерийном производстве отливок из чугуна и цветных сплавов (алюминиевых, медных). Для массового и крупносерийного производства

4 стойкость этих форм недостаточна, а для единичного производства высока стоимость их изготовления. Широкое применение находят металлические формы, называемые также постоянными. В этих формах можно получать от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок из стали, чугуна и цветных сплавов. Отливки могут иметь сложную конфигурацию и массу несколько тонн. Наиболее часто в металлических формах изготовляют отливки малой и средней (до нескольких десятков килограммов) массы из легких цветных сплавов. Отливки, полученные в металлических формах, имеют чистую поверхность и повышенную точность размеров. Применение постоянных форм позволяет исключить формовочную смесь, улучшить условия труда, механизировать и автоматизировать производство. Однако стоимость металлических форм достаточно высокая, поэтому их применяют в условиях крупносерийного и массового производства отливок. Технологический процесс изготовления отливок в разовых формах широко распространен в литейном производстве. Он складывается из различных процессов, которые осуществляются в специальных цехах или отделениях литейного цеха. Технологический процесс изготовления отливки начинается с подготовки модельного комплекта: моделей или модельных плит, модельных щитков, стержневых ящиков, сушильных плит, шаблонов для проверки размеров формы и стержней, кондукторов к шаблонов для контроля правильности установки стержней в форме, опок, штырей и т.д. Модельный комплект изготовляют в модельном цехе или модельном отделении литейного цеха. Не менее важным звеном технологической цепи являете подготовка материалов для изготовления литейной формы. Формовочными материалами называют материалы, применяемые для изготовления разовых и полупостоянных форм. Это пески, связующие и специальные добавки. Исходные формовочные материалы хранят на складе формовочных материалов в специальных емкостях и бункерах. При поступлении на склад обязательно проверяют соответствие их качества сертификату. Контроль качества формовочных материалов производят в специальных лабораториях. Процесс изготовления литейных форм называют формовкой. В литейном производстве используют ручную и машинную формовку: в единичном и мелкосерийном производстве ручную формовку (формы изготовляют обычно по деревянным моделям), в поточно-массовом и серийном производстве машинную (формы изготовляют на машинах по металлическим моделям).

5 Стержни получают с помощью ящиков или шаблонов. Готовые стержни сушат в специальных печах (сушилах) для увеличения их прочности, газопроницаемости, а также уменьшения газотворной способности. Стержни перед установкой в форму окрашивают красками, состоящими из огнеупорных материалов: графита, пылевидного кварца, циркона обезжелезенного и др., что необходимо для повышения чистоты поверхности отливки. Перед сборкой сырые полуформы припыливают (графитом, тальком, древесным углем и др.) и окрашивают для получения чистой поверхности отливки. Если отливка имеет полость, то в форму перед сборкой устанавливают стержень. Затем форму собирают, скрепляют опоки болтами или скобами и подают на заливку жидким металлом. В качестве исходных материалов для получения жидкого чугуна и стали используют чушковые литейные и передельные чугуны, чугунный и стальной лом. Брикетированную стружку, ферросплавы, топливо и флюсы. Эти исходные материалы называют шихтовыми. Их хранят на складе шихты, где также производят подготовку исходных материалов к плавке: сортировку, дробление до необходимых размеров, шихтовку взвешивание отдельных порций различных материалов в соответствии с расчетом для получения заданного химического состава металла. Подготовленную шихту специальными транспортными средствами подают в плавильное отделение для приготовления жидкого металла (плавки металла). Плавильными печами называют агрегаты, предназначенные для расплавления и перегрева черных и цветных металлов и сплавов. Для плавки чугуна применяют специальные печи-вагранки, электропечи и пламенные печи; для плавки стали мартеновские печи, конверторы, электропечи, для плавки цветных сплавов электропечи и пламенные печи. Расплавленный металл должен быть перегрет в печи до определенной температуры, чтобы он хорошо заполнял литейную форму. После расплавления и перегрева металл сливают из печи в различные ковши и транспортируют на участок заливки форм. Металл, залитый в форму, отдавая теплоту форме, охлаждается и затвердевает. После охлаждения отливки формы разрушают (выбивают) и отливки извлекают из форм. Выбивку форм производят только после остывания отливки до определенной температуры, так как при высоких температурах сплавы недостаточно прочны и отливка может разрушиться. Выбивку форм осуществляют на специальных установках, расположенных в отделении или на участке выбивки. Отливки имеют литники, выпоры, иногда заусенцы и заливы металла, их поверхность может быть загрязнена пригоревшей к ней формовочной смесью.

6 Отрезку или обрубку литников, выпоров, заусенцев, очистку поверхности отливок производят в отделении очистки и обрубки отливок специальным инструментом, на дробеструйных и дробеметных установках, в гидравлических, пескогидравлических и очистных барабанах. После этого отливки поступают в отдел технического контроля (ОТК). Здесь производят контроль отливок: проверяют их размеры и герметичность, наличие внутренних и внешних дефектов (усадочных раковин, газовых раковин, трещин и т.д.), механические свойства и структуру металла. Отливки, имеющие незначительные дефекты, исправляют различными способами: газовой и электрической заваркой, пропиткой различными смолами, нанесением замазки и др. Очень часто для получения требуемых структуры и механических свойств, снятия внутренних напряжений отливки подвергают термической обработке нагреву и охлаждению по строго заданным режимам (по времени и температуре) в термических печах. Эта операция производится в термическом отделении литейного цеха. Затем отливки вновь подвергают очистке и контролю. Принятые ОТК или мастером литейного цеха. отливки отправляют на склад готовых изделий, а оттуда на механическую обработку. Некоторые отливки перед отправкой в механический цех окрашивают, чтобы предотвратить коррозию. При механической обработке отливкам придается окончательная геометрическая форма, требуемые точность и чистота поверхности, предусмотренные чертежами и техническими условиями на готовую деталь. Это наиболее трудоемкий процесс в машиностроении, так как затраты на механическую обработку составляют 40-60% затрат на изготовление машины. Следовательно, необходимо стремиться получать отливки с минимальными припусками на механическую обработку или такими точными и чистыми, чтобы не требовалась механическая обработка. Изготовление модельных комплектов Общие сведения Для изготовления отливок применяют большое число различных приспособлений, которые называют литейной оснасткой. Часть литейной оснастки, включающей все технологические приспособления, необходимые для получения в форме отпечатка модели отливки, называют модельным комплектом. Модельный комплект состоит из моделей отливки и элементов литниковопитающей системы; стержневых ящиков; модельных плит для установки или

7 крепления моделей отливки и литниковой системы; сушильных плит и приспособлений для доводки и контроля форм и стержней. При формовке кроме модельного комплекта используют опоки и различные приспособления - наполнительные рамки, щитки, штыри, скобы и т.д. Поэтом, с понятием формовочный комплект, т.е. полный комплект оснастки, необходимый для получения разовой формы. Модельные комплекты изготовляются рабочими-модельщиками, как правило, высокой квалификации. Модельный комплект должен удовлетворять следующим основным требованиям: 1) Обеспечивать получение отливки определенной геометрической формы и размеров; 2) Обладать высокой прочностью и долговечностью, т.е. обеспечивать изготовление необходимого числа форм и стержней; 3) Быть технологичным в изготовлении; 4) Обладать минимальной массой и быть удобным в эксплуатации; 5) Иметь минимальную стоимость с учетом стоимости ремонта; 6) Сохранять точность размеров и прочность в течение определенного времени эксплуатации. Требуемые точность, прочность и долговечность модельного комплекта зависят от условий производства единичного, серийного, массового. В единичном и мелкосерийном производстве чаще всего используют деревянные модельные комплекты; в массовом и крупносерийном производстве - металлические модельные комплекты, которые хотя и дороже, но значительно долговечнее деревянных. В серийном производстве во многих случаях успешно применяют модели из пластмасс, например эпоксидных смол, а также из гипса и цемента. Металлические и пластмассовые модели в течение длительного срока службы сохраняют точность размеров, способствуют получению четкой конфигурации отливки, прочны и долговечны. Однако стоимость изготовления металлических и пластмассовых моделей в 3-5 раз превышает стоимость изготовления деревянных, поэтому их применение должно быть обосновано экономическим расчетом. Правильный, экономически обоснованный выбор материала доя модельного комплекта позволяет существенно снизить себестоимость отливок.

8 Оборудование и инструмент Оборудование. Для обработки дерева применяют циркулярные и ленточные пилы, станки: фуговальные, рейсмусовые, фрезерные, шлифовальные, шипорезные. Циркулярный круглопильный станок используют для продольной и поперечной распиловки досок и брусков. Ленточный станок применяют для прямолинейной и криволинейной распиловки досок. Пиломатериалы подают вручную под режущую кромку движущегося вертикально замкнутого ленточного полотна. Для безопасной работы ленточное полотно вместе со шкивами ограждают кожухом из металлической сетки. Фуговальный станок применяют для обработки плоскостей брусков и досок. На плите стола станка находится вал с пластинчатыми ножами, который вращается от электродвигателя. Перемещением плиты стола с помощью винтов устанавливают определенную толщину d срезаемой стружки. Доски на фуговальный станок подают вручную, с прижимом доски к плите. Рейсмусовый строгальный станок применяют для строгания поверхности доски и для выравнивания ее толщины. Обычно на рейсмусовых станках строгают доски, одна их поверхностей которых обработана на фуговальном станке строгают доски, одна из поверхностей которых обработана на фуговальном станке. Рейсмусовый строгальный станок имеет стол, перемещающийся по вертикали для установки заданной толщины обстругиваемой доски, вал с ножами, вращающийся от электродвигателя. Доска к ножевому валу подается специальными валиками и роликами. На фрезерных станках обрабатывают криволинейные поверхности деревянных заготовок, особенно для стержневых ящиков, которые имеют большое число криволинейных поверхностей. Фрезерные станки бывают нескольких типов: вертикальные, горизонтальные и копировальные. Шлифовальный станок применяют для шлифования лентой или шкуркой деревянных заготовок моделей и стержневых ящиков. Шлифовальные станки бывают различных конструкций: ленточные, дисковые и комбинированные. Токарный станок применяют для обработки заготовок моделей и стержневых ящиков, имеющих форму тел вращения. Заготовку укрепляют в центрах станка на планшайбе или в специальном патроне. Заготовки диаметром мм с расположением волокон древесины перпендикулярно оси вращения закрепляют на планшайбе шурупами. Заготовки моделей шкивов, маховиков и

9 других моделей диаметром 3000 мм и более обрабатывают на токарно-лобовых станках. Для строгания, фрезерования, сверления, шлифования, завинчивания шурупов и т.д. применяют электрифицированный инструмент, значительно облегчающий труд модельщика. Наиболее распространены следующие инструменты: дисковая электропила модели И-78 с редуктором для обрезки заготовок, пропиливания пазов и других работ, ленточная электропила, электрорубанок, электрофрез, электроразвертка, а также инструмент для электрошлифования поверхностей модели. Мерительный инструмент. При изготовлении моделей и стержневых ящиков пользуются мерительным инструментом: усадочным метром, угольником, малкой, рейсмусом, циркулем, кронциркулем, нутромером и штангенциркулем. Усадочным метром измеряют размеры заготовок моделей и стержневых ящиков. Усадочные метры (линейки) изготовляют длиной больше обыкновенного простого метра на величину усадки сплава отливки. Угольником проверяют прямые углы и размечают перпендикулярные линии на брусках и досках, он состоит из колодки и вставленной в нее под прямым углом тонкой линейки. При пользовании угольником колодку прикладывают к плоскости заготовки, принятой за базу. Малка, металлическая или деревянная, служит для проверки различных углов и для разметки, состоит из колодки и линейки (пера), соединенной с колодкой шарнирным винтом. Рейсмус необходим для проведения параллельных линий на брусках и досках. В колодку рейсмуса вставлены два деревянных или металлических бруска, имеющие на концах металлические шпильки. При работе колодку прижимают к базовой плоскости доски, а каждый брусочек закрепляют на определенном расстоянии то плоскости колодки до металлической шпильки. При перемещении колодки металлическая шпилька наносит на поверхность доски риску. Кронциркулем измеряют наружные размеры тел вращения, а также толщину изделий, нутромером - диаметры отверстий, углубления и расстояния между отдельными частями модели. Штангенциркулем размечают окружности больших размеров.

10 Режущий и строгальный инструмент. При изготовлении моделей и стержневых ящиков используют строгальный и режущий инструмент: стамески, шерхебели, рубанки, фуганки, цинубели, сверла и приспособления для свертывания. Плоскими стамесками обрабатывают плоские и выпуклые поверхности. Полукруглыми стамесками вырезают внутренние кривые поверхности. Клюкарзами обрабатывают поверхности, которые невозможно обработать обыкновенными стамесками. С помощью долота получают углубления в моделях и стержневых ящиках. Шерхебель используют для грубой обработки древесины. В прорезь колодки шерхебеля вставляют под углом 45 0 пластину с лезвием полукруглой формы, закрепленную клином. Для получения более чистой поверхности применяют одинарные или двойные рубанки. Рубанками с двойными резцами обрабатывают торцовые и долевые поверхности заготовок. Плоскости длиной более 300 мм, когда нужно получить плоскую поверхность изделия, строгают фуганком. Устройство фуганка аналогично устройству рубанка. Формовочные материалы и смеси Общие сведения Формовочными материалами называются материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней. Формовочные материалы разделяют на исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы. Исходные формовочные материалы делятся на две группы: 1) основные огнеупорная основа смеси (кварцевый песок и т.д.), связующие материалы (глина, различные смолы, другие связующие вещества) ; 2) вспомогательные, например различные добавки (уголь, древесная мука, торф и т.д.), придающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства. Формовочные и стержневые смеси приготовляют из исходных формовочных материалов и из отработанных смесей (смеси, бывшие в

11 употреблении). Состав смесей зависит от назначения, способа формовки, рода заливаемого в форму металла. Вспомогательные формовочные составы - это материалы (краски, клеи, замазки), необходимые для отделки и исправления форм и стержней. Свойства формовочных смесей Для получения качественных форм, стержней и годных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать технологическими свойствами, отвечающими определенным требованиям. Для хорошего уплотнения формовочной смеси в опоке большое значение имеет пластичность смеси - способность деформироваться под действием приложенных внешних усилий или собственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность формовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность. Литейная форма должна обладать достаточной прочностью, чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать определенной прочностью - способностью сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает. Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку, качество и длительность перемешивания смеси в смесителях. С сыпучестью связана комкуемость - способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь должна иметь хорошую сыпучесть - минимальную комкуемость. Большое значение имеет поверхностная прочность - сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемостью. В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагреваются металлом до высоких температур, равных практически температуре металла,

12 поэтому формовочные материалы должны обладать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным материалам. Огнеупорность - способность смеси сопротивляться размягчению или расплавлению под действием высокой температуры жидкого металла - зависит от огнеупорности составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых смесей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь. В процессе заливки формы металлом органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки), сгорают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое количество паров. Способность смеси выделять газы при заливке называется газотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому она должна иметь достаточную газопроницаемость. Газопроницаемость - свойство смеси пропускать через себя газы зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газопроницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, угля, степени уплотнения и т.п. Чем больше пыли в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром газообразовании и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа превышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины. В процессе затвердевания и охлаждения размеры отливки уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препятствует усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь должно обладать податливостью - способностью сокращаться в объеме и перемещаться под действием усадки отливки. Высокая прочность и газопроницаемость формовочной смеси обеспечиваются однородностью равномерным распределением в формовочной смеси составляющих компонентов в результат тщательного перемешивания. Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилипаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее.

13 Гигроскопичность способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха - зависит от свойств связующей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым раковинам. Долговечность - способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси. Выбиваемость способность стержневой смеси легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки - зависит от количества песка, глины и вида связующего в стержневых смесях. Приготовление формовочных и стержневых смесей Формовочные и стержневые смеси приготовляют из свежих песчаноглинистых формовочных материалов, добавок и отработанной смеси. В зависимости от массы отливок расход формовочных смесей колеблется от 500 до 1300 кг, а свежих материалов от 500 до 1000 кг на 100 кг годных отливок. Технологический процесс приготовления формовочных смесей складывается из следующих основных операций: 1) предварительной обработки свежих формовочных материалов и добавок; предварительной обработки отработанной формовочной смеси; 3) приготовления смеси из предварительно подготовленных свежих и отработанных формовочных смесей, добавок и связующих. Предварительная обработка свежих формовочных материалов включает операции сушки песка, тонкого измельчения каменного угля, просеивания песка и угля. Отработанная смесь перед повторным использованием охлаждается, разрыхляется, подвергается магнитной сепарации и просеивается. Сушка песка и глины производится в различных печах(трубчатых, вертикальных и горизонтальных) и на плитах. Наиболее распространены вертикальные и горизонтальные сушильные печи. Вертикальные печи применяют для сушки кварцевых и малоглинистых песков. Для жирных же песков и глин их не применяют вследствие налипания материалов на диски и плужки. Широкое применение находят установки для сушки песка в кипящем слое. В механизированных цехах песок и глину сушат в барабанах с водяным

14 охлаждением песка после сушки. Свежий песок сушат при 250 С. Производительность таких сушил от 5 до 20 т/ч и выше. В последнее время стали применять установки с сушкой песка горячим воздухом. Песок из бункера загружают в трубу, в которую снизу подается воздух, нагретый до С. Сырой песок увлекается вверх со скоростью м/с и быстро высыхает. Производительность установки может доходить до 15 т/ч сухого песка. Сухую глину размалывают и просеивают до порошкообразного состояния. Глину размалывают в бегунах или же в шаровых мельницах. Тонкое размельчение глины и каменного угля достигается в шаровых мельницах. Шаровая мельница представляет собой металлический барабан, футерованный стальными плитками с зазорами между ними. Глину или каменный уголь загружают в барабан через воронку. При вращении барабана стальные шары, находящиеся внутри него, размалывают глину или уголь. Размолотый материал проваливается через зазоры между плитками и просеивается через сито. Готовый материал высыпают из барабана. Производительность шаровых мельниц кг/ч. Вместо сухой глины часто применяют глинистую и глиноугольную эмульсию (раствор глины или глины и угольного порошка в воде). При использовании эмульсии глину и бентонит можно не сушить и не молоть, в связи с чем отпадает ряд операций по подготовке и транспортировке этих материалов. Глинистая эмульсия должна иметь плотность 1,09 1,15 г/см 3, ее приготовляют следующим образом: в бак-мешалку с водой загружают глину и перемешивают в течение определенного времени до достижения эмульсией заданной плотности. Готовую эмульсию выпускают через вентиль бака-мешалки. Глиноугольную эмульсию приготовляют в баке-концентраторе, в который подают определенное количество глинистой и глиноугольной эмульсии. После наполнения бака-концентратора эмульсию перемешивают до нужной плотности (1,1-1,5 г/см 3) и затем специальными насосами-дозаторами автоматически подают в бегуны или смесители. Обработка отработанной формовочной смеси Отработанная формовочная смесь, выбитая из опок, перед повторным использованием должна быть предварительно переработана. В немеханизированных литейных цехах ее просеивают на обычном сите или на передвижной смесеприготовительной установке, где происходит отделение металлических частиц и других посторонних примесей. В механизированных цехах отработанная смесь подается из-под выбивной решетки ленточным транспортером в смесеприготовительное отделение. Крупные комки смеси, образующиеся после выбивки форм, обычно разминают гладкими или рифлеными вальцами. Металлические частицы отделяют магнитными

15 сепараторами, установленными на участках передачи отработанной смеси с одного транспортера на другой. Регенерация (восстановление) заключается в извлечении песка из отработанных смесей и приведении его свойств в соответствие с установленными техническими требованиями на формовочные пески. В зависимости от условий работы цеха регенерацию отработанной смеси производят различными способами: мокрым, электрокоронным и специальным для смесей, приготовленных на жидком стекле. Мокрый способ регенерации применяют главным образом в цехах, имеющих гидравлические или пескогидравлические установки для очистки отливок. При мокром способе зерна песка с помощью воды отмываются от глины и мелкой пыли, которые потоком воды уносятся в отстойники и далее в отход. Промытый и обеспыленный песок оседает на дно сборника, откуда грейфером подается в сушильную печь, а затем просеивается и используется для приготовления формовочных смесей. При электрокоронной регенерации отработанная смесь разделяется на частицы разных размеров с помощью высокого напряжения. Песчинки, помещенные в поле электрокоронного разряда, заряжаются отрицательными зарядами. Если электрические силы, действующие на песчинку и притягивающие ее к осадительному электроду, больше силы тяжести, то песчинки оседают на поверхности электрода. Изменяя напряжение на электродах, можно разделять песок, проходящий между ними, по фракциям. Регенерация формовочных смесей с жидким стеклом осуществляется специальным способом, так как при многократном использовании смеси в ней накапливается более 1 1,3% щелочи, что увеличивает пригар, особенно на чугунных отливках. Во вращающийся барабан установки для регенерации подают одновременно смесь и гальку, которые, пересыпаясь с лопастей на стенки барабана, механически разрушают пленку жидкого стекла на зернах песка. Через регулируемые жалюзи в барабан поступает воздух, отсасываемый вместе с пылью в мокрый пылеуловитель. Затем песок вместе с галькой подают в барабанное сито для отсеивания гальки и крупных зерен с пленками. Годный песок из сита транспортируют на склад. Приготовление формовочных и стержневых смесей Очень важными операциями являются увлажнение и перемешивание смеси. Тщательное перемешивание смеси необходимо для равномерного распределения ее составляющих. При перемешивании глина и связующее обволакивают зерна песка, комья отдельных составляющих разрушаются и равномерно распределяется влага. Хорошо перемешанная смесь обладает максимальной прочностью и газопроницаемостью. Для перемешивания смеси применяют лопастные смесители или бегуны.

16 Лопастной смеситель - это машина непрерывного действия, он может быть встроен в автоматизированную смесеприготовительную систему. Смеситель часто применяют для приготовления смесей с низким содержанием глины (наполнительных смесей, сыпучих и т.д.) или смесей с жидкими связующими. Смеси с высоким содержанием глины в лопастном смесителе плохо перемешиваются и поэтому обладают низкими технологическими свойствами. Такие смеси обычно приготовляют в катковых смесителях-бегунах. Порядок загрузки составляющих смеси. Сначала загружают сухие материалы: песок, глину и отработанную формовочную смесь. Сухую смесь перемешивают примерно 1-3 минуты и затем увлажняют. В случае применения глинистой эмульсии (раствора глины в воде или же глиноугольной эмульсии) влажность регулируют добавлением раствора эмульсии и воды. После увлажнения смесь еще раз перемешивается в течение нескольких минут. Связующие обычно загружают последними. Продолжительность перемешивания составляет для смеси: наполнительной 2-3 мин, 3-5 минут и облицовочной 5 10 мин. Для быстросохнущих облицовочных смесей особое значение порядок загрузки и продолжительность перемешивания смесей. Обычно быстросохнущие смеси приготовляют в смешивающих бегунах. При приготовлении этих смесей сначала в бегуны загружают сухие материалы (отработанную смесь, песок, добавки и пр.) и перемешивают в течение 5 минут, затем вводят связующее и воду, все перемешивают еще 7 10 мин. Готовая смесь должна вылежаться перед употреблением в течение нескольких часов для равномерного распределения в ней влаги. При приготовлении быстросохнущих смесей с жидким стеклом сначала загружают песок, глину и перемешивают 2-3 мин, потом добавляют едкий натр и смесь еще раз перемешивают 3-4 минуты, затем вводят жидкое стекло и опять перемешивают минут. После этого добавляют мазут и снова перемешивают в течение 4-5 минут. Изготовление форм Общие сведения Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Он осуществляется в формовочных отделениях литейного цеха. Стержни изготовляют в стержневом отделении и подают на сборке формы в формовочное отделение. Изготовление форм, стержней и сборка формы - наиболее ответственные этапы производства отливок. Более 80% отливок получают в разовых литейных формах, так как стоимость их изготовления достаточно низкая, вместе с тем в них можно получить практически любую по

17 конфигурации, сложности и массе отливку из наиболее распространенных черных и цветных сплавов. Применяют следующие способы формовки: 1) в почве и кессонах; 2) в опоках; 3) безопочную; 4) по шаблону; 5) по скелетным моделям и контрольным сечениям; 6) в стержнях; 7) с применением быстротвердеющих смесей. В зависимости от степени механизации процесса изготовления форм различают три вида формовки: ручную, машинную и автоматическую. На машиностроительных заводах ручную формовку применяют для получения одной отливки или нескольких, например в условиях опытноэкспериментального производства, при изготовлении уникальных отливок, а также для ремонта. Машинную формовку применяют в условиях серийного и массового производства отливок или для автоматизации процесса изготовления форм какой-либо одной отливки (специализированные автоматы). Инструмент для ручной формовки При изготовлении и отделке литейных форм применяют разнообразный инструмент. В зависимости от назначения его можно разделить на две группы. Первая группа - это инструменты, применяемые для наполнения опоки смесью, уплотнения смеси и вентиляции формы (лопаты, сита, трамбовки, ручные и пневматические трамбовки, вентиляционные иглы и т.д.), а также для проверки положения модели в горизонтальной плоскости (уровень или ватерпас) Вторая группа - это инструменты, предназначенные для извлечения модели из формы и отделки формы (кисти пеньковые и щетки, подъемы резьбовые и винтовые, крюки, молотки, тяжелые и легкие гладилки, крючки с лезвием разных размеров, ланцеты, ложечки, полозки разных профилей). Опоки Формы в литейном производстве изготовляют в основном в опоках. Опоками называют жесткие рамки (прямоугольные, квадратные, круглые, фасонные) из чугуна, стали, алюминиевых сплавов, предохраняющие песчаную форму от разрушения во время ее сборки, транспортировки и заливки. Опоки изготовляют из чугуна марок СЧ 15-32, СЧ и стали марок 20Л, 25Л и 30Л. Наиболее совершенными считают литые и сварные стальные опоки, так как они прочнее чугунных. Обычно форму изготовляют в двух опоках - верхней и нижней. Поверхности опок, которые обращены друг к другу при сборке (плоскости

18 разъема), строгают, а иногда шлифуют для того, чтобы обеспечить плотность прилегания полуформ. Для транспортировки и перевертывания опок в процессе формовки (на малых опоках) предусмотрены ручки, на больших (крановых) - цапфы. В стенках опоки делают вентиляционные отверстия для выхода газов, образующихся при заливке формы. Формовочная смесь в опоках больших размеров удерживается ребрами-крестовинами (шпонами). Формовка в опоках В литейном производстве широко распространена формовка в опоках главным образом по разъемным моделям, причем формовку чаще всего осуществляют в двух и реже в трех и более опоках. При формовке в опоках отливки получаются более точные, чем при формовке в почве, так как опоки центрируются при помощи штырей. Формовка в опоках является более производительной, чем формовка в почве. Применяют несколько способов формовки: 1) в двух опоках; 2) с подрезкой; 3) с фальшивой опокой; 4) с перекидным болваном; 5) в нескольких опоках; 6) по модели с отъемными частями. Формовка в двух опоках по разъемной модели Процесс изготовления формы начинают с установки модели или ее половины на модельную плиту. Затем на плиту устанавливают пустую нижнюю опоку и поверхность модели смачивают смесью керосина с мазутом или припыливают мелким песком. После этого через ручное сито просеивают облицовочную смесь. Толщина слоя облицовочной смеси для мелких отливок мм, а для крупных мм. При формовке крупных отливок с высокими отвесными стенками облицовочную смесь просеивают через сито только для покрытия горизонтальной плоскости модели. Обкладку отвесных стенок производят той же облицовочной смесью. В опоку засыпают наполнительную смесь и ее уплотняют. Для достижения равномерной плотности формы наполнительную смесь засыпают в опоку слоями (57-75 мм) и уплотняют ручной или пневматической трамбовкой. При уплотнении нельзя ударять трамбовкой по модели, так как формовочная смесь в местах удара будет сильно уплотнена и в отливках могут образоваться газовые раковины. Особенно тщательно следует уплотнять смесь в углах и у стенок опоки. Излишек формовочной смеси после уплотнения сгребают линейкой вровень с кромками опоки и душником прокалывают вентиляционные каналы так, чтобы душник не доходил до модели на мм. Затем опоку вместе с модельной плитой поворачивают на и устанавливают вторую половину модели.

19 Чтобы устранить прилипание формовочной смеси верхней полуформы к нижней, плоскость разъема нижней полуформы присыпают сухим разделительным песком. Этот песок сдувают с поверхности модели сжатым воздухом. Верхнюю опоку ставят на нижнюю и через сито насыпают на модель слой облицовочной смеси, устанавливают модель стояка и насыпают наполнительную смесь. После этого уплотняют смесь. Излишки смеси сгребают и делают наколы душником. Форму раскрывают и смачивают ее поверхность вблизи модели водой. Для предупреждения ухода жидкого металла из формы при заливке по сырому на плоскости разъема формы делают риски (подрезки) вокруг модели на расстоянии мм от нее. При заливке металла в сухие формы и особенно при неудовлетворительном состоянии опок в большинстве случаев на плоскость разъема формы кладут тонкий слой глины, который при спаривании полуформ полностью исключает провыв металла их формы. Модели не следует располагать близко к раю опоки; расстояние от модели до стенки опоки должно быль не менее мм в зависимости от массы отливки и габаритных размеров опоки. В модель ввертывают или забивают подъем. Затем ее слегка расталкивают ударами молотка по подъему и извлекают их формы. Так же извлекают модели элементов литниковой системы, стояка, выпора, питателя. Небольшие модели вынимают из формы вручную, а крупные - краном. Извлечение модели из формы является ответственной операцией, и производить ее нужно очень осторожно, чтобы не разрушить форму. Сильно расталкивать модель не рекомендуется, так как при этом отливки получаются с увеличенными размерами и массой. После извлечения модели поверхность формы отделывают. Поврежденные места формы исправляют гладилками, ложечками, ланцетами и т.д. Некоторые части формы укрепляют шпильками. Отделанную форму, изготовленную посырому, перед сборкой присыпают порошкообразным графитом или древесноугольным порошком. При формовке по-сухому поверхность формы не припыливают, а окрашивают. Формы обычно окрашивают после сушки, когда форма еще не остыла. Иногда формы красят 2 раза: до и после сушки. Затем устанавливают стержень и собирают форму.

20 Формовка в двух опоках по неразъемной модели Небольшую крышку получают по деревянной неразъемной модели. Сначала формуют нижнюю опоку. На деревянную плиту устанавливают модель и нижнюю опоку, а затем насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Опоку с плитой переворачивают на 180 0, устанавливают верхнюю опоку и модели литниковой системы, и также насыпают в верхнюю опоку формовочную смесь и уплотняют. После этого поднимают верхнюю полуформу, переворачивают ее на и извлекают модели их формы. Затем форму отделывают, собирают и заливают металлом. Машинная формовка Машинную формовку применяют главным образом в серийном и массовом производстве и значительно реже в мелкосерийном и единичном производстве. Машинную формовку осуществляют, как правило, в двух опоках, исключение составляет формовка в стопку и безопочная формовка. Форма обычно состоит из двух полуформ - верхней и нижней. При изготовлении форм на машинах необходимо иметь модели, модельные плиты, спаренные стальные опоки, штыри. В массовом и крупносерийном производстве применяют металлические модели, в серийном производстве - деревянные модели, укрепленные на координатных плитах. Во всех случаях формовку на машинах осуществляют по моделям, смонтированным на металлических плитах, что повышает точность отливок, а механизация основных операций (уплотнения формы и извлечения модели) полностью освобождает формовщиков от трудоемких ручных операций. Машинная формовка по сравнению с ручной имеет ряд преимуществ: высокая производительность, точность отливок и, как следствие, меньшие припуски на механическую обработку, равномерность уплотнения формы, возможность выполнения работы формовщиками более низкой квалификации. Точность размеров отливок при машинной формовке обеспечивается применением более точных (с меньшими уклонами) моделей, заменой операции расталкивания моделей вибрацией при их извлечении из формы, хорошим центрированием опок. Для машинной формовки используют три типа модельных плит: односторонние - на одной плите смонтирована нижняя часть модели, а на другой - верхняя часть модели; 2) двусторонние - на одной стороне плиты смонтирована модель верха, а на другой - низа (формовка на одной машине) ; реверсивные - нижнюю и верхнюю опоки формуют на одной плите, а при сборке верхнюю опоку поворачивают на

21 Постоянное крепление моделей к плитам используют в массовом и крупносерийном производстве. Сборные модельные плиты, состоящие из вкладышей с моделями, применяют в мелкосерийном производстве; координатные модельные плиты - в единичном и мелкосерийном производстве. Координатные плиты имеют отверстия для установки модели и определения правильности ее положения. Отверстие на плите обозначают шифром, состоящим их буквы и цифры. С помощью этого шифра устанавливают модели на плите. Технологический процесс изготовления литейных форм на машинах складывается из ряда операций. Основные операции - уплотнение формовочной смеси в опоке и извлечение модели из формы определяют качество будущей отливки: наличие в ней засоров, газовых раковин, трещин; правильность геометрии; чистоту поверхности. Вспомогательные и транспортные операции - установка пустой опоки на машину, опрыскивание и обдувка модельной плиты, засыпка формовочной смеси в опоку, транспортировка готовых форм - выполняются специальными вспомогательными и транспортными механизмами машины. В зависимости от степени механизации вспомогательных и транспортных операций различают: 1) механизированную формовку, когда рабочий вручную управляет работой механизмов, выполняющих основные, вспомогательные и транспортные операции, и 2) автоматическую формовку, когда работой механизмов управляет машина. Наиболее трудоемкими и ответственными являются операции уплотнения литейной формы и извлечения модели. Существует несколько способов уплотнения формовочных смесей на машинах: прессованием, прессованием с вибрацией, встряхиванием, встряхиванием с подпрессовкой, пескометом, прессово-пескодувный.

22 Литниковые системы Одним их важнейших условий получения качественной отливки является правильное устройство литниковой системы. Литниковая система служит для плавного подвода жидкого сплава в полость литейной формы и питания отливок в процессе кристаллизации. Место подвода сплава к отливке во многом определяет ее плотность, внешний вид и образование различных литейных пороков. Выбор литниковой системы, обеспечивающей получение отливок хорошего качества, является наиболее сложной частью литейной технологии. Поэтому формовщик, мастер и технолог при выборе литниковой системы должны учитывать особенности литейной технологии. Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям: 1) обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания; 2) способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (засоров, ужимин, шлаковых включений и др.) ; 3) способствовать направленному затвердеванию отливки; 4) расход металла на литниковую систему должен быть минимальным. Литниковая воронка для мелких отливок и литниковая чаша-резервуар для крупных отливок предназначены для приема струи металла, вытекающего из ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с металлом в чашу. При полной до краев чаше в стояк поступает чистый металл, а легкий шлак находится наверху. Кроме того, обеспечивается непрерывная подача металла в форму при одном и том же напоре. Для задержания шлака отверстия стояков иногда закрывают чугунными пробками, тонкими жестяными пластинками. Пробки открывают после того, как вся чаша заполнится металлом, пластинки же расплавляются горячим металлом. Форму необходимо заполнять металлом по возможности быстро, при этом металл должен иметь достаточную температуру. Во время заливки металла литниковая чаша обязательно должна быть полной. При недостаточно большой глубине металла в чаше образуется воронка, через которую воздух и шлак, плавающий на поверхности металла, могут попасть в стояк и затем в отливку. Для мелких отливок, особенно в условиях массового производства, шлак в чаше задерживают фильтровальными сетками, которые изготовляют из стержневой смеси. Стояк - вертикальный канал, передающий металл их воронки к другим элементам литниковой системы. Его выполняют несколько суживающимся книзу для удобства формовки и обеспечения гидравлического напора в литниковой системе. Конусность стояка 2-4%. При изготовлении крупных отливок стояк и другие элементы литниковой системы часто выполняют из стандартных шамотных трубок-кирпичей.

23 Шлакоуловитель служит для задержания шлака и передачи из стояка металла, свободного от шлака, к питателям; располагается в горизонтальной плоскости. Обычно шлакоуловитель выполняют в верхней полуформе, а питатели - в нижней. Поперечное сечение шлакоуловителей делают трапецеидальным. В процессе заполнения формы металлом для лучшего задержания шлака шлакоуловитель должен быль обязательно заполнен металлом. Это обеспечивается соответствующим соотношением сечений стояка, шлакоуловителя и питателя. Если расход металла через стояк больше расхода через питатели, то шлакоуловитель заполняется металлом и шлак, всплывая, задерживается в нем. Если расход через стояк меньше расхода через питатели, то шлакоуловитель будет незаполненным и шлак попадает в отливку. Таким образом, для задержания шлака сечение стояка должно быть больше сечения шлакоуловителя, а сечение шлакоуловителя больше суммарного сечения питателей. Такую литниковую систему называют запертой. Питатели (литники) - это каналы для подачи жидкого металла непосредственно в полость формы. Сечение питателей должно быть такой конфигурации, чтобы металл плавно поступал в полость формы, мало охлаждался на пути от шлакоуловителя к отливке, а после затвердевания ее питатели легко отламывались от отливки. Практикой установлено, что наилучшая конфигурация поперечного сечения питателей - трапеция с переходом в широкий прямоугольник в месте сопряжения с отливкой. Для лучшего отделения питателей от отливок, в случае если толщина ее тела меньше полуторной высоты питателя в месте его подвода к отливке, на питателях на расстоянии 2-2,5 мм от отливки делают пережим. Выпоры служат для вывода газов из полости формы и для питания отливки. Они же уменьшают динамическое давление металла на форму и сигнализируют о конце заливки. В зависимости от величины формы ставят один или несколько выпоров. Сечение выпора в основании обычно составляет 1/2-1/4 сечения стенки отливки. Выше основания сечение выпора увеличивается. К числу элементов литниковой системы, обеспечивающих питание отливки жидким металлом в процессе ее затвердевания, относятся питающие выпоры и прибыли. Прибыли и питающие выпоры применяют для отливок из белого низкоуглеродистого, высокопрочного чугуна, а также для толстостенных отливок из серого чугуна. Они служат для питания утолщенных мест отливки, застывающих последними. Прибыли располагают так, чтобы металл в них застывал последним. Толщина прибыли должна быть больше толщины того места отливки, над которым ее ставят. Прибыли больших размеров экономически невыгодны, так как увеличиваются расход металла на прибыли и себестоимость обливок.

Лабораторная работа 1 Изготовление отливок в песчаных формах способом ручной формовки Цель работы: Овладение техникой ручной формовки при изготовлении отливок в песчаных формах и оценка качества отливки

Н. К. Джемилев Н. С. Черемных ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Екатеринбург 2012 МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра технологии

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет

Изучение процесса изготовления песчаноглинистых форм Авторы: доц. Тарабанова В.П. учеб. мастер. Ляпин А.А. ЛИТЕРАТУРА: Трухов А.П. «Литейные сплавы и плавка», 2005 г. Изучение процесса изготовления песчано-глинистых

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 «Разработка технологического процесса изготовления отливки в песчаной форме» Введение Литейным производством называется способ изготовления изделий различной конфигурации и назначения

Федеральное агентство по образованию Уральский государственный технический университет УПИ М. В. Белоусов Литье и обработка цветных металлов и сплавов Учебное электронное текстовое издание Подготовлено

Лабораторная работа 3 ПОЛУЧЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОРМАХ Цель работы ознакомление с процессом изготовления песчано-глинистой формы, заливкой ее металлом и выбивкой отливок. Краткая теоретическая

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) В.Б. БЕЗРУК, Л.П. МАСЛАКОВА МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО к практической работе «Литье в песчаные формы» МОСКВА 1996 1. ЦЕЛЬ

Поток 21 МС Lect 8_21MC_LV_TVP_2017 План лекции 1. Последовательность изготовления многослойной оболочковой формы 2. Формовка в холодном и горячем состоянии 3. Контроль технологических свойств оболочковых

ПОЛУЧЕНИЕ ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК В РАЗОВЫХ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОРМАХ Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Технология конструкционных материалов» Омск 2012 1 Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет» Металлургический институт Методические указания

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет Саначева Г.С. Степанова Т.Н. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК Вопросы для подготовки к экзамену Красноярск 2012 Список вопросов

Практическая работа 1 Литье в песчано-глинистые формы Цель работы изучение технологии изготовления отливки в песчаноглинистой форме, ознакомление с основными элементами литейного производства, освоение

Министерство образования и науки Российской Федерации С.П. Казанцев, Е.Л. Фурман ФОРМОВОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА Учебное электронное текстовое издание Учебно-методическое пособие содержит краткие

Н.К. Джемилев В.В. Илюшин РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОРМАХ Екатеринбург 2012 24 МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра

УДК 620.22:621.74.043.1 Анализ процесса литья в многократно используемую металлокерамическую форму Г.П.Уляшева 1, О.О.Субханкулова 1, К.Н.Пантюхова 1 1 Омский государственный технический университет, г.омск,

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курганский государственный университет» Кафедра

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Общее материаловедение и технологии материалов» и «Технология конструкционных материалов» ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВКИ В ПАРНЫХ ОПОКАХ Новосибирск

ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК БЕЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ 1 Ромашкин В.Н., Нуралиев Ф.А., Степашкин Ю.А., Валисовский И.В. Достаточно очевидно, что отливки, поступающие в механосборочное

Http://www.bntu.by/mtf.html Примерная программа вступительного испытания по учебному предмету МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ для абитуриентов, поступающих на сокращенный срок обучения в БНТУ,

ООО «ВСЗ» 610014, г. Киров СТАНОК СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ФРЕЗЕРНЫЙ МОДЕЛЬ СФ 676 СФ676 250/3 40АТ5 0 0 ШВП 250/4 М Ф2 300/5 КМ4 О Ф3 ТР РУКОВОДСТВО ПО МОНТАЖУ 2018 г. ТРАНСПОРТИРОВКА И РАСПАКОВКА СТАНКА. Для

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Учебно-технологический практикум по литейному производству Учебное пособие Под редакцией В.Д. Винокурова, А.В. Козлова Рекомендовано

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Технологии металлов» ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ. ТЕХНОЛОГИЯ

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тихоокеанский государственный университет ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ В РАЗОВЫЕ ФОРМЫ ПО ПОСТОЯННЫМ

1 Лабораторная работа 4 Центробежное литье Цель работы: Ознакомление с центробежным литьем. 1. Введение 1.1. Сущность метода Центробежным литьем называется способ получения отливок в металлических формах,

ГОСТ 16818 85 М Е Ж Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т ФОРМА ПЕСЧАНАЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕРОГО ЧУГУНА С ПЛАСТИНЧАТЫМ ГРАФИТОМ РАЗМЕРЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ

При выборе связки абразивного инструмента следует учитывать, что каждый вид связки имеет свои особенности и преимущества, что определяет режущие свойства инструмента, а следовательно, и область его применения.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ» Кафедра «Технология конструкционных

Е.Н. Чернова Дополнительные материалы по теме «Столярные соединения» При изготовлении многих изделий их древесины применяют различные столярные соединения: сращивание по длине деталей, примыкающих друг

Министерство образования и науки Российской Федерации Томский государственный архитектурно-строительный университет ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЗЕМЛЯНОЙ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ Методические указания к лабораторной работе Составители

ГОСТ 16818-85 М Е Ж Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т ФОРМА ПЕСЧАНАЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕРОГО ЧУГУНА С ПЛАСТИНЧАТЫМ ГРАФИТОМ РАЗМЕРЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ

Предпосылки к созданию изобретения Настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа литья объектов, а более конкретно способа литья вагонных (железнодорожных) колес, с использованием стояка усовершенствованной

3.5. Процессы свободной ковки и штамповки Ковка вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента бойков. Нагретую заготовку 1 (рис. 3.5.1,

Контрольная тестовая работа по технологии 5 класс, вариант для мальчиков. 1 вариант 1. Как называется профессия рабочего, занятого ручной обработкой древесины? А) столяр; Б) кузнец; В) токарь. 2. В предмете

Министерство образования и науки Российской федерации Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный технический университет

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Технология машиностроения» Н. А. Михайлова О. М. Михайлова ЛИТЬЁ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ Екатеринбург

Www.sinto.com Сейатсу-процесс уплотнения форм воздушным потоком и последующим прессованием Сейатсу-процесс лёгкий процесс для изготовления хороших форм. Последовательность процесса по Сейатсу Уплотнение

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Кафедра «Литейно-металлургические

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ С ШИПАМИ ПРОУШИНАМИ (ГНЕЗДАМИ). РАЗМЕТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШИПОВ И ПРОУШИН. Презентацию составила учитель технического труда ГОУ СОШ 380 Красносельского района г.санкт-петербурга Турова

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет Саначева Г.С. Степанова Т.Н. Гильманшина Т.Р. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК Лабораторный практикум Красноярск 2012 СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа 2 МЕТОДЫ РАСЧЕТА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ШИХТЫ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ В ВАГРАНКЕ Цель работы научиться рассчитывать металлическую часть шихты для чугунного литья заданного химического

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК B02C 17/00 (2006.01) 173 347 (13) U1 R U 1 7 3 3 4 7 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)

Лабораторная работа 3 Исследование точности отливок Цель работы: Оценка линейной усадки и точности размеров отливок в зависимости от способа литья и формы отливки 1. Введение Точность размеров и качество

6.2. Шлифование Шлифование процесс обработки заготовок деталей машин резанием с помощью абразивных кругов. Абразивные зерна расположены в шлифовальном круге беспорядочно и удерживаются связующим материалом.

Контрольная работа

Технология литейного производства

2.Основные дефекты отливок

6. Литье в кокиль

7. Центробежное литье

Литература

1. Технологические понятия в литейном производстве

Литейное производство – отрасль машиностроения, изготовляющая заготовки заливкой расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию отливки. При охлаждении залитый металл затвердевает и воспринимает конфигурацию полости формы.

Полученная после затвердевания металла заготовка называется отливкой. Отливка может быть или вполне законченным изделием, или подвергаться в дальнейшем механической обработке.

Литейные формы, используемые только один раз и разрушаемые при извлечении из них отливок (песчано-глинистые, оболочковые со смоляным связующим, неразъемные керамические и др.), называются разовыми. Полупостоянные формы, изготавливаемые из высокоогнеупорных материалов (гипса, цемента, графита и д.), выдерживают 3…100 и более заливок металла.

Разовые и полупостоянные литейные формы изготавливают по приспособлениям, называемым моделями. Процесс изготовления таких форм называется формовкой.

Модель по своей внешней конфигурации соответствует получаемой отливке и отличается большими размерами, учитывающими усадку металла и припуски на механическую обработку. В модели возможно наличие стержневых знаков.

Конфигурация модели должна обеспечивать легкость выемки ее из формы ; поверхность моделей тщательно обрабатывают, чтобы обеспечить получение чистых поверхностей формы. Модель должна быть прочной, не изменяться в размерах. Модели изготовляют из металлов и сплавов, дерева, гипса, пластмассы, из легкоплавких органических материалов.

Стержнем называют часть литейной формы, предназначенную для получения внутренних полостей в отливке.

Стержневыми знаками называют выступающие по модели части, не образующие конфигурацию отливки, а служащие для образования углублений в форме, в которые устанавливают стержни при сборке формы.

Литниковая система служит для запивки металла в полость формы с определенной последовательностью и скоростью заполнения, а также для питания отливки в процессе ее затвердевания.

Подготовка металла . В литейном производстве применяют жидкий сплав (расплав) и для подготовки его используют различные плавильные агрегаты.

Для получения отливок ответственного назначения используют в основном электропечи различного типа. Большое применение находят печи индукционные, электродуговые и печи сопротивления. Широко используются плавка и разливка в условиях вакуума (например, при получении отливок из титановых сплавов).

2.Основные дефекты отливок

Усадочные раковины – закрытые полости, большей частью окисленные, в отливках с шероховатой поверхностью (Рис. 1). Образуются усадочные раковины вследствие недостаточного питания отливки в местах скопления металла, неправильной конструкции отливки и литниковой системы. Устраняются усадочные раковины с помощью прибылей, которые затвердевают в последнюю очередь, в результате чего усадочные раковины выводятся в прибыль Затем он удаляется.

Рис. 1. Усадочная раковина в отливке и способ ее устранения

Горячие трещины – сквозные и несквозные разрывы в теле отливки. Они возникают обычно в местах перехода от тонкого сечения к толстому, в местах резких переходов сечения под прямым или острым углом (Рис. 2, а ), а также в том случае, если форма или стержень препятствуют усадке отливки (Рис. 2, б ).

Газовые раковины – полости в отливке округлой формы с гладкой поверхностью, размером от 1 до 10 мм, возникают при низкой газопроницаемости формы, при неправильно построенной литниковой системе.

Недоливы и спай (Рис. 3) образуются от неслившихся потоков металла, потерявших жидкотекучесть и затвердевших до заполнения формы.

Пригар – взаимодействие литейной формы и залитого металла при недостаточной ее огнеупорности и высокой химической активности.

Перекос (Рис. 4) в отливке образуется при небрежной сборке формы.

3. Технология получения отливок в песчано-глинистых формах

Способ литья в песчано-глинистые формы – один из древнейших способов, В модернизированном виде, за счет совершенствования составов формовочных смесей, этот способ находит применение в авиа- и кораблестроении.

Песчано-глинистые формы имеют разовое назначение.

Литейная песчано-глинистая форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость (Рис. 4, а ) заливаемую расплавленным металлом. Для образования отверстий и других сложных очертаний в отливке применяют литейные стержни, которые фиксируются в литейной форме при помощи знаков, входящих в соответствующие впадины в полости формы. Литейные стержни изготовляют в стержневых ящиках (рис 4, б ) из специальных песчаных стержневых смесей с помощью машин, которые выполняют основные операции в процессе изготовления стержня: уплотнение смеси и извлечение стержня из ящика. Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы и обеспечения ее заполнения и питания отливок при затвердевании изготавливают литниковую систему. Процесс изготовления литейных форм с помощью модели называют формовкой.

б в

Рис. 5. Общий вид песчано-глинистой формы (а), стержня (б) и модели (в)

Модели делают металлические или деревянные, с плоскостью разъема (рис 5, в ) Разъем модели совпадает с плоскостью разъема формы. При этом способе литейная форма в основном получается разъемной. (рис 5, а ).

Литейная форма должна обладать:

а) прочностью – способностью выдерживать силовые нагрузки, возникающие при заливке расплавленного металла;

б) газопроницаемостью – способностью пропускать газы, пар, находящиеся и образующиеся в литейной форме при заливке расплавленного металла;

в) податливостью – способностью уменьшаться в объеме под действием усадок отливки при ее охлаждении;

г) огнеупорностью – способностью не расплавляться под действием тепла расплавленного металла.

Для изготовления литейных форм применяют формовочные смеси.

Формовочные смеси при изготовлении формы примыкают к модели и образуют соприкасающийся с жидким металлом рабочий слой формы. Свойства формовочных смесей зависят от их состава. В состав формовочных смесей входят огнеупорные материалы – кварцевые Si О 2 , или цирконовые ZrO 2 Si О 2 , пески, являющиеся основой формы, глина как связующее и специальные добавки, улучшающие характеристики смесей.

Формы можно изготовлять ручным способом для получения очень сложных единичных отливок. На современных машиностроительных заводах массового и крупносерийного производства песчано-глинистые формы изготовляют на формовочных машинах в опоках на специальных модельных плитах (рис 5, оформляющих разъем литейной формы, несущих на себе различные части модели (модель отливки 1 и модели литниковой системы 2, 3) и служащих для набивки оной из парных опок. Современные формовочные машины обычно механизируют по двум основным операциям в процессе изготовления форм: уплотнение формовочной смеси в опоке и извлечение модели из формы. По методу уплотнения смеси формовочные машины подразделяются на встряхивающие, прессовые, встряхивающие с подпрессовкой и пескометы. По способу удаления модели из формы они подразделяются на машины с поворотной плитой, со штифтовым подъемом с перекидным стоном и с протяжной плитой.

Изготовление форм на прессовых машинах (Рис. 7) осуществляется в такой последовательности: на модельную плиту 4 , прикрепленную к столу машины, устанавливают опоку 5, а на опоку – наполнительную рамку 6 . Опока с наполнительной рамкой заполняется формовочной смесью. Над наполнительной рамкой на траверсе устанавливается прессовая колодка 7. В прессовый цилиндр 1 подается под давлением сжатый воздух. Прессовый поршень 2 поднимается вверх навстречу прессовой колодке 7, которая входит внутрь наполнительной рамки в опоку, После снятия давления поршень вместе со столом и опокой опускается вниз. Затем опока с помощью съемного механизма 3 поднимается вверх с модельной плиты.

Рис. 6. Специальная модельная плита

Рис. 7. Прессовая машина для изготовления песчано-глинистых форм

На прессовых машинах изготовляют полуформы высотой не более 200 мм, так как при больших высотах не обеспечивается равномерная
плотность формы. Полученные формовкой полуформы спариваются, предварительно устанавливаются стержни, если они необходимы. Собранные формы заливают жидким металлом. Для заливки сплава применяют литниковую систему. В литейных цехах индивидуального я мелкосерийного производства формы заливают на формовочном плацу, располагая их в ряд. В крупносерийном и массовом производстве формы заливают на рольганговых транспортерах. В последнее время для изготовления форм и заливки металла применяют автоматизированные линии. Приготовление литейных сплавов связано с процессом плавления различных шихтовых материалов. Для выплавки стали нашли широкое применение индукционные высокочастотные печи, позволяющие нагревать металл до высоких температур, создавать вакуум, получать металл высокого качества. В песчано-глинистые формы практически возможно заливать широкую гамму сплавов и получать отливки неограниченной массы и любых размеров.

Для плавки алюминиевых сплавов широко применяют тигельные печи сопротивления, которые могут быть поворотными и стационарными, а также высокопроизводительные индукционные двухканальные печи с металлическим сердечником (металлическим сердечником является сам расплав), в которых металл получается более высокого качества, чем при плавке печах другого типа. Плавка алюминиевых сплавов имеет ряд трудностей из-за сильного окисления их и насыщения газами. Существует несколько способов подготовки металла, обеспечивающих получение качественных отливок из алюминиевых сплавов: плавка под слоем флюса, рафинирование жидкого расплава нейтральными газами либо солями. При газовом рафинировании после расплавления алюминиевого сплава при температуре 660…680°С его рафинируют хлором. Рафинирование осуществляют продуванием через сплав хлора в течение 5…15 минут.

Кроме хлора для газового рафинирования можно применять азот, аргон.

Отрафинированный металл заливают в подготовленную литейную форму. После заливки и охлаждения металла отливку извлекают (выбивают), при этом форма разрушается. Отливка извлекается из формы либо вручную, либо механически, либо автоматически в зависимости от характера производства.

В дальнейшем отливку очищают в очистных барабанах или дробеметных устройствах камерного или барабанного типа. Обрубку и зачистку отливок от остатков питателей, заусенцев, заливок производят абразивными кругами на абразивных прессах.

4. Структура литниковой системы

Литниковой системой называют совокупность каналов и резервуаров, по которым жидкий металл из ковша поступает в полость формы (Рис. 8).

Рис. 8. Схема литниковой системы

Литниковая чаша (2) – резервуар, предназначенный для приема жидкого металла и передачи его в стояк 3.

Стояк (3) – вертикальный (иногда наклонный) канал круглого, овального или иного сечения, предназначенный для передачи металла из чаши к другим элементам литниковой системы.

Шлакоуловитель (1) – канал, в котором задерживается шлак и неметаллические включения, увлекаемые жидким металлом в форму. Для предупреждения попадания шлака в полость формы во время заливки ее чаша должна быть постоянно заполнена до краев. Это способствует всплыванию шлака и препятствует его попаданию в полость формы. Однако часть шлака все же может увлекаться жидким металлом. Для предотвращения попадания его в форму служит шлакоуловитель. Шлак, имея значительно меньшую полость, чем металл, всплывает в верхнюю часть шлакоуловителя и задерживается в нем, а чистый металл из нижней части шлакоуловителя через питатель поступает в полость формы. Чтобы шлак хорошо задержался, питатели обычно располагают ниже шлакоуловителя.

Шлакоуловитель применяется при тяжелых металлах, для которых характерна высокая скорость всплывания шлаков. Для легких сплавов необходим коллектор – распределитель, так как плотность заливаемого металла близка к плотности шлаков и скорость всплывания шлаков незначительна.

Питатели (литники) (4) – каналы, предназначенные для передачи металла непосредственно в полость формы.

Литниковые системы делят на следующие наиболее распространенные типы (обозначения на Рис. 9 соответствуют Рис. 8):

Рис. 9. Наиболее распространенные типы литниковых систем

1) верхняя (Рис. 9, а ) – питатели подводят металл в верхнюю часть отливки;

2) нижняя или сифонная – питатели подводят металл в нижнюю часть отливки (Рис. 9, б );

3) щелевая – питатели подводят металл по высоте отливки (Рис. 9, в );

4) ярусная – питатели подводят металл на нескольких уровнях
(Рис. 9, г ).

Тип литниковой системы выбирают в зависимости от вида металла, конструкции отливки, положения ее при заливке и т.д.

Помимо выбора типа литниковой системы большое значение имеет выбор места подвода питателей к отливке. В зависимости от свойств сплава, конструкции отливки (габаритных размеров, толщины стенки) при подводе металла стремятся обеспечить либо направленное затвердевание, либо одновременное, равномерное охлаждение различных частей отливки.

Литниковые системы рассчитываются. Расчет сводится к определению площади наименьшего сечения литниковой системы (стояка или питателя) с последующим определением по соотношениям площадей сечения остальных элементов системы.

Площадь наименьшего сечения F нс находят по формуле

, (1)

где G – масса металла, прошедшего через минимальное сечение;

τ – продолжительность заливки, с: ;

γ – плотность жидкого металла, г/см 3 ;

μ – коэффициент расхода литниковой системы, учитывающий потери скорости, трение повороты;

Н р – расчетный напор, см; δ – преобладающая толщина стенки отливки, мм;

S – коэффициент, зависящий от толщины стенки и конфигурации отливки: для титановых и магниевых сплавов и стали – 0,91…1,7; алюминиевых сплавов – 1,7…3,0.

Напор Н р зависит от способа заливки, типа литниковой системы, положения отливки в форме и других факторов. Для случая подвода металла по разъему формы, очень распространенного в литейном производстве, Н р можно рассчитывать по формуле

, (2)

где Н 0 – первоначальный максимальный напор заливаемого металла;

р – расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода металла;

с – высота отливки (по положению при заливке металла).

При расчетах площадей литниковых каналов пользуются отношениями

Или 1: 3: 6

5. Литье в оболочковые (корковые, скорлупчатые) формы

Литье в оболочковые формы – процесс получения отливок путем свободной заливки расплавленного металла в оболочковые песчано-смоляные формы, изготовленные формовкой по горячей модели.

Разновидностей данного способа литья много, наиболее распространенные следующие.

Оболочковые формы изготовляют из неплакированной песчано-смоляной смеси (кварцевый песок – основа, 3…8% феноло-формальдегидной смолы, 0,8% нефтеполимера) (Рис. 10, а ) или плакированной (Рис. 10, б ), для которой феноло-фармальдегидную смолу предварительно растворяют в ацетоне или спирте, а затем смешивают с кварцем. Плакированные смеси содержат смолу в виде тонкой пленки, покрывающей поверхность зерен кварца (Рис. 10, б ). Оболочковые формы из плакированной смеси имеют более высокую прочность при минимальном расходе смеси. Смола обладает способностью при нагревании до 160…200°С оплавляться, переходить в термопластическое состояние, что способствует получению четкого отпечатка модели.

При нагревании до 290…350°С смола переходит в стойкое термореактивное (необратимое) состояние.

На Рис. 11 показана схема процесса получения оболочковой полуформы. На бункере 1 (рис 17, а ), в котором находится формовочная смесь, закрепляют металлическую модельную плиту З с моделью 4, нагретые до 160…200°С. После этого бункер опрокидывается, формовочная смесь 2 покрывает горячую модельную плиту 3 и модель 4 (рис 17, б ). Далее бункер поворачивается на 180°. Слой формовочной смеси остается на модели 4 (рис, 17, в ), а модельная плита 3 отделяется от бункера 1 (ряс. 17, г ) и помещается в электрическую печь для окончательного затвердевания оболочки. Затем с модельной плиты 3 удаляют готовую полуформу (Рис. 11, д ). Технологический процесс повторяется для получения второй полуформы. Полученные таким образом две полуформы соединяют скобами.

а б

Рис. 10. Неплакированная (а ) и плакированная (б ) песчано-смоляная смесь

А б в г д

Рис. 11. Последовательность получения обыкновенной полуформы

В собранную и остывшую до комнатной температуры форму заливают жидкий металл. После крнсталлизацнн н остывания отливки связующее литейной формы почти полностью выгорает, в связи с чем облегчается выбивка отливки из формы.

При получении крупных отливок, ввиду опасности прорыва металла, во время заливки оболочковые формы помешают в опоку и засыпают чугунной дробью.

Оболочковая форма обладает в 10 – 30 раз большей газопроницаемостью, чем песчано-глинистая. Податливость оболочковой формы также повышена, что уменьшает появление внутренних напряжений в отливках. У таких форм меньшая, чем у песчано-глинистых форм, осыпаемость корки и выделение слабо восстановительных газов в момент заливки металлов, что улучшает чистоту поверхности отливки и уменьшает количество песчаных засоров.

Литье в оболочковые формы позволяет повысить точность геометрических размеров отливок, в два раза снизить припуски на механическую обработку; в 5 – 10 раз снижается расход формовочных материалов; упрощаются процессы механизации и автоматизации производства отливок.

Этим способом изготовляют отливки массой до 25...30 кг, а Иногда до 100...150 кг с отверстиями 6 мм и минимальной толщиной стенок 3...4 мм.

Литьем в оболочковые формы изготовляют коленчатые и кулачковые валы, выхлопные клапаны, шестерни, фланцы выхлопных трубопроводов, гильзы блока цилиндров, картер блока цилиндра, ребристые цилиндры, кронштейны, стойки, крышки и др.

Ограничительными факторами литья в оболочковые формы являются:

1. Формы разъемные, что существенно влияет на точность размеров отливки в направлениях, перпендикулярных плоскостям разъема форм.

При изготовлении массивных отливок наблюдаются значительные коробления форм.

6. Литье в кокиль

Литье в кокиль – процесс получения фасонных отливок путем свободной заливки расплавленного металла в металлические формы – кокили.

Литье в кокиль широко применяется в серийном и массовом производстве отливок для самых разнообразных изделий с толщиной стенки 3...100 мм из медных, алюминиевых и магниевых сплавов, а также из чугуна и стали, масса которых колеблется в широких пределах – от нескольких граммов, до нескольких тонн; например, крупные лопасти, головки и блоки двигателей внутреннего сгорания, корпуса нагнетателей реакторов, диффузора и др.

Литьем в кокиль обеспечивается повышенная точность геометрических размеров, снижается шероховатость поверхности отливок, уменьшаются припуски на механическую обработку, улучшаются механические свойства отливок в сравнении с отливками, полученными в песчано-глинистых формах.

Недостаток литья в кокиль – большая стоимость изготовления и высокая теплопроводность формы, приводящая к понижению заполняемости ее металлом вследствие быстрой потери текучести.

Конструкции кокилей чрезвычайно разнообразны. Кокиль для простых отливок изготовляют из двух частей, соответствующих верхней и нижней опокам при литье в песчано-глинистые формы. Для сложных отливок форму изготовляют из разъемных частей, каждая из которых образует часть отливки, при этом поверхность разъема формы определяется конструкцией отливки; при этом поверхность разъема формы определяется конструкцией отливки. Кроме этого, толщина стенок кокиля влияет на скорость затвердевания и последующее охлаждение отливки, а следовательно, на образование структуры отливки.

Для получения внутренней полости отливки применяют стержни: для отливок из легкоплавких сплавов – преимущественно металлические, для чугунных и стальных отливок – песчаные.

Газ, находящийся в форме, отводится через выпор и вентиляционные отводные каналы, расположенные вдоль разъема формы. Для извлечения отливки в форме имеются выталкиватели.

Технология литья в кокиль имеет ряд специфических особенностей, обусловленных конструкцией металлической формы и требованиями к заливаемому металлу.

В целях получения качественной отливки и удлинения срока службы кокиля его покрывают огнеупорной облицовкой или краской. Рабочая температура формы зависит от заливаемого сплава находятся в пределах 150 – 300°С. Нанося более толстый спой краски на отдельные участки формы, можно предотвратить быстрый теплоотвод на границе металл-форма и таким образом, в разных частях отливки.

Краски часто изготовляют из материалов, выделяющих газ в период заливки на границе металл-форма; газ создает восстановительную атмосферу, предохраняющую металл от окисления. Наиболее часто применяют окись цинка, тальк, графит, окись алюминия.

В массовом и серийном производстве применяют специальные литейные кокильные машины с механизированным разъемом отдельных частей. При э том заливаемый металл должен обладать хорошей жидкотекучестью и малой усадкой.

7. Центробежное литье

Использование центробежных сил для заполнения и кристаллизации металла в полости формы – отличительная особенность центробежного литья. Центробежные силы образуются в результате вращения литейной формы.

Этот способ литья применяют преимущественно для изготовления полых отливок, имеющих форму тела вращения (трубы, втулки, кольца), из чугуна, стали, цветных сплавов (медных, алюминиевых, титановых и др.), фасонных отливок с малой толщиной стенок, но повышенной плотностью материала (лопатки турбин, корпуса, детали гидроаппаратуры и т.д.). Для получения отливок используют установки с горизонтальной и вертикальной осью вращения формы. Под действием центробежных сил жидкий металл 1 (Рис. 12) прижимается в внутренней поверхности вращающейся формы 2, увлекается ею и в таком состоянии кристаллизуется. При центробежном литье возможно применять не только металлическую форму, но и оболочковую 1 (Рис. 13), песчано-глинистую и форму, получаемую по выплавляемой модели.

Рис. 1 Схема центробежного литья

Центробежное литье по сравнению с литьем в неподвижные формы имеет ряд преимуществ:

1) отливки обладают большой плотностью материала;

2) исключаются затраты на изготовление стержней для получения полости в цилиндрических отливках;

3) улучшается заполняемость форм металлом;

4) возможно получение отливок из сплавов, обладающих низкой жидкотекучестью.

Рис. 13. Схема центробежного литья в оболочковую форму

Центробежный способ литья имеет следующие недостатки:

1) загрязнение свободной поверхности отливки неметалли-ческими включениями (более легкими, чем сплав отливки);

2) наличие дефектов в отливке в виде химической неоднородности по радиальному направлению из-за ликвации составляющих сплава по плотности. С увеличением скорости вращения возрастает ликвация элементов по плотностям в сечении отливки.

Скорость вращения форм является важным параметром технологии центробежного литья. При заниженной скорости вращения внутренняя поверхность получается негладкой, не происходит достаточного очищения отливок от неметаллических включений. При завышенной скорости сильно возрастает внутреннее давление жидкого металла, что приводит к образованию трещин и усиливается ликвация компонентов сплава по плотностям. Оптимальную скорость вращения для каждой отливки определяют по эмпирическим формулам или номограммам.

8. Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям – это процесс получения отливок в неразъемных разовых огнеупорных формах, изготавливаемых с помощью моделей из легкоплавящихся, выжигаемых илы растворяемых составов. Используют как оболочковые (керамические), так и монолитные (гипсовые) формы. При этом, рабочая полость формы образуется выплавлением, растворением или выжиганием модели.

Модельные составы, применяемые при литые по выплавляемым моделям, должны обладать минимальными значениями усадки и коэффициента термического расширения, иметь высокую жидкотекучесть в вязкопластичном состоянии, хорошо смачиваться керамической или гипсовой суспензией, наносимой на модель, но химически с ней не взаимодействовать, обладать температурой размягчения, превышающей 40°С.

Изготовление моделей осуществляется посредством заливки или запрессовки модельного состава в пастообразном (подогретом) состоянии в специальные пресс-формы 1 (Рис. 14). В частности, литьевой способ получения пенополистероловых моделей на специальных термопластавтоматах включает в себя пластификацию нагревом (100 – 220°С) гранул полистирола, впрыскивая его в пресс-форму с последующим вспениванием и охлаждением модели. Для производства пресс-форм используют как металлические (стали, алюминиевые и свинцово-сурьмянистные сплавы), так и неметаллические (гипс, эпоксидные смолы, формопласт, виксинт, резина, твердые породы дерева) материалы. Пресс-формы, используемые для получения моделей, должны обеспечивать им высокие параметры точности размеров и качества поверхности, быть удобными в изготовлении и эксплуатации, а также иметь соответствующий уровню серийности ресурс работы. Так, при единичном, мелкосерийном и серийном производствах используются, в основном, литые металлические, гипсовые, цементные, пластмассовые, деревянные, а также полученные методами металлизации пресс-формы, изготавливаемые с помощью механической обработки.

Рис. 14. Литье по выплавляемым моделям: 1 – пресс-форма; 2 – модель; 3 – модельно-литниковый блок; 4 – суспензия; 5 – псевдоожиженный слой зернистого огнеупорного материала; 6 – подача сжатого воздуха; 7 – расплав модельной массы (или горячая вода); 8 – керамическая оболочковая форма; 9 – опорный наполнитель (кварцевый песок); 10 – печь; 11 – ковш

При изготовлении гипсовых пресс-форм эталон модели (модель-эталон), выполненный из любого конструкционного материала, заливают водной суспензией высокопрочного гипса марок 350 и выше. Такие пресс-формы выдерживают изготовление до 50 штук моделей, но не обеспечивают последним высоких показателей точности размеров и качества поверхности.

Для изготовления пресс-форм применяются также методы гальванопластики, металлизации и напыления. Так, гальваническое покрытие наносят на модель-эталон, изготовленный из полированного сплава на основе алюминия или цинка. При формировании плазменных покрытий на основе металлических порошков в качестве материала модели-эталона применяют металлические сплавы, графит или гипс. Запрессовка модельных составов осуществляется на прессах (пневматических, рычажных и др.) или вручную. Монтаж модельных блоков осуществляется путем объединения мелких моделей 2 в блоки 3 (Рис. 14, б ) с единой литниковой системой, что повышает технологичность, производительность и экономичность процесса литья. Сборка моделей в модельные блоки (т. е. соединение моделей отливки с моделью стояка) осуществляется разными способами: а) припаиванием разогретым инструментом (паяльником, ножом) или жидким модельным составом; б) соединение моделей в кондукторе с одновременной отливкой модели лнтниковой системы; в) соединением моделей в блоки на металлическом стояке (каркасе) с помощью механического крепления (зажима); г) склеиванием моделей отливки и литниковой системы.

Способ литья по выплавляемым моделям нашел широкое применение в промышленности (особенно в авиастроении) благодаря использованию неразъемных керамических оболочковых форм. обладающих комплексом необходимых эксплуатационных свойств (газопроницаемость, термостойкость, жесткость, гладкость поверхности. точность размеров. отсутствие газотворности, высокая рабочая температура и др.).

Обычно керамическая оболочка состоит из 3 – 8 последовательно наносимых слоев (в принципе, число слоев может достигать 20 и более), обеспечивающих в итоге общую толщину стенок формы от 2 до 5 мм. В ряде случаев допускаются и меньшие значения толщин стенок (0,5—1,5 мм) керамической оболочки. Слои суспензии 4 наносят погружением в нее модельного блока (рис 20, б ). После стекания с моделей излишков суспензии их обсыпают огнеупорным материалом (например, кварцевым песком, крошкой шамота, электрокорундом с размером зерен для разных слоев в пределах 0,1 – 1,5 мм) в псевдожиженном слое 5 (Рис. 14, г ) и сушат. При этом каждый слой оболочки просушивают до тех пор, пока содержание жидкой фазы в нем будет не более 20%.

Преимуществами данного способа литья являются: возможность получения отливок сложной конфигурации; использование практически любых сплавов; высокое качество поверхности и точность размеров отливок; минимальные припуски на механическую обработку; обеспечение качественной равновесной, столбчатой и монокристаллической структуры с высоким уровнем эксплуатационных свойств.

К недостаткам способа литья можно отнести: многооперационность, трудоемкость и длительность процесса, многообразие материалов, используемых для изготовления формы.

Способом литья по выплавляемым моделям изготавливают сложные отливки высокого качества, например, турбинные лопатки из жаропрочных сплавов, постоянные магниты с определенной кристаллографической ориентацией структуры, художественные изделия и др.

9. Способ литья под давлением и выжиманием

Литьем под давлением называется способ получения фасонных отливок в металлических формах, при котором форму принудительно заполняют металлом под давлением, превосходящим атмосферное. Литые под давлением обеспечивает высокую точность геометрических размеров и малую шероховатость поверхности, значительно снижает объем механической обработки отливок и в некоторых случаях полностью ее исключает, обеспечивает высокие механические свойства отливок, позволяет получить сложные по конфигурации отливки с малой толщиной стенок.

Этим способом получают отливки из алюминиевых, магниевых, цинковых и медных сплавов с толщиной стенок от 0,7 до 6,0 мм, массой от нескольких граммов до 50 кг. Он находит применение для изготовления деталей электронно-счетных машин, оптических приборов, блоков цилиндров, тормозных дисков и др.

При литье под давлением металлические формы имеют более сложную конструкцию и их изготовляют более точно и тщательно, чем при кокильном литье. Формы при литье под давлением делают стальными со стальными стержнями. Применение песчаных стержней исключено, так как струя металла под давлением может размыть песчаный стержень.

Для создания давления при заполнении формы металлов применяют специальные весьма сложные машины. Существуют машины компрессорного действия и поршневого. Давление на металл в разных конструкциях машин колеблется в широких пределах (от 60 до 2000 Па).

Литье выжиманием используют для получения тонкостенных крупногабаритных отливок панельного типа размерами до 10002500 мм с толщиной стенки 2,5...5 мм. Способ позволяет также изготовлять отливки типа тонкостенных цилиндрических оболочек. Точность отливок приближается к точности отливок, получаемых при свободном литье в металлические формы, уступая им из-за неточности стыковки полуформ. Характерной особенностью литья выжиманием является отсутствие литниковой системы и возможности заливки металла при более низких температурах (в суспензионном состоянии, т.е. в начальной стадии кристаллизация).

10. Литейные свойства сплавов

Не все известные сплавы в одинаковой степени пригодны для изготовления отливок. Из одних сплавов (оловянистой бронзы, силумина, серого чугуна и др.) можно получить фасонное литье заданной конфигурации с соответствующими свойствами любыми способами литья, из других сплавов (титановых, легированных сталей) получение отливок сопряжено с большими технологическими трудностями (требуется вакуумная защита, высокие давления и др.).

Возможности и трудности получения из металлов и сплавов отливок высокого качества в большой степени предопределяются их литейными свойствами. Литейные свойства – свойства, характеризующие поведение металлов и сплавов при изготовлении из них отливок.

Таким образом, литейными свойствами являются такие технологические свойства металлов и сплавов, которые прямо и непосредственно влияют на получение качественных отливок заданной конструкции с необходимыми эксплуатационными показателями: точностью и чистотой поверхности.

Литейные свойства сплавов должны обязательно учитываться при конкретной разработке технологии получения отливки, а также в процессе создания и проектирования литых конструкций. Надежность и долговечность изделий в значительной степени предопределяются литейными свойствами используемого для их изготовления сплава.

Номенклатура литейных свойств в зависимости от уровня производства литейных сплавов и общего развития техники может со временем меняться. В настоящее время номенклатура литейных свойств складывается из следующих показателей: жидкотекучесть; усадка; склонность к поглощению газов и образованию газовых включений; склонность к образованию неметаллических включений; особенности строения при первичной и вторичной кристаллизации макро- и микроструктуры; трещиноустойчивость; образование литейных напряжений; склонность к ликвидации; активность взаимодействия сплавов со средой и литейной формой.

Под жидкотекучестью понимают способность металлов и сплавов в жидком состоянии заполнять литейные формы, в которых формируется отливка.

Хорошая жидкотекучесть необходима не только для воспроизведения в отливке очертаний литейной формы, но и для улучшения вывода за пределы отливки усадочных раковин, для уменьшения опасности образования всех видов пористости и трещин. Заполнение литейной формы жидким металлом – сложный физико-химический и гидромеханический процесс.

Жидкотекучесть зависит от характера движения сплава, и при турбулентном движении она будет меньшей, чем при ламинарном. Потеря расплавом способности ламинарного движения при прочих равных условиях зависит от числа Рейнольдса Re : чем меньше значение числа Рейнольдса у литейного сплава, тем он легче переходит из ламинарного в турбулентное движение. Число R е для стали в два раза меньше числа R е для чугуна. Из этого следует, что сталь может перейти из ламинарного в турбулентное движение легче чугуна.

Жидкотекучесть находится в зависимости от положения сплава на диаграмме состояния. Наибольшей жидкотекучестью обладают чистые металлы и славы эвтектического состава (рис 21); наименьшей – сплавы, образующие твердые растворы. Это обусловливается тем, что при затвердевании чистых металлов и сплавов эвтектического состава образуются кристаллы постоянного состава, которые растут от поверхности отливки сплошным фронтом, и жидкий расплав имеет возможность свободно перемещаться внутрь отливки. В сплавах типа твердых растворов кристаллизация протекает с образованием нитевидных кристаллов, которые далеко проникают в объем отливки в виде тонких разветвленных дендритов, что приводит к сильному уменьшению жидкотекучести. Жидкотекучесть в большой степени зависит интервала кристаллизации сплава.

Рис. 15. Диаграммы состояния (а ) и жидкотекучести (б ) сплавов системы Рв – Sn

Жидкотекучесть является функцией большого числа переменных и аналитическое определение ее весьма затруднительно, поэтому на практике для установления жидкотекучести применяют технологические пробы. Результаты испытания, как правило, изображают графически в координатах жидкотекучесть – температура заливки или жидкотекучесть – химический состав и т.п. Полученными кривыми пользуются при выборе температуры заливки или состава литейного сплава.

Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшать линейные размеры и объем отливки при охлаждении. При охлаждении отливки ее линейные размеры начинают изменяться с момента, когда на поверхности образуется прочная твердая корка.

В литейном производстве усадку отливок, связанную только со свойствами сплавов, принято называть свободной усадкой. Если же усадка определяется не только физическими свойствами сплава, но и размерами и конструкцией литейной формы, то такая усадка называется затруднительной.

В табл. 1 приводятся ориентировочные значения свободной и затруднительной линейной усадки для наиболее распространенных сплавов. Усадка сплавов изменяется в связи с изменением их состава.

Таблица 1

Свободная и затрудненная линейная усадка литейных сплавов

Сплав	Линейная усадка, %
		свободная	затруднительная
Серый чугун	1,1…1,3	0,6…1,2
Белый чугун	1,8…2,0	1,5…2,0
Углеродистая сталь	2,0…2,4	1,5…2,0
Специальная сталь	2,5…3,0	2,0…2,5
Латуни	1,5…1,9	1,3…1,6
Оловянистые бронзы	1,2…1,4	0,9…1,0
Безоловянистые бронзы	1,6…2,2	1,1…1,8
Магниевые сплавы	1,3…1,9	1,0…1,6

Усадка относятся к числу важнейших литейных свойств сплавов, так как с ней связаны основные технологические трудности получения качественных отливок. Усадка может вызвать появление в металле напряжений, деформацию отливок и в некоторых случаях образование в них трещин. Причинами напряженного состояния материала отливок могут быть: сопротивление литейной формы, усадка металла и неодновременное охлаждение различных частей отливок неправильно выбранный способ литья. При охлаждении различных участков отливки с разной скоростью усадка этих участков металла протекает неодинаково, в результате развиваются литейные напряжения.

Для получения плотных отливок из сплавов с большой усадкой при разработке литниковых систем предусматривают прибыли. Прибыль устанавливают в верхней части отливки с таким расчетом, чтобы благодаря ускоренному охлаждению низа и стремлению жидкого металла переместиться на более низкие уровни все усадочные полости оказались бы внутри прибыли, которую затем отделяют от отливки.

При выборе металла для литых деталей конструктор должен быть осведомлен о его жидкотекучести, литейной усадке, технологии получения данной отливки и о влиянии ее на прочностные характеристики разрабатываемого узла.

Литература

1. Технология конструкционных материалов: Учеб. пособие для вузов по специальности «Комплексная автоматизация машиностроения» / А.М. Дальский, В.С. Гаврилюк, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. – М.: Машиностроение, 1990. – 352 с.

2. Технология конструкционных материалов: Учебн. для вузов / А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А. М. Дальского. – М.: Машиностроение, 1985. – 448 с.

3. Технология металлов и других конструкционных материалов. / М.А. Барановский, Е.И. Вербицкий, А.М. Дмитрович и др. Под общ. Ред. А.М. Дмитровича. – Минск: Вышезйш. шк., 1973. – 528 с.

4. Технология металлов и сварка: Учебник для вузов / П.И. Полухин, Б.Г. Гринберг, В.Т. Ждан и др.; Под общ. ред. П.И. Полухина. – М.: Машиностроение, 1984. – 464 с.

5. Челноков Н.М., Власьевнина Л.К., Адамович Н.А. Технология горячей обработки материалов: Учебник для учащихся техникумов. – М.: Высш. шк, 981. – 296с.

6. Семенов Е.И., Кондратенко В.Г., Ляпунов Н.И. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки: Учебн. пособие для техникумов. – М.: Машиностроение, 1978. – 311 с.

7. Технология и оборудование контактной сварки: Учебник для машиностроительных вузов /Б.Д. Орлов, А.А. Чакалев, Ю.В. Дмитриев и др.; Под общ. ред. Б.Д. Орлова. – М.: Машиностроение, 1986. – 352 с.

8. Полетаев Ю.В., Прокопенко В.В. Термическая резка металлов: Учеб. пособие / Волгодонский институт (филиал) ЮРГТУ. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. – 172 с.

9. Технология обработки конструкционных материалов: Учеб. для машиностр. спец. вузов / П.Г. Петруха, А.И. Марков, П.Д. Беспахотный и др.; по ред. П.Г. Петрухи. – М.: Вьгсш. шк., 1991. – 512 с.

10. Металлорежущие станки: Учеб. пособие для втузов. Н.С. Колев, Л.В. Красниченко, Н.С. Никулин и др. – М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.

11. Станочное оборудование автоматизированного производства. Т. 2./ Под ред. В. Н. Бушуева. – М.: Изд-во “Станкин”, 1994. – 656 с.

12. Физико-технологические основы етодтов обработки / Под ред. А.П. Бабичева. – Ростов – на – Дону: Изд-во «Феникс», 2006. – 409 с.

13. Бутенко В.И. Технология механической обработки металлов и сплавов: Учебное пособие. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. – 102 с.

14. Кулинский А.Д., Бутенко В.И. Отделочно-упрочняющая обработка деталей машин: Учебное пособие. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. – 104 с.

15. Дюдин Б.В., Дюдин В.Б. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов в приборостроении: Учебное пособие. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. – 82 с.

16. Берела А.И., Егоров С.Н. Технология, машины и оборудование машиностроительного рпоизводства: Учебное поосбие. – Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ (НПИ), 2005. – 184 с.

17. Евстратова Н.Н., Компанеец В.Т., Сахарникова В.А. Технология конструкционных материалов: Учебное пособие. – Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ (НПИ), 2007. – 350 с.

18. Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства. – М.: Машиностроение, 1974. – 672 с.

19. Бутенко В.И., Захарченко А.Д., Шаповалов Р.Г. Технологические рпоцессы и оборудование: Учебное пособие. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – 132 с.

20. Попов М.Е., Кравченко Л.А., Клименко А.А. Технология заготовительно-штамповочного производства в авиастроении: Учебное пособие. – Ростов – на – Дону: Издательский центр ДГТУ, 2005. – 83 с.

21. Флек М.Б., Шевцов С.Н., Родригес С.Б., Сибирский В.В., Аксенов В.Н. Разработка технологических процессов изготовления деталей летательных аппаратов: Учебное пособие. – Ростов – на – Дону: Издательский центр ДГТУ, 2005. – 179 с.

22. Дальский А.М., Суслов А.Г., Косилова А.Г. и др. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 1 – М.: Машиностроение, 2000. – 941 с.

23. Слюсарь Б.Н., Шевцов С.Н., Рубцов Ю.Б. Введение в авиационную технику и технологию: Текст лекций. – Ростов – на – Дону: Издательский центр ДГТУ, 2005. – 149 с.

24. Бутенко В.И., Дуров Д.С. Совершенствование процессов обработки авиационных материалов. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. – 127 с.

25. Вульф А.М. Резание металлов. – Л.: Машиностроение, 1975. – 496 с.

26. Бутенко В.И. Бездефектное шлифование поверхностей деталей машин (библиотека технолога). – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. – 60 с.

27. Бутенко В.И. Структура и свойства материалов в экстремальных условиях эксплуатации. – Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007. – 264 с.

Литьё является одним из важнейших и распространенных способов изготовления заготовок и деталей машин. Масса литых деталей составляет около 60 % от массы тракторов и сельскохозяйственных машин, (70… 85) % от массы прокатных станов и металлорежущих станков.

Сущность процесса литья состоит по сути в том, что расплавленный металл определœенного химического состава заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответствует форме и размерам требуемой заготовки. После остывания заготовки или готовой детали, называемые отливками, извлекают из формы.

Для получения отливок высокого качества литейные сплавы должны обладать определœенными литейными свойствами: хорошей жидкотекучестью, низкой усадкой, иметь химическую однородность структуры, низкую температуру плавления и т.д.

Большую часть чугунных и стальных отливок получают методом литья в песчано-глинистые формы (до 60 % общего объёма). Для получения отливок с высокой точностью (минимальными припусками на механическую обработку) и шероховатостью поверхности, однородной структурой металла применяют специальные способы литья: литье в металлические формы (кокили), центробежное литье, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы и т. д.

Основными преимуществами литья перед другими способами получения заготовок и деталей являются:

а) возможность получения заготовок и деталей различной конфигурации, из различных металлов и сплавов;

б) возможность получения фасонных изделий сложной конфигурации (полых, объёмных и т. д.), которые невозможно и экономически нецелœесообразно изготавливать другими методами (к примеру, резанием – большой расход металла в стружку, значительные затраты времени и др.);

в) универсальность технологий – возможность изготовления заготовок от нескольких граммов до сотен тонн;

г) возможность переработки отходов производства и брака:

д) относительная простота получения и низкая стоимость отливок.

Наряду с достоинства литье имеет и недостатки :

а) трудность получения однородного химического состава отливки;

б) точность и качество поверхности детали ниже, чем при обработке её резанием или пластическим деформированием;

в) неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок, а следовательно, их более низкие, чем заготовок, полученных обработкой давлением, прочностные характеристики.

Основными направлениями развития литейного производства являются: реконструкция и модернизация имеющегося оборудования; замена устаревшего оборудования высокопроизводительными литейными автоматами и полуавтоматами, робототехническими комплексами; снижение материалоемкости продукции машиностроительного комплекса путем увеличения доли литья из легированных сталей и высокопрочного чугуна, а также точного литья.

Основными технико-экономическими показателями работы литейных цехов являются: годовой выпуск отливок в тоннах; выпуск отливок на одного производственного работающего; съем литья с одного квадратного метра производственной площади цеха; выход годного металла; доля брака литья; уровень механизации и автоматизации; доля литья получаемого специальными способами; себестоимость одной тонны литья.

А) Литье в песчано-глинистые формы

Литейную форму, имеющую полость, в которую заливают расплавленный металл, изготавливают из формовочной смеси по модели. Модель - это приспособление для получения в форме рабочей полости будущей отливки. Модели могут изготавливаться из дерева, пластмассы или металла, размеры их должны быть больше размеров отливок на величину усадки металла и величину припуска для последующей механической обработки.

Формовочные смеси для литейных форм и стержней состоят из кварцевого песка, специальной глины, воды и ряда добавок (льняного масла, канифоли, декстрина, жидкого стекла, деревянных опилок или торфяной крошки), обеспечивающих газопроницаемость и пластичность смеси. При изготовлении формы формовочную смесь, увлажненную и тщательно перемешанную, засыпают в нижнюю опоку, предварительно установив модель отливки (рис.1). Далее смесь уплотняют вручную различными приспособлениями или на специальных формовочных машинах. После уплотнения смеси модель извлекают из нижней опоки. Аналогичным образом уплотняют смесь и в верхней опоки, предварительно установив в нее, помимо модели отливки, модель литниковой системы, образующую каналы для заливки жидкого металла в полость литейной формы. Литниковая система состоит из литниковой чаши, вертикального стояка, шлакоуловителя, питателя и выпора. Литниковая система должна обеспечивать плавное поступление расплавленного металла в форму и отвод газов из формы.

Затем, установив стержни в форму, производят её сборку: верхнюю опоку устанавливают на нижнюю и фиксируют опоки штырями. В таком виде (рис. 1) форма готова к заливке расплавом.

Плавку металла выполняют в различных плавильных устройствах. Чугун плавят в вагранках, сталь - в конверторах и электропечах, цветные металлы и их сплавы - в электрических печах и тиглях. Температуру расплавленного металла доводят до температуры заливки, ᴛ.ᴇ. на 100…150 С выше температуры плавления сплава.

После заливки расплава в литейную форму и его охлаждения, отливки выбивают из формы и очищают от формовочной смеси вручную, на вибрационных решетках или дробеструйных установках. Обрубку элементов литниковой системы выполняют дисковыми фрезами, ленточными пилами, на обрезных прессах, газопламенными или плазменными резаками. Зачистку отливок от заусенцев и заливов выполняют абразивными кругами.

Перед отправкой в механические цехи стальные отливки обязательно подвергаются термической обработке – отжигу или нормализации – для снятия внутренних напряжений и измельчения зерна металла. В отдельных случаях термической обработке подвергаются отливки и из других сплавов.

Преимуществом литья в песчано-глинистые формы является невысокая стоимость формовочных материалов и модельной оснастки. При этом данный способ литья является более трудоемким в сравнении с другими. Вместе с тем, литьё в песчано-глинистые формы обеспечивает малую точность размеров и большую шероховатость поверхности.

Б) Специальные способы литья

Специальные способы литья по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, что способствует: уменьшению расхода металла и трудоемкости механической обработки; повышению механических свойств отливок и уменьшению потерь от брака; значительному снижению или исключению расхода формовочных материалов; сокращению производственных площадей; улучшению санитарно-гигиенических условий и повышению производительности труда.

К ним относят литьё: в постоянные металлические формы (кокиль); центробежное; под давлением; в тонкостенные разовые формы; по выплавляемым моделям; корковое или оболочковое; электрошлаковое литьё.

Литье в оболочковые формы. При этом способе литья применяют специальные оболочковые формы, изготавливаемые из кварцевого песка (92…95 %) и термореактивной синтетической смолы (5…8 %). Песчано-смоляную смесь готовят перемешиванием песка и измельченной порошкообразной смолы с добавкой растворителя (холодный способ) или при температуре 100…120 С (горячий способ), благодаря чему смола обволакивает (плакирует) зерна песка. Далее смесь дополнительно дробиться до получения отдельных зерен, плакированных смолой, и загружается в бункер.

Изготовление оболочковых форм производят следующим образом (рис. 2.). Металлическую модель, нагретую до 200…300 С, покрывают слоем теплостойкой смазки (силиконовая жидкость) и помещают в бункер, затем засыпают формовочной смесью и выдерживают 10…30 с. За это время происходит предварительное спекание оболочки на модели. Потом с модели удаляют излишки сыпучей формовочной смеси и вместе с оболочкой выдерживают в печи 1…3 мин. при температуре 300…375 С. При этом происходит окончательное спекание оболочки толщиной 7…15 мм. После охлаждения, благодаря разделительному слою теплостойкой смазки, оболочка легко снимается с модели. Выполненные таким образом отдельные части формы и литниковую систему собирают, склеивая по плоскостям разъемов и скрепляя скобами или струбцинами. Изготовление и сборка оболочковых форм легко механизируется и автоматизируется.

В отличие от литья в песчано-глинистые формы литье в оболочковые формы обеспечивает большую точность размеров и меньшую шероховатость. Припуск на механическую обработку составляет 0,5…3 мм. При этом ограниченная масса отливок (до 250…300 кг) и более сложная технологическая оснастка являются недостатками этого способа литья. По этой причине литье в оболочковые формы используют в серийном и массовом производстве отливок малых и средних размеров.

Литье по выплавляемым моделям. Процесс получения отливок состоит в следующем. В пресс-форме из легкоплавкой смеси стеарина (50 %) и парафина (50 %) отливают модель отливки и элементов литниковой системы. Температура прессования смеси 42…45 С. Модель и литниковую систему собирают в блок, покрывают керамической оболочкой (толщиной 2…8 мм). Керамическое покрытие состоит из 60…70 % пылевидного кварца или тонко измельченного кварцевого песка и 30…40 % связующего вещества (раствор этилсиликата). Далее из керамической литейной формы водой, паром или горячим воздухом выплавляют модель. Освобожденные от модели формы помещают в опоки с песком, уплотняют и прокаливают при 900…950 С в течение 3…5 ч. При этом происходит выгорание остатков модельного состава и отжиг керамической формы. После прокаливания готовые формы поступают на заливку металлом.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение размеров отливки большей точности. Этим способом можно получить отливки самой сложной формы с толщиной стенок до 0,3…0,8 мм с минимальным припуском на механическую обработку (до 0,7 мм).

Недостатки – стоимость отливок, получаемых по выплавляемым моделям, выше, чем изготавливаемых другими способами литья.

Литье в металлические формы. Металлические литейные формы (кокили) изготавливают разъёмными и неразъёмными в основном из стали и чугуна. Для получения сложных полостей используют металлические и песчаные стержни.

Процесс литья в кокиль включает следующие операции: очистку кокиля, нанесение на его внутреннюю поверхность огнеупорной обмазки (из кварца, графита͵ асбеста и жидкого стекла), нагрев кокиля до 150…450 С, заливку расплавленного метала. Нанесение огнеупорной обмазки обеспечивает увеличение срока службы кокиля, предупреждение приваривания металла к стенкам кокиля и облечение извлечения отливок. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. После затвердевания отливку извлекают из кокиля при помощи выталкивателя.

Преимуществами литья в кокиль по сравнению с литьем в разовые песчано-глинистые формы являются: получение отливок более точных размеров и форм; мелкозернистой структуры металла и соответственно с лучшими физико-механическими свойствами; обеспечение высокой производительности труда; более низкой стоимости отливок; улучшения условий труда литейщика.

Недостатки способа - высокая стоимость кикилей; низкая газопроницаемость и податливость металлической формы, приводящая к образованию газовых раковин и трещин в отливках; быстрое охлаждение металла затрудняет получение отливок сложной формы, вызывает опасность появления у чугунных отливок отбелœенных труднообрабатываемых поверхностей.

Литье под давлением. Сущность процесса литья состоит по сути в том, что расплавленный металл заполняет пресс-форму под давлением поршня (рис.3а). После затвердевания металла форма раскрывается и отливка извлекается.

Перед началом работы пресс-форму подогревают до 150…400 С исходя из заливаемого сплава и смазывают смазкой на базе минœеральных масел с графитом.

Производительность поршневых машин достигает 500 отливок в час. В условиях массового производства применение литья под давлением позволяет снизить трудоемкость получения отливок в 10…12 раз, а трудоемкость механической обработки – в 5…8 раз. За счёт высокой точности изготовления и обеспечения повышенных механических свойств отливок, полученных под давлением, достигается экономия до 30…50 % металла по сравнению с литьем в разовые формы. Создается возможность полной автоматизации процесса.

Центробежный способ литья – высокопроизводительный способ изготовления полых отливок типа тел вращения (втулок, труб, гильз) из цветных и желœезоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счёт центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и удаляются при дальнейшей механической обработке (рис.3б). После охлаждения готовая отливка с помощью специальных приспособлений извлекается из формы.

Отливки получаются точной конфигурации, с малой шероховатостью поверхностей и имеют плотную мелкозернистую структуру металла.

Как и при кокильном литье, металлические формы перед заливкой жидкого металла подогреваются и на них наносятся защитные покрытия.

Центробежное литьё высокопроизводительно (за 1 ч. можно отлить 40…50 чугунных труб диаметром 200…300 мм), дает возможность получать полые отливки без применения стержней и биметаллические отливки последовательной заливкой двух сплавов (к примеру, стали и бронзы), по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20…60 %.

К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость форм и оборудования, ограниченность номенклатуры отливок.

Непрерывное литьё - это способ получения протяжных отливок постоянного поперечного сечения путем непрерывной подачи расплава в форму и вытягивания из нее затвердевшей части отливки. Учитывая зависимость отнаправления вытягивания различают вертикальное и горизонтальное непрерывное литье. Вертикальное литье обычно применяют для получения слитков и труб.

Схема горизонтального литья приведена на рис.4. Кристаллизатор 2, установленный в металлоприемник 1, изготавливается из меди, графита и, реже, стали. Он имеет внутреннюю полость, профиль которой соответствует поперечному сечению отливки. На выходной части кристаллизатора устанавливается рубашка водяного охлаждения 3. Слиток 6 вытягивается из кристаллизатора тянущими роликами 5 и разделяется на мерные куски с помощью пилы 7 или плазменной резки. Центральная часть слитка после его выхода из кристаллизатора остается жидкой, в связи с чем с целью ускорения затвердевания и исключения прорыва расплава через оболочку твердого металла устанавливается душевое устройство для охлаждения водой 4.

Непрерывным литьем получают заготовки постоянного сечения в виде круга, полосы или более сложного профиля. Недостатком этого метода литья является ограниченность номенклатуры отливок, связанная с невозможностью получения сложных по форме заготовок.

Литье вакуумным всасыванием - этим методом получают отливки типа втулок, колец, заготовок зубчатых колес, гильз и т.д. На поверхности расплава, находящегося в металлоприемнике 3, помещают плоское кольцо из огнеупорного материала 2, на ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ сверху опускается металлическая водоохлаждаемая форма - кристаллизатор 1. Внутри формы насосом создается разряжение и расплавленный металл 4 втягивается в форму. Снимая разряжение в форме, можно удалять из неё расплав и получать полые отливки. За счёт направленной кристаллизации от поверхности к центру и подпитки затвердевающей отливки из металлоприемника удается получить плотную отливку без усадочных дефектов и газовой пористости. Особенностью этого процесса является высокий выход годного металла, так как отсутствует крайне важно сть в литниковой системе и прибылях.

Дефекты отливок - обусловлены неправильной конструкцией отливок, нарушением технологии литья или ошибками при её разработке. К основным дефектам относят раковины, трещины, дефекты поверхности и несоответствие конфигурации и размеров требованиям чертежа.