Разработка технологии получения литой заготовки

Разработка технологии состоит из выбора и обоснования способа изготовления литейной формы; конструирования модели, стержневых ящиков, сушильных плит, литниковой системы для заполнения формы металлом; разработки последовательности технологических операций формовки, сборки форм, заливки их металлом, очистки и обрубки от­ливок; методов и способов контроля качества литой заготовки.

При конструировании модели сначала разрабатывают технологи­ческий чертеж отливки. На чертеж детали (рис. 3.2, а), которая путем механической обработки будет получена из литой заготовки, наносят все технологические указания, необходимые при изготовлении мо­дели. Все размеры детали увеличивают пропорционально величине усадки сплава, из которого будет изготовлена отливка. На поверх­ности, с которых будет сниматься слой металла при изготовлении детали, наносят припуски / на механическую обработку (рис. 3.2, б). Отверстия 2 диаметром менее 12 мм в заготовках обычно получают сверлением, поэтому их тоже заштриховывают, как припуск на меха­ническую обработку.

Припуски для чугунных отливок выбирают по ГОСТ 1855–55, а для стальных – по ГОСТ 2009–55. Для чугунных отливок с габа­ритными размерами 120–150 мм припуски находятся в пределах 2–6 мм, а для стальных –3–8 мм.

Для удобства формовки и извлечения модели из уплотненной фор­мовочной смеси модели делают разъемными. Плоскость разъема, как правило, проходит через ось симметрии будущей модели, но обязательно так, чтобы ее части (верхняя и нижняя) беспрепятственно удалялись из полуформ. При этом учитывается необходимость рас­положения ответственных поверхностей отливки в нижней части формы или вертикально, так как вверху всегда при заливке формы металлом скапливаются шлак и газы.

Рис. 3.2. Пример технологической разработки отливки

Разъем модели условно обозначают буквами РМ, а разъем литейной формы обозначают РФ. Верх и низ модели в фор­ме обозначают соответст­венно В и Н. Если разъем модели и формы совпадает, то на чертеже должно быть обозначение МФ. Для точ­ного совмещения полумо­делей 7 и 8 на одной из них имеются шипы, а на другой–впадины 9. Круп­ные отверстия и полости в отливках получают с по­мощью стержней 3. Для точной фиксации стержня в форме используют стерж­невые знаки 4, выполняемые заодно с самим стержнем. Стержень на чертеже обычно обозначают пе­рекрестной штриховкой по контуру. При горизонтальном положении стержня, имеющего форму тела вращения, знаки делают цилиндриче­скими, а при вертикальном –в виде усеченного конуса для удобства сборки полуформ. Модель и стержень имеют одинаковые по конструк­ции стержневые знаки. Форму и размеры знаковых частей назначают поГОСТ 3606–57 с учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме.

Для облегчения выема модели из уплотненной смеси на всех ее вертикальных поверхностях по отношению к плоскости разъема РМ наносят формовочные или литейные уклоны 5. Величина уклонов зави­сит от размеров и места расположения поверхности. Металлические модели имеют наружные уклоны от 1°30' до 0°30' н внутренние от 3° до 0°45', деревянные модели –соответственно уклоны 3°–0°30' и 3°–1°. С увеличением размера поверхности уклоны уменьшаются. В местах сопряжении поверхностей моделей вводят радиусы скруглений (галтели) 6. При наличии галтелей литейная форма в таких скру­гленных углах после извлечения модели не осыпается, а отливка не приобретает склонности к появлению трещин, так как устраняются концентраторы напряжений.

После нанесения на чертеж (рис. 3.2, б) всех указаний приступают к изготовлению модели в и стержневого ящика. Размеры модели и ее очертания соответствуют чертежу б, а размеры и очертания рабочей полости стержневого ящика соответствуют размерам и очертаниям стержня 3, со знаками 4. По ящику изготовляют стержень путем уплотнения стержневой смеси в рабочей полости ящика. Затем стержень сушат для придания ему прочности. Поверхности деревянных моделей и ящиков окрашивают для предохранения от влаги и уменьшения шероховатости. Цвет окраски моделей и отдельных ее частей регла­ментирует ГОСТ 2413–67. Знаковые части моделей и стержней всегда имеют черный цвет, корпус моделей может быть красным, зеленым, серым и желтым в зависимости от применяемого сплава.

В разработку литейной технологии входит конструирование и расчет литниковой системы, которая служит для заполнения литейной формы металлом. По конструкции и расположению в литейной форме литниковые системы очень разнообразны. Схематично способы под­вода металла в литейную форму показаны на рис. 3.3.

Для различных сплавов и видов форм применяют разные по кон­струкции литниковые системы, но независимо от конструкции литниковая система должна обеспечивать питание отливки в процессе кри­сталлизации жидким металлом и предотвращение усадочных рако­вин; равномерное без завихрения заполнение металлом формы без размывания и подсоса воздуха; задержание шлаковых, неметалличе­ских и засорных включений и предотвращение попадания их в полость формы с металлом; кратчайший путь металлу в полости формы, чтобы он не терял температуру; минимально возможную площадь, занимае­мую на модельной плите и в форме для большего размещения моделей на плите и отливок в форме; однородность структуры отливки после ее кристаллизации; отсутствие препятствия при усадке отливок; легкое отделение от отливки в процессе выбивки ее из формы; минималь­ное количество точек подвода металла к отливке с целью сокращения объема работ при зачистке отливок.

Рис. 3.3. Схема подвода металла в литейные формы: а – свободное падение: б – сверху через разъем формы; в – по разъему опок; г– снизу сифоном; д – по разъему опок от одного стояка – стопочная заливка.

Конструкция литниковой системы должна состоять из стандартных элементов, легко изготовляемых и заменяемых при износе.

Последовательность изготовления сырой песчано-глинистой формы в опоках ручным способом показана на рис. 3.4. Вначале изготов­ляют нижнюю полуформу (позиция а). На подмодельный щиток / укладывают полумодель 2 (без выступающих шипов), затем на этот же щиток устанавливают опоку 3. Полумодель располагают в опоке таким образом, чтобы оставалось место для размещения литниковой системы. К полумодели подводят модель элемента литниковой си­стемы – питатель 4.

На предварительно протертую мазутом с керосином или графитом поверхность полумодели насыпают тонкий слой разрыхленной и про­сеянной облицовочной формовочной смеси, которую уплотняют на поверхности полумодели. Затем последовательно насыпают и уплот­няют слои наполнительной смеси, пока уровень ее несколько не пре­высит край опоки 3.

Излишки уплотненной смеси линейкой срезают вровень с краем опоки. Нижнюю полуформу поворачивают на 180° (вверх пло­скостью разъема модели) и на нижнюю полумодель 2 устанавливают верхнюю полумодель 7, совмещая шипы и впадины 13 (позиция б). На опоку 3 нижней полуформы устанавливают верхнюю опоку 8 и взаимно их фиксируют при помощи штырей 6, которые входят во втулки боковых проушин опок 5. Поверхность нижней полуформы посыпают тонким слоем разделительного песка для предотвращения соединения двух полуформ в процессе уплотнения смеси.

На самую высокую поверхность модели устанавливают выпор 9, который обес­печит отвод газов из формы. Над моделью питателя 4 устанавливают модель шлакоуловителя 12 и стояка 11 с литниковой чашей 10. После этого формуют верхнюю полуформу, уплотняя формовочную смесь в опоке 8. Затем из уплотненной смеси извлекают модель выпора 9 и стояка 11.

Рис. 16.4. Последовательность изготовления сырой песчано-глинистой формы руч­ным способом

Для образования дополнительных газоотводящих каналов 14 полуформы многократно прокалывают иглообразной спицей. Верхнюю полуформу снимают с нижней и помещают рядом на щитке (позиция в). Из нижней и верхней полуформ с предварительной раскачкой удаляют полумодели и элементы литниковой системы при помощи крючков или шпилек 15. После извлечения моделей в знаковые части нижней полуформы помещают стержень 17, изготовленный ранее, и нижнюю полуформу накрывают верхней (позиция г). Таким образом, полу­чается литейная форма, внутри которой имеется полость 16, по кон­фигурации соответствующая конфигурации модели, а внутри полости расположен стержень 17, образующий отверстие в отливке.

При ручных способах изготовления форм стержни, как правило, также изготовляют вручную путем уплотнения смеси внутри стержне­вого ящика. Для удобства извлечения стержня ящик делают разъем­ным. После извлечения из ящика стержни сушат в сушилах, предва­рительно поместив их на сушильные металлические плиты - драйеры. В процессе сушки стержень упрочняется, но сложные стержни до­полнительно армируют металлическим каркасом, заформованным внутрь стержня в процессе его изготовления. Мелкие стержни арми­руют каркасом из отожженной стальной проволоки, а крупные – сварными и литыми каркасами, которые служат не только для упрочнения, но и для транспортировки стержня при помощи мостовых кранов от места изготовления к месту сборки.

Для отвода газов при заполнении литейной формы металлом моно­литные стержни снабжают газоотводящими каналами, которые обра­зуются в крупных стержнях при помощи шлаковых засыпок, соломен­ных жгутов, перфорированных металлических труб, а в стержнях средней и малой величины при помощи плетеных капроновых шлан­гов, хлопчатобумажных шнуров или сквозных проколов, выходящих в знаковые части. Пустотелые (оболочковые) стержни не требуют дополнительных газоотводящих каналов. Для предотвращения при­гара и получения чистой поверхности во внутренних полостях отли­вок стержни красят противопригарными красками. На позиции д представлены нижняя и верхняя полуформы со сто­роны плоскости разъема. В нижней полуформе видны отпечаток от модели 16, стержень 17 и питатели 4. В верхней полуформе видны отпечаток от модели 16, следы выпоров 9, шлакоуловителя 12 и стояка 11.

Перед заполнением формы металлом верхнюю полуформу прижи­мают к нижней при помощи грузов, болтов, скоб, струбцин, клино­вых устройств для предотвращения всплытия верхней полуформы от статического напора металла и утечки его из формы по плоскости разъема. Затем следуют операции заполнения формы металлом, вы­бивки отливки из формы после кристаллизации и достаточного охла­ждения металла, выбивки стержней из отливки, очистки и обрубки отливки, проверки ее качества и механической обработки. Аналогично изготовляют и сухие литейные песчано-глинистые формы, но при этом добавляются операции сушки и, как правило, покраски поверхности формы. Сухие формы применяют для крупных стальных отливок.

 

3.3. Формовочные и стержневые смеси и их приготовление

Для изготовления разовых литейных форм и стержней, а также для облицовки изложниц и кокилей используют разнообразные фор­мовочные и стержневые смеси. Для получения качественных отли­вок с чистой поверхностью формовочные и стержневые смеси должны обладать прочностью (для сохранения геометрических размеров после извлечения моделей из формы или стержней из ящиков и при их тран­спортировке); огнеупорностью (чтобы при высоких температурах в момент соприкосновения с жидким металлом смесь не оплавлялась и не образовывала пригара); газопроницаемостью (чтобы образовав­шиеся газы и пары беспрепятственно могли выходить из полости формы в процессе заполнения ее металлом и не образовывалось газо­вых раковин в отливках); оптимальной влажностью (для обеспечения необходимых физических свойств и предотвращения излишнего паро­образования); пластичностью (для получения точных отпечатков эле­ментов моделей и стержневых ящиков); податливостью (для предот­вращения образования внутренних напряжений и трещин в отливках при их усадке в процессе кристаллизации); минимальной гигроскопичностью (чтобы не было переувлажнения форм за счет влажности окружающей атмосферы, что может привести к потере ими прочности и появлению газовых раковин в отливках); оптимальной теплопро­водностью (для нормальных условий кристаллизации отливки); высо­кой долговечностью (для длительного сохранения заданных техноло­гических и физических свойств); легкой выбиваемостью (для свобод­ного удаления смеси из опок и стержней из отливок). Компоненты смеси должны быть дешевыми и обладать способностью к регенерации, т. е. восстановлению свойств для последующего использования.

Основные компоненты смесей – пески и глины с определенными свойствами.

Формовочные пески в соответствии с ГОСТ 2138–74 в зависимости от содержания глинистой составляющей и примесей делятся на классы, а в зависимости от размера зерен основной фракции – на группы. В качестве основной составляющей в формовочные пески входит крем­незем (SiO2), а в виде примесей – каолинит, полевые шпаты, слюда, окислы железа, кальцит, магнезит, доломит, сидерит. Для огнеупор­ных наполнителей облицовочных смесей используют шамот и оливинит. Формовочные пески должны иметь определенные параметры физико-химических свойств, соответствующие ГОСТ 2189–62.

Формовочные глины служат минеральными связующими в формо­вочных и в некоторых стержневых смесях. В состав глин входят минералы: каолинит и монтмориллонит. Глины классифицируют по минералогическому составу, пределу прочности, термохимической устойчивости и пластичности.

Формовочные и стержневые смеси по составу разнообразны и вы­бираются в зависимости от характера производства, свойств приме­няемого литейного сплава, размеров и сложности отливок.

Формовочные смеси для обычной ручной и машинной формовки состоят из песка (основа смеси), связующих (глина, вода), противо-пригарных добавок (молотый каменный уголь, пылевидный кварц, маршалит, мазут), добавок, повышающих податливость и газопрони­цаемость смеси (древесные опилки, сульфитно-спиртовая барда), которые при соприкосновении с жидким металлом выгорают, образуя в смеси поры.

При изготовлении крупных и сложных форм используют облицо­вочную (наносимую на поверхность модели) и наполнительную (за­полняющую опоку) смеси. В массовом производстве чаще используют единые смеси для удобства автоматизации процессов формовки и по­вышения производительности труда.

Стержневые смеси для изготовления стержней, подвергающихся сушке в сушилах, состоят в основном из песка (редко с добавками 3–10 % глины для простых стержней) и связующих веществ (крепи­телей). По принципу действия связующие вещества можно разделить на три группы: высыхающие (льняное масло, поливиниловый спирт,. сланцевая смола, сульфитная барда), склеивающие (сульфитный ще­лок, декстрин, сульфитно-спиртовая барда), затвердевающие (торфя­ной и древесный пек, канифоль) К стержневым смесям предъявляют более высокие требования по прочности, огнеупорности, податливости и газопроницаемости, так как стержень находится внутри расплав­ленного металла и испытывает с его стороны тепловые и механические воздействия.

Формовочные и стержневые смеси, отверждаемые в литейной ос­настке (в опоках на поверхности моделей и в стержневых ящиках) с нагревом или без нагрева этой оснастки, очень разнообразны по своему составу, но основой их являются формовочные пески.

Смеси для форм и стержней, отверждающихся в оснастке без нагрева, изготовляют с использованием в качестве связующих реакционноспособных синтетических смол. Эти смеси способны отверждаться при комнатной температуре в присутствии катализаторов или химических реагентов. Продолжительность отверждения форм и стержней зависит от их размеров, применяемых смесей, окружающей температуры и составляет 3–45 мин. Наибольшее применение имеют следующие смеси.

Пластичные песчано-смоляные холоднотвердеющие смеси способны отверждаться при комнатной температуре в присутствии катализато­ров. Связующими веществами служат синтетические смолы – феноло-фсрмальдегидные, фенолофурановые, фенолокарбамиднофурановые, карбомиднофурановые.

Катализаторы чаще используются кислые – органические (бен-зосульфокислота), неорганические (ортофосфорная кислота, азотная кислота в смеси с ортофосфорной) и комплексные, состоящие из не­скольких компонентов.

Песчано-смоляные смеси отверждаются при продувке газообраз­ным катализатором, когда происходит физико-химическое взаимо­действие между компонентами связующего под действием активирую­щего реагента (катализатора), вводимого вместе с газом в смесь после ее уплотнения в оснастке. Отверждение смеси происходит сразу по всему объему. Связующими служат составы из двух компонентов – синтетической смолы, имеющей активные гидроксильные группы (фенолоформальдегидная, полиэфирная, алкидная), и полиизоцианатного соединения, выполняющего роль отвердителя. В качестве связующих часто применяют фенолоформальдегидные твердые смолы и диизоцианат. Катализатор (триэтиламин и диметилэтиламин) способствует со­единению гидроксильной группы фенольной смолы с изоцианатной группой отвердителя и образованию твердой уретановой смолы, свя­зывающей кварцевые зерна формовочной или стержневой смеси. Ката­лизатор вводят в смесь в виде аэрозоля вместе с воздухом или углекис­лым газом.

Песчано-жидкостекольные смеси отверждаются продувкой газом СО₂ (СО₂-процесс), когда происходит коагуляция жидкого стекла с выделением кремнегеля, склеивающего отдельные песчинки смеси между собой и обеспечивающего общее упрочнение смеси в оснастке. Длительность процесса упрочнения смеси –от десятков секунд до нескольких минут.

Песчано-жидкостекольные пластичные самотвердеющне смеси (ПСС-процесс) отверждаются под воздействием твердого реагента – двухкальциевого силиката (2CaO-SiO₂), вводимого в смесь при ее

изготовлении. Отверждение смеси происходит в результате образо­вания кальциево-натриевого гидросиликата, который прочно склеи­вает отдельные зерна песка между собой. В состав смесей входят пе­сок, глина, жидкое стекло, едкий натр, каменный уголь, асбест и феррохромовый шлак.

Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС - процесс) содержат связую­щие материалы (жидкое стекло, синтетические смолы, сульфитно-спиртовую барду) и упрочняющие добавки (феррохромовый шлак). Отверждение смеси происходит благодаря взаимодействию двухкаль­циевого силиката, содержащегося в феррохромовом шлаке, с жидким стеклом и образованию кальциево-натриевых гидросиликатов, свя­зывающих зерна песка между собой.

В состав ЖСС входит песок, феррохромовый шлак, каменный уголь, жидкое стекло, древесный пек и поверхностно-активное вещество (ПАВ) марки ДС-РАС. ПАВ ДС-РАС вводят в смесь для образования пузырьков пены, которые снижают силы трения между зернами песка и способствуют их легкому перемещению относительно друг друга под влиянием собственной массы, т. е. способствуют жидкоподвижности смеси при низкой ее влажности (5–6 %).

Формы и стержни в нагреваемой оснастке изготовляют с исполь­зованием термореактивных смол и песчано-смоляных смесей, способ­ных быстро и необратимо отверждаться при контакте с нагретой до температуры 150–250°С модельной оснасткой. Непосредственно на модельной плите или в стержневом ящике в течение 15–20 с полу­чается готовая полуформа или стержень. Наибольшее применение имеют влажные и сухие смеси, которые состоят из кварцевого песка, связующих синтетических смол, отвердителей, керосина, борной ки­слоты, окиси железа, графита серебристого, стеарата цинка или кальция.

Приготовление формовочных и стержневых смесей начинается с под­готовки (сушки, размалывания и просева) исходных материалов. В современных литейных цехах формовочные линии работают в еди­ном комплексе с автоматизированными смесеприготовительными си­стемами. На рис. 3.5 показана единая комплексная система, управ­ляемая с центрального пульта, сблокированного с обслуживаемой формовочной линией. Вся система состоит из следующих участков: I – участок переработки и подготовки смеси, бывшей в употреблении; II – участок приготовления смеси и введения свежих добавок (песка, бентонита, угля, воды); III –участок формовки.

 

Рис.3.5. Автоматическая смесеприготовительная система

После выбивки форм на выбивных решетках 2 отработанная горя­чая смесь попадает на виброжелоб 1, а затем на ленточный конвейер 25 и проходит магнитную сепарацию 24 для отделения металлических включений, затем конвейером 13 передается к элеватору 8 и прохо­дит сито грубого просева 9. Остатки стержней и комья смеси подаются в разрыхлитель 10. Разрыхленная смесь проходит сито тонкого про­сева 11 и попадает в гомогенизатор 12, представляющий собой сталь­ной наклонный барабан, где смесь увлажняется водой и перемеши­вается. Гомогенизированная смесь поступает в охладитель 14 с при­нудительным отсосом водяных паров и пыли. Смесь в охладителе распределяется на перфорированных пластинах конвейера, через которые просасывается воздух.

Охлажденная до температуры 40–45°С и усредненная по влаж­ности смесь при помощи ленточного конвейера 15 передается в бун­кер 17, расположенный рядом с бункерами для песка, бентонита и угля 18, 19, 20, которые имеют дозаторы. Исходные материалы (пе­сок, уголь, бентонит, горелая смесь) в дозированных количествах ленточным питателем 16 подаются в смеситель непрерывного дейст­вия 22. После тщательного перемешивания всех компонентов смесь выгружается на ленточные конвейеры 21 и 23, которые передают ее в разрыхлитель 26. Разрыхленная смесь поступает по конвейеру 6 в бункера 5 с дозаторами 7, расположенные над формовочными маши­нами 4. Излишки формовочной смеси, просыпавшиеся при формовке, конвейером 3 передаются в общий поток. Таким образом цикл при­готовления и использования формовочной смеси замыкается. Стерж­невые и формовочные смеси в большинстве литейных цехов приго­товляют в смесителях-бегунах. Смесеприготовительные бегуны (рис. 3.6) разнообразны по конструкции и своим техническим данным.

 

Рис. 3.6. Смешивающие бегуны с вертикальными катками (а) и центро­бежные (б): 1 и 4 – катки; 2 а 7 – плужки; 3 – окно в дне чаши; 5 – кожух; 6 – тяга; 8 – вертикальный вал; 9 – траверса; 10 – кривошип; 11 – чаша

Они могут иметь одну, две и три чаши, соединенные между собой, в которых производится перемешивание составляющих смеси, загруженных при помощи дозаторов и мерных устройств, увлажнение смеси и удаление пыли. Разрыхление и пере­мешивание смеси производится плужками, укрепленными на крон­штейнах, и катками, вращающимися внутри чаши бегунов. Число кат­ков в каждой чаше может быть два и три, вращаться они могут в го­ризонтальной или вертикальной плоскости. Готовая формовочная смесь выгружается через люк в днище бегунов. В двухчашечных смесеприготовительных бегунах диаметр чаши может соста­влять 1100–2500 мм, масса порции смеси 250–2000 кг, производи­тельность 15–120 т в час. Работа бегунов, работающих в единой системе, полностью автоматизирована.

Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС) приготовляют в автомати­зированных установках непрерывного действия производительностью до 50 т/ч. Исходные материалы находятся в бункерах, а связующие добавки –в емкостях, откуда они дозаторами подаются в смеситель непрерывного действия. От смесителя отходит ленточный транспор­тер, который может изменять угол наклона и поворачиваться в гори­зонтальной плоскости. При помощи такого подъемно-поворотного транспортера ЖСС подается в формы или стержневые ящики.

Песчано-смоляные смеси приготовляют в герметичных бегунах-смесителях, куда загружаются дозаторами сыпучие материалы для интенсивного перемешивания в течение 1 –2 мин. В смешанную массу вводят катализатор, вновь перемешивают 2 мин, заливают связующие и перемешивают смесь еще 2 мин, после чего ее выпускают через люк в днище бегунов и передают емкостями к стержневым машинам.

Сухие песчано-смоляные смеси применяют в плакированном и неплакированном состоянии. Процесс плакирования осуществляется горячим или холодным способом и заключается в нанесении на зерна песка смоляных связующих. После плакирования смесь дробят и складируют. Плакирование дает возможность получать смеси с мень­шим количеством связующего на 3–4 %.

Влажные песчано-смоляные смеси приготовляют в смесителях, загружая в них сначала сыпучие материалы –песок и порошкооб­разные добавки, затем катализаторы отверждения и в последнюю очередь связующие. Общая продолжительность перемешивания смеси6–8 мин. Смеси на синтетических связующих имеют кратковремен­ную живучесть, поэтому их приготовляют небольшими порциями и сразу же подают в закрытой таре в приемные бункера формовочных или стержневых машин. При этом температура готовой смеси не должна превышать 30 °С. Эти смеси готовят в лопастных смесителях периодического или непрерывного действия с объемом замеса 0,02– 1,2 м³, а также в малоскоростных катковых бегунах с объемом замеса 0,25–0,6 м³ и производительностью 5–12 м³/ч. Обечайку бегунов и катки покрывают резиной для предотвращения дробления зерен песка. Для приготовления влажных песчано-смоляных смесей при­меняют стационарные и передвижные шнековые смесители производи­тельностью 3–20 т/ч. Смесь может быть приготовлена непосредственно в бункере пескодувно-пескострельной машины на одно заполнение ящика или формы.

 

3.4. Способы изготовления разовых литейных форм и стержней

В литейном производстве формы и стержни могут быть изготовлены ручным и машинным способами. Машинные способы изготовления ферм и стержней можно разделить на основные группы:

– уплотнением смеси прессованием (верхним, нижним, колодками, плунжерами, диафрагмой), встряхиванием, встряхиванием с подпрес-совкой (вибропрессованием), пескометным способом, надувом н т. п.;

– химическим отверждением смеси при комнатных и повышенных температурах;

– с использованием физических явлений – вакуумпрессованием, воз­действием магнитного поля и др.

Ручную формовку выполняют путем уплотнения формовочной смеси на поверхности модели пневматическими трамбовками в опоках (одной, двух, трех), в почве (в полу литейного цеха), в кессонах (больших ямах, стенки которых выложены кирпичом). Формообразующим приспособлением могут служить деревянная модель разъемная или неразъемная, шаблоны вращения или протяжные, скелетная модель, имеющая только каркас без обшивки, образец (деталь, бывшая в экс­плуатации, но вышедшая из строя из-за разрушения), например крупные шкивы, шестерни, маховики, станины. При ручной формовке широко используют средства механизации: краны, конвейеры, подъем­ники, пневматические трамбовки, передвижные сушила и т. д. Удель­ный вес ручной формовки в производстве фасонных отливок состав­ляет 24–30%. Машинная формовка повышает производительность уплотнения форм в 15–20 раз по сравнению с ручной.

Стержни из смеси на крепителях (связующих), требующих печной сушки, изготовляют ручным способом или на машинах (пескометах, встряхивающих, пескодувных, пескострельных) в деревянных или металлических ящиках в зависимости от размеров стержней и харак­тера производства. По конструкции ящики могут быть целиковые и состоящие из двух, трех частей и более, с одной рабочей полостью и многогнездные, с горизонтальной и вертикальной плоскостью разъема, открытые и закрытые, с выемными вкладками для образования выступов на стержнях (рис. 3.7). После уплотнения смеси 1 в стержне­вом ящике 2 стержень помещается на сушильную плиту (драйер) 3 и поступает в сушильную печь. Для упрочнения стержней в ящик вкладывают металлический каркас, для повышения газопроницае­мости в стержне имеются каналы, выходящие в знаковые части.

Стержни плоские и простой конфигурации сушат в поле токов высокой частоты. Это сокращает цикл сушки и улучшает условия труда. Скорость и температура сушки зависят от сложности стержня, его массы и природы связующего вещества.

 

Рис. 16.7. Устройства стержневых ящиков: а – вытряхного; б – с вертикальным разъемом

 

Обычно температура сушки 160–240 °С, продолжительность сушки 1–10 ч. После сушки конт­ролируют геометрию стержней, зачищают все заусенцы, затирают пастами трещины и окрашивают стержни. Сложные стержни склеивают из нескольких частей, изготовленных отдельно.

Стержни из смесей на жидкостекольном связующем, отверждаемых продувкой СО_2, изготовляют ручным и машинным способами в дере­вянных или металлических ящиках. Мелкие стержни отверждаются на сушильных плитах в камерах, в которые поступает углекислый газ, а крупные стержни отверждаются непосредственно в ящиках, в которые подается углекислый газ из баллонов.

Формы и стержни, изготовляемые при помощи пескометов, удобно использовать в единичном и серийном производстве. Пескометы могут быть стационарными и передвижными.

Основной рабочий узел пескомета – метательная головка (рис. 3.8). Головка представляет собой вращающийся ротор 1 с лопатками 2, заключенный в кожух 3 с окном 4 для выхода смеси. Смесь подается на лопатки ротора шнеком или транспортерной лентой 5 и с большой скоростью через окно 4 в кожухе, порциями 6 выбрасывается на по­верхность модели 7 или в рабочую полость стержневого ящика 8.

При ударе о поверхность модели или ящика, благодаря кинетиче­ской энергии, приобретенной в метательной головке (скорость мета­ния 33–50 м/с), смесь уплотняется. Перемещая метательную головку, равномерно заполняют опоки, и ящики с одинаковой плотностью смеси по высоте. Формовочная и стержневая смеси в пескомет могут пода­ваться транспортерами из смесеприготовительного отделения.

При использовании быстротвердеющих смесей на фурановых смолах, не требующих печной сушки, применяют пескометы с собственной смесе-приготовительной системой производительностью 6–35т смеси вчас(40 м³/ч).

Рис. 3.8. Схема работы пескометной головки; а – наполнение опоки; б – наполнение ящика.

Все исходные составляющие смеси – песок, связующие и катализатор подаются в определенной пропорции дозаторами и ин­тенсивно перемешиваются шнеком, который одновременно и передает готовую смесь от места дозировки к метательной головке.

Формы и стержни из жидких самотвердеющих смесей (ЖСС) широко применяют для изготовления крупных корпусных отливок и различ­ных станин (металлорежущих станков, компрессоров и т. д.). Модели и стержневые ящики изготовляют из дерева и алюминиевых сплавов. Смесь в жидкоподвижном состоянии из дозирующего устройства нали­вается в рабочую полость ящика или в опоку на поверхность модели и отверждается в течение нескольких минут. Стержневые ящики и модели перед заливкой смеси натирают графитовой смазкой для пред­отвращения прилипания смеси к поверхности ящика и модели. Для удобства транспортировки и упрочнения крупные стержни обычно армируют металлическим каркасом, а для улучшения вывода газов внутри стержня прокладывают капроновые плетеные шланги. После отверждения стержни и формы окрашивают графитовой краской для предотвращения пригара. Стержни и формы, приготовленные из ЖСС, легко ремонтируются путем подмазки и подклейки дефектных мест.

Пленочно-вакуумная формовка относится к последним достижениям литейной технологии. Сущность способа схематично показана на рис. 3.9. Модель 2 устанавливают на перфорированную плиту 1 внутрь опоки 4 и накрывают эластичной пленкой 3, способной выдер­живать без разрушения контакт с расплавленным металлом и обеспе­чивать чистую и гладкую поверхность отливкам. Модель 2, так же как плита /, имеет мелкие сквозные отверстия.

Рис. 3.9. Пленочно-вакуумная фор­мовка

Через модель и плиту отсасывается воздух, что способст­вует плотному прилеганию пленки к поверхности модели. После этого на поверхность пленки, обтянув­шей модель, засыпают кварцевый песок 5 до верхнего края опоки 4. Для уплотнения песка применяют легкую вибрацию. Опоку 4, за­полненную песком сверху, закрывают пленкой 6 и вновь отсасывают воздух из опоки, что приводит к уплотнению песка и плотному прилеганию пленки 6.

Так изготовляют верхнюю и нижнюю полуформы, затем их собирают и заполняют металлом. Образовавшаяся отливка легко удаляется из песчаной формы, а наполнительный песок может быть многократно использован. При таком способе изготовления форм не требуется применения смесеприготовительного оборудования и до­рогих материалов, входящих в состав формовочных смесей.

Машинные способы изготовления литейных форм очень разнообраз­ны. В литейных цехах используют машины и автоматы с пневматиче­ским, гидравлическим и комбинированным приводом. Все способы изготовления форм можно объединить в две группы: опочная и безопочная формовка. Формы в опоках изготовляют на машинах преиму­щественно встряхивающего и прессового действия.

На встряхивающих машинах (рис. 3.10, а) уплотнение смеси / в опоке 2 на поверхности модели 3 происходит благодаря кинетиче­ской энергии ударов стола 4 о станину машины 5, которая одновре­менно служит цилиндром.

Рис. 3.10. Способа уплотнения формовочной смеси в опоках: а – встряхивающие машины: б – машина с верхним прессованием; в – машина о нижним прессованием; г– диафрагменные машины; д – прессование многоплунжерной головкой.

Стол 4 соединен с поршнем 6, который поднимается сжатым воздухом, поступающим в цилиндр через ка­нал 7. При поднятии поршня выше выхлопного канала 8 сжатый воздух выходит из полости цилиндра, и поршень вместе со столом 4, моделью 8 и опокой 2, наполненной смесью 1, падая, ударяется о ста­нину машины 5. Затем циклы повторяются для достижения желаемой плотности смеси.

На прессовых машинах (рис. 3.10, б и в), имеющих гидравличе­ский привод, уплотнение смеси происходит моделью или верхней колодкой благодаря статическому воздействию их на формовочную смесь, помещенную в опоку. Уплотнение прессованием со стороны плоской или профильной колодки 5, закрепленной на верхней тра­версе 6 машины (рис. 16.10, б), осуществляется с использованием наполнительной рамки 4, содержащей такое дополнительное количе­ство смеси /, которое необходимо для получения нужной плотности в опоке 2 над моделью 3.

Уплотнение прессованием со стороны модели 3 (рис. 3.10,е) происходит за счет сжатия смеси / между моделью 3 и траверсой 6 машины. Предварительно модель 3 вместе со столом 4 опускается в ста­нину 5 машины. Образовавшееся в станине 5 пространство и опока 2 заполняются смесью. После этого модель 3 столом 4 поднимается и спрессовывает смесь, прижимая ее к верхней траверсе 6 машины. На пневматических прессовых машинах (рис. 3.10, г) универсальным уплотняющим элементом является эластичная диафрагма 4, которая под воздействием сжатого воздуха в резервуаре 5 уплотняет смесь / в опоке 2 на поверхности модели 3.

Дифференциальное прессование многоплунжерной головкой изоб­ражено на рис. 3.10, д. Прессующие колодки 9 уплотняют формовоч­ную смесь 1 над моделью 3 (установленной на столе машины) в опоке 2 под действием жидкости 6, которая заполняет корпус 5 прессующей головки и оказывает давление на поршни (плунжеры) 7, связанные штоками 8 с прессующими колодками 9. Дополнительный объем фор­мовочной смеси, необходимый для уплотнения, помещен в наполни­тельной рамке 4. Многоплунжерная прессовая головка дает возмож­ность развивать высокие давления на формовочную смесь и равно­мерно уплотнять ее по всему сложному контуру модели.

После уплотнения формовочной смеси в опоке тем или иным спо­собом полученную полуформу снимают с модели. Для облегчения этого процесса к модельной плите подключают вибраторы. Извлечение модели из полуформы осуществляется разными способами: протяж­кой, штифтовым