Производство заготовок. Литье. Серия учебных пособий. Книга 3. Проектирование и производство отливок (литых заготовок)

твердеющие формы, которые изготовляют вручную, на формовочных машинах и на автоматических линиях формовки.

Для заливки массивных частей отливки и ее подпитки при охлаждении литниковая система кроме литниковой чаши 3 содержит воронки 2 на выпорах по которым подводят расплав к отливке (рисунок 15).

2

4

3

6	7

6 5 1

1 – шлакоуловитель; 2 – воронка и выпор; 3 – литниковая чаша; 4 - стояк; 5 – питатели; 6 – отливка с отверстием 7

Рисунок 15 – Вид отливки с литниковой системой

Литниковая система также содержит шлакоуловитель 1, питатели 5, соединяющих рабочую полость с чашей и стояком, выпоров 2, служащих для вывода газов из формы, контроля заполнения ее расплавом, а иногда и для заполнения форы расплавом.

2.2.4 Литейные (формовочные и стержневые) смеси

Для изготовления литейных форм и стержней используют смеси. Основными компонентами являются пески и глины, причем смеси должны соответствовать особым условиям (обладать прочностью, огнеупорностью, газопроницаемостью, пластичностью, податливостью, легкой выбиваемостью) оптимальной теплопроводностью, минимальной гигроскопичностью, высокой долговечностью, Компоненты смеси должны быть дешевыми и обладать способностью к регенерации. В зависимости от свойств применяемого литейного сплава, размеров и сложности поковки выбирают формовочные смеси. Основа смеси – песок (SiO2 – кварцит), связующие – глина, вода, пртивопригарные добавки (уголь, мазут), добавки, повышающие газовыделение (опилки).

Для изготовления разовых форм используют пески (кварцевые, кварцевополевошпатные и глинистые), различные связующие (глину, жидкое стекло, органические и неорганические крепители), противопригарные (тальк, графит, каменный уголь), высокоогнеупорные (магнезит, шамот, асбест), некоторые специальные (чугунную дробь, каустическую соду) и вспомогательные (модельные пудры, разделительные жидкости, клей) формовочные материалы. Из формовочных материалов смешиванием их в определенном соотношении и заданной последовательности получают формовочные и стержневые смеси.

Формовочные смеси делят на облицовочные, наполнительные и единые. Смеси содержат неорганические материалы: кварцевый песок, огнеупорную глину. Из органических материалов в них добавляют опилки, каменноугольную пыль, которые снижают пригар формовочной смеси к поверхности отливки.

Для форм мелких (до 100 кг) и средних (101—1000 кг) отливок наиболее часто используют единую смесь, которую полностью перерабатывают после каждого употребления.

Для форм крупных отливок от 1001 до 5000 кг) применяют облицовочную и наполнительную смеси. Облицовочными называют такие смеси, которые непосредственно прилегают к поверхности отливки. Смесь приготовляют с применением свежих материалов, образующих в форме слой толщиной 20—50 мм. При заливке формы облицовочная смесь непосредственно соприкасается с расплавом и, следовательно, находится в более тяжелых условиях, чем наполнительная. Поэтому облицовочная смесь должна обладать высокой прочностью и огнеупорностью.

Наполнительной называют смесь, используемую для наполнения формы после нанесения на поверхность модели облицовочного слоя. В состав наполнительной смеси обычно входит от 90 до 98 % оборотной смеси и от 10 до 2 % свежих формовочных материалов.

Наполнительные смеси, поступающие после регенерации (переработки использованной формовочной смеси), применяют для изготовления остальной части формы. Наполнительные смеси должны обладать достаточной газопроницаемостью—способностью в уплотненном состоянии пропускать сквозь себя газы.

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

Облицовочной называют смесь, из которой изготовляют рабочий слой формы. Рабочим называют слой, соприкасающийся с расплавленным металлом, и его наносят на литейную модель слоем толщиной от 15 до 30 мм. Такая смесь содержит от 50 до 90 % свежих формовочных материалов, а остальные 50—10 % — оборотная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве составляющей часта формовочной смеси.

Единой называют смесь, используемую одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смесей. В состав этой смеси входит 85—90 % оборотной смеси и 15—10 % свежих формовочных материалов. Единую смесь используют при механизированном производстве отливок.

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

Стержневые смеси для сложных стержней приготовляют из кварцевого песка с добавкой различных связующих материалов (олифы, сульфитноспиртовой барды, синтетических смол и др.). Для простых крупных стержней

используют кварцевый песок с добавкой глины. Чтобы стержень не пригорал к отливке, в смесь вводят уголь, графит, мазут, а для обеспечения податливости стержней — древесные опилки и торф.

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

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

2.3 Изготовление отливок в разовых формах

Сущность способа литья в песчаные формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, изготовленных из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.

а)—раскрытая изготовленная форма (в нижнюю полуформу вложен стержень); б)—чертеж обработанной детали; в) —разъемная деревянная модель

со стержневыми знаком; г) — разъемный деревянный стержневой ящик, д) — стержень из специальной смеси с металлической арматурой,

е) — отлитый тройник с литниковой системой

1— литниковая чаша, 2— стояк литника, 3 - шлакоуловитель 4--питатель, 5—выпоры для удаления из формы воздуха и газов при заливке

(с затвердевшим в них металлом)

Рисунок 16 – Элементы для формовки и отливка чугунного тройника

После затвердевания залитого металла и охлаждения отливки производят ее выбивку, очистку и обрубку.

2.3.1 Способы формовки

Изготовление песчано - глинистой формы для получения отливки осуществляют ручным или машинным способом.

2.3.1.1 Ручная формовка

Ручную формовку применяют в единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении крупных отливок.

В большинстве случаев песчаные разовые формы изготовляют в парных опоках по разъемной модели. Последовательность выполнения основных технологических операций формовки в парных опоках показана на рисунке 17. Изготовление литейных форм — формовка — сводится к уплотнению формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придания ей необходимой прочности.

а) — изготовление нижней полуформы; б) — изготовление верхней полуформы; в) — извлечение моделей из нижней подуформы; г) — извлечение

моделей из верхней полуформы; д) — сборка формы

Рисунок 17 - Последовательность операций формовки в парных опоках

Ручное изготовление формы – трудоёмкая и наиболее сложная операция, от которой в значительной мере зависит качество отливок и ее, в основном, используют в единичном и мелкосерийном производстве, а в серийном и массовом производствах – на машинах. Для каждого наименования отливки изготавливается своя литейная форма.

Кроме того, в парных опоках производят формовку по неразъемной модели (рисунки 18, 19).

Рисунок 18 – Неразъемная модель

а)

7

б)

а) – формовка в опоках; б) –– форма в сборе 1 – подмодельная плита; 2 – неразъемная модель; 3 – нижняя

опока; 4 – подрез; 5 – выпор; 6 – литник; 7 – верхняя опока

Рисунок 19 – Формовка по неразъемной модели с подрезкой формы

Изготовление литейной формы в песчаном полу литейного цеха называют формовкой в почве. Для формовки в почве приготовляют основание—постель, которая должна быть горизонтальной и хорошо отводить газы при заливке. Формовку в почве применяют для неответственных отливок простой конфигурации и небольшой высоты, а также при литье ответственных деталей сложной конфигурации, имеющих большие габаритные размеры и массу до 100 т и более. Для крупных отливок массой в несколько десятков тонн формы изготовляют в специальных в кессонах (ямах, дно которых находится ниже уровня пола цеха в формовочном плацу цеха со стенками и дном из железобетона и реже из кирпича).

Когда нужно быстро изготовить одну или несколько отливок больших размеров и сократить время и средства на изготовление модели, то формовку осуществляют в почве по шаблонам. Шаблоны — это профилированные доски, с помощью которых получают необходимую полость формы.

Наряду с обычной ручной формовкой в литейном производстве находит применение и машинная и механизированная формовка песчаных смесей.

Доля ручной формовки- 25-30 % литейного производства (ЛП), машинная формовка позволяет повысить производительность в15 – 20 раз.

2.3.1.2Машинные способы изготовления литейных форм

Всовременных литейных цехах ручная формовка полностью заменена машинной, производимой (преимущественно) в опоках по модельному комплекту, который устанавливают на столах формовочных машин. На формовочных машинах механизировано уплотнение смеси в опоке и извлечение модели из формы.

По способу уплотнения смеси формовочные машины делят на прессовые с верхним и нижним прессованием и машины, в которых смесь уплотняют пескометом или машины для прессования встряхиванием (рисунки 20, 21).

а) – верхнее и б) – нижнее прессование; в) - пескометом 1 – прессующий пуансон; 2 – опока; 3 – головка пескомета

Рисунок 20 – Схемы машинного уплотнения формовочной смеси

а) — заполнение опоки смесью, б) — верхнее положение стола при встряхивании; в) — нижнее положение стола при встряхивании; 1 - цилиндр; 2 — поршень; 3 — стол; 4 — модельная плита; 5 — опока;

6 — наполнительная рамка; 7 — выхлопные окна; 8 — торец цилиндра; 9 — канал впуска сжатого воздуха в стенке поршня; 10 — канал впуска сжатого

воздуха в стенке цилиндра

Рисунок 21 - Схема процесса уплотнения смеси встряхиванием

Все способы изготовления форм можно объединить в две группы: опочная и безопочная формовка. Формы в опоках изготовляют на машинах преимущественно встряхивающего и прессового действия (рисунок 22).