Общая характеристика технологического процесса литья

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Пример выполнения отчета по

лабораторной работе…………………………………………………………………..77

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………82

Введение

Настоящее методическое пособие предназначено для обеспечения необходимого уровня теоретической подготовки студентов при изучении курса "Технологические процессы в машиностроении" и, в частности, технологических процессов литья.

В методическом пособии дана общая характеристика технологиче­ских процессов литья, классификация литейных форм и процессов литья, устройство песчаной формы, описаны особенности ручной и машинной формовки, приведены основные технологические данные по наиболее ши­роко применяемым специальным видам литья - по выплавляемым моде­лям, в оболочковые формы, в металлические формы, под давлением, цен­тробежного.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Общая характеристика технологического процесса литья

Литейное производство - один из наиболее универсальных и рацио­нальных способов производства заготовок и деталей в машиностроении. Доля литых заготовок в конструкциях машин составляет от 20 до 90% по массе.

Литьё вошло в жизнь человека 5 тысячелетий назад и, по-видимому, ещё долго останется в его практике, постоянно совершенствуясь и разви­ваясь. Археологические находки свидетельствуют о высоком уровне полу­чения отливок в Киевской Руси. Мастера тех времён умело отливали брон­зовые зеркала и котлы, ювелирные изделия, топоры, наконечники копий и стрел, предметы церковного обихода. Вершина древнего русского литей­ного мастерства была достигнута " литцами " колоколов и пушек. Первые колокола на Руси появляются в X веке. Из 12 крупнейших колоколов раз­ных стран половина-русские (рис 1.1), из них три - уникальные: Москов­ский Царь - колокол (205 т.), Успенский (190 т.), Алексеевский (130 т.).

История литья пушек в России богата непревзойдёнными достиже­ниями умельцев и мастеров. Бронза русских пушек XVI - XVII вв. содер­жала от 7 до 10, 9% олова, что соответствует составу " пушечной " бронзы по современным технологиям. Более 40 т. весит знаменитая Царь - пушка (XVI в.). Для неё предназначались ядра массой около 1 т.

Уникальны по художественному совершенству и литейному мастер­ству памятник Петру I "Медный всадник" в Санкт - Петербурге, памятник А. С. Пушкину в Москве, колокол - памятник " Тысячелетие России " в Новгороде, литые чугунные узоры оград и решёток, художественное литьё Каслинского чугунолитейного завода[1].

Огромных успехов достигли русские и советские литейщики в об­ласти машиностроения. Современное литейное производство - это ком­плекс технологических процессов получения литых заготовок и деталей, масса которых составляет от нескольких грамм до 300 т., а габаритные размеры - от нескольких миллиметров до 20 метров. Многие способы ли­тья позволяют управлять процессом кристаллизации металла, получать от­ливки с уникальными свойствами и микроструктурой.

Рис.1.1. Крупнейшие колокола разных стран [1]:

1 - Московский Царь-колокол (вес 205 т), 2 - Успенский (вес 190 т) 3 - Алексе­евский (вес 130 т), 4 - Бирманский (вес 80 т), 5 - Японский (вес 75 т), 6 - Успенский (1817г., вес 65 т), 7 - Святой Иван (вес 57 т), 8 - Корейский (вес 50 т), 9 - Корейский (силла, вес 48 т), 10 - Маха Ганди (вес 42 т). 11 - Пекинский (вес 40 т), 12 - Годуновский (вес 36 т)

Сущность процесса литья

Технологический процесс литья – это способ получения заготовок или деталей посредством заливки расплавленного металла в рабочую по­лость литейной формы. В литейной форме металл затвердевает и охлажда­ется, в результате чего формируются геометрическая форма, размеры, качество поверхности, микроструктура и основные физико-механические свойства изделия, называемого отливкой. При этом наружные очертания отливки определяются рабочей полостью формы, а внутренние образуются фасонными вставками, называемыми стержнями [2]. После затвердевания и охлаждения отливку из формы извлекают и подвергают финишной обра­ботке.

Классификация литейных форм

По конструкции литейные формы бывают разъёмными (одна, две и больше плоскостей или поверхностей разъёма) и неразъёмными. Разъём­ные формы могут иметь горизонтальную или вертикальную плоскости разъёма.

В зависимости от типа производства, габаритов, сложности, толщи­ны стенок отливки и вида заливаемого металла литейные формы изготав­ливаются из различных материалов. Среди разовых форм наибольшее распространение, как указывалось выше, имеют песчаные

а)

Рис. 1.2. Оборудование для плавки металла:

а) вагранка (1 – копильник, 2 – шлаковая летка, 3 – летка для металла, 4 – пере­ходная летка, 5 – днище, 6 – колонны, 7 – опорное кольцо, 8 – лещадь, 9 – горн, 10 –фурма, 11 – воздушная коробка, 12 – огнеупорный кирпич, 13 – кожух, 14 – загрузочная площадка, 15 – чугунный «кирпич», 16 – загрузочное окно, 17 – загрузочный кран, 18 –искрогаситель, 19 – бадья, 20, 21 – рабочая калоша)

Рис. 1.2. Оборудование для плавки металла (продолжение):

б) дуговая электропечь для плавки стали или чугуна (1 – огнеупорный кирпич, 2 – же­лоб, 3 – шихта металлическая, 4 – кожух, 5 – стенка, 6 – свод, 7 – кабель, 8 – электродо-держатель, 9 – электрод, 10 – рабочее окно, 11 –механизм наклона, 12 – подина); в) ин­дукционная электропечь высокой частоты (1-водоохлаждаемый индуктор, 2 – металл жидкий, 3 – графитовый или набивной тигель)

Рис.1.3. Разливочные ковши: а) сифонный (чайниковый) ковш (1 – сифонная трубка): б) стопорный ковш (1 – пробка, 2 – стакан, 3 – наборная трубка, 4 – рычаг); в) барабанный ковш (1 – горловина, 2 – штурвал)

формы. Они из­готавливаются из специально составленных формовочных смесей, огне­упорной основой которых является кварцевый формовочный песок. В ка­честве связующего материала для формовочной смеси могут служить ог­неупорная формовочная глина, жидкое стекло, смолы холодного и горяче­го отверждения, холоднотвердеющие смолы в сочетании с поверхностно-активными веществами (для получения жидких формовочных смесей) и др. По

агрегатному состоянию песчаные формовочные смеси бывают сы­пучие, пластичные и жидкие (жидкоподвижные).

Вид связующего материала и способ упрочнения формовочной смеси определяют и соответствующий вид песчаной формы:

песчано-глинистая сырая;

песчано-глинистая сухая,

песчано-глинистая подсушенная;

песчано-жидкостекольная (по СО₂-процессу);

песчано-жидкостекольная из пла­стичных самотвердеющих смесей (по ПСС-процессу);

песчано-жидкостекольная из жидких самотвердеющих смесей (по ЖСС-процессу);

песчано-смоляная из холоднотвердеющих смесей (по ХТС-процессу);

песчано-смоляная, отверждаемая при продувке газообразным катализатором (по Ашланд-процессу) и др.

Известны литейные песчаные формы, изго­товленные без связующего материала (замороженные, по пенополистироловым моделям, песчаные вакуумно-плёночные). Наибольшее применение в машиностроении имеют разовые песчано-глинистые формы, как наибо­лее дешевые и универсальные.

По толщине стенок песчаные формы подразделяют на тонкостенные, позволяющие в той или иной мере воздействовать извне на процесс за­твердевания и охлаждения отливки в форме (толщиной до 20-50 мм), и толстостенные, или объёмные песчаные формы, процесс затвердевания и охлаждения отливки в которых определяется лишь теплофизическими свойствами материала формы.

Среди многократных литейных форм наибольшее применение име­ют металлические формы, изготавливаемые из серого и высокопрочного чугунов, углеродистых и легированных сталей, алюминиевых сплавов, по­крытых термостойким анодным слоем (с водяным охлаждением).

Классификация современных литейных форм представлена на рис.1.4.

Чертёж отливки

Исходным документом для разработки чертежа отливки служит чер­тёж детали (рис.1.6,а) [15]. Отливка отличается от детали

припусками на механическую обработку,

наличием литейных радиусов и литейных укло­нов,

отсутствием некоторых отверстий (диаметром менее 10-20 мм), которые целесообразнее получать механической обработкой (сверле­нием). В некоторых случаях отливка снабжается технологическими напус­ками, рёбрами, стяжками (рис. 1.6,б).

Припуск на механическую обработку - это дополнительный слой ме­талла, который удаляется при механической обработке с целью получения заданной точности, а также качества поверхности, получение которых не обеспечивает данный технологический процесс литья.Величина припуска регламентируется ГОСТ 26645-85 и зависит от способа литья, габарит­ных размеров отливки, её материала. Припуск на обработку составляет от 0,5 до 20 и более миллиметров на сторону.

Литейные уклоны служат для облегчения извлечения модели из формы при изготовлении последней: поверхности модели (а, соответст­венно и отливки), перпендикулярные к плоскости разъема формы, распо­лагают под небольшим углом к вертикали. Аналогичную функцию литей­ные уклоны выполняют и в стержневых ящиках, облегчая извлечение из них стержней.

Литейные уклоны регламентируются ГОСТ 3212 и находятся в пре­делах от 0,5° до 3°.

При литье в металлические формы литейные уклоны обеспечивают беспрепятственное извлечение из формы отливки.

Литейные радиусы обусловлены поверхностным натяжением зали­ваемого металла, в силу которого жидкий металл не заполняет прямые и острые углы рабочей полости формы. Литейные радиусы способствуют

Рис.1.4. Классификация литейных форм

Рис. 1.5. Классификация способов литья

Рис. 1.6. Исходный чертеж детали «Втулка» (а), чертеж отливки (б) и чертеж ли­той детали (в): 1 - литейный уклон, 2 - литейный радиус, 3 - припуск на обработку

также лучшему уплотнению формовочной смеси в углах рабочей полости формы, уменьшают вероятность образования в отливках трещин. Величи­на литейных радиусов - от 0,5 до 20 мм, а при литье толстостенных заго­товок может достигать 200 мм.

Чертёж отливки (рис. 1.6, б) разрабатывается, в соответствии с ГОСТ2.423, на основании технологических указаний на чертеже детали: плоско­сти разъёма формы, количества и конфигурации стержней, припусков на обработку, литейных уклонов и радиусов, мест подвода металла (питате­лей), расположения выпоров и прибылей.

При определении плоскости разъёма формы (и модели) обрабаты­ваемые поверхности отливки располагают книзу или вертикально, т.к. верхние части отливки всегда более загрязнены и качество металла в них ниже.

Для повышения точности отливки желательно её располагать, если это возможно, в одной полуформе (лучше - в нижней). Конфигурация мо­дели должна позволять, по возможности, её извлечение из формы без отъ­ёмных частей и без дополнительных стержней. Количество стержней в форме должно быть минимальным. Зачастую плоскость разъёма формы совпадает с осью симметрии отливки. Рекомендации по определению ра­циональной плоскости разъемы формы даны во второй части п.2.

На чертеже отливки записываются также технические требования, указываются, при необходимости, базовые поверхности при механической обработке, записываются данные о точности и массе отливки в соответст­вии с ГОСТ 26645-85.

Устройство песчаной формы

Литейная песчаная форма является разъёмной и в большинстве слу­чаев состоит из двух полуформ (рис.2.1). Плоскость, разделяющая эти по­луформы, называется плоскостью разъёма формы. Она может быть гори­зонтальной или вертикальной. Большинство литейных форм имеет гори­зонтальную плоскость разъёма. Такие формы, соответственно, состоят из верхней и нижней полуформ.

Рис. 2.1. Устройство песчаной литейной формы (эскиз):

1 - полуформа нижняя, 2 - полуформа верхняя, 3 - плоскость разъема формы, 4 - опока нижняя, 5 - опока верхняя, 6 - штырь центрирующий, 7 - груз, 8 - вентиляционный накол, 9 - литниковая чаша, 10 - стояк, 11 - шлакоуловитель, 12 - зумпф, 13 – питатель, 14 – рабочая полость формы, 15 – стержень песчаный, 16 – выпор.

Внутри формы, собранной из двух полуформ, располагают рабочую полость, получаемую с помощью специального инструмента - литейной модели. В рабочую полость формы заливают расплавленный металл. На­личие двух полуформ определяется необходимостью извлечения из формы модели (моделей) после уплотнения формовочной смеси и установки пес­чаных стержней, а также для размещения в плоскости разъёма каналов литниковой системы. При этом формовочная смесь уплотняется в специ­альных металлических рамках, называемых опоками. Иногда при машин­ной формовке используют наполнительные рамки, которые устанавливают на опоки. Применяют также и безопочные формы.

Для получения в отливке отверстий и внутренних полостей приме­няют литейные песчаные стержни, которые выполняют из стержневой смеси и изготавливают отдельно от полуформ, высушивая или отверждая химическим способом, а затем вставляют в форму при её сборке. Таким образом, наружные очертания рабочей полости определяются конфигура­цией модели, а внутренние - конфигурацией литейных стержней. В неко­торых случаях стержни используются и для формирования наружной по­верхности отливки. При извлечении отливки из формы песчаные стержни разрушаются, то есть также являются разовыми. Для сложных отливок ко­личество стержней может достигать нескольких десятков (рис.2.2).

Для установки и фиксации в форме стержни снабжают специальны­ми опорными элементами, называемыми знаками. Знаки выходят за грани­цы отливки и являются продолжением тех частей стержня, которые фор­мируют в отливках отверстия. По расположению в форме знаки бывают вертикальными и горизонтальными. Вертикальные знаки имеют уклон 10° - 15°, горизонтальные - либо без уклона, либо с уклоном в тех же пределах. Длина знака зависит от его поперечного сечения и массы стержня и со­ставляет от 20 до 100мм. Между знаками стержня и знаками формы преду­сматривают зазоры (0,3-2мм).

Форма заполняется расплавленным металлом через систему каналов, называемую литниковой системой.

Литниковая система включает:

литни­ковую чашу,

стояк,

зумпф,

шлакоуловитель,

питатели,

выпоры,

прибыли

и другие элементы.

а)

б)

Рис. 2.2. Литая заготовка «Крышка» из алюминиевого сплава (а) и комплект стержней (б) для ее получения, изготовленных в нагреваемой оснастке (Львовский ав­тобусный завод)

При заливке в форму расплавленный металл из разливочного ковша попадает в чашу. Литниковую чашу располагают либо в верхней части верхней полуформы, либо изготавливают отдельно и устанавливают на форму сверху.

По стояку металл течёт к плоскости разъёма формы, после чего по­падает в горизонтальный канал, называемый шлакоуловителем. Шлако­уловитель располагают в верхней полуформе. Его назначение - подвод жидкого металла к питателям, а также улавливание частичек шлака и не­металлических включений. Под стояком, в нижней полуформе, делают уг­лубление со сферической поверхностью, которое называется зумпф. Зумпф предотвращает размыв формы при изменении направления движения ме­талла.

Из шлакоуловителя металл переходит в питатели, по которым попа­дает в рабочую полость литейной формы. Количество питателей в форме может достигать нескольких десятков. Питатели располагаются в нижней полуформе. По мере заполнения литейной формы металлом находящийся в рабочей полости формы воздух оттесняется кверху. Для отвода воздуха из формы в момент заливки служат выпоры - вертикальные каналы в верхней части рабочей полости.

Для предотвращения образования усадочных раковин в массивных частях отливки в форме создают прибыли - специальные полости, расши­ряющиеся кверху, в которых заливаемый металл затвердевает позднее, чем в отливке, благодаря чему усадочная раковина «переходит» в прибыль (рис.2.3). Обычно прибыли применяют при заливке в форму сплавов, усад­ка которых более 1% (сталь, цветные сплавы).

На литниковую систему расходуется значительная доля заливаемого в форму металла. Выход годного, то есть отношение массы металла отлив­ки к массе залитого металла, выраженное в процентах, для различных сплавов может составлять от 75-80% (для чугунных отливок) до 50% (для стали и цветных сплавов).

При заливке жидкого металла в форме возникают гидростатическое и гидродинамическое давления, в результате чего верхняя полуформа мо­жет приподняться. Для предотвращения этого на собранную форму накла­дывают груз, масса которого в 3-5 раз превышает массу заливаемого в форму металла. Вместо груза полуформы (опоки) скрепляют также клино­выми скобами, струбцинами, редко - болтами.

С момента контакта жидкого металла с формой начинается интен­сивный её прогрев. В результате различные составляющие формовочной смеси (каменный уголь, мазут, вода и др.) выделяют большое количество различных газов, в том числе горючих, а также пара. Особенно в сложных условиях находятся песчаные стержни. Несмотря на существенную порис­тость песчаных форм и стержней (их «газопроницаемость»), для отвода га­зов от отливки в верхней и нижней полуформах создают дополнительную систему вентиляции - путём накалывания вентиляционных каналов (вен­тиляционных наколов). Аналогичные вентиляционные каналы делают и в стержнях.

Рис. 2.3. Примеры использования прибыли при литье сплавов с большой усадкой (сталь, цветные сплавы): а) Типы прибылей (1 - отливка,2 - прибыль открытая, 3 -прибыль боковая закрытая, 4 - прибыль закрытая, 5 - прибыль с атмосферным давле­нием, 6 - усадочная раковина, 7 - песчаный стержень); б) Отливка «Втулка» с массив­ной ребордой (1 - отливка, 2 - выпор, 3 - прибыль открытая)

Песчано-глинистая форма уплотняется и транспортируется в специ­альных металлических рамках, называемых опоками. Опоки изготавлива­ют из алюминиевых сплавов, стали, чугуна. Боковые стенки опок снабжа­ются отверстиями для выхода из формы газов. На обоих плоскостях опоки обычно снабжаются буртиками - для лучшего удержания уплотнённой формовочной смеси. Большие опоки имеют также рёбра жёсткости - «шпоны», удерживающие уплотнённую формовочную смесь и придающие большую жёсткость опоке.

Опоки также снабжают специальными прили­вами - «ушками» для расположения в них центрирующих отверстий («сис­темы координат»). Крупные опоки имеют также специальные приливы - цапфы для их транспортирования и кантования.

В литейной форме можно получить до нескольких десятков отливок одновременно. При этом все отливки должны, по возможности иметь идентичный подвод металла и заливаться через общую литниковую систе­му. Сечения основных элементов литниковой системы рассчитываются.

Технологическая оснастка

Технологическая оснастка включает модели (полумодели), подмо-дельные плиты с моделями, стержневые ящики, опоки, наполнительные рамки и др.

Модель - это инструмент для получения рабочей полости формы (рис. 2.4), формирования наружной поверхности отливки.

Рис.2.4. Чертеж модели для отливки «Втулка»: 1 - модель отливки (древесина), 2 - знак, 3 - плоскость разъема модели

Размеры модели больше размеров отливки на величину усадки заливаемого металла (ли­нейной усадки). Линейная усадка зависит от материала отливки и в мень­шей степени от ее геометрической сложности. Ее величина составляет 0,5-2,5 %.

Для формирования в форме опорных площадок для установки стержней (знаков) на модели выполняют соответствующие выступы - зна­ки модели.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве модели изготав­ливают деревянными, в серийном и массовом производстве - металличе­скими (сплавы алюминия, меди, серый чугун, сталь).

Деревянные модели изготавливают из хвойных или благородных по­род дерева, многослойными, клееными, с тщательной сушкой. Деревянные модели окрашивают масляными красками и лаками для предохранения от влаги, находящейся в воздухе, а также в формовочной смеси. Красный цвет моделей - для чугунного литья,

серый цвет - для стального литья. Зна­ки модели окрашивают черной краской.

В зависимости от геометрической сложности отливки и технологии изготовления формы модель может быть неразъёмной или разъёмной. В большинстве случаев разъёмные модели изготавливают из двух половин (двух полумоделей). Плоскость, которая их разделяет, называется плоско­стью разъёма модели.

Как правило, плоскости разъёма формы и модели совпадают. По­верхности модели, перпендикулярные к плоскости её разъёма, выполняют с литейным уклоном - для лёгкого извлечения модели из уплотнённой (уп­рочнённой) полуформы.

При изготовлении формы модель свободно устанавливается (ручная формовка) или жёстко закрепляется (машинная формовка) на специальной плите, которая называется подмодельной. Кроме модели, на подмодельной плите устанавливаются или закрепляются также и необходимые модели элементов литниковой системы.

При жёстком закреплении модели на подмодельной плите последняя снабжается неподвижными штырями - для установки опок и их строгой ориентации по отношению к модели. Подмодельные плиты бывают также двухсторонними. По материалу подмодельные плиты могут быть дере­вянными или металлическими.

Стержневой ящик - это инструмент для изготовления стержня (стержней), в том числе и его знаков. Стержневые ящики бывают откры­тыми (неразъёмными) или закрытыми (разъёмными). Они могут иметь отъёмные части. По материалу стержневые ящики бывают деревянными или металлическими. Конструкция стержневого ящика зависит в значи­тельной степени и от технологии изготовления стержней: при пескодувном способе заполнения стержневой смесью стержневые ящики снабжают вдувными отверстиями и вентами, при отверждении стержней в стержне­вом ящике - толкателями и т.д. Стержневые ящики могут быть одномест­ными и многоместными.

В соответствии с чертежом отливки поверхности стержневого ящика, перпендикулярные разъёму стержневого ящика, снабжаются литейными уклонами. Размеры стержневого ящика (и стержня) определяются с учётом усадки металла отливки. Рабочие поверхности стержневого ящика сопря­гаются посредством литейных радиусов.

Модели, стержневые ящики, подмодельные плиты и другие виды ли­тейной оснастки изготавливают в модельном цехе машиностроительного завода по соответствующим чертежам, разработанным на основании чер­тежа отливки.

В опоках,

безопочная формовка,

формовка в стержнях.

Наибольшее применение имеет формовка в двух опоках - ручная или машинная. Ручная формовка применяется в индивидуальном производстве, машинная - в серийном и массовом. Характерной особенностью ручной формовки является зависимое изготовление нижней и верхней полуформ, так как полумодели «верха» и «низа» не закреплены на подмодельных плитах. При машинной формовке нижняя и верхняя полуформы изготав­ливаются параллельно и независимо друг от друга. Точное совпадение ра­бочих полостей двух полуформ обеспечивается строгим закреплением по­лумоделей «верха» и «низа» на подмодельных плитах по отношению к системе координат - центрирующим штырям.

На нижней подмодельной плите жестко закрепляют и модели эле­ментов литниковой системы - зумпфа и питателей, на верхней подмодель­ной плите - модель шлакоуловителя. Модели выпоров, стояка с чашей и прибылей делают, как правило, съёмными, устанавливаемыми на верхнюю модель с помощью цилиндрического выступа (штифта).

На рис 2.5 показана последовательность изготовления песчано-глинистой формы в парных опоках. При этом используются подмодельные плиты с закрепленными полумоделями, предназначенными для машинной формовки, а уплотнение полуформ - ручное. Подобная технология иногда применяется в литейных цехах.

На рис. 2.5. представлены также некоторые операции и переходы из­готовления песчано-глинистых полуформ и операция сборки песчано-глинистой формы.

Изготовление (формовка) нижней полуформы включает следующие переходы (рис. 2.5, а): установку на подмодельную плиту нижней опоки, нанесение на поверхность модели и подмодельной плиты разделительного материала (cуxoгo или жидкого), послойную засыпку в опоку формовочной смеси, уплотнение формовочной смеси в опоке, срезание излишка смеси, выполнение вентиляционных наколов на верхней плоскости полу­формы, извлечение (протяжка) модели (рис. 2.5, б).

Плотность исходной формовочной смеси находится в пределах 1000-1200кг/м³, уплотненной - 1700-1850 кг/м³. Извлечение модели из нижней полуформы (протяжка модели) достигается за счёт параллельного переме­щения подмодельной плиты с нижней полумоделью вниз, или перемеще­ния нижней опоки с уплотнённой полуформой вверх (рис.2.5,б). Конкрет­ная схема протяжки модели зависит от геометрической сложности модели, способа уплотнения смеси и, в конечном счёте, от конструкции формовоч­ной машины. При извлечении модели из формы применяют вибрацию.

Операция изготовления верхней полуформы аналогична операции изготовления нижней полуформы. Однако, после установки на верхнюю подмодельную плиту верхней опоки устанавливают также съёмные модели элементов литниковой системы - выпоров, чаши и стояка, прибылей (рис.2.8,в).

Извлечение модели из верхней полуформы начинают с извлечения моделей съемных элементов литниковой системы (рис. 2.8,г).

При некоторых способах уплотнения формовочной смеси в опоке (прессование, встряхивание с подпрессовкой и др.) на опоку устанавлива­ют еще один элемент оснастки - наполнительную рамку (на рис 2.5 не по­казана), и формовочную смесь засыпают всю сразу - в опоку и в наполни­тельную рамку. После уплотнения смеси указанными способами наполни­тельную рамку с опоки снимают, затем срезают излишки смеси и делают вентиляционные наколы.

Операция сборки формы включает следующие переходы: установку нижней полуформы на подопочный щиток (плиту) плоскостью разъёма кверху, установку стержней, обдув нижней полуформы для удаления ко­мочков формовочной смеси и пыли, установку верхней полуформы на нижнюю по штырям, установку груза (или скрепление полуформ скобами, болтами).

Максимальное время между сборкой формы и заливкой металла в сырые формы не должно превышать 6 часов.

Прессование верхнее,

прессование нижнее,

прессование дифференциальное (многоплунжерной колодкой, диафрагменное),

вибропрессование,

пескодувное с подпрессов­кой,

пескометное,

импульсное (формовка взрывом).

Наибольшее примене­ние в массовом производстве имеют встряхивание с подпрессовкой, прессование верхнее (до 40 кгс/см²), прессование дифференциальное.

Рис. 2.5. Технологический процесс изготовления песчано-глинистой формы в парных опоках: а) изготовление нижней полуформы, б) извлечение (протяжка) модели из нижней полуформы, в) - изготовление верхней полуформы

Рис.2.5. Технологический процесс изготовления песчано-глинистой формы в парных опоках (продолжение): г) извлечение моделей из верхней полуформы, д) сборка формы

Пер­спективным способом уплотнения представляется импульсное уплотнение, уже нашедшее применение в промышленности. Технологические схемы некоторых способов уплотнения песчано - глинистых форм представлены на рис. 2.6, 2.7.

2.6. Выбивка отливокиз формы

Извлечение отливок из песчано-глинистой формы осуществляется путём её разрушения и называется выбивкой. Для выбивки отливок при­меняют в основном вибрационные решётки. При этом песчаную форму ставят на раму вибрационной решётки и включают двигатель. Благодаря вибрации песчаная форма разрушается, формовочная смесь просыпается через ячейки решётки на транспортное устройство и доставляется в смесе-приготовительные отделения. Отливка остаётся на решётке, откуда транс­портируется в обрубное отделение для финишной обработки. При выбивке отливок частично выбиваются и стержни.

Финишная обработка

Финишная обработка отливок включает операции обрубки, очистки, зачистки, выбивки стержней, термообработку (при необходимости), ис­правление дефектов, контроль, окраску (грунтовку), иногда - эмалирование, первичную механическую обработку отливок,

Обрубка - это отделение от отливок литниковой системы, а также удаление остатков питателей и крупных заусенцев (заливов). Литниковую систему чугунных отливок отбивают, отливок из пластичных сплавов - от­резают газовой или воздушно-дуговой резкой, ленточными или дисковыми пилами.

Очистку отливок от пригоревшей песчаной смеси производят в гал­товочных барабанах, методами дробомётной, дробеструйной и вибрацион­ной очистки, гидропескоструйным и электрохимическим способами (рис 2.8.).

Зачистка предусматривает собой удаление с поверхности отливок следов литниковой системы, заливов по плоскости разъёма, прочих за­усенцев наждачными кругами, иногда - в штампах на специальных прес­сах.

Стержни мелких отливок выбиваются при очистке в галтовочных ба­рабанах и при дробеметной очистке. Стержни из крупных отливок выби­ваются в гидравлических камерах методом электрогидравлической выбив­ки, на вибрационных решетках, вручную.

В зависимости от вида сплава в литейных цехах выполняют следую­щие виды термообработки: отжиг белого чугуна на ковкий чугун, гомоге­низацию, старение, отжиг и отпуск алюминиевых и магниевых сплавов, отжиг или нормализацию отливок из стали.

Исправление дефектов отливок (усадочные раковины, трещины) производят газовой или электродуговой сваркой с подогревом или без по­догрева отливок, пайкой, металлизацией, пропиткой специальными соста­вами.

Контроль качества отливок - одна из наиболее ответственных опера­ций финишной обработки. В зависимости от предъявляемых требований отливки могут контролироваться визуально (или с помощью приборов) по следующим параметрам: качество поверхности, наличие наружных и скрытых дефектов, макро и микроструктура, твёрдость, прочность и дру­гие механические свойства отливки, геометрическая и массовая точность, коррозионная стойкость, герметичность, немагнитность и др.

Наряду с разрушающими методами контроля (механическое разреза­ние отливок для контроля внутренних дефектов, механических свойств и микроструктуры) применяют и неразрушающие методы: ультразвук, элек­тромагнитные колебания, магнитную дефектоскопию, рентгенографию и рентгеноскопию, методы проникающих жидкостей.

Операция грунтовки (окраска отливок) производится либо путём окунания (погружения отливок в нитрокраску), либо пневматическими пистолетами в окрасочных камерах с последующей естественной сушкой.

В некоторых случаях в обрубных отделениях литейных цехов произ­водят первичную механическую обработку отливок (обработка базовых поверхностей).

При производстве отливок сантехнического назначения (ванн, рако­вин) в литейных цехах выполняют и операцию эмалирования.

Специальные способы литья

Специальные способы литья по сравнению с литьём в песчаные формы обеспечивают большую точность отливок, повышают качество по­верхности, снижают припуски на механическую обработку. Некоторые из них позволяют резко сократить или ликвидировать потребность в формо­вочных и стержневых материалах, улучшить условия труда. Стоимость деталей, как правило, уменьшается. Однако в некоторых случаях стои­мость литых заготовок может повышаться. Общий объём производства ли­тых заготовок специальными способами литья в машиностроении не пре­вышает 15%. Большое распространение в машиностроении получили такие специальные способы, как литье по выплавляемым моделям, оболочковое литье, литье в кокиль и под давлением, центробежное.

Литье в оболочковые формы

При этом способе литья расплавленный металл заливают в тонко­стенные оболочковые формы, изготовленные из песчано-смоляных смесей по нагреваемой оснастке.Толщина оболочковых форм от 5 до 20 мм, фор­ма состоит из 2-х полуформ, которые, как правило, склеиваются. Приме­няют оболочковые формы как с вертикальной, так и с горизонтальной плоскостями разъема. Для получения внутренних полостей отливок ис­пользуют песчано-смоляные оболочковые (тонкостенные), либо монолит­ные стержни. Форма и стержни имеют высокую газопроницаемость, что способствует хорошему заполнению формы металлом, получению тонко­стенных отливок.

Оболочковая смесь состоит из сухого кварцевого формовочного пес­ка (основа смеси) и порошкообразной фенолоформальдегидной термореак­тивной смолы (5-7% по массе).

Применяют либо механические смеси, либо плакированные. В по­следнем случае смола наносится на поверхность зерен песка по специаль­ной технологии. Термореактивная смола при нагревании расплавляется, а затем необратимо затвердевает. Термостойкость затвердевшей смолы свыше 700 °С.

Оболочковые формы изготавливают по нагреваемой металлической оснастке бункерным, насыпным, либо пескодувным способами. Широкое применение в промышленности нашел бункерный способ, который обес- печивает лучшее качество оболочковых форм. Оболочковые полуформы изготавливают одновременно: на одной подмодельной плите монтируют две полумодели. Материал моделей - сталь, серый чугун.

Литье в оболочковые формы применяют при производстве ответственных отливок из стали, серого и высокопрочного чугунов, бронзы, латуни в условиях серийного и массового производства (коленчатые валы и: высокопрочного чугуна, гильзы ребристых цилиндров из серого чугуна для тракторных двигателей и мотоциклов, детали гидронасосов, рабочие и направляющие колеса турбонасосов, звенья цепей из жаростойкого сплава вентили и др.). Способ применяется в промышленности с начала 50-х годов.[2,4,5,6,7,11,12].

Технологический процесс литья в оболочковые формы можно разде­лить на 6 основных этапов.

Первый этап - выплавить жидкий металл - определяется в основном видом заливаемого сплава. Для плавки, в частности, черных металлов ши­роко используются дуговые электропечи. Заливка металла в формы (тре­тий этап) осуществляется с помощью чайниковых ковшей средней емкости (до 500 кг).

Специфику ТП определяет в основном второй этап - изготовить обо­лочковую форму. Этот этап включает 6 основных операций:

изготовить оболочковую смесь,

изготовить стержни,

изготовить оболочковые полуформы,

собрать и склеить оболочковую форм,

охладить и установить оболочковую форму в ко