Литье в оболочковые формы

Издавна применяемые в литейных цехах песчано-глинистые фор­мы отличаются, как правило, большой толщиной сте­нок, достигающей при получении средних и крупных отливок 300 мм и более. Технология изготовления таких толстостенных форм свя­зана с расходом больших количеств формовочной смеси (1—5 т на тонну отливок) и большой трудоемкостью ее набивки в опоках. Ана­лиз качества отливок указывает на другие крупные недостатки тех­нологии литья с использованием песчано-глинистых толстостенных форм: во-первых, на малую скорость кристаллизации в них распла­ва, что ведет к снижению плотности, а следовательно, механических свойств получаемых отливок, во-вторых, на возможность деформа­ции рабочей поверхности формы при сушке и других методах ее упрочнения, а также во время заливки расплавом, что снижает точ­ность и качество поверхности отливок.

Учитывая отмеченные недостатки толстостенных песчано-гли­нистых форм, ученые-литейщики после Великой Отечественной вой­ны предложили конструкции новых оболочковых форм. Оболочко­вая форма отличается отсутствием опок и состоит из двух оболочек, толщина стенок которых чаще всего составляет

6—8 мм. Высокая прочность оболочек (до 60 кгс/см²) обусловли­вается использованием в качестве связующего материала феноль-ных термореактивных смол (пулькербакелит и др.), прочно цемен­тирующих мелкий кварцевый или цирконовый песок, являющийся основой смеси.

Оболочковые песчано-смоляные формы применяются главным образом в крупносерийном и массовом производстве и особенно в таких отраслях промышленности, как самолето-, тракторо- и авто­мобилестроение, при получении ответственных фасонных отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов массой до 100 кг. Процесс формирова­ния оболочковых форм основан на специальных свойствах термореактивных смол. Широ­ко применяемая на практике фенолоформальдегидная смола-— пульвербакелит при комнатной температуре имеет вид белого сухо­го порошка. После на­несения на металличе­скую, нагретую до 200—220° С модельную плиту и выдержки на ней в течение 20—30 с он плавится и, обвола­кивая зерна кварцевого песка тонкой вязкой пленкой, образует фа­сонную тонкостенную оболочку. При дальней­шем нагревании в элек­трической печи смола необратимо твердеет и, связывая зерна песка, образует прочную оболочковую полуформу. При более высоких температурах (при воздействии заливаемого в форму расплава) пульвербакелит сгорает, что обусловливает легкую выбивку форм. В современных условиях процессы литья в оболочковые формы осуществляются в комплексно-механизированных и автоматизиро­ванных литейных цехах на специальных установках и автоматиче­ских линиях. В СССР для таких цехов выпускают автоматы моделей 8Б31, АО-7М, АО-15 и др., комплект автоматов для сборки оболоч­ковых полуформ моделей АО-12М, АО-13М и др., автомат для сбор­ки, заливки и выбивки оболочковых форм модели АО-4М, автомати­ческие формовочные линии модели 7215А и другое специализиро­ванное оборудование.

Рис. 1. Пятипозиционный полуавтомат для производства оболочковых форм: 1 — питатель для добавления смеси в поворотый бункер, 2 — печь для спекания оболочек, 3 — меха­низм съема готовой оболочки с модельной плиты, 4 — пульт управления, 5 — печь для нагрева модельной плиты, 6 — опрокидывающийся бункер с песчано<-смоляной смесью

На рис. 1 показан общий вид отечественной полуавтоматиче­ской установки, производительность которой 1000 оболочек в смену 'при размере модельной плиты 500X700 мм и высоте 200 мм.

Технологический процесс получения оболочковых полуформ на установках с поворотным бункером складывается из следующих операций (рис. 2):

I — очистка модельной плиты 1 и покрытие ее разделительным составом. Модельные плиты обычно изготавливают из стали и серого чугуна. Разделительный состав (раствор кремнийорганической жидкости) наносят пульверизатором 2 для легкого отделения и сня­тия оболочки с плиты;

// — подогрев модельной плиты в электрической печи 3 до тем­пературы 220—250° С;

/// — извлечение модельной плиты из печи, ее поворот на 180° и закрепление на опрокидывающемся бункере 4, в котором хранит­ся песчано-смоляная смесь 5;

IV — поворот бункера на 180°. При этом высота слоя смеси в бункере для создания необходимой степени уплотнения должна быть не менее 350—400 мм при высоте падения 400—600 мм. Вы­держка смеси на нагретой плите для образования оболочки тол­щиной 6—8 мм обычно составляет около 30 с;

V —возврат бункера вместе с модельной плитой в исходное по­ложение и снятие с него модельной плиты вместе с образовавшейся оболочковой полуформой 6;

VI — поворот модельной плиты вместе с образовавшейся обо­лочкой на 180° и спекание оболочки при температуре 350—370° С в течение 1—1,5 мин для придания окончательной прочности;

VII — снятие готовой оболочки с модельной плиты системой пру­жинных толкателей 7, которые выходят из своих гнезд при надавли­вании на плиту 8.

Затем горячую оболочку укладывают рабочей поверхностью на холодную ровную плиту и накладывают на нее груз. Эта операция необходима для предупреждения коробления оболочковых полуформ, которое может произойти в момент их снятия с модельной плиты.

Изготовленные на двух машинах оболочковые полуформы перед заливкой собирают и прочно скрепляют между собой засыпкой песком или металлической дробью в металлических ящиках, склеи­ванием и другими способами. Точное совмещение полостей полу­формы при сборке обеспечивает система выступов и впадин на со­единяемых плоскостях оболочек. Для получения в отливках отвер­стий или внутренних полостей в оболочковую форму при сборке устанавливают обычные или оболочковые стержни.

Оболочковые песчано-смоляные формы имеют точные размеры и малую шероховатость рабочей поверхности. Наряду с высокой прочностью и газопроницаемостью они не впитывают влагу и не осыпаются, а потому могут храниться длительное время. К их преи­муществам также относится отсутствие сопротивления усадке кри­сталлизующегося в форме расплава, легкость разрушений после образования отливки и др. Причинами, сдерживающими широкое применение оболочковых форм, являются дефицитность и высокая стоимость пульвербакелита.

Крупнооболочковые формы. Наряду с описанными выше тонко­стенными песчано-смоляными формами при производстве особо-крупных отливок массой до 80 т применяют крупнооболочковые формы с толщиной стенок 50—150 мм, которые изготавливают из жидких самотвердеющих песчано-глинистых смесей.

Такие формы позволяют повысить точность отливок, снизить расход формовочных смесей и трудоемкость изготовления форм. Применение технологии литья в крупнооболочковые формы на одном из отечественных заводов при получении отливки опорной подушки прокатного стана массой 10,1 т позволило снизить при­пуски на механическую обработку на 43,7%, а массу отливки — на 700 кг. При этом трудоемкость формовки и механической обработ­ки снизилась на 8%.