Технология литья в песчано-глинистые смеси.

Одним из основных видов литейной технологии является получение от-ливок в песчано-глинистых смесях (или как говорят «по земле»). Это один из старейших процессов получения изделий литьем, поэтому ему присущи те же недостатки, что и были в прошлое время. Однако от этого процесса до сих пор нельзя отказаться, и он, наряду с новыми технологиями, широко исполь-зуется, в частности, и для получения художественного литья.

Технологическая схема стандартного процесса получения отливок ме-тодом литья в «землю» представлена на рис. 1. Согласно этой схеме, если ис-ключить подготовительные этапы перед собственно получением отливки, а именно: вопросы проектирования, конструирования и изготовления моделей, оснастки, стержневых ящиков, то для получения отливок одним из важней-ших этапов является приготовление формовочных материалов и собственно их формовка, т.е. получение отпечатка модели изделия.

Формовочные смеси.

Для получения качественных отливок в песчаных формах большое зна-чение имеют формовочные смеси - т.е. материал, из которого делают форму и в которую затем заливают металл для получения отливки. Качество формо-вочных смесей зависит от качества исходных материалов. Формовочная сме-сь, как правило, состоит из трех компонентов: наполнителя, связующего и специальных добавок.

Разработка технической документации

Рис. 1. Схема технологического процесса получения отливок в формах

из песчано - глинистых смесей.

Наполнители – основные по объему компоненты формовочной смеси, обладающие относительно высокой огнеупорностью, термической стой-костью, инертностью к расплавленному металлу, механической прочностью, низким коэффициентом термического расширения, однородным зерновым составом и минимальной стоимостью. На первых этапах развития литейного производства в качестве наполнителей применялись кварцевые пески и пыле-видный кварц (маршалит). В связи с ростом требований к качеству отливок стали использовать и другие природные, а также искусственные материалы.

Связующие материалы являются компонентами, которые скрепляют наполнитель, не давая ему рассыпаться. Основными характеристиками связу-ющих являются прочность на сжатие смеси связующего с наполнителем в отвержденном состоянии, температура начала деструкции и количество вы-деляющихся при этом газов, т.е. газотворность. В литейном производстве в качестве связующих используется большое количество материалов - прежде всего, огнеупорная глина, а также портландцемент, жидкое стекло, синтети-ческие смолы; а при изготовления стержней – жидкое стекло с порошкооб-разными и жидкими отвердителями, фенолфурановые, фенолформальдеги-дные, карбамидно-фурановые, а также фосфатные связующие.

Добавки – компоненты, которые служат для регулирования технических свойств смесей. Добавки к наполнителям используют обычно в виде тонкодисперсных материалов (порошков), увеличивающих плотность смеси. Они повышают прочность смеси за счет активации системы «наполнитель – связующее», препятствуют проникновению металла в форму как порозаполнители. Добавки к связующему бывают нескольких типов: отвердители, пенообразователи (поверхностно-активные вещества – ПАВ) и модификаторы.

В разрыхленном состоянии смесь, выпущенная из смесителя, имеет очень малую прочность, поэтому ее необходимо уплотнить для увеличения ее прочности. Для уплотнения смеси применяют различные способы: уплот-нение трамбовками, прессование, вибропрессование, встряхивание, вдувание и выстреливание смеси (пескодувный и пескострельный способы), метание порций смеси (пескометный способ), вакуумирование форм и др. В процессе уплотнения смеси изменяется ее структура и возрастает плотность.

Общее положение состоит в том, что в большинстве случаев качествен-ные отливки получаются при относительной плотности смеси 85-90 % от максимально возможной для данного состава.

Далее возникает вопрос выбора состава формовочной смеси, так как она может быть как высококачественной, так и не очень. На практике выбор состава смеси обусловлен ее назначением. Наиболее распространены песча-но-глинистые смеси, которые подразделяют следующим образом:

а) по применению при формовке на облицовочные, наполнительные и единые;

б) по роду заливаемого металла: для чугуна, стали и цветных металлов.

Облицовочной называют формовочную смесь повышенного качества, из которой выполняют рабочую поверхность формы толщиной от 10 до 40 мм, которая соприкасается с расплавом. Эта смесь должна иметь высокую пластичность, газопроницаемость, прочность и огнеупорность. Она содержит 50 – 90% свежих формовочных материалов, а остальное – регенерированную (т.е. уже использованную ранее) оборотную смесь.

Наполнительной называют формовочную смесь более низкого качест-ва, которая используется для заполнения объема формы, оставшегося после нанесения облицовочного слоя. В ее состав входит 95 – 98% оборотной реге-нерированной смеси и только 5 – 2% свежих формовочных материалов.

Единая формовочная смесь занимает по качеству промежуточное поло-жение. Она применяется при машинном производстве мелких форм, предназ-наченных для тонкостенных отливок. В ее состав входит 85 – 95% оборотной регенерированной смеси и 15 – 5% свежих формовочных материалов. В сос-тав облицовочных и единых смесей, кроме глины, часто вводят противопри-гарные добавки.

Формовка.

Согласно технологии получения отливок следующим этапом является изготовление форм, стержней и их сборка. Эта операция, называемая «фор-мовкой», самая сложная и трудоемкая в схеме изготовления отливки. На нее приходится от 30% до 60% общей трудоемкости изготовления отливок. Фор-

мовка бывает следующих видов: ручная по моделям в почве и в опоках, шаб-лонная формовка, машинная формовка.

Согласно ГОСТ 18169-86, литейная форма есть «система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным метал-лом формируется отливка». Элементы, образующие рабочую полость, изго-тавливают по отдельности, и при сборке они составляют единую литейную форму. Ниже приведены элементы формы:

1. Основные части формы образуют те поверхности рабочей полости, которые оформляют внешние поверхности отливки. Внешние боковые поверхности частей формы образуются опокой (см. далее). Если формовка производится в двух опоках, то при заливке их называют верхней и нижней полуформами. Поверхность соприкосновения двух полуформ называют линией разъема (иногда ладом).

2. Литейные стержни образуют те поверхности рабочей полости, которые оформляют преимущественно внутренние поверхности отливки, создавая в них полости и углубления. Сборочные операции со стержнями выполняются с помощью знаков. Знаки представляют собой выступы на стержнях, вставляемые при сборке в соответствующие углубления форм.

3. Холодильники – специальные приспособления в опоке, создающие условия для ускоренного охлаждения отдельных частей отливки.

Для образования внешних поверхностей литейной формы служит моде-льно-опочная оснастка. Опоки представляют собой ящики без дна и крышки, в которые помещается формовочная смесь и изготовляется верхняя и нижняя полуформы. Они имеют приспособления для транспортировки и сборки по-луформ. Модели служат для получения рабочих поверхностей полостей форм, а стержневые ящики – для получения стержней. Стержневые ящики имеют вид сосудов, в которых стержневая смесь приобретает заданную кон-фигурацию и размеры. Процесс изготовления литейных форм и стержней (с помощью модельно-опочной оснастки) из формовочных и стержневых смесей называют формовкой.

Формовка по цельной модели в двух опоках.

Для иллюстрации процесса формовки приведем описание ее по цель-

ной модели в двух опоках (рис. 2). Модель кладут гладкой поверхностью на подмодельную плиту (рис. 2 г). Затем на нее ставят опоку (впоследствии она станет нижней), через сито насеивают слой облицовочной смеси, после чего в несколько приемов слоями толщиной до 50-70 мм засыпают наполнительную смесь и утрамбовывают ее. Излишек смеси сверху опоки срезают линейкой и делают душником наколы 1, не доходящие до модели на 10-15 мм (рис. 2 д). Набитую нижнюю опоку переворачивают на 180⁰, плоскость разъема опок заглаживают гладилкой, посыпают разделительным песком и модель накрывают верхней опокой. После этого в верхней опоке размещают модели стояка и выпоров с таким расчетом, чтобы они были достаточно удалены от стенок и крестовин опоки (рис.2 е). После уплотнения смеси в верхней опоке и извлечения из формы модели стояка и выпоров опоку поднимают и кладут на ребро или поворачивают на 180⁰. Затем из нижней опоки удаляют модель, а форму исправляют, обдувают и припыливают и при необходимости ставят стержни. Затем верхнюю опоку по штырям осторожно устанавливают на нижнюю (рис. 2 ж). Точное центрирование при спаривании опок производится с помощью контрольных штырей, вставляемых в отверстия центрирующих ушек. Во избежание прорыва металла через плоскость разъема во время заливки опоки скрепляются металлическими скобами.

Рис. 2. Формовка в двух опоках по цельной модели:

а – отливка; б – модель; в – стержень; г, д, е, ж– операции формовки.