Ручная формовка по разъемной модели

При изготовлении сложных отливок применяется формовка в двух опоках по разъемной модели (рис.5).

На подмодельную плиту 6 устанавливается нижняя часть модели 4 плоскостью разъема вниз и нижняя опока 5. Поверхность нижней части модели, находящейся в опоке припудривается тальком или графитом. Сверху засыпается слой облицовочной земли, которую уплотняют руками. Затем засыпается и уплотняется наполнительная формовочная смесь. Нижняя полуформа готова. Сверху на нее накладывается подмодельная плита.

Далее заформованная нижняя полуформа вместе с плитами поворачивается на 180⁰. Подмодельная плита снимается. Поверхность нижней полуформы посыпается разделительным слоем песка, чтобы она не прилипала к верехней.

На нижнюю часть модели накладывается верхняя ее часть 2, затем ставится верхняя опока 9. Опоки фиксируются направляющими штырями 8, вставляемые в проушины 7. В верхнюю опоку модели элементов литниковой системы 10, 11, и она заформовывается также как и нижняя. Верхняя полуформа снимается с нижней. С помощью крючков и шпилек вынимаются разъемные части модели отливки, а также модели элементов литниковой системы. Полуформы при необходимости подправляются, осыпавшаяся часть смеси из полости удаляется. Для предупреждения пригорания формовочной смеси к отливке полость сырой формы припудривается смесью древесноугольного порошка и чистого графита, полость сухой формы окрашивается формовочными чернилами, приготовленными из графита, молотого кокса, глины и других веществ.

В нижней полуформе прорезается канал, соединяющий литник с полостью формы. В углубления, образованные знаками 1 и 3, укладывается стержень 12. Обе опоки вновь собираются. В собранной форме над литником вырезается чаша и накалываются вентиляционные каналы. Литниковая форма готова для заливки металлом.

Машинная формовка

Машинная формовка повышает качество и точность литья, облегчает труд формовщика и обеспечивает более высокую производительность и меньшую стоимость отливок. Она применяется в крупносерийном и массовом производстве.

При машинной формовке механизированы две операции: уплотнение формовочной смеси и извлечение модели из формы; остальные операции ручные.

На рис. 6 показаны три способа уплотнения смеси:

а) ручными или механическими трамбовками;

б) прессованием;

в) встряхиванием.

Уплотнение прессованием может быть осуществлено по разным схемам: в машинах с верхними прессованием (уплотняющее давление действует сверху) и в машинах с нижним прессованиям (формовочная смесь уплотняется самой моделью и модельной плитой). Недостатки: неравномерность уплотнения формовочной смеси, поэтому такая схема применяется для изготовления полуформ в невысоких опоках.

Встряхивание – уплотнение за счет инерции смеси в результате многократно повторяющихся встряхиваний. Под давлением сжатого воздуха стол поднимется на высоту 30 – 100 мм, затем падает и ударяется о торец направляющего цилиндра.

Встряхивающие машины дают возможность уплотнять смеси в высоких опоках, изготавливать формы по сложным моделям с высокими ребрами и впадинами.

Уплотнение формовочных или стержневых смесей для крупных отливок осуществляется с помощью пескомета. Засыпка и уплотнение идет одновременно. Лопасть вращается со скоростью 1500 об/мин и выбрасывает смесь со скоростью 30 – 60 м/с в опоку.

Литниковая система

Литниковая система представляет собой совокупность каналов, по которым заливаемый расплавленные металл поступает полость формы.

Литниковая чаша принимает в процессе разливки жидкий металл и равномерно, без ударов, непрерывной струей направляет его в стояк – вертикальные канал, суживающийся книзу.

Шлакоуловитель – канал обычно трапециидального сечения для улавливания и задерживания неметаллических включений (частиц формовочной смеси, шлака и т.д.), имеющий меньший удельный вес и более низкую плотность во избежание попадания их в полость формы. Из шлакоуловителя жидкий металл попадает в отверстие питателей – каналов, через которые он поступает непосредственно в полость формы.

Количество питателей и их размещение в литейной форме зависят от размеров и сложности получаемой отливки.

Выпоры – это вертикальные каналы, которые делаются в форме на самых высоких местах отливки для обеспечения выхода газов, образующихся во время заливки формы.

В литниковой системе у наиболее у наиболее толстого сечения отливки размещают прибыль – излишек расплавленного металла, предназначенный питания полостей формы жидким металлом во время охлаждения и усадки. Литниковая система для данной отливки должна быть устроена наиболее рационально, чтобы обеспечить наименьший расход металла и незначительное его окисление.

Литниковая система в зависимости от формы, размера отливки, состава и свойств литейного сплава имеют различное устройство.

А) Верхняя литниковая система наиболее проста. Ее применяют для мелких деталей небольшой высоты. С увеличением высоты происходит размывание формы струей металла, его разбрызгивание и окисление, увеличивается количество неметаллических включений в теле отливки.

Б) Нижняя (сифонная) литниковая система применяется для средних и толстостенных отливок значительной высоты. Она обеспечивает спокойное заполнение формы расплавом.

В) Ярусная литниковая система обеспечивает последовательное питание отливки снизу вверх и ее применяют для крупных отливок. Недостатки – сложность в изготовлении и значительный расход расплава.

Г) Вертикально – щелевая система – разновидность ярусной. Предназначена главным образом для цветных сплавов.

Для выравнивания скоростей охлаждения толстых и тонких сечений применяют холодильники, в качестве которых, например, выступают металлические вкладыши, расположенные в толще стенок формы у массивных частей отливок.

Холодильники бывают наружные и внутренние по отношению к отливке. Внутренние выполняются из того же материала, что и отливки и полностью растворяются в жидком металле при заливке.

Литейные свойства сплавов

Качества литья зависит от литейных свойств металлов.

Температура разливки сплавов всегда превышает температуру их плавления, т.к. иначе сплавы не будут обладать нужной жидкотекучестью. Кроме того, в ряде случаев повышение температуры разливки благополучно влияет на строение сплавов, например, такого как серый чугун, вызывая измельчение графитовых включений. При более высокой температуре разливки из жидкой стали выделяются неметаллические включения. Однако перегрев[2] сплава должен быть ограничен определенными пределами, зависящими как от свойств самого сплава, так и от особенностей отливок, получаемых из него. Повышение температуры разливки в ряде случаев вызывает рост кристаллитов сплава, усиливает усадочные явления, увеличивает поглощение газов, повышает склонность сплава к горячим трещинам, ликвации и т.д.

Чем сложнее отливки и чем тоньше их стенки, тем более высокий перегрев должен иметь сплав при разливке его по формам.

11.1 Жидкотекучесть – способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и стержней. Она определяется по специальным технологическим пробам, заполняемым жидким сплавом при некоторой постоянной температуре заливки.

Жидкотекучесть стали, магниевых и др. сплавов определяют по прутковой пробе, получаемой в песчаной форме (рис.10, а: 1 – сама форма, 2 – канал, заполняемый жидким сплавом; 3 – литниковая воронка).

Жидкотекучесть чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов принято определять с помощью спиральной пробы трапециидального сечения. Модель состоит из спирали, имеющей на верхней поверхности выступы (на расстоянии, равном 50 мм), стояка и выпора.

Кроме того, для определения жидкотекучести стали пользуются пробами U-образного вида. В пробах этих трех типов жидкотекучесть определяют по длине (в см) заполненной части полости форм.

Жидкотекучесть повышается с повышением температуры перегрева сплава. Однако во избежание появления брака по усадке, пригара формовочной смеси, трещинам и т.д., температура сплава при заливке форм должна быть умеренно высокой.

Повышение содержания (до известного предела) C, Si, P улучшает жидкотекучесть чугуна. Сера, наоборот – снижает жидкотекучесть.

Жидкотекучесть резко понижается при наличии в жидком сплаве тугоплавких пленок и включений.

Жидкотекучесть можно повысить, увеличивая в сплавах содержание следующих компонентов:

Sn, Zn – в бронзах;

Si – в алюминиевых сплавах;

Al – в магниевых сплавах.

11.2 Плотность – свойство металла давать отливку без углублений, внутренних пузырей, пустот и газовых пор, возникающих в ней вследствие выделения газов, растворенных в жидком металле при охлаждении.

11.3 Усадка – при охлаждении сплава в форме происходит довольно быстрое уменьшение его объема. В течение нескольких секунд на всей поверхности сплава образуется мелкозернистая корочка, постоянно увеличивающаяся по толщине.

В связи с этим дальнейшее охлаждение и затвердевание сплава происходит внутри оболочки почти без контакта с окружающей атмосферой. В следствие уменьшения объема в отливках из ряда сплавов при этом образуются полости (усадочные раковины или рыхлоты).

Общее уменьшение объема и размеров отливок называется усадкой.

В литейном производстве различают объемную и линейную усадку. Под объемной усадкой подразумевают разнице между объемом жидкого сплава, заполнившего полость формы, и объемом отливки после ее полного охлаждения.

Линейной усадкой называют разницу линейных размеров полости формы и охлажденной отливки. Для удобства усадку обычно выражают в процентах по отношению к первоначальному объему жидкого сплава (объемная усадка) или первоначальным размером в полости формы (линейная усадка).

Объемная усадка – ;

Линейная усадка – .

Если при усадке сплава нет препятствий к уменьшению его объема и размеров, то такую усадку называют свободной.

Усадка меняется в зависимости от химического состава сплава. Так, усадка серого чугуна уменьшается при увеличении содержания углерода и кремния, а также при уменьшения марганца и серы. В алюминиевых сплавах уменьшает усадку увеличение содержания кремния, а также меди и магния наоборот, увеличивают усадку.

Практически при изготовлении отливок уменьшение их размеров происходит в условиях затрудненной усадки, при которой препятствиями являются выступающие части формы, стержни и т.д. Поэтому во многих случаях действительная усадка получается меньше, чем свободная. Действительная линейная усадка называется литейной и выражается в процентах. Величина литейной усадки всегда меньше свободной, причем разница между ними больше, чем крупнее и сложнее отливки.

Объемная усадка примерно в три раза больше линейной.

11.4 Ликвация – неоднородность по химическому составу как в отдельных частях отливки (зональная ликвация), так и в отдельных кристаллитах сплава (внутридендритная, внутрикристаллическая ликвация); кроме того, она может иметь место при значительно разной плотности составляющих сплава (ликвация по плотности).

Ликвация – крайне нежелательное явление в отливках, т.к. она может привести к понижению их свойств и даже к поломке в ликвационных зонах.

11.5 Поглощение газов. Металлы и сплавы способны поглощать значительное количество различных газов (водород, азот, кислород, окись углерода, углекислоту, метан и.т.), причем эти газы могут находиться в следующих состояниях:

а) в виде механических, сравнительно крупных включений, получившихся при перемешивании жидкого сплава с воздухом или др. газами;

б) в растворенном состоянии;

в) в виде химических соединений (окислы, нитриды, гидриды).

Поглощение газов при нагреве и плавлении металлов и сплавов происходит преимущественно из атмосферы печи, из ржавчины, из влаги исходных материалов и топлива.

Содержание газов может быть значительно понижено некоторыми приемами, например:

а) пропусканием через жидкий металл другого газа, не поглощаемого металлом, но способствующего удалению из него растворенных газов (например, для цветных сплавов – азот, для стали – окись углерода, для всех – инертные газы (аргон и др.);

б) плавка в вакууме.

Практически к моменту заливки в формы жидкие сплавы всегда содержат большее или меньшее количество газов, которые при понижении температуры сплава частично остаются в растворенном состоянии, а частично – выделяются.

При выделении газов в отливке при определенных условиях могут образовываться газовые раковины.

Причиной образования газовых раковин являются то обстоятельство, что по мере понижения температуры жидкого сплава уменьшается растворимость газов, и они должны выделятся из сплава, но при понижении температуры значительно увеличивается вязкость сплава, что затрудняет выведение газовых пузырьков.

Литейные сплавы

В качестве литейных материалов применяется чугун, сталь и сплавы цветных металлов.

12.1 Серый чугун обладает хорошей жидкотекучестью и неболь»шой линейной усадкой, стоимость его невысока. Применяется он для производства отливок простой и сложной конфигурации, разного веса и сечения. Однако он хрупок, имеет малое относительное удлинение, а поэтому не применяется для получения литых деталей, работающих под действием ударных нагрузок.

12.2 Сталь имеет более низкие литейные свойства, чем серый чугун. Однако сталь имеет более высокие механические свойства, чем серый чугун, и поэтому применяется для получения отливок, которые будут работать при больших ударных нагрузках.

12.3 Сплавы цветных металлов применяются в литейном производстве для отливок, от которых требуется прочность, малый вес, коррозионная стойкость.