технологические основы и 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 истержневые 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 6и 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.

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 отверстия6 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 8устанавливают 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

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.