ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Мастерство. Металлические материалы»

на тему: Литье в песчано-глинистые формы

Исполнитель: Старков Ярослав Константинович

студент 4 курса, группа ФТХОМб – 11

Руководитель: Лешер В.Ю., канд. пед. наук., доцент

Работа допущена к защите «____» _________ 2015 г. ________________

(подпись)

Работа защищена «__» _____ 2015 г. с оценкой _________ _________

(оценка) (подпись)

Магнитогорск 2015 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Кафедра художественной обработки материалов

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Тема: Литье в песчано-глинистые формы

Студенту Старкову Ярославу Константиновичу

Исходные данные:

- провести исторический анализ литейного искусства;

- провести искусствоведческий анализ изделий;

- изучить технологические аспекты, характеристики и свойства литья в песчано-глинистые фомы.

Срок сдачи: «_____» _____________ 2015 г.

Руководитель:. _________________ ____________________

(подпись) (расшифровка)

Задание получил:. _________________ ____________________

(подпись) (расшифровка)

Магнитогорск 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1ВВЕДЕНИЕ. 4

1 ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ.. 5

1.1 История возникновения процессов литья. 5

1.2 Общие сведения 10

1.3 Выбор рационального способа изготовления отливки. 15

1.4 Литейные свойства сплавов 18

2 ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СМЕСИ.. 21

2.1 Общие сведения. 21

2.2 Свойства формовочных смесей. 21

2.3 Приготовление формовочных и стержневых смесей 24

3 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОРМ.. 30

3.1 Инструмент для ручной формовки. 30

3.2 Опоки. 30

3.3 Формовка в опоках. 31

3.4 Литниковые системы. 33

3.5 Изготовление стержней 36

3.6 Сборка форм 37

4 ПРИМЕР ОТЛИВКИ.. 39

5 ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ СМЕСЕЙ.. 42

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 49

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 50

ВВЕДЕНИЕ

Самый древний способ литья - литье в песчано-глинистые формы, или, как говорят, литье в землю. До сих пор этим способом делают до 85% отливок. Однако этот способ, хотя его и считают простым, требует большой предварительной работы.

Литье в разовые песчано-глинистые формы является наиболее распространенным и относительно простым способом получения отливок.

Литье в разовые песчано-глинистые формы - один из способов изготовления заготовок деталей в литейном производстве [1].

Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали).

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т. д.) [1].

Цель работы: разработать модель художественного изделия получаемого методом литья в песчано-глинистые формы.

Объект исследования: конструирование модели художественного изделия.

Предмет исследования: разработка модели художественного изделия получаемого методом литья в песчано-глинистые формы.

Задачи работы:

1)Изучить специальную литературу по теме работы.

2)Представить технологию изготовления заготовок методом литья.

3)Разработать рекомендации по применению литья в формы в современном производстве художественных изделий.

1ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

1.1 История возникновения процессов литья

Возникновение процессов литья в древности обусловлено рядом причин. К первой следует отнести географическое положение и климат той или иной страны; вторая заключается в наличии необходимого и доступного сырья; третья, пожалуй, самая важная, состоит в достаточно высоком уровне развития производительных сил региона и необходимой потребности в металлических изделиях [1].

Общее направление технического прогресса идет от камня к металлу, хотя отдельные народы и регионы проходили эти стадии в разное время. Традиционно считается, что век металла в Старом Свете начался на Ближнем Востоке, где еще в начале VI тысячелетия до н.э. из природной меди ковкой изготовляли небольшие предметы. Подобным образом обрабатывали и золото. Но металл встречался реже, чем камень. Так что его открытие еще не вывело человечество из каменного века, и еще очень долго наряду с металлическими изделиями использовались каменные [6].

Прошло еще около трех тысяч лет, пока на Ближнем Востоке не начали выплавлять медь из руды, что явилось крупнейшим техническим переворотом: из меди стали изготавливать первые металлические орудия, предметы быта и другие изделия, появилась новая, более производительная и совершенная технология - литье. Чуть позже было обнаружено, что гораздо более прочный материал можно получить, если сплавить медь и, например, олово (что дает бронзу, которая обладает и более высокими литейными свойствами). Высказывались предположения, что позднее об этом открытии узнали в Китае и Европе (где первое появление бронзовых орудий отмечается на Балканах примерно в 2500 г. до н.э.).

На самородной меди делают акцент все сторонники самостоятельного зарождения металлургии. Они считают, что первоначально медь обрабатывали методом холодной ковки, т.е. под ударами молотка медный самородок приобретал необходимую форму. Однако один из сторонников выплавки, австрийский археолог М. Мух опытным путем доказал, что достаточно вокруг насыпи медной руды разжечь костер, чтобы медь начала выплавляться. Для этого необходимы два условия: наличие достаточного количества серы в руде и обильное поступление воздуха.

Если правы моноцентристы, и медные изделия вместе с идеей их получения диффузионно распространялись в регионах Старого Света, то во вторичных регионах нельзя будет обнаружить доказательства использования примитивнейших форм и технологии, т.е. зачатки металлургии (естественно полагать, что усваивались новейшие, последние, а не первичные идеи и приемы) [3].

Вообще представляется, что исследователи и историки иногда преувеличивают роль диффузии накопленного опыта литья из одного региона в другие. Несомненно, в результате торговых отношений, обмена специалистами-ремесленниками, войн между странами Древнего Востока и Европы, а также миграции народов неизбежным было заимствование не только готовых образцов и изделий, но и техники и технологии их изготовления. Подобный обмен, конечно, ускорял распространение новейших технологий по континенту и вовлечение новых регионов в орбиту цивилизации, но это является лишь временным фактором, а не обязательным условием появления новых идей [3].

Следует отметить, что первые медные и бронзовые изделия - это не грубые орудия типа неолитических макролитов (крупных отливок), а преимущественно сложные художественные изделия - иглы, булавки, застежки и прочие украшения, изготовление которых требовало высокого мастерства. Это связано с тем, что с самого зарождения металлургии произошло разделение труда. По социально-экономическим признакам выделились два типа производства: первый (более древний) - изготовление в мелких "подсобных" мастерских изделий для собственного пользования (семьи, общины); второй - производство изделий для обмена. Они возникли у рудников, где изготавливались слитки и различные изделия. Очевидно, здесь же изготавливался и специальный литейный инструмент, что требовало высокой квалификации и не позволяло производителям заниматься другими видами работ. Таким образом, возникали металлургические центры. Слитки металла, изделия и литейный инструмент посредники доставляли в различные регионы на достаточно большие расстояния. Клинописные тексты, перечисляя города-поселения древних царей, упоминают Бадтибир. Это название можно перевести как "поселение металлистов", или как "поселение бога Тибира", которого некоторые исследователи сопоставляют с библейским Тувалкаином - "ковачем всех орудий из меди" [3].

Как правило, первые открытые месторождения руды залегали близко к поверхности земли, и поэтому в большинстве случаев были бедными, а производство металла требовало большого количества топлива, как правило, дров. В результате месторождения истощались, а леса вокруг них вырубались. Это приводило к миграции металлургических центров и диффузии технологий в другие регионы. Этим, в частности, объясняется то, что точно определенных мест, где в древности добывали и обрабатывали металлсодержащие руды, очень мало.

Сегодня у археологов есть данные, позволяющие уточнить время и место начала промышленного использования человеком металла. Так, установлено, что на Балканском полуострове крупнейшие металлургические центры выплавки меди существовали уже в середине V тысячелетия до н.э., причем только из руды одного медного рудника Аибунар было выплавлено около тысячи тонн меди! Возможно, там использовали и технологию литья [3].

Как отмечал Л.Н. Гумилев, для сравнения древних культур, уровня совершенства их технологий нужно, в первую очередь, учитывать системы ценностей изучаемых пародов, и различная степень сохранности материальных остатков не должна мешать этому. Для воинственных кочевников (древних хуннов, скифов, аланов, позже гуннов и викингов) самыми важными были оружие и воинское облачение, поэтому и технический прогресс, и художественное развитие шли в направлении совершенствования технологий изготовления оружия и украшения воинских доспехов. Для земледельческих оседлых народов характерным было украшение жилищ и орудий труда; в сильных развитых государствах (Египет, Китай, Греция) особое развитие получают монументальная скульптура и архитектурный декор.

Многие древние художественные изделия - сложные комплексы, каждая часть и деталь которых взаимно дополняют одна другую. В их изготовлении часто принимали участие мастера многих ремесел.

Знаменитая голова быка из Ура (2685 г. до н.э.) (рисунок 1), без изображения которой не обходится ни одна работа по культуре шумеров, составная: золото, ляпис-лазурь; она украшает деревянный резонатор музыкального инструмента, инкрустированный перламутром [4].

Рисунок 1 - Голова быка из Ура

Ярчайшим примером такого произведения искусства является трон фараона Тутанхамона (XIV в. до н.э.) (рисунок 2).

Рисунок 2 - Трон фараона Тутанхамона

В троне фараона Тутанхамона использованы самые разнообразные виды техники: резьба по дереву, литье, гравирование, чеканка, инкрустация полудрагоценными и драгоценными камнями. Не менее знаменита фигура крылатого льва с человеческим торсом из Урарту (VIII в. до н.э.), туловище которого отлито из бронзы и украшено тончайшей гравировкой и позолотой, а лицо вырезано из камня. И сам лев - только часть сложного великолепного трона урартского царя. Отдельные украшавшие его фигуры попали в музеи Лондона, Берлина, Парижа, Петербурга. Многие литые статуи и статуэтки художественно соединяются с постаментом из других материалов, создавая единую гармоничную фигуру, например, "Спящий Эрос" из Греции (рисунок 3).

Рисунок 3 - "Спящий Эрос"

Уже в глубокой древности (по крайней мере, с началом эпохи раннего металла) результатом технологического прогресса становилось отчетливо прослеживаемое международное разделение труда, когда определенные производственные функции сосредоточивались в руках как бы особых, "избранных" культур. Бывало, что народы, обладавшие богатыми природными ресурсами, не догадывались о возможности их применения, а в бедном металлами Междуречье уже в начале III тысячелетия до н.э. из меди делали различные предметы - оружие, топоры, серпы и сосуды. К середине 3-го тысячелетия до н.э. относят медные статуэтки и рельефы, найденные в Уре и сделанные с большим художественным мастерством. В сохранившихся надписях упоминаются 19 медных статуй, сделанных по царским приказам. В это же время храмы на территории Двуречья украшали выбитыми или коваными медными изделиями. Здесь, по-видимому, впервые был использован для литья природный сплав золота и серебра - электрон. Позднее литейщики Месопотамии одними из первых научились сплавлять медь со свинцом, а впоследствии с оловом, получая замечательный литейный сплав, сыгравший исключительную роль в развитии художественного литья не только в Шумере, но и во многих странах. Интересно отмстить, что шумерская бронза, кроме олова, содержала никель, поэтому по распространению изделий из нее можно строить предположения о связях шумеров с другими пародами [5].

1.2.Общие сведения

Для изготовления отливок применяют большое число различных приспособлений, которые называют литейной оснасткой. Часть литейной оснастки, включающей все технологические приспособления, необходимые для получения в форме отпечатка модели отливки, называют модельным комплектом.

Модельный комплект состоит из моделей отливки и элементов литниково-питающей системы; стержневых ящиков; модельных плит для установки или крепления моделей отливки и литниковой системы; сушильных плит и приспособлений для доводки и контроля форм и стержней [6].

При формовке кроме модельного комплекта используют опоки и различные приспособления - наполнительные рамки, щитки, штыри, скобы и т.д. Поэтом, с понятием “формовочный комплект”, т.е. полный комплект оснастки, необходимый для получения разовой формы (рисунок 4).

Рисунок 4 - Собранный формовочный модуль

Модельные комплекты изготовляются рабочими-модельщиками, как правило, высокой квалификации.

Модельный комплект должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1) Обеспечивать получение отливки определенной геометрической формы и размеров;

2) Обладать высокой прочностью и долговечностью, т.е. обеспечивать изготовление необходимого числа форм и стержней;

3) Быть технологичным в изготовлении;

4) Обладать минимальной массой и быть удобным в эксплуатации;

5) Иметь минимальную стоимость с учетом стоимости ремонта;

6) Сохранять точность размеров и прочность в течение определенного времени эксплуатации.

Требуемые точность, прочность и долговечность модельного комплекта зависят от условий производства единичного, серийного, массового. В единичном и мелкосерийном производстве чаще всего используют деревянные модельные комплекты; в массовом и крупносерийном производстве - металлические модельные комплекты, которые хотя и дороже, но значительно долговечнее деревянных.

В серийном производстве во многих случаях успешно применяют модели из пластмасс, например эпоксидных смол, а также из гипса и цемента [6].

Металлические и пластмассовые модели в течение длительного срока службы сохраняют точность размеров, способствуют получению четкой конфигурации отливки, прочны и долговечны. Однако стоимость изготовления металлических и пластмассовых моделей в 3-5 раз превышает стоимость изготовления деревянных, поэтому их применение должно быть обосновано экономическим расчетом. Правильный, экономически обоснованный выбор материала доя модельного комплекта позволяет существенно снизить себестоимость отливок [13].

На рисунке 5 представлена общая схема технологического процесса литья в разовые песчано-глинистые формы.

Рисунок 5 - Схема технологического процесса

Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Он осуществляется в формовочных отделениях литейного цеха. Стержни изготовляют в стержневом отделении и подают на сборке формы в формовочное отделение. Изготовление форм, стержней и сборка формы - наиболее ответственные этапы производства отливок. Более 80% отливок получают в разовых литейных формах,так как стоимость их изготовления достаточно низкая, вместе с тем в них можно получить практически любую по конфигурации, сложности и массе отливку из наиболее распространенных черных и цветных сплавов.

Применяют следующие способы формовки: в почве и кессонах, в опоках, безопочную, по шаблону, по скелетным моделям и контрольным сечениям, в стержнях, с применением быстротвердеющих смесей [6].

В зависимости от степени механизации процесса изготовления форм различают три вида формовки: ручную, машинную и автоматическую. На машиностроительных заводах ручную формовку применяют для получения одной отливки или нескольких, например в условиях опытно-экспериментального производства, при изготовлении уникальных отливок, а также для ремонта. Машинную формовку применяют в условиях серийного и массового производства отливок или для автоматизации процесса изготовления форм какой-либо одной отливки (специализированные автоматы) [7].

Ручная формовка в опоках.

При формовке в опоках по сравнению с формовкой в почве обеспечивается более высокая производительность, улучшаются условия труда, повышается размерная точность форм, что обеспечивает значительную распространенность способа, особенно формовки в парных опоках. Значительно реже используют формовку в трех опоках и более. Формовка в опоках отличается большим разнообразием приемов, позволяющих обеспечить минимальные затраты труда и расходы на очистку при заданной серийности отливок. К ним относятся, например, формовка с подрезкой, с ложной модельной плитой или опокой, с отъемными частями, с перекидным болваном [6].

Рисунок 6 - Последовательность выполнения технологических операций формовки в двух опоках по неразъемной модели.

Рассмотрим на примере, приведенном на рисунке 6, последовательность выполнения технологических операций формовки в двух опоках по неразъёмной модели. Формовка в двух опоках по неразъемной модели. Неразъемные модели просты и дешевы в изготовлении. Для формовки нижней полуформы модель отливки 1 и опоку 3 устанавливают на подопочную плиту 2 (рисунок 6, а) так, чтобы расстояние между стенкой опоки и моделью было не менее 25 мм. Модель припыливают ликоподием или серебристым графитом, чтобы предотвратить прилипание к ней формовочной смеси. Обычно используют облицовочную и наполнительную смеси. Модель покрывают сначала слоем просеиваемой через сито облицовочной смеси толщиной 15—20 мм для мелких и 30—40 мм для крупных отливок (рисунок 6, 6). Затем оставшийся объем опоки заполняют наполнительной смесью в несколько приемов слоями толщиной 50— 70 мм (рисунок 6, в) и уплотняют их ручной формовочной набойкой 4 (рисунок 6, г), а верхний слой — башмаком трамбовки 5 (рисунок 6, д). Излишек смеси очищают линейкой 6 вровень с кромками опок, образуя поверхность, называемую контрладом, и накалывают на ней вентиляционной иглой 7 вентиляционные каналы, не доходящие до модели на 10—15 мм (рисунок 6, е). Готовую нижнюю полуформу вместе с заформованной в ней моделью поворачивают на 180° (рисунок 6, ж) и устанавливают на нее по центрирующим штырям 8 верхнюю опоку 9 (рисунок 6, з). Плоскость разъема (лад) присыпают мелким разделительным песком с целью предотвращения слипания формовочной смеси нижней и верхней полуформ. После этого в верхней опоке устанавливают модели элементов литниковой системы (коллектора 10, стояка 11 и выпора 12), насеивают слой облицовочной смеси так, чтобы он закрыл модель (рисунок 6, и), после чего весь объем верхней опоки заполняют наполнительной формовочной смесью и уплотняют ее. Излишек смеси срезают, делают вентиляционные каналы, прорезают литниковую чашу и извлекают модель стояка и выпора. Готовую верхнюю полуформу 13 снимают (рисунок 6, к), поворачивают ладом вверх и осматривают. Затем специальным подъемником 14 извлекают модель, слегка расталкивая ее для облегчения выема (рисунок 6, к). Форму осматривают, исправляют поврежденные места специальным формовочным инструментом (гладилками, ланцетами). При изготовлении чугунных отливок отделанную поверхность рабочей полости формы 15 (рисунок 6, м), предназначенной для заливки по-сырому, присыпают древесноугольным порошком или каменноугольной пылью, а формы, предназначенные для заливки по-сухому, окрашивают сразу после сушки для улучшения качества поверхности отливок. Затем собирают полуформы по центрирующим штырям 8 и устанавливают груз 16 (рисунок 6, н), после чего производят заливку. Полученная отливка с литниковой системой показана на рис. (рисунок 6, о).

В ряде случаев формовку производят по модели с отъемными частями, которые крепятся на ней с помощью шпилек. При этом если направление извлечения отъемной части не совпадает с направлением удаления из формы модели, то вначале извлекают модель, а затем отъемную часть. Схема процесса и последовательность выполнения основных технологических операций формовки по модели с отъемными частями показаны на рисунке 7 [8].

Рисунок 7 - Формовка по модели с отъемными частями.

Пояснение к рисунку 7: а - отливка, б-формовка нижней формы, в - поворот нижней формы на 180° и удаление шпилек из отъемной части 3, г - формовка верхней формы

1.3. Выбор рационального способа изготовления отливки проектируемой детали

Инструментами для изготовления отливок являются литейные формы, которые классифицируют по числу заливок: разовые и многократно используемые, а также по материалу формы: песчаные, металлические и т.п. В зависимости от числа заливок в формы существующие способы литья можно разделить на две группы:

Литье в многократно используемые формы - в кокиль (К) центробежное (Ц) под давлением (Д) и другие [9].

Одну и ту же деталь можно изготовить из заготовок, полученных различными способами. Одним из основополагающих принципов выбора способа получения отливки (в условиях массового и крупносерийного производств) является обеспечение максимального приближения ее размеров к проектируемой детали. В этом случае существенно сокращается расход металла, объем механической обработки и производственный цикл изготовления детали. Однако при этом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому при выборе способа получения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этапов производства - заготовительного и механообрабатывающего.

Основными факторами, определяющими выбор способа получения отливки, являются те же, что и при проектировании поковки. Конструкторско-технологическими признаками изделия являются: форма и размеры заготовки; требуемая точность и качество поверхностного слоя; технологические свойства материала заготовки и программа выпуска [8].

Форма и размеры заготовки. Литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям позволяет получить заготовки сложной формы с различными полостями и отверстиями. В тоже время, некоторые способы литья (под давлением, центробежное и др.) выдвигают определенные ограничения к свойствам расплава, форме отливки и условиям ее изготовления.

Максимальные размеры и масса заготовок, минимальные значения толщины стенок и массы отливок, а также химический состав расплава часто являются параметрами, определяющими выбор оптимального способа литья. Так, масса и размеры отливок при литье в песчаные формы практически не ограничены, а заготовки с толщиной стенки равной 0,5 мм могут быть получены литьем по выплавляемым моделям и под давлением. При этом литьем под давлением изготавливают, как правило, отливки только из цветных металлов и их сплавов.

С увеличением точности отливок возникают затраты на их изготовление. Это определяется главным образом увеличением стоимости оснастки, уменьшением допуска на ее износ, применением оборудования с более высокими параметрами точности, увеличением расходов на его содержание и эксплуатацию.

Качество поверхностного слоя заготовки влияет на технологический процесс ее последующей обработки и на эксплуатационные свойствах детали (например, усталостная прочность, износостойкость). Оно формируется практически на всех стадиях изготовления заготовки. Выбранный способ литья определяет не только макрогеометрию поверхности, но и физико-механические свойства поверхностного слоя.

В качестве примера сравним заготовки, изготовленные литьем в песчаных формах и под давлением. В первом случае получают шероховатую поверхность. При обработке такой заготовки в процессе резания возникает неравномерная нагрузка на инструмент, что, в свою очередь, снижает точность обработки. Заготовки, получаемые литьем под давлением, имеют низкую шероховатость (Ra 40...10 мкм). Однако в связи с высокой скоростью охлаждения и отсутствием податливости формы в поверхностном слое отливки возникают остаточные напряжения растяжения, которые могут привести к короблению заготовки или образованию трещин [8].

Технологические свойства материала отливки. Каждый способ изготовления заготовок требует от расплава определенного комплекса литейных свойств. Поэтому часто технологические свойства материала накладывают ограничения на выбор способа получения отливки. Так, серый чугун имеет высокие литейные свойства, поэтому отливки из этого сплава могут быть получены всеми известными способами литья. При изготовлении заготовок из высоколегированных сталей, характеризующихся низкой жидкотекучестью, как правило, применяют способ литья по выплавляемым моделям [9].

Литейные свойства расплава оказывают влияние на себестоимость изготовления отливок. Например, переход при изготовлении отливок из чугуна к стали, повышает себестоимость заготовок (без учета стоимости материала) на 20…30%.

Тип производства влияет на выбор способа получения отливок. Например, в условиях крупносерийного и массового производств рентабельны способы литья с использованием металлических и оболочковых форм. В единичном производстве отливок может окупиться только простая и недорогая оснастка, например, при литье в песчаные формы применяют деревянные модели. При этом отливки имеют припуски, напуски и литейные уклоны больше, чем при изготовлении заготовок специальными способами литья. С увеличением программы выпуска изделий становится экономически целесообразно использовать металлические модельные плиты при изготовлении отливок в песчаных формах на автоматических линиях либо применять более дорогие специальные способы литья. В этом случае возможно получение заготовок с высоким качеством поверхностного слоя и меньшими допусками и припусками на механическую обработку [9].

Производственные возможности предприятия. Процесс роектирования изделий, изготовление которых предполагается в условиях действующего предприятия, следует связать с его технологическими возможностями. Для этого необходимо располагать сведениями о типе и количестве имеющегося оборудования, производственных площадях, возможностях ремонтной базы, вспомогательных службах и т.п. [9].

1.4 Литейные свойства сплавов и их влияние на конструктивные размеры и форму отливок

Клитейным свойствам относятся технологические свойства металлов и сплавов, которые проявляются при заполнении формы, кристаллизации и охлаждении отливок в форме. Наиболее важные литейные свойства - жидкотекучесть, усадка (объемная и линейная), склонность сплавов к ликвации, образованию трещин, поглощению газов, пористости и др.

Жидкотекучесть - это способность металлов и сплавов течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки при затвердевании. Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, теплофизических свойств формы и другие [9].

Чистые металлы и эвтектические сплавы обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твердые растворы и затвердевающие в широком интервале температур. Чем выше вязкость, тем ниже жидкотекучесть расплава. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается и тем больше, чем тоньше канал в литейной форме. При повышении температуры заливки расплавленного металла и температуры формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, поэтому расплав заполняет ее лучше, чем металлическую форму.

Жидкотекучесть расплава зависит от химического состава: фосфор, кремний и углерод повышают ее, а сера ухудшает. Серый чугун содержит углерода и кремния больше, чем сталь, и поэтому обладает лучшей жидкотекучестью. Минимально возможная толщина стенок определяется величиной жидкотекучести расплава и составляет (при литье в песчаные формы) для отливок из серого чугуна - 3…4 мм, а из стали - 5…7 мм. Наибольшей жидкотекучестью обладает серый чугун, наименьшей - магниевые сплавы [9].

Усадка - свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку.

На линейную усадку влияют химический состав расплава, температура его заливки, скорость осаждения сплава в форме, масса, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшает повышенное содержание кремния. Увеличение температуры заливки и скорости отвода тепла от залитого в форму расплава приводит к возрастанию усадки отливки.

Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, пористости, трещин и коробления.

Усадочные раковины - сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними (рисунок 8, а). Они образуются при изготовлении отливок из чистых металлов, сплавов эвтектического состава и с узким интервалом кристаллизации.

Усадочная пористость - скопление пустот, образовавшихся в отливке в тех местах, которые кристаллизуются последними без доступа к ним расплавленного металла (рисунок 8, б). Вблизи температуры солидуса кристаллы срастаются друг с другом, что приводит к разобщению ячеек, заключающих в себе остатки жидкой фазы. В результате усадки в каждой ячейке образуется небольшая усадочная раковина. Множество таких межзеренных раковин образуют пористость, которая располагается по границам кристаллитов [9].

Рисунок 8 - Схема образования усадочной раковины (а) и усадочной пористости (б): 1 - корка твердого металла; 2 - новый твердый слой металла; 3 - усадочная раковина; 4 - жидкая фаза; 5 - разобщенные ячейки; 6 - усадочная пористость

Для устранения усадочных раковин в отливках устанавливают прибыли - резервуары, которые обеспечивают доступ расплавленного металла к участкам отливки, затвердевающим последними. Однако, прибыль не всегда может обеспечить доступ расплавленного металла к утолщенному данному участку отливки (рис. 8, а). В этом месте образуются усадочная раковина и пористость. Установка на утолщенный участок прибыли 3 (рис. 8, б) устраняет образование усадочной раковины и пористости. Предупредить образование усадочных раковин и пористости позволяет установка в литейную форму наружных (рис 8. в) или внутренних (рис. 8, г) холодильников. Они способствуют выравниванию скоростей затвердевания массивной и тонкой частей изделия [9].

В отливках в результате неравномерного затвердевания расплава и торможения усадки формой при охлаждении возникают напряжения, которые тем выше, чем меньше податливость формы и стрежней. Для предупреждения возникновения горячих трещин при проектировании отливок нужно избегать резких переходов от толстой части к тонкой, выступающих частей и т.п. Кроме того, для предупреждения этих дефектов необходимо при изготовлении отливок создать в них условия, способствующие формированию мелкозернистой структуры, равномерному охлаждению и увеличению податливости литейных форм. [8].

2 ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СМЕСИ

2.1 Общие сведения

Формовочными материалами называются материалы, применяемыедля изготовления литейных форм и стержней. Формовочные материалы разделяют на исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы.

Исходные формовочные материалы делятся на две группы: 1) основные — огнеупорная основа смеси (кварцевый песок и т. д.), связующие материалы (глина, различные смолы, другие связующие вещества); 2) вспомогательные, например различные добавки (уголь, древесная мука, торф и т. д.), придающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства.

Формовочные и стержневые смеси приготовляют из исходных формовочных материалов и из отработанных смесей (смеси, бывшие в употреблении). Состав смесей зависит от назначения, способа формовки, рода заливаемого в форму металла.

Вспомогательные формовочные составы ‑ это материалы (краски, клеи, замазки), необходимые для отделки и исправления форм и стержней [9].

2.2 Свойства формовочных смесей

Для получения качественных форм, стержней и годных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать технологическими свойствами, отвечающими определенным требованиям.

Для хорошего уплотнения формовочной смеси в опоке большое значение имеетпластичность смеси ‑ способность деформироваться под действием приложенных внешних усилий или собственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность формовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую, не совсмем значительную пластичность [9].

Литейная форма должна обладать достаточнойпрочностью,чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать определенной прочностью ‑ способностью сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.

Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку, качество и длительность перемешивания смеси в смесителях. С сыпучестью связана комкуемость ‑ способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь должна иметь хорошую сыпучесть ‑ минимальную комкуемость [10].

Большое значение имеет поверхностная прочность ‑ сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуетсяосыпаемостью.

В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагреваются металлом до высоких температур, равных практически температуре металла, поэтому формовочные материалы должны обладать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным материалам [10].

Огнеупорность ‑ способность смеси сопротивляться размягчению или расплавлению под действием высокой температуры жидкого металла ‑ зависит от огнеупорности составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых смесей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь.

В процессе заливки формы металлом органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки), сгорают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое количество паров. Способность смеси выделять газы при заливке называетсягазотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому она должна иметь достаточную газопроницаемость.

Газопроницаемость ‑ свойство смеси пропускать через себя газы – зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газопроницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, угля, степени уплотнения и т. п. Чем больше пыли в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром газообразовании и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа превышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины.

В процессе затвердевания и охлаждения размеры отливки уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препятствует усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь должно обладать податливостью ‑ способностью сокращаться в объеме и перемещаться под действием усадки отливок [10].

Высокая прочность и газопроницаемость формовочной смеси обеспечиваются однородностью – равномерным распределением в формовочной смеси составляющих компонентов в результат тщательного перемешивания.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилипаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее [10].

Гигроскопичность—способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха ‑ зависит от свойств связующейдобавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым раковинам.

Долговечность ‑ способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка позволяют восстановить свойства смеси.

Выбиваемость — способность стержневой смеси легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки ‑ зависит от количества песка, глины и вида связующего в стержневых смесях [10].

2.3.Приготовление стержневых смесей.

Формовочные и стержневые смеси приготовляют из свежих песчано-глинистых формовочных материалов, добавок и отработанной смеси. В зависимости от массы отливок расход формовочных смесей колеблется от 500 до 1300 кг, а свежих материалов от 500 до 1000 кг на 100 кг годных отливок.

Технологический процесс приготовления формовочных смесей складывается из следующих основных операций: 1) предварительной обработки свежих формовочных материалов и добавок; предварительной обработки отработанной формовочной смеси; 3) приготовления смеси из предварительно подготовленных свежих и отработанных формовочных смесей, добавок и связующих.

Предварительная обработка свежих формовочных материаловвключает операции сушки песка, тонкого измельчения каменного угля, просеивания песка и угля. Отработанная смесь перед повторным использованием охлаждается, разрыхляется, подвергается магнитной сепарации и просеивается.

Сушка песка и глины производится в различных печах(трубчатых, вертикальных и горизонтальных) и на плитах. Наиболее распространены вертикальные и горизонтальные сушильные печи. Вертикальные печи применяют для сушки кварцевых и малоглинистых песков. Для жирных же песков и глин их не применяют вследствие налипания материалов на диски и плужки. Широкое применение находят установки для сушки песка в кипящем слое. В механизированных цехах песок и глину сушат в барабанах с водяным охлаждением песка после сушки. Свежий песок сушат при 250°С. Производительность таких сушил от 5 до 20 т/ч и выше [11].

В последнее время стали применять установки с сушкой песка горячим воздухом. Песок из бункера загружают в трубу, в которую снизу подается воздух, нагретый до 200—250° С. Сырой песок увлекается вверх со скоростью 15—17 м/с и быстро высыхает. Производительность установки может доходить до 15 т/ч сухого песка.

Сухую глину размалывают и просеивают до порошкообразного состояния. Глину размалывают в бегунах или же в шаровых мельницах. Тонкое размельчение глины и каменного угля достигается в шаровых мельницах. Шаровая мельница представляет собой металлический барабан, футерованный стальными плитками с зазорами между ними. Глину или каменный уголь загружают в барабан через воронку. При вращении барабана стальные шары, находящиеся внутри него, размалывают глину или уголь. Размолотый материал проваливается через зазоры между плитками и просеивается через сито. Готовый материал высыпают из барабана. Производительность шаровых мельниц 100—8000 кг/ч.

Вместо сухой глины часто применяют глинистую и глиноугольную эмульсию (раствор глины или глины и угольного порошка в воде). При использовании эмульсии глину и бентонит можно не сушить и не молоть, в связи с чем отпадает ряд операций по подготовке и транспортировке этих материалов. Глинистая эмульсия должна иметь плотность 1,09—1,15 г/см³, ее приготовляют следующим образом: в бак-мешалку с водой загружают глину и перемешивают в течение определенного времени до достижения эмульсией заданной плотности. Готовую эмульсию выпускают через вентиль бака-мешалки [11].

Глиноугольную эмульсию приготовляют в баке-концентраторе, в который подают определенное количество глинистой и глиноугольной эмульсии. После наполнения бака-концентратора эмульсию перемешивают до нужной плотности (1,1-1,5 г/см³) и затем специальными насосами-дозаторами автоматически подают в бегуны или смесители.

Обработка отработанной формовочной смеси. Отработанная формовочная смесь, выбитая из опок, перед повторным использованием должна быть предварительно переработана. В немеханизированных литейных цехах ее просеивают на обычном сите или на передвижной смесеприготовительной установке, где происходит отделение металлических частиц и других посторонних примесей. В механизированных цехах отработанная смесь подается из-под выбивной решетки ленточным транспортером в смесеприготовительное отделение. Крупные комки смеси, образующиеся после выбивки форм, обычно разминают гладкими или рифлеными вальцами. Металлические частицы отделяют магнитными сепараторами, установленными на участках передачи отработанной смеси с одного транспортера на другой.

Регенерация (восстановление) заключается в извлечении песка из отработанных смесей и приведении его свойств в соответствие с установленными техническими требованиями на формовочные пески. В зависимости от условий работы цеха регенерацию отработанной смеси производят различными способами: мокрым, электрокоронным и специальным для смесей, приготовленных на жидком стекле.

Мокрый способ регенерации применяют главным образом в цехах, имеющих гидравлические или пескогидравлические установки для очистки отливок. При мокром способе зерна песка с помощью воды отмываются от глины и мелкой пыли, которые потоком воды уносятся в отстойники и далее в отход. Промытый и обеспыленный песок оседает на дно сборника, откуда грейфером подается в сушильную печь, а затем просеивается и используется для приготовления формовочных смесей [11].

При электрокоронной регенерации отработанная смесь разделяется на частицы разных размеров с помощью высокого напряжения. Песчинки, помещенные в поле электрокоронного разряда, заряжаются отрицательными зарядами. Если электрические силы, действующие на песчинку и притягивающие ее к осадительному электроду, больше силы тяжести, то песчинки оседают на поверхности электрода. Изменяя напряжение на электродах, можно разделять песок, проходящий между ними, по фракциям.

Регенерация формовочных смесей с жидким стеклом осуществляется специальным способом, так как при многократном использовании смеси в ней накапливается более 1—1,3% щелочи, что увеличивает пригар, особенно на чугунных отливках. Во вращающийся барабан установки для регенерации подают одновременно смесь и гальку, которые, пересыпаясь с лопастей на стенки барабана, механически разрушают пленку жидкого стекла на зернах песка. Через регулируемые жалюзи в барабан поступает воздух, отсасываемый вместе с пылью в мокрый пылеуловитель. Затем песок вместе с галькой подают в барабанное сито для отсеивания гальки и крупных зерен с пленками. Годный песок из сита транспортируют на склад [11].

Приготовление формовочных и стержневых смесей. Очень важными операциями являются увлажнение и перемешивание смеси. Тщательное перемешивание смеси необходимо для равномерного распределения ее составляющих. При перемешивании глина и связующее обволакивают зерна песка, комья отдельных составляющих разрушаются и равномерно распределяется влага. Хорошо перемешанная смесь обладает максимальной прочностью и газопроницаемостью. Для перемешивания смеси применяют лопастные смесители или бегуны [11].

Лопастной смеситель ‑ это машина непрерывного действия, он может быть встроен в автоматизированную смесеприготовительную систему. Смеситель часто применяют для приготовления смесей с низким содержанием глины (наполнительных смесей, сыпучих и т. д.) или смесей с жидкими связующими. Смеси с высоким содержанием глины в лопастном смесителе плохо перемешиваются и поэтому обладают низкими технологическими свойствами. Такие смеси обычно приготовляют в катковых смесителях-бегунах.

Порядок загрузки составляющих смеси. Сначала загружают сухие материалы: песок, глину и отработанную формовочную смесь. Сухую смесь перемешивают примерно 1-3 минуты и затем увлажняют. В случае применения глинистой эмульсии (раствора глины в воде или же глиноугольной эмульсии) влажность регулируют добавлением раствора эмульсии и воды. После увлажнения смесь еще раз перемешивается в течение нескольких минут. Связующие обычно загружают последними. Продолжительность перемешивания составляет для смеси: наполнительной 2-3 мин, 3-5 минут и облицовочной 5—10 мин.

Для быстросохнущих облицовочных смесей особое значение порядок загрузки и продолжительность перемешивания смесей. Обычно быстросохнущие смеси приготовляют в смешивающих бегунах. При приготовлении этих смесей сначала в бегуны загружают сухие материалы (отработанную смесь, песок, добавки и пр.) и перемешивают в течение 5 минут, затем вводят связующее и воду, все перемешивают еще 7—10 мин. Готовая смесь должна вылежаться перед употреблением в течение нескольких часов для равномерного распределения в ней влаги.

При приготовлении быстросохнущих смесей с жидким стеклом сначала загружают песок, глину и перемешивают 2-3 мин, потом добавляют едкий натр и смесь еще раз перемешивают 3-4 минуты, затем вводят жидкое стекло и опять перемешивают 10—12 минут. После этого добавляют мазут и снова перемешивают в течение 4-5 минут.

Для достижения высокого качества смесей необходимы точная дозировка исходных материалов, тщательное их перемешивание, вылеживание готовой смеси с целью выравнивания влажности и разрыхление смеси. Для дозировки применяют весовые и объемные дозаторы. Последние используют для взвешивания жидких составляющих—связующих и воды.

Важнейшей операцией в процессе приготовления смеси является перемешивание, обеспечивающее равномерное распределение всех компонентов в объеме смеси и обволакивание зерен песка тонкой пленкой связующего. Выполнение этих условий при перемешивании обеспечивает высокие технологические свойства смеси.

Для приготовления формовочных и стержневых смесей используют литейные смесители каткового, лопастного и шнекового типов. Наиболее распространенными смесителями каткового типа являются смешивающие литейные бегуны с вертикально-вращающимися катками, сдвоенные бегуны и центробежные смешивающие литейные бегуны [11].

Смешивающие литейные бегуны представляют собой неподвижную чашу с двумя гладкими катками 1, 4, не касающимися ее дна и вращающимися вокруг вертикальной оси (рисунок 9). Одновременно катки вращаются и вокруг своей горизонтальной оси вследствие трения о смесь, подаваемую в чашу. Смесь направляется под катки плужками 2 и 7. Готовая смесь выбрасывается через разгрузочное окно в дне чаши, которое открывается и закрывается с помощью пневмоцилиндров и тяги. Такие бегуны являются смесителями периодического действия. Песок, вода и глина загружаются в бегуны дозаторами. Продолжительность перемешивания порции смеси зависит от ее назначения и состава и составляет для единой формовочной 2—4 мин, облицовочной — 2— 9 и стержневой — 2—10 мин. Смешивающие бегуны обеспечивают высокое качество перемешивания формовочных и стержневых смесей вследствие активного перетирающего действия катков. Недостатком их является невысокая производительность, ввиду чего они используются только в цехах с небольшим объемом производства.

Рисунок 9 - Смешивающие бегуны с вертикальными катками (а) и центробежные (б):1,4 — катки. 2,7 — плужки. 3 — окно в дне чаши, 5 — кожух, 6 — тяга, 8 — вертикальный вал. 9 — рычаг, 10 — кривошип, 11 — чаша

В современных автоматизированных цехах применяют смесители непрерывного действия, в которых загрузка, перемешивание и выгрузка готовой смеси ведутся одновременно и непрерывно. К смесителям непрерывного действия, используемым для приготовления больших объемов единых и наполнительных смесей, относятся высокопроизводительные центробежные (или маятниковые) смешивающие литейные бегуны с катками, вращающимися в горизонтальной плоскости (рис.9,6). Ободы катков и чаша в них облицованы резиной, что позволяет повысить скорость качения катков и увеличить производительность их в 3—5 раз по сравнению со смешивающими бегунами с вертикально-вращающимися катками. Наличие вентилятора позволяет дополнительно охлаждать смесь и обеспыливать ее. В центробежном смесителе плужки 7 со значительной скоростью отбрасывают смесь на борт чаши, к которому она прижимается и движется под действием центробежных сил. Во время этого движения происходит перемешивание, перетирание отдельных слоев смеси катками. Продолжительность перемешивания единой смеси составляет 2—4 мин, облицовочной и стержневой — до 3 мин [12].

3 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОРМ

3.1 Инструмент для ручной формовки

При изготовлении и отделке литейных форм применяют разнообразный инструмент. В зависимости от назначения его можно разделить на две группы.

Первая группа - это инструменты, применяемые для наполнения опоки смесью, уплотнения смеси и вентиляции формы (лопаты, сита, трамбовки, ручные и пневматические трамбовки, вентиляционные иглы и т.д.), а также для проверки положения модели в горизонтальной плоскости (уровень или ватерпас).

Вторая группа - это инструменты, предназначенные для извлечения модели из формы и отделки формы (кисти пеньковые и щетки, подъемы резьбовые и винтовые, крюки, молотки, тяжелые и легкие гладилки, крючки с лезвием разных размеров, ланцеты, ложечки, полозки разных профилей) [13].

3.2 Опоки

Формы в литейном производстве изготовляют в основном в опоках. Опоками называют жесткие рамки (прямоугольные, квадратные, круглые, фасонные) из чугуна, стали, алюминиевых сплавов, предохраняющие песчаную форму от разрушения во время ее сборки, транспортировки и заливки. Опоки изготовляют из чугуна марок СЧ 15-32, СЧ 18-36 и стали марок 20Л, 25Л и 30Л. Наиболее совершенными считают литые и сварные стальные опоки, так как они прочнее чугунных.

При изготовлении форм использовались две смеси: облицовочная и основная наполнительная. Облицовочная смесь это тщательно просеянная через мелкое сито основная смесь, используя которую получается более четкий отпечаток в рабочей полости формы.

Литьем в опоки называют процесс заливки металла в полости формомассы, ограниченной металлической опокой. Сперва на центральный восковой литникнапаиваются модели из воска или полимера. Литник с напаянными на него моделями называется елкой. Елка помещается в опоку и заливается формомассой. После высыхания формомассы опоку помещают в печь, где в ходе определенного цикла происходит вытопка воска и прокалка опоки с формомассой. После прокалки опока готова к литью. Заливка металла в опоку происходит через центральный литник и распределяется по полостям через питатели, соеденяющие центральный литник и полости форм. Заливка металла происходит в горячую опоку [13].

3.3 Формовка в опоках

В литейном производстве широко распространена формовка в опоках главным образом по разъемным моделям, причем формовку чаще всего осуществляют в двух и реже в трех и более опоках. При формовке в опоках отливки получаются более точные, чем при формовке в почве, так как опоки центрируются при помощи штырей.

Формовка в опоках является более производительной, чем формовка в почве. Применяют несколько способов формовки: 1) в двух опоках; 2) с подрезкой; 3) с фальшивой опокой; 4) с перекидным болваном; 5) в нескольких опоках; 6) по модели с отъемными частями [4].

Формовка в двух опоках по разъемной модели. Процесс изготовления формы начинают с установки модели или ее половины на модельную плиту. Затем на плиту устанавливают пустую нижнюю опоку и поверхность модели смачивают смесью керосина с мазутом или припыливают мелким песком. После этого через ручное сито просеивают облицовочную смесь. Толщина слоя облицовочной смеси для мелких отливок 15-30 мм, а для крупных

30-40 мм.При формовке крупных отливок с высокими отвесными стенками облицовочную смесь просеивают через сито только для покрытия горизонтальной плоскости модели. Обкладку отвесных стенок производят той же облицовочной смесью. В опоку засыпают наполнительную смесь и ее уплотняют. Для достижения равномерной плотности формы наполнительную смесь засыпают в опоку слоями (57-75 мм) и уплотняют ручной или пневматической трамбовкой. При уплотнении нельзя ударять трамбовкой по модели, так как формовочная смесь в местах удара будет сильно уплотнена и в отливках могут образоваться газовые раковины. Особенно тщательно следует уплотнять смесь в углах и у стенок опоки [4].

Излишек формовочной смеси после уплотнения сгребают линейкой вровень с кромками опоки и душником прокалывают вентиляционные каналы так, чтобы душник не доходил до модели на 10-15 мм. Затем опоку вместе с модельной плитой поворачивают на 180 ⁰ и устанавливают вторую половину модели.

Чтобы устранить прилипание формовочной смеси верхней полуформы к нижней, плоскость разъема нижней полуформы присыпают сухим разделительным песком. Этот песок сдувают с поверхности модели сжатым воздухом. Верхнюю опоку ставят на нижнююи через сито насыпают на модель слой облицовочной смеси, устанавливают модель стояка и насыпают наполнительную смесь. После этого уплотняют смесь. Излишки смеси сгребают и делают наколы душником.

Форму раскрывают и смачивают ее поверхность вблизи модели водой. Для предупреждения ухода жидкого металла из формы при заливке по сырому на плоскости разъема формы делают риски (подрезки) вокруг модели на расстоянии 50-70 мм от нее. При заливке металла в сухие формы и особенно при неудовлетворительном состоянии опок в большинстве случаев на плоскость разъема формы кладут тонкий слой глины, который при спаривании полуформ полностью исключает провыв металла их формы. Модели не следует располагать близко к раю опоки; расстояние от модели до стенки опоки должно быль не менее 25-50 мм в зависимости от массы отливки и габаритных размеров опоки.

В модель ввертывают или забивают подъем. Затем ее слегка расталкивают ударами молотка по подъему и извлекают их формы. Так же извлекают модели элементов литниковой системы, стояка, выпора, питателя. Небольшие модели вынимают из формы вручную, а крупные – краном [4].

Извлечение модели из формы является ответственной операцией, и производить ее нужно очень осторожно, чтобы не разрушить форму. Сильно расталкивать модель не рекомендуется, так как при этом отливки получаются с увеличенными размерами и массой.

После извлечения модели поверхность формы отделывают. Поврежденные места формы исправляют гладилками, ложечками, ланцетами и т.д. Некоторые части формы укрепляют шпильками. Отделанную форму, изготовленную по-сырому,перед сборкой присыпают порошкообразным графитом или древесно-угольным порошком. При формовке по-сухому поверхность формы не припыливают, а окрашивают. Формы обычно окрашивают после сушки, когда форма еще не остыла. Иногда формы красят 2 раза: до и после сушки. Затем устанавливают стержень и собирают форму.

Формовка в двух опоках по неразъемной модели. Небольшую крышку получают по деревяннойнеразъемной модели. Сначала формуют нижнюю опоку. На деревянную плиту устанавливают модель и нижнюю опоку, а затем насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Опоку с плитой переворачивают на 180⁰, устанавливают верхнюю опоку и модели литниковой системы,и также насыпают в верхнюю опоку формовочную смесь и уплотняют. После этого поднимают верхнюю полуформу, переворачивают ее на 180⁰ и извлекают модели их формы. Затем форму отделывают, собирают и заливают металлом [4].

3.4Литниковые системы

Одним их важнейших условий получения качественной отливки является правильное устройство литниковой системы. Литниковая система служит для плавного подвода жидкого сплава в полость литейной формы и питания отливок в процессе кристаллизации. Место подвода сплава к отливке во многом определяет ее плотность, внешний вид и образование различных литейных пороков. Выбор литниковой системы, обеспечивающей получение отливок хорошего качества, является наиболее сложной частью литейной технологии. Поэтому формовщик, мастер и технолог при выборе литниковой системы должны учитывать особенности литейной технологии [14].

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям: 1) обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания; 2) способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (засоров, ужимин, шлаковых включений и др.); 3) способствовать направленному затвердеванию отливки; 4) расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

Литниковая воронка для мелких отливок и литниковая чаша-резервуар для крупных отливок предназначены для приема струиметалла, вытекающего из ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с металлом в чашу. При полной до краев чаше в стояк поступает чистый металл, а легкий шлак находится наверху. Кроме того, обеспечивается непрерывная подача металла в форму при одном и том же напоре. Для задержания шлака отверстия стояков иногда закрывают чугунными пробками, тонкими жестянымипластинками. Пробки открывают после того, как вся чаша заполнится металлом, пластинки же расплавляются горячим металлом. Форму необходимо заполнять металлом по возможности быстро, при этом металл должен иметь достаточную температуру.

Во время заливки металла литниковая чаша обязательно должна быть полной. При недостаточно большой глубине металла в чаше образуется воронка, через которую воздух и шлак, плавающий на поверхности металла, могут попасть в стояк и затем в отливку. Для мелких отливок, особенно в условиях массового производства, шлак в чаше задерживают фильтровальными сетками, которые изготовляют из стержневой смеси [14].

Стояк - вертикальный канал, передающий металл их воронки к другим элементам литниковой системы. Его выполняют несколько суживающимся книзу для удобства формовки и обеспечения гидравлического напора в литниковой системе. Конусность стояка 2-4%. При изготовлении крупных отливок стояк и другие элементы литниковой системы часто выполняют из стандартных шамотных трубок-кирпичей [14].

Шлакоуловитель служит для задержания шлака и передачи из стояка металла, свободного от шлака, к питателям; располагается в горизонтальной плоскости. Обычно шлакоуловитель выполняют в верхней полуформе, а питатели - в нижней. Поперечное сечение шлакоуловителей делают трапецеидальным. В процессе заполнения формы металлом для лучшего задержания шлака шлакоуловитель должен быль обязательно заполнен металлом. Это обеспечивается соответствующим соотношением сечений стояка, шлакоуловителя и питателя. Если расход металла через стояк больше расхода через питатели, то шлакоуловитель заполняется металлом и шлак, всплывая, задерживается в нем.Если расход через стояк меньше расхода через питатели, то шлакоуловитель будет незаполненным и шлак попадает в отливку. Таким образом, для задержания шлака сечение стояка должно быть больше сечения шлакоуловителя, а сечение шлакоуловителя больше суммарного сечения питателей. Такую литниковую систему называют запертой [14].

Питатели (литники) - это каналы для подачи жидкого металла непосредственно в полость формы. Сечение питателей должно быть такой конфигурации, чтобы металл плавно поступал вполость формы, мало охлаждался на пути от шлакоуловителя к отливке, а после затвердевания ее питатели легко отламывались от отливки. Практикой установлено, что наилучшая конфигурация поперечного сечения питателей - трапеция с переходом в широкий прямоугольник в месте сопряжения с отливкой. Для лучшего отделения питателей от отливок, в случае если толщина ее тела меньше полуторной высоты питателя в месте его подвода к отливке, на питателях на расстоянии 2-2,5 мм от отливки делают пережим.

Выпоры служат для вывода газов из полости формы и для питания отливки. Они же уменьшают динамическое давление металла на форму и сигнализируют о конце заливки. В зависимости от величины формы ставят один или несколько выпоров. Сечение выпора в основании обычно составляет 1/2 -1/4 сечения стенки отливки. Выше основания сечение выпора увеличивается.

К числу элементов литниковой системы, обеспечивающих питание отливки жидким металлом в процессе ее затвердевания, относятся питающие выпоры и прибыли [14].

Прибыли и питающие выпорыприменяют для отливок из белого низкоуглеродистого, высокопрочного чугуна, а также для толстостенных отливок из серого чугуна. Они служат для питания утолщенных мест отливки, застывающих последними. Прибыли располагают так, чтобы металл в них застывал последним. Толщина прибыли должна быть больше толщины того места отливки, над которым ее ставят. Прибыли больших размеров экономически невыгодны, так как увеличиваются расход металла на прибыли и себестоимость обливок [14].

При конструировании прибылей необходимо руководствоваться следующими правилами:

Прибыль должна затвердевать позже питаемого узла отливки.

Размеры прибыли должны быть достаточными, чтобы компенсировать усадку отливок.

Высота прибыли должна быть такой, чтобы вся усадочная раковина разместилась выше шейки прибыли - места соединения с отливкой. Шейка должна быть возможно короткой и так же, как прибыль застывать после отливки. Если отливка имеет несколько утолщенных мест, разделенных тонк

Поиск по сайту: