Тема: получение отливок по газифицируемым моделям

ЛЕКЦИЯ 6.

План лекции

1. Характеристика способа.

2. Изготовление моделей и форм.

3. Влияние технологических факторов на качество отливок.

При получении отливок в формах по газифицируемым моделям исполь- зуется разовая модельная оснастка, изготовленная из вспененного полистиро- ла – пенополистирола с плотностью до 10 кг/м3.

Перед заливкой металла такие модели выжигают, после чего образуется оболочковая форма, перед заливкой ее прокаливают.

Достоинством данного процесса является снижение трудоемкости на этапах изготовления моделей, форм, обрубки и выбивки, сокращение цикла производства отливок, расширение возможностей механизации и автоматиза- ции.

В условиях единичного и мелкосерийного производства экономия дос- тигается в результате: снижения трудоемкости изготовления модельного комплекта благодаря ликвидации стержневых ящиков и более легкой по сравнению с деревом обрабатываемости пенополистирола; снижения трудо- емкости изготовления форм благодаря отсутствию операций извлечения мо- делей, изготовления стержней, сборки форм и их отделки; снижения трудо- емкости на операции обрубки благодаря отсутствию заливов; ликвидации брака по перекосам благодаря отсутствию в форме разъемов; понижения рас- хода жидкого металла благодаря отсутствию литейных уклонов; сокращения цеховых грузопотоков благодаря малой массе моделей и возможности их

ручной транспортировки.

Основные преимущества процесса в условиях крупносерийного и мас- сового производства: снижение трудоемкости при нанесении керамической оболочки вследствие сокращения числа наносимых слоев; сокращение расхо- да материалов, идущих на изготовление керамической оболочки; снижение трудоемкости и энергозатрат вследствие ликвидации операций удаления мо- дельной массы и операции прокалки форм; снижение трудоемкости на вы- бивке форм вследствие отсутствия на отливках толстой керамической обо- лочки.

Необходимо добавить, что процесс изготовления отливок по газифици- руемым моделям, особенно в условиях единичного и мелкосерийного произ- водства, может быть легко внедрен, так как не требует значительных капи- тальных затрат.

Однако процесс имеет и недостатки, к которым относятся токсичность выделяемых в атмосферу цеха продуктов разложения модели и нестабиль- ность качества отливок вследствие образования специфических дефектов. При правильно построенном технологическом процессе этих недостатков можно избежать.

В настоящее время в качестве модельного материала наибольшее рас- пространение получил вспенивающийся полистирол, представляющий собой синтетический полимер, полученный в результате полимеризации стирола. Порообразователями служат легкоиспаряющиеся вещества, замешиваемые в стирол, например изопентан с температурой испарения 28 оС.

Конечный продукт химического производства представляет собой ма- товые шаровидные гранулы размером от десятых долей до нескольких мил- лиметров. Гранулы перерабатываются в пенополистироловые плиты, из кото- рых изготавливают модели отливок в условиях единичного и мелкосерийного производства. Модели массового производства изготовляют непосредственно из гранул по двустадийной технологии вспенивания.

Схема процесса получения отливок литьем по газифицируемым моде-

лям приведена на рис. 28 [4].

Рис. 28. Схема процесса получения отливок по газифицируемым моделям:

1 – модель; 2 – изготовление форм; 3 – заливка форм; 4 – выбивка форм; 5 – отливка

Технология изготовления газифицируемых моделей. Материал для изго-

товления моделей должен отвечать следующим требованиям: при заливке формы металлом модель должна полностью газифицироваться с минималь- ным поглощением тепла; материал при низкой плотности должен обладать достаточной механической прочностью при изготовлении модели, ее транс- портировке и формовке; материал должен обеспечить получение качествен- ной поверхности модели при ее тепловой или механической обработке; моде- ли не должны терять свои технологические, механические и теплофизические свойства при длительном хранении; материал для производства моделей и от- ливок не должен быть дорогим и токсичным.

В табл. 6 приведены теплофизические свойства пенопластов, исполь-

зуемых в производстве при литье по газифицируемым моделям.

Теплофизические свойства пенопластов

Таблица 6

Свойства пенопласта	Пенопласты
пенополистирол	пенополиуретан	фторопласт ФРП-1
Температура начала полиме- ризации, оС
Температура начала испаре- ния (деполимеризации), оС
Температура горения, оС
Негазифицируемый остаток, %	0,015
Удельное газовыделение при 1000 оС, см3/г
Время горения образца, с	10-20	30-40	65-110

стам.

Полистирол в наибольшей степени отвечает требованиям к пенопла-

Объемная масса моделей является важнейшим показателем ее качества.

С одной стороны, чем больше объемная масса модели, тем она прочней и тем выше чистота ее поверхности, что соответственно повысит точность и чисто- ту поверхности отливки. С другой стороны, чем меньше объемная масса мо- дели, тем меньше продуктов разложения материала модели вступит в реак- цию с заливаемым металлом и тем меньшее количество паров и газов выде- лится в атмосферу при заливке, то есть с уменьшением объемной массы мо- дели уменьшается количество специфических дефектов и улучшаются усло- вия труда.

При производстве газифицируемых моделей применяется двухстадий-

ная тепловая переработка суспензионного вспенивающегося полистирола.

На первой стадии этого процесса производится тепловая обработка (предвспенивание) исходных гранул пенополистирола, которая необходима для получения подвспененных гранул, а, следовательно, и моделей с заданной объемной массой.

Во время предварительного вспенивания легкокипяший изопентан,

входящий в пенополистирол, при температуре 28 °С испаряется и создает в объеме гранул давление. При температуре 80 °С полистирол начинает раз- мягчаться и под действием паров изопентана гранула растягивается и в не- сколько раз увеличивается в объеме, принимая ячеистое строение. Ячейки при этом имеют размеры 80-150 мкм, а стенки их представляют собой пленки толщиной 1,0-1,2 мкм.

Объемная масса подвспененных гранул уменьшается с увеличением времени их нагрева до определенного предела, оставаясь затем постоянной в результате выхода из их ячеек порообразователя. По этой причине гранулы, достигшие предельного значения объемной массы при вторичной тепловой обработке в пресс-формах, не спекутся в изделие (модель).

Следовательно, объемная масса гранул для получения качественной модели должна быть ниже предельного значения этой величины.

После подвспенивания гранулы сушат, а затем помещают на специаль- ные стеллажи с сетчатым дном, где выдерживают на воздухе определенное время (время активации).

В процессе выдержки подвспененных гранул на воздухе происходит

диффузия воздуха внутрь ячеек и обратная диффузия паров изопентана из ячеек, что в значительной степени влияет на увеличение объема гранул во время окончательного вспенивания при формовании моделей.

Изготовление моделей заключается во вторичном нагреве подвспенен- ных гранул, засыпанных в пресс-формы, горячей водой, паром или токами высокой частоты.

Подготовка пенополистирола и изготовление моделей. В условиях се- рийного производства операция предварительного вспенивания полистирола производится в подвспенивателях.

Подвспенивание проводят в специальных установках-автоклавах. Перед загрузкой пенополистирола в дозатор автоклав прогревают паром. По дости- жении заданной температуры в камеру автоклава подается полистирол.

По истечении времени пропаривания прекращается подача пара и про- изводится слив конденсата. Затем последовательно производится вакуумиро- вание автоклава для удаления переувлажненного, насыщенного парами пен- тана горячего воздуха, открывается дно автоклава, включается продувка сжа- тым воздухом и пенополистирол высыпается в камеру сушки. Сушка пенопо- листирола в камере осуществляется в кипящем слое, дробление комьев гра- нул в измельчителе и выгрузка из него производится непрерывно. Температу- ра подогрева воздуха, подаваемого в камеру сушки, должна быть в пределах

40-50 оС.

Изготовление моделей основано на процессе вторичной тепловой обра- ботки гранул в объеме пресс-формы. Технологически процесс изготовления моделей состоит из следующих операций: подготовка гранул пенополистиро- ла, подготовка пресс-формы, заполнение пресс-формы гранулами пенополи- стирола, тепловая обработка пресс-формы, охлаждение пресс-формы, извле-

чение модели из пресс-формы, сушка модели, выдержка модели после сушки и контроль качества модели.

Изготовление моделей осуществляется способом внешнего теплового удара, заключающегося в подаче острого пара под давлением 0,2-0,25 МПа при температуре 115-135 оС.

На рис. 29 приведена схема пресс-формы для изготовления моделей внешним тепловым ударом.

Рис. 29. Пресс форма для изготовления моделей внешним тепловым ударом:

1 – подача пара, воды, воздуха; 2 – отверстие для заполнения пресс-формы гранулами пе- нополистирола; 3 – камера; 4 – выход пара, воды, воздуха; 5 – венты; 6 – водяные форсун- ки; 7 – модель из пенополистирола

Из паровой камеры пар поступает через венты в пресс-форму, которая предварительно заполняется гранулами вспененного полистирола. Пар, кон- денсируясь, отдает свое тепло гранулам пенополистирола, в результате чего происходит его расширение и формирование модели. Время цикла изготовле- ния модели не превышает 120 с. Процесс изготовления моделей внешним те- пловым ударом обеспечивает их высокое качество при объемной плотности

от 16 кг/м3.

В условиях массового и крупносерийного производства готовые модели или звеня моделей склеивают, сваривают или собирают бесклевым способом в блоки. Собранные блоки передают на окраску, которую производят окуна- нием или распылением пульверизатором. Толщина покрытия 0,2-6,0 мм. Краски должны иметь хорошую адгезию к пенополистиролу и не растворять его.

Подготовка форм к заливке. В серийном производстве применяются формы из сыпучих огнеупорных материалов, к которым предъявляются сле- дующие требования: формовочный материал должен обладать хорошей уп- лотняемостью при вибрации; гранулометрический состав сыпучего огнеупор- ного материала должен после вибрации обеспечить максимальную плотность формы при минимальной пористости и высокую газопроницаемость; содер-

жание фракций размером менее 0,05 не допускается или должно быть пре- дельно минимальным (не более 0,5 %); влажность материала не должна быть более 1,0 %; огнеупорность материала должна быть выше температуры зали- ваемого в форму металла; материал должен быть недефицитным и недорогим; материал не должен оказывать вредное влияние на здоровье человека.

Вышеперечисленным требованиям в большей степени удовлетворяет кварцевый песок класса 1К2О102, 1К2О1016 зернистостью 020 и 016 (ГОСТ 2138-91) с остроугольной или округленной формой зерна. Для повы- шения плотности формы при виброуплотнении применяются смешанные пес- ки двух фракций 0315 и 016 в соотношении 1:1, при этом сохраняется, при низкой пористости, высокая газопроницаемость. Для получения отливок с по- вышенными механическими свойствами применяются металлические коло- тые и литые дроби марок ДСК-03 и ДЧК-03, которые соответствуют фракци- онному составу кварцевого песка марки 1К2О103.

Заливка форм. При заливке форм металлом при литье по газифицируе-

мым моделям необходимо соблюдать следующие требования:

- температура металла должна назначаться с учетом потерь тепла на термодеструкцию модели, отклонение от заданной температуры допускается в пределах 10 °С;

- заливка металла должна производиться с оптимальной скоростью

подъема его в полости литейной формы;

- заливку формы металлом через чашу и стояк из пенополистирола сле- дует сначала производить слабой струей, а затем по мере выхода газов про- должать заливку при заполненном стояке и чаше;

- форму с керамическим стояком и чашей необходимо заливать быстро при заполненной металлом чаше;

- при заливке формы из песка не допускается прерывания струи и неза-

полненности литниковой чаши;

- заливку металлом следует производить из чайниковых ковшей;

- на автоматических и поточных линиях рационально осуществлять за- ливку металла при помощи заливочных установок на базе индукционных ти- гельных и канальных печей, обеспечивающих постоянство температуры и ве- совой расход металла.

Выбивка, очистка, обрубка и зачистка отливок. Выбивка отливок в се- рийном производстве значительно упрощена и сводится к извлечению их из формы во время освобождения опоки от песка. В единичном производстве крупных отливок процесс выбивки формы идентичен процессу при литье в песчано-глинистые формы по извлекаемым моделям.

Контрольные вопросы.

1. Какие основные преимущества и недостатки способа литья по гази-

фицируемым моделям?

2. В чем сущность физико-химического и механического взаимодейст-

вия в системе металл – модель – форма?

3. Каковы особенности технологии изготовления моделей для единич-

ного и мелкосерийного производства?

4. Каковы особенности технологии изготовления моделей для массово- го производства? Назовите способы изготовления моделей из бисера пенополистирола.

5. Какие основные принципы проектирования технологического про- цесса и способы формовки в единичном и мелкосерийном производ- стве?

6. Каковы особенности формовки в сухой песок без связующего?

7. Какие типы специфических дефектов чугунных отливок и способы их устранения?

8. Каковы особенности правил техники безопасности при использова-

нии газифицируемых моделей?

Дата добавления: 2014-01-07