Изготовление литейной формы

Форму изготовляют в следующей последовательности: устанавливают на модельную плиту 4 (рис. 3,г) опоку 3 и на нее наполнительную рамку 2, высота которой соответствует сте­пени уплотнения формовочной смеси в форме. Из бункера засыпают формовочную смесь в опоку и рамку, уплотняют ее, затем модель извлекают из формовочной смеси. В результате образуется литейная форма.

Рис.3. Методы уплотнения форм прессованием

Формовочную смесь в форме уплотняют различными способами: вручную с помощью трамбовки и машинами (прессованием, потряхиванием, сбрасыванием комков смеси с большой скоростью пескометом или пескострельной машиной). Кроме того, форму изготовляют заливкой текучей формовочной смеси в опоку с последующим ее затвердеванием.

Встряхиванием чаще уплотняют смеси в высоких формах. При этом способе уплотнения легче изготовить формы с высокими ребрами и впадинами, так как при встряхивании хорошо пере­мещаются частицы смеси.

Извлечение модели из формы. При ручном извлечении модель предварительно расталкивают, затем с помощью ввернутого в нее болта вынимают из формы. При машинной формовке модель извлекают из формы при ее вибрации. Этот способ обеспечивает большую точность формы. По способу удаления модели из формы различают следующие конструкции машин. Машины со штиф­товым подъемом опоки (рис. 4,а). При этом модельная плита 4 с моделью 7 остается на месте, а опоку 2 поднимают штифты 3. В машинах с опускающимися плитами (рис. 4,б) опока 2 остается на месте, а модельная плита 4 с моделью 1 опускается вниз. Так модели удаляют на машинах для формовки верхних опок. Для удаления модели из нижней полуформы чаще применяют машины с поворотной плитой (рис. 4,в). После уплотнения формы ее скрепляют с модельной плитой и поворачивают на 180°. Затем освобождают опоку, опускают ее вниз или поднимают модель вверх. Аналогична конструкция машин с перекидным столом. При извлечении модели этими способами формовочная смесь не осыпается и форма не засоряется. При формовке по моделям сложной конфигурации, имеющим ребра, применяют протяжные модельные плиты. Такие плиты удаляют поочередно, вначале модель ребер 1 (рис. 4,б). При извлечении модели ребер через плиту формовочная смесь не осыпается, так как модель протягивается через отверстие в плите 4, а опока 2 остается на месте.

Чаще форму изготовляют на двух формовочных машинах: на одной - нижнюю половину, на другой - верхнюю. В нижнюю полуформу устанавливают стержни, затем накрывают её верхней, после чего форму можно заливать.

Рис.4. Способы удаления модели из формы

Литниковая система. Литниковой системой называется система каналов для подведения в форму расплавленного металла. Назначение литниковой системы состоит также в том, чтобы улавливать шлак, попадающий вместе с металлом в литниковую чашу, и питать отливку в процессе затвердевания.

Для задержания шлака и других неметаллических материалов, попадающих с расплавленным металлом, в литниковую систему устанавливают сетку из стекловолокна.

Изготовление форм.

Формы изготовляют различными способами: формовкой в двух и трех опоках, по шаблону, в литейных кессонах, в стержнях, в опоках, безопочной и машинной формовками.

Выбор способа формовки зависит от размера формы, от серийности производства, сложности модели, от конструкции и расположения литниковой системы, расположения прибыли и др. Рассмотрим основные способы изготовления форм.

Изготовление форм в двух и трех опоках (рис. 5). Формовка в двух опоках происходит в следующей последовательности: с помощью модели формуется нижняя полуформа 3 (рис. 5,а), затем устанавливают модель втулки 4, стояка 6 и выпора 5 и формуют верхнюю полуформу 7. Поднимают верхнюю полуформу и удаляют из нее модели стояка и выпора, а из нижней полуформы - модель отливки. Полуформы готовят к сборке, устанавливают стержень 1 для образования центрального отверстия и стержень 2 для образования наружного углубления отливки. Верхнюю полуформу ставят на нижнюю и заливают чугуном. Готовая отливка шкива с литниковой системой приведена на рис. 5,в.

Рис.5. Формовка шкива

Изготовление форм по шаблону. Такой способ применяют в единичном производстве крупных отливок с правильной геометрической формой, поверхность которых можно оформить вращением шаблона вокруг оси, и в случае, когда изготовление модели не экономично.

Рис.6. Формовка с помощью шаблона

Шаблоном называется профильная доска (рис. 6,б), имеющая очертание внутренней или внешней поверхности отливки. Шаблоны закрепляют на рукаве 3, который ставят на шпиндель 2, до упора с гайкой 5. Для примера рассмотрим формовку по шаблону чаши. Формуют с помощью двух шаблонов 1, 4. Последовательность формовки по шаблону следующая. Уплотняют формовочную смесь вокруг шпинделя 2 (рис. 6,в). Прикрепляют к рукаву 3 шаблон 7, режущая кромка которого имеет очертание наружной поверхности отливки. Для изготовления верхней полуформы приготовляют модель из формовочной смеси. Для этого вращением шаблона в разные стороны срезается формовочная смесь по его профилю. После этого снимают рукав с шаблоном, форму засыпают разделительным сухим песком или прокладывают бумагой и устанавливают модель стояка. Затем устанавливают опоку 6, засыпают формовочной смесью и уплотняют ее, при этом образуется верхняя полуформа. Снимают верхнюю полуформу и заделывают в ней отверстие, образованное шпинделем. Вновь ставят шпиндель во втулку и к нему прикрепляют второй шаблон 4, имеющий очертание внутренней поверхности отливки (рис. 6,д). С помощью этого шаблона углубляется нижняя полуформа на толщину стенок отливки. Затем вынимают шпиндель с рукавом, отделывают нижнюю полуформу и накрывают ее верхней полуформой (рис. 6,е). После заливки формы и затвердевания сплава образуется отливка (рис. 6,а).

Изготовление форм в стержнях. Этим способом получают тонкостенную отливку сложной конфигурации или с большим числом ребер. С помощью стержней (рис. 7) собирают форму для образования наружной и внутренней частей отливки. В данном случае форма собрана из семи стержней.

Рис.7. Изготовление форм в стержнях

Особенности изготовления форм для отливок из разных сплавов. Большинство описанных способов изготовления форм применяют для отливок из различных сплавов. Эти формы отличаются только конструкцией литниковой системы, прибылей и составом формовочной смеси.

Изготовление форм для отливок из ковкого чугуна. Эти формы изготовляют с учетом свойств белого чугуна, который обладает большой линейной и объемной усадками (4,6%), вследствие чего склонен к образованию усадочных раковин и трещин. Для питания усадки в толстостенных местах 2 отливки 5 (рис. 8) предусматривают боковые прибыли - усадочные питатели 4, которые затвердевают в последнюю очередь и в них образуется усадочная раковина 1. Металл заливают через литник 3

Рис.8. Форма для отливок из ковкого чугуна

Изготовление форм для отливок из стали. Изготовление этих форм отличается применением прибылей для питания большой (6%) объемной усадки стали. При этом надо учитывать, что сталь имеет пониженную жидкотекучесть и высокую температуру за­ливки. На рис. 9 показан пример изготовления такой формы для зубчатого сектора. Для питания усадки отливки предусмотрены пять прибылей 2 и массивный стояк 1. Часто масса прибыли приближается к массе отливки. В сред­нем масса прибыли составляет 0,6 от массы отливки.

Рис.9. Форма для отливок из углеродистой стали.

Изготовление форм для отливок из медных сплавов. При изготовлении форм необходимо учитывать, что медные сплавы характеризуются большой усадкой, сравнительно легкой окисляемостью при высокой температуре с образованием на поверхности пленки окислов. Бронза, например, имеет большую склонность к ликвации. Поэтому во избежание спаев и неслитин должно быть обеспечено плавное заполнение формы сплавом и равномерное охлаждение в ней отливки. Отливки должны быть плотными, свободными от усадочных пороков, раковин и усадочной пористости.

При изготовлении формы создают систему питания усадки отливки. Например, для алюминиевой бронзы предусматривают подвод металла в форму, исключающий падение сплава с высоты, разбрызгивания и столкновения его потоков. Для примера рассмотрим формовку модели корпуса насоса. Отливка сложной конфигурации; для ее формовки используется модель с двумя разъемами. Литниковая система подводится в два яруса 1, вследствие чего пришлось изготовлять форму в трех опоках. В форму устанавливают семь стержней; на схеме (рис. 10) показан порядковый номер последовательности сборки стержней.

Рис.10. Форма для отливок из медных сплавов

Изготовление форм для алюминиевых отливок. Формы изготов­ляют с учетом литейных свойств каждого сплава. Литейные свойст­ва алюминиевых сплавов очень разнообразны: силумины имеют хорошие литейные свойства, а сплавы алюминия с магнием - плохие. Для примера приведем изготовление формы для простой отливки из сплава АЛ24 (рис. 11). Для получения плотной отливки без пор предусматривают массивные прибыли 8 и холодильники 1, 5—7 (металлические вкладыши) во всех местах, в которых может образоваться усадочная пористость. Металлические холодильники ускоряют процесс кристаллизации массивных стенок отливки и обеспечивают ее плотность. Для равномерной подачи металла в форму применяют литниковую систему 4 с коллектором 2. Сплав, протекая по коллектору 2, подводится питателями к различным частям отливки.

Рис.11. Форма для отливок из алюминиевых сплавов

Изготовление формы для магниевого литья. Формы изготовляют с учетом большой реакционной способности магния.

Формовочные материалы применяют с добавками серы и борной кислоты. Перед заливкой форму просушивают. При изготовлении литниковой системы предусматривают плавное, спокойное за­полнение формы. Хорошие результаты дает заливка с применением змеевидного стояка 4 (рис. 12,б) с тормозящим движением металла элементами 5. Для ответственных отливок применяют сложную литниковую систему с тормозящими элементами 1—3,5 (рис. 12,а). Для предохранения магниевых сплавов от загорания во время заливки формы струю металла опыливают серным порошком. Сера образует пары и сернистый газ, который предохраняет металл от соприкосновения с воздухом.

Рис.12. Литниковая система для отливок из магниевых сплавов

Изготовление формы для тугоплавких сплавов (титана, циркония, ниобия и др.). Формы изготовляют с учетом того, что эти сплавы разлагают окиси алюминия и кремния, которые чаще всего входят в формовочные материалы. Поэтому формы изготовляют из графита или меди, последние охлаждают водой. Литниковую систему изготовляют с учетом спокойного заполнения формы сплавом. Применяют прибыли и холодильники в местах наибольшего скопления металла. Чтобы сплав не окислялся, формы заливают в глубоком вакууме.