Литье в песчаные формы. Формовка. Машинная формовка

Технологий изготовления литейных форм

К

атегория:

Литейное производство

Технологий изготовления литейных форм

Далее: Cушка, отделка и сборка форм

Изготовляемые в настоящее время отливки характеризуются большим разнообразием, что вызывает необходимость применения различных литейных форм и материалов.

1. Классификация литейных форм

Литейные формы классифицируются в зависимости от материала, из которого они изготовлены, и состояния при заливке.

Разовые формы служат для формообразования только одной отливки, после чего они разрушаются. Формы изготовляются из песчано-глинистых, песчано-смоляных и других смесей.

Разовые формы могут быть сырыми (формовка по сырому), сухими (формовка по сухому), подсушиваемыми, химически отверж-дающимися и собираемыми из сухих или отвержденных стержней.

Сырые формы благодаря их дешевизне, простоте и быстроте изготовления, отсутствию процесса сушки имеют наибольшее применение. Они используются для отливок простой и средней сложности из чугуна, стали и сплавов цветных металлов массой до 1500 кг.

Сухие формы предназначены для изготовления средних и крупных отливок с большим объемом механической обработки. Хорошо просушенная прочная форма, покрытая противопригарной краской, обеспечивает получение высококачественных отливок. Однако длительный цикл сушки (6—36 ч и более), значительный расход топлива, повышенная трудоемкость выбивки отливок из форм делают их неэкономичными. Они заменяются поверхностно подсушиваемыми и химически отверждаемыми формами.

Подсушиваемые формы изготовляют из формовочных смесей, в состав которых вводят связующие СП, СБ, КТ. Эти формы применяют для ответственных отливок из чугуна и стали массой от 1000 до 8000 кг. Длительность сушки таких форм в 10 раз меньше, чем обычных сухих форм.

Химически отверждаемые формы предназначены для изготовления отливок из стали, чугуна и сплавов цветных металлов массой 100 т и более. Существуют две разновидности таких форм: одни отверждаются при продувке или обдувке их углекислым газом, а вторые —самоотверждающиеся — при кратковременной выдержке в атмосфере цеха.

В последнее десятилетие широкое распространение получил процесс химического упрочнения формы, основанный на применении жидких самоотверждающихся формовочных смесей (ЖСС), содержащих в качестве связующего жидкое стекло и ускоритель его твердения (катализатор) — шлак феррохромового производства.

Многократно используемые (полупостоянные) формы служат для изготовления средних и крупных отливок простой конфигурации массой до 15 т. Эти формы выполняют из высокоогнеупорной смеси, состоящей в основном из шамота, формовочной глины и кварцевого песка. После соответствующей тепловой обработки стойкость форм достигает 25—40 съемов.

К многократно используемым формам относятся также металлические формы-кокили для отливок из различных сплавов простой и средней сложности, мелких и средних по массе и размерам (в серийном и массовом производстве).

Рис. 1. Приспособление для шаблонной формовки.

2. Формовочный инструмент и приспособления

При изготовлении форм и стержней применяют различные инструменты, опоки и приспособления.

Инструмент. Наиболее полный набор инструмента используется при формовке вручную. Технические условия на инструмент регламентированы ГОСТ801—74.

Для засеивания модели облицовочной смесью предназначены прямоугольные сита с металлической сеткой с ячейками 2—6 мм. Прямоугольными совковыми лопатами наполняют смесью опоки, а лопатами с заостренным концом выкапывают ямы при формовке в почве.

Смесь в опоках уплотняют различными трамбовками: — при работе на верстаках— короткой трамбовкой (длиной 300 мм). Рукоятка такой трамбовки выполнена из алюминиевого сплава, а клиновидный и плоский башмаки — из Ст. 40 либо из маслобензо-стойкой резины марки А повышенной твердости; — при уплотнении смеси в средних и крупных опоках наиболее производительной является пневматическая трамбовка. Башмаки ее выполняют из чугуна марки СЧ18-36 или, что предпочтитель-нее, из маслобензостойкой резины марки А повышенной твердости.

Трамбовка приводится в движение сжатым воздухом давлением 5—6 кгс/см2.

Гладилки служат для заглаживания форм. В недоступных для гладилок местах для этих целей применяют ланцеты. Отделку вогнутых поверхностей и углублений производят двухконечными ложечками. Выглаживание неглубоких цилиндрических поверхностей, углов галтелей и других криволинейных поверхностей осуществляют фасонными гладилками/ Оставшиеся частицы смеси из глубоких полостей удаляют крючками.

Песок с модели и поверхностей форм сметают волосяной щеткой-косматкой, которая предназначена также для окраски и замывки крупных форм. Лучшее качество окраски получается при пользовании пульверизатором.

Вентилирование форм производят с помощью душников — игл разных диаметров.

Рис. 10.2. Типы опок. делей в форме осущест

Крупные модели расталкивают металлическим молотком, при этом в модель должны быть врезаны специальные стальные пластинки, чтобы предохранить ее от порчи. Из полуформ модели вынимают с помощью остроконечных и винтовых подъемов.

При формовке по шаблону с вертикальной осью вращения применяют приспособление, изображенное на рис. 10.1. Оно состоит из подпятника-башмака, шпинделя, стопорного кольца и рукава, на котором закрепляют шаблон.

Опоки должны обладать высокой прочностью, жесткостью и минимальной массой. Они изготовляются из чугуна марок не ниже СЧ15-32, низкоуглеродистой стали 20Л — ЗОЛ-1, алюминиевых и магниевых сплавов.

Опоки бывают цельнолитыми и сварными. По конфигурации различают прямоугольные, фасонные и круглые опоки.

В зависимости от массы они делятся на ручные, комбинированные и крановые. Ручные опоки без смеси имеют массу до 30 кг, а со смесью — не более 60 кг; комбинированные без смеси — от 31 до 60 кг, а со смесью — более 60 кг; крановые как без смеси, так и со смесью — свыше 60 кг.

Для точной сборки полуформ применяют штыри, изготовляемые из стали марок 40—45 с закалкой и последующим шлифованием. Различают съемные и постоянные штыри. Последние укрепляют в ушках нижней опоки, а в крупных опоках — в полках продольных стенок. Съемные штыри имеют наибольшее применение при машинной формовке.

Для взаимозаменяемости опок центрирующие отверстия в их ушках сверлят по кондуктору. В эти отверстия запрессовывают стальные каленые втулки, что дает возможность заменить их при износе и тем самым обеспечить точность спаривания опок.

При выборе размеров опок следует исходить из наименьших допустимых толщин формовочной смеси на различных участках формы.

3. Изготовление форм вручную

При формовке вручную литейные формы изготовляют по деревянным цельным и разъемным моделям, модельным плитам, скелетным моделям и шаблонам.

4. Формовка в почве

При формовке в почве наиболее ответственной операцией является подготовка нижней части формы — постели. Различают два вида постели: мягкую и твердую.

Мягкая постель. При изготовлении единичных мелких отливок для каждой из них подготавливают постель в почве. При производстве серии однотипных отливок в полу литейного цеха вырывают яму глубиной на 100—125 мм больше высоты модели и габаритами, превышающими габариты модели на 200—250 мм на сторону. На дне ямы оставляют четыре кучки смеси; на две из них укладывают деревянную рейку, а на другие две — рейку.

На эти рейки кладут линейку и уровнем-ватерпасом проверяют горизонтальность их положения. Затем рейки окучивают смесью, уплотняют ее и вновь проверяют горизонтальность их положения. После этого пространство между рейками засыпают отработанной формовочной смесью, выравнивают ее, а излишек сгребают линейкой. На рейки укладывают бруски высотой 10—12 мм, а на слой отработанной смеси наносят слой просеянной облицовочной смеси.

Сняв бруски, уплотняют ее следующим образом: первый формовщик прижимает линейку к рейке, а второй, приподнимая и опуская другой конец линейки, уплотняет смесь на участке в 300—400 мм. После этого второй формовщик прижимает линейку к рейке, а первый производит уплотнение смеси.

Окончательное выравнивание поверхности и удаление борозд достигается при движении линейки вдоль реек. Выровненную поверхность засеивают тонким слоем облицовочной смеси. На полученную постель лицевой стороной укладывают модель и ударами молотка или трамбовки осаживают ее через промежуточную прокладку.

Твердую постель применяют при изготовлении форм для средних и крупных отливок. В полу цеха выкапывают яму глубиной на 300—400 мм больше высоты модели. Дно ямы плотно утрамбовывают, насыпают на него слой просеянной гари или битого кирпича толщиной 150—200 мм, слегка утрамбовывают его и выравнивают мелкой гарью.

Рис. 3. Схема изготовления мягкой постели.

Рис. 4. Схема изготовления твердой постели: 1 — слой гари; 2— вентиляционные каналы; 3— облицовочный слой смеси; 4 — вентиляционные трубы.

Поверхность слоя выравнивают линейкой и затем душником диаметром 9 мм накалывают вентиляционные каналы до гаревой постели.

Приготовленную таким образом постель засеивают слоем (в 40—50 мм) облицовочной смеси. После уплотнения в нем также накалывают вентиляционные каналы душником диаметром 3—4 мм.

5. Формовка в парных опоках

Наибольшая точность размеров отливок достигается при формовке в опоках. Широкое распространение получила формовка в парных опоках. Формовку сложных по конфигурации отливок осуществляют в трех, четырех и более опоках. Пример изготовления отливки тройника в парных опоках приведен на рис. 5.

Процесс формовки начинают с изготовления нижней полуформы. На подмодельный щиток укладывают нижнюю половину модели и два питателя, а на модель наносят слой облицовочной смеси и обжимают ее руками. В опоку засыпают наполнительную смесь и уплотняют ее. Счистив излишнюю смесь, душником накалывают вентиляционные каналы.

Полученную полуформу скрепляют с подмодельным щитком и кантуют на 180°, устанавливают на разрыхленную площадку формовочного плаца, слегка притирают, после чего открепляют и снимают щиток. Затем проглаживают лад, посыпают его сухим кварцевым песком и сдувают песок с модели. Наложив верхнюю половину модели и шлакоуловитель, устанавливают модели стояка и выпоров.

Рис. 5. Формовка в парных опоках: 1 — нижняя полуформа; 2 — верхняя полуформа; 3 — стержень.

После этого в такой же последовательности изготовляют верхнюю полуформу.

Уплотнение ее должно быть равномерным, без местных слабин и переуплотнений. Степень уплотнения смеси проверяют твердомером. Она зависит от массы и высоты отливки.

Для повышения прочности верхней половины формы ее укрепляют стальными крючками или деревянными колышками — «солдатиками», предварительно смоченными жидкой глиной.

Вынув модели стояка и выпоров, можно раскрыть форму. При формовке мелких моделей после уплотнения смеси половины модели удерживаются в полуформе и не требуют дополнительного крепления. При формовке средних и крупных тяжелых моделей трение между формовочной смесью и моделью недостаточно для удержания ее в верхней полуформе и необходимо дополнительное укрепление ее. Закрепив модель подъемом к верхней опоке, раскрывают форму, удаляют половины моделей и отделывают верхнюю и нижнюю полуформы, затем устанавливают стержень и собирают форму.

6. Формовка по модельным плитам

При этом способе формовки нижнюю и верхнюю полуформы изготовляют раздельно по двум модельным плитам.

Формовку по плитам целесообразно осуществлять в мелкосерийном производстве. На многих ленинградских предприятиях — в объединениях имени Карла Маркса, имени Я. М. Свердлова, «Невский завод» имени В. И. Ленина и др. — она успешно применяется при мелкосерийном производстве сравнительно крупногабаритных отливок (длиной более 3 м и массой до 3 т).

Раздельная формовка по плитам обеспечивает: — повышение точности отливок; — увеличение производительности труда на 15—20% за счет сокращения отделочных операций; — возможность изготовления моделей из отдельных частей с последующей сборкой их на модельной плите; — повышение съема отливок с формовочной площади в 1,5 раза за счет установки форм в 2—3 этажа со сдвижкой.

При мелкосерийном производстве применяют плиты из прочного деревянного щита, а при серийном — чугунные строганые. Модельные плиты-могут использоваться многократно.

Комплект модельных плит для изготовления отливки корпуса текстильной машины средних размеров (920X420X400 мм) показан на рис. 6.

Формовочные работы осуществляются бригадой из двух формовщиков. Для уменьшения утомляемости рабочих модельные плиты устанавливают на низкие козлы.

Рис. 6. Комплект модельных плит для формовки корпуса: а — плита для нижней полуформы; б — плита для верхней полуформы; 1 — плита; 2 — центрирующие втулки; 3— модель.

Работа ведется в следующей последовательности: — очистка модели и плиты и нанесение разделительного состава; — установка на плиты опок низа и верха; — нанесение на модели облицовочной смеси, установка крючков (в верхней полуформе) и обжатие смеси; — заполнение опок наполнительной смесью, уплотнение ее, удаление излишков и накол вентиляционных каналов; — скрепление модельных плит с опоками и их кантовка; установка нижней полуформы на подготовленный плац, открепление модельной плиты, съем ее и отделка (при надобности) — полуформы; — установка стержней; — открепление и съем верхней плиты, отделка (при надобности) полуформы; — сборка формы.

На собранную полуформу укладывают чугунную плиту (иногда деревянную), на которую устанавливают вторую форму со сдвижкой для установки литниковой чаши.

7. Химически отверждающиеся и крупные оболочковые формы

При изготовлении форм по С02-процессу в формовочную смесь в качестве связующего вводят жидкое стекло. Облицовочный слой жидкостекольной смеси наносят на модель слоем в 20—40 мм, а остальной объем опоки заполняют наполнительной смесью. Все операции изготовления формы выполняют в той же последовательности, как и при формовке с применением песчано-глинистых смесей. После удаления модели и отделки формы ее продувают углекислым газом, при этом она быстро отверждается. Затем форму собирают.

Химически отверждающиеся смеси используются и при изготовлении крупных оболочковых форм, которые применяют при производстве средних и крупных отливок. Форма для стальной отливки подушки прокатного стана массой 10 т показана на рис. 7.

Оболочки изготовляют по тщательно обработанной разъемной деревянной модели, натертой графитом.

Процесс состоит из следующих операций: — на строганый подмодельный щиток укладывают нижнюю половину модели; — на него же устанавливают разборный деревянный жакет, в стенках которого высверлены отверстия диаметром 9—10 мм. Расстояние между стенками жакета и модели должно составлять примерно 120—150 мм; — в зазор между моделью и жакетом устанавливают сварной каркас для упрочнения оболочки; — слоями высотой 80—100 мм засыпают жидкостекольную смесь, уплотняют ее, между отдельными слоями смеси закладывают стальные прутки диаметром 8 мм для образования продувочных каналов, которые не должны доходить до модели на 20—25 мм; – с горизонтальной поверхности счищают излишки смеси, и накалывают продувочные каналы; — удаляют стальные прутки и через продувочные каналы продувают полученную оболочку углекислым газом; — отвержденнуго оболочку вместе с моделью и жакетом кантуют на 180°; — извлекают модель, раскрывают деревянный жакет и удаляют его.

В такой же последовательности изготовляют верхнюю оболочку.

Сборку полуформ производят в рамке, состоящей из двух опок без ребер. Нижнюю опоку укладывают на выровненную площадку и засеивают наполнительной смесью, которую затем уплотняют. На полученную постель устанавливают нижнюю оболочку и зазоры между ней и опокой засыпают сухой смесью. В знаки оболочки устанавливают оболочковый стержень, накладывают верхнюю оболочку и вторую опоку и засыпают ее сухой смесью слоем в 150 мм.

Рис. 7. Комбинированная форма с оболочковыми вставками: а — нижняя оболочка; б — верхняя оболочка; в — оболочковый стержень; г — собранная форма; д — отливка.

Остальную часть опоки заполняют металлическими шарами диаметром 40 мм. Перед заливкой форму дополнительно нагружают грузами.

Применение оболочковых форм, отвержденных до извлечения из них моделей, дает возможность получать оболочки с размерами рабочих поверхностей, соответствующих размерам модели. Кроме того, модели таких форм выполняют разборными, что позволяет ликвидировать на них формовочные уклоны, требующие дополнительного расхода металла.

8. Формовка по шаблону

Формовка по шаблону осуществляется при производстве единичных средних и крупных отливок, имеющих наружную форму тел вращения простой конфигурации (чаши, маховики, патрубки, трубы с фланцами в т. п.),

Различают следующие виды шаблонной формовки: с вертикальным шпинделем, с горизонтальным шпинделем и по протяжка блонам Наибольшее распространение получила формовка вертикальным шпинделем. Рассмотрим ее на примере формообразования отливки чаши размалывающих бегунов.

Дня шаблонной формовки чаши (рис. 8, а) требуются: станок с вертикальной осью, шаблонная мерка (рис. 8, б), шаблоны для заточки болвана с телом (рис. 8, в) и болвана чаши (рис. 8, г), модели ребер (рис. 8, д) и ступицы с центровым отверстием (рис. 8, е). Формовка производится в почве (с твердой постелью) под верхней опокой.

Рис. 8. Приспособления для шаблонной формовки чаши бегунов.

Процесс состоит из ряда этапов. На первом затачивают болван с телом, который будет служить моделью для изготовления верхней полуформы; на втором осуществляют операции по изготовлению верхней полуформы; на третьем затачивают нижнюю полуформу; на четвертом отделывают и собирают форму; на пятом нагружают форму, заливают и выбивают отливки.

9. Формовка по скелетной модели

При единичном производстве крупных отливок с целью снижения затрат на изготовление моделей применяют скелетные модели, толщина ребер которых принимается равной толщине стенок отливки.

Скелетная модель для изготовления отливки крупной ванны показана на рис. 9, а, а схема формовки — на рис. 9, б. Модель заформовывают в опоке или в почве. Внутреннюю полость заглаживают на уровне брусков и полученную поверхность обкла дывают бумагой. Затем изготовляют верхнюю полуформу с болваном. После разъема верхнюю полуформу отделывают, а в нижней снимают разделительную бумагу, уплотненную между ребрами смесь слегка разрыхляют и шаблоном-сгребалкой снимают слой смеси на толщину ребер. После этого модель извлекают, и изготовление формы заканчивают обычным способом.

Рис. 9. Схема формовки по скелетной модели.

10. Формовка в глине по кирпичу

Формовку в глине по кирпичу осуществляют при производстве таких крупных отливок, как изложницы, ковши, котлы, трубы больших диаметров и т. а Формовку ведут по модели, каркасной модели или по шаблону.

Последовательность изготовления формы и стержня для отливки крупного патрубка приведена на рис. 10. В твердой постели устанавливают подпятник, шпиндель и рукав, на котором укрепляют шаблон. Правильность установки шпинделя проверяют ватерпасом. На чугунный поддон наносят слой глины и выкладывают первый ряд кладки из красного кирпича. На него наносят слой глины толщиной 15—20 мм и выкладывают второй ряд с перекрытием швов в первом ряду.

Для повышения газопроницаемости между рядами кирпичей прокладывают мелкую гарь, гранулированный ваграночный шлак, пучки соломы и душником выполняют вентиляционные каналы в подсохшей глине. Для увеличения прочности кладки через каждые 5—6 рядов укладывают чугунные плиты, соединяемые с нижним поддоном и между собой стяжками.

Правильность кладки проверяют шаблоном. Между рабочей кромкой шаблона и поверхностью кладки должен быть зазор в 20—25 мм. Внутреннюю поверхность кладки облицовывают глиной и шаблоном затачивают рабочую поверхность. После кратковременного провяливания на воздухе удаляют шаблон и шпиндель и сушат форму переносным сушилом. Затем заделывают трещины форму окрашивают и сушат вторично.

Рис. 10. Изготовление кирпичной формы и стержня по шаблону: а — изготовление формы; б — изготовление стержня; в — собранная форма; г—отливка; 1 — подпятник; 2— шпиндель; 3— поддон; 4 — опоры; 5 — кирпичная кладка; 6 —- шаблон для заточки формы; 7 — литниковая система; 8 — облицовочная глина.

Процесс изготовления стержня аналогичен процессу выполнения формы. Сушат стержень в сушиле.

Кирпичную кладку выполняют в специальных кессонах или опоках с заполнением промежутков между кладкой и стенкой опоки формовочной смесью. Такие формы могут использоваться многократно при небольших промежуточных ремонтах.

Современные способы изготовления крупных форм вручную

Непрерывный рост производства крупных отливок требует совершенствования технологических процессов и условий труда снижения трудоемкости изготовления отливок при ручной формовке рассмотрим некоторые рациональные процессы формообразования отливок, разработанные литейщиками ленинградских объединений имени Я. М. Свердлова, «Невский завод» имени В И Ленина и других предприятий.

Металлические постели. При формовке крупных отливок применяют твердые песчано-глинистые постели, а при изготовлении особо крупных отливок постель выполняют кирпичной кладкой. При извлечении отливки из формы постель частично разрушается, и перед каждой формовкой приходится затрачивать много времени на ее ремонт.

Рис. 11. Схема приготовления твердой металлической постели: 1 — слой гари; 2 — металлическая плита; 3 — газоотводные трубы; 4 — кессон; 5 —верхняя полуформа.

Форма с металлической постелью, выполненная в кессоне, показана на рис. 11. Зазоры между стенками кессона и моделью определяются удобством набивки формы. Дно кессона покрывают ровным слоем гари, поверх которого кладут чугунную плиту, образующую металлическую жесткую постель.

Замена верхней полуформы стержнями

Во избежание протечки металла при заливке обычно приме няют прокладочную глину, в результате чего на отливке образуются заливы, на удаление которых затрачивается труд обрубщиков и бесцельно расходуется металл. При замене верхней полуформы перекрывающими стержнями вместо прокладочной глины стали использовать песчаные подушки. Для этого в горизонтальных знаках стержней, через которые выводятся газы, выполнены углубления в 20—25 мм, заполняемые сырым песком с некоторым завышением. При установке перекрывающих стержней песок уплотняется, при этом создаются надежная изоляция вентиляционных каналов и плотный контакт между стержнями, исключающий возможность образования заливов.

Рис. 12. Технология изготовления крупных форм: а — старая технология; б — новая технология: 1 — нижние почвенные полуформы; 2— верхняя полуформа; 3 — прокладочная глина; 4 — пригрузочная плита; 5 — стержень, заменяющий верхнюю опочную полуформу; 6 — вентиляционные стояки; 7 — песчаные подушки.

В результате внедрения новой технологии повысилась размерная точность отливок, сократился расход металла, ликвидированы парк опок и потребность в сушке громоздких полуформ, уменьшилась трудоемкость обрубных работ. Формовка по блок-модели. При изготовлении мелких серии средних и крупных отливок целесообразно объединение в один блок двух однотипных моделей, связанных между собой разделительным стержнем.

Изготовление форм из жидких самоотверждающихся смесей. Чти смеси широко используются при изготовлении крупных стержней Так в литейных цехах объединения имени Я. М. Свердлова все стержни для отливок массой более 3 т выполняют из ЖСС.

Практика показала, что эти смеси могут успешно применяться и при изготовлении форм для крупных отливок. Схема формовки в ЖСС представлена на рис. 14. Модель устанавливают на кирпичи или на укрепленные на ней специальные упоры либо фиксируют в кессоне с помощью планок. Между моделью и стенками кессона должен быть зазор в 100—150 мм. В модели имеются люки для заливки ЖСС. Для улучшения заполняемости формы смесь выдавливают из люков толкателями. После заполнения смесью пространства под моделью ее заливают по периметру кессона в зазоры между его стенками и моделью. Через 35-40 мин после заливки ЖСС модель можно извлечь и приступить к отделке формы.

Рабочая поверхность формы имеет значительную пористость. Для ее устранения на поверхность наносят специальную краску и просушивают- горелкой в течение 2—4 ч при температуре 200— 220 °С.

Технология изготовления сложной формы для отливки чугунной модели лопасти массой 35 т приведена на рис. 15. Эта модель предназначена для формообразования крупных отливок стальных лопастей. Формовка ведется по деревянной модели, снабженной упорами, по которым модель устанавливают на постель, в кессоне. На модели размещают съемную раму, оформляющую контуры болвана. Во избежание всплывания модель и рама нагружаются.

Заливку ЖСС осуществляют через люки, имеющиеся в модели и съемной раме, и в зазоры между стенками кессона и съемной рамы. Затем производят подпрессовку смеси толкателями. После кратковременной выдержки извлекают съемную раму, удаляют смесь из люков, подрезают ее вокруг модели, поверхность полуформы покрывают разделительной бумагой и закрепляют ее шпильками, после чего переходят к оформлению верхней полуформы (болвана-стержня).

Рис. 13. Технология изготовления форм по блок-модели а — почвенная форма; б — стержневая форма.

Рис. 14. Схема изготовления формы из ЖСС.

Рис. 15. Технология изготовления крупной формы с применением

12. Машинная формовка

Механизированное извлечен И модели без предварительной расколотки обеспечивает получени форм высокого качества, повышает точность отливок и снижает брак. Внедрение координатных и наборных плит-рамок делает табельным применение машинной формовки не только при серий” ном и массовом, но и при мелкосерийном и единичном производстве.

Обычно литейную форму изготовляют на двух машинах: одной — нижнюю полуформу, а на другой — верхнюю. При массовом и серийном производстве металлические модели и элементы литниковой системы монтируют на односторонних чугунных плитах, а при мелкосерийном и единичном деревянные модели

укрепляют на координатных плитах или в наборных плитах-рамках. Замену модели на координатной плите и в плите-рамке производят на рабочем месте в течение 20—30 мин.

По способу уплотнения смеси в опоке различают прессовые машины с нижним и верхним прессованием, встряхивающие машины, встряхивающие с подпрессовкой и пескометные.

Уплотнение смеси на машинах с нижним прессованием. Схема работы такой машины приведена на рис. 17. На прессовом поршне, помещенном в цилиндре, закреплен стол. На нем расположена модельная плита, перемещающаяся в неподвижной раме. Опоку устанавливают на штыри неподвижной рамы и заполняют смесью, разравнивая ее по всей Поверхности, После этого опоку со смесью помещают под неподвижную траверсу. При подаче в цилиндр сжатого воздуха прессовый поршень поднимается вверх, модель внедряется в смесь и уплотняет ее. Когда поступление воздуха прекращается, поршень опускается, и производится извлечение модели.

При нижнем прессовании наибольшая плотность смеси создается у модели и понижается к верху,опоки, несколько возрастая у траверсы, что является достоинством этого способа.

Большой расход мощности на преодоление силы трения смеси о стенки опоки ограничивает область применения этих машин. Они могут использоваться при опоках с размерами в свету до 1100X800 мм и высотой до 150 мм.

Уплотнение смеси на машинах с верхним прессованием. Схема работы этой машины показана на рис. 18. На прессовом поршне, помещенном в цилиндре, закреплен стол, на котором расположена плита с моделью. После установки опоки с наполнительной рамкой и заполнения их формовочной смесью в цилиндр подают сжатый воздух под давлением 6 кгс/см2. Под действием воздуха поршень вместе со столом и смонтированной на нем модельной оснасткой поднимается вверх, при этом прессовая колодка, закрепленная на траверсе, внедряется в наполнительную рамку и уплотняет смесь в опоке.

После прекращения поступления в цилиндр сжатого воздуха стол опускается под действием собственной тяжести.

Уплотнение смеси на встряхивающих машинах. Этот способ уплотнения смеси, несмотря на некоторые присущие ему недостат ки, — самый распространенный, так как дает возможность изготовлять формы для сложных крупных отливок в опоках, с размерами в свету 3000 X 2000 мм при высоте до 750 мм.

Рис. 16. Типы модельных плит: а — односторонняя; б — координатная: в —наборная плита-рамка; 1 — основная плита; г — вкладная модельная плита; 3 — модель, 4 — шлакоуловитель; 5 — стояк; 6 — упорные винты.

Рис. 17. Схема работы машины с нижним прессованием.

На рис. 19 показана схема работы встряхивающей машины с подпрессовкой. Она имеет два цилиндра: прессовый и встряхивающий, причем последний служит поршнем для первого Внутри цилиндра имеется встряхивающий поршень, на котором укреплен стол. На столе монтируется модельная плита с моделью.

По штырям на модельную плиту устанавливают опоку с рамкой . После заполнения опоки и рамки смесью в полость встряхивающего цилиндра подают сжатый воздух, под давлением которого встряхивающий поршень поднимается вверх. При этом впускное отверстие перекрывается боковой поверхностью поршня, а выхлопное открывается, и воздух выходит в атмосферу.

Стол с модельной плитой и опокой под действием собственной силы тяжести падает на торец цилиндра, поэтому при ударе формовочная смесь в опоке уплотняется. При опускании поршня впускное отверстие вновь открывается, и цикл повторяется. Обычно стол поднимается на высоту 30—80 мм и совершает 30—120 ударов в минуту. Для уплотнения смеси достаточно 20—40 ударов.

После окончания процесса встряхивания сжатый воздух поступает в полость прессового цилиндра, а модельная плита и оснастка приходят в контакт с прессовой колодкой, закрепленной на траверсе. Колодка входит в полость наполнительной рамки и производит доугоготнение верхних слоев смеси (рис. 19, г и д).

Уплотнение смеси многоплунжерной головкой. При уплотнении смеси жесткой прессовой колодкой (рис. 19), особенно в формах крупных габаритов, трудно достичь равномерности уплотнения. В таких случаях рекомендуется применять многоплунжерную головку (рис. 20), при этом формовочная смесь прессуется большим количеством прессующих башмаков, снабженных поршневыми гидравлическими приводами. Каждый башмак под действием масла на поршень прессует находящийся под ним участок формы независимо от соседних участков.

Уплотнение смеси пескометами широко применяется для механизации наполнения и уплотнения смеси в крупных опоках и стержневых ящиках. Производительность пескометов — от 12 Д° 80 м3/ч уплотненной смеси.

Основным рабочим органом пескомета является головка (рис. 21). В стальном кожухе вращается ротор, на котором с помощью муфты закреплена лопатка-ковш. Через окно в кожухе ленточный транспортер непрерывно подает формовочную смесь, которая при быстром вращении ротора захватывается лопаткой, несколько уплотняется и в виде небольших пакетов выбрасывается в опоку через окно. При большой скорости истечени смеси из окна и непрерывном перемещении головки пескомета л площади опоки создается равномерное уплотнение всех слоев смес независимо от высоты опоки.

Извлечение модели из формы

Рис. 18. Схема работы машины с верхним прессованием.

Рис. 19. Схема работы встряхивающей машины

Рис. 20. Схема процесса уплотнения смеси в опоке многоплунжерной головкой: 1 — модель; 2 —опока; 3 — наполнительная рамка; 4— прессующая многопл-унжерная головка; 5 — поршни; 6 — прессующие башмаки.

Рис. 21. Схема работы пескометной головки: 1 — рукоятка; 2 — направляющая дуга; 3 — лопатка-ковш; 4 — окно; 5 —кожух; 6 — ротор; 7 — вал электродвигателя; 8 — окно.

Рис. 22. Схемы извлечения моделей при машинной

Автоматизированные формовочные линии. В настоящее время в СССР успешно эксплуатируются автоматизированные формовочные линии как отечественного производства — конструкции ВНИИлит-маш, НИИтракторсельхозмаш, Гипросантехпром и др., так и зарубежных фирм.

Процесс формовки, сборки и выбивки на этих линиях полностью автоматизирован, рабочий-оператор при этом только, управляет механизмами с помощью кнопок.

Вручную выполняются операции установки стержней и заливки, а на некоторых линиях процесс заливки также автоматизирован.

На рис. 23 показана схема автоматизированной линии (ГДР). Она состоит из двух прессовых формообразующих полуавтоматов для изготовления нижней (поз. IV) и верхней (поз. II) полуформ и литейного конвейера (поз. VII). Собранная на поз X форма поступает на поз. XI — к грузовому конвейеру, где она нагружается, и на поз. XII, где заливается металлом. При дальнейшем движении залитая форма поступает в охладительную камеру (поз. XIII), снабженную мощной вентиляционной системой. На поз. XIV с охлажденной формы снимается груз.

Верхняя опока протяжным устройством стягивается на поз. I и передается на машину для изготовления верхних полуформ (поз. II). Нижняя полуформа с отливкой и комом смеси продвигается к поз. III, где нижняя опока протягивается, кантуется и передается на машину для изготовления нижних полуформ (поз. IV).

При подходе к толкателю ком смеси с отливкой передается на поз. V— охладительную решетку (накопитель). После кратковременного охлаждения он поступает на поз. VI — выбивную решетку, где разрушается и освобождает отливку.

Формообразующая машина имеет два пресса, между которыми расположены подъемный механизм и дозатор смеси. При поступлении опоки она спаривается с модельной плитой и поджимается к бункеру-дозатору, при этом в опоку выдается определенная порция смеси. Затем опока передается под левый или правый пресс, имеющий многоплунжерную головку.

После процесса прессования ниясняя полуформа возвращается на среднюю позицию, где после протяжки модели она выталкивается поступающей опокой и передается на поз. VIII. Здесь нижняя полуформа кантуется и устанавливается на платформу конвейера. На поз. IX в эту полуформу устанавливаются стержни.

При подходе к поз. X нижняя полуформа накрывается верхней, и форма поступает на заливку. Верхняя полуформа изготовляется аналогично нижней.

Производительность линии в зависимости от типа формовочного автомата и размеров опок составляет 200—280 форм в час.

Рис. 23. Схема автоматизированной формовочной линии.

По газифицируемым моделям

Получение формы происходит за счет неизвлекаемой модели, и заливка металла производится в неразъемную форму. При этом модель получают из пенопласта вспениванием при высокой температуре. При литье металла в форму, пенопластовая модель полностью выгорает, освобождая внутренний объем.

Если модели для мелких деталей можно получить вспениванием состава, то крупные вырезают из склеенных плит. Резка производится вручную. Для этого используется нихромовая проволока. Поданное напряжение разогревает проволоку, что облегчает резку.

Также модель может вырезаться на фрезерных или гравировальных станках с числовым программным управлением по заданному алгоритму. Подготовленная модель красится и дополнительно покрывается термостойким составом.

Формовка при ЛГМ производится двумя методами. В первом случае для отливок несложных форм используются вибрационные столы, на которых происходит уплотнение формовочной смеси с использованием опок. Затем на опоку укладывается крышка и монтируется литниковый приемник.

Во втором случае, когда изделие имеет сложную геометрию, формовку проводят под вакуумом. Чтобы закрытая форма не разрушилась, она подвергается действию пониженного давления вплоть до окончания заливки. Значение вакуумического давления невелико – порядка 4-5 ГПа.

Заготовки для литья по газифицируемым моделям

Температура разливаемого металла значительно выше, чем начало газификации пенопласта (560 °С). Газы, выделяемые пенопластом, из формы легко удаляются вакуумной системой. При этом отсутствует задымленность рабочей зоны.

В качестве основного достоинства этого метода отмечают высокое качество отливок, которое можно получить литьем в обыкновенный или облицованный кокиль. Возможным это стало из-за того, что форма цельная.

Литье по газифицируемым моделям

На современном этапе литье по выжигаемым моделям применяется для отливки:

• крупных и средних изделий на мелкосерийном производстве;
• заготовок со сложной конфигураций и весом до 50 кг, к которым предъявляются требования повышенной точности размеров, на среднесерийном и крупносерийном производстве.

Оборудование и формы

В качестве плавильного оборудования в литейных производствах предусматриваются дуговые или индукционные электропечи. Вид оборудования определяется металлами, с которыми работает литейный цех/участок: электродуговые печи идеально подходят для работы со сталью или чугуном, в то время как литейный цех, специализирующийся на меди, с большей вероятностью использует индукционную печь. Печи могут варьироваться в размерах: от небольшого настольного оборудования до тех, что весят несколько тонн.

Современные литейные производства механизированы. Механизации подвергаются практически все операции цикла: от производства стержней до собственно литья. Формовочные машины применяют при серийном производстве отливок. Ручная формовка распространена лишь в малых ремонтных производствах.

В состав основного оборудования включают:

• Плавильные печи;
• Заливочные ковши;
• Загрузочно-транспортное оборудование — погрузчики, краны, конвейеры и пр.
• Средства управления и автоматики.

Электродуговая печь работает по принципу периодического плавления. Металл расплавляется путем подачи электрической энергии внутрь печи через графитовые электроды. Дополнительная химическая энергия подается кислородно-топливными горелками. Кислород вводят для удаления примесей и другого растворённого газа. Когда металл расплавляется, шлак образуется и плавает к верхней части расплава; шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется перед выводом.

Индукционная печь передает электрическую энергию методом индукции, когда высоковольтный электрический источник индуцирует низкое напряжение при большом токе во вторичной катушке. Индукционные печи способны работать при минимальной потере сырья, однако больше используются при производстве отливок из цветных металлов и сплавов.

Все литейное оборудование специально разрабатывается для надежной работы при повышенных температурах. Доминирующими тенденциями при производстве данной техники являются масштабность, автоматизация, оперативная отделка отливок, повышенные безопасность и эффективность.

Какие смазочные материалы применяются? Выбор зависит от марки материала и метода литья. Исходный концентрат в жидком виде должен быть водорастворимым, а в твёрдом виде используются термостойкие пасты.

Под давлением

Технология литья под давлением предполагает быструю подачу расплава в форму путем использования компрессорных или поршневых механизмов. Благодаря автоматизации процесса литье под давлением считается высокопроизводительным.

Таким способом можно получать детали:

• сложной геометрической формы;
• с достаточно тонкими стенками;
• высокой точности;
• с повышенной шероховатостью.

Способ литья под давлением применяется для получения деталей в автомобилестроении. Они получаются небольшого веса, достаточной прочности, что позволяет снизить общую массу агрегата.

Стоит отметить, что метод литья под высоким давлением имеет следующие достоинства:

• возможность получения размеров 9 класса и грубее;
• достигаемая шероховатость поверхности — 1,25 мкм;
• минимальная размер стенок — 0,6 мм;
• минимальным диаметром отверстий — 1 мм;
• формирование наружной резьбы;
• накатки, надписей на внешней стороне.

К недостаткам относят следующее:

• высока цена на сами формы;
• разлив металлов с низкой температурой плавления;
• повышенная вероятность образования внутренних дефектов в виде трещин и напряжений.

Схема литья под давлением

Широкое использование литья алюминия под давлением обусловлено:

• малым значениями температуры в период кристаллизации;
• пластичностью сплава;
• хорошей жидкотекучестью;
• инертностью к химическим реакциям;
• невысоким объемом усадки.

Рассматривая способы технологию поделить следующим образом:

• камера прессования: горячая;
• холодная;

Протекание процесса

Расплав подается в специальную полость. Поршневым пальцем жидкий металл на большой скорости вгоняется во внутреннюю полость пресс-формы. После чего происходит охлаждение без снятия давления. После затвердевания пресс-форма разъединяется, и отливка извлекается. Для облегчения извлечения конструкция оборудуется толкателями.

Технология литейного производства чёрных и цветных металлов

Литейные свойства материалов учитывают не только жидкотекучесть, но и уменьшение объёма, которое происходит в процессе охлаждения отливки. Такое явление называют усадкой; она составляет 1…3 % от первоначальных размеров. Поскольку все металлы анизотропны, то различают линейную и объёмную усадку, которые определяют итоговый баланс металла. Первый параметр важен для отливок с увеличенным соотношением длины к ширине, а второй – для отливок сложной формы.

В процессе охлаждения металла в его структуре наблюдается ликвация – неоднородность зёрен, что обуславливается различными свойствами составляющих. Формируются также примеси и неметаллические включения. Ликвация негативно влияет на свойства конечной продукции, поэтому неоднородность структуры стараются уменьшать всеми приемлемыми способами. В частности, действующий ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов» ограничивает содержание фосфора, серы (а также их соединений – сульфидов и фосфидов), ряд газов – водород, кислород, а также количество шлаков, не выведенных из металла.

В зависимости от литейных свойств металлов принимается решение о выборе целесообразной технологии получения отливок. Различают свободное литьё в формы (песчаные или металлические), литьё под давлением, литьё выжиманием, центробежное литьё, а также комбинированные способы, например, жидкую штамповку.

В кокиль

При литье в кокиль, или в металлические формы, жидкий металл заливают свободно, то есть под действием гравитационных сил. Саму форму изготавливают разборной из двух частей, установленных на плиту. Для получения полостей и отверстий в предусмотренные канавки, в которые укладываются стержни. Для изготовления металлических форм используются стали и чугуны.

Процесс отлива в кокиль

Для удаления газов во время заливки предусматриваются вентиляционные каналы. Чтобы к внутренним поверхностям кокиля не прилипал расплав их облицовывают или красят огнеупорными составами. Толщина покрытия зависит от разливаемого металла и скорости его охлаждения. Перед покрытием полость формы очищается, а затем нагревается до температур 150 °С — 280 °С.

Особенности получения отливок:

1. Из-за высокой теплопроводности сплавы в кокиле быстро остывают, поэтому сплавы с малой жидкотекучестью должны иметь максимальную толщину стенок. Высокая скорость остывания формирует мелкозернистую внутреннюю структуру.
2. Металлическая форма неподатлива, поэтому в отливке отсутствуют дефекты, вызываемые остаточными деформациями, а также предотвращает усадку. Получаемая точность заготовок: стали и чугуны – 7-11 класс, цветные сплавы – 5-9 класс.
3. Отсутствие пригара.
4. Достигаемая шероховатость поверхности соответствует Rz = 40-10 мкм.
5. Кокиль – газонепроницаемая конструкция. Вентиляционные каналы и огнеупорные покрытия не могут полностью отвести газы. В связи с этим газовые раковины – это частое явление.

Плюсы литья в кокиль:

• постоянные характеристики для получаемых отливок;
• возможность использования песчаных стержней;
• высокая производительность;
• малое количество производимых операций;
• чистая поверхность готовых изделий;
• механизация работ;
• невысокая квалификация работников.

Отрицательные стороны:

• значительная стоимость формообразующей оснастки;
• ограниченная стойкость форм;
• быстрое остывание расплава.

В кокиль отливаются практически все металлы, но большинство отливок — это чугуны и литейные стали.

Сущность и основы

На литейных предприятиях продукция получается в результате плавления исходного материала, последующей его заливки в форму, а затем затвердевания. Литейные цеха производят изделия широкого ассортимента: от компонентов двигателей до разнообразной тары пищевой промышленности. Литьём получают всю продукцию из чугуна, до половины алюминиевых деталей, до 20 % стальных изделий и т.д.

В основе всех литейных технологий лежит понятие жидкотекучести, когда материал, нагретый до температуры, превышающей температуру его плавления, превращается в высоковязкую жидкость. При этом должен соблюдаться эффект неразрывности её течения в необходимом направлении. Это даёт возможность формовать, в процессе затвердевания расплава, нужные заготовки.

Все литейные металлы обладают сложной структурой, поэтому на жидкотекучесть, оказывают влияние:

1. Вязкость.
2. Поверхностное натяжение.
3. Характер поверхностной оксидной пленки.
4. Наличие, содержание и состав включений.
5. Способ затвердевания.
6. Химический состав основного материала.
7. Физико-механические характеристики, прежде всего, удельный вес и температура плавления.

Жидкотекучесть устанавливается по результатам химических анализов и технологических проб применительно к конкретному материалу отливки.

Если ранее процесс течения жидкого металла был плохо управляемым, что приводило к различным дефектам литья – неравномерности структуры конечной продукции и пористости, то теперь ситуация изменилась. Чтобы производить отливки с оптимальным качеством и минимизировать издержки производства, освоены процессы компьютерного моделирования, в результате которых можно прогнозировать скорость потока и наличие различных охлаждающих эффектов. Именно они становятся причиной пористости литого продукта.

3-D моделирование позволяет регулировать:

• Вязкость расплава;
• Интенсивность охлаждения;
• Степень пористости.

Разрабатываемая технологом с учётом перечисленных факторов пространственная модель отливки позволяет ещё на стадии проектирования технологии оптимизировать дизайн детали (обеспечивая её оптимальную конфигурацию), конструировать литейную оснастку, а также создавать наилучшую последовательность выполняемых операций.

В землю

Литье в землю или в формы из смеси песка и глины — самый старый способ получения заготовок из расплавленного металла. Свыше 80% всего литья приходится на него. Отличается простотой и доступностью используемых материалов.

Из древесины изготавливаются модельный и литниковый комплект. После того как модель готова, замешивается формовочная смесь. В состав самой простой входят песок, кварц и глина.

Технология литья в землю

Формовка производится и вручную и на машинах. Ручное изготовление форм применяется при изготовлении разовых или нескольких отливок и считается непродуктивной. Формовка на машинах используется на автоматизированных литейных линиях. Литейные формы состоят из двух половин и являются одноразовыми. После заливки и охлаждения, формы разрушаются. Больше половины отработавшего материала возвращается на формовочную операцию после очищения и восстановления.

Дефекты литейных сплавов

Перед тем, как производственный цикл выпуска отливок заканчивается, физические свойства и структурная целостность конечного продукта подлежат проверке. Методы испытаний могут быть разрушающими и неразрушающими. Выбор метода обнаружения дефектов зависит от технологического назначения детали. Для некоторых чисто эстетических продуктов требуется только краткий визуальный осмотр для определения точности размеров, наличия трещин и оценки качества отделки. Для литья, имеющего индустриальное применение, в ходе испытаний устанавливаются все физико-механические свойства металла (пластичность, прочность на растяжение, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость и т.д.).

Наиболее распространёнными дефектами литья являются:

1. Усадочные дефекты. Когда металл затвердевает после заливки в формы или отливки, он должен сжиматься. Когда металла недостаточно, усадка из чугуна приведет к образованию отверстий или пустот в отливке. В зависимости от его причины существует много типов усадки. При осевой усадке материал по центру получает больше времени для затвердевания по сравнению с металлом по периферии, что приводит к образованию полости. Это может быть вызвано температурой, при которой заливается расплавленный металл, скоростью заливки, качеством исходного сырья.
2. Дисперсная усадка. Размерное изменение элементов сплава может привести к такому типу усадки, где полости образуются перпендикулярно литейной поверхности. К этому типу дефектов может привести высокое содержание азота или низкое содержание углерода.
3. Иногда все литейные изделия могут иметь одинаковый тип дефектов по размерам. Причина – разная скорость отвердевания различных частей отливки.
4. Швы или шрамы. Это металлургический дефект, который характеризуется наличием углублений на поверхности отливки. Дефект вероятен, когда в процессе плавки графит перемещается в усадочные полости.
5. Шлаковые включения. Они представляют собой мелкие пятна, обнаруженные на поверхности литейных изделий. Такие включения вызываются загрязнениями исходного металла карбидами, кальцитами, оксидами и сульфидами.
6. Незаполнение отдельных участков. Вызывается наличием газа в отдельных частях пресс-формы, пониженной текучестью материала. Потребуется увеличить температуру его нагрева и/или вести плавку в вакууме.

Подбор специалистов

Эта профессия предполагает производство чугунных, стальных или цветных металлических деталей различными процессами литья, а также периодическое проведение испытаний материалов с целью обеспечения качества. Специалист современного литейного цеха – обрубщик, плавильщик, формовщик — должен знать различные типы пресс-форм и материалов, обработку литейных инструментов, химические процессы, происходящие во время литья.

Профессиональная подготовка включает в себя:

• Теоретическое профессиональное обучение;
• Практику в компании непосредственно на рабочих местах;
• Стажировку или прохождение курсов переподготовки.

Последний этап предназначается для специалистов литейного производства, желающих повысить свою квалификацию. Среди них могут быть операторы производства, инженеры, менеджеры, металлурги, персонал подразделений, обеспечивающих качество, специалисты по охране труда.

В обязательную программу подготовки или переподготовки входят:

1. Основы металлургических процессов (материалы, термодинамика).
2. Виды оборудования.
3. Вторичные металлургические процессы (заливка, перемешивание металла, охлаждение).
4. Пресс-формы, их проектирование и обслуживание.
5. Дефекты литья.
6. Моделирование литейных процессов.