Технологические особенности литья в песчаные формы

При литье в песчаные (песчано-глинистые) формы отливки получают посредством свободной заливки форм расплавленным металлом. Песчаные формы изготавливают ручной или машинной формовкой смесей.

Формовочные и стержневые смеси. Формовочные смеси классифици­руют: по назначению (для отливок из чугуна, стали и цветных сплавов), по составу (песчано-глинистые, содержащие быстротвердеющие крепители, специальные), по применению при формовке (единые, облицовочные, на­полнительные), по состоянию форм перед заливкой в них сплава (сырые, сухие, подсушиваемые и химически твердеющие).

Песчано-глинистые смеси. Основным компонентом формо­вочных и стержневых смесей является кварцевый (Si0₂) или цирконовый (Zr0₂^-Si0₂) песок. Вторым основным компонентом смеси (до 16%) является глина. Широко применяют бентонитовые (на основе Al₂0₃-4Si0₂H₂0 + + иН₂0) и каолиновые (на основе Al₂0₃Si0₂-2H₂0) глины, которые обладают высокой связующей способностью и обеспечивают тем самым прочность и податливость форм. В формовочные и стержневые смеси вводят также в не­больших количествах дополнительные связующие (1,5—3%); их подразде­ляют на органические и неорганические, растворимые и нерастворимые в воде (сульфитно-спиртовая барда, битум, канифоль, цемент, жидкое стекло, термореактивные смолы и др.).

Стержневые смеси. К стержневым смесям предъявляют более жесткие требования по огнеупорности, поверхностной твердости, податливости, низкой гигроскопичности, высокой газопроницаемости, лучшей выбиваемости, чем к формовочным смесям. Среди стержневых смесей, не требующих тепловой обработки, наиболее распространены песчано-жидкостекольные смеси, а также холоднотвердеющие смеси на синтетических смолах, в которых в качестве свя­зующего используют карбамидные, фенолофурановые и другие смолы. Среди стержневых смесей, отверждаемых тепловой обработкой, можно выделить пес-чано-масляные (связующее — раствор растительных масел и канифоли в уайт-спирте), песчано-глинистые и песчано-смоляные (связующее — синтетические смолы КФ-90, ОФ-1, пульвербакелит и др.).

Припылы и краски. Противопригарные материалы (припылы и краски) наносят тонким слоем на поверхность форм и стержней для предот­вращения пригара металла к формовочной смеси и повышения чистоты по­верхности отливок. В качестве припылов применяют порошкообразную смесь оксида магния, древесного угля и бентонита; порошкообразный гра­фит, пылевидный кварц, циркон. Противопригарные краски представляют собой суспензии этих материалов с добавками связующих. В красках ис­пользуются те же связующие добавки, что и в смесях.

Изготовление песчаных форм. Различают ручную и машинную фор­мовку. Ручная формовка применяется в мелкосерийном производстве и мо­жет осуществляться, например, в двух опоках по разъемной модели (рис. 13.6). Технологический процесс формовки состоит из нескольких стадий:

I. Изготовление нижней полуформы: установка нижней половины моде­ли 2 внутри нижней опоки 3 на подмодельной плите 1; заполнение опоки (с 320

а б в

Рис. 13.6. Ручная формовка по разъемной модели:

последовательное изготовление нижней (а) и верхней (б) полуформ; в — соб­ранная форма (со стержнем); / — подмодельная плита; 2 — нижняя половина модели; 3 — нижняя опока; 4 — вентиляционные каналы (наколы); 5 — модель стояка; б — модель выпора, 7 — верхняя половина модели; 8 — верхняя опока; Р — литниковая чаша; 10 — стержень

покрытием в первую очередь модели) последовательно облицовочной и на­полнительной смесями с одновременным их уплотнением трамбовкой; фор­мирование газоотводных вентиляционных каналов (наколов) 4 посредством накалывания иглой уплотненной смеси.

П. Изготовление верхней полуформы: поворот нижней опоки с полу­формой на 180° и ее установка на подмодельной плите /; фиксирование на нижней половине модели 2 верхней половины модели 7; установка моделей стояка 5, выпора 6 и других элементов литниковой системы; фиксирование верхней опоки 8 на нижней опоке 3; нанесение на поверхность нижней по­луформы слоя разделительного песка; засыпка верхней опоки с моделями отливки и элементов литниковой системы сначала облицовочной, а затем наполнительной смесью, уплотнение ее и формирование в ней вентиляцион­ных наколов; выравнивание наружной поверхности верхней полуформы; создание вокруг верхней части модели стояка 5 литниковой чаши 9 (эта опе­рация не нужна при установке на поверхности формы — над стояком — от­дельной литниковой чаши — нарощалки); удаление моделей стояка и выпора из верхней полуформы.

III. Подготовка полуформ к сборке: съем верхней полуформы с нижней; удаление из обеих полуформ двух половин модели отливки и моделей элементов литниковой системы; прорезание (если не были установлены модели питателя, шлакоуловителя и др.) в нижней полуформе канала — питателя, соединяющего стояк с внутренней полостью формы, т. е. с будущим телом отливки; нанесение на рабочие поверхности полуформ тонкого слоя припыла или краски.

IV. Сборка формы: размещение в нижней полуформе стержня 10 (см. рис. 13.6); установка (с фиксацией штырями) верхней полуформы на ниж­нюю полуформу; скрепление верхней и нижней опок.

Машинная формовка позволяет многократно повысить производитель­ность труда, увеличить выход годных изделий и качество литейных форм.

Машинная формовка имеет сле­дующие разновидности.

Уплотнение прессо­ванием, осуществляемое в ма­шинах с верхним (1а, Па) и нижним (16,116) прессованием (рис. 13.7). В машинах с верхним прессованием прессовая колодка / при подъеме стола 6 запрессовывает смесь свер­ху в наполнительную рамку 2 и опоку 3. В случае нижнего прессо­вания формовочную смесь уплот­няет снизу сама модель 4 с модель­ной плитой 5.

Рис. 13.7.Принципиальные схемы верхнего (а) и нижнего (б) прессования:/— исходное состояние; //— конечное состояние; / — прессовая колодка; 2 — наполнительная рамка; 3 — опока; 4 — модель; 5 — модельная плита; 6 — стол

Уплотнение смеси встряхиванием, осуществ­ляемое за счет появления инер­ционных сил при циклическом подъеме и падении стола с закре­пленными на нем моделью и опокой.

Вакуумная (пленоч-но-вакуумная) формовка осуществляется в опоках сухим песком без связующего с использованием постоянных моделей. Песок, удерживаемый в опоке с помощью синтетических полимерных пленок, уп­лотняется вибрацией и упрочняется внешним атмосферным давлением вследствие вакуумирования формы (рис. 13.8). Это осуществляют следую­щим образом. Модельная плита 2 сообщается с вакуумной полостью 1 сквозными отверстиями. Модель отливки 3 (изготовленную из дерева, ме­талла или пластмасс) пронизывают по всему объему сквозные отверстия 6 диаметром 0,5—1 мм, перпендикулярные ее базисной плоскости и совпа­дающие с аналогичными отверстиями в модельной плите. Благодаря этому поверхность модели напрямую связана с вакуумной полостью /. В процессе формовки модельную плиту 2 вместе с моделью 3 накрывают натянутой на рамку 7 разогретой полимерной пленкой 5 толщиной до 0,1 мм. Затем по­лость 1 и связанную с ней отверстиями область под пленкой 5 вакуумируют (вакуум — 40—50 кПа). Этим обеспечивается плотное прилегание пленки к поверхности модели и модельной плиты. Затем на бобышке 8 устанавливают модель стояка //. Последнюю предварительно обертывают пленкой, закреп­ляя ее края, а также стык модели стояка с бобышкой клейкой лентой. Анало­гично герметизируют и модель выпора 4. После этого производится установка

полость 1 от насоса, готовую полуформу снимают с модельной плиты 2 (рис.13.8, в). Подобным образом изготавливается вторая полуформа. Соб­ранные и скрепленные между собой полуформы вакуумируют (с помощью воздухозаборной трубки 13 и коллектора 14), а затем заливают металл. За­ливка металла в вакууме приводит к газификации пленки. При этом газ, про­никая под действием разрежения в поры формы, конденсируется на холод­ных зернах песка. Образовавшийся конденсат связывает песок поверхност­ного слоя рабочей полости формы в тонкую оболочку, плотно приле­гающую (за счет разрежения) к основе. Этим возникшая оболочка обес­печивает сохранение заданной конфигурации как рабочей полости фор­мы, так и отливки.

на модельной плите опоки 9 (рис. 13.8, б). К ней прикрепляют с по­мощью магнитов 10 загнутые вверх края пленки 5, покрывающей мо­дель и модельную плиту. В опоку засыпают сухой кварцевый песок 12 и уплотняют его вибрацией. За­тем опока покрывается сверху ра­зогретой полимерной пленкой 5. Герметизированную пленкой опоку вакуумируют. Для этого в ней пре­дусмотрена собственная система ва-куумирования, состоящая из воздухо-заборной перфорированной трубки 13, соединенной с воздухоотводящим коллектором 14. Для предотвраще­ния попадания песка в трубку от­верстия в ней закрывают сеткой. Уплотненный вибрацией песок, находящийся в разреженной опоке, дополнительно подпрессовывается внешним атмосферным давлением. При этом форма приобретает по­вышенные плотность, прочность и твердость. Затем из формы удаляют модель стояка //, предварительно надрезав верхнюю пленку 5. Над моделью выпора 4 в пленке проре­зают небольшое (с меньшим разме­ром, чем верхний диаметр выпора) отверстие. Отключив вакуумную

Яншин »l„l,l'>»l/uir" 11 {<

Рис. 13.8. Уплотнение литейной формы посредством вакуумной формовки: а — нанесение полимерной пленки на модель и модельную плиту; б — установка опоки на мо­дельную плиту и проведение формовки; в — готовая полуформа; 1 — вакуумная полость; 2 — модельная плита; 3 — модель отливки; 4 — модель выпора; 5 —полимерная пленка; 6 — сквозные отверстия; 7 — рамка; 8 — бобышка; 9 — опока; 10 — магнит; // — модель стояка; 12 — сухой кварцевый песок; 13 — воздухоза-борная перфорированная трубка; 14 — воздухо-отводяший коллектор для вакуумирования

После завершения процесса литья и окончательного затвердевания от­ливки отключают вакуум. Песок и отливку удаляют из опок.

К достоинствам вакуумной формовки следует отнести обеспечение по­вышенной точности размеров и качества поверхности отливок, а также про­стоту технологий приготовления смеси и выбивки форм.

Заливка форм. Охлаждение, выбивка и очистка отливок. Перед заливкой верхнюю и нижнюю опоки скрепляют между собой с помощью скоб и других приспособлений, что предотвращает подъем верхней опоки статическим давлением расплава.

Заливку сплава в форму осуществляют посредством ковшей; при этом заливка производится без прерывания струи до полного наполнения литни­ковой чаши.

Продолжительность процесса охлаждения отливок может колебаться от минут до суток в зависимости от их массы, состава сплава и свойств формо­вочных материалов. По достижении определенной для каждого сплава тем­пературы литейную форму разрушают, извлекая из нее отливку. Стержни из крупных отливок удаляют сильной струей воды (под давлением до 10 МПа). Обрубка (удаление литников, прибылей и дефектов) осуществляется с по­мощью дисковых и ленточных пил, пневматических зубил, а также электро­дуговой или газовой резкой и другими методами.

Очистка отливок производится следующими способами: а) во вращающихся барабанах за счет трения друг о друга деталей и чугунных «звездочек», загружаемых в барабаны вместе с отливками; б) в гидропеско­струйных установках струей воды с песком под давлением до 3 МПа; в) в дробеметных (дробеструйных) барабанах и камерах струей чугунной или стальной дроби.

Для литья в песчаные формы характерны следующие виды дефектов: га­зовые и усадочные раковины, «холодные» и «горячие» трещины (в зависи­мости от температурных интервалов их образования), заливы, недоливы, перекосы (искажение формы и размеров отливки из-за смещения полуформ), разностенность (из-за смещения стержней), коробление отливок.

Литьем в песчаные формы получают отливки из чугуна, стали, алюми­ниевых, магниевых и цинковых сплавов.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой литейная форма?

2. Из каких материалов изготавливают литейные формы?

3. Как называется процесс изготовления литейных форм из формовочных смесей?

4. Какие приспособления входят в литейную оснастку?

5. Что такое литниковая система? Из каких основных частей она состоит?

6. Каковы основные компоненты песчано-глинистых смесей?

7. Что 1федставляют собой припылы и краски?

8. Перечислите разновидности формовки.

9. Как осуществляются сборка и заливка форм?

10. Как производятся выбивка и очистка отливок?

11. Назовите основные дефекты при литье в песчаные формы.