Технологический процесс литья в песчано-глинистые формы

Литьё в песчано-глинистые формы имеет наиболее широкое приме­нение в машиностроении, где составляет от 60 до 90% от общего объёма производства литых заготовок. В зависимости от вида сплава, массы и га­баритов отливки, а также от типа производства применяют сырые, сухие или подсушенные песчано-глинистые формы. В массовом производстве применяют, как правило, только сырые формы.

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.