Изготовление литейной формы, получение отливки
Рассмотрим литье в песчаные формы.
Для изготовления форм и стержней используют формовочные и стержневые смеси, содержащие песок, глину, связующие материалы и др. Смеси должны иметь хорошую пластичность, текучесть, газопроницаемость, прочность, противопригарность. Составы формовочных смесей для различных литейных материалов отличаются добавками, предохраняющими их от пригара к отливке.
Стержни во время заливки формы находятся в более тяжелых условиях, чем сама форма: они в большинстве случаев со всех сторон окружены расплавленным сплавом. Поэтому стержни должны обладать большей газопроницаемостью, прочностью, противопригарностью, легко выбиваться из затвердевшей отливки.
| Рис. 3.1 Схема изготовления литейной формы |
Изготавливают стержни в 2 этапа: формовка (в стержневом ящике - своеобразной пресс-форме) и просушивание при температуре 150...300°С, благодаря которому связующие материалы смеси спекаются, окисляются или в них происходят химические реакции, в результате которых частицы песка склеиваются. Сложные крупные стержни изготавливают по частям, делают полыми, армируют металлическим каркасом.
Литейную форму изготавливают в следующей последовательности: на модельную плиту 1 (рис. 3.3) устанавливают опоку 2 и модель 3, засыпают формовочную смесь, уплотняют ее, затем модель извлекают из формовочной смеси. На рис. 3.3 показана схема формовки нижней половины - до линии разъема А-А будущей литейной формы детали, представленной на рис. 3.2в.
Аналогичным образом изготавливается вторая половина формы. Формовочную смесь уплотняют вручную с помощью трамбовки либо машинами: встряхиванием, прессованием и др. способами.
Сборка формы состоит в установке стержня в нижнюю половину формы на специально изготовленные при формовке знаки (поз. 4 рис.3.3) и установке верхней половины формы. При изготовлении верхней полуформы предусматривается выполнение литниковой системы 1, через которую сплав заливается в форму (рис. 3.2в), а в отдельных случаях - и так называемого выпора 2. Назначение литниковой системы состоит также в том, чтобы улавливать шлак, попадающий с металлом и “питать” отливку в процессе затвердевания. Выпор служит для отвода газов и несвободной от загрязнений первой волны сплава, а также для подпитки отливки.
Сплав заливается в форму с помощью специального ковша, который транспортирует металл от плавильных печей к месту разливки. Ориентировочная температура заливаемого сплава: стали 1500...1600°С, серого чугуна 1380...1450°С, бронзы 1100...1150°С, алюминиевых сплавов 700...780°С.
После заливки и охлаждения металла в форме отливку из нее выбивают, при этом форма разрушается. Далее выбиваются стержни, обрубаются литники и пр.
Очистка отливок проводится с целью удаления пригоревшей формовочной смеси и заусенцев. Ее подвергают дробеструйной или пескоструйной обработке - направляют на поверхность отливки чугунную или стальную дробь, либо струю воды с песком под давлением 3,5МПа (35 атмосфер).
Для улучшения механических и других свойств сплавов, в частности, для снятия внутренних остаточных напряжений, отливки подвергают термической обработке.
Специальные способы литья
Специальные способы литья ориентированы в основном на повышение точности отливки. К ним относится литье в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, литье в металлические формы: в кокиль, под давлением и др.
Литье в оболочковые формы - процесс получения отливки путем свободной заливки расплавленного металла в оболочковые формы, которые изготавливают из кварцевого песка и фенолформальдегидной смолы. Форма состоит также из двух частей. Полуформы получают с помощью моделей, причем используется свойство смолы переходить из жидкого состояния (при 120°С) в необратимое твердое: на разогретую модель засыпают формовочную смесь, которая вблизи поверхности модели плавится и затвердевает. Толщина оболочки достигает 6...8мм.
Литье по выплавляемым моделям применяют для получения высокоточных отливок сложной формы. Последовательность операций: изготавливают прессформу для получения модели детали. Расплавленный легкоплавкий сплав (обычно смесь парафина 50% и стеорина 50%) заливают под небольшим давлением (6 атм) в пресс-форму (рис.3.4а).
| а) изготовление моделей отливки и литниковой системы, б) сборка моделей в блоки, в) нанесение оболочек на блоки, г) удаление моделей из оболочек, д) заформовывание оболочек, е) заливка формы. Рис. 3.1. Литье по выплавляемым моделям |
После затвердевания модель вынимают из пресс-формы. Затем модели собирают в блоки с общей литниковой системой (рис.3.4б) и погружают в огнеупорную суспензию, после чего посыпают сухим песком и сушат на воздухе (рис.3.4в). Повторяя эти операции несколько раз, получают форму толщиной 5...8мм.
Модель выплавляется из формы при 120...150°С горячим воздухом или паром (рис.3.4г). Готовую форму прокаливают до температуры 850...900°С, после чего помещают в металлический контейнер, засыпают огнеупорным материалом (рис.3.4д) (заформовывают) изаливают расплавленным сплавом (рис.3.4е). После затвердевания блоки отливок выбивают из опок, керамическую корку отбивают от деталей, отрезают литники.
На многих предприятиях описанные операции механизированы или автоматизированы.
Литье в металлические формы: в кокиль и под давлением.
Кокиль - металлическая форма, которая заполняется жидким металлом под давлением гравитационных сил и обеспечивает высокую скорость формирования отливки. Полость отливки образуют металлическими или песчаными стержнями. Кокиль выдерживает от нескольких сот до десятков тысяч отливок и несмотря на его относительно высокую стоимость, при достаточном объеме производства его использование может оказаться выгодным.
Литье под давлением в связи с высокой стоимостью пресс-форм применяют в крупносерийном или массовом производстве. Один из вариантов реализации - с горизонтальной камерой сжатия - показан на рис. 3.5.
| Рис. 3.2. Схема литья под давлением |
Металл заливается в заливочное окно 1 камеры сжатия и поршнем 2 нагнетается в пресс-форму 3, состоящую из двух частей и стержня 4. После затвердевания сплава извлекают стержень 4, открывают пресс-форму и выталкивателями 5 удаляют отливку.
Так как сплав заливается в форму под большим давлением (до 100МН/м2) то, качество отливки получается более высоким, возможно получить отливку с толщиной стенки до 1,5мм, - в 2...3 раза меньше чем в кокиле.
| Рис. 3.3 Штамповка из расплава |
Сущность процесса штамповки из расплава: порцию расплава металла заливают в металлическую форму и затем нагружают пуансон, давление создаваемое которым используется для заполнения сложных полостей и уплотнения кристаллизующейся отливки (рис. 3.6). Этот процесс позволяет в значительной мере компенсировать усадку металла, устранить образование усадочных раковин, пор и получать высокопрочные отливки.
Технический контроль является завершающим этапом изготовления отливки. Он призван обнаружить возможные дефекты литья: коробление, горячие и холодные трещины, газовые и шлаковые раковины и т.п.
Брак может быть следствием ошибок в конструировании детали (отливки), технологии литья. Например, газовые раковины могут являться следствием большого содержания газов в исходном металле (плохое качество), пониженной газопроницаемости формы, недостаточной просушки формы и стержней, низкой температуры заливаемого сплава, не обеспечивающей выхода из него газов и т.п.
В заключение приведем сведения о точностных возможностях рассмотренных способов литья (таблица 3.1).
Таблица 3.1