Свойства формовочных смесей.

Литье во временные земляные формы

Литье в земляные формы — один из древних способов, не утра­тивший своего значения и теперь. Процесс получения отливки этим способом заключается в том, что по модели, которая представляет собой копию авторского оригинала (или по шаблону), из формовоч­ной земли (смесь глины с песком) изготовляют литейную форму, которую и заливают расплавленным металлом. При извлечении го­товой отливки из формы она разрушается, и для каждой следую­щей отливки форму изготовляют вновь, т. е. каждая форма слу­жит только один раз. В зависимости от требований формы могут быть залиты чугуном, бронзой, алюминием, серебром и другими сплавами.

Цех, в котором производят литье, называют литейным; он имеет несколько отделений:

отделение приготовления формовочных сме­сей для форм;

формовочное отделение—изготовление форм;

стержневое отделение — изготовление стержней для отливки пу­стотелых изделий;

плавильное отделение — плавка металла;

отделе­ние выбивки и очистки изделий.

Формовочные материалы.

Основным материалом для литейных форм служат формовочные смеси, содержащие песок и глину. В зависимости от содержания глины, формовочные материалы де­лят на различные сорта формовочных смесей. Содержание глины составляет от 2 до 50%. Для отливки художественных изделий про­цент содержания глины составляет от 12 до 25%. Смеси для круп­ных и сложных отливок обычно содержат много глины — до 25%; для более простого мелкого литья— 12—15%.

Свойства формовочных смесей.

1.Прочность, или крепость, формовочной смеси зависит от про­центного содержания глины. Способность формовочной смеси не разрушаться от толчков в процессе приготовления формы, при переноске ее и особенно при заливке металлом называется прочностью.

2.Пластичность — свойство формовочной смеси принимать во влажном состоянии отпечаток модели со всеми ее мельчайшими подробностями и сохранять его во время заливки формы, Пластич­ность тем больше, чем мельче зерна песка и чем больше содержа­ние глины.

3. При заливке формы образуется большое количество газов за счет горения защитных покрытий стенок формы и испарения влаги из формы. Способность смеси пропускать пары и газы через стенки формы называется газопроницаемостью. Температура оплавления и спекания смеси должна быть выше температуры жидкого металла.

4. Способность смеси выдерживать без существенных изменений высокую температуру расплавленного металла называется огне­упорностью; она зависит от химического состава формовочной сме­си, величины зерна — чем крупнее зерна смеси, тем они труднее оплавляются и спекаются.

5.Однородность характеризуется тем, что одинаковые по величи­не и форме зерна обусловливают одинаковые свойства по всей мас­се. Однородные смеси обычно имеют хорошую газопроницае­мость.

6.Теплопроводность — это свойство формовочной смеси переда­вать тепло от более нагретой части формы к менее нагретой. Фор­мовочные смеси не должны иметь большую теплопроводность. Наоборот, малая теплопроводность дает возможность отливке мед­ленно и равномерно остывать в форме, чтобы на ее поверхности не образовывалась твердая корка (закалка). Перед чеканкой такую корку приходится удалять предварительным отжигом, что удоро­жает и усложняет процесс обработки отливки.

7. Залитый металл при кристаллизации и затвердевании уменьша­ется в объеме. Такое явление называется усадкой. Форма не долж­на сопротивляться усадке, особенно та часть ее, которая образует внутреннюю полость в отливке, т. е. стержень.

8. Свойство смеси не препятствовать усадке называют податливостью.

9.Долговечность — способность смеси сохранять основные перво­начальные свойства после повторных заливок. Изменения обычно заключаются в следующем: растрескивание от жара зерен смеси, перегорание глины, т. е. утрата пластичности и клейкости, накопле­ние мелочи и пыли.

Формовочные смеси делятся на: облицовочные и напол­нительные. Большую часть формы изготовляют из наполнитель­ной смеси. Она должна иметь хорошую газопроницаемость, а ос­тальные свойства для нее не столь существенны. Небольшой слой, непосредственно прилегающий к поверхности модели, изготовляют из облицовочной смеси. От ее свойств в основном зависит успех отливки. Облицовочная смесь должна иметь все необходимые свой­ства (пластичность, прочность, газопроницаемость, огнеупорность, податливость и малую теплопроводность).

Иногда в качестве формовочных смесей используют природные земли, которые изредка встречаются в готовом виде и представ­ляют большую ценность. Например, к таким природным материа­лам относятся формовочные пески в Каслинском карьере на Урале, которые с давних пор применяются для чугунного художественного литья на Каслинском заводе, или формовочные земли, пригодные для бронзового литья, добываемые из карьера близ Коломенского в Москве.

Формовочные смеси различают для литья в сырую форму и для литья по просушенным формам. Свойства таких сме­сей не одинаковы.

По сырым формам обычно заливают чугун при литье несложных по конфигурации деталей. Наоборот, литье бронзовых статуй, бюс­тов и других сложных художественных моделей производят обяза­тельно по просушенным формам.

Существуют специальные приборы, которыми определяют свой­ства смеси:

газопроницаемость — через взятый и уплотненный образец про­пускают воздух и по времени прохождения воздуха через образец при определенном давлении судят о газопроницаемости;

крепость — уплотненный образец подвергают нагрузке до раз­рушения. Наибольшее усилие, деленное на площадь сечения образ­ца, и характеризует прочность формовочной смеси;

влажность — через образец в 30—50 г продувают нагретый до 200° воздух, затем образец вновь взвешивают, и разница в весе ха­рактеризует влажность; количество глины (в %) определяют отмучиванием и затем взве­шиванием. Разница в весе образца до отмучивания и после состав­ляет вес глины;

крупность зерна определяют путем просеивания через специ­альные сита.

Модели и их свойства.

Форму можно изготовить по авторскому оригиналу только для отливки, не требующей соблюдения точных размеров. Обычно формовку производят по копии изделия, т. е. по модели отливки. Модели изготовляют из дерева, металла, гипса и т. п. Эти копии имеют специальные отклонения в большую сторо­ну от размеров изделий с учетом литейной усадки.

Для удобства формовки и для получения точных отливок по раз­мерам модель должна иметь следующие качества:

- не должна разрушаться или изменять форму в процессе формовки и уплотнения вокруг нее земли, т. е. иметь проч­ность;

- легко выниматься из формы, не повреждая ее стенок, т. е. иметь формовочные конусы — соответствующие уклоны на стенках (бо­ковых);

- иметь чистую, гладкую поверхность, чтобы к ней не приставала земля;

- быть легкой, чтобы при извлечении ее из земли не напрягать сильно мускулы рук, так как это вызывает сотрясение модели и осыпание частей формы;

- быть несколько больше оригинала, чтобы отлитое по ней изде­лие после усадки соответствовало размерам чертежа.

Литейная усадка — это уменьшение объема металла при перехо­де из жидкого состояния в твердое. При охлаждении отливка сокра­щается и как бы отходит от стенок формы. Отливка всегда меньше модели, по которой была сделана форма. Величина усадки бывает различная. Металлы и сплавы с большой усадкой менее желатель­ны для литья.

Литейные усадки.

Пользуясь величиной литейной усадки, можно определить, на­сколько больше следует изготовить модель и по ней форму, чтобы получить отливку нужного размера.

Кроме того, при изготовлении модели должна быть учтена по­следующая механическая обработка отливки, т. е. модель по раз­мерам должна также иметь припуск на обработку.

Виды моделей.

По конструкции модели для художествен­ного литья, в зависимости от способа приготовления форм и слож­ности отливок, делят на цельные, разъемные, с отъемными частя­ми (приборами), со знаками для пустотелых отливок.

Цельные модели, или простые, — модели, применяемые в тех случаях, когда изделие имеет простую форму без сложных и высо­ких выступов и больших углублений, затрудняющих в процессе фор­мовки извлечение модели из формы; к числу таких моделей отно­сят модели барельефов постаментов, некоторых декоративных на­кладок, архитектурных деталей, розеток.

Разъемные модели — модели более сложных изделий с высоки­ми выступами и большими углублениями; их делают разъемными по плоскости симметрии, например, модель двусторонней медали. Модели для больших сложных изделий могут состоять из несколь­ких частей и формоваться в нескольких опоках. Части разъемной модели обычно соединяют шипами так, чтобы обе половины моде­ли не могли смещаться одна относительно другой.

Модели с отъемными частями — их особенность в том, что при извлечении модели из формы части остаются в форме, а потом их вынимают отдельно в соответствующих направлениях. Например, модель декоративной вазы с ручками — ручки мешают свободно вы­нимать модель из формы; для удобства формовки ручки делают отъемные Способы крепления частей на модели различны: шпильками, винтами, или шипами в форме «ласточкина хвоста».

Модели для пустотелых отливок. Они имеют специальные высту­пы на боковых стенках, которые называются знаками. При формов­ке эти выступы — знаки образуют в форме углубления — отпечатки, куда вставляются соответствующие выступы специально приготов­ленных земляных стержней или шишек, образующих внутреннюю полость отливок. Когда полость имеет выход с двух сторон (трубы, колон­ны), знаки на моделях делают также с двух сторон (на боковых стенках). Иногда полость имеет только один выход, например, при отливке декоративных ваз и других подобных изделий.

В отливках типа бюстов или фигур внутренние полости не имеют выхода на поверхность (глухие полости). В таких моделях знаки нельзя делать большими, чтобы не исказить поверхности отливки. Их делают по диаметру каркаса стержня. Концами каркаса стержень крепят в стенках формы и заплавляют при отливке. После отливки концы каркаса срубают и зачеканивают.