Тема: способы выбивки форм и стержней

ЛЕКЦИЯ 11.

План лекции

1. Выбивка форм.

2. Выбивка стержней.

3. Обрубка, зачистка и термообработка отливок.

Выбивка отливок из форм. Обычно эту операцию выполняют на меха- нических выбивных решетках, которые по принципу действия классифици- руют на эксцентриковые (рис. 47, а) с приводом от механизма шатунно- кривошипного типа, инерционные (рис. 47, б) с приводом от вала с дебалан- сом и ударные инерционные (рис. 47, в), наносящие снизу удары по установ- ленным неподвижно литейным формам. Решетка 1 с литейной формой 4 с помощью привода 3 и опорной пружины 2 совершает колебательное движе- ние. В каждом цикле колебаний решетки форма подбрасывается вверх и за- тем, падая, ударяется о решетку или опорную раму. В момент соударения под действием сил инерции форма разрушается. Выбитая из опоки формовочная смесь проваливается через решетку и системой конвейеров передается к мес- ту ее переработки для повторного использования.

По сравнению с эксцентриковыми решетками инерционные имеют сле-

дующие преимущества:

- изменяя величину дебаланса на инерционной решетке, можно легко изменять удельную энергию удара, что дает возможность установить его не- обходимое значение в зависимости от показателей выбиваемой формы (типа смеси, твердости и плотности формы, степени ее предварительной подсуш- ки);

- инерционные решетки можно устанавливать на более легком фунда- менте, так как пружинная подвеска передает на него возникающие при вы- бивке усилия и вибрацию ослабленными.

Рис. 47. Типы механических выбивных решеток:

а – эксцентриковая; б – инерционная; в – ударная инерционная

При выбивке крупных и тяжелых, форм применяют установки, со- стоящие из нескольких выбивных решеток. Эти установки позволяют более рационально использовать энергию, так как для выбивки форм малой массы можно включать в работу часть решеток, составляющих установку.

С целью освобождения рабочих от непосредственного участия в тяже-

лом и трудоемком процессе выбивки и вывода оператора из зоны повышен- ной запыленности используют автоматические установки для выбивки форм. В зависимости от способа формовки (безопочная, опочная, без крестовин в нижней опоке, опочная с крестовинами в нижней опоке) выбирают типы вы- бивных установок.

Наиболее легко поддается автоматизации выбивка из безопочных форм, так как при этом не требуется удалять смесь и отливки из опок, а необходимо лишь обеспечить сброс форм с литейного конвейера на выбивное устройство, где происходит их разрушение и отделение отливок от смеси. В качестве уст- ройства для сброса форм применяют установки с отклоняющей шиной, с на- клонной платформой и др.

В установках с отклоняющей шиной платформы конвейера имеют осо- бые откидные щиты на шарнирах, которые с помощью роликов и от- клоняющей шины принимают на месте выбивки наклонное положение, пово- рачиваются под углом 45° к горизонту. При этом формы соскальзывают на выбивающее устройство. Недостаток таких установок заключается в услож- нении конструкции тележек конвейера.

В установках с наклонной платформой на позиции выбивки вся тележка конвейера наезжает на платформу, которая наклоняется и сбрасывает форму

на расположенный ниже вибрационный конвейер, где и происходит отделе-

ние отливок от смеси.

Для выбивки безопочных форм широко применяют барабаны. Такой барабан представляет собой цилиндрическое сито, изготовленное из листово- го железа. Внутри барабана по винтовой линии закрепляется металлическая полоса, служащая для перемещения форм и отливок вдоль оси барабана. Ци- линдрическое сито установлено на катках, которые приводятся в движение с помощью электродвигателя через редуктор. Безопочные формы после охлаж- дения сталкиваются с конвейера через воронку вовнутрь барабана и разру- шаются в процессе его вращения. Смесь проваливается через отверстия в стенке барабана на ленточный конвейер, а отливки выходят из него и подают- ся далее в очистное отделение. Угол наклона барабана регулируется с помо- щью винтового устройства в зависимости от необходимой скорости прохож- дения отливок внутри барабана, которая определяет его производительность. Барабан закрыт герметично кожухом, подключенным к цеховой системе пы- леотсоса.

Для выбивки форм без крестовин в нижней опоке наиболее распростра-

нены установки, работающие на провал. При этом способе форма устанавли- вается на вибрирующую раму, расположенную над выбивной решеткой. Опо- ка опирается на раму краями, отработанная смесь вместе с отливкой сквозь проем рамы проваливается на решетку, где и происходит их разделение. Для предохранения опок от разрушающего воздействия вибрирующей рамы на ряде установок применены прошивные механизмы, выдавливающие ком (от- ливку со смесью) из опоки на разделительную решетку.

При наличии крестовин в нижней опоке выбивка на провал без распа- ровки невозможна, так как крестовины не позволяют удалять отливку вместе с формовочной смесью. В этом случае применяют установки для автоматизи- рованной выбивки форм трех типов:

- с раздельной выбивкой верхней и нижней опок с предварительной распаровкой и извлечением отливки до выбивки;

- раздельной выбивкой верхней и нижней опок с предварительной рас-

паровкой и извлечением отливки после выбивки;

- с выбивкой спаренных форм с последующей распаровкой и извлече-

нием отливки.

Выбивка форм сопровождается выделением большого количества теп- лоты и пыли, поэтому участки выбивки форм оснащают мощными системами вытяжной вентиляции, а выбивные решетки большой грузоподъемности (вы- ше 10 т) имеют пыле- и звукоизолирующие накатные кожухи.

Удаление стержней из отливок является трудоемкой операцией. Трудо- емкость выбивки стержней из отливок зависит от вторичной прочности стержневой смеси, конфигурации полости отливки, напряженного состояния стержня в отливке. Стержни, изготовленные из смесей на органических свя- зующих (маслах и их заменителях, синтетических смолах), обладают низкой

вторичной прочностью, хорошей выбиваемостью. Поэтому во многих случаях стержни, особенно простые, выбивают из отливок в процессе отделения от- ливки от формовочной смеси на выбивной решетке, или при очистке отливок в дробеметных установках. Однако достаточно крупные стержни даже из смесей на синтетических смолах выбивают на выбивных установках.

Стержни из жидкостекольных смесей, ЖСС, ПСС, песчано-глинистых смесей обладают худшей выбиваемостью, чем стержни с органическими свя- зующими.

Для выбивки стержней из мелких и средних отливок в условиях массо- вого и крупносерийного производства используют пневматические вибраци- онные установки. Установка представляет собой раму, на которой установле- ны передняя и задняя бабки (рис. 48). Задняя бабка имеет пружинный упор 2, передняя имеет направляющие, на которых установлен подвижный вибратор

5, оканчивающийся бойком-зажимом 3. Перемещение вибратора по направ- ляющим и зажим отливки между передней и задней бабками обеспечиваются пневмоцилиндром. Для выбивки стержня отливку устанавливают на станину или подвешивают на талях и зажимают между бабками. Плунжер вибратора

сотрясает отливку, вследствие чего стержень разрушается.

Рис. 48. Схема вибрационной установки для выбивки стержней:

1 – отливка; 2 – пружинный упор; 3 – боек-зажим вибратора; 4 – пневмоцилиндр; 5 – виб-

ратор

Однако стержни из песчано-глинистых, жидкостекольных смесей, ЖСС и ПСС плохо выбиваются на таких установках, поэтому часто, особенно при изготовлении крупных отливок массой не менее 400 кг, применяют гидравли- ческие камеры, в которых стержни из отливок удаляются вследствие их раз- рушения струей воды и вымывания из отливки.

Схема удаления стержня из отливки приведена на рис. 49. Одновремен- но происходит очистка поверхности отливки. В зависимости от макси- мального давления воды все гидравлические очистные установки делят на три класса: низкого давления (5×105-10×105 Па), высокого (10×105-20×105 Па)

и сверхвысокого (свыше 20×105 Па). При этом установки высокого и сверх- высокого давления могут быть дополнительно оборудованы насосной стан- цией низкого давления, используемой для вымывания и гидротранспортиро- вания разрушенных стержней. По сравнению с выбивкой стержней сухим способом при гидравлической выбивке стержней полностью отсутствует пы- леобразование, сохраняются для повторного использования стержневые кар- касы и значительно ускоряется процесс удаления стержней. Однако процесс применим только для достаточно крупных и сложных отливок, имеющих большой объем или сложную форму стержней.

Рис. 49. Схема удаления стержня из отливки в гидравлической камере:

1 – гидромонитор; 2 – гидрокамера; 3 – стержень; 4 – отливка

Струя воды оказывает на стержень двойное действие: размывающее, при котором вместе с водой удаляется стержневая масса, и разрезающее, при котором струя разрезает стержень на части и уносит их из отливки. Размы- вающее действие струи тем больше, чем больше расход воды. Разрезающее действие тем больше, чем больше скорость струи, зависящая от давления во- ды. Для оптимального действия струи необходимо сочетать размывающее действие с разрезающим таким образом, чтобы за минимальное время удалять стержень. Поэтому основным условием производительного и экономичного действия установки является правильный выбор давления воды и диаметра сопла гидромонитора.

Опытным путем установлено, что чем больше прочность материала стержня в момент выбивки, тем большее значение имеет разрезающее дейст- вие струн. Давление воды при этом должно быть выбрано больше, а диаметр сопла при ограниченной мощности насоса может быть соответственно мень- ше.

Гидромонитор делают в виде трубы длиной 1-4 м (рис. 50). По практи-

ческим данным диаметр трубы в установках высокого давления принимают из расчета, чтобы отношение ее сечения к проходному сечению сопла было равно 5,0-5,5. Обычно гидромониторы таких установок делают диаметром до

25 мм, а установок низкого давления – до 40-50 мм и более. Гидромонитор рекомендуется устанавливать так, чтобы его наконечник находился от выби- ваемого стержня на расстоянии 100-150 мм.

Рис. 50. Схема устройства гидромонитора:

1, 2 – телескопически соединенные стволы; 3 – кронштейн; 4 – ось кронштейна; 5 – наса- док монитора; 6 – гидроцилиндр перемещения по вертикали; 7 – гидроцилиндр перемеще- ния по горизонтали

Еще больший эффект дает пескогидравлическая обработка отливок. Разрушающая сила струи воды с песком гораздо больше, чем разрушающая сила струи воды без песка. С помощью песчано-водяной струи можно не только выбивать стержни, но и очищать поверхность отливок.

Пескогидромонитор представляет собой струйный аппарат, рабо-

тающий по принципу гидравлического эжектора (рис. 51). По стволу монито- ра через выходной насадок, или сопло, подается вода под высоким давлением (7,5-15 МПа). Струя воды, выходящая с большой скоростью из сопла, засасы- вает пульпу, т.е. смесь песка и воды, в смесительную камеру или в кониче- ский выходной насадок, из отверстия которого уже выходит рабочая песчано- водяная струя. На входе в пескогидромонитор консистенция пульпы включа- ет в себя 50 % песка и 50 % воды (по объему). Выходящая рабочая струя при этом содержит около 15 % песка.

Электрогидравлический способ выбивки стержней и очистки отливок заключается в использовании элекгрогидравлического эффекта, возникающе- го при высоковольтном разряде в воде между специальным электродом и по- верхностью отливки (рис. 52), При электрическом искропоы пробое жидкости в ней возникают ударные волны и перемещения, вызывающие интенсивную вибрацию отливок в очень широком диапазоне частот. Из-за различия моду- лей упругости и частоты собственных колебаний отливок и стержневых сме- сей на границе раздела металл – стержневая смесь возникают растягивающие напряжения, приводящие к разрушению стержня. Интенсивные перемещения жидкости в зоне разряда и вибрация отливок обеспечивают эффективное уда- ление остатков разрушенных стержней из отливок. Кроме того, разрушается смесь, пригоревшая к отливке.

Электрогидравлические установки используют для выбивки стержней из стальных, чугунных отливок, отливок из цветных сплавов. Эти установки могут быть использованы в единичном, мелкосерийном и серийном произ- водстве. Наиболее целесообразно их применение для выбивки стержней из крупных и средних отливок.

Рис. 51. Схема пескогидромонитора:

1 – ствол; 2 – патрубок для пульпы; 3 – выходной насадок; 4 – входной насадок

Рис. 52. Принципиальная электрическая схема электрогидравлической установки для выбивки стержней из отливок:

1 – рабочий промежуток; 2 – выпрямитель-трансформатор;

3 – формирующий промежуток; 4 – электрод

Преимущества этого способа выбивки: обеспечиваются высокая произ- водительность и эффективность; исключается тяжелый ручной труд; снижа- ется запыленность воздуха в литейных цехах.

Обрубка, очистка и термическая обработка отливок. После выбивки из форм отливки обычно обрубают и очищают. Обрубка отливки заключается в отделении от нее прибылей, литников, выпоров и в удалении заливов по месту сопряжения полуформ или в области стержневых знаков. Обрубают от- ливки с помощью молотков и пневматических зубил, абразивных кругов и прессов, ленточных и дисковых пил, также используют дуговую, газовую или анодно-механическую резку. В некоторых случаях прибыли отрезают на то- карных станках.

Пригар на поверхностях отливок существенно затрудняет отрезку лит-

ников и прибылей. В таких случаях перед обрубкой отливки вместе с литни-

ками и прибылями очищают.

Литники от чугунных отливок легко отбиваются при слабом ударе. От мелких отливок они отделяются в основном при выбивке форм. Оставшиеся на отливках литники отбивают молотками или обламывают на прессах. В от- дельных случаях отделение литников от чугунных отливок совмещают с предварительной очисткой в галтовочных барабанах. Литники от мелких стальных отливок также отбивают молотками. Прибыли и литники от круп- ных отливок из углеродистых и низколегированных сталей отделяют дуговой и газовой резкой. При производстве отливок из некоторых высоколегирован- ных сталей для этой цели применяют механическую или анодно- механическую резку. Ленточные и дисковые пилы, механические прессы ши- роко применяют для отрезки литников и прибылей от отливок из алюминие- вых, магниевых и медных сплавов.

Очистка отливок. Для удаления пригара и улучшения поверхностей от- ливки подвергают очистке галтовкой, дробеструйной, дробеметной, вибраци- онной и электрохимической обработке.

Очистку отливок галтовкой осуществляют в барабанах периодического и непрерывного действия. Барабаны периодического действия применяют в цехах мелкосерийного производства, в массовом производстве используют барабаны непрерывного действия. Очистка отливок в барабанах происходит в результате их взаимного трения. Для усилия эффекта трения в барабан вместе с отливками загружают звездочки из отбеленного чугуна. При вращении ба- рабана отливки перекатываются, трутся друг о друга и о звездочки, в резуль- тате чего удаляется приставшая к поверхности отливок формовочная смесь,

Галтовочные барабаны непрерывного действия (рис. 53) имеют два ко- жуха. Отливки по лотку 5 и звездочки с помощью лопаток 4 непрерывно по- ступают во внутренний кожух 1. Перемещаясь к другому концу барабана, от- ливки очищаются. Звездочки, не доходя до конца барабана, проваливаются во внешний кожух 2 и спиральными направляющими 3 вновь подаются к загру- зочному окну. Отработанная смесь проваливается через отверстия во внеш- нем кожухе и удаляется из барабана.

Для очистки отливок широко используют дробеструйные аппараты. Из таких аппаратов на поверхности отливок под давлением воздуха или воды подается чугунная дробь. Она обладает большой кинетической энергией и очищает поверхность отливок тем быстрее, чем мощнее струя. Дробеструй- ной очистке нельзя подвергать отливки из мягких сплавов, так как это ухуд- шает качество их поверхностей. Для очистки отливок из алюминиевых спла- вов вместо чугунной дроби используют кусочки алюминиевой проволоки.

Чугунные и стальные отливки обычно подвергают дробеметной очист- ке. На очищаемую поверхность дробь подается метательными головками 1 в виде турбинок, вращающихся с частотой до 3000 об/мин. Дробь, выбрасы- ваемая большой центробежной силой, ударяется о поверхность отливок 2 и

очищает ее (рис. 54). Дробеметная очистка более производительна, чем дро- беструйная. Она осуществляется в дробеметных очистных барабанах и каме- рах. В дробеметных барабанах очищают мелкие и средние отливки массой до

40 кг. Равномерная очистка всех поверхностей отливок достигается в процес- се их перекатывания внутри вращающегося барабана 3 (рис. 54, а) или на движущемся пластинчатом конвейере 3 (рис. 54, б) внутри неподвижного ба- рабана. В массовом производстве применяют очистные барабаны с пластин- чатым конвейером непрерывного действия, в которых отливки в процессе очистки перемещаются еще вдоль оси барабана.

Рис. 53. Галтовочный барабан непрерывного действия для очистки отливок

Рис. 54. Схемы дробеметной очистки отливок

В дробеметных камерах очищают отливки массой более 50 кг. Отливки устанавливают на вращающиеся очистные столы или подвешивают на вра- щающиеся подвески 3 (рис. 54, в). Очистка происходит внутри камеры 4. В массовом производстве применяют проходные дробеметные камеры непре- рывного действия, а при небольшом объеме производства отливок – тупико- вые дробеметные камеры периодического действия.

Остатки смеси и пригар на внутренних поверхностях чугунных и сталь- ных отливок, труднодоступных при дробеметной очистке, успешно удаляют электрохимической обработкой. Для этого отливки погружают в расплав NaOH или КОН, температура которого 450-500 оС, и подключают к источни- ку постоянного тока напряжением 2,5-3,5 В и плотностью 0,03-0,05 А/м2.

Отливки в течение 7-8 мин являются катодом, в течение 3-4 мин анодом и 3-4 мин вновь катодом. После этого их промывают в холодной и горячей воде. Очистка поверхности отливок происходит за счет катодного восстанов- ления оксидов железа и растворения SiО2 пригара и смеси в щелочном рас- плаве с образованием силикатов.

Мелкие отливки весьма эффективно очищаются вибрационным спосо-

бом. Для этого отливки и абразивный наполнитель загружают в контейнер, установленный на упругой подвеске, и приводят в колебательной движение с частотой до 3000 в минуту с амплитудой 3-5 мм. В процессе взаимного пере- мещения частицы наполнителя обрабатывают металлическую поверхность.

В современных крупных литейных цехах используют комплексные ус- тановки для очистки отливок. Например, поточная линия очистки включает выбивную решетку, галтовочный барабан, дробеметные установки, зачистные станки и систему конвейеров для передачи отливок с одной операции на дру- гую.

Зачистку отливок проводят с целью удаления мелких заливов, остатков прибылей и литников, а также других неровностей и выступов на поверхно- сти отливки. Эту операцию выполняют с помощью абразивных кругов, уста- новленных на различных станках. Отливки массой до 10 кг зачищают на ста- ционарных шлифовальных станках. Для очистки отливок большей массы применяют подвесные, маятниковые или переносные станки. В массовом производстве мелких и средних отливок нашли применение полуавтоматиче- ские и автоматические станки и линии, обеспечивающие повышение произ- водительности обработки в 5-10 раз. Отливки из вязких сплавов – сталей, ковкого чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов – зачищают корундовыми шлифовальными кругами, а отливки из хрупких сплавов, например серого чу- гуна, – карборундовыми.

Отливки из легкоплавких сплавов очищают также электроконтактным способом. По этому способу отливку и вращающийся стальной диск подклю- чают к источнику тока. При контакте диска с выступом на поверхности от- ливки цепь замыкается, заусенцы и заливы оплавляются и в виде мелких час- тичек отбрасываются диском от зачищаемой поверхности.

Стальные отливки зачищают также газокислородными горелками, ко-

торые применяют для обрезки литников и прибылей.

Термическая обработка отливок. Отливки в литом состоянии имеют крупнозернистую структуру, высокую твердость, низкие прочностные и пла- стические свойства. В них сохраняются значительные внутренние напряже- ния. Структура и свойства отливок могут быть значительно улучшены терми- ческой обработкой. Вид обработки (отжиг, нормализация, закалка, отпуск) определяется природой сплава, конфигурацией отливки и техническими ус- ловиями.

Стальные отливки обычно подвергают термической обработке в два этапа. Сначала проводят предварительную термообработку (отжиг, нормали- зацию или нормализацию с отпуском) для снятия внутренних напряжений, измельчения структуры и уменьшения твердости перед механической обра- боткой. При отжиге эти задачи решаются полнее, однако недостатком этого вида обработки является большая продолжительность. Поэтому отжигают лишь отливки, склонные к образованию значительных внутренних напряже- ний. Отливки простой конфигурации подвергают нормализации. Для отливок

ответственного назначения назначают нормализацию и отпуск. При оконча- тельной термической обработке стальные отливки подвергают нормализации и отпуску или заколке и отпуску. Выбор закалочной среды (вода или масло) зависит от состава стали (ее закаливаемости) и сложности отливки, а темпе- ратура отпуска (низкий, средний или высокий) – от требуемых механических свойств отливки. По мере повышения температуры отпуска прочность и твердость снижаются, а пластические свойства и ударная вязкость повыша- ются. Если нагрев и охлаждение отливок происходят в окислительной среде, то поверхность покрывается окалиной. Поэтому отливки подвергают повтор- ной очистке. Механически обработанные стальные отливки при необходимо- сти подвергают цементации, азотированию и другим видам химико- термической обработки.

Чугунные отливки подвергают термической обработке значительно ре- же. Ее применяют для снятия внутренних напряжений, стабилизации разме- ров, снижения твердости и улучшения обрабатываемости, повышения меха- нических свойств или износостойкости. При низкотемпературном отжиге (500-630 оС) снимаются внутренние напряжения и стабилизируются размеры отливки, а механические свойства практически не изменяются. При низко- температурном графитизирующем отжиге (680-750 оС) происходит графити- зация и частичная сфероидизация эвтектоидного цементита. Вследствие этого снижаются прочность и твердость, но улучшается обрабатываемость. Высо- котемпературный графитизирующий отжиг (850-980 оС) применяют для гра- фитизации первичных карбидов в чугунах всех видов. При получении ковко- го чугуна из белого этот вид термообработки является обязательным. При нормализации и закалке чугунных отливок улучшаются механические свой- ства. При нагреве до 850-950 оС часть графита растворяется в аустените. При

последующем охлаждении на воздухе или в закалочной среде углерод не ус- певает вновь полностью выделиться в виде графита, поэтому количество свя- занного в цементит углерода возрастает и прочность, твердость, а также изно- состойкость отливки увеличиваются. При нормализации чугуна образуется перлитная металлическая матрица, а при закалке мартенситная. Соответст- венно во втором случае достигается больший прирост твердости, прочности и износ о стойкости. Закаленные отливки требуют дополнительной термиче- ской обработки для снятия внутренних напряжений.

Чугунные отливки при необходимости придания им особых свойств подвергают химико-термической обработке: азотированию, алитированию, сульфидированию, борированию и т.п.

Качество отливок из алюминиевых и магниевых сплавов улучшают пу- тем старения, отжига, закалки и закалки с последующим искусственным ста- рением. Отливки из медных сплавов обычно не подвергают термической об- работке. Лишь в отдельных случаях их отжигают для снятия внутренних на- пряжений.

Контрольные вопросы.

1. Какие технологические операции включает в себя процесс очистки отливок?

2. Какими способами можно удалить стержни из отливок?

3. Опишите суть технологического процесса выбивки стержней?

4. Какие технологические приемы применяются при удалении литников и прибылей?

5. Чем отличается очистка отливок от зачистки?

6. Назовите способы очистки поверхности отливок?

7. Опишите технологию гидроабразивной очистки отливок?

8. Чем отличаются технологические процессы дробеметной и дробест-

руйной очистки отливок?

9. Последовательность финишных операций и термической обработки при производстве стального фасонного литья от выбивки форм до термической обработки?

10.Назовите способы термической обработки отливок из цветных спла-

вов?

МОДУЛЬ 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ

Дата добавления: 2014-01-07