Формовочные и стержневые смеси

Рис. 4.3

Литейные уклоны

Формовочные уклоны служат для удобства извлечения мо­дели из формы без ее разру­шения, выполняются на вертикальных стенках моделей

в направлении извлечение модели из формы. На обрабатываемых поверхностях ук­лоны выполняются за счет увеличения размеров отливки сверху припуска на механическую обработку (рис. 4.3а), на необрабатываемых — за счет уменьшения размеров (рис. 4.3б), а иногда за счет увеличения в одном месте и уменьшения в другом (рис. 4.3в). Величина уклонов зави­сит от материала модели и высоты участка отливки (таб­лица 4.4). Величину уклона указывают на чертеже, а сам уклон закрашивается черным цветом (рис. 4.3).

Меньшие значения припуска устанавливают при бо­лее грубых квалитетах точности обработки, большие — при более точных.

Таблица 4.4

Формовочные уклоны (ГОСТ 3212-80)

Высота h, мм	Образующие полость формы	Образующие узкие выступы и углубления
	Металличе­ская или пластмассо­вая модель	Деревянная модель	Металличе­ская или пластмассо­вая модель	Деревянная модель
≤ 20	1°30'	3°	3°	3°
21-50	Г	1°	2°	2°30'
51-100	0°45'	1°	1°30'	1°30'
101-200	0°30'	0°45'	0°45'	1°
201-300	0°30'	0°30'	0°45'	1°
301-800	0°20'	0°30	0°30'	0°45'
801-2000	—	0°20'	—	0°30'
> 2000	—	—	—	0°15'

Стержни. Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают стерж­ни, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков)

Рис. 4.4

Знаки стержней:

а — вертикальный; б – горизонтальный.

Размеры и конфигурацию стержневых знаков назначают по ГОСТ 3606-80 с учетом размера стержня, способа формовки и его положения в форме (рис. 4.4).

При вертикальном расположении стержня в форме он фиксируется нижним и верхним знаками. Высоту ниж­них знаков стержней назначают в зависимости от их дли­ны и диаметра (таблица 4.5). Высоту верхних вертикаль­ных знаков принимают равной не более 0,5 высоты ниж­них знаков.

При горизонтальном расположении отверстия исполь­зуют несколько вариантов фиксации его в форме. Длину горизонтальных стержневых знаков назначают с учетом способа формовки (таблица 4.6). Формовочные уклоны на знаковых частях назначают по ГОСТ 3606-80 (таблица 4.7) в зависимости от высоты знака.

Та б л и ца 4.5

Высота h нижних вертикальных знаков стержней для сырых, сухих форм, мм (ГОСТ 3606-80)

Размер стержня D, мм	Длина стержня L, мм
	До 50	50-80	80-120	120-180	180-250	250-315
До 30				—	—	—
30-50
50-80
80-120
120-180
180-250
250-315

Таблица 4.6

Длина / горизонтальных знаков стержней, мм

Размер стержня D. мм	Тип формы	Длина стержня L, мм
		До 50	50-80	80-120	120-180	180-250	250-315
До 30	Сырая					—	—
	Сухая						—
30-50	Сырая
	Сухая
50-80	Сырая
	Сухая
80-120	Сырая
	Сухая

Таблица 4.7

Формовочные уклоны на стержневых знаках

Высота знака, мм	а	Р	Высота знака, мм	а	Р
до 30	10°	15°	81-120	6°	8°
30-50	7°	10°	121-180	5°	6°
51-80	6°	8°	181-250	5°	6°

При литье в песчаные формы отверстия диаметром менее 20 мм целесообразно высверливать, а не получать их с помощью стержней.

Галтели. Все наружные и внутренние углы в отливке должны иметь закругления — галтели. Они облегчают извлечение модели из формы, предотвращают появление трещин в отливке, улучшают ее качество. Радиус галте­лей выбирают по формуле:

где R – радиус галтели; - полусумма толщин сопрягаемых стенок отливки; в случае, если < 50мм; при

Таблица 4.9

Линейная усадка сплавов

Сплав	Размер, мм	Весовая группа	Линейная усадка, %
Серый чугун	М	I	0,75-1,0
	С	II	0,5-1,0
	К	III, IV	0,5-0,75
Углеродистая	М	I	1,5-2,2
сталь	С	II	1,5-2,0
	К	III, IV	1,4-1,8
Медные сплавы	М	I	1,5-1,8
	С	II	1,0-1,5
	К	III	0,75-1,0
Алюминиевый магниевый	М	I	1,0-1,2
С	II	0,75-1,0
К	III	0,5-1,0

Размеры: М — до 500 мм; С — 500-1500 мм; К — свыше 1500 мм

На чертеже технологической разработки всегда ука­зывают величину усадки сплава, которая должна быть учтена при изготовлении моделей (таблица 4.8).

Порядок выполнения работы

1. Изучить последовательность составления чертежа отливки и чертежа модели.

2. Получить эскиз детали (рис. 4.5-4.16, таблица 4.9).

Вар.
H1
H2
H3
H4
D1
D2
D3
D4
D5

Рис. 4.5

Эскиз шкива

Вар.
H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
H8
H9
D1
D2
D3
D4
D5
D6

Рис. 4.6

Эскиз барабана

Вар.
H1
H2
H3
D1
D2
D3
D4
D5

Рис. 4.7

Эскиз стакана

Таблица 4.9

Детали для разработки технологии изготовления отливок

№	Деталь	Вариант	Количество, шт.	Вес детали, кг
	Шкив (рис. 4.5)		60-10000	2,4
				13,0
	Барабан (рис. 4.6)		60 - 10000	3,6
				21,0
	Стакан (рис. 4.7)		60 - 10 000	2,1
				12,8

Продолжение табл. 4.9

№	Деталь	Вариант	Количество, шт.	Вес детали, кг
	Ролик (рис. 4.8)		60-10 000	3,0
				21,0
	Ступица (рис. 4.9)		60-10 000	1,9
				14,2
	Опора (рис. 4.10)		60-10 000	1,4
				5,7
	Гильза (рис. 4.11)		60-10 000	2,1
				13,5
	Патрубок (рис. 4.12)		60-10 000	1,7
		12,6
	Фланец (рис. 4.13)		60-10 000	2,2
				12,8
	Переходник (рис. 4.14)		60-10 000	1,4
				10,5
	Корпус (рис. 4.15)		60-10 000	1Д
				5,6
	Насадка (рис. 4.16)		60-10 000	1,8
				13,5

Вар.
H1
H2
H3
H4
H5
D1
D2
D3

Рис. 4.8

Эскиз ролика

Вар.
Н1
Н2
Н3
D1
D2
D3
D4
D5
D6

Рис. 4.9

Эскиз ступицы

Вар.
Н1
Н2
Н3
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8

Рис. 4.10

Эскиз опоры

Вар.
Н1
Н2
Н3
Н4
Н5
D1
D2
D3

Рис. 4.11

Эскиз гильзы

Вар.
H1
H2
H3 ,
H4
H5
D1
D2
D3
D4

Рис. 4.12

Эскиз патрубка

Вар.
H1
H2
H3
D1
D2
D3
D4

Рис. 4.13

Эскиз фланца

Вар.
Н1
Н2
Н3
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
D9

Рис. 4.14

Эскиз переходника

Вар.
Н1
Н2
Н3
Н4
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8

Рис. 4.15

Эских корпуса

Вар.
Н1,
Н2
Н3
Н4
D1
D2
D3
D4
D5
S

Рис. 4.16

Эскиз насадки

3. Определить положение отливки в форме, плоскость разъема модели, серийность. Выбрать материал модели.

4. Вычертить чертеж детали с элементами литейной технологии, показав положение модели в форме, уклоны, галтели, припус­ки на механическую обработку, стержневые знаки, стержни; указать линейную усадку. С целью упрощения работы вели­чину припуска на механическую обработку поверхности с ука­занной шероховатостью (Rz) определить по таблицам. Чертеж выполняется на миллиметровке карандашом с соблюдением правил машиностроительного черчения и обозначений, при­нятых в литейном производстве.

Контрольные вопросы

1. Что называется моделью? Каковы ее назначение, конструкция, материал?

2. Что такое линейная усадка, как она учитывается при изготов­лении модели, от чего зависит ее величина?

3. Для чего нужны формовочные уклоны, и от каких факторов зависит их величина?

4. На каких поверхностях назначают припуск на механическую обработку, и от чего зависит его величина?

5. Что такое галтели и как они выбираются при разработке отливки?

6. Каково назначение стержневых знаков? От чего зависит их форма?

7. Как влияет серийность производства на технологию изготов­ления отливок?

8. Когда применяется прибыль? Каково ее назначение?

9. В чем различие между чертежами детали, отливки, модели?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ОПОКАХ

Цель работы: изучить технологию приготовления от­ливок в опоках, познакомиться с составом формовоч­ных и стержневых смесей.

5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Литье в песчаные формы является универсальным и са­мым распространенным способом изготовления отливок. Этим способом изготовляют разнообразные по сложности отливки любых массы и размеров из сталей, чугунов и сплавов цветных металлов.

Сущность литья в песчаные формы заключается в из­готовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в разовую литейную форму, изготовленную из формовочной смеси с последующим затвердеванием зали­того металла, охлаждением отливки в форме, извлечени­ем ее из формы с последующей отделкой.

Для изготовления отливок используют сырые, сухие и подсушенные песчаные формы; химически твердеющие формы, изготовленные из специальных самотвердеющих смесей; формы, изготовленные по газифицируемым моде­лям; формы, изготовленные из песчаносмоленных смесей.

Технологический процесс изготовления отливок состо­ит из ряда основных и вспомогательных операций, выпол­няемых в определенной последовательности. Для изготов­ления литейных форм используют модельный комплект, формовочные и стержневые смеси и другие материалы и оборудование.

Литейным производством называется технологиче­ский процесс получения фасонных деталей или заготовок путем заливки металла в литейную форму. Расплавлен­ный металл заливают во внутреннюю полость формы, кото­рая по конфигурации соответствует отливке и получается с помощью модели. Литейная форма заполняется метал­лом через каналы, называемые литниковой системой.

Наиболее широко применяются литейные формы, из­готовленные из формовочной смеси в опоках (металличе­ских рамках).

ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

Формовочные материалы — это совокупность природ­ных и искусственных материалов, используемых для при­готовления формовочных и стержневых смесей. В каче­стве исходных материалов используют формовочные квар­цевые пески и литейные формовочные глины.

Для получения отливок высокого качества формовоч­ные и стержневые смеси, из которых делают разовые ли­тейные формы, должны обладать определенными механи­ческими, технологическими и физическими свойствами. К таким свойствам относятся: прочность — способность смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при ее изготовлении и использовании; пластичность — спо­собность смеси воспринимать очертания модели, стержне­вого ящика и сохранять форму; податливость — способ­ность смеси сокращаться в объеме под действием усадки металла; текучесть — способность смеси обтекать модели при формовке; огнеупорность — способность смеси выдер­живать высокую температуру заливаемого сплава; негиг­роскопичность — способность не поглощать влагу из воз­духа в течение длительного времени; газопроницаемость — способность пропускать газы через стенки формы; выбивае-мость — способность легко удаляться из формы и полос­тей отливок при их выбивке после охлаждения.

Состав формовочных смесей выбирают в зависимости от литейного сплава, массы и конфигурации отливок и других условий. Основными компонентами формовочных смесей являются кварцевый песок (> 90% Si0₂) и огне­упорная глина (до 10%).

Глина является связующим веществом, обеспечиваю­щим прочность и пластичность смесей, но снижает газо­проницаемость, ухудшает податливость и выбиваемость.

Различают два вида формовки в песчано-глинистые формы: в сырые формы и сухие формы. Сырые формы при­меняют для мелких и средних отливок, в особенности в серийном и массовом производстве. Сухие формы приме­няют для крупных и толстостенных отливок, для получе­ния отливок высокого качества. Эти формы подвергаются тепловой сушке (до 24 часов) и имеют высокую прочность. Для улучшения свойств в формовочные смеси вводят до­бавки: противопригарные (молотый каменный уголь, пы­левидный кварц, графит, мазут), повышающие податли­вость и газопроницаемость (древесные опилки, сульфито-спиртовая барда), коллоидные растворы органических веществ и др.

Формовочные смеси разделяют на облицовочные, на­полнительные и единые.

Облицовочная смесь — это формовочная смесь, исполь­зуемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие сме­си содержат повышенное количество песка и глины и име­ют высокие физико-механические свойства.

Наполнительная смесь — это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовоч­ной смеси. Облицовочные и наполнительные формовоч­ные смеси используют для изготовления крупных и слож­ных отливок.

Единая смесь — это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси.

Стержневые смеси. Стержни при заливке расплавлен­ного металла испытывают значительные тепловые и ме­ханические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь более высокие огнеупор­ность, газопроницаемость, податливость, малую газотвор-ную способность, легко выбиваться из отливок.

Специальные формовочные смеси. Использование спе­циальных формовочных смесей для изготовления форм и стержней позволяет наиболее эффективно применять со­временные средства механизации и автоматизации, исклю­чить ручной труд, сушку формы, существенно повысить производительность труда и улучшить качество отливок.

То бл и ца 5.1

Состав формовочных и стержневых смесей, %

Материал	Песчаноглинистые	Жидкостекольная с продувкой CO	Холоднотвердеющие смеси	Жидкие самотвердеющие смазки	Смеси горячего отверждения
сырые	сухие
Песок	87 - 90	80 – 95	95 – 97		95 – 97
Глина	5 – 8	10 – 12	—	—	—	—
Влага	4 – 5	6 – 8	3,5 – 4,5	—		—
Жидкое стекло 100%	—	—	3 – 7	—	6 – 7	—
Смола термореактивная	—	—	—	2,5	—	3 – 4
Катализатор	—	—	—		—
Нефелиновый шлак или феррохромовый	—	—	—	1,5(свыше 100%)	—
Пенообразователи	—	—	—	—	0,2	—
Время затвердевания, мин	Сушка 8 – 24 ч	5 – 15	20 – 30	30 – 40	1 – (при )
Прочность, МПа	30 – 50		—	20 – 40	150 - 250

В специальных формовочных смесях в качестве свя­зующих используют жидкое стекло, синтетические смо­лы (фенолоформальдегидные, карбамидные, фурановые), в смеси вводят катализаторы.

По условиям отверждения специальные смеси можно условно разделить на следующие типы: отверждаемые при продувке С0₂, горячего отверждения, самоотверждающиеся на воздухе (таблица 5.1).

5.3. ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА, ПРИБЫЛИ, ВЫПОРЫ

Литниковая система — система каналов для подво­да жидкого металла в полость литейной формы. Правиль­ная конструкция литниковой системы должна обеспечи­вать непрерывную подачу расплава в форму по кратчай­шему пути, спокойное и плавное ее заполнение, улавливание шлака и других неметаллических включений, минимальный расход металла на лит­никовую систему, не вызывать мест­ных разрушений формы вследствие большой скорости и неправильного направления потока металла.

Рис. 5.1

Литниковая система

Лит­никовая система (рис. 5.1) включа­ет следующие элементы: литнико­вую чашу 2, стояк 2, шлакоулови­тель 3, пи татель 4.

В зависимости от места подвода металла в форму различают горизонтальную, верхнюю, сифонную, ярусную ли тниковые системы.

Выпор — вертикальн ый канал, расположенный под са­мой верхней частью отливки. Выпор служит для вывода газов из формы и наблюдения за ходом заливки формы.

Прибыль — полость в форме, которая заполняется рас­плавом для питания массивных частей отливки, чтобы избежать образования усадочных раковин и рыхлостей.