2.5.2. Модельный комплект

Разовые толстостенные формы изготовляют с помощью модельного комплекта, включающего литейную модель, модели литниковой системы, стержневые ящики, модельные или подмодельные плиты, контрольные и сборочные шаблоны, которые используются при формовке для образования рабочей полости формы (рис. 2.6)

Л

Рис. 2.6. Разовая толстостенная форма (а), модель (б) и стержневой ящик (в):

1 и 2- верхняя и нижняя полуформы, 3 - литейный стержнь, 4 - штырь, 5 - выпор, 6 - литниковая чаша, 7 - стояк, 8 - опока, 9 - шлакоуловитель

итейная модель – формообразующий инструмент, с помощью которого в форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки. Модели бывают разовые и постоянные, а также неразъемные, разъёмные и специальные (например с отъемными частями).

Разовые модели служат только один раз и их применяют чаще всего при изготовлении неразъемных форм. Они бывают удаляемые перед заливкой и не удаляемые (газифицируемые). Удаляемые изготовляют из: а) легкоплавких материалов (воск, парафино-стериновая смесь, лед, замороженная ртуть и т. д.), которые удаляют из формы выплавлением; б) выжигаемых материалов (полистирол), которые удаляются из формы выжиганием; в) растворяемых различными растворителями (полистирол). Для их изготовления в массовом и крупносерийном производстве применяют пресс-формы, в которые запрессовывается один из перечисленных материалов.

Постоянные модели изготовляют из дерева, пластмасс, алюминиевых и медных сплавов, стали и чугуна. Срок их службы различен и зависит от прочности и износостойкости материала, поэтому наименьший срок имеют деревянные модели (до 100 циклов), а наибольший стальные (более 100 тыс. циклов). Постоянная модель отличается от отливки увеличенными размерами на величину литейной усадки и наличием выступающих частей на месте расположения отверстий в отливке, называемых стержневыми знаками. Знаки образуют в форме отпечатки, в которые помещают соответствующие выступы стержня, которые также называют стержневыми знаками.

Модельные плиты формируют плоскую или фигурную поверхность разъема литейной формы и на них закрепляют части постоянной модели (полумодели), включая модели литниковой системы. Бывают одно- и двухсторонние модельные плиты. Подмодельная плита отличается от модельной тем, что модели на ней не закреплены, а просто укладываются при ручной формовке.

Стержневой ящик - формообразующий инструмент, имеющий рабочую полость для получения в ней литейного стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси. Ящики бывают разъемные для сложных стержней и неразъемные для простых. Их изготовляют из тех же материалов, что и модели. В зависимости от состава стержневой смеси и способа её отверждения (упрочнения) ящики бывают холодными и нагретыми. В нагреваемые ящики могут быть вмонтированы электрические нагреватели.

2.5.3. Формовочные и стержневые смеси

1. Разовые формы изготовляют из одного сыпучего формовочного материала (например, кварцевого песка при вакуумно-пленочной формовке или стальной дроби при магнитной формовке) или его смеси с каким-либо связующим, в которую часто вводят дополнительные добавки, предназначенные для придания смеси специальных свойств. Смеси для изготовления литейных стержней называют стержневыми, а для изготовления других элементов формы, например полуформ, формовочными. Они могут иметь один состав и свойства, но чаще всего отличаются, т.к. стержни, за исключением знаков, окружены металлом и поэтому работают в более тяжелых условиях, чем другие элементы формы. Смеси могут быть сыпучими или пластичными, жидкотекучими или псевдожидкими. Кроме того, различают естественные смеси, изготовленные из кварцевого песка с высоким содержанием глины (>10%) и синтетические, получаемые из малоглинистого (<10%) кварцевого песка.

2. Смеси должны обладать многочисленными свойствами: общими, технологическими и служебными. К общим свойствам относят: пористость, плотность, гранулометрический состав (зернистость), влажность, химический и минералогический состав, концентрация водородных ионов (рН).

К технологическим относят: малую прилипаемость; повышенные формуемость, текучесть, долговечность и выбиваемость; достаточные манипуляторную и поверхностную прочность, живучесть.

К служебным относят: повышенные газопроницаемость, огнеупорность, прочность перед заливкой и в нагретом состоянии, поверхностную твердость, податливость; пониженные газотворность, пригораемость; достаточные теплоемкость, тепло и температуропроводность, теплоаккумулирующую способность.

3. По своим свойствам и области применения все смеси разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь применяется для изготовления рабочего слоя формы или стержня и непосредственно контактирует с расплавом, поэтому она должна обладать в полной мере вышеперечисленными свойствами. Толщина слоя зависит от размера отливки и составляет ~ 20 … 50 мм.

Наполнительная смесь применяется для заполнения оснастки (опоки или стержневого ящика) после образования слоя из облицовочной смеси. Эта смесь уступает облицовочной по многим свойствам, прежде всего по огнеупорности и пригораемости, поэтому она более дешевая.

Облицовочные и наполнительные смеси чаще всего применяют при ручном изготовлении крупных форм и стержней, реже при их машинном изготовлении и довольно редко при автоматизированном изготовлении, т. к. операция нанесения облицовочного слоя очень трудно поддается механизации и, особенно, автоматизации. Поэтому в таких случаях применяют единую смесь, которую используют одновременно как облицовочную и наполнительную. Её свойства часто соответствуют облицовочной смеси.

Эти смеси изготовляют как полностью из свежих материалов, так и с добавлением оборотной смеси, которая получается путем подготовки смеси, образовавшейся при разрушении использованной формы. Эта подготовка заключается в дроблении крупных комьев, отделении магнитных включений магнитными сепараторами, а немагнитных - в установках кипящего слоя или ситах и охлаждении ~ до 30°С. Оборотная смесь составляет значительную долю в рецептуре единой смеси (до 80 … 90%) и, особенно, наполнительной (до 90 … 95%). В облицовочную смесь ее добавляют редко и в существенно меньшем количестве (до 10 … 20%).

Отходы, образующиеся при подготовке оборотной смеси и после отделения приставшей к отливке формовочной и стержневой смеси, называют отработанной смесью, которую необходимо подвергать регенерации, т.е. восстановлению свойств зерновой основы путем отделения от нее связующего и добавок. Песок, получаемый в результате регенерации, называется регенератом (восстановленный песок). Он входит в состав многих смесей. Если смесь, образовавшаяся при разрушении использованной формы, не может по каким-либо причинам применяться в качестве оборотной, то она также является отработанной.

4. По состоянию форм перед заливкой расплава и по способу их упрочнения различают смеси для изготовления форм: а) сырых; б) подсушенных; в) сухих; г) химически твердеющих; д) замороженных.

Сырые песчано-глинистые формы (ПГФ) - наиболее экономичные и поэтому распространенные – часто изготовляют с применением большого количества оборотной смеси. Применяют для получения неответственных отливок массой до 500 … 1000 кг различной серийности. Их упрочнение достигается при уплотнении смеси.

Подсушенные ПГФ изготовляют, как правило, с применением облицовочной смеси и сушки рабочей поверхности формы при 220 … 350°С на глубину слоя до 30 мм для дополнительного упрочнения поверхности, увеличения газопроницаемости и снижения газотворности. Вместо песчано-глинистой облицовочной смеси может применяться смесь с другими высыхающими при нагреве связующими. Такие формы применяют для получения крупных ответственных единичных и мелкосерийных отливок из чугуна и стали (станины, столы станков и др.).

Сухие ПГФ изготовляют из смесей с повышенным содержанием глины (до 20%) и меньшим количеством оборотной смеси, т. е. более прочных и менее газопроницаемых и податливых. Возможно изготовление сухих форм и из других смесей, отверждаемых при нагреве. Формы сушат полностью для увеличения их прочности. Сухие формы, как более дорогие, применяют только для ответственных и крупных (более 1000 кг) отливок из разных сплавов в единичном и мелкосерийном производстве.

Химически твердеющие формы упрочняют за счет химического твердения смеси под воздействием дополнительных факторов (например, при продувке углекислым газом смесей с жидким стеклом) или самопроизвольно. В последнем случае они называются самотвердеющими. Их применяют для изготовления средних и крупных отливок в единичном и мелкосерийном производстве.

Замороженные формы отвердевают на холоде при температуре ниже 0 °С. Основным связующим является вода. Эти формы применяют для мелких отливок.

5. Для управления свойствами смеси применяют специальные добавки. Так, для увеличения податливости форм и стержней в смеси вводят древесную муку, опилки, молотый асбест. При выгорании муки и опилок во время сушки или прогрева смеси теплом отливки одновременно с податливостью увеличивается их газопроницаемость. Для уменьшения пригара на отливках в смеси добавляют либо углеродистые материалы (порошки угля, кокса, графита, мазут и т.п.), либо огнеупорные материалы (порошки циркона, кварца, хромита и т.д.). Для увеличения тепловой аккумуляции вводят стальную или чугунную дробь в качестве холодильников. Кроме того, применяют добавки, повышающие живучесть, выбиваемость, текучесть, прочность и другие свойства смеси.

6. Приготовление смеси начинается с подготовки исходных материалов, если они являются некондиционными в состоянии поставки. Кварцевый песок часто сушат, просеивают и распределяют по бункерам над смесителями. Глину и каменный уголь дробят, сушат, просеивают и затем тонко измельчают. После подготовки все исходные компоненты смешивают в нужных пропорциях в смесителях различной конструкции. Песчано-глинистые смеси подвергают вылеживанию в бункерах-отстойниках для равномерного распределения влаги и повышения связующей способности глины с последующим разрыхлением для увеличения формуемости. Химически твердеющие смеси, особенно жидкие, из-за их малой живучести готовят, как правило, возле места потребления, а песчано-глинистые смеси в специальных смесеприготовительных отделениях, откуда они транспортируются конвейером.