Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы – процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, изготовленных по горячей модельной оснастке из специальных песчано-смоляных смесей.

Оболочковые формы обладают следующими свойствами: достаточной прочностью, газопроницаемостью, податливостью, негигроскопичностью.

Технологический процесс литья в оболочковые формы (рис. 4.1, 4.2) начинается с того, что предварительно нагретую плиту, к которой закреплена металлическая модель, покрывают смесью из термореактивной смолы. Под действием тепла смола плавится, на модельной плите образуется однородная полутвердая оболочка. Для удаления избытка смеси бункер переворачивают. Модельную плиту дополнительно подогревают для окончательного отверждения оболочки. Твердую оболочку-полуформу снимают с модельной плиты и соединяют с соответствующей другой оболочкой-полуформой. Соединенные между собой оболочки помещают в опоку и засыпают формовочной смесью.

Рис.

4.1. Последовательность изготовления оболочковой формы

Рис. 4.2. Изготовление оболочковой формы в бункере

Изготовление оболочковой формы в бункере: а — поворот плиты с моделью; б – закрепление плиты на бункере; в – поворот бункера для формирвания оболочки; г – возвращение бункера в исходное положение; д – возвращение плиты в исходное положение; 1 – подмодельная плита с моделью; 2 – сформировавшаяся керамическая оболочка; 3 – бункер; 4 – термореактивная смесь

Оболочковые полуформы скрепляют зажимами или склеивают по разъему. Полученную оболочковую форму заливают в вертикальном горизонтальном положении. Форма после заливки легко разрушаются при выбивке.

Толщина керамической оболочки зависит от температуры модельной плиты и от времени выдержки на ней смеси (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Изменение толщины оболочки в зависимости от температуры модели и времени выдержки

Изменение толщины оболочки в зависимости от температуры модели (а) и времени выдержки (б): 1 – температура модели 260°С; 2 – 165°С

Отверждение термореактивных смол при низких температурах протекает медленно. С повышением температуры скорость отвердевания возрастает и при 300—350°С измеряется секундами. Дальнейшее увеличение температуры приводит к разупрочнению смеси. При 900°С смесь полностью теряет прочность, что обеспечивает хорошую выбиваемость оболочковых форм.

В качестве связующего наибольшее применение получил бакелит в виде мелкого порошка, состоящий из смеси фенолформальдегидной смолы с уротропином.

Прочность керамической оболочки определяется количеством связующего, который обычно добавляют 5—8% в зависимости от литейного сплава и конфигурации отливки.

Предупредить прилипание смеси к металлической модели и облегчить съем оболочек без повреждений помогают разделительные составы (силиконовая жидкость, минеральные масла и др.). Покрытия наносят с помощью пульверизатора на горячие модельные плиты.

Литье в оболочковые формы черных и цветных сплавов позволяет получить более качественную поверхность по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы, но в то же время несколько уступает литью по выплавляемым моделям.

В оболочковых формах изготавливают отливки массой 0,2…100 кг с толщиной стенки 3…15 мм из всех литейных сплавов для приборов, автомобилей, металлорежущих станков.

Одним из главных недостатков технологии литья в оболочковые формы – обильное выделение вредных веществ при заливке металла. Заливка сопровождается выгоранием связующего. Обеспечение нормальных условий труда достигается созданием местной приточно-вытяжной вентиляции. К недостаткам относятся высокая стоимость смесей, ограниченный размер отливок (до 1500 мм).

Преимущества способа литья в оболочковые формы: возможность получения тонкостенных отливок сложной формы; гладкая и чистая поверхность отливок; качественная структура металла за счет повышенной газопроницаемости форм; возможность автоматизации; небольшие допуски на обработку резанием.

Способ литья в одноразовые формы.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

1. Литьё в песчано-глинистые формы или литьё в землю:

— Первым этапом изготовления отливок этим способом рассматривается чертёж детали (подробно) (степень шероховатости, оси отклонения и т.д.)

— 2-ой этап — По чертежу детали разрабатывается чертёж литейной формы. Здесь указываются размеры модели и формы, положение модели в форме при заливке, плоскость разъема.

— 3-ой этап — По чертежу детали изготавливается модель будущей отливки. Модели могут быть изготовлены из:

— металла (для крупносерийного и серийного производства);

— из дерева для мелкосерийного или единичного производства.

Изготовление формы

В случае применения разъёмной модели чаще изготовление формы состоит из следующих этапов:

1) Половина модели отливки устанавливается на формовочную плиту, плоскостью разъёма вниз.

2) Сверху устанавливается опока или формовочный ящик.

3) Поверхность модели посыпается графитом для предотвращения прилипания формовочной смеси к модели к плите.

4) В опоку насыпается формовочная смесь, уплотняется специальными трамбовками. Уплотнение производится слоями.

5) После завершения формовки с поверхности опоки удаляется излишек смеси с помощью линейки.

6) После этого опока переворачивается на 180 градусов половина модели извлекается из полученной полуформы. Таким образом изготавливается нижняя полуформа. Аналогично изготавливается верхняя полуформа, только перед началом формовки вместе с моделью отливки сюда устанавливается модель литниковой системы. Литниковая система предназначена для подачи расплавленного металла в полость формы.

Рис. 1 Рис. 2

После изготовления верхней и нижней полуформы, из них извлекают модели деталей и литниковой системы, затем производят сборку формы. В процессе сборки в форму устанавливается стержень для оформления внутренней полости. Собранные полуформы скрепляются механическим путём для предотвращения сдвига при заливки формы металлом. На рис.2 представлена литейная форма в сборе, где

1) Выпар – предназначен для отвода газа из расплавленного метал при кристаллизации и контроле за заполняемостью формы.

2) Литниковая (заливочная) – предназначена для приёма струи металла из ковша и подачи его в вертикальный стояк.

3) Вертикальный стояк – представляет собой сужающийся к низу канал для подачи расплавленного металла к шлакоуловителю и питателям.

4) Шлакоуловитель – это канал предназначенный для удаления неметаллических включений из расплавленного металла. Неметаллические шлаковые включения ввиду меньшей плотности, чем заливаемый металл, всплывают на поверхность в шлакоуловителе, а основной металл опускается вниз и попадает в питатели.

5) Питатели – система каналов для непосредственного подвода металла к форме.

6) Стержень

7) Полость формы для заливки металла

8) Формовочная смесь

9) Опока

Преимущество литья в землю:

1. Возможность изготовления крупно габаритных отливок и отливок большой массы.

2. Простота процесса

3. Дешевизна процесса

Недостатки:

1. Процесс довольно трудоёмкий

2. Самый неточный из всех способов литья (формы и размеров)

3. Для получения годных отливок назначаются большие припуски на механическую обработку.

4. Дополнительный расход металла

5. Трудоёмкость обработки заготовки повышается

6. Стоимость растёт

Низкое качество поверхности в виду контакта расплавленного металла с песком или землёй.

8. Вероятность образования песчаных раковин при заливке формы расплавленным металлом.

9. Форма для каждой детали используется только один раз.

10. Изготовление относительно простых деталей.

11. Изготовление крупногабаритных деталей.

Литьё в оболочковые формы

Сущность данного способа литья заключается в том, что расплавленный металл заливается в предварительно изготовленную оболочку. Технологический процесс изготовления оболочки состоит из следующих этапов:

1. Изготовление модели отливки с учетом литниковой системы.

2. Половина модели отливки помещается на металлическую модельную плиту и закрепляется на ней.

3. Затем берётся бункер, куда засыпается песчано-смолистая смесь (смесь кварцевого песка и термореактивной смолы).

4. Нагретая модельная плита устанавливается на бункер. Модельная плита нагревается до t = 250 – 300 С.

5. Эта вся система устанавливается на опрокидыватель. Бункер переворачивается на 180 . Происходит контакт песчано-смоляной смеси с нагретой плитой. Смола расплавляясь связывает частицы песка и на поверхности модели образуется полужидкий слой, который при дальнейшем охлаждении превращается в оболочку. Выдерживая бункер в таком положении определённое время получают оболочку требуемой толщины. После этого бункер переворачивается в исходное положение. Неиспользованная песчано-смолянистая смесь ссыпается, а полученная оболочка снимается с модельной плиты и охлаждается на воздухе до полного затвердевания, затем прокаливается в печи для придания оболочке необходимой твёрдости и прочности. Таким образом изготавливается половина оболочки.

6. Вторая половина оболочки заготавливается аналогично на такой же модельной плите, в случае изготовления отливки имеющей симметричную форму. Для оформления внутренней полости отливки применяются стержни. В большинстве случаев это песчаные стержни. Затем они склеиваются специальным клеем, получается цельная оболочка.

7. Изготовленная оболочка помещается в бункер, снаружи засыпается металлической дробью или кварцевым песком. Для предотвращения разрушения оболочки при заливке жидким металлом.

8. После полного затвердевания оболочка разрушается и отливка подвергается дальнейшей механической , а в случае необходимости термической обработке.

Преимущество способа литья:

1. Простота процесса

2. Возможность использования рабочих низкой квалификации и учеников.

3. Более высокая точность формы и размеров по сравнению с литьём в землю.

Недостатки:

1. Ограничение отливок по массе и размерам

2. способ используется для изготовления симметричных деталей, либо имеющие форму тела вращения.

3. Одноразовое использование формы.

Применяется практически при любой серийности производства, т.к. процесс изготовления модельной плиты трудоёмкий и дорого стоит, следовательно окупается только при крупно серийном производстве.

Литье в оболочковые формы и по выплавляемым моделям

Литье в оболочковые формы –процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, изготовленных по горячей модельной оснастке из специальных песчано-смоляных смесей.

Оболочковая (корковая) форма – разовая литейная форма, изготовленная из двух скрепленных рельефных полуформ с толщиной стенок 6–10 мм.

Оболочковые формы изготавливают из смеси, состоящей из мелкого кварцевого песка и крепителя – фенолоформальдегидной порошкообразной термореактивной смолы (пульвербакелита), на специальных автоматических или полуавтоматических машинах. Термореактивная смола плавится при нагревании и обволакивает зерна песка, при дальнейшем нагревании затвердевает и связывает зерна песка в прочную оболочку.

Технологические операции формовки при литье в оболочковые формы представлены на рисунке 9.8.

Рис.

9.8. Схема изготовления оболочковой формы:

1 – металлическая модельная плита; 2 – опрокидывающийся бункер; 3 – формовочная смесь; 4 – песчано-смоляная оболочка; 5 – толкатели; 6 – литейная оболочковая

форма; 7 – опоки-контейнеры; 8 – кварцевый песок или металлическая дробь

Металлическую модельную плиту 1 с моделью нагревают в печи до 200−250 ºC.

Затем плиту 1 закрепляют на опрокидывающемся бункере 2 с формовочной смесью 3 (рис. 9.8, а) и поворачивают на 180º (рис. 9.8, б). Формовочную смесь выдерживают на плите 10−30 секунд. Под действием теплоты, исходящей от модельной плиты, термореактивная смола в приграничном слое расплавляется, склеивает песчинки и отвердевает с образованием песчано-смоляной оболочки 4 толщиной 5−15 мм. Бункер возвращается в исходное положение (рис. 9.8, в), излишки формовочной смеси осыпаются с оболочки. Модельная плита с полутвердой оболочкой 4 снимается с бункера и прокаливается в печи при температуре 300‒350 ºC, при этом смола переходит в твердое необратимое состояние. Твердая оболочка снимается с модели с помощью выталкивателей 5 (рис. 9.8, г). Аналогичным образом получают вторую полуформу.

Соединение полуформ производят по фиксаторам, с помощью скоб, струбцин или склеиванием.

Собранные формы небольших размеров с горизонтальной плоскостью разъема укладывают на слой песка. Формы с вертикальной плоскостью разъема 6 и крупные формы для предохранения от коробления и преждевременного разрушения устанавливают в контейнеры 7 и засыпают чугунной дробью 8 (рис. 9.8, д).

Оболочковые формы характеризуются достаточно высокой прочностью, газопроницаемостью, податливостью. Благодаря меньшей толщине стенок оболочковые формы позволяют обеспечивать интенсивный и стационарный отвод тепла. В связи с этим отливки, полученные в оболочковых формах, имеют более плотную, однородную и мелкозернистую структуру, высокие механические свойства, меньшие усадку и внутренние напряжения, чем при литье в песчаные формы. Тепловой поток, отводящийся из расплава или от отливки в литейную форму, может регулироваться изменением материала наполнителя формы. В кварцевом песке отливка охлаждается медленнее, чем в металлической дроби.

Отливки в оболочковых формах получают 5–7-го класса точности с шероховатостью поверхности, соответствующей 4–6-му классу, что позволяет сократить или исключить процесс очистки.

Литьем в оболочковые формы получают отливки массой от 0,25 до 100 кг практически из любых литейных сплавов. Этим способом изготавливают ребристые мотоциклетные цилиндры, коленчатые валы автомобильных двигателей.

Преимущества способа литья в оболочковые формы:

· возможность получения тонкостенных отливок сложной формы;

· гладкая и чистая поверхность отливок; небольшой расход смеси, в 8–10 раз меньше, чем при литье в песчано-глинистые формы;

· качественная структура металла за счет повышенной газопроницаемости форм и регулирования теплоотвода;

· широкая возможность автоматизации;

· небольшие допуски на обработку резанием.

Недостаток этого способа состоит в высокой стоимости материалов, оснастки и оборудования. Затраты на материалы, оснастку и оборудование окупаются при больших программах выпуска отливок, т. е. в крупносерийном и массовом производствах.

Литье по выплавляемым моделям– это способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в неразъемной оболочковой форме, рабочая полость которой образована удалением литейной модели выжиганием, растворением или выплавлением в горячей воде.

Выплавляемую модель (рис. 9.9, а) отливки получают путем заполнения металлической пресс-формы 2 жидким или пастообразным модельным составом.

Рис. 9.9. Схема процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям

Жидким модельным составом пресс-форму заполняют свободной заливкой или под давлением. Пастообразным модельным составом пресс-форму заполняют запрессовкой твердожидкого состава с 8–20 % воздуха. В пресс-формах модельный состав затвердевает и остывает. Затем модели отливок извлекают и объединяют в блоки путем соединения с отдельно изготовленными выплавляемыми моделями литниковой системы (рис. 9.9, б). Для получения оболочковой формы полученный модельный блок помещают в огнеупорную суспензию (рис. 9.9, в), вынимают и обсыпают песком (рис. 9.9, г), кварцевым песком, крошкой шамота. Полученное огнеупорное покрытие подвергают сушке на воздухе или в парах аммиака (рис. 9.9, д). Затем на блок наносятся второй и последующие слои. Первый слой обсыпают мелкозернистым песком (размер частиц 0,2–0,315 мм); последующие слои – крупнозернистым песком. Обычно керамическая оболочка состоит из 3–8 последовательно наносимых слоев (может достигать 20 и более), обеспечивающих общую толщину стенок формы от 2 до 5 мм. В ряде случаев допускаются и меньшие значения толщины стенок (0,5–1,5 мм) керамической оболочки.

После сушки последнего слоя модель выплавляют. Легкоплавкие составы удаляют в ваннах с горячей водой (рис. 9.9, е), а тугоплавкие выплавляют горячим воздухом, перегретым паром под высоким давлением при температуре до 120 °С и более, высокочастотным нагревом и др. Затем оболочковую форму подсушивают на воздухе (рис. 9.9, ж).

Перед заливкой расплавленным металлом оболочку засыпают в опоке (рис. 9.9, з) опорным наполнителем (чаще кварцевым песком) с целью упрочнения, защиты от резких изменений температуры при прокаливании и заливке металлом. Опорный наполнитель обеспечивает длительное сохранение высокой температуры в полости формы после прокаливания и, как следствие, хорошую заполняемость формы металлом при литье тонкостенных деталей.

После этого форма помещается в печь для прокаливания (рис. 9.9, и) при температуре 800–1100 °С с целью удаления остатков модельных составов, влаги, продуктов неполного гидролиза, а также завершения процессов ее твердения.

Это способствует улучшению условий заливки металла.

Заливка металла (рис. 9.9, к) осуществляется в горячие или охлажденные формы. Температура формы зависит от состава литейного сплава: при заливке стали она составляет 800–900 °С, сплавов на основе никеля –900–1000 °С, меди – 600–700 °С, алюминия и магния – 200–250 °С.

Преимущества способа литья по выплавляемым моделям:

· получение отливок сложной формы из различных сплавов массой
0,02–15 кг с толщиной стенок 0,5–5 мм;

· получение отливок высокой точности (JТ 9–10) и малой шероховатости поверхности;

· уменьшение расхода формовочных материалов;

· получение отливок из жаропрочных и коррозионно-стойких сталей и сплавов.

Качество металла отливки и его свойства зависят от состава сплава, условий его плавки и заливки расплава в форму, а также от характера процесса кристаллизации отливки.

Благодаря термостойкости и прочности высокоогнеупорных оболочковых форм при литье по выплавляемым моделям достаточно широко используется направленная кристаллизация отливок.

Это обеспечивает формирование столбчатой и монокристаллической структуры с высоким уровнем физико-механи­чес­ких и других эксплуатационных свойств.

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

Способом литья по выплавляемым моделям изготавливают сложные отливки высокого качества, например: турбинные лопатки из жаропрочных сплавов, колеса насосов из коррозионно-стойких сплавов, детали турбомашин, постоянные магниты с определенной кристаллографической ориентацией структуры, художественные изделия и др. При этом может быть существенно уменьшена или полностью исключена механическая обработка деталей.

Литье в оболочковые формы

Сущность метода. Для получения отливок в оболочковых формах при формовке используют термореактивные смолы, обладающие высокой связующей способностью и быстро твердею-щие при нагревании. Эти смолы входят в состав формовочной и стержневой смеси в качестве крепителя. Такую формовочную смесь наносят на нагретую модель, и соприкасающиеся с поверхностью модели слои смеси принимают ее очертания. По точности размеров и чистоте поверхности детали, полученные в оболочковых формах, превосходят таковые из песчано-глинистых и даже металлических форм благодаря тому, что оболочка затвердевает на модели и сохраняет ее размеры. Отливки имеют точность размеров, соответствующие 12…13 квалитетам. Использование в формовочной смеси измельченного кварцевого песка, магнезитового порошка или цирконового песка обеспечивает шероховатость поверхности отливки в пределах Rz = 20…40 мкм.

Припуски на механическую обработку составляют лишь 0,2…0,5 мм.

Применяют этот способ при крупносерийном и массовом производстве мелких и средних отливок из различных сплавов.

Технология изготовления оболочковых форм. Для изготовления оболочковых полуформ применяют модельную оснастку, состоящую из металлической плиты, на которой смонтированы одна или несколько металлических полумоделей с литниковой системой. Съем готовых полуформ (корок) обеспечи-вается толкателями, вмонтированными заподлицо с плитой и моде-лями. Некоторые из толкателей могут выступать или быть утоплен-ными (на одной из модельных плит) на несколько миллиметров относительно плоскости разъема для образования фиксаторов (выступов на одной полуформе и, соответственно, впадин во второй), обеспечивающих точность сборки формы. При изготовле-нии металлических моделей учитывают величину линейной усадки отливки и величину линейного расширения самой модели при ее нагревании до 300…400 °С.

Формовочная смесь для оболочковых форм содержит кварцевый песок и 4…6 % пульвербакелита (мелкий порошок желтого цвета, состоящий из фенолформальдегидных смол и уротропина) и 0,3…0,5 % керосина. При нагревании до температуры порядка 250 °С пульвербакелит быстро плавится, обволакивая и связывая зерна песка в корку, а при дальнейшем нагреве, до температуры 350 °С, необратимо затвердевает, придавая корке высокую прочность.

Изготовление оболочковых форм начинается с нагрева модельных плит с закрепленной на ней моделью в электрической печи (рис. 3.4, а) до температуры 220…280 °С. Затем рабочая поверхность плиты покрывается тонким слоем 4…5 % раствора каучука СКТ в уайт – спирите. Это покрытие предотвращает прилипание корковой оболочки к оснастке. Затем модельная плита закрепляется на бункере моделью вниз (рис. 3.4, б). Бункер вместе с модельной плитой поворачивают на 180°, и формовочная смесь падает на нагретую модельную плиту (рис. 3.4, в). При выдержке в течение 15…20 с смола смеси плавится и на поверхности модельной плиты образуется полутвердая смолопесчаная корка толщиной 6…8 мм. После этого бункер с плитой снова поворачивают в исходное положение, и неиспользованная формовочная смесь падает на дно бункера (рис. 3.4, г). Снятую с бункера плиту направляют в печь для окончательного отвердевания оболочки при температуре порядка 340…360 °С до тех пор (90…180 с)пока не образуется темно – коричневый цвет оболочки (рис. 3.4, д). Готовую отвердевшую оболочковую полуформу снимают толкателями с модельной плиты, и цикл изготовления оболочек повторяется.

Рис. 3.4. Схема процесса изготовления оболочковых форм

Готовые оболочковые полуформы после остывания спаривают по фиксаторам. Затем полуформы скрепляют скобами, струбцинами или склеивают по разъему. Собранные оболочковые формы устанавливаются вертикально в металлический ящик и засыпается песком или чугунной дробью. Затем форма заливается литейным сплавом. Если отливка имеет отверстие, то при сборке формы в неё устанавливается стержень.

Стержни изготавливают из такой же смеси в металли­ческих стержневых ящиках. Оболочковые стержни получаются пустоте-лыми, что снижает расход формовочных материалов и каркасной проволоки. К моменту полного отвердевания отливки смола из смеси выгорает, форма и стержни теряют свою прочность и легко разрушаются при выбивке отливки из формы.

Способ литья в оболочковые формы основан на получении разовых полуформ и стержней в виде оболочек толщиной 6-10 мм. Их изготавливают путем отверждения на металлической оснастке слоя смеси, в которой связующее вещество при нагреве вначале расплавляется, а затем затвердевает (необратимо), придавая оболочке высокую прочность.

Технология литья в оболочковые формы включает ряд операций, выполнение которых при литье данным способом имеет ярко выраженные особенности. К ним относятся: приготовление специальной песчано-смоляной смеси; формирование на модельной оснастке тонкостенных оболочковых форм и стержней; сборка форм и их подготовка к заливке. Для приготовления оболочковых форм выпускают специальное связующее, представляющее собой смеси фенолформальдегидной смолы с катализатором отверждения смолы, вводимым в количестве 7-8%.

Предварительное формирование оболочки наиболее часто производят, используя поворотный бункер 1, в который засыпают песчано-смоляную смесь 2 (рис. 3.8, а).

На верхнюю часть бункера, снабженную кольцевым каналом 3 для подачи охлаждающей воды, устанавливают моделями вниз и закрепляют нагретую до 200-240 oС металлическую модельную плиту 4. На ней закреплена с помощью четырех направляющих колонок 5 плита 6 толкателей 7.

Толкатели, равномерно распределенные по всей плите, выходят на рабочую поверхность, как модели, так и модельной плиты. Их фиксируют специальными хвостовиками в гнездах плиты 6 и закрепляют в ней прижимной плитой 8. Модельная плита с выталкивающим устройством помещена в корпус 9. Для фиксации плиты толкателей в исходном положении на направляющих колоннах 5 установлены пружины 10.

Рисунок 3.8 – Технология литья в оболочковые формы

Для предварительного формирования оболочки бункер 1, снабженный цапфами 11 и поворотным механизмом, поворачивают на 1800, и формовочный материал падает на горячую модельную плиту (рис.3.8, б), уплотняясь под действием гравитационных сил. В прилегающем к плите слое смеси смола плавится (при температуре 95-115 oС), смачивая зерна песка, а затем начинает полимеризоваться, загустевая и отверждаясь по мере прогрева до более высокой температуры. За 30-40 с выдержки смола успевает оплавиться в слое толщиной около 10 мм.

Слой остается на модельной плите после поворота бункера в исходное положение (рис.3.8, в) и сброса на дно бункера не прореагировавшей, сохранившей свои начальные свойства и пригодной для последующего использования части смеси.

Теперь модельную плиту со сформированной оболочковой полуформой снимают с бункера (рис.3.8, г) и подают в печь 12 (рис.3.8, д), где при температуре 300-400 oС за 90-120 с заканчивается полимеризация, и смола приобретает высокую технологическую прочность. Затем готовую оболочковую полуформу снимают с модельной плиты (рис.3.8, е) и соединяют с другой полу-формой (например, склеиванием) на специальном пневмопрессе (рис.3.8, ж). Для исключения прорыва расплава, формы с вертикальным разъемом обычно заформовывают (рис.3.8, з) в опорный наполнитель (песок, дробь и т.п.). Формы небольшой высоты с горизонтальным разъемом в большинстве случаев не заформовывают и заливают на поддонах с песчаной постелью.

В оболочковые формы получают отливки практически из любых промышленных сплавов массой до 200-300 кг. Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые разовые формы заключаются в следующем:

  • уменьшение параметров шероховатости поверхности и существенное улучшение внешнего товарного вида отливок;
  • возможность получения отливок с тонким и сложным рельефом, а также толстостенных отливок с литыми каналами малых сечений;
  • уменьшение трудоемкости ряда операций технологического процесса (приготовление смеси, изготовление формы, очистка отливок и пр.);
  • сокращение в 8-10 раз и более объема переработки и транспортирования формовочных материалов;
  • уменьшение металлоемкости формовочного оборудования.

Кроме того, для литья в оболочковые формы характерна меньшая жесткость оболочки, что следует рассматривать как достоинство метода в сравнении с методами литья в кокиль.

Основные недостатки метода литья в оболочковые формы:

  • относительно высокая стоимость смоляного связующего;
  • сложность модельной и стержневой оснастки;
  • повышенное выделение вредных химических веществ в ходе термического разложения смоляного связующего;
  • недостаточная прочность оболочек при получении тяжелых отливок;
  • склонность к появлению некоторых специфических видов дефектов, сопровождающих низкую газопроницаемость литейной формы.

Литье в разовые формы

Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полую форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердевания металла в форме получается отливка – заготовка или деталь. Отливки широко применяют в машиностроении, металлургии и строительстве.

Можно получать отливки различной массы (от нескольких граммов до сотен тонн), простой и сложной формы из чугуна, стали, сплавов меди и алюминия, цинка и магния и т.д. Особенно эффективно применение отливок для получения фасонных изделий сложной конфигурации, которые невозможно или экономически нецелесообразно изготовлять другими методами обработки металлов (давлением, сваркой, резанием), а также для получения изделий из малопластичных металлов и сплавов.

При всем разнообразии приемов литья, сложившихся за длительный период развития его технологии, принципиальная схема технологического процесса литья практически не изменилась за более чем семь веков его развития и включает четыре основных этапа: плавку металла, изготовление формы, заливку жидкого металла в форму, извлечение затвердевшей отливки из формы.

До середины двадцатого столетия литейный способ считался одним из важнейших методов получения фасонных заготовок. Однако наряду с такими достоинствами литейного производства, как относительная простота получения и низкая стоимость отливок (особенно из чугуна), возможность изготовления сложных деталей из хрупких металлов и сплавов, он имеет и ряд существенных недостатков. Это, прежде всего, довольно низкая производительность труда, неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок, а, следовательно, и их более низкие, чем у заготовок, полученных обработкой давлением, прочностные характеристики. На данном этапе развития литейного производства освоено производство автоматических линий формовки, заливки и выбивки отливок, созданы комплекты современного смесеприготовительного оборудования, освоен выпуск целой гаммы машин для специальных способов литья, существенно возрос уровень механизации и автоматизации технологических процессов.

Основными технико-экономическими показателями работы литейных цехов являются: годовой выпуск отливок в тоннах; выпуск отливок на одного работающего; съем литья с 1 м2 производственной площади цеха; выход годного металла (в процентах от массы металлозавалки и жидкого металла); доля брака литья (в процентах), уровень механизации; доля литья, получаемого специальными способами; себестоимость 1 т литья.

В структуре себестоимости литья основную долю составляют затраты на металл (до 80 %). Производя технико-экономический анализ литейного производства, особое внимание необходимо обращать на те стадии и элементы технологического процесса, которые непосредственно связаны с возможными потерями металла на угар, разбрызгивание, брак и т.п. Себестоимость литья зависит от объема производства, уровня механизации и автоматизации технологических процессов.

Литье в разовые песчано-глинистые формы является наиболее распространенным и относительно простым способом получения отливок.

Разовые песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в полу литейного цеха по шаблонам, либо в специальных ящиках-опоках по моделям. В почве получают отливки крупногабаритных деталей (станин, колонн и т.д., более мелкие отливки обычно получают в опочных литейных формах. Внешнее очертание отливок соответствует углублениям формы, отверстия получают за счет стержней, вставляемых в полость формы.

Технологический процесс производства отливок в опочных формах состоит из трех стадий: подготовительной, основной и заключительной. Модельная оснастка, изготовленная в модельных цехах, представляет собой приспособления, с помощью которых изготовляют формы и стержни. К оснастке относятся модели деталей, подмодельные щитки, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы и опоки.

Модели (рис. 9.1, а) служат для получения полости в земляной форме, которая по размерам и внешним очертаниям соответствует будущей отливке. Так как металл после затвердевания усаживается (уменьшается в объеме), размеры модели делают несколько большими.

Изготовляют модели из дерева, пластмассы или металла. Выбор материала зависит от условий производства и требований, которые предъявляют к отливке в отношении точности размеров и чистоты поверхности.

Для того чтобы модели легко извлекались из формы, их делают с формовочными уклонами и часто разъемными, из двух и более частей, легко скрепляемых при помощи шипов.

Для получения отливок с отверстиями или углублениями на моделях в соответствующих местах предусматривают выступы – стержневые знаки, которые оставляют в форме отпечатка для установки стержней. Место, занимаемое в форме стержнем, не заполняется металлом, и в отливке после удаления стержня образуется отверстие или углубление. Стержни изготовляют из особой стержневой смеси, набивая ее вручную или машинным способом в стержневые ящики (см. рис. 9.1, б). При этом учитывают изменение размеров отливки при затвердевании металла. Размеры стержней должны быть меньше отверстий на величину усадки металла. В зависимости от сложности изготовления стержневые ящики делают цельными и разъемными. При небольших партиях стержней ящики делают из дерева.

В массовом производстве, особенно при повышенных требованиях к точности литья, применяют металлические ящики (чугунные или из алюминиевых сплавов). Модели литниковой системы предназначены для образования в форме каналов и полостей, служащих для подачи металла, задержки шлака и выхода воздуха из полости формы (см. рис. 9.1, в). Устройство литниковой системы обеспечивает спокойное поступление металла в форму, предохраняя ее от повреждения. Подмодельные щитки-плиты (см. рис. 9.1, г) служат для размещения на них моделей и установки опоки при изготовлении литейной формы вручную. Опоки (см. рис. 9.1, д) – деревянные или металлические рамки, каркасы, основное назначение которых состоит в удерживании песчано-глинистой смеси, обеспечении достаточной прочности и жесткости формы при ее изготовлении, транспортировке и заливке металла.

Рисунок 9.1 – Модельная оснастка:

а – модели; б – стержневые ящики; в – модели литниковой системы; г – подмодельные щитки-плиты; д – верхняя и нижняя опоки

Формовочные и стержневые смеси в основном состоят из кварцевого песка определенной зернистости и жароупорности. Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью и газопроницаемостью, а формы и стержни, изготовленные из них, – достаточной прочностью.

Формовка – наиболее сложная и трудоемкая операция производства отливок в разовых песчано-глинистых формах. Трудоемкость изготовления литейных форм составляет 40 – 60 % от общей трудоемкости получения отливок.

Процесс ручной формовки отличается огромной трудоемкостью. Сущность машинной формовки заключается в механизации основных операций: установки модельных плит и опок (рис. 9.2, а), наполнения опок формовочной смесью (см. рис. 9.2, б), уплотнения смеси и удаления моделей из форм (см. рис. 9.2, в). Отдельные конструкции формовочных машин позволяют также механизировать некоторые вспомогательные операции: поворот опок, снятие готовых полуформ со стола машины, передачу их на сборку и т. п.

Машинная формовка не только облегчает труд рабочих-формовщиков, но и дает возможность повышать производительность труда, получать более точные отливки с меньшими припусками на механическую обработку, снижать брак.

В последние годы в литейном производстве повсеместно внедряются специальные способы литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьем в разовые песчано-глинистые формы.

Добавить комментарий

Закрыть меню