2.7. Другие методы литья по разовым моделям

Применение вместо тяжелых воскоподобных материалов более легких материалов в виде вспененного полистирола (пенополистирола) плотностью около 0,02 г/см³ привело к появлению литья по разовым выжигаемым, растворяемым и газифицируемым моделям. Мелкие модели могут изготовляться с помощью пресс-форм путем запрессовки расплавленного полистирола, смешанного с воздухом, аналогично воскоподобным моделям, либо «вспенивания» гранул полистирола, предварительно засыпанных в пресс-форму, горячей водой или ее паром. Крупные модели изготовляют из блочного пенополистирола, так как он легко режется горячей проволокой и склеивается. Склеиванием можно получать модели самой сложной конфигурации. Выжигаемые и растворяемые модели применяют преимущественно вместо выплавляемых в оболочковых неразъемных формах.

Г

Рис. 2.44. Литье по разовым газифицируемым моделям:

а – отливка, б - модель с литниковой системой, в - форма во время заливки,

1 - пенополистироловые элементы литниковой системы, 2 - пенополистироловая модель, 3- формовочный материал, 4 - жидкий металл, 5 - металлический ящик

азифицируемые же модели используют часто в сочетании с разовыми объёмными неразъёмными формами. При этом легкую малопрочную модель вместе с литниковой системой засыпают сыпучим материалом - песком или дробью, который уплотняют вибрацией (рис. 2.44).

Затем на пенополистирол литниковой системы льют расплав, модель газифицируется под действием его тепла и образовавшуюся полость занимает расплав. Для устранения возможного размыва формы расплавом или ее обрушения форму упрочняют вакуумно-плёночным методом (в случае песка) или магнитным полем (в случае дроби).

2.8. Изготовление отливок в многократных формах

2.8.1. Изготовление отливок в металлических формах (кокилях)

Кокили чаще всего изготовляют из чугуна или стали и реже из медных или алюминиевых сплавов, как правило, методами литья и последующей механической обработки. Поэтому при кокильном литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, формовочных и, часто, стержневых смесях и оборудовании для их изготовления и получения разовых форм. Это снижает количество вредной кварцевой пыли и улучшает экологичность труда. Кокиль позволяет повысить точность и чистоту поверхности отливки, уменьшить припуски на обработку, а также управлять скоростью её охлаждения и получать мелкозернистую структуру отливки, что повышает ее прочность. Обслуживание кокилей не требует рабочих высокой квалификации, значительно повышается производительность и уменьшаются необходимые производственные площади. Однако литьё в кокиль имеет недостатки:

а) из-за высокой стоимости их целесообразно использовать только в серийном и массовом производствах;

б) из-за неподатливости кокиля в отливках могут образоваться трещины;

в) из-за повышенной скорости охлаждения в кокиле чугунные отливки получаются отбеленными вследствие появления цементита (Fe₃C) и требуют длительного отжига, что удорожает их производство.

Поэтому кокильное литье применяется при крупносерийном и массовом производстве отливок с толщиной стенок 3 … 100 мм массой 0,1 … 500 кг из разных сплавов. Стойкость кокиля при литье стали и чугуна составляет ~ 100 … 5000 циклов в зависимости от размера отливок. Литьё в кокиль крупных стальных отливок выгодно лишь в случае простых форм, когда стоимость изготовления кокиля не велика. При относительно легкоплавких сплавах цветных металлов кокиль выдерживает десятки тысяч циклов.

По конструкции кокили различают на неразъёмные вытряхные и разъёмные с горизонтальным и вертикальным разъёмами (рис. 2.45).

Р

Рис. 2.45. Конструкция кокилей:

а - неразъемный вытряхной, б - разъемный с горизонтальным разъемом, в - разъемный с вертикальным разъемом,

1 - песчаный стержнь, 2 - рабочая полость формы, 3 - литниковая чаша, 4 - стояк, 5 - ребро жесткости, 6 - полукокили, 7 - питатель, 8 - пальцы для охлаждения, 9 - металлическаий стержнь, 10 - штырь центрирующий, 11 - выпор

азъёмные кокили состоят из двух половинок, центрирующихся направляющими штырями. Чтобы избежать коробления кокиль снабжают ребрами жесткости, либо делают коробчатой формы. На наружной стенке кокиля для его ускоренного охлаждения иногда отливают ребра или пальцы. Отверстия или внутреннюю полость в отливке образуют песчаными или металлическими стержнями. Расплав заливают в литниковую чашу и по стояку и питателям он заполняет полость формы. Так как металлические стержни не податливы, то во избежание появления в отливке трещин их удаляют из формы до начала усадки металла. Если внутренняя конфигурация отливки очень сложна, то металлические стержни делают из нескольких частей для получения возможности их удаления или заменяют песчаными. Литниковая система размещается чаще всего по разъему кокиля. Для выхода воздуха из формы во время ее заливки кроме выпоров прорезают в плоскости разъёма щели глубиной 0.3 … 0.5 мм. Неразъёмные кокили применяют для отливок простой конфигурации; кокили с вертикальным разъёмом - для несложных отливок с небольшими выступами-впадинами на наружных поверхностях; кокили с горизонтальным разъёмом для крупных и простых по конфигурации отливок; кокили с комбинированным разъёмом - для сложных отливок. Для удаления отливки из кокиля в него иногда встраивают толкатели (аналогично применяемым в модельных плитах оболочковых форм).

Изготовление отливок в кокиле включает следующие основные операции: очистку кокиля от старой облицовки или краски, нанесение на предварительно нагретую рабочую поверхность кокиля огнеупорного защитного покрытия или её покраска; сборку формы с установкой стержней; гравитационную заливку расплава; затвердевание и охлаждение отливки до требуемой температуры; раскрытие кокиля и удаление отливки. Огнеупорные покрытия и краски защищают рабочую поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют регулировать скорость охлаждения отливки, обеспечивая высокое качество. Подогревом кокиля также регулируют скорость охлаждения отливки и заполняемость расплавом ее тонких сечений. Во избежание отбеливания чугунных отливок подбирают химический состав чугуна, обеспечивающий графитизацию и устранение цементита в условиях повышенной скорости охлаждения. С этой же целью перед заливкой чугуна кокиль нагревают до 250 … 300 С и время выдержки отливок в кокиле сокращают до минимума. Для измельчения металлической структуры отливки кокили иногда охлаждают, например, водой.