Схема литейного производства

Процессу изготовления отливки предшествуют такие этапы жизненного цикла, как выбор способа литья, разработка чертежа отливки, разработка технологического процесса литья (ТП), разработка технических заданий (ТЗ) и проектирование средств технологического оснащения (СТО), изготовление СТО – то есть необходимой технологической оснаст­ки и оборудования.

Технологический процесс изготовления отливки в общем виде вклю­чает следующие основные этапы:

плавку жидкого металла,

изго­товление (или подготовку, если форма многоразовая) литейной формы,

за­ливку металла, выдержку металла в форме для затвердевания и охлажде­ния,

выбивку (или извлечение) отливки из формы,

финишную обработку отливки.

В зависимости от вида сплава в литейных цехах используется сле­дующее плавильное оборудование:

вагранка (рис. 1.2,а – для плавки чугу­на),

дуговая электропечь (рис. 1.2,б – чугун, сталь),

пламенные печи (мар­теновская – для плавки стали, прочие пламенные – для плавки чугуна и цветных сплавов),

конвертер (сталь),

индукционная электропечь (рис. 1.2,в – все сплавы),

электропечь сопротивления (цветные сплавы).

Для получе­ния ответственных тонкостенных отливок из серого и ковкого чугуна ис­пользуются также дуплекс-процессы: «вагранка – дуговая электропечь», «вагранка – индукционная электропечь» и «вагранка – пламенная печь» [2,4,5,6,7].

Для заливки расплавленного металла в литейную форму применяют (рис. 1.3) разливочные чайниковые (чугун, цветные сплавы), барабанные (чугун) или стопорные ковши (сталь).

В соответствии с ГОСТ 18169 литейная форма – это система элемен­тов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка.Литейная форма, используемая для залив­ки расплавленным металлом лишь один раз и разрушаемая при извлечении отливки, называется разовой. Литейная форма, используемая для заливки расплавленным металлом более одного раза, называется многократной.

Наибольшее применение в литейном производстве (до 90%) имеют разовые песчаные формы. Прочие разовые формы имеют ограниченное применение.

После затвердевания и охлаждения до заданной температуры отлив­ка из формы извлекается либо путём разрушения формы (разовая форма), либо посредством раскрытия формы и выталкивания отливки (многократ­ная форма). Процесс извлечения отливки из разовой формы называется выбивкой. Литейные стержни в процессе выбивки отливок либо разруша­ются (разовые стержни), либо извлекаются из отливки для повторного ис­пользования (многократные стержни).

Далее отливка охлаждается на воздухе до комнатной температуры и поступает на финишную обработку, которая включает отделение от отлив­ки литниковой системы (отбивка, газовая резка, обрубка, механическая резка), очистку (галтовочный барабан, дробеструйная очистка, дробеметная очистка и др.), зачистку (питателей, заусенцев и запивов) абразивными кругами.

При необходимости отливки подвергают термической обработке (отжиг белого чугуна для получения ковкого чугуна, отжиг или нормали­зация отливок из углеродистой стали и др.), а также первичной механооб­работке. Содержание операций финишной обработки определяется спосо­бом литья, видом сплава, техническими требованиями к отливке.

Далее отливки проходят контроль (от визуального до ультразвуково­го и рентгеновского) и, как правило, окрашиваются (грунтовка).

Готовые отливки (литые заготовки, литьё) поступают в механиче­ские и другие цеха для размерной обработки.

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.