Литье в разовые формы

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ

Исходными данными для разработки технологического процесса сборки являются:

1) программа выпуска изделий и условия осуществления технологического про­цесса;

2) сборочные чертежи изделия, сборочных единиц, каталоги и спецификации деталей, входящих в изделие;

3) технические условия сборки и испытания изделия;

4) рабочие чертежи деталей, входящих в изделие;

5) объём кооперирования;

6) каталоги и справочники по сборочному оборудованию и технологической осна­стке;

7) образец собираемого изделия (в серийном и массовом производствах);

8) данные о сборочном производстве, где предполагается изготовить изделие.

Литейное производство — процесс получения фасонных оливок путем заполнения жидким металлом заранее приготовленных форм, в которых металл затвердевает.

Отливки могут быть или готовыми деталями или заготовками я последующей обработки в механических цехах. В последнем случае на отливках предусматривается припуск на обработку. Литые детали широко применяют при изготовлении станков, машин, механизмов. Они могут иметь массу от 5 г до 260 т, быть весьма сложными по форме; толщина стенок отливок колеблется от 0,8 ДО 500 мм.

Наибольшее количество литья — около 70 % от массы всех от­ливок — производят из серого чугуна (включая модифицированный и высокопрочный), далее идет стальное литье (около 20 %), литье из ковкого чугуна (около 8 %), медных, алюминиевых, титановых, цинковых сплавов.

Существует несколько способов заливки металла в формы: сво­бодная заливка (металл занимает форму под действием гравитацион­ных сил); заливка во вращающуюся форму (металл занимает форму под влиянием центробежной и гравитационной сил); заливка давле­нием с применением литейных машин; заливка вакуумным всасы­ванием.

Формы для заливки могут быть разовыми и многократными. Разовые формы годны лишь для одной заливки. Многократные металлические формы выдерживают сотни и тысячи заливок; много­кратные песчано-цементные, графитные, керамические формы вы­держивают несколько десятков заливок, они применяются для отливки станин станков, тяжеловесных плит, изложниц.

Разовыми являются формы, получаемые при набивке и уплотнении формовочных смесей (в опоках, при безопочной формовке, в почве); формы, получаемые при заливке формовочных смесей; оболочковые формы и формы, получаемые по выплавляемым мо­делям.

Формовка уплотнением смесей. Получение форм уплотнением смесей складывается из следующих основных процессов - изготовле­ния модельных комплектов, приготовления формовочных и стержне­вых смесей, изготовления стержней, формовки (машинной или руч­ной) с набивкой и уплотнением смесей.

Для формовки нужна модель. Если в детали должны быть сквоз­ные отверстия, углубления или полости, то для их образования нужны стержни, которые формуют в стержневых ящиках. Модели и стержневые ящики составляют модельные комплекты для отливок.

На рис. 111, а изображена деревянная модель для отливки втулки, состоящая из двух частей. В плоскости разъема одна часть модели имеет шипы, другая — соответствующие гнезда. Знаки (выступы на модели) при формовке образуют углубления для установки стержня. На рис. 111, б представлена форма (в разрезе), подгото­вленная к заливке, на рис. 111,6 — отливка втулки, на рис. 111, г — обработанная втулка.

Модели и стержневые ящики для единичного и мелкосерийного производства делают деревянными, а для массового производства — из пластмасс или сплавов алюминия с медью. При изготовлении моделей учитывается припуск на механическую обработку и усадку при охлаждении отливки. По ГОСТу размер припусков на обработку чугунных отливок колеблется от 2 до 20 мм, стальных — от 4 до 28 мм в зависимости от размеров отливки и типа производства. Усадка для различных литейных сплавов составляет от 1 до 2,5 %; некоторые сплавы специального назначения имеют большую усадку, например, сталь 110Г13Л (см. с. 119) имеет усадку 3,5 %. При изго­товлении моделей пользуются так называемыми усадочными ме­трами, которые больше нормальных на величину усадки.

Модели бывают цельные и разъемные. Разъемные модели со­стоят из двух, трех и более частей и применяются там, где по усло­виям формовки невозможно использовать цельные модели. Для облегчения выемки модели из формы боковые поверхности их делают не перпендикулярными к плоскости разъема, а с формовочным укло­ном (0,5—3°).

Изготовление стержней производится набивкой стержневых ящи­ков. На рис. 112 показан деревянный стержневой ящик / и стер­жень 2 для втулки, отформованный в нем. Для формовки сложных отливок необходимо иметь несколько разных стержней и соответ­ственно несколько стержневых ящиков.

Формовочные и стержневые смеси применяют для изготовления разовых форм. Смеси обладают пластичностью, прочностью, подат­ливостью, огнеупорностью, газопроницаемостью.

Основной составляющей формовочных и стержневых смесей, определяющей их огнеупорность, является кварцевый песок, поста­вляемый в естественном или обогащенном состоянии и содержащий от 90 до 98,5 % SiO₂. В состав смесей входят также связующие (кварцевый песок, циркон, хромистый железняк, графит), газообразующие — способствующие газопроницаемости и податливости смеси (древесные опилки, а также крупный, с размерами зерен от 0,25 до 1 мм, речной песок) составляющие.

Металл заливают в сырую (формовка по сырому) форму или в пред­варительно высушенную (формовка по сухому). Прочность сырых форм для крупного литья недостаточна. Строгие требования предъ­являются к смесям для стального литья, так как жидкая сталь имеет более высокую температуру, а при охлаждении дает большую усадку.

Формовочные смеси разделяют на облицовочные, наполнительные и единые. Облицовочная смесь непосредственно соприкасается с ме­таллом, она должна обладать в полной мере всеми выше перечисленными свойствами; толщина ее слоя зависит от размера модели и составляет 20—50 мм. Наполнительные смеси служат для набивки остальной части формы, они должны быть прочными и газопроницаемыми. Едиными смесями набивают всю форму при ма­шинной формовке; к ним предъявляются те же требования, что и к облицовочным смесям.

При составлении формовочных смесей помимо свежих материалов используют оборотную смесь, получаемую при выбивке готовых отливок, после ее регенерации. Такая смесь содержит в основном кремнезем и является заменителем кварцевого песка.

Большое распространение получили быстротвердеющие формовочные смеси с жид­ким стеклом, твердеющие при продувке их СО₂; в других смесях с жидким стеклом отверждение идет не за счет продувки СО₂, а под действием отвердителя — шлака феррохромового производства, вводимого в со­став смеси.

Стержни находятся в более тяжелых условиях, чем стенки формы, при заливке они почти полностью окружаются расплавленным металлом, а при разборке формы должны легко выбиваться, поэтому необхо­димо, чтобы стержни были достаточно прочными, огнеупорными, газопроницаемыми, податливыми и, кроме того, не слишком твер­дыми и хрупкими.

По составу стержневые смеси разделяют на песчано-глинистые, применяемые при изготовлении крупных стержней на каркасах, песчано-масляные (со связующими из сланцевой смолы, сульфидно-спиртовой барды, торфяного пека), смеси с жидким стеклом, с тер­мореактивными смолами и др.

Приготовление свежих формовочных и стержневых смесей со­стоит из сушки составляющих, размола глины, угля, просеивания, смешивания, увлажнения и рыхления.

Формовка в опоках производится по разъемной или неразъемной моделям, со стержнями или без них. Опоки (рис. 113) — это ящики, состоящие только из стенок, выполненные из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. Ниже на примере изготовления формы для отливки втулки рассмотрен случай формовки по разъемной модели со стержнем как наиболее общий.

На подмодельную плиту 1 (рис. 114, а) устанавливают нижнюю половину модели 2 и ставят нижнюю опоку 3. Модель покрывают облицовочной смесью, уплотняют ее, затем опоку полностью засыпают наполнительной смесью, трамбуют и накалывают отверстия для выхода газов (рис. 114, б). Этим заканчивается формовка нижней полуформы.

Далее нижнюю полуформу переворачивают, подмодельную плиту снимают и поверхность раздела формы посыпают мелким раздели­тельным песком. На заформованную половину модели накладывают вторую ее половину 4 (рис. 114, в), ставят верхнюю опоку и фиксируют ее положение. С целью образования литника (для заливки металла) и выпора (для выхода газов при заливке, а также для кон­троля окончания заливки; мелкие отливки делают без выпоров) устанавливают отдельные модели 5 и 6 (рис. 114, г). Когда набивка верхней опоки закончена и проколоты отверстия для выхода газов, "около верхней части модели 5 прорезают полость для литниковой чаши, вынимают модели литника и выпора, снимают верхнюю полуформу, переворачивают, прорезают литниковый канал по разъему формы и вынимают половинки модели. При формовке по сухому после, этого формы направляются в сушильную печь. Высушенные формы для чугунного литья покрывают внутри формовочными красками, содержащими графит; для стальных отливок применяют краски, содержащие порошок кварцевого песка или циркона. Если заливка производится в сырую форму, то полость ее припыливают молотым древесным углем или графитом (против пригорания). В знаки нижней половины формы устанавливают стержень 7 (рис. 114, д), после чего форму собирают и она готова к заливке. Отливка втулки с необ­рубленным литником 8 и выпором 9 приведена на рис. 114, е.

Помимо формовки в опоках, в единичном производстве приме­няют ручную формовку в почве по моделям и шаблонам, иногда с опокой.

Стержни изготовляют набивкой стержневой смесью стержневых ящиков. Каналы для отвода газов в прямых стержнях накалывают душником или предварительно закладывают прямые стальные про­волоки, которые удаляют после набивки. Для образования каналов в кривых стержнях пользуются парафиновыми фитилями, распла­вляющимися при сушке. Для армирования стержней при их фор­мовке внутрь устанавливают каркас из проволоки или литых чугун­ных рамок. Стержневые смеси с жидким стеклом отверждаются, как и формовочные смеси. Стержни с термореактивными смолами изготовляют в металлических ящиках, которые затем для поли­меризации смолы нагревают до температуры 250—280 °С, в резуль­тате чего стержень становится высокопрочным.

При массовом производстве наполнение стержневых ящиков производится высокопроизводительными пескодувными машинами. Стержневая смесь подается через сопло под давлением воздуха 500—700 кПа и заполняет полость стержневого ящика; при этом достигается необходимое уплотнение смеси. Для крупных и сложных отлйбок литейные формы собирают из отдельных стержней-блоков в металлическом жакете или в литейной яме с бетонными стенками, называемой кессоном. На рис. 115 пред­ставлен кессон, состоящий из бетонных стен 1, нижних и боковых неподвижных чугунных стенок 2 и подвижных стенок 3, обеспечи­вающих возможность сборки в одном кессоне различных по размеру форм.

На рис. 116 приведена в разрезе форма, сложенная из стерж­ней-блоков 2 в металлическом жакете 1.

Машинную формовку применяют в серийном и массовом производ­стве; При механизации процесса оператор лишь ставит опоку на машину, управляет машиной и снимает заформованную опоку, при­чем установка и снятие опоки часто производится с помощью меха­низмов. Машинная формовка в сравнении с ручной ускоряет работу в 10—25 раз и обеспечивает высокое качество литья.

. Модель из формы извлекают, поднимая заформованную опоку на штифтах (рис. 118, а) или опуская модельную плиту с моделью (рис. 118, б). Для предупреждения обвалов формовочной смеси при извлечении модели применяют протяжные плиты 1 (рис. 118, а) и 2 (рис. 118,6). На машинах с поворотной плитой (рис. 118, в) готовую полуформу поворачивают вместе с поворотной плитой 5, после чего плита вместе с моделью поднимается и полученную форму снимают с приемного стола 4.

Во всех случаях перед извлечением моделей их разбивают с помощью пневматических вибраторов, действующих на модельную плиту. Машины с поворотной плитой применяют преимущественно для нижних полуформ и в тех слу­чаях, когда в верхней полуформе имеются массивные выступы, которые могут обвалиться при извлечении модели без предваритель­ного поворота формы. Для извлечения моделей машины приводятся в действие сжатым воздухом. Уплотняют формовочную смесь в опо­ках прессованием, встряхиванием или с помощью пескометов (для крупных форм).

В настоящее время в литейных цехах осуществляется комплексная механизация формовочно-заливочного участка. Литейное производ­ство отличается большими грузопотоками разнообразных матери­алов и многократным их перемещением, причем в ходе технологи­ческого процесса материалы приобретают различные свойства, в связи, с чем изменяется способ их транспортировки.

При комплексной механизации смесь, приготовленная с по­мощью машин, ленточным или пневматическим транспортером по­дается к рабочему месту формовки и заполняет бункер, расположен­ный над формовочной машиной. Через затвор бункера по мере надобности смесь ссыпается в форму, где механически уплотняется. Подача, установка опок на машины, а также подача стержней меха­низированы. Набитые на машине формы устанавливают на движущийся конвейер и подают последова­тельно на заливку, охлаждение, вы­бивку, обрубку, обрезку литниковой системы и очистку отливок. В ли­тейном производстве внедряется автоматизация, применение роботов. Изготовление форм и стержней при заливке формовочных смесей (наливная формовка). Жидкие само­твердеющие смеси (ЖСС) имеют в своем составе поверхностно-актив­ные вещества, образующие пену, ко­торая разделяет зерна формовочного песка и этим способствует приданию формовочной смеси псевдожидко-подвижности (текучести). Живучесть смеси (длительность пребывания в жидкоподвижном состоянии) соста­вляет 8—10 мин, длительность за­твердевания 30—50 мин. Из ЖСС делают формы для крупных отли­вок, причем эти смеси не уплотняют, а «заливают» в опоки и стержневые ящики. На установках ЖСС совмещаются процессы приготовления формовочных смесей и формовки, в результате отпадает надобность в землеприготовительных участках со всем их громоздким обору­дованием, а также в формовочных машинах, приспособлениях, сушильных печах. Перечисленные преимущества позволяют повы­сить производительность в 3—5 раз при изготовлении крупных ли­тейных форм и стержней в цехах единичного и серийного произ­водства.

На рис. 119 приведена схема установки ЖСС. Исходными мате­риалами для приготовления замеса являются сыпучая и жидкая фракция. Сыпучая фракция содержит 93—95 % песка, 4—5 % двухкальцкевого силиката 2СаО-5Si₂ и 1—3 % молотого угля. Жидкая фракция составляется из следующих веществ (в скобках указано массовое содержание каждого компонента в процентах к сыпучей фракции): жидкое стекло (4—7 %), контакт Петрова (0,5 %), мылонафт (0,2 %). Контакт Петрова — пенообразующее поверхностно-активное вещество, обеспечивающее жидкотеку-честь смеси при заполнении стержневого ящика или опоки. Мыло­нафт стабилизирует пену и определяет длительность нахождения смеси в жидкоподвижном состоянии. Двухкальциевый силикат вместе с жидким стеклом обеспечивает самозатвердевание смеси. Для приготовления замеса в смеситель 1, подобный бетономе­шалке, из бункера 4 загружают песок, а из бункера 5 — нефелино­вый шлам или феррохромовый шлак, которые содержат 2СаО-5Si₂. Подачу перемешанных сыпучих веществ производят через питатели 6 и весовой дозатор 7. На перемешанные сухие материалы из бака 3 с мешалкой через весовой дозатор 2 подается жидкая фракция. При перемешивании всех составляющих смесь из сыпучего состояния переходит в жидко-текучее, так как между зернами песка и шлама возникает пена. Процесс приготовления замеса длится 4—5 мин. Из смесителя замес через затвор 8 передается в опоку 9.

Литье в оболочковые формы. Оболочковые формы применяют при массовом производстве отливок небольших размеров (до 1 м и массой до 200 кг), преимущественно тонкостенных. На рис. 120 приведена схема получения оболочковой формы. Поворотный бункер / (рис. 120, а) машины наполняется формовочной смесью из песка и термореактивной фенолформальдегидной смолы. Нагретую до 150— 200 °С одностороннюю металлическую плиту 2 с металлическими моделями закрепляют над бункером (рис. 120, б) и переворачивают вместе с ним (рис. 120, б). Под действием нагретой плиты смола в слое, покрывающем плиту, плавится и спекает песок. При обрат­ном повороте устройства на форме остается корка (оболочка) 3 (рис. 120, г), а избыток смеси остается в бункере. Для завершения реакции образования резита оболочку вместе с плитой помещают на 30—40 с в печь 4 (рис. 120, д), нагретую до 250—300 °С. Затвер­девшую оболочку снимают с плиты толкателем (рис. 120, е) и спа­ривают с другой оболочкой (полуформой) зажимами или склеивают. Готовую оболочковую форму заливают металлом; после затвердева­ния отливки легко освобождаются. В оболочковые формы заливают чугун, сталь, а также сплавы цветных металлов.

Литье в оболочковые формы имеет ряд преимуществ: формовка легко автоматизируется с выдачей до 500 оболочек в час; точность отливок в оболочковые формы — 0,3—0,7 мм на 100 мм размера при высоком качестве обработки поверхности, поэтому сокращается или отпадает необходимость механической обработки; расход формо­вочных материалов в сравнении с формовкой в опоках сокращается в 8—18 раз, отпадает необходимость в опоках. Все это в десятки раз сокращает грузопоток в литейных цехах.

Литье по выплавляемым моделям.

Литье в песчаные формы по выплавляемым моделям при­меняют для получения мел­ких деталей массой до 15кг из стали и других трудно­обрабатываемых материалов с температурой плавления до 1600°С. Достигается большая точность размеров (11—13 квалитетов) при небольшой шерохова­тости поверхности (Ra= 10 - 15 мкм), благодаря чему сокращается или отпадает необходимость механической обработки.

Технология литья по выплавляемым моделям состоит из следу­ющих этапов:

1) изготовление металлической модели-эталона отливаемого изделия;

2) изготовление пресс-формы из легкоплавкого сплава по модели-эталону;

3) изготовление выплавляемых моделей путем заполнения пресс-форм легкоплавким жидким или пастообразным составом (чаще из смеси стеарина с парафином);

4) изготовление моделей литниковой системы того же состава;

5) сборка моделей и литниковой системы и покрытие их огнеупор­ным составом из порошкообразного кварцевого песка с добавкой раствора этилсиликата или жидкого стекла в качестве связующего; этот облицовочный состав при прокаливании форм образует прочную оболочку и обеспечивает точность отливки;

6) формовка модели в опоке;

7) выплавка моделей и прокаливание формы;

8) расплавление металла;

9) заливка форм;

10) выбивка и очистка отливок.

На рис. 121, а изображен комплект моделей в сборе с литниковой системой. Металл заливают в горячие формы, иногда под давлением 0,2—0,5 МПа или центробежным способом (рис. 121,6). Высокая точность литья достигается применением точных моделей и форм без разъема.

Сложность технологии и относительно высокая стоимость литья по выплавляемым моделям во многих случаях вполне окупаются уменьшением отходов металла и затрат на обработку. Кроме того, этот способ дает возможность отливать готовые детали из твердых металлов и сплавов, обработка которых трудна и дорога.

По выплавляемым моделям отливают лопатки газовых турбин, режущий инструмент (фрезы, сверла), мелкие детали автомобилей, тракторов и др. На заводах крупносерийного и массового производства все рассмотренные процессы механизированы и автоматизи­рованы.

Дата добавления: 2014-01-04