26

2.6. РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ

Изучение курса завершается сдачей экзамена. Курс содержит два раздела. После изучения каждого раздела необходимо ответить на вопросы для самопроверки.

За каждый ответ начисляется определенное число баллов: -за каждый правильный ответ на вопросы самопроверки-1 балл.

При успешной работе с материалами курса студент может набрать максимум 78 баллов. Для получения допуска к итоговому зачету нужно набрать более двух третьих от этой суммы (52 балла).

3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ ДИСЦИПЛИНЫ

3.1. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основной:

1.Солнцев, Ю. П. Материаловедение: учеб. пособие/ Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин. -СПб.:Химиздат,2007.-783 с.

2.Технология художественного литья: учеб. пособие/под ред.Ри Хосена.- СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2006.-454 с.

3.Теория литейных процессов: учеб. пособие/В. Д. Белов [и др.].- Хабаровск: РИОТИП, 2008.-578 с.

4.Лабораторные работы по технологии литейного производства: учеб. пособие/А. В. Курдюмов [и др.].-М.:Машиностроение,1990.-270 с.

Дополнительный:

5.Гуляев, Б. Б. Теория литейных процессов: учеб. пособие/Б. Б. Гуляев.- Л.: Машиностроение, 1976.-210 с.

6.Рубцов, Н. Н. Литейные формы: учеб. пособие/Н.Н. Рубцов, В.В. Балабин, М.И. Воробьев.-М.:Машгиз, 1959.-557 с.

7.Соколов, Н. А. Литье в оболочковые формы: учеб. пособие/Н. А. Соко- лов.-М.:Машиностроение,1969.-327 с.

27 8. Степанов, Ю. А. Технология литейного производства: учеб. пособие/

Ю. А. Степанов, Г. Ф. Баландин, В. А. Рыбкин.-М.: Машиностроение, 1983.-287 с.

3.2. ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ

ВВЕДЕНИЕ

Литейное производство России является основной заготовительной базой машиностроения и в перспективе сохранит свое лидирующее положение. На долю литых деталей в среднем приходится 50-70 % массы (в станкостроении до 90 %) и 20 % стоимости машин. Только методами литья можно получить сложные по конфигурации и геометрии заготовки из черных и цветных сплавов с высоким (75…98) коэффициентом использования металла.

Как правило, литые детали несут высокие нагрузки в машинах и механизмах и определяют их эксплуатационную надежность, прочность и долговечность.

Сущность способа получения литых деталей заключается в заполнении формы расплавленным металлом, дальнейшем затвердевании, охлаждении, извлечении застывшей отливки из формы и ее финишной обработке.

Основная масса литых заготовок изготавливается заливкой в разовые формы, т. е. формы для получения отливки разрушаются после каждой заливки. К этому способу литья относится литье в разовые песчаные формы, литье в оболочковые формы и литье по выплавляемым моделям. Последние два способа относятся к специальным способам литья.

Раздел 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК В РАЗОВЫХ ФОРМАХ

28

1.1. Проектирование технологического процесса изготовления отливок

Основной задачей при проектировании технологического процесса формовки является выбор наиболее рационального способа формовки, обеспечивающего высокие технико-экономические показатели производства литых деталей. При этом необходимо максимально снижать брак и припуски на механическую обработку; облегчать труд формовщиков; упрощать технологический процесс формовки; максимально использовать существующие производственные площади и оборудование.

Наиболее важными этапами проектирования технологического процесса являются: проверка технологичности конструкции литой детали; разработка технологии изготовления формы и отливок; проектирование модельно-опочной оснастки; конструирование литниково-питающей системы; оформление технологического процесса.

Под технологичной конструкцией литой детали понимают такую конструкцию, которая обеспечивает получение качественных отливок с высокими эксплуатационными свойствами при возможно допустимой минимальной массе, простоту изготовления моделей и стержневых ящиков, удобство формовки, а также возможность применения разъема модели в одной плоскости, отсутствие отъемных частей и минимальное число стержней.

При конструировании отливок необходимо стремиться к максимальному уменьшению габаритных размеров (особенно по высоте). Этим снижается трудоемкость формовки и расход формовочных материалов. Наружные и внутренние поверхности отливок должны иметь уклоны, обеспечивающие извлечение модели из формы или стержня из стержневого ящика, которые желательно предусматривать при конструировании отливок. Конструкция литой детали должна обеспечивать направленное

29

затвердевание отливок, при котором первыми затвердевают нижние части отливок, а последними-верхние ее части, для питания которых могут быть применены прибыли. При конструировании отливок следует исходить из того, что минимальная толщина стенок отливок зависит от свойств применяемого сплава, размеров и конструкции отливок. Правильно выбранная толщина стенок отливок обеспечивает расчетную прочность, герметичность и другие эксплуатационные свойства.

В тех местах литых деталей, в которых требуются малая шероховатость поверхности и точные размеры и которые невозможно получить в отливках, следует предусмотреть механическую обработку и ввести припуск на нее. Рекомендуемые припуски на механическую обработку в зависимости от габаритных размеров, точности готовой детали и расположения отливки в форме назначаются в соответствии с нормативнотехнической литературой. Разработка технологического процесса изготовления отливок состоит в составлении технологической карты и чертежа или схемы литейной формы. Для этого необходимо: назначить припуски на механическую обработку отливки; установить положение детали в форме при формовке и заливке; установить плоскость разъема формы

имодели, определить технологические напуски и формовочные уклоны, число, границы и крепление стержней в форме и конструкцию фиксаторов

изнаков стержней; разработать вентиляционную систему формы и стержней, установить место подвода металла, определить и рассчитать литниковую систему, определить величину усадки.

Выбор правильного положения детали при заливке имеет большое значение, так как оказывает решающее влияние на качество отливки и, по существу, предопределяет разъем формы и весь технологический процесс формовки.

Наиболее рациональным расположением отливки является ее размещение (при возможности) целиком в нижней полуформе, что позволяет исключить влияние сдвига полуформ на отливку. В том случае, когда распо-

30

ложить всю отливку в нижней полуформе не удается или в этом нет необходимости, следует помещать в нижней полуформе более высокую часть детали. Расположение высокой части отливки в нижней полуформе делает верхнюю полуформу более легкой и соответственно улучшает условия труда при спаривании полуформ, особенно при ручном спаривании.

Необходимо помещать в одной полуформе те части отливки, которые служат базой при механической обработке и которые подлежат механической обработке. Это правило следует выполнять в тех случаях, когда не удается расположить всю отливку в одной полуформе. В тех случаях, когда все обрабатываемые поверхности не удается расположить в одной полуформе вместе с базой, следует выбрать тот вариант расположения отливки в форме, при котором в одной полуформе вместе с базой будет находиться наибольшее число обрабатываемых поверхностей. Верхняя часть отливки обычно поражается шлаковыми, газовыми и усадочными раковинами, поэтому для получения чистой и плотной поверхности отливки после механической обработки обрабатываемые поверхности следует располагать «вниз». Взаимное расположение тонких и толстых частей отливки относительно разъема формы существенно влияет на плотность затвердевающего металла. Вне зависимости от возможных усложнений формовки выбирают такое положение отливки, при котором можно обеспечить направленное затвердевание с переходом от тонких частей к утолщенным, которые питают прибылями. Правильное решение этого вопроса связано с местом подвода металла и конструкцией литниковой системы. Следует обеспечивать кратчайший путь прохождения расплава от литниковой системы к отливке. При выборе разъема формы необходимо: стержни устанавливать, главным образом, в нижней полуформе; поверхность разъема должна обеспечивать по возможности отсутствие заливов, а также удобство сборки формы и контроль установки стержней. При определении границ и положения стержней нужно соблюдать следующие условия: разъем стержневого ящика и опорная поверхность стержня при

31

сушке должны быть плоскими; поверхность стержня со стороны набивки для удобства работы должна иметь определенные размеры; опорные поверхности должны быть достаточными для того, чтобы исключить деформацию при сушке; вентиляционные каналы в стержнях следует выполнять с учетом свободного выхода газов через знаки и предотвращения попадания в каналы расплава.

Литниковая система представляет собой совокупность резервуаров и каналов, через которые расплавленный металл из ковша поступает в полость формы. Правильная конструкция литниковой системы обеспечивает равномерное и спокойное поступление расплава в полость формы, улавливание шлака и других неметаллических включений; не вызывает местных разрушений формы, создает направленное затвердевание металла в отливке. Литниковая система включает, как правило, следующие основные элементы (рис.1) : литниковую воронку или чашу 1-резервуар, предназначенный для приема жидкого металла из ковша, частичного удержания шлака (в чаше) и передачи металла в стояк; стояк 2 – вертикальный (иногда наклонный) канал круглого, овального или иного сечения, который служит для передачи расплава из чаши (воронки) к другим элементам литниковой системы; шлакоуловитель 3-это горизонтальный канал, предусмотренный для удержания шлака и передачи металла из стояка к питателям; питатели 4(литники)-каналы, подводящие расплав в полость формы. К элементам литниковой системы относят выпор (вы- поры)-вертикальный канал, расположенный или в самой верхней части формы, или сбоку и служащий для отвода газов, наблюдения за ходом заливки и иногда для питания отливки.

32

Рис. 1. Элементы литниковой системы

По конструкции литниковые системы могут быть разделены на типы

(рис. 2).

33

Рис. 2. Типы литниковых систем:

/—чаша (воронка); 2 — стояк; 3 -- шлакоуловитель (коллектор); 4— питатель; 5—выпор; 6 — отливка

Буквами обозначены:а) - верхняя литниковая система, сплав поступает в форму непосредственно через стояк; б) - нижняя или сифонная литниковая система, при которой питатели подводят в нижнюю часть отливки; в) - боковая литниковая система,при которой питатели подводят к боковой поверхности отливки в одной горизонтальной плоскости, обычно по разъему формы; г) - ярусная (этажная) литниковая система, при которой питатели подводят к отливке в нескольких уровнях. Разновидностью этажной системы является вертикально-щелевая; д) - дождевая литниковая система.

Тип литниковой системы выбирают в зависимости от конструкции отливки, вида сплава и при этом стремятся к наименьшему расходу металла на литниковую систему.

34

Верхняя литниковая система наиболее проста по конструкции, легко выполняется, требует незначительного расхода металла и создает наиболее благоприятные условия для питания отливки. Однако при таком подводе металла может произойти размыв формы, повышенное окисление металла. Система не обеспечивает задержание шлака, поэтому верхнюю литниковую систему применяют для низких отливок небольшой массы, простой конфигурации, с малыми и средними толщинами стенок.

Нижняя литниковая система обеспечивает спокойное заполнение формы, устраняет опасность размывания стенок и образования засоров. Однако при таком подводе сплава наблюдается наиболее неблагоприятное распределение температур по высоте отливки, что ухудшает условия ее питания. Нижние литниковые системы применяют при литье сплавов, склонных к пленообразованию.

Боковая литниковая система является одной из самых распространенных, особенно для отливок, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы. При таком подводе металла снижаются по сравнению с верхним высота падения металла и возможность разрушения формы.

Ярусную литниковую систему обычно используют для крупных отливок, она обеспечивает спокойное заполнение формы расплавом. В отличие от сифонного подвода сплава она создает лучшее питание отливки. Ярусная литниковая система наиболее сложна в выполнении и требует большого расхода металла.

Вертикально-щелевая система обеспечивает спокойное заполнение формы расплавом при сохранении направленности затвердевания отливки. Эту систему широко применяют при литье пленообразующих сплавов, хотя она требует большого расхода металла и повышает трудоемкость обрубных работ.

Дождевая литниковая система создает равномерное поступление сплава по периметру отливки.

35

Литниковая воронка (или чаша) является первым элементом литниковой системы по пути движения сплава из заливочного ковша в форму. Литниковые воронки используют при заливке небольших по массе отливок. Наиболее благоприятная форма воронки охватывает контур свободно падающей струи сплава и исключает подсос воздуха в верхней части стояка. Более рациональной является воронка овальной формы, так как она предотвращает вихревые движения расплава. Литниковые чаши используют при получении средних и крупных отливок и подразделяют на обычные и мерные.

В зависимости от соотношения площадей поперечных сечений каналов литниковые системы могут быть сужающимися и расширяющимися. В сужающихся литниковых системах выполняется следующее условие:

Fст>Fшл> ΣFпит,

где Fст., Fшл, Σ Fпит. - соответственно площади поперечных сечений стояка, шлакоуловителя и питателей (одного или нескольких суммарно).

В расширяющихся литниковых системах наблюдается соотношение площадей поперечных сечений каналов:

F ст<Fшл< Σ Fпит.

Расчет литниковой системы сводится к определению суммарного сечения питателей, их количества, площади поперечного сечения шлакоуловителя и стояка.

Для изготовления отливок из стали и чугуна, как правило, применяются сужающиеся литниковые системы, а при изготовлении отливок из сплавов цветных металлов - расширяющиеся.

Суммарное сечение питателей определяют по формуле, предложенной проф. Б. Б. Гуляевым [5].

36

Питание отливки или ее отдельных узлов обеспечивается установкой прибылей. Кроме того, за счет установки прибылей можно устранить значительную часть дефектов (таких, как усадочные раковины, неметаллические включения, трещины и др.). Прибыль-это такой технологический элемент, в котором должна быть сосредоточена область усадочной раковины и который отделяется от отливки в процессе обработки. Процесс питания отливки должен быть организован таким образом, чтобы применительно к каждому узлу питания реализовывался принцип направленного затвердевания от тонких элементов к толстым и, наконец, к прибыли.

Прибыли могут быть:

-по расположению относительно узла питания: прямые или верхние; отводные или боковые; -по способу формовки: открытые; закрытые;

-по конфигурации: цилиндрические; плоские; сферические; фигурные. Основные требования к размерам прибылей:

-обеспечение объема, достаточного для компенсации усадочной раковины в литой заготовке; -обеспечение необходимой продолжительности затвердевания отливки;

-предупреждение необоснованно большого расхода металла.

Расчет необходимых прибылей рекомендуется производить по формуле, предложенной проф. Б. Б. Гуляевым [5].

Для обеспечения направленности затвердевания и дифференцированного охлаждения отливки используют холодильники (внутренние и наружные). Внутренние холодильники представляют собой прутки, сетки и другие более сложные конструкции из заливаемого сплава, которые устанавливают в полости формы. Они предназначены для снижения температуры и компенсации усадки сплава в соответствующих объемах. Наружные холодильники - это в большинстве случаев металлические части

37

формы, соответствующие конфигурации поверхности той части отливки, которая требует ускоренного охлаждения.

На основании разработанной технологии, по которой окончательно определен процесс изготовления отливки, оформляется технологическая карта, в которой указаны: наименование чертежа отливки; масса отливки, которая определяется как расчетная масса детали плюс масса припусков на механическую обработку; масса жидкого металла на отливку с учетом массы литниковой системы и прибылей; марка сплава; температура заливки; режимы охлаждения и необходимой термической обработки; способы изготовления форм; литниковая система; краткая технология обрубки и очистки отливок.

1.2. Модельно-опочная оснастка

При изготовлении отливок основными приспособлениями являются литейные модели и стержневые ящики. Литейные модели являются приспособлениями, при помощи которых получают полости в литейных формах, изготовленных из формовочных материалов.

В стержневых ящиках изготовляют песчаные стержни из стержневой смеси для образования как внутренних, так и наружных отверстий и полостей в отливках.

Модель и стержневые ящики, модельные плиты, модели литниковой системы и другие детали называются модельным комплектом.

Изготовление полуформ осуществляется в специальной оснастке, которая называется опокой (рис. 3)

Совокупность модельного комплекта и опок называется модельноопочной оснасткой.

38

Рис. 3. Эскиз опоки

Проектирование модельного комплекта начинается с определения положения отливки в форме при формовке и заливке. Основные рекомендации по определению положения отливки изложены в 1. 1 настоящего пособия. На чертеж детали наносятся необходимые припуски на механическую обработку отливки, технологические напуски и формовочные уклоны, а также определяются конфигурация, количество и границы стержней для формирования внутренних или наружных частей отливки. При необходимости решаются вопросы установки на моделях отъемных частей, обеспечивающих беспрепятственное удаление модели из формы.

Припуски на механическую обработку отливок, допуски размеров и массы назначаются, исходя из требований ГОСТ 26645-85 в зависимости от марки заливаемого сплава, массы детали, габаритных размеров и вида механической обработки. Формовочные уклоны, стержневые знаки, допуски на размеры модельной оснастки определяются по ГОСТ 3212-92.

В целях предотвращения осыпаемости формовочной смеси при извлечении модели из формы во внутренних углах модели выполняется закругление с целью получения в отливке плавного перехода от одной поверхности к другой. Радиус галтели принимается в пределах от 1/5 до 1/3 среднего арифметического значения толщин двух стенок, образующих угол.

39

Модельные комплекты классифицируют по наиболее важным признакам, к которым относятся материал модельного комплекта, способы изготовления литейной формы, типы конструкций моделей, их размеры, сложность и прочность моделей, тип литейного сплава.

По роду материалов, из которых изготовляют модельные комплекты, их подразделяют на деревянные, металлические и неметаллические (пластмассовые, гипсовые, цементные).

По способу изготовления литейной формы модельные комплекты предназначаются для ручной и машинной формовки.

По конструктивным признакам модели делят на неразъемные, разъемные и скелетные.

По сложности модели делятся на пять групп.

По прочности модели делят на классы. Деревянные модельные комплекты подразделяются на три класса прочности. Первый класс-это модельные комплекты, предназначенные для длительного использования при ручной и машинной формовках. Для изготовления моделей этого класса применяют ольху, клен, бук. Модельные комплекты второго класса используются также для ручной и машинной формовок, однако они обладют меньшей прочностью. Для их изготовления используют сосну, ольху, липу. По третьему классу изготовляют модели из любых пород древесины для единичного использования при ручной формовке.

Для производства моделей и стержневых ящиков наиболее распространенным материалом является дерево. Дерево обладает рядом преимуществ перед другими материалами: малым удельным весом, хорошей обрабатываемостью, сравнительно невысокой стоимостью и доступностью. Модели, изготовленные из качественной древесины, являются прочными и при соответствующем уходе за ними обеспечивают большое количество съемов форм. Древесине присущи и недостатки, из которых главными являются гигроскопичность, коробление, неоднородность строения и относительно невысокая прочность. Однако применение соответствующих

40

мер как при обработке дерева (распиловке, сушке, хранении, отбраковке), так и при изготовлении модели (вязке, окраске) способствует устранению или уменьшению этих недостатков. Пиломатериалы, заготовленные в виде досок или брусьев, предварительно подвергают сушке (естественной или искусственной) с целью удаления излишней влаги. Для обеспечения сохранения формы и размеров моделей и стержневых ящиков влажность древесины должна быть в пределах 8-12 %. При изготовлении деревянного модельного комплекта в первую очередь производится модельная разметка на фанерном щите. Литая деталь вычерчивается в натуральную величину с учетом усадки по усадочному метру (усадочный метр больше обычного на величину усадки того или иного литейного сплава). Если размеры детали велики, то вычерчиваются отдельные узлы. Модельные чертежи на щитах служат для определения размеров различных частей заготовок для модельного комплекта и шаблонов.

Металлические модели и стержневые ящики применяют, главным образом, в крупносерийном и массовом производствах. Металлические модельные комплекты изготовляют из алюминиевых сплавов или из чугуна. Металлические модельные плиты делают составными и цельными. В первом случае модель выполняют отдельно и затем монтируют на плите, а во втором - модель и плиту изготовляют как одно целое. Стержневые знаки выполняют вместе с моделью. При проектировании металлического модельного комплекта разрабатывается чертеж элементов модельного комплекта: модельных плит, моделей и стержневых ящиков. При разработке чертежей модельного комплекта производится перерасчет размеров литой детали с учетом усадки сплава, а размеры моделей и стержневых ящиков указываются уже с учетом усадки сплава для отливки.

Гипсовые модели находят применение как при индивидуальном производстве литых деталей, так и при серийном. Модельные плиты и модели из гипса значительно хуже металлических, так как они больше по весу, массивнее и менее долговечны, но они очень дешевы и просты в изго-

41

товлении. Для выполнения гипсовой модели сначала изготовляют деревянную модель, которую формуют в песчаноглинистой формовочной смеси. После извлечения деревянной модели полость формы заполняют гипсовой массой, которую после затвердевания извлекают из формы и через сутки подвергают окраске спиртовым модельным лаком в 2-3 слоя. Близким по свойствам к гипсу является цемент, который можно применять для изготовления моделей. Процесс изготовления цементных моделей аналогичен процессу изготовления гипсовых моделей.

Модельные плиты применяются как при массовом, так и при мелкосерийном производстве. Для массового и крупносерийного производства модельные плиты проектируются постоянными с плоской поверхностью, на которой монтируются модели и элементы литниковой системы. При производстве отливок с меньшей серийностью плиты проектируются сменными, состоящими из постоянной рамы с посадочным гнездом, в которое вставляется сменная гладкая плита с моделями.

Опоки классифицируются по конструкции - цельнолитые, сварные,сборные; по конфигурации - прямоугольные (квадратные), круглые, фасонные; по массе - ручные (до 30 кг), комбинированные (30-60 кг) и крановые; по способу формовки - для машинной формовки, для пескометной и ручной формовки, для почвенной формовки.

Нормальные размеры опок определяются габаритными размерами моделей, расположением литниковой системы и необходимыми расстояниями между ними и стенками опок, а также между моделями и верхними и нижними кромками опок. Эти расстояния надо делать возможно меньшими для уменьшения размеров опок, однако они должны быть достаточными для обеспечения сопротивления формы продавливанию или прорыву металла в плоскости разъема.

42

1.3. Формовочные материалы

Литейные формы и стержни изготавливают из смесей, которые подразделяются соответственно на формовочные и стержневые и состоят из огнеупорной основы-песка, связующих и специальных добавок.

Формовочные пески в зависимости от химико-минералогического состава бывают кварцевые, цирконовые, хромитовые и др.

Кварцевые пески относятся к осадочным породам обломочного происхождения. В результате выветривания горных пород на поверхности земли они разрушались, дробились в щебень и песок, которые накапливались на склонах гор. Дождевыми потоками, ледниками, ветрами эти обломки сносились в долины, где и накапливались. Основная масса песка состоит из зерен минерала кварца, процентное содержание которого в основном определяет качество песка. Кварц -один из самых распространенных минералов. Минеральный кварц имеет плотность 2,65 г/см куб., температуру плавления 1713° С. Примесями кварцевых песков в большинстве случаев являются глинистые и другие минералы, которые в общем считаются глинистыми составляющими (ГС). В соответствии с ГОСТ 2138-91 формовочные пески на основе кварца подразделяются в зависимости от содержания глинистых составляющих на кварцевые (К), тощие (Т) и жирные (Ж). Кварцевые пески содержат 2,0 % ГС. Тощие пески содержат от 2,0 до 12,0 % ГС. Жирные пески содержат от 12,0 до 50,0 % ГС. Содержание ГС в формовочных песках определяют путем отмучивания. Классификация формовочных песков на основе кварца представлена в ГОСТ 2138-91.

Формовочные пески содержат зерна кварца различной величины и формы. Для получения литой детали без пороков необходим песок определенной зернистости. Пески разделяются по форме зерен на округлые, полуокруглые, полуугловатые и угловатые. Зерновой состав определяют путем просеивания сухого безглинистого песка на калиброван-

43

ных ситах. По величине зерен основной фракции песок относят к той или иной группе.

Для повышения огнеупорности и химической инертности формовочных и стержневых смесей в них могут использоваться некварцевые химически инертные материалы.

Магнезит металлургический MgO имеет плотность 3,0 г/см куб., температуру плавления 2800° С.

Хромит-хромистый железняк (FeCr2O3) имеет плотность 4,0 г/см куб. Температура плавления 2180° С. Используется в качестве наполнителя облицовочных смесей и противопригарных красок при изготовлении крупных отливок из стали. Хромитовые пески нельзя смешивать с кварцевыми.

Циркон состоит из ZrO2(63 мас.%) и SiO2 (32 мас.%). Это природный минерал плотностью 4,6 г/см куб. Температура плавления 2660° С. Используют в качестве наполнителя облицовочных смесей, а также красок при изготовлении отливок из стали и чугуна.

Дистен-силлиманит состоит из природных алюмосиликатных материалов. Плотность 3,5 г/см куб. Температура плавления 1830° С. Применяют при литье по выплавляемым моделям, а также в качестве наполнителя облицовочных смесей и противопригарных красок при изготовлении особо сложных отливок при литье в песчаные формы.

Электрокорунд имеет плотность 4,0 г/см куб. Температура плавле-

ния 2050° С.

Связующие материалы в формовочных и стержневых смесях необходимы для соединения зерен огнеупорной основы и достижения необходимой прочности. В качестве связующих материалов применяются глина, жидкое стекло натриевое, металлофосфатные связующие композиции, лигносульфонаты технические, синтетические смолы разных классов.

44

Глины. В состав формовочных глин входят минералы группы каолинита, бентонита и гидрослюд. Глины являются основными связующими материалами, используемыми при приготовлении формовочных смесей на кварцевых и тощих песках. Если же применяются жирные пески, то формовочные глины, как правило, не используются. Глины формовочные огнеупорные имеют каолиновый и каолиногидрослюдистый состав. Глины формовочные бентонитовые обладают более высокой связующей способностью.

Жидкое стекло натриевое содовое является коллоидным водным раствором силиката натрия. Связующая способность жидкого стекла оценивается модулем, который отражает соотношение массовых долей диоксида кремния и оксида натрия. От значения модуля жидкого стекла зависит удельная прочность и живучесть смеси.

Металлофосфатные связующие композиции состоят из порошкообразных оксидов, обладающих основными свойствами, и ортофосфорной кислоты или ее солей. В последнее время широкое применение находят алюмохромфосфатные и магнийалюмофосфатные связующие.

Лигносульфонаты технические получают из сульфитной барды, которая является побочным продуктом при сульфитной варке целлюлозы.

Синтетические смолы различных классов применяются в качестве связующих при приготовлении формовочных и стержневых смесей. Связующие композиции на их основе обеспечивают твердение смесей в холодной оснастке под воздействием жидких катализаторов и отвердителей, входящих в состав смесей, либо при продувке газообразными реа- гентами-катализаторами, либо в горячей оснастке.

В целях улучшения свойств формовочных и стержневых смесей вводятся различные добавки.

Противопригарные добавки. В качестве противопригарных добавок используются молотый каменный уголь, коксовая пыль, мазут, которые в процессе заливки форм расплавом сгорают, образуя на поверхно-

45

сти раздела металл-форма газовую прослойку. Кроме того, в форме образуется восстановительная атмосфера, которая препятствует окислению сплава.

Добавки, улучшающие выбиваемость смесей. Одним из актуаль-

ных вопросов при изготовлении отливок в формах и стержнях из песча- но-жидкостекольных смесей является затрудненная выбиваемость, особенно стержней. С целью улучшения выбиваемости в составе смесей используются те же добавки, что и для улучшения противопригарных свойств. Механизм их действия состоит в том, что при сгорании эти добавки разупрочняют смесь.

1.4.Формовочные и стержневые смеси

Взависимости от огнеупорной основы и связующего материала наибольшее распространение в литейном производстве получили следующие типы смесей: песчано-глинистые, песчано-жидкостекольные, пес- чано-смоляные и песчано-масляные (стержневые смеси). В табл. 1 приведена классификация смесей.

Взависимости от состояния смеси разделены на три вида: сыпучие, пластичные и жидкие.

Взависимости от характера твердения форм и стержней смеси разделены на пять категорий: неподвергающиеся твердению, воздушного, теплового и химического твердения, самотвердеющие смеси.

Помимо указанных выше трех классификационных признаков, смеси также разделяются и по ряду других признаков: по природе огнеупорной основы, по назначению и роду заливаемого в форму металла.

46

Таблица 1

Классификация смесей по типу, виду и характеру твердения

№
п.п	Тип смеси	Вид смеси	Категория смеси по	Область при-
.			характеру	менения
			твердения
				Для средних и
I	Песчано-	Пластичная	Не подвергающаяся
	глинистая		твердению	крупных форм и
			Теплового твердения	стержней
				Для форм и стерж-
	Песчано-		Воздушного тверде-
	жидко-	Пластичная	ния	ней (всех категоий)
			Теплового твердения
2				рий)
			Химического твер-
			дения
	стекольная		Самотвердеющая
				Для крупных форм
		Жидкая	Теплового твердения
			Самотвердеющая
				Для оболочковых
3	Песчано-	Сыпучая	Теплового твердения
	смоляная			форм и стержней
	смоляная		Теплового твердения	Для мелких стерж-
				ней
		Пластичная	Самотвердеющая	Для средних и
				крупных стержней
				Для мелких и
4	Песчано-	Пластичная	Теплового твердения
	масляная			средних стержней
	(стержневая)

47

По природе огнеупорной основы смеси разделяют на кремнеземистые, дистенсиллиманитовые, цирконовые и др. Наибольшее распространение получили кремнеземистые смеси, у которых в качестве огнеупорной основы используют кварцевые пески. Смеси с иной огнеупорной основой применяют главным образом в целях предупреждения пригарообразования на массивных стальных и чугунных отливках.

По назначению смеси разделяют на формовочные и стержневые, а также на единые, облицовочные и наполнительные.

Формовочные смеси отличаются от стержневых по газопроницаемости, по прочности и ряду других свойств. Например, стержневая смесь должна иметь более высокую газопроницаемость, большую прочность и податливость, чем формовочная, так как стержни, установленные в литейной форме, подвергаются более сильному тепловому и гидравлическому воздействию металла, чем форма.

Единые смеси применяют главным образом при изготовлении мелких и средних форм в условиях высокомеханизированного производства литейного цеха в тех случаях, когда экономически нецелесообразно использовать два типа смесей (облицовочную и наполнительную), ввиду усложнения системы их приготовления и транспортировки на рабочее место.

Облицовочные смеси применяют в целях экономии свежих формовочных материалов. Из такой смеси, приготовленной из кондиционных формовочных материалов, выполняют лишь небольшой лицевой слой формы или стержня, остальной их объем выполняют из наполнительной смеси, составленной из оборотных (ранее использованных) песчано-глинистых смесей с небольшой добавкой свежих материалов.

По роду заливаемого металла различают смеси для стального, чугунного и цветного литья.

Смеси для стального литья изготавливают из наиболее кондиционных формовочных материалов, обеспечивающих высокую огнеупорность, газопроницаемость и другие высокие качественные показатели формам и

48

стержням, так как температурные параметры воздействия металла на форму являются весьма высокими (температура металла при заливке формы составляет 1550...1600°С).

Смеси для чугунного литья изготавливают из менее кондиционных формовочных материалов, так как температура металла при заливке формы в этом случае ниже (около 1300°С).

Смеси для цветного литья изготавливают из материалов, к которым не предъявляются высокие требования как по огнеупорности, так и по газопроницаемости, так как температура металла при заливке значительно ниже, чем при стальном и чугунном литье. Например, при разливке сплавов на основе алюминия или магния температура металла при заливке не более 75О...78О°С.

1.5.Свойства смесей и способы их определения

Втабл.2 приведена классификация свойств формовочных и стержневых смесей.

Все свойства разделены на четыре отдельные группы: гидравлические, механические, технологические и теплофизические.

Гидравлические свойства смесей определяют условия газообразования и удаления газообразных продуктов из полости формы при ее заливке металлом. К ним отнесены влажность, пористость, газопроницаемость и газотворность.

Механические свойства смесей определяют прочностные характеристики литейной формы в период ее изготовления, а также при заливке ее металлом и затвердении отливки. К ним отнесены прочность во влажном, упрочненном, нагретом и прокаленном состояниях.

Технологические свойства смесей определяют условия получения качественных форм и стержней, а также условия изготовления отливок

	49
			Таблица 2
Группы свойств формовочных смесей
Группа свойств			Наименование свойств
Гидравлические свойства		Влажность
		Пористость*
		Газопроницаемость
		Газотворность
		Твердость
Механические свойства		Прочность:
		-	во влажном состоянии
		-	в упрочненном состоянии
		-	в нагретом состоянии
		-	в прокаленном состоянии
		Уплотняемость
		Формуемость
		Текучесть
		Прилипаемость
		Гигроскопичность*
Технологические свойства		Живучесть
		Осыпаемость
		Податливость*
		Огнеупорность*
		Пригораемость*
		Выбиваемость
		Долговечность*
		Теплоемкость*
Теплофизические свойства		Теплопроводность*
		Температуропроводность*
		Теплоаккумулирующая способ-
		ность*

* Свойства, определяемые при полном контроле смесей при выполнении исследовательских работ.

50

c наименьшей трудоемкостью, без трещин, засоров, с высоким качеством поверхности. К ним отнесены уплотняемость, формуемость, текучесть, прилипаемость, гигроскопичность, живучесть, осыпаемость, податливость, огнеупорность, пригораемость, выбиваемость, долговечность.

Теплофизические свойства смесей определяют условия протекания тепловых процессов при затвердевании отливки в форме. К ним отнесены теплоемкость, теплопроводность и теплоаккумулирующая способность.

Рассмотрим подробнее перечисленные выше свойства.

Гидравлические свойства Влажность характеризует процентное содержание влаги в смесях. Ве-

личина влажности определяет значение многих других свойств смеси и оказывает прямое влияние на качество получаемых отливок, например, при повышенной влажности смесей в отливках могут возникать газовые раковины. В формовочных и стержневых смесях различают следующие виды влаги: химически связанную, поверхностно связанную и свободную.

Пористость характеризуется объемом пустот (пор), отнесенным к объему смеси, и выражается в процентах. Величина пористости смеси в основном определяет степень развития процессов проникновения жидкого металла или его оксидов в глубь формы, т. е. определяет вероятность возникновения пригара на отливках.

Газопроницаемость. Величина газопроницаемости определяется способностью формовочной смеси пропускать газы. Газопроницаемость является одной из важнейших его характеристик. При недостаточной газопроницаемости смеси затрудняются условия удаления газообразных продуктов из полости формы в процессе ее заливки металлом. Газопроницаемость смесей зависит от размера зерен формовочного песка, от со-

51

держания в них мелкозернистых добавок, от степени уплотнения и влажности.

Газотворность характеризуется количеством газа, выделяющегося при выдержке навески смеси массой 1г при температуре 100°С в течение 30 секунд.

Выделяющиеся при заливке форм металлом газы могут быть причиной образования газовых раковин в отливках, причем, чем выше газотворность смеси, тем больше опасность их образования. Значение газотворности смесей зависит от вида и количества органических( выгорающих) добавок, от содержания влаги, а также от скорости выделения газообразных продуктов в процессе нагрева смеси.

Механические свойства.

Твердость характеризует способность поверхностного слоя форм или стержня противостоять проникновению более твердого тела (металлического шарика). Поверхностная твердость формы или стержня зависит от степени уплотнения смеси, количества и качества связующих материалов, а также от режимов их упрочнения.

Оценку твердости производят с помощью специальных приборовтвердомеров.

Прочность характеризует способность смеси сохранять заданную конфигурацию полости литейной формы в период ее изготовления и транспортирования, а также при ее заливке. Прочность смесей оценивают предельной величиной нагрузки, при которой разрушается уплотненный образец смеси.

Различают прочность во влажном, упрочненном, нагретом и прокаленном состояниях.

Прочность смеси во влажном состоянии зависит, главным образом, от количества и состояния содержащейся в ней глины, а также от величины влажности, зернового состава формовочного песка, степени уплотнения смеси и некоторых других факторов.

52

Наиболее часто прочность смесей во влажном состоянии оценивается при сжатии, реже при срезе, изгибе и разрыве .

Повышение прочности во влажном состоянии песчано-глинистых, песчано-жидкостекольных и песчано-масляных смесей производят добавкой глины.

Прочность смеси в упрочненном состоянии (имеется в виду прочность, которую приобретает стандартный образец смеси после тепловой сушки или химического отверждения) зависит от природы и количества связующего материала и зернового состава формовочного песка, степени уплотнения смеси, режимов ее упрочнения и целого ряда других факторов, влияние которых было рассмотрено выше. Наиболее часто прочность смеси в отработанном состоянии оценивается при разрыве образца и сжатии, реже— при срезе и изгибе.

Прочность смесей в прокаленном состоянии характеризуется в основном способностью стержня, изготовленного из данной смеси, удаляться из полости отливки при разрушении формы и зависит главным образом от природы связующего материала смеси и его количества, от интенсивности теплового воздействия сплава отливки на стержень и других факторов. Иначе прочность смесей в прокаленном состоянии называют остаточной прочностью, которая характеризует выбиваемость стержневых смесей. Наихудшей выбиваемостью обладают песчано-жидкостекольные смеси. Значение их остаточной прочности (при сжатии) достигается 5,0 МПа и более. Наименьшей остаточной прочностью обладают смеси с органическими связующими материалами (менее 0,01 МПа).

Технологические свойства Уплотняемость характеризует способность смеси изменять свой перво-

начальный объем под воздействием внешних сил. Уплотняемость песчаноглинистых смесей зависит от содержания воды и глины и от их соотношения. Оценку уплотняемости производят по разнице объемов навески смеси

53

до и после уплотнения, отнесенной к первоначальному ее объему, и выражают в процентах.

Формуемость смеси характеризует ее формообразующую способность. Оценку формуемости производят по соотношению объема массы смеси прошедшей через сито вращающегося барабана прибора, к массе исходной навески и выражается в процентах.

Формуемость смеси в пределах 70...80 ед. считается оптимальной для процесса прессования форм под высоким удельным давлением и классифицируется как индекс формуемости (цифровой показатель).

По значению индекса формуемости осуществляют регулирование влажности в автоматизированных системах смесеприготовления. Текучесть характеризует способность смеси под воздействием внешних сил заполнять труднодоступные полости в модельной оснастке, обеспечивая равномерное уплотнение формы или стержня. Различают три вида текучести:

-при динамическом уплотнении пластичных смесей;

-при статическом уплотнении пластичных смесей,

-при оценке подвижности жидких смесей.

Подвижность жидких смесей определяют на специальном приборе по оценке сопротивления сдвигу смеси или диаметру "расплыва" порции смеси на гладкой поверхности.

Прилипаемость характеризует способность смеси во влажном состоянии прилипать к поверхности модельной оснастки или транспортных средств (ленточных конвейеров, коробов и т. п.).

Гигроскопичность характеризует способность формы или стержня впитывать влагу из окружающей среды. Значение гигроскопичности связано с природой и количеством связующего материала смеси. Например, водорастворимые связующие материалы (сульфитно-дрожжевая бражка, декстрин, патока и др.) придают смеси повышенную гигроскопичность. Смеси с

54

водонерастворимыми связующими материалами имеют низкую гигроскопичность.

Живучесть характеризуется продолжительностью сохранения смесью физико-механических свойств. Значение ее зависит от природы связующего материала смеси, а также от интенсивности уменьшения в ней влаги. За показатель живучести холоднотвердеющих (упрочняющихся без теплового воздействия) смесей обычно принимают продолжительность промежутка времени (в минутах), по прошествии которого прочность смеси снижается до 30 % от максимального значения.

Осыпаемость характеризуется способностью формы или стержня разрушаться при транспортировке, сборке и заливке. Значение осыпаемости связано с количеством и природой связующего материала, а также с режимом сушки форм и стержней. Для уменьшения осыпаемости песчаноглинистых форм в состав смеси обычно вводят добавку ССБ.

Оценку осыпаемости смеси производят по величине потери массы стандартным образцом, помещенным во вращающийся сетчатый барабан, при этом величину осыпаемости выражают в процентах .

Податливость характеризует способность формы или стержня деформироваться под воздействием усадки отливок. Степень податливости смеси зависит от природы огнеупорной основы, от количества и природы связующего материала, а также от степени уплотнения смеси. Например, сильно уплотненные смеси с большим количеством глины малоподатливы. Для улучшения податливости в состав смеси вводят древесные опилки или другие выгорающие добавки.

Огнеупорность характеризует способность смеси не оплавляться под воздействием высоких температур. При недостаточной огнеупорности смеси происходит оплавление и спекание отдельных ее компонентов с образованием дополнительной пористости, приводящей к формированию повышенного пригара на отливках. Значение огнеупорности смеси зависит от минералогического гранулометрического и химического состава формо-

55

вочного песка и глины. Для оценки огнеупорности из смеси изготавливают образцы в виде трехгранных пирамидок "конусов", высотой 50 и длиной грани 15 мм. Величину огнеупорности смеси определяют по температуре, при которой вершина "конуса" в процессе размягчения и оплавления смеси коснется уровня основания (рис. 4).

б)

Рис. 4. Эскиз «конусов» (трехгранных пирамидок) для оценки огнеупорности материалов:

а) - "конус" в исходном состоянии; б) - "конус", фиксирующий температуру огнеупорности материала.

Пригораемость характеризует способность поверхностного слоя формы или стержня противостоять прочному сцеплению с металлом отливки. Степень пригораемости смеси зависит от многих факторов в том числе от пористости смеси, химической инертности ее огнеупорной основы. Уменьшение пригораемости смеси достигают применением специальных защитных покрытий, наносимых на поверхность форм и стержней.

Выбиваемость характеризуется способностью стержней удаляться из внутренних полостей при выбивке и очистке отливок. Значение выбиваемости зависит, главным образом, от природы и количества связующего материала в смеси, от интенсивности температурного и силового воздействия металла отливок на стержень. Оценку выбиваемости смеси

56

производят по величине работы, затрачиваемой на пробивку специальным бойком стержня, прокаленного при 800°С и установленного в специальном поддоне на стандартном копре.

Долговечность характеризует способность смеси после соответствующей подготовки повторно использовать её для изготовления форм без введения добавок свежих формовочных материалов. Долговечность смеси зависит от интенсивности температурного воздействия жидкого сплава, от природы огнеупорной основы и связующего материала смеси. Наибольшей долговечностью обладают песчано-глинистые смеси. Оценку долговечности смеси производят по числу циклов ее использования, обеспечивающему сохранение смесью надлежащих физико-механических свойств для получения качественных отливок.

Теплофизические свойства

К теплофизическим свойствам относят теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и теплоаккумулирующую способность.

Эти характеристики определяют тепловой режим охлаждения отливки в форме. Значение их зависит главным образом от природы огнеупорной основы смесей, а также и от состояния формы (влажная, сухая). Наиболее высокими теплофизическими свойствами обладают цирконовые дистенсиллиманитовые, хромитовые формовочные пески. Теплофизические характеристики кварцевых песков значительно ниже.

Различные теплофизические свойства смесей позволяют регулировать процессы затвердевания отдельных частей отливок. Значения теплоемкости и теплопроводности смесей определяются в специальных теплофизических лабораториях, а температуропроводность и теплоаккумулирующая способность - расчетным путем.

57

1.6. Литейные формы и стержни

Формы и стержни могут изготавливаться двумя способами - ручной или машинной формовкой.

Ручная формовка применяется при изготовлении отливок из любых литейных сплавов различных размеров, массы и конфигурации в единичном и мелкосерийном производствах.

Машинная формовка применяется в серийном и массовом производствах отливок простой и средней сложности, мелких и средних по размерам и массе.

Изготовление форм вручную производят в единичном и мелкосерийном производствах мелких и средних отливок и при формообразовании крупных и особо крупных отливок. Формовку осуществляют по моделям, шаблонам, скелетным моделям. В современных условиях к отливке предъявляют высокие требования, главным из которых является размерная точность. Это требование выполнимо при формовке в опоках. Наибольшее распространение получила формовка в парных опоках. При этом используются модели как неразъемные, так и разъемные. Уплотнение смеси при ручной формовке осуществляется пневмотрамбовкой или в отдельных случаях при изготовлении форм малых габаритных размеров - ручной трамбовкой.

Изготовление форм вручную

Изготовление форм вручную производят в единичном и мелкосерийном производствах мелких и средних отливок и при формообразовании крупных и особо крупных отливок. Формовку осуществляют по моделям, шаблонам, скелетным моделям.

Формовка в парных опоках. В современных условиях к отливке предъявляют высокие требования, главным из них является размерная точность. Это требование выполнимо при формовке в опоках.

58

Наибольшее распространение получила формовка в парных опоках. При этом используют модели как неразъемные, так и разъемные (рис.5)

Рис. 5. Последовательность операций при формовке

вручную:

I — подмодельный щиток; 2— модель; 3— модель питателя; 4 — нижняя опока; 5 — сито; 6— газоотводные каналы; 7 — верхняя опока; 8 — знак модели; 9— модель литниковой чаши; 10— модель стояка; 11 — модель шлакоуловителя; 12 — центрирующие штыри; 18—подъем; 14 — стержень.

Формовка с подрезкой, с «фальшивой» опокой и фигурным щитком.

Эти способы формообразования отливок применяют в тех случаях, когда формовку производят по моделям сложных очертаний и невозможно изготовление разъемной модели, так как одна из ее частей будет непрочной. Формовку с подрезкой осуществляют в единичном производстве, когда требуется изготовить несколько отливок. Пример формовки с подрезкой приведен на рис. 6. Модель при установке на подмодельный щиток не прилегает к нему плоскостью; между ними образуется пространство, в которое при уплотнении смеси в нижней опоке попадает смесь. Уплотнив смесь в нижней опоке, поворачивают ее на 180°. При

59

отделке этой полуформы производят подрезку смеси с целью освобождения от смеси всех частей модели; в результате подрезки модель может быть свободно извлечена из полуформы без ее повреждения.

Рис. 6. Формовка с подрезкой: а — чертеж отливки; б — модель;

в — форма; г — отливка

Формовка с болваном. Болваном принято называть выступающие части формы, образующие в отливках полости или углубления. Различают болваны, располагаемые в верхней полуформе— висячие, и в нижней полуформе — опорные. Болваны висячие требуют специальных способов укрепления, в то время как опорные, выполняемые в нижней полуформе, не нуждаются в особом дополнительном укреплении. Поэтому во всех случаях формовки следует стремиться располагать болваны в нижней полуформе, и для укрепления их достаточно установить несколько деревянных колышков-солдатиков, смоченных в жидкой глине. На рис. 7 приведена форма с висячим болваном.

60

Рис. 7. Формовка с болваном: / — крючок;

2 солдатик; 3 — болван

Формовка в парных опоках по разъемной модели. При формовке в пар-

ных опоках всю модель (исключая небольшой стержневой знак) помещают в нижнюю опоку. Верхняя часть формы при этом имеет простую гладкую поверхность. Однако на практике при формообразовании отливок модель делят на две части и тогда одну из них формуют в верхней опоке. При этом способе формовки имеется много операций, общих с формовкой по цельной модели.

Для ознакомления с данным способом формовки рассмотрим технологический процесс формовки отливки корпуса (рис. 8,а). Разъемная модель с элементами литниково-питающей системы изображена на рис. 8, б.

61

Рис. 8. Формовка в парных опоках по разъемной модели

Стопочная формовка. В практике литейного производства применяют литье в этажные и ступенчатые стопки.

Первый способ (рис. 9, а) рекомендуется для изготовления очень мелких отливок, например поршневых колец, маховичков для санитарнотехнической арматуры и т. п. Стопка форм имеет центральный стояк, через который производят заливку всей стопки форм.

Недостатком этого способа является повышенное давление расплава, оказываемое на нижние формы, в которых отливки могут получаться раздутыми.

62

Рис. 9. Стопочная формовка: а —этажная; б — ступенчатая

При литье в ступенчатые формы первую (нижнюю) форму устанавливают на подготовленный плац, а каждую последующую сдвигают относительно нижележащей на расстояние, которое обеспечивает свободную и безопасную заливку форм (рис. 9,б).

Формовка вручную по модельным плитам. Раздельное изготовление нижних и верхних полуформ по модельным плитам с последующей сборкой целесообразно применять в единичном и мелкосерийном производствах при формообразовании мелких и средних отливок. При отсутствии в цехе формовочных машин с нужными габаритными размерами стола формовка по модельным плитам вручную находит применение и при формообразовании сравнительно крупногабаритных отливок серийного производства.

63

На рис. 10 приведена модельная плита для формообразования отливок муфтовых клапанов.

Рис. 10. Монтаж моделей на плите: а — модельная плита; б — шлакоуловитель

Формовка в почве. При формообразовании единичных, средних и особенно крупных отливок, при отсутствии парных опок нужных размеров и при экономической нецелесообразности изготовления новых опок этот способ является достаточно рациональным.

Различают следующие способы формовки в почве: формовка в почве по мягкой постели в открытую; формовка в почве по мягкой постели под опокой; формовка в почве по твердой постели под опокой. Первый способ формовки используют для отливок, имеющих плоскую поверхность, которая не подвергается механической обработке (плитных настилов, каркасов стержней, крупных опок и других подобных отливок). Второй способ применяют при изготовлении мелких и средних отливок, он позволяет изготовлять отливки по разъемным моделям.

64

На примере формовки отливки подшипника рассмотрим процесс формовки в почве по мягкой постели под опокой (рис.11). Выровняв формовочный плац, укладывают модель и намечают площадь ямы для мягкой постели, причем габаритные размеры постели должны быть на 100— 150 мм больше габаритных размеров модели. Выкопав яму, выравнивают стенки и дно ямы,

	Рис.11. Формовка отливки подшипника в				почве по мягкой постели :
				1- литниковая чаша;	2—выпор

заполняют ее до уровня плаца рыхлой наполнительной смесью (при формовке средних отливок для повышения газопроницаемости на дно ямы насыпают небольшой слой крупного кварцевого песка). В образовавшуюся мягкую постель укладывают модель отливки и легкими ударами по деревянной подкладке вдавливают ее в постель.

65

Рис. 12. Приготовление твердой постели:

/ — слой гари; 2—вентиляционные трубы; 3-вентиляционные каналы; 4 — модель; 5—слой облицовочной смеси

При формовке крупных отливок применяют формовку в почве по твердой постели и под опокой (рис. 12). В формовочном плацу выкапывают яму, глубина которой превышает высоту модели на 300—400 мм, а длина и ширина — на 250—300 мм. Дно ямы уплотняют плоской трамбовкой и наносят слой гари толщиной 100—150 мм, слегка уплотняют его и выравнивают мелкой гарью. Для отвода газов, скапливающихся в гари во время заливки, в почву в двух противоположных углах затрамбовывают две трубы диаметром 75—100 мм, нижние концы которых упираются в гарь, а верхние — выступают над почвой. В приготовленную постель укладывают модель (или половину модели при формовке по разъемной модели) и легкими ударами трамбовки по деревянной подкладке осаживают ее в постель. На нижнюю половину модели накладывают верхнюю половину с элементами литниковой системы, наносят на модель и накрывают верхнюю опоку. Затем устанавливают крючки и выполняют все технологические операции по изготовлению верхней полуформы.

Формовка по шаблону. В единичном и мелкосерийном производствах средних и крупных отливок, имеющих форму тел вращения, в том числе

66

и при наличии различных приливов и фланцев, изготовление формы производят по шаблонам с вертикальной или горизонтальной осями вращения. Этот способ применяют в тех случаях, когда изготовление модели неэкономично и при ее малой стойкости.

Изготовление форм из жидких самотвердеющих смесей. Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС) широко используют для изготовления крупных стержней и форм. Схема формовки с помощью ЖСС приведена на рис. 13. Модель 2 фиксируется в кессоне 4 при помощи закрепленной на ней планки 7, нагружаемой грузом во избежание всплытия модели при заливке ЖСС. Между стенками кессона и моделью должен быть зазор от 100 до 150 мм. В зависимости от габаритных размеров в модели выполняют один или несколько колодцев 3, служащих для заливки смеси в нижнюю часть формы, а для более равномерного заполнения пространства под моделью в колодцы устанавливают толкатели 5, которыми смесь выдавливается в форму. После заполнения пространства под моделью смесь заливают в зазоры между моделью и кессоном.

Рис. 13. Схема изготовления форм из ЖСС: а — положение модели перед заливкой ЖСС; б — модель, залитая ЖСС

Машинная формовка

67

В современных литейных цехах с серийным и массовым характером производства, а при быстросменной модельной оснастке и в мелкосерийном производстве, широко применяют машинную формовку.

Машинное уплотнение формовочной смеси отличается равномерностью, благодаря чему значительно снижается брак отливок по ужиминам, раковинам, раздутию; извлечение модели из форм без ее расталкивания исключает необходимость исправления формы, повышает точность размеров отливки, а следовательно, сокращает припуски на обработку. Машинная формовка создает предпосылки к организации поточного производства с комплексной механизацией всех операций, связанных с процессом изготовления отливок.

Литейную форму изготовляют на двух машинах — на одной нижнюю, а на другой — верхнюю полуформу. В массовом и серийном производствах металлические модели и элементы литниковой системы монтируют на односторонних чугунных плитах, а в мелкосерийном и единичном деревянные модели и элементы литниковой системы — на координатных или наборных плитах — рамках (рис. 14).

По методу уплотнения смеси различают: машины с верхним и нижним прессованием; встряхивающие машины; встряхивающие машины с подпрессовкой; пескометы.

68

Рис. 14. Типы модельных плит: а — односторонняя; б — координатная; в — наборная плита-рамка;

/ — основная плита; 2—модель:	3 — шлакоуловитель; 4 — стояк;
5 —складная модельная	плитка; 6 —упорные винты

Схема работы формовочной машины с верхним прессованием приведена на рис. 15. На столе 2 поршня 8, расположенного в цилиндре 1, укрепляют модельную плиту 3. По направляющим штырям устанавливают опоку 4 и поверх нее — наполнительную рамку 7. Заполнив опоку и рамку смесью, в нижнюю часть цилиндра подают сжатый воздух, под давлением которого поршень поднимается вверх. При этом прессовая кладка 6, закрепленная на неподвижной траверсе 5, внедряется в наполнительную рамку и уплотняет формовочную смесь в опоке. После прекращения подачи воздуха и выпуска его из-под поршня процесс уплотнения смеси в опоке прекращается и стол машины под действием собственной массы опускается. Этот метод уплотнения смеси отличается высокой производительностью и бесшумностью. Однако неравномерное уплотнение смеси в опоке— наибольшее в верхних

69

частях полуформы и пониженное в слоях смеси, образующих полость формы,— ограничивает использование этого способа. Уплотнение смеси прессованием применяют при формовке малых отливок в опоках высотой не более 150 мм и размерами не более 800 X 800 мм.

Повышенное и равномерное уплотнение прессованием достигается с помощью многоплунжерной головки. При этом формовочная смесь уплотняется большим числом прессующих башмаков, снабженных поршневыми гидравлическими приводами.

Рис. 15. Схема работы машины с верхним прессованием: а — заполнение опоки и рамки смесью; 6 — уплотнение смеси; в —возвращение стола в исходное положение

Каждый башмак под действием масла на поршень прессует находящийся под ним участок формы независимо от соседних участков. Многоплунжерное уплотнение смеси широко используют на автоматизированных формовочных линиях. Схема работы формовочной машины с нижним прессованием дана на рис. 16. Прессовый поршень 2, на котором

70

укреплен стол 3, помещается в цилиндре /. На столе расположена модельная плита 4, перемещающаяся вверх и вниз в неподвижной раме 5. По штырям устанавливают опоку 6 и заполняют ее формовочной смесью, при этом смесь также поступает в полость неподвижной рамы. Разровняв смесь по всей поверхности опоки, помещают ее под неподвижную траверсу — плиту 7, и в нижнюю часть цилиндра подается сжатый воздух, благодаря чему поршень начнет подниматься вверх, а модель — внедряться в смесь, уплотняя ее. При прекращении поступления воздуха поршень опускается и модель извлекают из полуформы. Наибольшее уплотнение смеси создается у модели и понижается к верху опоки, несколько возрастая у траверсы, что является преимуществом этого способа. Однако для преодоления силы трения смеси о стенки опоки необходим большой расход мощности, поэтому применение этих машин ограничивается размерами опок в свету 1050 X 800 мм и высотой до 150 мм.

Рис. 16.	Схема работы машины		с нижним прессованием; а —
заполнение	опоки смесью;	б — прессование; в — возвращении сто-
	ла в	исходное	положение

71

Схема работы встряхивающей машины с допрессовкой приведена на рис. 17.

Рис, 17. Схема работы встряхиваюшей машины с допрессовкой: а, б, в, — заполнение опоки и рамки смесью и встряхивание; г —прессование; д — возвращение в исходное положение

72

Машина имеет два цилиндра: прессовый 1 и встряхивающий 2. Внутри встряхивающего цилиндра помещен поршень 3 со столом 4. На столе машины укрепляют модельную плиту 5 с моделью. По штырям устанавливают опоку 6 и после заполнения ее смесью в полость встряхивающего цилиндра подают сжатый воздух (показано стрелкой), под давлением которого поршень с укрепленной модельной плитой поднимается вверх. При этом впускное отверстие перекроется боковой поверхностью поршня, а выхлопное отверстие откроется, воздух выйдет в атмосферу, а стол с модельной плитой и опокой под действием своей массы падает, ударяясь о торец цилиндра. В этот момент происходит уплотнение смеси. При опускании поршня впускное отверстие вновь открывается и цикл повторяется.

Обычно стол поднимается на высоту 25—80 мм и опускается, совершая около 150 ударов в минуту. Для уплотнения смеси в опоке достаточно 30—40 ударов. Излишнее число ударов может привести к появлению трещин в форме.

При встряхивании наибольшее уплотнение формовочной смеси создается около модельной плиты, а верхние слои смеси нуждаются в дополнительном уплотнении. И поэтому после окончания встряхивания сжатый воздух подают в полость прессового цилиндра и верхние слои смеси приходят в контакт с прессовой колодкой 8, которая входит в полость наполнительной рамки 7 и уплотняет верхние слои смеси. Извлечение модели при помощи перекидного стола осуществляется на машинах моделей 232—236, применяемых при изготовлении нижних полуформ, так как они выдают их разъемом кверху, поэтому отпадает операция кантовки крупных форм. Однако в некоторых отраслях эти машины применяют при изготовлении и верхних форм. При этом верхние полуформы снимают с помощью мощных штифтовых подъемов. Эти машины широко используют при формообразовании отливок с массивными и высокими болванами.

73

При машинной формовке для облегчения извлечения модели из полуформ применяют вибраторы пневматические, турбоинерционные и электрические. Наиболее широко применяют пневматические вибраторы.

Пневматические вибраторы работают при давлении сжатого воздуха (5 ч- 7) 105 Па и в течение 1 минуты производят от 2000 до 5000 ударов, создавая вибрацию модельной плиты. На небольших формовочных машинах на тыльной стороне модельной плиты укрепляют один-два вибратора с плунжером диаметром 20—25 мм, а на средних и крупных машинах — два-три вибратора с плунжером диаметром 50 мм.

Автоматизированные формовочные линии. В цехах с круп-

носерийным и массовым характером производства успешно эксплуатируют автоматизированные линии как отечественного производства, так и зарубежных фирм. Процессы формовки, сборки и выбивки на этих линиях полностью автоматизированы, а роль рабочего-оператора сводится к наблюдению за работой механизмов и запуску линии с пульта управления. Операциями, выполняемыми вручную, являются установка стержней и заливка форм, а на некоторых линиях последняя операция также автоматизирована.

Литейные конвейеры. Наибольшее применение получили напольные горизонтальные литейные конвейеры. Они являются средством для транспортирования форм от машин на участок заливки (при мелких формах на конвейере производится сборка форм) и далее в охладительный кожух и на выбивку. В процессе выбивки отработанная смесь поступает на нижележащий ленточный конвейер, транспортирующий смесь на переработку, а отливки направляются в очистное отделение. Скорость движения конвейера колеблется в пределах 1—7,5 м/мин и регулируется вариантом скоростей. Передача отливок в очистное от-

74

деление осуществляется либо пластинчатым конвейером (при массовом производстве) либо электрокарами.

Спомощью пескометов (рис.18) механизируют операции наполнения

иуплотнения смеси в крупных опоках и стержневых ящиках. Минимальный размер опок в свету 1000 X 600 мм и высота более 300 мм. Густая сетка ребер в опоках затрудняет уплотнение смеси пескометами, так как под ребрами, и особенно в узлах пересечения ребер, получается недостаточное уплотнение смеси. Для повышения степени уплотнения смеси под ребрами следует нижнюю кромку ребра заострить, число ребер уменьшить и располагать их в одном направлении.

Рис.18. Схема работы пескомета

Современное развитие науки и техники литейного производства, и в частности достижения в области разработки высококачественных формовочных смесей, позволяют значительный удельный объем производимых отливок изготовлять в сырых формах. При этом со-

75

кращаются затраты рабочего времени на транспортирование форм в сушило и доставку их после сушки, на обслуживание сушил; отпадает надобность в сушильных печах и экономится значительное количество топлива. Даже в самых совершенных сушильных печах удельный расход тепла на сушку форм в 1,5 раза выше, чем требуется на выплавку 1 т стали.

Весь процесс изготовления отливок ускоряется, повышаются производительность труда и общий выпуск цеха, снижается себестоимость отливок. Однако при изготовлении крупных по массе отливок большой высоты и сложной конфигурации с выступающими частями сырая форма не в состоянии противостоять влиянию большого количества заливаемого расплава, поэтому приходится применять сухие формы.

Основной целью сушки является удаление влаги из форм и стержней. Для этого необходимо обеспечить подвод тепла к высушиваемым формам или стержням от какого-нибудь источника.

По	мере испарения влаги и удаления ее с		поверхностных слоев
новые порции влаги поступают из		внутренних слоев к наружным
почти	до полного ее испарения.	Для того	чтобы процесс испаре-

ния и удаления влаги происходил непрерывно, необходимо, чтобы водяные пары все время поглощались окружающей средой

При загрузке форм и стержней в сушило следует соблюдать однообразие смесей, из которых изготовлены формы и стержни. Наряду с этим рекомендуется подбирать для загрузки в сушило однородные по размерам опоки и стержни. При разнообразии размеров форм и стержней их следует располагать на выкатной тележке сушила таким образом, чтобы наиболее крупные располагались в местах, где циркулируют более горячие газы.

При формообразовании средних и крупных отливок основным связующим в смеси является глина. При добавлении в смесь воды глина, благодаря связующей способности, придает необходимую прочность сы-

76

рой форме. В процессе сушки после испарения влаги получаются прочные формы, в которых отдельные зерна песка скреплены между собой высохшей глиной. Одновременно с повышением прочности возрастает газопроницаемость вследствие образования пор после удаления влаги и усадки глины.

Первичную сушку форм производят при температуре 350—375, а подсушку после ремонта — при температуре 180—200 °С в течение

60— 75 минут.

Т Разработка быстросохнущих смесей дала возможность не только сократить продолжительность цикла сушки средних и крупных форм, но и позволила в ряде случаев отказаться от применения камерных сушил. Формы, изготовленные из быстросохнущих смесей, не нуждаются в сквозной просушке — достаточно просушить лишь облицовочный слой смеси, нанесенный на модель. Для поверхностной подсушки форм применяют переносные сушила, работающие на твердом или газообразном топливе.

Поверхностную подсушку форм осуществляют также инфракрасными лучами. Для выполнения этого процесса применяют инфракрасные лампы мощностью 250—500 Вт.

В табл. 3 приведены сравнительная продолжительность процесса при объемном и поверхностном высушивании форм и толщина слоя облицовочной смеси.

При изготовлении форм с применением быстросохнущих смесей и поверхностной подсушкой следует придерживаться следующих положений: облицовочную смесь необходимо наносить равномерным слоем и уплотнять; вентиляционные каналы выполнять в шахматном порядке душником диаметром 5— 6 мм; шесть — восемь наколов на 300 см2 площади формы.

Таблица 3

77

Продолжительность сушки форм

Размеры опок	Масса	Время сушки
в свету, мм	отлив-	форм, мин		Толщина
	ки, кг			слоя бы-
		полно-	поверх-	стросох-
		стью	ностно	нущей
		высу-	высуши-	смеси, мм
		шивае-	ваемых
		мых
				15-20
600X600X200	50-100	330-480	15-20
800 X 700 X 250	100-300	420-500	20-25	20-25
1400X1000X300	300—400	500-540	25-30	25-30
170X1300X350	400-1000	540-600	35-40	35-45
2500X2000X 400	1000-2000	600-720	45-100	45-50
3000X2000X 500	2000-3000	720-900	120-150	50-60

Перед сушкой поверхность формы покрывать противопригарной краской; мелкие формы после сборки могут простаивать до заливки не более 6 часов, средние - до 8 часов и крупные — до 12 часов.

Одним из наиболее ускоренных и дешевых способов упрочнения форм и стержней является химическая сушка (отверждение). Этот способ, несмотря на некоторые его недостатки, способов упрочнения форм и стержней является химическая сушка (выражающиеся в затрудненной выбивке стержней, получил широкое применение в литейном производстве.

Химически твердеющие формы и стержни изготовляют из облицовочных смесей, в состав которых введено жидкое стекло . Упрочнение таких смесей достигается провяливанием на воздухе в течение 2—8 часов и более, тепловой сушкой при температуре 220—250 °С в течение 30—60 минут и химическим путем. Наиболее распространенным способом при изготовлении форм является химический, который основан на упрочне-

78

нии в процессе продувки или обдувки форм и стержней углекислым газом (СО2).

При продувке форм их покрывают деревянным либо алюминиевым щитком, в котором укреплен кран, к которому углекислый газ подведен из баллона по шлангу. При единичном производстве, когда нецелесообразно для каждого размера опок иметь свои щитки, применяют деревянные нормализованные рамки с окном, на которые накладывают алюминиевый щиток (рис. 19, а). Мелкие стержни обычно продувают углекислым газом партиями под зонтом. Для этого по гибкому шлангу два раза подают под зонт углекислый газ в течение 20—30 секунд с перерывом в 2—3 минуты. Средние и крупные стержни продувают углекислым газом непосредственно в стержневых ящиках, благодаря чему исключается возможность их деформации.

Одна из простейших схем установки для химического упрочнения стержней приведена на рис. 19,б.

Для повышения качества поверхности отливок формы после химического отверждения покрывают специальными самовысыхающими противопригарными красками либо обычными красками, но в этом случае краски подсушивают газовой горелкой или иным доступным способом.

79

Рис. 19 Схема продувки углекислым газом формы (а) и стержня (б):

/ — форма; 2—рамка; 3—отверстие в рамке; 4—щиток; 5—кран; 6— баллон; 7 —шланг; 8— гребенка; 9 — шланг с металлическими наконечниками; 10— отверстия в стержневом ящике; 11—наколы в стержне; 12— стержневой ящик

В зависимости от назначения, прочности и газопроницаемости стержневые смеси содержат различные связующие. Температура и продолжительность сушки влияют на свойства различно, и поэтому для каждого вида связующего следует выбрать свой режим сушки.

Процесс сушки может быть разделен на три этапа.
1. Процесс удаления			и испарения влаги. Скорость испарения вла-
ги увеличивается с повышением температуры окружающей						среды.
Однако	слишком	высокая температура — выше100—105 °С — при-
водит	к тому,	что	на	поверхности	стержня образуется	плотная
сухая	корка, которая разрушается				под давлением испаряющейся
влаги,	поступающей		из	внутренних слоев, и стержень может быть

приведен в негодность.

80

2. На этом этапе температура вначале повышается до 110—140 °С, при которой начинают окисляться масло и его заменители, а при температуре 170—230°С процесс окисления достигает наибольшего развития и происходят различные преобразования связующего, обеспечивающие нужную прочность стержней. Так, в стержнях из песча- но-глинистых смесей прочность приобретается благодаря связыванию отдельных зерен песка высушенной глиной. Более сложен процесс при сушке стержней с органическими связующими, действие которых основано на пленообразовании. Помимо удаления влаги происходят окисление и полимеризация. Сборка форм и подготовка их к заливке являются наиболее ответственными этапами изготовления форм, поэтому их следует производить особо тщательно. В объем работ по сборке входят следующие операции: подготовка места для сборки; окончательная отделка формы; покрытие форм припылом при формовке по-сырому либо окрашивание при формовке по-сухому; устройство вентиляционных каналов; установка и укрепление стержней; заделка стыков стержней, проверка толщины стенок и других размеров; накрытие формы; установка литниковых чаш и наростков для выпоров; крепление или нагружение формы.

При машинном изготовлении форм их устанавливают либо непосредственно на платформы литейного конвейера, либо на подопочные щитки, уложенные на платформах. Формы, изготовленные вручную, располагают на разрыхленной и выровненной площадке.

При изготовлении форм no-сырому на все поврежденные участки формы наносят смесь и производят отделку формовочным инструментом, а затем прошпиливают. При этом нельзя допускать переуплотнения смеси в исправленных участках, так как это может вызвать дефекты отливки. При изготовлении форм по-сырому для средних отливок рабочую поверхность формы покрывают припылом либо специальной краской. При формовке по-сухому мелкие трещины, не влияющие на

81

прочность формы, устраняют повторной окраской либо пастой. Большие трещины разделывают (расширяют) гладилкой, смачивают жидкой глиной или жидким стеклом (при химическом упрочнении) и заполняют формовочной смесью. После выравнивания исправленный участок прошпиливают, покрывают краской и просушивают газовой горелкой.

Все размеры формы при изготовлении единичных отливок проверяют с помощью мерительного инструмента: линейки, метра, кронциркуля, нутромера и другого простейшего инструмента.

При серийном и массовом производствах отливок применяют, как правило, специальные инструменты: шаблоны, кондукторы и др.

Контроль отдельных криволинейных очертаний и толщины стенок, который невозможно осуществить непосредственным измерением, производят по глиняным конусам и валикам, сдавливаемым под массой стержней и верхней полуформы, по высоте обжатых конусов судят о толщине тела. Затем продувают форму и приступают к окончательной сборке. Если знаки не обеспечивают устойчивого положения стержней в форме, применяют жеребейки. Из всех установленных в форме стержней должны быть выведены газоотводные каналы, которые засыпают крупным песком, чтобы предотвратить попадание в них расплава. После установки стержней форму продувают сжатым воздухом или пылесосом высасывают пыль и заканчивают сборку.

При изготовлении формы по-сырому перед сборкой на плоскости разъема нижней полуформы вокруг полости формы и литниковой системы гладилкой или ланцетом выполняют подрезку. При этом смесь приподнимается, образуя невысокий гребешок формовочной смеси, который при накрытии верхней полуформы сдавливается, создавая заграждение проходу расплава по разъему. В сухих, подсушенных и химически упрочненных формах по периметру полости формы и литниковой системы прокладывают тонкий глиняный валик, сдавливаемый верхней полуформой.

82

Заключительной операцией сборки является выполнение литниковых чаш и наростков для выпоров. При изготовлении форм для мелких отливок литниковые и выпорные чаши обычно выполняют в верхней полуформе. При машинной формовке для отливок массой до 100 кг литниковые чаши заменяются воронками, выполняемыми в верхней форме. Для средних и крупных отливок применяют литниковые чаши. Эти чаши устанавливают на земляную подсыпку и, кроме того, вокруг литникового отверстия укладывают глиняное кольцо. При заливке форм расплав стремится поднять верхнюю полуформу. Воизбежание подъема перед заливкой полуформы должны быть скреплены между собой. Мелкие формы нагружают грузами, а средние и крупные — скрепляют скобами или болтами. Практикой установлено, что масса груза должна быть в 4—5 раз больше массы расплава, заливаемого в формы.

Изготовление литейных стержней

Стержнем называют элемент литейной формы (изготовляемый вне формы), служащий для оформления в отливках внутренних полостей, отверстий, выступов и иногда внешних очертаний, которые трудно получить в форме по модели. В отличие от формы, которая в процессе заполнения расплавом испытывает воздействие температур только в отношении своих внутренних рабочих поверхностей, стержни, располагаясь внутри формы, полностью, кроме знаков, фиксирующих положение стержней, заливаются расплавом, в результате чего они подвергаются воздействию высоких температур и механическим нагрузкам. Поэтому к ним предъявляют более высокие требования, чем к формам.

Требования, предъявляемые к стержням

83

Высокое качество стержней обеспечивается их прочностью, газопроницаемостью, податливостью, низкой гигроскопичностью и выбиваемостью.

Прочность — способность стержней противостоять деформации и разрушающим усилиям, возникающим при транспортировании, сборке и заливке. Помимо использования специальных стержневых смесей для упрочнения стержней применяют армирование их каркасами.

Газопроницаемость. Стержни должны иметь повышенную газопроницаемость, так как при заливке формы они окружены расплавом и прогреваются насквозь; поэтому газы, выделяясь из всего объема стержня, могут выйти только через знаки. Кроме того, через стержень должны быть удалены газы из расплава, окружающего стержень, и частично пары, образовавшиеся при испарении влаги формовочной

смеси. Повышение газопроницаемости стержней	достигается приме-
нением надлежащих смесей и устройством в	стержнях специаль-
ных газоотводных каналов.

Податливость. В периоды кристаллизации и охлаждения расплава в форме происходит уменьшение его объема, вследствие чего стержни подвергаются сжимающим усилиям. В связи с этим стержни должны обладать податливостью, которая особенно важна при изготовлении тонкостенных отливок. Хорошая податливость обеспечивается применением связующих, теряющих прочность при нагреве, а также введением в стержневую смесь органических добавок — древесных опилок, торфа (при изготовлении средних и крупных стержней из песчано-глинистых смесей).

Гигроскопичность — способность стержней поглощать влагу из окружающей атмосферы или из формы, изготовленной по-сырому. Гигроскопичность является нежелательной, так как помимо снижения сухой прочности стержней она повышает газотворность. Глина, сульфитнодрожжевая бражка, декстрин и некоторые другие связующие способ-

84

ствуют повышению гигроскопичности, и поэтому стержни, изготовленные с применением этих связующих, имеют ограниченный срок хранения и должны устанавливаться в формы незадолго до их заливки.

Выбиваемость — способность смеси, из которой изготовлены стержни, легко разрушаться и удаляться из отливок при ее очистке и обрубке. Чем больше в смеси глины, тем хуже выбиваемость; на выбиваемость также оказывает влияние способность связующего выгорать после заливки формы.

Классификация стержней

.

Стержни в зависимости от сложности принято подразделять на классы, а в зависимости от размеров—на группы. Наиболее распространенной классификацией предусмотрено разделение стержней на пять классов.

К классу I (рис. 20, а) относят наиболее сложные ажурные стержни с тонкими сечениями и небольшим числом тонких знаков, вывод газов через которые затруднителен. Поверхность этих стержней омывается расплавом. Внутренние поверхности отливок, образуемые стержнями, не обрабатываются и должны быть чистыми, без следов пригара. Такие стержни должны обладать высокими прочностью и газопроницаемостью, низкой газотворностью и легко удаляться из отливок. Широкое распространение получили такие стержни для отливок сложных приборов, гидросистем и т. п.

Стержни класса II (рис. 20,б) несколько менее сложны, имеют наряду с массивными частями тонкие перемычки и ребра и образуют в отливках полностью или частично необрабатываемые полости, к шероховатости которых предъявляют высокие требования. Стержни этого класса имеют более развитые знаки, чем стержни класса I. Такие стержни должны иметь высокие прочность и газопроницаемость и легкую выбиваемость из отливок.

85

Стержни класса III (рис. 20, в) не сложны по очертаниям и образуют в отливках внешние и внутренние поверхности, не подвергающиеся механической обработке, но к шероховатости которых предъявляют повышенные требования. Стержни этого класса должны обладать средней прочностью и достаточной податливостью.

Стержни класса IV (рис. 20, г) несложной конфигурации образуют в отливках поверхности, подвергающиеся и не подвергающиеся механической обработке, к чистоте которых не предъявляют особых требований.

Стержни класса V (рис. 20, д) — это крупные массивные стержни с развитыми знаками, образуют в крупных отливках как внутренние, так и наружные полости, должны обладать повышенной податливостью.

Стержни подразделяют на группы в зависимости от объема:1)- мелкие до 5; 2)- средние от 6 до 50; 3) -крупные более 50 дм3.

86

Рис. 20. Классификация стержней

Виды, назначения и конструкции стержней

Стержни по виду и назначению подразделяют на центровые, наружные, литниковые, подкладочные и вспомогательные. Центровые стержни 1 (рис. 21, а) служат для образования в отливках отверстий и внутренних полостей разной сложности; наружные 2 (рис. 21,б) применяют для оформления наружных бобышек, впадин, выступающих частей и технологических приливов; литниковые стержни 3 (рис. 21, е) служат для оформления питающей системы отливок (чаш, воронок, фильтровальных сеток и др.); подкладочные стержни 4 (рис. 21,г) обеспечивают надежность установки основных крупных стержней; вспомогательные стержни применяют для предупреждения вдавливания жеребеек в поверхность форм, изготовляемых по-сырому.

Рис. 21. Виды стержней

87

Формовка стержней вручную и на машинах производится в стержневых ящиках. При единичном изготовлении стержней, имеющих в основном форму тела вращения, например стержней для отливок втулок, барабанов, крупной арматуры, применяют также шаблоны. Для повышения прочности стержней служат каркасы. В стержнях, подвергаемых сушке, из центральной части удаляют часть смеси и в образовавшейся полости делают наколы душником, а саму полость заполняют мелкой гарью или смесью песка с древесными опилками.

Технология формовки стержней

В зависимости от характера производства (единичное, серийное, массовое) стержни изготовляют вручную по ящикам и шаблонам и машинными способами. Основными технологическими операциями являются: подготовка стержневого ящика, заполнение ящика смесью и ее уплотнение, устройство газоотводных каналов; извлечение стержня из ящика; отделка стержня.

Как правило, стержни подвергаются сушке или химическому упрочнению. Однако некоторые стержни, главным образом простых очертаний, применительно к предметам народного потребления (подвесные умывальники, чайники, горшки и т. п.), отливаемые как в песчаноглинистых, так и в металлических формах, применяют в сыром состоянии. Их изготавливают из единой формовочной смеси.

Ниже на практических примерах рассмотрим технологический процесс изготовления стержней вручную.

Изготовление мелких стержней. Мелкие цилиндрические и призматические стержни получают в ящиках из двух половин. При необходимости изготовления значительного количества таких стержней целесообразно применение многоместных ящиков (рис. 22).

88

Рис. 22. Многоместные стержневые ящики: а — деревянный;

б — металлический

Скрепив обе половины ящика крючками, сверху засыпают смесь и уплотняют ее круглым железным прутком и тонким душником в центре накалывают вентиляционные каналы. Загладив сверху стержни, легкими ударами деревянного молотка по ящику расталкивают стержни, откидывают крючки, разнимают ящик, освобождая стержни. При более длинных стержнях после уплотнения смеси накалывают вентиляционный канал и рядом с ним забивают стальной пруток, смоченный жидким раствором глины. Загладив верх стержня, снимают струбцину, укладывают ящик плашмя на сушильную плиту и после расколотки снимают верхнюю половину ящика. Нижнюю половину, в которой лежит стержень, поворачивают и кладут на край сушильной плиты, снимают вторую половину ящика со стержня и передвигают его к ранее уложенным стержням.

89

Изготовление стержней в вытряхных ящиках. Процесс изго-

товления стержней в неразъемных вытряхных ящиках (рис. 23) является наиболее простым и производительным.

Рис.23. Вытряхной стержневой ящик: а — заполнение ящика смесью; б— кантовка и освобождение стержня;

1 — корпус ящика; 2—фасонные боковые стенки;

3— торцевая стенка; 4— ручки; 5—полуободы для поворота ящика

Очистив ящик от пыли и остатков смеси, его протирают ветошью, смоченной в керосине, засыпают небольшой слой смеси и уплотняют её. Для укрепления выступающих частей стержня устанавливают несколько изгогнутых проволочных каркасов 1 и весь ящик заполняют смесью и уплотняют ее. Срезав излишек смеси, накалывают душником вентиляционные каналы 2. Загладив стержень, накладывают сушильную плиту 3, перекантовывают ящик с плитой и устанавливают их на верстак. После легкой расколотки снимают ящик, отделяют стержень (при надобности) и направляют его на сушку.

Изготовление фигурного стержня. При изготовлении более сложных стержней засыпка и уплотнение смеси через торцы ящика невозможны, поэтому каждую половину разъемного ящика набивают отдельно. С плоскостей разъема счищают излишек смеси и в одной поло-

90

вине стержня гладилкой или ланцетом вырезают вентиляционные каналы и рядом с ними укладывают проволочные каркасы, слегка вдавливая их в смесь. На плоскость разъема одной половины стержня наносят тонкий слой жидкого раствора глины (может быть нанесен слой— 1,5—2 мм — стержневой смеси, которую слегка уплотняют рукой). Сдвинув обе половины ящика, их устанавливают под углом (для удобства спаривания) и соединяют по центрирующим шипам. После подбивки стержневой смеси в знаки, удаления излишка смеси и расколотки снимают верхнюю половину ящика, а на нижнюю половину накладывают по штырям фасонный сушитель. Повернув нижнюю половину ящика вместе с сушителем на 180°, снимают нижнюю половину ящика, а стержень остается на сушителе.

При единичном и мелкосерийном производстве, когда использование фасонных алюминиевых сушителей экономически нецелесообразно, применяют иной способ извлечения стержня: после снятия верхней половины ящика на нижнюю накладывают деревянную рамку несколько большей высоты (на 25— 30 мм), чем половина стержня. Полость рамки заполняют мелкопросеянной оборотной формовочной смесью, которая образует постель для стержня (рис. 24), затем на рамку накладывают гладкую сушильную плиту, поворачивают ящик с рамкой на 180°. Сняв половину ящика, стержень на постели отправляют на сушку.

91

Рис. 24. Песчаная постель для стержня

Изготовление стержней из двух частей. При изготовлении средних и крупных цилиндрических стержней следует учитывать, что под влиянием собственной массы, даже при укладке на постель, стержень может потерять цилиндрическую форму. Поэтому такие стержни принято изготовлять из двух половин. Если половины стержня одинаковы, то их можно формовать по одной половине ящика.

Изготовление стержня из двух половин производится следующим образом: половину ящика устанавливают на выровненную площадку или чугунную плиту открытой полостью кверху, насыпав в ящик небольшой слой смеси, уплотняют ее и осаживают каркас, в окно которого засыпают мелкую гарь; смочив гарь жидким раствором глины, добавляют смесь, уплотняют ее пневматической трамбовкой и срезают излишек смеси; вентиляционные каналы прорезают гладилкой или выполняют специальным скребком и затем накалывают душником вентиляционные каналы до гари; загладив плоскость разъема, накладывают на ящик сушильную плиту, скрепляют ее скобами с ящиком и поворачивают на 180°; раскрепив скобы после расколотки, снимают ящик. Таким же образом изготовляют вторую половину стержня.

После необходимой отделки стержень подвергают сушке. После сушки плоскости соединения выравнивают рашпилем либо куском наждачного камня, обе половины притирают друг к другу, проверяя стержень кронциркулем или шаблоном. Сняв верхнюю половину, на нижнюю наносят слой раствора глины и накладывают верхнюю половину, связывая их вязальной проволокой или скрепляя каркасы болтами. Зазоры между половинами стержня замазывают пастой, затем стержень окрашивают и подвергают подсушке.

92

Изготовление стержней по ящику с вкладышами. При изготовлении средних стержней по массе широко применяют так называемые вытряхные ящики с вкладышами. Ящик состоит из прочного конического корпуса, в который устанавливают продольные и торцевые фасонные вкладыши, оформляющие контуры стержня. Обычно поворот ящика со стержнем и прикрепленной сушильной плитой производят подъемным краном. Ящик данной конструкции может быть легко повернут двумя рабочими, для чего к корпусу прикреплены ручки и два полуобода. Повернув ящик с сушильной плитой, снимают корпус, а боковые и торцевые вкладыши отодвигаются в стороны, освобождая стержень .

При изготовлении более крупных стержней (по массе) применяют ящики такой же конструкции, но все транспортные операции производят подъемным краном.

Изготовление стержней из химически отверждающихся смесей

Стержень из жидкостекольной смеси изготовляют обычными способами, а затем продувают углекислым газом (СО2). Продувку стержней в зависимости от сложности осуществляют различными способами. Мелкие стержни продувают углекислым газом партиями под зонтом. Для этого под зонт два раза подают углекислый газ в течение 30 секунд с перерывом в 2—3 минуты. Средние и крупные стержни продувают непосредственно в стержневом ящике через наколы душником, при этом наколы не должны доходить до дна ящика на 50—75 мм для создания противодавления, при котором газ проникнет в окружающую накол смесь. При изготовлении средних и крупных стержней используют продувку в стержневом ящике с двойными стенками.

Учитывая высокую прочность жидкостекольных смесей, для упрочнения стержней применяют простейшие проволочные каркасы с подъемами. Кроме того, стержни можно изготовлять пустотелыми (оболочковыми) с толщиной стенки при средних стержнях 50—70 мм и крупных 100— 150 мм.

93

Изготовление стержней по шаблонам

	а	б

Рис. 25. Изготовление стержня по шаблону:

а — по вертикальному шаблону; б — по протяжному шаблону

На рис. 25 приведена схема изготовления стержня по ящику в комбинации с вертикальным шаблоном. Полость ящика заполняют смесью и уплотняют. Затем, разрыхлив середину, удаляют часть смеси и осаживают проволочный каркас в виде круга. На палец 2, укрепленный в центре ящика, надевают втулку 3 с укрепленным на ней шаблоном 4; при вращении шаблона снимают излишек смеси, и стержень получает требуемую форму. Сняв шаблон, полость стержня заглаживают и засыпают сухим песком, накладывают сушильную плиту. Остальные операции аналогичны рассмотренным выше. Применение такой технологии более производительно, чем применение разъемных ящиков.

На рис. 24 приведена схема изготовления цельного стержня из пес- чано-глинистой смеси по половине ящика с помощью протяжного шаблона. Этот способ имеет следующие преимущества: вместо двух карка-

94

сов (по одному для каждой половины стержня) применяется один; отпадают операции склейки стержня, заделки швов; подсушки после спаривания половин и т. п. Ниже приведена технология изготовления. Деревянная половина ящика по всей длине полости имеет направляющую планку 2, по которой движется шаблон-сгребалка 3. Полость ящика засыпают смесью слоем 50—70 мм, уплотняют её и осаживают каркас 4 с двумя подъемами. В окна каркаса засыпают гарь, слегка уплотняют ее и покрывают жидким раствором глины. Поверх гари засыпают смесь, которую уплотняют, и придают руками приближенную форму стержня. Очистив поверхность разъема ящика шаблономсгребалкой 3, стержню придают окончательную форму. Закончив отделку верхней половины стержня, откапывают подъемы и на ящик устанавливают рамку для образования песчаной постели. Остальные операции аналогичны описанным выше.

Машинное изготовление стержней

Стержневые машины нашли широкое применение в серийном и массовом производствах. Их использование обеспечивает значительное повышение производительности, улучшение условий труда, повышение точности размеров стержней и, следовательно, точности размеров отливок. Стержни практически можно изготовлять на любой формовочной машине, однако наиболее широко распространены специальные стержневые машины, отличающиеся весьма высокой производительностью.

Изготовление стержней на мундштучных машинах. В круп-

носерийном и массовом производствах при изготовлении стержней постоянного сечения — круглых диаметром 20—100 мм, квадратных, пря-

95

моугольных, овальных — применяют мундштучные машины (рис. 26). Смесь 6 ленточным транспортером либо иным доступным способом подается в приемную 1 и шнеком 2, получающим вращение от электродвигателя или от ручного привода, выжимается в сменный мундштук 3, которым осуществляется формообразование стержня. Для образования вентиляционного канала на конце шнека укреплена игла. Стержень 5 выдается на сушильную плиту 4. По мере заполнения плиты стержень отрезают и направляют на сушку. Производительность машины 10— 12 м/ч при ручном приводе и до 30—40 м/ч при электроприводе.

Рис.26. Мундштучная машина

Изготовление оболочковых стержней. Способ изготовления оболоч-

ковых стержней основан на применении в составе смесей термоактивного связующего (твердых или жидких фенолформальдегидных смол), способного при нагреве плавиться и равномерно распределяться в слое песка. При нагреве до температуры 250—300 °С смола необратимо затвердевает, прочно связывая зерна песка. Высокая прочность отвердевшей смеси позволяет применять стержни в виде оболочек с толщиной стенки от 6 до 20 мм (в зависимости от габаритных размеров стержня и нагрузки, испытываемой стержнем при заливке формы). Оболочковые стержни изготовляют из обогащенных мелких кварцевых песков .

Оболочковые стержни, как правило, изготовляют на полуавтоматических и автоматизированных машинах. Стержневые ящики из-

(0,03- 0,06) 105

(I5--23) 105 0,5—1,5

100

2—4

100

96

готовляют из чугуна или алюминиевых сплавов. Оболочковые стержни обеспечивают высокую точность размеров отливки, малую шероховатость поверхности, не требуют применения каркасов и сушильных плит.

Изготовление стержней в горячих ящиках. Процесс изготовления стержней с отверждением в горячих ящиках находит широкое применение в литейном производстве, благодаря тому, что он обеспечивает повышенные точность и прочность стержней, газопроницаемость, податливость, не требует применения каркасов, сушильных плит и т. п.

Сущность процесса заключается в следующем: стержневой ящик, предварительно нагретый до температуры 200—300 °С, устанавливают на стол специальной стержневой машины и способом наддува заполняют ящик быстротвердеющей смесью; при контакте со стенками нагретого ящика смесь прогревается, через 30—40 секунд на стержне образуется прочная корка и его можно извлекать из ящика. Полная сушка стержня во всем объеме протекает вне ящика за счет аккумулированного стержнем тепла.

В качестве основной составляющей смеси применяют обогащенные кварцевые пески, а в качестве связующего - различные смолы (фенольные, фенольнокарбамидные, мочевиноформальдегидные и др.).

Ниже приведен примерный состав (массовое содержание) смеси и ее физико-механические свойства.

Характеристика смеси Песок кварцевый, %

20-%-ный раствор мочевины в фенолоспирте, % Газопроницаемость Прочность, Па:

в сыром состоянии в сухом состоянии

Влажность, %

97

Составы стержневых смесей выбирают в каждом конкретном случае с учетом особенности стержня, характеристики отливки, конструкции машины и т. д. Для приготовления стержневых смесей может быть применен смеситель любого типа.

Изготовление стержней на пескодувных и пескострельных машинах

Способ изготовления мелких и средних стержней на пескодувных и пескострельных машинах наиболее совершенен и производителен и широко применяется в серийном и массовом производствах. Производительность труда при этом по сравнению с ручным изготовлением стержней возрастает в 8—10 и более раз. На этих машинах можно по ящикам с горизонтальным и вертикальным разъемами изготовлять стержни любой сложности массой до 100 кг с последующей тепловой сушкой.

а

б

98

Рис. 27. Стержневые машины: а — пескодувная; б — пескострельная

Схема пескодувной машины показана на рис. 27,а. Стержневой ящик 2 устанавливают на подъемный стол машины 1 и прижимают его к надувной плите 3 резервуара 4, который периодически заполняется стержневой смесью. При изготовлении стержня сжатый воздух от цеховой сети под давлением (5-6)105 Па через клапан 5 подается в резервуар; потоки воздуха захватывают смесь и через отверстия в плите резервуара переносят в стержневой ящик, уплотняют ее, а воздух выходит через венты 6 (сетчатые или щелевые втулки), установленные в дне и стенках ящика. Затем опускают стол машины, а ящик со стержнем переносят на рабочий столик, стоящий вблизи машины, и производят следующие операции: извлекают из стержня вентиляционные шомпола; накалывают дополнительные вентиляционные каналы; накладывают сушильную плиту и поворачивают стержень с плитой на 180°; снимают со стержня ящик и переносят его на рабочий столик.

При высокой цикловой производительности пескодувных машин (150—-360 циклов в час) на разные операции (кантовку ящика, извлечение стержня и т. п.) затрачивается значительная часть времени. Поэтому современные машины оснащены кантовально-протяжным механизмом, а некоторые машины работают в автоматическом режиме. Однако наряду с высокой производительностью пескодувные машины имеют ряд существенных недостатков, к которым следует отнести: 1) необходимость применения смесей с низкой прочностью в сыром состоянии и сложных металлических стержневых ящиков; 2) сравни-

99

тельно высокий расход сжатого воздуха. Этих недостатков лишены пескострельные машины.

Схема пескострельной. машины приведена на рис. 27,б. В рабочем резервуаре 8 смонтирована гильза 9 с прорезями 10. При открытом шибере смесь периодически поступает из бункера 7 в гильзу. Стержневой ящик 2 с горизонтальным разъемом устанавливают по направляющим на подъемный стол машины 1, при подъеме которого ящик поджимается к надувной плите 13 с соплом. Сжатый воздух из ресивера 14 через быстродействующий клапан поступает в рабочий резервуар и через прорези в гильзу, в которой резко повышается давление, и стрежневая смесь выталкивается (выстреливается) через сопло 11 в полость стержневого ящика. Для удаления воздуха в наддувной плите служат венты 12. В случае стержневых ящиков с вертикальным разъемом на столе машины укрепляют зажимной механизм. Все остальные процессы изготовления стержней аналогичны применяемым при пескодувном процессе.

1.7. Заливка форм, выбивка и очистка отливок.

Заливка формы. Литейные ковши

Для заливки форм расплавленным методом применяют специальные ковши — ручные и крановые.

Ручные ковши обычно конусные, и в зависимости от емкости их выполняют или в виде ложек, служащих для переноски и заливки одним рабочим, или в виде ковшей, переносимых на особых подставках или вилках двумя, тремя или четырьмя рабочими. Ложки-ковши применяют для заливки мелких форм емкостью 10—20 кг, чаще 20 кг жидкого чугуна.

Для заливки более крупных форм применяют ручные ковши емкостью 50—100 кг жидкого чугуна.

100

Для заливки небольших форм на конвейере или на рольгангах применяют такие же ковши, передвигающиеся по монорельсу. Наклон ковшей при заливке осуществляется вручную при помощи рукоятки. Емкость ковшей колеблется в пределах 50—250 кг (но не более 1000 кг).

Для заливки средних и крупных форм обычно применяют крановые ковши емкостью 1—5 т. Подобные ковши снабжают специальным поворотным механизмом, который приводится в действие либо от руки, либо при использовании крупных ковшей с помощью электродвигателя. Крановые ковши выполняют конусными, цилиндрическими или барабанными; чаще всего применяют барабанные и конусные литейные ковши.

Металл можно заливать через носок ковша или через донную пробку и стопор. Чугун, а также кислую сталь из электропечи (для небольших деталей) заливают через носок ковша. Стопорные ковши применяют для заливки крупных стальных отливок, в исключительных случаях для чугунных (более 15 т). При заливке через носок литниковая чаша должна быть полной; перерыва струи металла ни в коем случае нельзя допускать, а шлак, плавающий на поверхности ковша, нужно задерживать скребками. Более надежные в этом отношении чайниковые ковши, т. е. ковши, имеющие специальную перегородку, задерживающую шлак. При тонкостенном литье, для того чтобы обеспечить возможно более медленное охлаждение металла в ковше, целесообразно применять барабанные ковши, имеющие наименьшую по сравнению с другими ковшами поверхность излучения. Емкость барабанных ковшей 0,5—5,0 т. Небольшие (до 1000 кг) ковши футеруют раствором в виде глиняной обмазки; крупные ковши выкладывают огнеупорным кирпичом.

Перед заливкой ковш должен быть хорошо прогрет и прокален для полного удаления влаги из футеровки. Ковш для чугуна сушат при температуре 300—400° С, так как он прокалится после первой заливки. Ковш для стали предварительно прокаливают докрасна. Ковш малой емко-

101

сти сушится в камерных печах, крупные ковши для стали и чугуна — газовыми или нефтяными форсунками.

Температура заливаемого металла оказывает большое влияние на качество отливки: недостаточно высокая температура металла приводит к образованию в отливке различных дефектов в виде плен, спаев, заворотов и т. п. Слишком высокая температура заливаемого металла влечет за собой увеличение усадочных раковин и пригара, поэтому заданную температуру заливки металла следует соблюдать обязательно. Контроль температуры заливки осуществляется с помощью оптического пирометра или при помощи термопар.

Выбивка и очистка литья

Процесс выбивки и очистки литья состоит в том, что затвердевшие и охладившиеся до известной температуры отливки извлекают из опоки: при этом земляная форма должна быть разрушена, из отливки удалены стержни, зачищены заливы и заусенцы, а также удалены литники и прибыли, после чего следует заключительная операция — очистка наружной и внутренней поверхностей отливок от пригоревшей земли.

Отливки выдерживают в опоках после заливки определенное время в зависимости от их сложности, размеров и веса. Слишком ранняя выбивка отливок из формы при высокой температуре может вызвать дополнительные внутренние напряжения в отливках, вследствие чего могут образоваться трещины и другие дефекты.

Вкачестве первого приближения можно считать, что для тонкостенного литья выбивка допускается при температуре 400°С, для среднего 500° С, для толстостенного 600°С.

Вмаломеханизированных литейных цехах единичного производства выбивку мелких отливок производят вручную на плацу цеха. Перед

102

выбивкой следует поверхность формы смочить слабой струей воды в целях уменьшения пылевыделения. Выбивку средних и крупных форм осуществляют на инерционно-ударной решетке. Корпус решетки с рабо-

чим полотном установлен на пружинные	амортизаторы . На вра-
щающемся от электропривода валу закреплены грузы .		За счет цен-
тробежной силы, возникающей при вращении	вала и упругой силы
пружинных амортизаторов, форма получает колебательное		движение.

Процесс выбивки осуществляется и в результате соударений между формой и решеткой . Отработанная смесь передается в смесеприготовительное отделение. В современных литейных цехах, оборудованных конвейерами и автоматизированными формовочными линиями, выбивку отливок осуществляют на встроенных выбивных установках, причем наиболее рациональными являются установки, работающие по принципу выпрессовывания пуансоном кома смеси с отливками.

Основными операциями очистки отливок являются очистка поверхности от формовочной смеси, удаление элементов литниковой системы (включая прибыли), заливов, обрубка и зачистка.

Очистка в галтовочных барабанах. Мелкие компактные отливки очищают в стальных круглых барабанах. В некоторых случаях, когда имеется опасность образования на отливках забоин, внутреннюю поверхность барабана выполняют из дерева.

При вращении барабана отливки перекатываются, соударяются со стенками и между собой, в результате чего от них отделяется приставшая формовочная смесь. При этом способе очистки отливки частично освобождаются от стержней, особенно если стержни изготовлены из смеси на органических связующих.

Дробеметная очистка. Очистку отливок дробью широко применяют как в нашей стране, так и за рубежом, как наиболее прогрессивный и экономичный способ. Различают дробеметную и дробеструйную очистку. При дробеметной очистке рабочим органом является турбинка

103 (рис. 28). Дробь самотеком из воронки 1 поступает на лоток распредели-

тельного колеса 5, вращающегося вместе с рабочим колесом 3. При вращении распределительное колесо увлекает дробь и выбрасывает ее через окна 4. При выходе из окон дробь подхватывается лопатками 2 рабочего колеса, которые закреплены между дисками и выбрасывают дробь со скоростью 60—100 м/с на очищаемую отливку. Рабочее колесо делает 2250 об/мин и выбрасывает до 140 кг дроби в минуту.

В единичном и мелкосерийном производствах применяют дробеметные барабаны периодического действия, а в серийном и массовом производствах — барабаны непрерывного действия. Для дробеметной очистки средних и крупных отливок применяют камеры периодического и непрерывного действия. Несколько дробеметных аппаратов располагают в различных точках камеры, и таким образом достигается очистка всех поверхностей отливки.

Для очистки отливок из сплавов цветных металлов дробью используют чугунную, алюминиевую и стальную дробь. Чугунную дробь получают путем распыления струи жидкого сплава при падении с высоты на вращающийся барабан, погруженный в воду на половину диаметра. Извлеченную из воды дробь сортируют, просушивают и обрабатывают жидким стеклом для исключения образования ржавчины. Кроме круглой дроби часто применяют зерна, получаемые путем дробления круглой дроби. Зерна имеют размеры от 2—3 мм до 0,5—1 мм. Последние применяют при очистке отливок из сплавов на основе меди и алюминия. Стальную и алюминиевую дробь получают путем рубки проволоки на специальных автоматах. Нарезанная из проволоки дробь в форме небольших цилиндриков при работе в течение нескольких часов приобретает шарообразную форму.

104

Рис. 28. Дробеметный аппарат Стержни из высокопрочных смесей в условиях единичного произ-

водства удаляют с помощью пневматических молотков. В условиях серийного и массового производств средних и крупных отливок со значительными и сложными внутренними полостями для удаления стержней применяют гидроочистку. При гидроочистке используется сила (кинетическая энергия) водяной струи, выбрасываемой под большим давлением из сопла небольшого диаметра. Обычно гидроочистку производят в стальных или железобетонных камерах. Очищаемую отливку 6 со стержнем 5 с помощью крана устанавливают на тележку 7 и подают в камеру с решетчатым полом. Вода поступает по шлангу в трубку, заканчивающуюся соплом 4. Струя разрезает стержень на части и вымывает их. Одновременно очищается и наружная поверхность отливки. Управление установкой осуществляет рабочий с площадки 3. Песчаная смесь через решетчатый пол уходит в бункер 2. По истечении некоторого времени происходит естественный дренаж. Вода из приямка 8 насосом перекачивается в шламоотстойник и после осветления вновь подается насосом для повторного использования, а песок ленточным транспортером подается на сушку.

В последние годы для выбивки высокопрочных стержней успешно применяют электрогидравлические установки. Принцип работы такой установки основан на том, что при электрическом разряде в жидкости возникает ударная волна, вызывающая вибрацию отливок в широ-

105

ком диапазоне частот. Под действием вибрации и давления, возникающих в момент электрического разряда, стержни разрушаются.

Рис. 29. Электрогидравлическая установка

На рис. 29 дана схема электрогидравлической установки. Бак 1 вместимостью 11,5 м3 заполняют водой. Высоковольтный электрический разряд происходит в воде между отливками и электродом 3. Удаление шлама из установки осуществляется песконасосом 5. Производительность установки составляет 3 тонны отливок в час.

В объем обрубных работ входит удаление остатков формовочной и стержневой смесей, заливов, приливов, неровностей и всех элемен-

тов	литниковой	системы,		включая прибыли. Большинство этих
операций производится			пневматическими рубильными молотками.
Для	снижения	трудоемкости		обрубочно-отрезных операций приме-
няют:	эксцентриковые		пресс-кусачки для отрезки литников и выпоров

при максимальной толщине реза до 50 мм; ленточные пилы для отрезки прибылей сечением 150 X 150 мм и дисковые пилы для отрезки более крупных прибылей. В процессе производства отливок возможно возникновение различного вида дефектов. Основные виды дефектов

106

отливок и причины их возникновения, а соответственно, и методы борьбы приведены в табл. 4.

Таблица 4

Основные виды дефектов

	Дефект	Описание дефекта				Основные причины возникнове-
						ния
						Недостаточное	количество
	Недолив		Неполное		образо-
		вание отливки вследст-				металла в ковше; сопротивле-
		вие	незаполнения по-			ние воздуха в полости формы
		лости литейной			формы	из-за её малой газопроницаемо-
		металлом при заливке				сти и отсутствие газоотводов
	Спай	Отверстия		произволь-		Заливка металла с низкой
		ной	формы	или сквоз-
						температурой и	пониженной

				107
					жидкотекучестью
		ная щель в стенке от-
		ливки,	образовавшиеся
		вследствие		неслияния
		потоков металла
					Механическое воздействие
	Обжим	Нарушения		конфигура-
		ции отливки вследствие			на форму до или во время за-
		деформирования фор-			ливки металла
		мы
	Перекос	Смещение		одной части	Неплотная установка и фикса-
		отливки	относительно		ция полуформ
		другой по разъёму фор-
		мы

Продолжение табл.4

	Зарез, по-	Искажения		контура от-		Небрежные зачистка, об-
	верхностное	ливки	при	отделении
						рубка и транспортировка
	повреждение,	элементов		литниковой
	вылом	системы
	Прорыв ме-	Неполное		образование		Недостаточная	прочность
	талла	отливки	или её		непра-
		вильная форма				форм
	Пригар	Трудноотделимый			слой	Перегрев заливаемого металла,
		на поверхности отливки				низкая степень уплотнения сме-
						си

108

Нарост		Выступ произвольной	Местное разрушение формы из-
		формы	за её малой прочности
Залив		Металлический прилив	Неправильная сборка формы,
		или выступ из-за про-	неровный лад полуформ
		никновения металла в
		зазоры по разъёмам
		формы
Засор, пес-		Формовочный материал,	Слабая набивка форм, размыв
чаная рако-		внедрившийся в тело	формы металлом
вина		отливки
Газовая	ра-	Сферообразные углуб-	Загазованный металл, избыточ-
ковина,	ше-	ления на поверхности	ная влажность формы, малая
роховатость		отливки	газопроницаемость форм

			Продолжение табл.4
Трещина	Разрыв или надрыв тела		Усадка металла в эффек-
	отливки, имеющей не-		тивном интервале кристаллиза-
	ровную	окисленную по-	ции; неудачная конструкция от-
	верхность (горячая тре-		ливки – резкие переходы в се-
	щина),с	зеркальной,	чении; низкая податливость
	светлой или цветов по-		формы и стержней
	бежалости поверхностью
	(холодная трещина)
Ситовидная	Удлинённые тонкие ра-		Повышенное содержание водо-
	ковины,	ориентирован-

109

пористость	ные	перпендикулярно к	рода в кристаллизующемся
	поверхности отливки		слое
Усадочные	Открытая полость с гру-		Недостаточное питание отлив-
раковины,	бой	поверхностью или	ки, неправильно сконструиро-
пористость	полости в виде мелких		ванная литниковая система
	пор

Скопление раковин и на-	Переувлажнение литейной фор-
Вскип
ростов в отдельных час-	мы, высокая газотворностьстержня
тях отливки

			Окончание табл.4
	Утяжина	Углубления с закруглён-	То же, что и при усадочной ра-
		ными краями на поверх-	ковине
		ности отливки
	Включения	Инородные металличе-	Неаккуратная (с брызгами) за-
		ские или неметалличе-	ливка металла; нерастворив-
		ские включения, имею-	шиеся модификаторы и леги-
		щие поверхность разде-	рующие элементы в металле;
		ла с отливкой	неправильно сконструирован-
			ная литниковая система
	Отбел	Хрупкие места в различ-	Появление	структурно-
		ных частях отливки из	свободного цементита; несоот-
		серого чугуна,трудно	ветствие химического состава
		поддающиеся механиче-	металла; заливка холодным ме-

110

		ской обработке из-за вы-	таллом, повышенная влажность
		сокой твёрдости	форм, малая толщина отливки
	Ужимина	Углубление на поверх-	Низкая прочность смеси в зоне
		ности отливки, запол-	конденсации влаги, развитые
		ненное формовочной	горизонтальные	поверхности
		смесью и прикрытое	формы, малая скорость заливки
		слоем металла

Вопросы для самопроверки по разделу 1 «Технологические процессы получения отливок в разовые формы»

Тема 1.1. Проектирование технологического процесса изготовления отливок

1)Приведите схему технологического процесса получения отливки.

2)Как правильно выбрать положение отливки в форме и плоскость ее разъема?

3)Каково назначение припусков и технологических напусков на изготавливаемой отливке?

4)По каким параметрам определяется количество отливок в форме?

Тема 1.2. Модельно-опочная оснастка

1)Из каких элементов состоит модельный комплект?

2)Какие существуют виды формовочных уклонов?

3)Что такое усадочный метр?

111

4)Какова область применения деревянной модельной оснастки?

5)Какова область применения металлической модельной оснастки?

6)С какой целью и по каким параметрам устанавливаются припуски?

7)Что такое галтели и их назначение?

8)Что такое отъемные части на моделях и в стержневых ящиках и с какой целью их применяют?

Тема 1.3. Формовочные материалы

1)Назовите марки формовочных песков и объясните их различия.

2)Что такое глинистая составляющая?

3)Каковы основные требования к противопригарным материалам?

4)Каково происхождение песков и глин?

Тема 1.4. Формовочные и стержневые смеси

1)Как классифицируются формовочные смеси?

2)Назовите прочность в сыром состоянии песчано-глинистых смесей.

3)Охарактеризуйте основные преимущества и недостатки песчаносмоляных самотвердеющих смесей.

4)Какие типы агрегатов используются для приготовления различных формовочных смесей?

5)Назовите методы отверждения песчано-жидкостекольных смесей.

6)Назовите механизм отверждения песчано-смоляных холоднотвердеющих смесей.

7)Назовите методы регенерации отработанных смесей, их преимущества и недостатки.

Тема 1. 5. Свойства смесей и способы их оценки

1)Назовите основные физико-механические свойства смесей.

2)Что такое влажность смеси и методика ее оценки?

3)Каким образом пористость смеси зависит от гранулометрического состава формовочного песка?

4)Охарактеризуйте влияние газопроницаемости смеси на качество отливок.

112

5)Газотворность смеси, ее определение и влияние на качество отливок.

6)Назовите значения прочности песчано-жидкостекольных смесей при различных способах упрочнения.

7)Назовите значение прочности песчано-смоляных холоднотвердеющих смесей.

Тема 1.6. Литейные формы и стержни

1)Приведите классификацию методов формовки.

2)Рассмотрите эпюры уплотнения смеси при верхнем и нижнем прессовании.

3)Рассмотрите классификацию стержней по группам сложности.

4)Каковы технологические приемы, направленные на повышение податливости, газопроницаемости и прочности стержней?

5)Каковы способы контроля правильности установки стержней в форму?

6)Назовите способы крепления стержней в форме.

7)С какой целью устанавливаются знаки на стержнях?

8)Назовите способы предупреждения образования пригара на отливках.

Тема 1. 7. Заливка форм, выбивка и очистка отливок

1)Какие типы заливочных ковшей применяются для разливки стали?

2)Что такое «чайниковый» ковш?

3)Назовите температуру заливки сплавов на медной основе при изготовлении отливок массой от 50 до 100 кг

Раздел 2. СПЕЦАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

2.1. Литье в металлические формы (кокиль)

Литье в кокиль - способ получения отливок, заключающийся в многократном использовании металлической формы-кокиля. Литьем в кокиль

113

получают отливки массой от нескольких килограммов до нескольких тонн. При данном способе получения отливок появляется возможность избавиться от таких дефектов, как засоры, ужимины, пригар, характерных для отливок, получаемых в песчаных формах. При этом способе литья улучшаются механические свойства отливок, улучшается качество поверхности отливок, повышается разменная точность, появляется возможность уменьшать размеры и массу прибылей, исчезают процессы транспортировки и переработки большого количества формовочных материалов, высвобождаются производственные площади цехов, улучшаются сани- тарно-гигиенические условия труда. К недостаткам способа следует отнести высокую трудоемкость изготовления металлических форм.

Экономическая целесообразность получения отливок в кокиль определяется размером партии отливок, стоимостью и стойкостью кокилей.

Конструкция кокиля должна быть по возможности проста, что уменьшает стоимость и время его изготовления, должна создавать условия безопасной работы, должна обеспечивать точность геометрических размеров и высокое качество отливок, должна иметь вентиляционные каналы для обеспечения вывода газов из полости формы, должна обеспечивать возможность ремонта и замены наиболее изнашиваемых частей и пр.

Кокили подразделяют на неразъемные (вытряхные), с вертикальным, горизонтальным и комбинированным разъемами. Внутренние полости отливок при этом получают с помощью металлических или песчаных стержней. В зависимости от габаритных размеров деталей металлические формы можно выполнять многоместными для одновременной отливки нескольких деталей.

Разъем формы должен обеспечивать легкое удаление отливки из формы, но не должен проходить по базам механической обработки, так как по линии разъема возможны заливы, затрудняющие установку отливки на станке при ее механической обработке.

114

Основная масса воздуха и газов легко удаляется из формы через выпоры, прибыли и зазоры, имеющиеся по линии разъема формы, между знаками стержней и формой. Но очень часто в формах имеются места, из которых затруднен выход воздуха и газов. В этих случаях для их удаления применяются вентиляционные пробки и канавки. Сечения канавок должны обеспечивать быстрый выход воздуха из формы, но в то же время они должны исключать проникновение в них расплава. Обычно глубина канавок δ=0,2-0,5мм. Газоотводные пробки ставят в выемках и выступающих частях, где возможны скопления газов. Для установки пробок в форме высверливают отверстия диаметром D=6÷16мм.

Для плотного скрепления полуформ по линии разъема применяют различные приспособления и устройства. Обычные (ручные) формы скрепляют при помощи колец, клиньев, скоб, накидных рукояток эксцентриковых и винтовых замков и т. п. В металлических формах, устанавливаемых на машинах, плотное смыкание полуформ обеспечивается конструкцией машины. Для предупреждения коробления металлические формы целесообразно выполнять коробчатой формы, а при больших размерах форм - дополнительно устанавливать ребра жесткости толщиной 0,7-0,75 от толщины стенки формы. Для извлечения из форм сложных отливок целесообразно применять толкатели в виде стальных стержней. После раскрытия формы толкатели выдвигаются и, упираясь в отливку, удаляют ее из формы.

Кокили во время заливки должны иметь определенную температуру: они не должны быть холодными во избежание брака отливок по недоливам и спаям, а также чрезмерно нагретыми во избежание брака по газовым раковинам и снижения стойкости форм. Для предохранения кокиля от перегрева применяется естественное и искусственное охлаждение. Температуру нагрева кокиля можно контролировать с помощью специальных мыльных карандашей, которые в зависимости от температуры формы оставляют на ней след того или иного цвета.

115

Материалы для изготовления кокилей должны быть достаточно стойкими к термическим ударам, хорошо обрабатываться и иметь сравнительно низкую стоимость. Обычно применяют либо обычный серый чугун, либо модифицированный, содержащий хром и никель. Практика показывает, что стойкость форм из модифицированного чугуна в 1,5-2 раза превышает стойкость форм из обычного серого чугуна.

Литниковая система при литье в металлические формы так же, как и при литье в песчаные формы, имеет важное значение и выполняет те же функции.

Рис. 30 Нижняя (а) и щелевая (б) литниковые системы:

1 — отливка:	2 —литник	(питатель);
3- вертикальный коллектор;		4- стояк;

5—питающая бобышка Все элементы литниковой системы размещаются в плоскости разъема кокиля.

Получение плотных отливок обеспечивают так же, как и при литье в песчаные формы, установкой прибылей над тепловыми узлами. Окраска рабочей поверхности кокиля улучшает внешний вид отливок, способствует устранению газовых раковин и неспаев на их поверхности. Для создания направленной кристаллизации рабочие поверхности кокилей и металлических стержней окрашивают теплоизоляционными красками. Для

116

снижения температурного воздействия на стенки металлической формы, а также для облегчения извлечения отливки полости формы смазывют суспензией машинного масла с 6 % графита. Основной вид брака при литье в кокиль - это трещины, образование которых обусловлено затрудненной усадкой отливок. Для снижения усадочных напряжений в отливках формы перед заливкой прогревают до 250-450°С. Температура зависит от марки заливаемого сплава и сложности конфигурации отливки. Снижению усадочных напряжений способствует извлечений из формы не полностью остывших отливок и установка податливых стержней. Литьем в кокиль получают отливки сложной конфигурации из сплавов с узким температурным интервалом кристаллизации (алюминиевые бронзы, латуни), так как они менее склонны к образованию трещин при затрудненной усадке, чем сплавы с широким интервалом кристаллизации (оловянные бронзы).

Способ литья в кокиль позволяет механизировать почти все операции процесса: раскрытие и закрытие полуформ, установку и извлечение стержней, заливку форм металлом, удаление отливки и т. д. В мелкосерийном производстве при литье в кокиль применяют станки с ручным или механическим приводом, в массовом производстве - специальные машины, карусельные или замкнутые конвейерные линии. Последние являются наиболее совершенной формой механизации и автоматизации процесса.

2.2. Литье под давлением

Литье под давлением позволяет решить важнейшую задачу - максимально приблизить размеры отливок к размерам готовых деталей. Этим способом получают отливки из цинковых, алюминиевых, магниевых сплавов и латуней.

117

Сплавы, отливаемые литьем под давлением,должны удовлетворять следующим требованиям:

-сплав должен хорошо заполнять рабочую полость пресс-формы, т. е. иметь достаточную жидкотекучесть при небольшом перегреве, большой перегрев увеличивает износ пресс-форм, -сплав должен иметь минимальную усадку. При литье под давлением не-

возможно полностью компенсировать усадку, поэтому в средней части сечения отливок появляется усадочная пористость, которая тем меньше, чем меньше усадка, - сплав должен обеспечить достаточную прочность отливки к моменту уда-

ления ее из пресс-формы, -сплав должен возможно меньше прилипать к стенкам пресс-форм.

Сущность способа литья под давлением состоит в том, что расплавленный металл заполняет металлическую форму под давлением.

На рис. 31 показана схема процесса литья под давлением на машине с вертикальной камерой прессования.

Принцип работы указанной машины заключается в том, что расплавленный металл мерным ковшом заливается в камеру прессования 2 с подвижным дном, называемым пяткой.

Прессующий поршень 1 при заполнении камеры находится в верхнем положении. После заполнения камеры поршень, перемещаясь вниз, оказы-

118

Рис. 31. Схема работы машины для литья под

давлением с вертикальной камерой прессования

вает давление на сплав, перемещая пятку вниз, и открывает отверстие в литниковой втулке 6, через которую сплав заполняет полость формы 4 и 5. После затвердевания сплава прессующий поршень занимает исходное верхнее положение, пятка поднимается, отделяя литник от пресс-остатка 9, а при раскрытии прессформы отливка 8 вместе с литником выталкивается из подвижной полуформы толкателями 7.Существуют машины литья под давлением с горизонтальной камерой прессования (рис. 32).

Через отверстие в горизонтально расположенную камеру прессования 2 заливается сплав. При перемещении поршня 1 сплав через литниковый канал запрессовывается в полость пресс-формы, состоящую из двух полуформ 3 и 4.После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается,

119

Рис. 32. Схема работы машины для литья под давлением с горизонтальной камерой прессования

при этом толкатели 6 удаляют из пресс-формы отливку 5 вместе с литником, а прессующий поршень возвращается в исходное положение. Для литья под давлением применяют машины с горячей и холодной камерами прессования. Машины с горячей камерой прессования (рис. 33) характеризуются тем, что камера прессования этих машин расположена непосредственно в ванне с расплавом.

Эти машины используют для производства отливок из цинковых и оло- вянно-свинцовых сплавов с низкой температурой плавления. В случае машин с холодной камерой прессования расплав заливают мерным ковшом, а затем поршнем запрессовывают в форму.

120

Рис. 33. Машина с горячей камерой прессования:

1 — тигель; 2 —камера прессования; 3 — поршень; 4—отверстие для поступления металла в камеру прессования; 5—пресс-форма

В настоящее время выпускаются машины для литья под давлением как с горячей камерой прессования, так и с холодной камерой прессования. Современные машины для литья под давлением состоят из следующих основных узлов : устройства для закрывания и открывания прессформ, камеры прессования; устройства, создающего давление на сплав в камере прессования и аппаратуры для управления машиной. Большинство машин изготовляются с полуавтоматическими и автоматическими циклами. Машина ЛПД состоит из отдельных узлов и агрегатов, смонтированных на станине. Управление машиной осуществляется с пульта. Заливка сплава в пресс-камеру производится мерным ковшом из тигельной печи или автоматическим дозирующим устройством. Реле времени автоматически контролируют время кристаллизации пресс-остатка в камере прессования и кристаллизацию отливки в форме. Система водного охлаждения позволяет регулировать интенсивность охлаждения пресс-камеры, формы и рабочей жидкости.

При литье под давлением с применением современных машин, работающих в полуавтоматическом режиме, механизации и автоматизации подлежат в основном околомашинные операции, к которым следует отнести: обдувку и смазывание пресс-форм, подачу жидкого металла от плавильно-

121

раздаточной печи в камеру прессования и пр. В настоящее время применяются манипуляторы для автоматического смазывания пресс-форм. Для механизации процесса заливки используют специальные заливочнодозирующие установки. Извлечение отливок из пресс-форм в большинстве случаев осуществляется автоматическим механизмом выталкивания. Для удаления тяжелых, крупных отливок применяют съемники специальных конструкций, устанавливаемые непосредственно на машине или представляющие собой автономное универсальное устройство в виде манипулятора (робота), работающего в одном цикле с машиной.

Прессформы для литья под давлением являются сложной и точной оснасткой, состоящей из ряда плит и определенно расположенных относительно друг друга вкладышей, неподвижных и подвижных стержней, выталкивателей и т. д.

При литье под давлением большое значение имеет плотное прилегание одной половины пресс-формы к другой. Основным условием нормальной работы пресс-формы является создание запирающего усилия R, которое должно превосходить силу давления расплава Р :

R>кР,

где к -коэффициент запаса (1,15-1,25).

Сила давления (кгс) расплава, которое стремится раскрыть пресс-форму,

Р=рF,

где F-площадь проекции рабочей полости пресс-формы, см2, р - давление расплава, кгс/см2.

Эффективность литья под давлением определяется в основном стойкостью пресс-форм, материал которых должен обладать высокой жаростойкостью, эрозионной стойкостью, твердостью, минимальным термическим расширением. Наиболее ответственные детали (матрицы, пуансоны, стержни, вставки, рассекатели, литниковые втулки) изготавливаются из высоколегированных сталей. Для повышения стойкости пресс-форм и облегчения удаления из них отливок рекомендуется применять смазочные

122

материалы, изменяющиеся в зависимости от заливаемого сплава. Качество получаемых отливок зависит от температуры сплава, теплового и газового режима формы, давления прессования, скорости впуска металла и других технологических факторов.

Литниковая система при литье под давлением должна обеспечивать: наилучшее заполнение полости пресс-формы без спаев и недоливов, получение отливки с минимальной пористостью и хорошей чистотой поверхности, удаление воздуха и газов из полости пресс-формы в процессе заливки. Она не должна затруднять обрубку и зачистку отливок, а также должна легко удаляться из пресс-формы. Расход расплава на литниковую систему должен быть минимальным.

Различают два основных вида литниковых систем: внутреннюю (подвод расплава осуществляется по внутреннему контуру отливки) и внешнюю (с подводом расплава по внешнему контуру отливки). При литье под давлением основным расчетным элементом литниковой системы является сечение впускного канала питателя. Площадь поперечного сечения питателя (м2) определяется по формуле

Fп=Мотл/γυτ,

где М-масса отливки, кг, γ- плотность сплава, кг/м3,

υ –скорость выпуска, т. е. скорость течения расплава в питателе, м/с, τ –время заполнения полости формы, с.

Масса отливки и плотность сплава - величины известные. Скорость впуска и время заполнения определяются расчетами в зависимости от конструкции отливки. На практике знаменатель приведенной выше формулы считается постоянной величиной для каждой группы сложности отливок и он выбирается по таблицам.

Формулы для расчета сечений питателя Fп и входного отверстия пресс формы Fф выглядят так (см2):

Fп=Мотл/к1,

отл-

123

Fф =(М отл +Млитн)/к2,

где М - масса отливки,кг, Млитн-масса литниковой системы,кг, к1,к2-табличные коэффициенты.

Практикой установлены оптимальные соотношения величины площадей стояка Fф, кольца между рассекателем и отверстием стояка Fкол и сечением литникового канала Fл.к.:

Fф: Fкол : Fл.к.=1:1,2:3.

Для литья под давлением созданы высокопроизводительные машины и автоматизированные комплексы, снабженные дозирующими устройствами, специальными механизмами и манипуляторами сброса отливок, прессами для отсечки литников, современной контрольно–измерительной аппаратурой.

По уровню механизации, производительности, точности отливок и минимальной продолжительности технологического цикла литье под давлением превосходит все известные способы получения литых деталей высокой точности. Применение этого способа позволяет в ряде случаев в десятки раз снизить трудоемкость изготовления отливок при одновременном уменьшении их массы на 30-50 %. Известно несколько разновидностей упомянутого способа:

литье под высоким давлением - расплав заполняет пресс-форму под давлением 44-98 МПа,

литье под низким давлением – расплав поступает в форму по металлопроводу из резервуара раздаточной печи под давлением воздуха или газа, равным 18-80 кПа,

литье с противодавлением – в резервуаре с металлом и литейной формой, соединенных между собой металлопроводом , создается давление около 300кПа, затем давление в форме понижается до 250-260кПа. В результате этой разности давлений расплав плавно заполняет форму. Отливка получается без пор, раковин, с повышенной плотностью и чистой по-

124

верхностью. Необходимость герметизации формы и резервуара с расплавом требует усложнения конструкции оснастки и машины, что является причиной малой распространенности этого способа литья.

2.3. Центробежное литье

Сущность способа заключается в том, что во вращающуюся металлическую форму заливают жидкий металл, который под действием центробежной силы плотно прижимается к внутренним стенкам формы, принимает ее конфигурацию и затвердевает. Центробежное литье получило большое распространение как для изготовления отливок, имеющих форму тел вращения (цилиндров, втулок, венцов и пр.), так и для фасонных отливок сложной конфигурации.

В зависимости от положения оси вращения формы различают горизонтальные (рис. 34) и вертикальные литейные машины.

Машины с горизонтальной осью вращения применяют для получения цилиндрических заготовок типа труб диаметром от 50 до 1500 мм и длиной до 5000 мм. Заготовки, у которых диаметр превышает ее высоту (венцы, кольца), и фасонные отливки получают на машинах с вертикаль-

125

Рис. 34. Схема центробежной машины с горизонтальной (а) и

вертикальной (б) осями вращения:

1 — вращающаяся изложница; 2 — крышка; 3 — желоб; 4 — ковш;

/— заливка металла в форму; // — формообразование отливки;

///— извлечение отливки

ной осью вращения. Формы для центробежного литья изготавливают из чугуна или стали, причем толщину стенки формы выбирают в 1,5-2 раза больше толщины стенки отливки. Формы в процессе работы иногда охлаждают сжатым воздухом или водой, а их внутренние (рабочие) поверхности смазывают красками для лучшего извлечения готовой отливки, регулирования скорости охлаждения и увеличения стойкости оснастки. Масса отливок, получаемых центробежным способом, колеблется от нескольких граммов до нескольких тонн.

126

Центробежные силы, действующие на сплав при вращении формы, зависят от массы вращающегося расплава, диаметра формы и скорости вращения. Центробежные силы способствуют хорошему заполнению металлической формы сплавом, придают внутренней поверхности отливки форму тела вращения, уплотняют сплав при его затвердевании и способствуют удалению из расплава неметаллических включений и газов. Из-за большого числа центров кристаллизации отливки, полученные центробежным способом, имеют мелкозернистую структуру и повышенные прочностные характеристики.

При изготовлении отливок цилиндрической формы отпадает необходимость в применении стержней и литниковых систем. Отливки сложной конфигурации получают центробежным способом с применением стержней, в этом случае отливки получаются более точными, более прочными и с повышенным выходом годных отливок.

Наряду с достоинствами, центробежному способу литья присущи и недостатки. К ним следует отнести ликвацию сплавов под действием центробежных сил, при которой происходит разделение компонентов по их плотности, и повышенные припуски на механическую обработку для внутренних размеров. При назначении припусков на механическую обработку отливки нужно учитывать, что в частях отливки, обращенных к оси вращения формы, возможно образование ликвационной зоны и неоднородности химического состава. Поэтому величина припуска на механическую обработку внутренних полостей принимается для особо ответственных деталей равной 10-15 мм на сторону. От правильного выбора частоты вращения формы зависит качество получаемых отливок. При малой частоте вращения вследствие малых центробежных сил отливки получаются с пониженной плотностью, а при очень быстром вращении возможен сдвиг наружных слоев отливки относительно стенок формы, что приводит к нарушению нормального процесса затвердевания. При вращении из-

127

ложницы вокруг вертикальной оси частоту вращения определяют по формуле

n= К√Н,

где К- коэффициент, зависящий от наружного и внутреннего диаметров заготовки,

Н- высота отливки.

Для определения частоты вращения изложницы с горизонтальной осью вращения рекомендуют пользоваться формулой Л.С. Константинова

n= 5520/√ρr,

где n- частота вращения формы, об/мин, ρ- плотность сплава, г/см3,

r- внутренний радиус отливки, см.

При данном способе литья применят четыре основных типа литейных форм:

-металлические без облицовки рабочей поверхности,

-металлические с облицовкой рабочей поверхности,

-футерованные формовочной смесью,

-футерованные сухим песком.

Металлические формы перед заливкой подогреваются до температуры 150-250°С. При заливке металла в холодную форму образуются спаи и неслитины, а при литье в перегретую - поверхностные газовые раковины (свищи и оспины).

Оптимальная скорость заливки в каждом случае подбирается так, чтобы линейная скорость наращивания слоя металла в форме была не меньше скорости кристаллизации.

Двухслойные отливки получают последовательной заливкой жидких сплавов во вращающуюся изложницу. Основным технологическим параметром этого процесса является интервал времени между заливкой разных сплавов.

128

2.4. Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы благодаря своим преимуществам получило значительное распространение при изготовлении мелких и сред-

Рис. 35. Схема изготовления оболочковых форм

них по массе отливок (2—15 кг) из всех литейных сплавов цветных металлов в серийном и массовом производствах. Основными преимуществами получения отливок из сплавов цветных металлов в оболочковых формах по сравнению с литьем в песчаные формы являются: большая геометрическая точность и малая шероховатость; снижение расхода формовочных материалов в 8—10 раз, трудоемкости изготовления форм, грузопотока, затрат на выбивку и очистку литья из-за отсутствия пригара, а также брака отливок в 1,5—2 раза. К недостаткам литья в оболочковые формы можно отнести применение дорогостоящих формовочных и вспомогательных материалов, ограниченность размеров и массы изготовляемых отливок, необходимость использования сложной и дорогостоящей оснастки.

129

Изготовление оболочковых песчано-смоляных форм основано на свойстве специальных связующих (термореактивных смол) при нагреве размягчаться, а затем при повышении температуры необратимо твердеть, образуя с песком прочную оболочку. На рис.35 представлена схема изготовления оболочковых форм.

Металлическую плиту 1 со смонтированными на ней моделями и литниковой системой нагревают до 200—250 °С, устанавливают и закрепляют на бункере 2 с песчано-смоляной смесью 3. При повороте бункера на 180° песчано-смоляная смесь покрывает нагретую плиту с моделями. Под действием тепла смола, содержащаяся в смеси, плавится в прилегающем к плите слое и в течение 15—25 секунд образует полутвердую оболочку 4 толщиной 5—15 мм. Толщина оболочки зависит от времени выдержки смеси на нагретой плите. Для предотвращения прилипания смеси к плите и моделям на них предварительно наносят тонкий слой разделительного состава. После необходимой выдержки бункер возвращается в исходное положение и непрогревшаяся смесь ссыпается в бункер. Модельная плита открепляется от бункера, переворачивается и вместе с оболочкой помещается на 2—3 минуты в печь, где при температуре 280—350 °С происходит окончательное отверждение оболочки. С извлеченных из печи модельных плит оболочки-полуформы снимаются при помощи толкателей 5 и поступают на спаривание. Соединение полуформ осуществляется с помощью фиксаторов 6, выполненных в модельных плитах. Спаренные полуформы скрепляют при помощи специальных зажимов или склеивают. При необходимости в форму устанавливают стержни 7, изготовленные, как правило, из песчано-смоляных смесей. Собранную форму устанавливают в опоку (контейнер) 8, засыпают наполнителем в виде песка или металлической дроби и подают на заливку. Небольшие оболочковые формы можно заливать без засыпки наполнителем. После охлаждения формы подаются на выбивку, обо-

130

лочки разрушаются и песок после регенерации возвращается в производство.

Для приготовления песчано-смоляных смесей применяют обогащенные кварцевые пески по ГОСТ 2138—91 с размерами зерен 01 и 0063. Указанные пески по зерновому составу и огнеупорности в наибольшей степени соответствуют основным требованиям литья в оболочковые формы, их применяют для получения отливок из чугуна, углеродистой стали и сплавов цветных металлов.

В качестве связующего для приготовления песчано-смоляных смесей применяют пульвербакелит— новолачную фенолформальдегидную смолу марки ПК-104,—который вводится в состав смеси в количестве 6—7 % от массы смеси. Пульвербакелит поставляют в виде мелкого порошка с добавкой 7,5 % уротропина. Допускается применение других марок смол (МФ 17 и др.), поставляемых в кусках и требующих предварительного размола. Однако применение фенолформальдегидных смол ограничивается их дефицитностью и высокой стоимостью. Для замены фенолформальдегидных смол используют пековое связующее марки ПС-1, представляющее собой сплав 58 % фенольного древесного пека, 30 % фенолформальдегидной смолы МФ 18 и 12 % технического уротропина. Стоимость связующего марки ПС-1 в два раза меньше, чем пульвербакелита, вместе с тем прочность оболочек и шероховатость поверхности отливок практически не отличаются.

Для уменьшения пылевыделения в процессе приготовления, транспортирования и использования сухих песчано-смоляных смесей, а также устранения расслоения песка и порошка смолы в смеси добавляют увлажнители. В качестве увлажнителей применяют керосин (0,25—0,5 % от массы смеси), парафин (0,2—0,5 %), озокерит (0,5 %). Указанные увлажнители увеличивают газообразование и уменьшают прочность оболочек. Поэтому целесообразнее применять увлажнители-растворители, в качестве которых используют эфироальдегидные фракции фурфурола

131 (0,7—2 %), ацетон, спирты (1—5 %). Эти увлажнители-растворители

перемешивают с песком, а затем вводят смолу, которая обволакивает зерна песка, образуя тонкую пленку твердой смолы (плакированный песок).

Для обеспечения отделения оболочек от плиты и моделей применяют различные покрытия — разделительные составы. В наибольшей степени требованиям разделительного состава удовлетворяет выпускаемая химической промышленностью кремнийорганическая (силиконовая) жидкость № 5. Кроме того, используют растворы силиконового каучука в уайт-спирите, церезин, эмульген, состоящий из 5 % жидкости № 5, 3 % хозяйственного мыла и 92 % воды, а также графитовую суспензию в керосине и др. Покрытия наносят с помощью пульверизатора на горячие модельные плиты.

Для спаривания полуформ перед заливкой в серийном и массовом производствах применяют различные клеи, в том числе и пульвербакелит, который наносят на плоскость по разъему полуформы, нагретой до 100 °С, накрывают второй полуформой, и оболочки зажимаются штифтами пневматического штыревого пресса. Пульвербакелит в течение 30—40 секунд оплавляется и склеивает полуформы. Хорошие результаты при склеивании полуформ получаются при использовании мочевиноформальдегидных смол марок МФ-17, М, М-60 и других с добавлением до 1,5 % хлорида аммония, а также клея на основе жидкого стекла с добавлением пылевидного кварца или жидкого стекла с декстрином.

Изготовление модельных плит и моделей для получения оболочковых форм производится из чугуна и стали, т. е. из материалов, обладающих повышенной теплоемкостью и стойкостью против коробления при нагреве. Модели, как правило, выполняют сплошными для лучшего аккумулирования тепла и его передачи при образовании оболочек.

132

Организация производства литья в оболочковые формы эффективна только при комплексной механизации и автоматизации всех операций технологического процесса. Для этой цели выпускаются промышленностью смесители для приготовления песчано-смоляных смесей; процесс получения оболочковых форм можно производить на специальных автоматизированных двух-, четырех- и шестипозиционных установках, включающих печи нагрева модельных плит, бункеры для смеси, механизмы нанесения смеси на плиты, устройства для съема оболочек и передачи модельных плит с одной позиции на другую. Имеются специальные установки для сборки и склеивания оболочек, машины для изготовления оболочковых стрежней.

2.5. Литье по выплавляемым моделям

Литье в формы, получаемые по выплавляемым моделям, является наиболее древним способом изготовления отливок. Его использовали при отливке памятников, скульптур, украшений, предметов домашнего обихода, модели для которых создавались из воска с последующей обмазкой глиной и выплавлением воска при сушке и обжиге форм. Однако промышленное применение этот способ получил в годы Великой Отечественной войны при производстве лопаток турбин авиационных двигателей.

В настоящее время технологический процесс получения отливок способом литья по выплавляемым моделям значительно усовершенствован, в стране созданы крупные механизированные и автоматизированные цехи с выпуском 7000 тонн и более литья в год. Способ литья по выплавляемым моделям применяют при изготовлении рабочих колес и лопаток авиационных, газовых и паровых турбин, сложных деталей приборов, режущего и мерительного инструмента, крыльчатых насосов сложной конфигурации, деталей машин и механизмов практиче-

133

ски всех металлообрабатывающих отраслей. Особенно широко этот способ литья применяют для получения деталей из жаропрочных, специальных труднообрабатываемых и не поддающихся механической обработке сплавов, как например, для изготовления магнитов из сплава железа, никеля и алюминия в электротехнической промышленности. Способом литья по выплавляемым моделям можно получать отливки из всех видов сплавов массой от нескольких граммов до 50—80 кг, весьма сложной конфигурации, с толщиной стенки до 0,3—0,5 мм и низкой шероховатостью поверхности. Эти детали, как правило, не подвергаются механической обработке, за исключением сопрягаемых поверхностей, что позволяет высвободить большое количество металлообрабатывающего оборудования и получить значительную экономию металла.

На рис. 36 представлена схема технологического процесса получения отливок способом литья по выплавляемым моделям. В специально изготовленную форму 1 через отверстие запрессовывается легкоплавкий модельный состав, который после охлаждения и извлечения из формы образует модели 2 с элементами литниковой системы. Полученные модели собираются в модельные блоки 3, на которые в несколько слоев наносится путем окунания суспензия 4 с последующей обсыпкой сухим песком каждого слоя. После сушки блоков и выплавления модельного состава образуется огнеупорная оболочка 6, которую помещают в специальную опоку 7, заформовывают, прокаливают и заливают металлом.

134

Рис. 36. Схема изготовления отливки способом литья по выплавляемым моделям

Формы для запрессовки модельного состава (пресс-формы) в массовом и крупносерийном производствах обычно изготовляют из стали с механизацией разъема пресс-форм и извлечения моделей. При этом пресс-формы, как правило, выполняют многогнездными для одновременного изготовления нескольких моделей, объединенных в модельные звенья, включающие литниковые каналы (питатели) и секции стояка для заливки металла.

В мелкосерийном производстве обычно пресс-формы можно выполнять из легкоплавких сплавов, пластмасс, эпоксидной смолы, резины. При изготовлении пресс-форм следует учитывать усадку модельного состава, которая составляет 0,9—1,9 %, изменение размеров оболочки при нагреве и охлаждении 0,5— 1,0 %, а также усадку материала отливки. При расчете размеров пресс-форм суммарную усадку отливок из латуни принимают 0,9—1,2 %, из бронзы — 0,7—1,5 %.

135

От свойств и качества модельных составов во многом зависит качество литых деталей, трудоемкость изготовления и стоимость литья. Модельные составы должны обладать невысокой температурой плавления (60—100 °С), минимальной усадкой при охлаждении; хорошей текучестью, обеспечивающей заполнение тонких полостей пресс-форм; возможностью многократного использования, твердостью и прочностью в условиях температуры помещения. Для приготовления модельных составов используют парафин, стеарин, полистирол, церезин, буроугольный и торфяной воск и другие материалы.

Однако наибольшее распространение в промышленности получили составы (массовое содержание, %): ПС — 50 парафина и 50 стеарина; ПТ — 70 парафина и 30 торфяного воска; КПД — 50 канифоли, 30 полистирола и 20 церезина; Р-2 — 56 парафина, 38 синтетического церезина и 6 кубкового остатка крекинга нефти; Р-3 — 60 парафина, 22 синтетического церезина, 12 буроугольного воска и 6 кубового остатка крекинга нефти. Приготовление модельных составов заключается в расплавлении компонентов составов, их перемешивании и доведении до пастообразного состояния, пригодного для запрессовки в пресс-формы, для чего используют различного вида смесители с подогреваемыми ваннами и перемешивающими устройствами. Модельный состав в производственных условиях обычно состоит из 40-50 % свежих материалов и 60—50 % возвращенных, ранее выплавленных модельных составов. Для запрессовки модельного состава в прессформы при изготовлении моделей применяют: ручные шприцы в мелкосерийном производстве и автоматизированные установки в крупносерийном и массовом. Литьем по выплавляемым моделям изготовляют в основном отливки небольших габаритных размеров, поэтому изготовление каждой отдельной отливки нецелесообразно. Обычно от дельные модели группируют в блоки, присоединяя их посредством литниковых ходов (питателей) к общему стояку, который изготавли-

136

вают так же, как модели. При изготовлении моделей в виде звеньев (секций) их собирают в блоки. Присоединение моделей к стояку и заделку швов при секционной сборке осуществляют с помощью электропаяльного или нагретого до температуры 80—100°С обычного ножа. Собранные блоки передают на операцию нанесения огнеупорного покрытия для создания огнеупорной оболочки.

Формирование огнеупорной оболочки заключается в многоразовом окунании модельного блока в керамическую суспензию, обсыпке кварцевым песком или другим материалом и сушке. Керамическая суспензия представляет собой смесь жидкого связующего и наполнителя, в качестве которого чаще всего применяют пылевидный искусственный или естественный кварц (маршалит), плавленный кварц, шамот. При изготовлении отливок из тугоплавких сплавов на основе никеля в качестве наполнителя применяют циркон, двуокись титана, корунд, фарфор и другие материалы, имеющие повышенную огнеупорность. При получении отливок из магниевых сплавов в состав керамического покрытия вводят борную кислоту, предотвращающую окисление сплава, а вместо пылевидного кварца — корунд или гипс, чтобы исключить взаимодействие кремния и магния.

В качестве связующих для приготовления суспензии применяют гидролизованный раствор этилсиликата или жидкое стекло. Наиболее распространенным связующим является этилсиликат, который выпускается промышленностью, однако в готовом виде его не используют, так как он содержит от 30 до 40 % двуокиси кремния. Для придания этилсиликату связующих свойств в целях создания прочной оболочки его необходимо подвергнуть гидролизу. Так как этилсиликат не растворяется в воде, для ускорения реакции добавляют этиловый спирт-ректификат, ацетон или эфироальдегидную фрак цию спиртоводочного производства. Для улучшения процесса гидролиза в водно-спиртовом или водно-ацетоновом растворе применя-

137

ют соляную кислоту, которая способствует образованию геля кремнезема. Обычно гидролизованный раствор этилсиликата содержит 0,16—0,3 % соляной кислоты. Количество дистиллированной воды, растворителя и кислоты для гидролиза определяют в зависимости от содержания двуокиси кремния в исходном этилсиликате расчетным путем или по номограммам. Процесс гидролиза протекает в гидролизаторе, оборудованном мешалкой и водяной рубашкой для охлаждения, так как при этом происходит выделение тепла, а температура раствора не должна превышать 45 °С.

Керамическое покрытие готовят из смеси пылевидного кварца или другого наполнителя и гидролизованного раствора этилсиликата в составе 60—70 % наполнителя и 40—30 % этилсиликата. Однако раздельное приготовление гидролизованного этилсиликата и керамического покрытия возможно на небольших участках литья по выплавляемым моделям. В настоящее время в механизированных литейных цехах применяют совмещенный способ гидролиза и приготовления огнеупорной суспензии, который заключается в том, что в специальную установку заливается расчетное количество растворителя, воды и соляной кислоты и при постоянном размешивании добавляется этилсиликат. После загрузки жидких составляющих вводится' пылевидный кварц или другой наполнитель и суспензия перемешивается в течение 1 часа при охлаждении резервуара проточной водой. При этом способе приготовления огнеупорного покрытия в зависимости от дозировки составляющих можно готовить суспензии различной консистенции — для первого слоя применяют более густую суспензию в составе 65—70 % пылевидного кварца или другого наполнителя и 35—30 % гидролизованного раствора этилсиликата, для последующих слоев — более жидкую с увеличением связующего до 40—45 %.

Нанесение огнеупорного покрытия производят путем окунания блоков моделей в керамическую суспензию и обсыпки их кварцевым песком.

138

При небольшом объеме производства эти операции выполняют вручную с применением для обсыпки блоков вращающихся или других типов пескосыпов. В механизированных литейных цехах применяют специализированные линии нанесения огнеупорных покрытий, выпускаемые промышленностью. Для создания прочной оболочки на модельный блок наносят от трех до восьми слоев огнеупорного покрытия. Каждый слой нанесенного покрытия подвергают сушке при температуре 20—25°С на воздухе или в специальных камерах в воздушно-аммиачной среде. Длительность сушки на воздухе 4—5 часов, в воздушной камере, оборудованной вентиляционной установкой,— 60—90 минут, в камере с воз- душно-аммиачной средой — 20—30 минут. После нанесения необходимого числа слоев огнеупорного покрытия и сушки модельные комплекты поступают на выплавление модельного состава, которое осуществляется в горячей воде, паром, горячим воздухом. Наибольшее распространение на заводах получило выплавление модельного состава в ваннах с горячей водой, нагретой до 85—95°С. Выплавление осуществляется погружением модельного комплекта в горячую воду на 5—10 минут, за этот промежуток времени модельный состав расплавляется и всплывает на поверхность ванны, где он собирается и возвращается на повторное использование.

Для упрочнения оболочек во время заливки жидким металлом их заформовывают в специальные металлические опоки. В качестве наполнителя опок чаще всего используют сухой песок, который засыпают вокруг оболочки и уплотняют с помощью трамбовки или легкой вибрации. Подготовленные формы подвергают прокаливанию в камер-

ных или проходных печах в течение 6—8 часов при 850—950 °С. При прокаливании происходит выгорание остатков модельного состава, и процесс образования керамической оболочки завершается.

139

После прокаливания происходит охлаждение форм вместе с печью во избежание трещин в керамической оболочке. Охлажденные до определенной температуры формы заливают сплавом при помощи ручных ковшей, выдерживают залитыми до охлаждения отливок в форме и подвергают выбивке. Завершаются операции получения отливок из цветных сплавов очисткой отливок от остатков керамического покрытия кипячением в 20—40 %-ном растворе КОН или NaOH при температуре 110—115 °С.

2.6. Вакуумно-пленочная формовка

При литье в вакуумно-пленочные формы для изготовления литейной формы не требуется связующее. Его функцию выполняет атмосферное давление, так как внутри формы создается разрежение. Форму изготавливают из сухого формовочного песка с применением синтетической пленки.

На рис. 37 показана схема технологического процесса при вакуумнопленочной формовке. Модель 2 со сквозными вентиляционными каналами крепят на модельной плите 5, также имеющей сквозные каналы 4. Плиту с моделью устанавливают на вакуумной камере 1 (рис. 37 ,а). Предварительно подогретую до 100-120 °С электрической спиралью синтетическую пленку 3 укладывают на модель, а полость камеры соединяют с вакуумным насосом. На плиту устанавливают опоку 7, имеющую двойные стенки, полости которых также соединены с вакуумным насосом.

140

Рис.37. Схема литья в вакуумно-пленочные формы:

а- наложение пленки на модель; б- изготовление верхней полуформы; в— верхняя полуформа; г— нижняя полуформа; д— литейная форма в сборе; е— выбивка отливки; 1— вакуумная камера; 2— модель; 3 — пленка; 4 — отверстия в модельной плите; 5— модельная плита; 6— патрубок; 7— коробчатая опока; 8— пленка; 9

— наполнитель; 10— отверстия в опоке; 11,12,13— патрубки; 14 —

отливка

Опоку засыпают сухим песком 9, включают вибратор для лучшего уплотнения песка и накрывают сверху подогретой пленкой 8 (рис. 37,б). Полость опоки подключают к вакуумному насосу, а вакуумную камеру 1 отключают. Песок в опоке находится под атмосферным давлением. Опоку снимают с модельной плиты (рис. 37 ,в). Вторую полуформу изготавливают аналогично (рис. 37,г). Собранную форму ставят под заливку (рис. 37,д). Во время заливки металла и охлаждения отливки в

141

форме сохраняется разрежение. Отливку 14 удаляют из формы простым отключением вакуумного насоса (рис. 37, е).

Для герметизации литейных форм целесообразно применять этиленвинилацетатную пленку (сэвилен) толщиной 0,075-0,10 мм. Для чугунного и цветного литья рекомендуются мелкие пески с размером зерен 0,1 и 0,063 мм. Массовая доля пылевидной фракции в кварцевом песке не должна превышать 5 %, а содержание влаги не должно быть более 0,1 %.

Пригар при вакуумно-пленочной формовке предотвращают, нанося на форму быстросохнущие краски. В состав красок входят цирконовый или дистенсиллиманитовый концентрат (для отливок из медных сплавов) либо пылевидный кварц или тальк (для чугунных и алюминиевых отливок), в качестве связующего используют поливинилбутираль, а в качестве растворителя — этиловый спирт.

Рис.38. Корпус часов, выполненный литьем в вакуумно-пленочные формы.

Собран из нескольких литых деталей, бронза

Оборудование для вакуумно-пленочной формовки включает вибростол, нагреватель пленки, рамку для наложения пленки на модель, опоку, бункер для песка, устройство для выбивки отливок. При небольших размерах опок устройство для выбивки, как правило, используют в качестве

142

сменного бункера, в котором охлаждают песок. В нагревателях пленки используют открытые спирали, нагревающиеся до 700-800 °С. Пленка обычно находится на расстоянии 150--200 мм от спирали. Вакуум в системе создается с помощью водокольцевых насосов типа ВВН-6. Для сглаживания пиковых натеканий воздуха используются ресиверы, которые одновременно выполняют роль пылеуловителей и регуляторов давления.

При литье в вакуумно-пленочные формы качество поверхности отливок практически соответствует литью по выплавляемым моделям; жидкотекучесть сплавов повышается по сравнению с литьем в сухие песчаные формы, что обеспечивает возможность получения тонкостенных отливок. При данном способе облегчается операция выбивки, регенерируется почти весь песок, улучшаются условия труда и повышается экологическая устойчивость процесса. Вместе с тем способ требует применения специальной оснастки; увеличивается энергоемкость процесса формообразования; имеются ограничения по конфигурации отливок с учетом применения стержней. На рис. 38 показан пример отливок, изготовленных литьем в вакумнопленочные формы.

2.7. Другие специальные виды литья

143

Непрерывное литье.

В номенклатуре отливок из литейных сплавов на основе меди значительный объем составляют профили типа прутков, втулок, плит, квадратов и т. д. У нас в стране и за рубежом все более широкое распространение получает производство указанных профилей методом непрерывного литья.

Рис. 39. Установка непрерывного литья

На рис. 39 показана схема установки непрерывного литья вертикального типа. Расплав из ковша заливают в тигель1, который обогревается газовой горелкой 3. В дно тигеля вмонтирован графитовый кристаллизатор 2,нижняя часть которого охлаждается медной рубашкой 8 (7

— вход воды в рубашку, 4 — выход). Водяные форсунки 5 и 9 обеспечивают дополнительное охлаждение прутка, который извлекается из кристаллизатора с помощью роликов 6. Перед началом процесса литья в кристаллизатор вводят затравку 10, в головной части которой, находящейся в кристаллизаторе, выполнен выступ в виде ласточкина хво-

144

ста. При заполнении тигля расплавом он затвердевает в кристаллизаторе, прочно соединившись с затравкой, которая извлекается с помощью роликов. При выходе из роликов затравка отделяется от прутка и процесс непрерывного литья продолжается при периодических добавках расплава в тигель установки. Обычно ниже тянущих роликов расположена летучая пила (на рисунке не показана), которая в автоматическом режиме разрезает заготовку на мерные части.

Рис. 40. Профили заготовок

На рис. 40 показаны профили из литейных оловянных бронз, получаемые методом непрерывного литья. Опыт эксплуатации установок подобного типа показал, что литые заготовки получаются высокого качества, причем качество литой поверхности соизмеримо с качеством поверхности при литье под давлением. Припуски на механическую обработку по наружному диаметру обычно не превышают 0,5 мм на сторону, а по внутреннему - соответственно 0,7-1мм. Механические свойства литых заготовок значительно выше механических свойств аналогичных заготовок, но полученных традиционными способами— литьем в кокиль и центробежным. Механические свойства литых заготовок почти не меняются по сечению и намного превышают требования к механическим

145

характеристикам соответствующих ГОСТов или ТУ. Например, для бронзы марки БрО5Ц5С5 прочностные свойства заготовок на 20—40 %, а пластические характеристики в 3—5 раз выше требований ГОСТа. Процессы непрерывного литья медных сплавов в графитовые кристаллизаторы постоянно совершенствуют. Для повышения производительности процессов широко применяют многоручьевые кристаллизаторы. Например, прутки диаметром 12 мм отливают в 12-ручьевой кристаллизатор, а плоские заготовки шириной 100 мм — в четырехручьевой. В нашей стране и за рубежом получили распространение установки непрерывного литья вертикального и горизонтального типов.

Литье выжиманием.

Сущность процесса заключается в следующем: расплав с помощью мерного ковша заливается в металлическую форму (матрицу), которая обеспечивает образование наружного контура отливки и затем медленно опускается пуансон, обеспечивающий образование внутреннего контура отливки. Данный способ применяется, как правило, при изготовлении отливок простой конфигурации и небольших по массе и габаритам и в основном из цветных сплавов.

Литье в керамические формы.

Литейные формы делятся на многократные и разовые (песочные). Многократные формы бывают металлические (изложницы и кокили) либо графитовые или керамические огнеупорные. Графитовые и огнеупорные формы состоят из двух или большего числа деталей, при соединении которых образуется требуемая полость. Форма может иметь вертикальную, горизонтальную или наклонную поверхность разъема либо разбираться на отдельные блоки; это облегчает извлечение от-

146

ливки. После извлечения форму можно собрать и использовать снова. Графитовые формы допускают сотни отливок, керамические – лишь несколько. Графитовые многократные формы можно изготовить путем механической обработки графита, а керамические легко формуются, так что они значительно дешевле металлических форм. Графитовые и огнеупорные формы могут использоваться для повторного литья в случае неудовлетворительных отливок, полученных литьем в кокиль. Огнеупорные формы делают из фарфоровой глины (каолина) и других высокоогнеупорных материалов. При этом используются модели из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразный или гранулированный огнеупор замешивают с глиной на воде, полученную смесь формуют и заготовку литейной формы обжигают так же, как кирпичи или посуду.

Вопросы для самопроверки по разделу 2 «Специальные способы литья»

Тема 2.1. Литье в металлические формы (кокиль)

1)В каких случаях целесообразно использовать литье в кокиль?

2)Каковы преимущества литья в облицованный кокиль?

3)Назовите основные особенности конструкции кокилей.

4)Какие меры необходимо применять для предупреждения отбела чугуна при литье в кокиль?

5) Назовите способы изготовления кокилей. Тема 2.2. Литье под давлением

1)Опишите механизм заполнения полости формы металлом

2)Охарактеризуйте параметры, по которым производится расчет усилия запирания машин литья под давлением.

3)Приведите классификацию машин литья под давлением.

147

4)По каким параметрам определяется количество отливок в одной форме?

5)Возможно ли изготавливать методом литья под давлением отливки из стали и при каких условиях?

6)Объясните преимущества и недостатки горячекамерных машин литья под давлением.

7)Охарактеризуйте структуру металла отливки, полученной методом литья под давлением

Тема 2. 3. Центробежное литье

1)Объясните преимущества и недостатки центробежных машин с горизонтальной и с вертикальной осями вращения.

2)Рассмотрите методику расчета необходимого числа оборотов машины с горизонтальной осями вращения.

3)Для производства какой номенклатуры отливок в основном применяются машины с вертикальной осью вращения?

4)Каковы особенности изготовления труб?

Тема 2.4. Литье в оболочковые формы

1)Охарактеризуйте область применения литья в оболочковые формы.

2)Приведите составы формовочных смесей для изготовления форм.

3)Приведите технологический процесс приготовления смесей методом горячего плакирования.

4)Охарактеризуйте конструктивные особенности модельной оснастки.

5)Охарактеризуйте способы регенерации отработанных смесей.

Тема 2.5. Литье по выплавляемым моделям

1)Охарактеризуйте особенности технологического процесса литья по выплавляемым моделям.

2)Назовите материалы, применяемые для изготовления моделей.

3)Назовите способы заполнения полости модельной оснастки модельной массой.

148

4)Приведите формулу расчета процентного состава огнеупорного покрытия.

5)Охарактеризуйте типы пресс-форм для получения моделей.

6)Охарактеризуйте способы удаления моделей из полости формы.

Тема 2.6. Вакуумно-пленочная формовка

1)Охарактеризуйте технологическую схему способа.

2)Каковы требования, предъявляемые к кварцевому песку?

3)Преимущества и недостатки способа.

4)Каковы требования, предъявляемые к пленкам.

Тема 2.7. Другие специальные виды литья

1)Сущность способа литья в керамические формы.

2)Материалы, применяемые для изготовления керамических форм.

3)Электрошлаковое литье; его область применения.

4)Схема технологического процесса электрошлакового литья.

5)Область применения непрерывного литья.

6)Технологическая схема процесса непрерывного литья.

3.3.ГЛОССАРИЙ

Термин		Что обозначает
Алюминиевые спла-	Сплавы на основе алюминия с добавками меди,
вы	магния, кремния, марганца и других элементов;
	обладают высокой электро- и теплопроводно-
	стью, хорошей коррозионной стойкостью; при-
	меняются во многих отраслях машиностроения
	и в художественном литье
Алюминий	Химический элемент; символ Al; атомный 13.
	Серебристо – белый металл, легкий, ковкий,
	устойчивый против коррозии, плотность – 2699
	кг	3 . Среди металлов по распространенности
	м
	занимает первое место, по практическому ис-

		149
		пользованию – второе (после железа)
Баланс металла		Сумма составляющих металлозавалки для вы-
		плавки жидкого сплава. В баланс металла вхо-
		дят годные отливки, литники и прибыли, брак,
		сплавы, потери
Бронза		Сплавы на основе меди, в которых основной
		легирующей добавкой может быть любой эле-
		мент, кроме цинка и никеля. Сплавы меди с
		оловом называют оловянными бронзами. Без-
		оловяные бронзы подразделяют по основному
		легирующему элементу на алюминиевые, свин-
		цовые, бериллиевые и др.
Вагранка		Шахтная печь для плавки чугуна в литейных
		цехах. По виду используемого топлива вагранки
		подразделяются на коксовые (наиболее рас-
		пространены), коксогазовые, газовые
Вентиляционный	ка-	В форме – отверстие для вывода газов, обра-
нал		зующихся в форме при ее заливке жидким ме-
		таллом
Выплавляемая	мо-	Разовая литейная модель, служащая для обра-
дель		зования керамической оболочки формы. Изго-
		тавливают из легкоплавкого материала (пара-
		фина, стеарина и др.) в пресс – форме, имею-
		щей полость, по конфигурации и размерам точ-
		но соответствующей будущей отливке (с уче-
		том припусков и усадки). Из керамической обо-
		лочковой формы модель удаляют выправлени-
		ем в горячей воде или в модельном составе
Выпор		Элемент литниковой системы для вывода газов
		из формы, контроля заполнения формы рас-
		плавленным металлом и питания отливки при
		ее затвердевании
Высокопрочный	чу-	Чугун с повышенными показателями прочности
гун с шаровидным		и пластичности, которые обеспечиваются нали-
графитом		чием в структуре чугуна шаровидной формы
		графита, получаемой в результате модифици-
		рования магнием, церием и др.
Выход годного		Одна их характеристик баланса металла, соот-
		ветствующая отношению массы годных отливок
		к массе металлозавалки и выраженная в про-
		центах
Газифицируемая		Разовая литейная модель, изготавливаемая из
модель		пенополистирола. Перед заливкой металла та-
		кие модели предварительно выжигают
Доменная печь		Шахтная печь для выплавки чугуна из железной

	150
	руды
Доменный чугун	Чугун, выплавляемый в доменных печах. Важ-
	нейший первичный продукт черной металлур-
	гии. Используется для передела при производ-
	стве стали (передельный чугун) и как компонент
	шихты при вторичной плавке в чугунолитейном
	производстве (литейный чугун)
Дуговая печь	Печь, в которой теплота электрической дуги ис-
	пользуется для плавки металлов и сплавов
Единая смесь	Формовочная смесь, используемая одновре-
	менно в качестве облицовочной и наполни-
	тельной
Железные сплавы	Металлические системы, преобладающим ком-
	понентом которых является железо. Важней-
	шие железные сплавы, наиболее часто приме-
	няемые в технике, - сталь, чугун, ферросплавы
Железо	Химический элемент; символ Fe; атомный но-
	мер – 26. Серебристо – белый металл. Плот-
	ность 7900 – 8100	кг	3 . Способно растворять
		м
	углерод и другие элементы, что служит основой
	для получения разнообразных железных спла-
	вов, в том числе сталей и чугунов
Жеребейка	Приспособление, применяемое при установке и
	закреплении в	определенном положении
	стержней в литейной форме с целью обеспече-
	ния заданной толщины отливки
Изложница	Металлическая форма, заполняемая жидким
	металлом, в которой он затвердевает в слиток
	для последующей ковки или прокатки
Индукционная пра-	Печь, в которой металл находится в перемен-
вильная печь	ном электромагнитном поле, в результате чего
	в металле индуктируется нагревающий и рас-
	плавляющий его электрический ток. Преимуще-
	ства: получение чистого металла, высокая ско-
	рость нагрева, малый угар, возможность веде-
	ния правки в защитной газовой среде или ва-
	кууме
Ковкий чугун	Чугун с хлопьевидным графитом, получаемый в
	результате специального отжига
Кокиль	Металлическая многократно используемая ли-
	тейная форма с естественным или принуди-
	тельным охлаждением, заполняемая расплав-
	ленным металлом под действием гравитацион-
	ных сил

		151
Кокильное литье		Процесс получения отливок путем свободной
		заливки расплавленного металла в металличе-
		ские формы – кокили
Краски литейные		Жидкие суспензии, состоящие из огнеупорных
		материалов и растворителей, наносимые на
		поверхность литейной формы для получения
		поверхности отливок с заданными свойствами
Лад		Сторона опоки или литейной полуформы, кото-
		рой они соединяются (спариваются) с соответ-
		ствующей стороной другой опоки или второй
		литейной формы. Лад является базой при
		формовке и сборке литейных форм. Сторона
		литейной полуформы, противоположная ладу,
		называется контрладом
Латунь		Сплавы меди с цинком с добавлением свинца,
		алюминия и других элементов
Легирование		Введение в состав металлических сплавов эле-
		ментов, называемых легирующими, для прида-
		ния сплавам определенных физических, хими-
		ческих или механических свойств
Литейная усадка ме-		Изменение объема и литейных размеров от-
талла		ливки по сравнению с объемом и литейными
		размерами модели.
Литейные свойства		Совокупность свойств, характеризующих спо-
		собность металлов и сплавов образовывать от-
		ливки без дефектов. К ним относятся жидкоте-
		кучесть, усадка, склонность к образованию го-
		рячих трещин и др.
Литниковая система		Система каналов и элементов литейной формы
		для подвода расплавленного металла в по-
		лость формы, заполнения ее и питания отливки
		при затвердевании. В общем случае литнико-
		вая система состоит из литниковой чаши (во-
		ронки), стояка с зумпфом, шлакоуловителя,
		литникового хода, питателя, литникового дрос-
		селя, выпора, прибыли, промывника
Литниковая чаша		Элемент литниковой системы для приемки рас-
		плавленного металла и подачи его в стояк
Литниковый	дрос-	Элемент литниковой системы, представляющий
сель		собой местное сужение для регулирования ско-
		рости заливки формы расплавленным метал-
		лом
Литниковый ход		Элемент литниковой системы для подачи рас-
		плавленного металла из стояка к питателям,
		если он не предназначен для улавливания

			152
			шлака
Литье			Процесс получения заготовок, включающий
			плавку и заливку расплавленного металла в ли-
			тейные формы, имеющие полость, конфигура-
			ция и размеры которой обеспечивают после за-
			твердевания металла заданные конфигурацию
			и размеры заготовок. Применяется более 50
			разновидностей литья
Литье	в	песчаные	Процесс получения отливок путем свободной
формы			заливки расплавленного металла в песчаные
			формы
Литье	по	выплав-	Процесс получения отливок путем свободной
ляемым моделям			заливки расплавленного металла в форму, из-
			готовленную по выплавляемым моделям
Литье	под	давлени-	Машинный процесс получения отливок (пре-
ем			имущественно из цветных металлов и сплавов)
			в металлических формах – пресс – формах –
			под давлением. Сущность процесса получения
			отливок на машинах литья под давлением со-
			стоит в том, что на расплавленный металл в
			камере прессования, сообщающейся с поло-
			стью пресс – формы, воздействует поршень, в
			результате чего сплав быстро заполняет форму
			и затвердевает в ней, приобретая точные очер-
			тания отливки
Медные сплавы			Сплавы на основе меди с добавками различных
			элементов. Подразделяются на медно – цинко-
			вые сплавы – латуни, бронзы, медно – никеле-
			вые сплавы. В латунях важнейшим легирующим
			элементом является цинк, в бронзах – любой
			элемент, кроме цинка и никеля, в медно – нике-
			левых сплавах – никель, марганец, железо, ко-
			бальт
Медь			Химический элемент; символ – Cu. Атомный
			номер – 29. Розово – красный металл. Плот-
			ность – 8900 кг	3 . Обладает высокой электро-
			м
			и теплопроводностью
Металлическая ших-			Совокупность исходных металлических мате-
та			риалов, загружаемых в плавильную печь и под-
			лежащих переработке в ней для получения
			жидкого металла. Масса металлической шихты
			в соответствии с балансом металла равна по-
			требной массе жидкого металла с учетом по-
			терь
Металлургия			Область науки, техники и отрасль промышлен-

153

		ности, охватывающие процесс получения ме-
		таллов из руд, а также процессы, при которых
		металлическим сплавам путем изменения их
		химического состава и строения (структуры) со-
		общаются свойства, соответствующие назначе-
		нию. К металлургическим относятся процессы
		обработки руд, извлечения из них металлов,
		очистки металлов (рафинирование), термиче-
		ской обработки металлов, обработки металлов
		литьем и давлением
Металлы		Вещества с высокими тепло- и электропровод-
		ностью, ковкие, имеющие блеск. Этими свойст-
		вами	обладают	свыше 80 простых веществ
		(элементов) и множество металлических спла-
		вов. Все металлы и сплавы делят на черные
		(железо и его сплавы) и цветные (нежелезные)
Модель литейная		Часть модельного комплекта для образования в
		литейной форме полости, соответствующей на-
		ружной конфигурации и размером отливки
Модель литниковой		Часть модельного комплекта для образования в
системы		литейной форме полостей, соответствующих
		каналам, подводящим расплавленный металл
		из ковша в полость формы
Модельная плита		Плита, оформляющая разъем литейной формы
		и несущая на себе различные части моделей
		отливки и литниковой системы
Модельный	ком-	Комплект приспособлений, необходимых для
плект		образования при формовке рабочей полости
		литейной формы. В модельный комплект вхо-
		дят литейная модель, стержневые ящики, мо-
		дели элементов литниковой системы, кон-
		трольные и сборочные шаблоны для конкрет-
		ных отливок
Модифицирование		Введение в расплавленные металлы и сплавы
металлов и сплавов		модификаторов – веществ, малые количества
		которых изменяют структуру и свойства отливки
Наколы		Вентиляционные отверстия в литейной форме,
		выполняемые вентиляционной иглой, для уда-
		ления газов, образующихся в полости формы
		при ее заливке жидким металлом
Наполнительная		Приспособление, устанавливаемое на опоку
рамка		для	получения	дополнительного количества
		смеси и обеспечения необходимой плотности
		формы после уплотнения

		154
Наполнительная		Формовочная смесь для заполнения объема
смесь		формы после нанесения на модель облицовоч-
		ной смеси
Непрерывное литье		Процесс получения отливок путем свободной
		непрерывной заливки расплавленного металла
		в охлаждаемую форму – кристаллизатор, за-
		твердевания металла и вытягивания отливки из
		формы
Облицовочная смесь		Формовочная смесь для изготовления рабочего
		слоя формы, непосредственно контактирующе-
		го с расплавленным металлом
Оборотная смесь		Отработанная смесь, подготовленная для по-
		вторного употребления в качестве основной со-
		ставляющей части единой или наполнительной
		формовочной смеси
Обрубка отливок		Процесс отделения от отливок элементов лит-
		никовой системы, заливов и других неровно-
		стей поверхности.
Опока		Приспособление для удержания формовочной
		смеси при изготовлении литейной формы,
		транспортировании ее и заливки жидким ме-
		таллом
Опочная	литейная	Литейная форма, изготовленная из формовоч-
форма		ной смеси в опоках по модельным плитам или
		моделям
Отливка		Заготовка, получаемая литьем, т. е. заливкой
		расплавленного металла в литейную форму.
		После затвердевания отливки извлекают из
		формы, очищают и обрубают
Отливки техническо-		Заготовки деталей технических устройств, по-
го назначения		лучаемые литьем. Их важнейшими функцио-
		нальными показателями являются количест-
		венные показатели механических свойств, на-
		дежности, коррозионной стойкости и т. п.
Отливки	художест-	Заготовки художественных изделий или их де-
венные		талей, получаемые литьем. Их важнейшими
		функциональными показателями являются ка-
		чественные показатели эстетического совер-
		шенства, художественной выразительности, ис-
		торической ценности и т. п.
Песчаная форма		Разовая литейная форма, изготовленная из
		формовочной смеси, состоящей в большинстве
		случаев из формовочного кварцевого песка,
		связующих и вспомогательных материалов
Печь		Устройство, в котором в результате горения то-

155

		плива или превращения электрической энергии
		выделяется теплота, используемая для тепло-
		вой обработки материалов. В литейном произ-
		водстве по технологическому назначению печи
		разделяются на сушильные, нагревательные,
		плавильные, обжиговые и др.
Питание отливок		Поступление в затвердевающую отливку жид-
		кого металла для компенсации усадки
Питатель		Элемент литниковой системы для подвода рас-
		плавленного металла в полость литейной фор-
		мы
Плавка		Процесс переработки исходных шихтовых ма-
		териалов, включающий нагрев, проведение хи-
		мических реакций, ввод добавок и т.д., в пла-
		вильных печах с получением конечного продук-
		та в виде жидкого металла и сплава
Плазма		Ионизированный газ, образующийся при элек-
		трических разрядах в нагретом до высоких тем-
		ператур газе
Плазменно - дуговая		Электрическая печь, в которой нагрев и плав-
печь		ление осуществляются с помощью плазменной
		дуги. Катодом служит		катод	плазматрона
		(обычно из вольфрама), анодом – металл в
		ванне. Температура дуги достигает 2×104 K .
		Плавка в плазменно – дуговой печи позволяет
		достичь высокой чистоты металла
Пламенная печь		Печь, в которой нагрев и		(или) плавление ма-
		териала	происходят при	непосредственном
		сжигании топлива
Подъем		Формовочный инструмент для извлечения мо-
		дели из формы
Полость	литейной	Внутренняя часть формы, заполняемая метал-
формы		лом; служит для оформления конфигурации от-
		ливки и элементов литниковой системы после
		затвердевания металла
Полуформа		Половина формы; при формовке в двух опоках -
		одна из половин формы, верхняя или нижняя
Прибыль		Элемент литниковой системы, предназначен-
		ный для питания отливок в период затвердева-
		ния с целью предупреждения образования уса-
		дочных пустот (раковин, пор)
Припуск на	механи-	Толщина слоя металла, удаляемого с поверх-
ческую обработку		ности отливки в процессе ее обработки резань-
		ем для получения готовой детали
Разовая форма		Литейная	форма, применяемая		для заливки

	156
	расплавленного металла один раз и разрушае-
	мая при извлечении отливки
Расталкивание мо-	Технологический прием при ручном изготовле-
дели	нии литейных форм, заключающийся в постуки-
	вании по модели деревянным молотком (киян-
	кой) в разных направлениях для облегчения
	выема модели из формы
Сборка формы	Процесс установки и закрепления стержней в
	литейной форме и соединения частей ее (на-
	пример, полуформ) между собой
Свободная заливка	Заливка, при которой расплавленный металл
	заполняет литейную форму под действием гра-
	витационных сил
Серый чугун	Чугун, в структуре которого имеются включения
	пластинчатого графита. Для отливок из серого
	чугуна характерны малая чувствительность к
	влиянию внешних концентраторов напряжения
	при циклических нагрузках, высокий коэффици-
	ент поглощения колебаний при вибрации (в 2 –
	4 раза выше, чем у стали), высокие антифрик-
	ционные свойства. Серый чугун обладает хо-
	рошими литейными свойствами: высокой жид-
	котекучестью, малой объемной усадкой и др.
Скрепление форм	Соединение литейных полуформ перед залив-
	кой с целью предотвращения вытекания из них
	жидкого металла
Слиток	Металл, затвердевший при остывании в излож-
	нице; чаще всего имеет форму усеченной пи-
	рамиды, призмы (квадратной, прямоугольной
	или многогранной), цилиндра; является полу-
	фабрикатом для дальнейшей переработки
Смесеприготовление	Процесс изготовления формовочных и стерж-
	невых смесей из предварительно подготовлен-
	ных компонентов (например, формовочных пес-
	ков, связующих и вспомогательных материа-
	лов)
Сплавы	Материалы, образующиеся в результате за-
	твердевания расплавов, состоящих из двух или
	нескольких основных компонентов. Металличе-
	ские сплавы имеют в качестве хотя бы одного
	из компонентов металл
Сталь	Сплав железа с углеродом при содержании уг-
	лерода до 2,14 % и другими элементами. По
	химическому составу стали подразделяются на
	углеродистые и легированные; по назначению –

		157
		на конструкционные, инструментальные и стали
		с особыми свойствами
Стержень литейный		Элемент литейной формы, служащий для обра-
		зования отверстий или иных сложных контуров
		в отливке, которые не могут быть получены при
		изготовлении формы по модели
Стержневая смесь		Многокомпонентная смесь формовочных мате-
		риалов, получаемая в результате смесеприго-
		товления, предназначенная для изготовления
		литейных стержней и соответствующая по
		свойствам требованиям технологического про-
		цесса получения отливок
Стержневой ящик		Приспособление, входящее в состав модельно-
		го комплекта; имеет рабочую полость для полу-
		чения в ней литейного стержня нужных разме-
		ров и конфигурации из стержневой смеси
Технологическая ос-		Совокупность приспособлений и инструментов,
настка	литейного	дополняющих литейное технологическое обо-
производства		рудование и необходимых для выполнения оп-
		ределенной части технологического процесса
		получения отливок
Технологичность от-		Конструктивные особенности отливки, которые
ливки		при наилучшем соответствии ее назначению
		обеспечивают минимальные затраты на изго-
		товление. Технологичность отливки определя-
		ется простотой геометрических форм отливки,
		минимальным числом подлежащих обработке
		элементов, плавностью сопряжений стенок и
		др.
Точность отливки		Степень приближения размеров, формы, мас-
		сы, расположение элементов и поверхностей
		отливки к соответствующим заданным пара-
		метрам детали
Углеродистая сталь		Нелегированная сталь, содержащая %: с 0,04 –
		2 и постоянные примеси (Mn до 1; Si до 04; S до
		0,07; P до 0,09), ост. – Fe. Подразделяется на
		низкоуглеродистую (до 0,25%С), среднеуглеро-
		дистую (0,25 – 0,6%С), высокоуглеродистую (св.
		0,6%С)
Уплотнение формо-		Процесс увеличения плотности, прочности и
вочной смеси		твердости формовочной смеси под воздействи-
		ем внешней уплотняющей нагрузки. После уп-
		лотнения формовочной смеси литейная форма
		не разрушается при транспортировке, сборке,
		заливке расплавленным металлом. Основные

	158
	способы уплотнения формовочной смеси –
	встряхиванием, прессованием, пескодувным,
	импульсным, пескометным и комбинированны-
	ми методами
Ферросплавы	Сплавы железа с другими элементами, приме-
	няемые для раскисления и легирования сталей
	и чугунов. Важнейшие из ферросплавов: фер-
	росилиций, феррохром, ферромарганец и др.
Финишные операции	Операции, завершающие процесс изготовления
	литой заготовки. К финишным относят обрубку,
	зачистку, очистку и другие операции
Форма литейная	Система элементов, образующих рабочую по-
	лость, при заливке которой расплавленным ме-
	таллом формируется отливка. По количеству
	заливок формы литейные классифицируются
	на разовые и многократные (кокили)
Формовка	Процесс изготовления литейных форм и стерж-
	ней из формовочных и стержневых смесей.
	Формовочные процессы различаются по спосо-
	бу изготовления форм, по используемой мо-
	дельной оснастке, по наличию опок, по подго-
	товке форм к заливке и др.
Формовочная смесь	Многокомпонентная смесь формовочных мате-
	риалов, получаемая в результате смесеприго-
	товления, предназначенная для изготовления
	литейных форм и соответствующая по свойст-
	вам требованиям технологического процесса
	получения отливок
Формовочные глины	Глины, применяемые в качестве связующих в
	составах формовочных и стержневых смесей, а
	также литейных красок
Формовочные квар-	Сыпучие материалы, состоящие из зерен кри-
цевые пески	сталлического кварца (SiO2) с примесью глини-
	стой составляющей (от 0,2 до 50%). Преимуще-
	ственные размеры кварцевых зерен – от 0,05
	до 2,5 мм. Формовочные кварцевые пески яв-
	ляются основным огнеупорным формовочным
	материалом при приготовлении формовочных и
	стержневых смесей
Художественное ли-	Процесс изготовления художественных отливок
тье
Центробежное литье	Процесс получения отливок путем свободной
	заливки расплавленного металла во вращаю-
	щиеся формы, при котором формирование от-
	ливки осуществляется под действием центро-

	159
	бежных сил. Центробежное литье применяют в
	основном для получения пустотелых отливок
	типа тел вращения
Черные металлы	Промышленное название железа и его сплавов;
	наиболее распространены железные сплавы,
	содержащие углерод (сталь и чугун), а также
	ферросплавы
Чугун	Сплав железа с углеродом при содержании уг-
	лерода свыше 2,14%, содержащий также по-
	стоянные примеси (Si, Mn, P, S), а иногда и ле-
	гирующие элементы. Чугун – важнейший пер-
	вичный продукт черной металлургии, исполь-
	зуемый для передела при производстве стали и
	как компонент шихты при вторичной плавке в
	чугунолитейном производстве. Чугун подразде-
	ляют: в зависимости от степени графитизации
	(вида излома) – на серый, белый, половинча-
	тый; в зависимости от формы включений гра-
	фита – на чугун с пластинчатым, шаровидным и
	хлопьевидным (ковкий чугун) графитом; по хи-
	мическому составу – на легированный и неле-
	гированный, а также по другим признакам
Чушка	Слиток металла или сплава небольших разме-
	ров и массы (до 50кг) в виде бруска, отливае-
	мого в горизонтальном положении в открытую
	сверху форму (изложницу)
Шихта	Совокупность исходных материалов, подлежа-
	щих нагреву, плавке и обработке в плавильных
	печах для получения жидкого металла заданно-
	го качества
Шлакоуловитель	Элемент литниковой системы для задержания
	шлака и засоров и подачи расплавленного ме-
	талла из стояка к питателям
Электрическая печь	Печь, в которой используется тепловой эффект
	электрических явлений. Электрические печи
	подразделяются на дуговые, индукционные, пе-
	чи сопротивления, плазменные, электронно –
	лучевые и др.
Электронно - луче-	Высоковакуумная (вакуум 10МПа – 10МкПа)
вая печь	печь для переплава особо чистой стали и туго-
	плавких материалов, в которой нагрев основан
	на превращении кинетической энергии уско-
	ренных в электростатическом поле электронов
	в тепловую энергию при их ударе о поверхность
	нагреваемого объекта

160

3.4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

3.4.1.Общие указания

3.4.1.1.Темы лабораторных работ:

-Исследование формовочных песков.-ОЗ -2 час,З-2 час.

-Исследование влияния процесса перемешивания на формирование физико-механических свойств песчано-глинистых смесей,-ОЗ-4 час.

-Исследование влияния добавок на выбиваемость песчано-жидко- стекольных смесей,-ОЗ-2 час.

-Приготовление песчано-жидкостекольных жидких самотвердеющих смесей и исследование их физико-механических свойств, -ОЗ-2 час,

З-2 час.

-Изготовление литейных форм и стержней из песчано-жидкостекольных смесей и холоднотвердеющих смоляных смесей,-ОЗ-2 час,З-2 час.

-Изучение влияния температуры нагрева кокиля на структуру отливок,- ОЗ-2 час,З-1 час.

-Приготовление песчано-смоляных смесей и исследование их физикомеханических свойств,-ОЗ-4 час,З-1 час.

-Расчет процентного состава огнеупорного покрытия для литья по выплавляемым моделям на основе гидролизованного раствора этилсиликата, -ОЗ-4 час.

3.4.1.2.Охрана труда и техника безопасности

161

Перед выполнением лабораторных работ студенты должны ознакомиться с инструкцией по технике безопасности при работе с электрическими приборами в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление». Движущиеся механизмы и их части должны иметь защитные ограждения. Включение и выключение механизмов и электроустановок допускаются только с разрешения и в присутствии преподавателя. Перед выполнением лабораторных работ студенты проходят инструктаж по технике безопасности, о чём делается запись в соответствующем журнале, которая подтверждается собственноручными подписями студентов и лицом, проводившим инструктаж. В процессе выполнения лабораторных работ при обнаружении неисправностей в лабораторной установке следует немедленно прекратить работу, отключить установку и сообщить об этом преподавателю. Закончив экспериментальные работы, необходимо отключить напряжение питания установки и привести рабочее место в порядок.

Запрещается:

-находиться в помещении в верхней одежде, -оставлять без надзора включенную лабораторную установку,

-выполнять работу в отсутствие преподавателя или дежурного лаборанта, -класть сумки, одежду и другие вещи на лабораторные столы и лабора-

торную технику.

Студенты, не соблюдающие правила техники безопасности, отстраняются от выполнения лабораторной работы.

3.4.1.3. Описание лабораторных работ

162

Работа 1. Исследование формовочных песков

Цель работы

Изучение формовочных песков и определение их марки.

Порядок выполнения работы

Основной частью формовочных песков, наиболее часто используемых при изготовлении форм и стержней, являются зерна кварца. Кроме них в состав многих песков входят глинистые минералы в количестве, не превышающем 50 %.

Зерновой состав песка определяют с помощью ситового анализа - рассева песка через набор стандартных сит. Основной фракцией песка считается наибольшая сумма остатков просеянного песка на трех смежных ситах, выраженная в массовых частях. Для рассеивания песка установлен следующий набор сит:

Номер сита	2,5	1,6	1	063	04	0315	02	016	01	0063	005
Размер стороны ячейки, мм 2,50		1,60	1,00	0,630	0,400	0,315	0,250	0,160	0,1	0,063	0,050

Выполнение работы осуществляется с использованием следующих оборудования, инструмента и материалов:

-установка для взбалтывания,

-прибор для определения зернового состава песка,

-технические весы,

-сушильный шкаф с терморегулятором,

-стеклянный сосуд емкостью 1000 мл,

-мензурка,

-химический стакан емкостью 1000 мл,

-смывалка,

-сифонная трубка,

-две фарфоровые чашки,

-стеклянная палочка,

163

- исследуемый песок.

Для выполнения данной работы студент получает образец формовочного песка и определяет глинистую составляющую и гранулометрический состав. На основе полученных данных устанавливает марку формовочного песка.

Определение глинистой составляющей осуществляется следующим образом: отбирают навеску песка 50 г, помещают ее в сосуд емкостью 1000 мл, приливают 475 мл воды и 25 мл 1%-ного раствора NaOH. Сосуд со смесью плотно закрывают, устанавливают на лабораторную мешалку и взбалтывают в течение 1 часа. После окончания взбалтывания сосуд снимают с мешалки, вынимают пробку и тщательно смывают водой материал с пробки в сосуд. Затем смесь доливают водой до отметки 1500 мл, перемешивают стеклянной палочкой и дают отстояться в течение 10 минут. По истечении времени воду сливают до уровня 12 мм от поверхности осадка с помощью U-образной трубки. Отмучивание повторяют два раза. Сосуд в третий раз доливают водой до того же уровня, смесь перемешивают палочкой и дают отстояться в течение 5 минут. Затем вновь сливают воду. Отмучивание повторяют до тех пор, пока вода в сосуде после 5 - минутного отстаивания не станет прозрачной. Осадок из сосуда количественно переносят в фарфоровую чашечку, в которой он отстаивается в течение 5 минут, затем воду сливают, а осадок высушивают при 105 – 110° С. Массовую долю глинистой составляющей вычисляют по формуле Х=(m-m1)х100/m,

где Х - массовая доля глинистой составляющей,%; m - масса навески песка,г;

m1 - масса осадка,г.

Определение гранулометрического состава навески песка осуществляется после определения в ней глинистой составляющей, помещая навеску на верхнее сито прибора, предназначенного для определения гранулометрического состава песка путем его рассева на ситах. Рассев ве-

164

дут в течение 15 минут, после чего прибор выключают, снимают сита, остатки материала с каждого сита количественно переносят на глянцевую бумагу и взвешивают с точностью до 0,01 г.

Результаты испытаний заносят в таблицу. Сумма всех остатков материала и глинистой составляющей должна составлять 100 % первоначальной массы навески. На основании полученных данных определяется марка песка.

Литература

[5], с. 7…15

Работа 2. Исследование влияния процесса перемешивания на формирование физико – механических свойств

песчано – глинистых смесей

Цель работы

Изучение влияния порядка ввода компонентов и состояния глины на процесс формирования физико-механических свойств смеси.

Порядок выполнения работы

В процессе приготовления песчано-глинистых смесей изменение их физико-механических свойств связано с процессом формирования глини- сто-водяной оболочки на зернах формовочного песка. Этот процесс в значительной степени зависит от типа применяемого смесителя. Так, например, качественное перемешивание смеси с использованием глины в качестве связующего может быть достигнуто только при использовании катковых типов смесителей, в которых с помощью тяжелых катков и плужков одновременно производится уплотняющее и разупрочняющее воздействие на смесь при ее перемешивании. Такое внешнее воздействие на смесь приводит к образованию глинисто-водной массы и обволакиванию ею зерен песка. От интенсивности этого процесса зависит продолжительность приготовления смеси. Интенсивность процесса форми-

165

рования глинисто-водных оболочек на зернах песка зависит от порядка ввода компонентов и состояния глины, вводимой в смеситель. Так, например, при использовании сухой молотой глины предварительное увлажнение песка способствует сокращению продолжительности перемешивания смеси по сравнению с продолжительностью перемешивания при увлажнении смеси после введения сухой глины. При использовании глинистой суспензии будет быстрее протекать процесс образования глинистой оболочки, а продолжительность приготовления смеси будет сокращаться.

Отмерить компоненты для приготовления двух замесов песчаноглинистой смеси в лабораторном смесителе каткового типа (бегунах) с использованием сухой молотой глины.

Отмерить порцию песка для третьего замеса. Вместо сухой глины приготовить глинисто-водную суспензию плотностью 1,4-1,5 г/см куб. Количество глины должно соответствовать содержанию сухой глины, а воды - предыдущим замесам. В случае недостатка воды-добавить ее в смеситель. Приготовление глинистой суспензии произвести с применением пропеллерной мешалки до получения равномерной консистенции (состав смеси всех трех замесов назначается преподавателем).

- 1 замес: Засыпать в смеситель песок и глину, включить бегуны и произвести перемешивание в течение 2 минут. Залить воду. В процессе дальнейшего перемешивания каждые 3 минуты останавливать бегуны и производить отбор пробы смеси для определения влажности, газопроницаемости и прочности на сжатие во влажном состоянии. Общая продолжительность перемешивания не должна превышать 15-20 минут. Очистить смеситель от остатков смеси.

- 2 замес: Засыпать в смеситель порцию песка, предназначенную для второго замеса, залить воду, включить бегуны и произвести перемешивание в течение 2 минут, после чего ввести в смеситель сухую глину и продолжить перемешивание. В процессе дальнейшего перемешивания

166

каждые 3 минуты останавливать бегуны и отбирать пробы для определения тех же самых свойств в течение того же времени. Общее время перемешивания также 15-20 минут. Очистить смеситель от остатков смеси. - 3 замес: Засыпать в смеситель песок, предназначенный для

третьего замеса, после чего залить глинистую суспензию и включить бегуны. Произвести отбор проб смеси и испытания через каждые 3 минуты. Общее время перемешивания 15-20 минут.

Результаты испытаний заносят в таблицу. На основании полученных данных делаются выводы о влиянии порядка ввода компонентов и длительности их перемешивания на физико-механические свойства формовочной смеси.

Литература

[5],с. 31…34

Работа 3. Приготовление песчано-жидкостекольных жидких

самотвердеющих смесей и исследование их физико-механических свойств

Цель работы

Ознакомление с особенностями приготовления песчано-жидко- стекольных жидких самотвердеющих смесей и с методикой оценок физико-механических свойств.

Порядок выполнения работы

Жидкие смеси, в отличие от обычных пластичных смесей, не подвергают уплотнению при изготовлении литейных форм и стержней, а заливают в опоки и стержневые ящики. Их применяют при изготовлении преимущественно крупных форм и стержней, так как в этом случае их использование становится наиболее эффективным ввиду устранения трудоемкой операции уплотнения.

167

Перевод смесей в жидкое состояние достигают введением в смесь добавок пенообразователей - поверхностно-активных веществ (ПАВ). Образующиеся при этом пузырьки пены, соразмерные с размером зерен песка, уменьшают силы трения между ними и придают смеси жидкоподвижное состояние.

Наибольшее распространение получили так называемые самотвердеющие жидкие смеси (ЖСС), в состав которых помимо пенообразователей вводят также упрочняющие добавки (отвердители).

Приготовление ЖСС в лабораторных условиях производят в лопастном смесителе периодического действия с горизонтальным расположением вала, на котором укреплены две винтовые лопасти, имеющие разные направления подъема винтовой линии. Масса замеса от 5 до 15 кг.

Частота вращения вала смесителя 75 об/мин.

Сухие компоненты в требуемых количествах (по заданию преподавателя) загружают в смеситель и перемешивают в течение 2 минут.

Затем в смеситель вводят жидкую композицию, которую заранее приготавливают из жидкого стекла, водного раствора едкого натра и пенообразователя, после чего производят дополнительное перемешивание в течение 3 минут.

При испытании ЖСС определяют следующие физико-механические свойства: подвижность, прочность, газопроницаемость.

Метод испытания подвижности ЖСС по диаметру «расплыва» порции смеси на гладкой поверхности основан на замере диаметра расплыва определенного объема жидкой смеси. Смесь заливают в металлическую гильзу диаметром 100 мм и высотой 150 мм, установленную на гладкой пластине диаметром 300 мм, с нанесенными на ней через каждые 2 мм концентрическими окружностями. Избыток смеси счищают. Гильзу быстро и плавно поднимают вверх и определяют диаметр расплывшейся массы по шкале на пластине. Подвижность вычисляют по формуле

168

X = D1 – D,

где – Х – подвижность ЖСС, мм;

D –внутренний диаметр гильзы, мм;

D1-диаметр расплывшейся массы, мм.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение результатов трех измерений.

Прочность ЖСС определяют с помощью цилиндрических образцов стандартных размеров (диаметром 50 мм и высотой 50 мм), изготовленных в разъемных гильзах или многогнездных блоках. После заливки ЖСС

вгильзу или блок избыток смеси срезают и сверху устанавливают плиту с грузом массой 1,35 кг на один образец. Смесь выдерживается под грузом

втечение 10-15 минут, после чего образцы извлекаются из гильзы или блока. Определение прочности изготовленных образцов на сжатие производят через 1, 2, 4 и 24 часа. За результат испытаний принимается среднее арифметическое значение трех определений.

Газопроницаемость ЖСС определяют по цилиндрическим образцам стандартных размеров (диаметром 50 мм и высотой 50 мм), приготовленных по ранее изложенной методике. Образцы помещают в специальную гильзу с резиновой диафрагмой, которая плотно прижимается к образцу. Гильза с образцом устанавливается на прибор для определения газопроницаемости.

Результаты испытаний заносят в таблицу. На основании полученных данных делаются выводы о физико-механических свойствах песчаножидкостекольных жидких самотвердеющих смесей.

Литература

[5], с. 39…42

Работа 4. Исследование влияния добавок на выбиваемость песчано – жидкостекольных смесей

Цель работы

169

Ознакомление с методикой оценки выбиваемости смесей. Изучение влияния добавок, вводимых в смесь, на выбиваемость.

Порядок выполнения работы

Существенным недостатком жидкостекольных смесей является их невысокая податливость и плохая выбиваемость.

С целью улучшения выбиваемости стержневых песчано-жидкосте- кольных смесей в их состав вводят минеральные и органические добавки, которые уменьшают спекаемость смеси, облегчая удаление стержней из отливок. В качестве таких добавок применяют асбестовую крошку (2-3 %), древесный пек (2-3 %), опилки (2,5- %), молотый каменный уголь (1-3%), коксовую пыль (1-1,5 %), а также сахаросодержащие добавки, например гидрол (до 1 %) и др.

Введение в смеси сложных эфиров органических кислот (ацетатоглицерина) позволяет снизить необходимое количество жидкого стекла на 30 % и существенно улучшить выбиваемость смесей.

Методика оценки выбиваемости песчано-жидкостекольной смеси заключается в следующем: из опытной смеси изготавливают образец диаметром 50 мм и высотой 30 мм путем уплотнения ее в стандартной гильзе тремя ударами копра, затем образец подвергают упрочнению (продувкой СО2 или тепловой сушкой) в зависимости от цели испытания.

Для выполнения данной работы студент изготавливает образцы диаметром 50 мм и высотой 30 мм из трех составов смесей в количестве по 12 образцов каждого состава:

1состав: 94-95 % кварцевого песка, 5-6 % жидкого стекла и 0,5-1,5 % 10%-ного раствора NaOH;

2состав: 94-95 % кварцевого песка, 5-6 % жидкого стекла, 1-1,5 % коксовой пыли;

170 3 состав: 94-95 % кварцевого песка, 5-6 % жидкого стекла, 2-3 % дре-

весного пека.

Смеси готовить в лабораторных бегунах. Добавку древесного пека или коксовой пыли загрузить одновременно с кварцевым песком и перемешивать в течение 3 минут. Затем ввести жидкое стекло и раствор NaOH и перемешивать смесь еще в течение 8-10 минут.

Образцы подвергаются упрочнению тепловой и химической обработкой, при этом по 6 образцов каждого состава упрочняются тепловой обработкой при 200-230° С в течение 20 минут, а 6 образцов – химической продувкой углекислым газом. Упрочненные образцы прокаливаются при 800°С и охлаждаются до температуры окружающей среды, после чего производится испытание:

-три образца каждого состава испытываются на прочность при сжа-

тии

-три образца каждого состава испытываются на выбиваемость. Испытание на выбиваемость производится следующим образом:

образец вставляется в гильзу с внутренним диаметром 52 мм, в основании которой имеется отверствие диаметром 22 мм. Гильзу устанавливают в гнездо лабораторного копра и острием бойка ( диаметром 20 мм с радиусом закругления острия 2,5 мм), укрепленного на вертикальном штоке копра, и, проворачивая рукоятку копра, производят разрушение образца. Последний удар бойка копра, при котором образец пробивается насквозь, является окончанием испытаний.

Работу выбивки определяют по числу ударов копра и высоте падения груза по формуле

A = nGh, Дж,

где n- число ударов бойка, необходимых для пробивки образца; G- масса падающего груза, кг;

h – высота падения груза, см.

171

Результаты испытаний заносят в таблицу. На основании получен ных данных делаются выводы о влиянии состава песчано-жидкосте- кольных смесей и способа упрочнения образцов на выбиваемость смесей.

Литература

[5],с.44…47

Работа 5. Изготовление литейных форм и стержней из песчано-

жидкостекольных смесей и холоднотвердеющих смоляных смесей.

Цель работы

Ознакомление с процессами получения форм и стержней из пес- чано-жидкостекольных смесей и холоднотвердеющих смесей.

Порядок выполнения работы

Литейные формы обычно состоят из полуформ и стержней. Процесс их изготовления называют формовкой. Она включает следующие технологические операции: подготовку модельной оснастки, дозирование смеси и введение ее в полость опоки над модельной плитой или стержневого ящика, уплотнение смеси в опоке или стержневом ящике, выполнение в уплотненной смеси и стержнях вентиляционных каналов, извлечение моделей из полуформ и отделение стержневых ящиков от стержней, упрочнение элементов литейной формы до или после удаления оснастки; отделку и окраску поверхности полуформ и стержней, контактирующих с жидким металлом; сборку формы, включая установку стержней и крепление полуформ.

172

В настоящее время большое распространение получили песчаножидкостекольные и холоднотвердеющие смоляные смеси для изготовления форм и стержней. Одной из причин широкого использования песчаножидкостекольных и холоднотвердеющих смоляных смесей в литейном производстве является возможность осуществлять упрочнение форм и стержней без теплового воздействия, что позволяет в производственных условиях отказаться от сушильных печей и значительно ускорить процесс получения отливок, а также снизить затраты производства.

Песчано-жидкостекольные смеси могут быть упрочнены химическим путем за счет их продувки углекислым газом или за счет добавки химического реагента в состав смеси. Такое химическое воздействие вызывает коагуляцию жидкого стекла и твердение форм и стержней.

Песчано-смоляные смеси характерны тем, что в качестве связующего в их состав входят синтетические смолы: фурановые, фенолоформальдегидные, карбамидоформальдегидные и др. Отверждение смесей достигается за счет введения в их состав катализаторов, ускоряющих межмолекулярное взаимодействие функциональных групп смол.

Песчано-жидкостекольные смеси, предназначенные для изготовления форм и стержней, приготовляют в смесителях каткового типа (бегунах). Студент по заданию преподавателя подготавливает два комплекта модельной оснастки для изготовления форм и стержней. Приготавливается песчано-жидкостекольная смесь, в которой производится оценка следующих физико-механических свойств: влажность, газопроницаемость, прочность во влажном состоянии и после упрочнения. Заполнить модельную оснастку приготовленной смесью и уплотнить трамбовкой в опоках и стержневых ящиках. Обработать форму и стержень углекислым газом путем продувки в течение 30-40 секунд. Извлечь модель из формы и стержень из ящика. Оценить их качество визуально и путем замера поверхностной твердости.

173

Холоднотвердеющие песчано-смоляные смеси приготавливаются в шнековых или лопастных смесителях непрерывного или периодического действия. Студент по заданию преподавателя вводит в смеситель кварцевый песок и смолу и производит перемешивание в течение 2-3 минут, а затем вводит катализатор отверждения. После введения катализатора продолжительность перемешивания не должна превышать 1-2 минут. Готовая смесь из смесителя подается в форму и стержневой ящик и уплотняется на вибростоле в течение 25-35 секунд. В случае использования смол фенольных классов более высокие физико-механические свойства смесей достигаются при первоначальном введении в смеситель катализатора и последующем введении смолы, причем после введения смолы продолжительность перемешивания не должна превышать 1-2 минут. После выдержки смеси в форме и стержневом ящике в течение 10-20 минут в зависимости от состава смеси осуществить удаление модели из формы, а стержня из стержневого ящика. Оценить качество формы и стержня визуально и путем замера поверхностной твердости.

Результаты испытаний заносят в таблицу. Студент осуществляет описание качества поверхности форм и стержней из различных смесей. На основании полученных данных делаются выводы о преимуществах и недостатках каждого вида смесей.

Литература

[5], с. 52…57; 57…63

174

Работа 6. Изучение влияния температуры нагрева кокиля на структуру отливок

Цель работы

Ознакомление в производственных условиях с производством методом кокильного литья и изучение влияния температуры нагрева кокиля на структуру металла отливок.

Порядок выполнения работы

Кокиль - металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием силы тяжести. Кокили изготавливают из чугуна или стали.

Большая теплоаккумулирующая способность металлических форм обусловливает значительно более высокую скорость охлаждения отливок по сравнению с песчаными. По этой причине отливки, полученные методом литья в кокиль, имеют большую плотность, более мелкозернистое строение и на 30-50 % более высокие механические свойства.

Металлические формы позволяют получать отливки с лучшей чистотой поверхности и более высокой размерной точностью, что дает возможность на 40-50 % снизить припуски на механическую обработку, а зачастую и вообще получать отливки, не требующие последующей механической обработки.

С целью повышения стойкости и соответственно срока эксплуатации металлических форм, а также снижения величины усадочных напряжений в отливках формы перед началом работы подогреваются до температуры 250-400° С в зависимости от заливаемого сплава.

Студенты в производственных условиях под руководством преподавателя и работника предприятия осуществляют подогрев кокиля до температур 200°С, 400°С, 600°С, и работниками предприятия при постоянной температуре чугуна 1250°С производится заливка проб.

175

Залитые пробы извлекаются из кокиля и охлаждаются до нормальной температуры. Полученные пробы по указанию преподавателя в лаборатории кафедры разрезаются с целью изготовления шлифов для изучения структуры металла. При изучении шлифов с помощью микроскопа определяются следующие показатели:

-структура металла; -размеры зерна; -величина зоны отбела.

На основании полученных данных назначается оптимальная температура подогрева кокиля.

Литература

[5],с.89…92

Работа 7. Приготовление песчано-смоляных смесей и исследование их физико-механических свойств

Цель работы

Ознакомление с составами применяемых смесей и способами их приготовления, с влиянием состава и способа приготовления смеси на ее физико-механические свойства.

Порядок выполнения работы

Смеси, отверждаемые в нагретой оснастке, содержат следующие основные компоненты: огнеупорную основу, связующее, отверждающееся при тепловой обработке, и добавки (катализатор).

176

Оболочковые песчано-смоляные смеси нашли широкое применение:

вних изготовляют сложные тонкостенные отливки из чугуна, стали, алюминиевых и магниевых сплавов.

Формовочную смесь изготавливают из мелкозернистых песков. В качестве связующего используют пульвербакелит - порошкообразную фенолоформальдегидную смолу с добавкой 10-1 % технического уротропина для обеспечения твердения смолы. При нагреве пульвербакелит размягчается, затем переходит в жидкое клейкое состояние. При дальнейшем нагреве до 260° С смола необратимо затвердевает, приобретая высокую механическую прочность.

Сухой кварцевый песок и пульвербакелит при перемешивании расслаиваются, выделяют пыль, что не дает возможности получить качественную, однородную по составу формовочную смесь, в которой каждое зерно песка было бы покрыто равномерным слоем пульвербакелита. Поэтому применяют плакированные смеси, в которых каждое зерно песка покрыто тонкой пленкой смолы, прочно удерживающейся на его поверхности.

На практике используют холодное и горячее плакирование. Холодное плакирование можно осуществлять двумя способами. При первом способе в чашу работающих бегунов загружают кварцевый песок и вводят 2-3 % по массе жидкой, хорошо смачивающей песок добавки, например, ацетона, фурфурола, этилового или изопропилового спирта. Как только добавка равномерно распределится в песке, в него вводят 30 % по массе пульвербакелита, который в течение 2-3 минут растворяется в жидкой добавке на поверхности зерен песка, обволакивая их тонкой пленкой. При дальнейшем перемешивании в течение 5-10 минут растворяющая добавка испаряется.

При втором способе 2 массовых части пульвербакелита растворяют

в1 массовой части ацетона или технического спирта. Полученный раствор вводят в кварцевый песок, перемешиваемый в бегунах. Количество

177

раствора определяется из расчета, что в готовой смеси должно быть 3-7 % по массе смолы. При перемешивании в течение 2-3 минут раствор равномерно распределяется по поверхности зерен песка. В течение последующих 10-15 минут перемешивания растворитель испаряется и зерна плакируются пленкой смолы. Готовую смесь просеивают через сито 025. При горячем плакировании пульвербакелит смешивают в бегунах в течение 2-3 минут с песком, нагретым до 130° С. Смола плавится и растекается по поверхности зерен песка. Далее смесь перегружают в бегуны с водоохлаждаемым дном, в которых она перемешивается до полного за-

твердевания пленок смолы на поверхности зерен песка.

В производственных условиях студенты знакомятся с приготовлением песчано-смоляных смесей методами холодного и горячего плакирования. Изготавливаются образцы для проведения испытаний физикомеханических свойств смесей, приготовленных различными методами, осуществляются испытания и сравнения свойств.

Результаты испытаний заносятся в таблицу и на основании полученных данных делаются выводы о преимуществах и недостатках холодного и горячего плакирования смесей, а также о влиянии способа плакирования на формирование физико-механических свойств смесей.

Литература

[5], с. 84…89

178

Работа 8. Расчет процентного состава огнеупорного покрытия для литья по выплавляемым моделям на основе гидролизованного раствора этилсиликата

Цель работы

Расчет процентного состава огнеупорного покрытия для литья по выплавляемым моделям в зависимости от требуемой прочности покрытия.

Порядок выполнения работы

Литье по выплавляемым моделям широко применяется в машиностроении, приборостроении и других отраслях. По сравнению с литьем в песчаные формы оно имеет ряд преимуществ: отливки характеризуются чистой поверхностью без пригара, высокой точностью размеров и масс, иногда даже не предусматривают припуски на механическую обработку; отливки характеризуются сложной конфигурацией; масса отливок может быть от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов.

Модели отливок и литниковых систем изготавливают в металлических пресс-формах. Затем модели покрывают несколькими слоями огнеупорного покрытия (создается керамическая оболочка). Процесс изготовления керамических оболочек включает в себя следующие операции: приготовление связующего раствора и суспензии, формирование керамического покрытия на поверхности модели, выплавление модели, прокаливание форм.

Для приготовления связующего раствора используют этилсиликат (ЭТС), дистиллированную воду, ацетон или этиловый спирт, соляную кислоту. Этилсиликат относится к группе кремнийорганических соединений и представляет собой смесь эфиров кремниевых кислот. Марка этилсиликата характеризуется условным содержанием SiO2 , которое может колебаться от 28 % до 42 % по массе. Чем больше в этилсиликате высо-

179

комолекулярных эфиров, тем выше содержание SiO2 . Расчет количества составляющих для получения связующих растворов ЭТС проводят по номограмме, приведенной в [5] на с. 81 рис. 29. Исходными данными являются способ сушки и необходимая прочность оболочки, состав ЭТС, содержаниеSiO2,этоксильных группС2 Н5 О и НСl.Значение m=H2O/(C2H5O) принимают в зависимости от способа сушки: при воз- душно-аммиачной m=0,25-0,35, во влажном воздухе m=0,6-0,7, в сухом воздухе m=1.

При определении количества воды для получения связующего раствора на 1 кг ЭТС на оси абсцисс номограммы находят точку, соответствующую содержанию SiO2 в ЭТС, и от нее проводят вертикальную линию до пересечения с необходимой заштрихованной областью «Вода». Из этой точки проводят горизонталь до пересечения с левой вертикальной осью, на которой показано необходимое количество воды.

Для области «Вода1» характерна высокая прочность оболочек, высыхание которых происходит медленно, для их необратимого твердения необходимы влажные пары аммиака.

Оболочки, соответствующие области «Вода11», необратимо твердеют при повышенной влажности воздуха (до 80 %), но прочность их ниже, чем оболочек области «Вода 1». Оболочки области «Вода 111» быстро сохнут и твердеют, однако они имеют примерно в два раза меньшую прочность по сравнению с оболочками области «Вода 1».

Для определения количества растворителя из точки на оси абсцисс, соответствующей содержанию SiO2 в ЭТС, проводят вертикальную линию до пересечения с одной из линий «Ацетон для получения в растворе». Из этой точки проводят горизонталь до правой вертикальной оси, на которой обозначено необходимое количество ацетона.

Количество соляной кислоты плотностью 1190 кг/м куб. определяют аналогичным образом по линии «Соляная кислота».

По заданию преподавателя студенты выполняют расчет составов

180

огнеупорного покрытия для производства отливок из различных марок материалов.

Результаты испытаний заносятся в таблицу и на основании полученных данных делаются выводы о необходимом составе огнеупорного покрытия для производства отливок из стали, чугуна и медных сплавов.

Литература

[5], с.78…84

3.5. Методические указания к проведению практических занятий

3.5.1. Темы практических занятий

Занятие 1. Проектирование технологического процесса изготовления отливок

Цель занятия

Выбор положения отливки в форме и определение линии разъема формы и модели. Определение линии разъема стержневого ящика и направление набивки стержня. Расчет припусков на механическую обработку и формовочных уклонов. Рассмотрение вопросов расчета литниковых систем, мест подвода металла, установки прибылей и холодильников.

Порядок выполнения задания

Совместно с преподавателем на примере чертежа детали выбирается оптимальное положение отливки, а также определяется наиболее целесообразная линия разъема формы и модели с точки зрения обеспечения получения геометрической точности отливки и извлече-

181

ния модели из формы. Производится рассмотрение вопросов формирования внутренней полости отливки, при этом определяются границы расположения стержней. Осуществляется расчет припусков на механическую обработку отливки и формовочных уклонов. Определяется расположение прибылей и их объем, а также места установки холодильников. Рассчитывается масса металла, необходимого для получения отливки, с учетом прибылей. На основе полученных расчетов осуществляется определение мест подвода металла и производится расчет элементов литниковой системы.

Занятие 2. Литье под давлением

Цель занятия

На основании чертежа отливки произвести выбор машины литья под давлением.

Порядок выполнения занятия

На основании чертежа отливки совместно с преподавателем рассматриваются варианты возможного применения машин литья под давлением с вертикальной или горизонтальной камерами прессования. Определяется количество отливок в форме и производится расчет суммарной площади проекции отливок на плоскость разъема пресс-формы. На основании проведенных расчетов производится выбор машины литья под давлением.

Занятие 3. Центробежное литье

182

Цель занятия

Определение типа машины центробежного литья для производства трубных и фасонных отливок. Расчет числа оборотов машины центробежного литья для производства заданной отливки.

Порядок выполнения занятия

Совместно с преподавателем рассматриваются варианты использования машин центробежного литья с горизонтальной или вертикальной осями вращения для производства отливок трубных заготовок и фасонных отливок. На примере отливки трубной заготовки производится расчет необходимого числа оборотов при вращении изложницы машины с горизонтальной осью вращения; на примере фасонной отливки производится расчет необходимого числа оборотов вращения заливочной камеры машины с вертикальной осью вращения.

Занятие 4. Литье в оболочковые формы

Цель занятия

Определение положения отливки в форме для оболочкового литья. Разработка конструкции модельной оснастки для изготовления полуформ. Расчет литниково-питающей системы.

Порядок выполнения занятия