Технология литейного производства
Технологический процесс производства отливок состоит из следующих операций:
изготовления моделей и стержневых ящиков; изготовления литейных форм по моделям; изготовления стержней;
расплавления металла и заливки форм жидким металлом; извлечения отливок из форм; обрубки и очистки отливок;
термической обработки (если она необходима по техническим условиям).
Литейныеформы изготовляют с применением деревянных ил
Технологический процесс производства отливок состоит из следующих операций:
изготовления моделей и стержневых ящиков; изготовления литейных форм по моделям; изготовления стержней;
расплавления металла и заливки форм жидким металлом; извлечения отливок из форм; обрубки и очистки отливок;
термической обработки (если она необходима по техническим условиям).
Литейныеформы изготовляют с применением деревянных или металлических моделей, размеры и очертания которых соответствуют получаемым отливкам. Однако размеры моделей должны быть несколько больше размеров отливок, так как при остывании происходит усадка металла. Припуски в моделях на усадку отливок из различных литейных сплавов предусматривают в соответствии с уменьшением объема сплавов при охлаждении.
Модели изготовляются так, чтобы их можно было извлечь из формовочной смеси, не разрушая формы. Для этого модели со сложными очертаниями делают разъемными и вновь легко соединяемыми при помощи шипов. На рис. 1 показаны разъемная модель и отливка, изготовленная по ней.
Прочность деревянных моделей зависит от породы дерева (липа, сосна, клен, ольха и др.) и от технологии их изготовления.
Наиболее прочны модели, изготовленные не из цельного куска дерева, а составленные и склеенные из отдельных частей с учетом направления волокон древесины (см. рис.1).
При конструировании и изготовлении моделей следует учитывать условия процесса формовки, влияющие на износоустойчивость моделей: удары по моделям трамбовками при набивке формовочного материала; удары при работе на встряхивающих и прессовых машинах; воздействие на модели при освобождении форм и стержней; трение поверхности моделей при соприкосновении с твердыми частицами формовочных материалов и др.
Чтобы предохранить деревянные модели от сырости, их окрашивают. Модели, предназначаемые для отливок из разных металлов, окрашивают в разные цвета, чтобы было удобнее различать их.
Согласно ГОСТ модели для отливок из чугуна и стали окрашивают в красный цвет, а модели для отливок из цветных металлов — в желтый.
Поверхности моделей для отливок, подвергающихся механической обработке, покрывают черными пятнами по основному фону. Стержневые знаки, т. е. выступы у моделей, образующие полости для закрепления стержней в формах, окрашивают в черный цвет.
В массовом производстве при машинной формовке модели изготовляют не из дерева, а из различных металлических сплавов.
Формовка. Литейные формы бывают временные или разовые, т. е. рассчитанные на изготовление одной отливки и разрушаемые при извлечении отливки из формы; полупостоянн ы е, т. е. пригодные для производства нескольких отливок; постоянные, используемые для изготовления партии отливок.
Разовые литейные формы изготовляют из формовочной смеси, состоящей из формовочного песка и различных добавок для придания смеси специальных свойств (опилки, каменный уголь, торф и др.).
Такие формы применяют сырыми или же перед заливкой их просушивают в печах.
Формовочные пески в зависимости от содержания глинистых веществ разделяются на классы (см. табл. 20).
Таблица
Классификация формовочных песков
Условное обозначение | Наименование | Содержание глины, % |
К | Кварцевые | До 2 |
Т | Тощие | 2—10 |
П | Полужирные | 10—20 |
Ж | Жирные | 20—30 |
ОЖ | Очень жирные | 30-50 |
Глины по огнеупорности делятся следующим образом: высокой огнеупорности (не менее 1580° С); средней (не менее 1350° С); низкой (огнеупорность не нормируется).
При изготовлении песчано-глинистых форм должны быть обеспечены следующие требования, предъявляемые к формовочным смесям и их свойствам:
1) форма должна быть прочной, чтобы тяжелая струя жидкою металла не могла се разрушить при заливке, и в то же время материал формы должен быть достаточно пластичным;
2) материал формы должен быть газопроницаемым, чтобы газы, выходящие из металла при застывании, не оставались в отливке и не скапливались между отливкой и формой;
3) формовочная смесь должна быть огнеупорной, т. е. в ней не должно быть веществ, легко расплавляемых и способных сплавляться с металлом, что вызывает порчу поверхности отливок (пригар).
Уменьшить пригар формовочной смеси к металлу отливки можно введением в ее состав от 5 до 15% каменноугольной пыли. При чугунномлитье количество каменноугольной пыли берется тем больше, чем крупнее отливки. Поверхность сухих форм покрывают тонким слоем краски, в состав которой входят графит, кокс, маршалит, тальк и другие вещества. Это позволяет избежать пригорания формовочной смеси к отливке.
Чтобы устранить пригар, Поверхность влажных форм покрывают также порошками, называемыми припылами. В качестве припылов используют каменноугольную пыль, графит или цемент.
Для форм, подвергающихся сушке в печах, к формовочной смеси добавляют мелкие опилки, солому, торф и другие вещества, способные при сушке сгорать и увеличивать газопроницаемость смеси благодаря образованию в ней мелких пор.
Приготовление формовочной смеси и литейных форм из нее — трудоемкий процесс, поэтому в современном литейном производстве многие операции выполняются при помощи специального оборудования.
Для приготовления формовочных смесей применяют механические сита, размалывающие, смесительные бегуны, разрыхлители, глиномялки и другие машины, облегчающие труд и повышающие его производительность.
Полупостоянные литейные формы, рассчитанные на получение нескольких отливок, изготовляют из прочных и огнеупорныхматериалов -графита, шамота и др.
Постоянныеформы (кокили) изготовляют из чугуна или стали. Их применяют в массовом и серийном производстве деталей не очень сложной формы и небольших размеров.
При литье в металлические формы производительность на одного рабочего повышается в два-три раза, уменьшаются Припуски на обработку, Поверхность отливок получается чистой.
Стоимость литья в металлических формах зависит от их стойкости: при получении стальных деталей металлические формы выдерживают до 600—700 отливок, чугунных деталей несложной формы — до 10 тыс. отливок.
Стойкость металлических форм повышают, покрывая их рабочие поверхности особыми огнеупорными составами или красками.
Внутренний объем и линейные размеры форм должны быть больше, чем размеры отливок, так как застывающий металл имеет линейную и объемную усадку, т. е. уменьшается в размерах.
Стержни. Сплошные отливки без полостей получают заливкой жидкого металла в рабочую полость формы, в которой нет стержня. Для получения пустотелой отливки в рабочую полость формы помещают стержень, препятствующий сплошному ее заполнению жидким металлом. В том месте, где находится стержень, в отливке образуется полость, соответствующая размерам и очертаниям стержня.
При изготовлении стержней, так же как и моделей, необходимо учитывать изменение размеров отливки при затвердевании.
Линейные размеры и объем стержней должны быть меньше размеров полости в отливке на величину усадки металла.
Стержни изготовляют из кварцевого песка и глиныс добавлением различных связующих веществ. Применяют связующие на основе растительного масла (ЧГУ), продуктов переработки нефти, торфа, угля, сланцев и древесины (КТ, ГТФ, KB, П, ПС, сульфитная барда и др.), неорганических соединений (жидкое стекло, цемент) и др.
Изготовляют стержни с помощью стержневых ящиков ручным и машинным способами. Изготовленные стержни сушат.
Сушка стержней производится в печах в течение 5—10 часоз при температуре от 200 до 400° С в зависимости от состава стержневой массы и от свойств связующего вещества. При сушке влага испаряется, материалсвязки затвердевает и благодаря этому достигается требуемая прочность стержней.
Устанавливают и закрепляют стержни в формах по «знакам», т. е. по специальным опорным выступам, а также с помощью особых подставок — жеребеек. Сплавливаясь с заливаемым в форму металлом, жеребейки остаются в отливке. Чтобы улучшить свариваемость с основным металлом, жеребейки предохраняют от окисления лужением или омеднением.
Процесс формовки производится различными способами. Детали несложные и большого размера иногда получают заливкой в открытую или закрытую почвенную форму, изготовленную в земляном полу формовочного цеха. Открытую почвенную формовку применяют для отливок, не требующих обработки и имеющих плоскую верхнюю Поверхность (плиты, колосники и т. п.).
Процесс изготовления формы состоит в следующем: яму глубиной до 200 мм загружают наполнительной смесью и смесь покрывают облицовочным материалом слоем 10—15 мм. В полученную «постель» вдавливается модель, а сбоку модели вырезается литниковая система: литниковая чаша, канал для заполнения формы металлом и сливной канал для спуска излишка металла. После удаления модели производится заливка.
Рис.2. Металлическая (а)и деревянная разъемная (б) опоки
Закрытая почвенная формовка применяется для получения отливок с чистой поверхностью и фасонной верхней частью, а также при производстве крупного единичного литья — отливок весом более 5 г, а иногда более 100 т. Форму изготовляют более сложным механизированным способом в специальных ямах (кессонах).
Наиболее распространена формовка в опоках (рис. 2), т. е. в особых жестких рамах, изготовляемых из стали или из чугуна, а иногда и из дерева. Стенки опок скрепляют болтами или штырями. Чтобы лучше удерживалась формовочная смесь, стенки опок внутри делают гофрированными.
Изготовление несложной формы в двух опоках методом ручной формовки по неразъемной модели производится следующим образом (рис. 3).
На подмодельную плиту2 устанавливают модель / и нижнюю опоку так, чтобы модель оказалась внутри опоки. Затем модель припудривают порошком ликоподия, талька или графита и опоку доверху наполняют формовочной смесью, утрамбовывают ее, а излишек срезают линейкой. После этого опоку переворачивают вместе с подмодельной плитой. Затем плиту снимают и на нижнюю опоку ставят верхнюю опоку, а плоскость разъема посыпают сухим кварцевым песком. Нижнюю опоку также наполняют формовочной
209 смесью, устанавливая при этом деревянные модели литникового стояка3 и выпора4. Первый из них при извлечении их образует канал литникового стояка, т. е. канал для заливки металла, а второй — выпор для выхода из формы воздуха и газов.
Далее осторожно разъединяют опоки по линии их соединения и в верхней опоке прорезают канал шлакоуловителя, а в нижней опокеканал питателя, затем удаляют модель и вновь соединяют половины опоки. В результате получается готовая форма для отливки плиты.
Примером формовки отливки с внутренней полостью может служить процесс получения формы для пустотелой втулки (рис. 4).
Нижнюю половину разъемной модели кладут на подмодельную плиту плоскостью разъема и описанным выше способом производят формовку в нижней опоке (рис. 4, б).
а— модель втулки: 1 — нижняя половина модели, 2—верхняя половина модели ; б — формовка в нижней опоке, в — формовка в верхней опоке, г — собранная форма со стержнем
Перевернув нижнюю опоку и сняв подмодельную плиту, на заформованную половину модели накладывают ее вторую половину, а затем формуют верхнюю опоку (рис. 4, б). При этом устанавливают модели литникового стояка и выпора для образования соответствующих каналов. После разъема опок, выполнения каналов питателя и шлакоуловителя и извлечения из формовочной смеси обеих половин модели в готовую форму помещают стержень для образования в отливке внутренней полости (рис. 4, г).
Отлитая втулка после ее извлечения из формы и литниковая система показаны на рис. 5.
Машинная формовка. Применение формовочных машин для изготовления литейных форм позволяет резко увеличить производительность труда, повысить качество отливок, снизить себестоимость литья, а также механизировать и автоматизировать процесс изготовления литейных форм. Формовочные машины выполняют операции уплотнения смеси и удаления модели из литейной формы. По способу уплотнения формовочной смеси машины делятся на прессовые, встряхивающие и пескометы.
Рис. 5.Отлитая втулка после извлечения из формы: 1 — литниковая чаша, 2 — лнтннковый стояк, 3 — шлакоулоинтель. 4 — питатели,5 — выпор,6 — изделие