Краткие теоретические сведения

Литье – технологический процесс изготовления заготовок (реже – готовых деталей), заключающийся в заполнении предварительно изготовленной литейной формы жидким материалом с последующим его затвердеванием.

Литьём называют также продукцию литейного производства, художественные изделия и изделия народных промыслов, полученные с помощью литья.

Литые заготовки, полученные в земляных формах, являются наиболее дешевыми, имеющими минимальный припуск на механическую обработку. Эффективность литейного производства может характеризовать коэффициент использования металла (КИМ) – отношение масс детали и заготовки.

Ориентировочные значения КИМ различных заготовок соответствуют: литье в песчаные формы 0,70; литье в кокиль 0,85; штамповка 0,40; ковка свободная 0,30.

Общая схема технологического процесса изготовления отливки приведена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема технологического процесса изготовления отливки

Технология изготовления отливки начинается с разработки ее чертежа и рабочих чертежей модельного комплекта (модели и стержневого ящика).

Затем по модельному комплекту изготавливают форму, полость которой по размерам и конфигурации соответствует изготавливаемой детали. Детали и заготовки, получаемые таким способом, называются отливками.

Форма заполняется металлом через систему каналов, называемую литниковой системой. При этом наружные очертания отливки определяются полостью формы, а внутренние образуются соответствующими фасонными вставками, называемыми стержнями. Стержни могут применяться также и для формирования внешних контуров отливки.

Элементы разовой песчаной литейной формы показаны на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Устройство разовой литейной формы

Для изготовления песчаной формы необходимо иметь модельный комплект и другую литейную оснастку. Модельный комплект должен включать в себя всю оснастку для получения полости формы. Он состоит из модели отливки, стержневого ящика, моделей элементов литниковой системы, прибыли и выпора. При необходимости модельный комплект должен включать также шаблоны для контроля размеров и конфигурации формы.

Модель служит для получения отпечатка в форме 1 (рис. 7 2), стержневой ящик – для изготовления стержня 8, который устанавливается в форму с целью создания полости в отливке. Кроме того, в литейной форме имеются литниковая воронка 10, стояк 11, зумпф 13, шлакоуловитель 12 и питатели 14, 15, представляющие в совокупности литниковую систему. Литниковая система нужна для подвода жидкого металла из заливочного ковша к полости формы 1. Зумпф предохраняет нижнюю полуформу от размыва и попадания продуктов ее размыва в полость формы и в отливку. Шлакоуловитель необходим для предотвращения попадания шлака и других частиц в полость формы.

Прибылью 7 называют технологический прилив, предотвращающий образование усадочных раковин и пор в теле отливки. Через выпор 5 выходят воздух и газы, которые образуются в полости формы во время ее заливки расплавленным металлом. Газы возникают и в порах формовочной и стержневой смесей. Если их не удалять, то они могут попасть в отливку, образуя газовые раковины. Поэтому для лучшего удаления газов в верхней и нижней полуформах, а также в стержнях устраивают вентиляционные каналы 6, способ­ствующие выходу газов.

Уплотнение формовочной смеси 2 в нижних и верхних полуформах, как правило, выполняют в опоках 3, 4, представляющих собой открытые с противоположных сторон металлические ящики. После изготовления полуформ низа и верха и стержней производят сборку форм и их заливку жидким металлом.

После затвердевания и охлаждения отливок до требуемой температуры их извлекают из формы путем разрушения последней на выбивных решетках.

Далее отливки подвергают обрубке (отделению литниковой системы, прибылей, заусенцев и др.) и очистке, затем, если необходимо – термообработке. Перед сдачей в механический цех все отливки проходят необходимый контроль. В некоторых случаях литейные дефекты могут быть устранены путем заварки, пропитки специальными составами или другими способами.

Формовочные материалы. Материалы, из которых изготовляют песчаные формы, называют формовочными. Основные требования, предъявляемые к формовочным материалам: огнеупорность, низкая стоимость, недефицитность, нетоксичность, долговечность. Различают исходные материалы, формовочные смеси для изготовления форм, стержневые смеси для изготовления стержней, отработанные смеси и материалы для окраски и отделки форм и стержней.

Исходными являются материалы, из которых приготовляют формовочные и стержневые смеси, а также материалы для окончательной отделки форм и стержней.

Материалы, используемые при разработке смесей и красок, в зависимости от выполняемых функций можно разделить на три группы: основная огнеупорная часть (наполнитель), связующие и добавки.

Наполнители должны обладать относительно высокой огнеупорностью, термической стойкостью, инертностью к расплавленному металлу, механической прочностью, низким коэффициентом термического расширения, однородным зерновым составом и минимальной стоимостью. Должны иметь концентрированный гранулометрический состав. Известные наполнители по гранулометрическому составу могут быть разделены на две группы: пески (фракция 0,4–0,1 мм) и порошки (фракция менее 0,063 мм). Пески используются при изготовлении смесей, порошки – противопригарных паст, красок и в качестве добавок.

Пески для литейного производства должны удовлетворять следующим требованиям: иметь округлую или полуокруглую форму зерен, однородный зерновой состав (80 % на трех смежных ситах), низкое содержание глинистой составляющей и низкий коэффициент термического расширения до температуры заливаемого металла.

Основу формовочного песка составляет кварц (SiO₂), плотность которого составляет 2500-2800 кг/м³. Температура плавления кварца 1713 ^оС.

В состав кварцевого песка в виде примесей входит ряд минералов: полевые шпаты (МеО·Al₂O₃·6SiO₂), слюда, например мусковит (К₂O·3Al₂O₃·6SiO₂·Н₂O), окислы железа (гематит Fe₂O₃), магний железняк (FeO·Fe₂O₃), ильменит (FeO·ТiO₂), кальцит (СаСO₃), магнезит (MgСO₃), глинистые минералы и др.

Связующие материалы определяют прочностные характеристики смесей и красок в исходном и нагретом состояниях. В литейном производстве в качестве связующих используется большое количество материалов.

Основными характеристиками связующих являются прочность на сжатие смеси связующего с песком в отвержденном состоянии, температура начала деструкции и количество выделяющихся при этом газов (газотворность).

Анализ существующих тенденций в отечественной и зарубежной промышленности показал, что в качестве связующего для изготовления форм целесообразно применять, прежде всего, огнеупорную глину, портландцемент, жидкое стекло, синтетические смолы; для изготовления стержней – жидкое стекло с порошкообразными и жидкими отвердителями, фенолфурановые, фенолформальдегидные, карбамидно-фурановые, а также фосфатные связующие.

Добавки служат для регулирования технических свойств смесей. Добавки к наполнителям используют обычно в виде тонкодисперсных материалов (порошков), увеличивающих плотность смеси. Они повышают прочность смеси за счет активации системы «наполнитель – связующее», препятствуют проникновению металла в форму как порозаполнители.

Формовочные и стержневые смеси представляют собой предварительно подготовленные, взятые в определенной пропорции, равномерно перемешанные между собой исходные материалы (наполнитель, связующее, добавки).

Все свойства смесей делятся на технологические, рабочие и общие. К технологическим свойствам смесей относятся прочность во влажном и упрочненном состояниях, выбиваемость, осыпаемость, текучесть, живучесть и долговечность; к рабочим – прочность в нагретом состоянии, огнеупорность, податливость, газотворность и газопроницаемость, поверхностная прочность, склонность к пригару и теплофизические характеристики смесей. Общие свойства зависят от свойств исходных формовочных материалов и определяют объемную массу, пористость, зерновой, минералогический и химический составы. От комплекса свойств смесей наравне с технологическими особенностями зависит качество отливок.

Одним из наиболее распространенных способов получения отливок, является способ получения их в разовой ПГ-форме, используя при этом ручную либо машинную формовку в опоках.

Ручную формовку применяют в условиях единичного и мелкосерийного производств. Характерной особенностью ее является большое разнообразие методов и приемов формовки, позволяющих получать различные по сложности, массе и размерам отливки. Различают следующие разновидности ручной формовки:

– по количеству опок: в одной опоке, в двух опоках, в трех опоках и более, в почве;

– по конструкции модельной оснастки: по неразъемной модели, по разъемной модели, по шаблонам, по скелетным моделям.

Формовка по цельной модели в двух опоках. Формовка (рис. 7.3) выполняется следующим образом. Модель очищают от формовочной смеси, припыливают и кладут гладкой поверхностью на подмодельную плиту (рис. 7.3, г). Затем на нее ставят нижнюю опоку, через сито насеивают слой облицовочной смеси, после чего в несколько приемов слоями толщиной до

50–70 мм засыпают наполнительную смесь и утрамбовывают ее.

Рис. 7.3 - Формовка в двух опоках по цельной модели:

а –деталь; б – модель; в – стержень; г, д, е, ж – операции формовки

Излишек смеси сверху опоки срезают линейкой и делают душником наколы 1, не доходящие до модели на 10–15 мм (рис. 7.3, д). Набитую нижнюю опоку поворачивают на 180^о, плоскость разъема опок заглаживают гладилкой, посыпают разделительным песком и модель накрывают верхней опокой.

После этого в верхней опоке размещают модели стояка и выпоров с таким расчетом, чтобы они были достаточно удалены от стенок и крестовин опоки (рис. 7.3, е). После уплотнения смеси в верхней опоке и извлечения из формы модели стояка и выпоров опоку поднимают и кладут на ребро или поворачивают на 180^о. Если не применяют модели питателей и шлакоуловителей, литниковые каналы прорезают вручную до момента извлечения модели из формы. После удаления модели форму исправляют, обдувают и припыливают; при необходимости ставят стержни. Затем верхнюю опоку по штырям осторожно устанавливают на нижнюю (рис. 7.3, ж).

Точное центрирование при спаривании опок производится с помощью контрольных штырей, вставляемых в отверстия центрирующих ушков. Различают два способа спаривания опок – «штырем» или «на штырь». В первом случае штыри вставляются в ушки верхней опоки и при сборке формы проходят в отверстия втулок нижней опоки. При сборке «на штырь» контрольные штыри удерживаются в ушках нижней опоки, а верхняя опока «садится» на штыри своими центрирующими отверстиями. В условиях серийного и массового производства этот способ наиболее распространен. Во избежание прорыва металла через плоскость разъема во время заливки опоки скрепляются металлическими скобами. Центрирующие штыри после спаривания опок вынимают и используют для центровки следующей пары опок.

Оборудование, инструмент и материалы. Набор моделей (разъемных, неразъемных, в том числе с отъемными частями), опоки, подмодельные и подопочные плиты, модели элементов литниковых систем; комплекты формовочных инструментов, включающие сито, лопату или совок, трамбовку, деревянный молоток, крюк-подъемник для извлечения моделей и отъемных частей, ланцет, гладилку, ложечку и крючок для отделки и ремонта полуформ и стержней, вентиляционную иглу; твердомер мод. 071, плавильная печь, литейные ковши, набор плавильных инструментов, шихтовые материалы для выплавки чугуна или алюминиевых сплавов, единая формовочная смесь или облицовочная и наполнительная смеси, противопригарное покрытие, керосин или смесь 50 % керосина и 50 % мазута для протирки моделей, сухой кварцевый песок или серебристый графит для присыпки поверхности разъема полуформ.

Дата добавления: 2017-02-01