Техпроцессы в машиностроении_лек

чаши или из чаши и стояка или из чаши, стояка и питателей. Иногда к одной полости формы подводят несколько литниковых систем.

Литниковая чаша представляет собой резервуар, в который поступает металл из разливочного ковша, направляет его в стояк и обеспечивает непре-

рывное питание формы металлом. Правильная конструкция литниковой чаши смягчает удар струи металла о форму и задерживает шлак, который всплыва-

ет на поверхность металла в чаше и не попадает в стояк и в полость формы.

Стояк - вертикальный канал в виде усеченного конуса, передающий жидкий металл из чаши в шлакоуловитель и обеспечивающий необходимое металлостатическое давление в форме.

Шлакоуловитель представляет собой горизонтальный канал, задержи-

вающий шлак и передающий металл от стояка к питателям. Шлакоуловитель обычно располагается в верхней полуформе в плоскости разъема. По сече-

нию шлакоуловители обычно имеют трапецеидальную форму, а по длине – прямые, изогнутые, ступенчатые, зигзагообразные и переменного профиля.

Питатели – последние по ходу металла элементы литниковой систе-

мы, примыкающие непосредственно к полости литейной формы и служащие для передачи металла из шлакоуловителя или стояка в полость формы. Пита-

тели обычно располагаются в нижней полуформе на плоскости разъема.

На верхних частях отливки устанавливают выпоры, представляющие собой вертикальные каналы, расширяющиеся кверху. Они служат для выхода из формы воздуха и газов в момент заполнения ее металлом, а также служат для контроля окончания заливки металла.

При производстве отливок из металлов, имеющих большую усадку

(сталь, алюминиевые сплавы), вместо выпоров ставят прибыли. Назначение прибылей – питать жидким металлом отливку в момент ее затвердевания и тем предотвращать образование усадочных раковин в местах отливки, за-

твердевающих в последнюю очередь.

На рис. 2.11 показаны различные виды ЛС. По способу подвода метал-

ла к форме различают ЛС: горизонтальные, в которых металл подводят

245

обычно по плоскости разъема полуформ, вертикальные), подводящие металл снизу (сифонная заливка), щелевидные - через вертикальную щель, проходя-

щую по всей или значительной высоте отливки (вертикальнощелевые лит-

никовые системы).

При нижнем (сифонном) подводе металл поступает в форму спокойно,

без вспенивания и завихрений (что особенно важно при литье алюминиевых сплавов), но сильно разогревает нижнюю часть отливки и затрудняет ее пи-

тание от верхних прибылей.

Рис. 2.11. Виды литни-

ковых систем:

а – горизонтальная; б –

вертикальная; в – си-

фонная (снизу); г – ще-

левидная; д – ярусная.

При верхнем под-

воде металла обеспечи-

вается направленное за-

твердевание и хорошее питание отливки, так

как горячий металл все время поступает в верхние слои металла, однако сво-

бодное падение сверху вызывает сильное окисление металла и может привес-

ти к размыву формы. Этот способ применяют чаще всего при использовании сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур, например оловянных бронз.

Вертикально – щелевые системы применяют чаще всего при литье вы-

соких изделий, преимущественно цилиндрической формы. Благодаря нали-

чию щели по всей высоте отливки происходит спокойное заполнение формы.

246

Сечение каналов литниковой системы определяют расчетом по элемен-

тарным формулам гидравлики, в которые вводят обобщенные опытные ко-

эффициенты. Расчет начинают с определения суммарной площади наимень-

шего поперечного сечения в узком месте литниковой системы. В литниковых системах, применяемых при изготовлении отливок из чугуна, стали и боль-

шинства медных сплавов, наименьшим является сечение питателей у входа их в полость формы.

Каналы не должны быть длинными, так как при заливке формы металл остывает, густеет и его жидкотекучесть уменьшается, что может привести к браку по недоливу формы и другим дефектам.

Скорость заполнения формы металлом зависит от поперечного сечения питателей. Слишком большое сечение каналов приводит не только к пере-

расходу металла, но и к обвалу формы, особенно верхних частей вследствие сильных ударов жидкого металла о стенки. На скорость заливки влияет также давление металла в литниковой системе: чем выше стояк, тем быстрее форма заполняется металлом.

Время заливки проверяют по скорости подъема металла в форме. Она должна быть достаточной, чтобы металл не успел сильно охладиться, и по возможности минимальной, чтобы не вызвать нежелательных завихрений и образования пленок в текущем металле.

Изготовление моделей

Модели и стержневые ящики для единичного и мелкосерийного произ-

водства делают деревянными, а для крупносерийного и массового - металли-

ческими или пластмассовыми.

Деревянные модели легкие, простые в изготовлении, недорогие, легко ремонтируются, но они недолговечны, так как дерево набухает, или рассыха-

ется, а также разрушается от ударов.

Последовательность изготовления деревянной модели распадается на следующие операции:

247

му готовится из свежих исходных материалов (песка и глины), имеет высо-

кие физикомеханические свойства. Остальной объем формы заполняется наполнительной смесью, которая состоит главным образом из « оборотной»,

уже использованной, отработанной (горелой) смеси, которую подвергают очистке, с добавлением в нее для «освежения» небольшого количества ис-

ходных формовочных материалов. Облицовочные смеси по сравнению с на-

полнительными имеют более высокое качество, но они и более дорогие. При машинной формовке применяется единая формовочная смесь, которой на-

полняется вся форма. Она состоит из очищенной отработанной смеси, в ко-

торую добавлены свежие формовочные материалы (7 … 15 %) и немного во-

ды.

Формовочные смеси должны обладать определенными свойствами:

пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, огнеупорностью, подат-

ливостью, долговечностью и должны быть дешевыми и недефицитными.

Пластичность – свойство формовочной смеси деформироваться без разрушения и точно воспроизводить отпечаток модели. Пластичность смеси повышается с увеличением в ней (до определенного предела) доли связую-

щих материалов и воды.

Прочность – способность материала формы не разрушаться при извле-

чении модели из формы, транспортировании и заполнении ее жидким метал-

лом, струя которого при прохождении в полости формы создает статическое и динамическое давление и может разрушить стенки и тонкие выступы ее,

если утрамбованный формовочный материал недостаточно прочен. Проч-

ность формовочной смеси возрастает с увеличением содержания глины и других связующих веществ и с уменьшением размеров частиц песка. Качест-

венными считаются смеси, которые имеют высокие прочность и пластич-

ность при минимальном содержании глины и влаги.

Газопроницаемость – способность смеси пропускать через себя газы за счет пористости материала. Газопроницаемость обеспечивает отвод газов из

250

полости формы, она возрастает с увеличением крупности песка, однородно-

сти зерен песка и уменьшением содержания глины.

Огнеупорность – способность формовочного материала при высоких температурах в момент соприкосновения с жидким металлом, заливаемым в форму, не расплавляться и не размягчаться, сохраняя целостность формы.

Чем крупнее песок и чем больше в нем кремнезема, тем более огнеупорна смесь.

Теплопроводность – способность смеси отводить тепло от залитого в форму металла, благодаря чему отливка получается плотной, без газоусадоч-

ной пористости. Теплопроводность зависит от состава формовочной смеси,

степени влажности формы и других факторов.

Податливость – свойство материала литейной формы сжиматься под действием сил при усадке металла. К моменту затвердевания отливки формо-

вочная смесь должна стать податливой, непрочной, чтобы обеспечить сво-

бодную усадку отливки и предотвратить образование внутренних напряже-

ний и трещин. Податливость обеспечивается введением в смесь различных добавок, которые к моменту усадки выгорают, образуя поры, облегчающие деформацию смеси.

Долговечность – свойство формовочного материала длительно сохра-

нять заданные технологические и физические свойства, что необходимо при повторном применении для изготовления форм.

Противопригарность - способность формовочной смеси вступать в химическое или механическое взаимодействие с металлом, залитым в форму,

образуя пригар (корку) на поверхности отливки. Противопригарность увели-

чивается при уменьшении содержания в формовочной смеси легкоплавких примесей.

Минимальная гигроскопичность - способность формовочной смеси не переувлажняться за счет влажности окружающей атмосферы, так как это мо-

жет привести к потере прочности форм.

251

Внутренние полости отливки получают при помощи устанавливаемых в форму стержней. Стержни при заливке расплавленного металла находятся в более тяжелых условиях, чем сама форма, так как со всех сторон, кроме зна-

ков, окружены расплавленным металлом и испытывают с его стороны тепло-

вые и механические воздействия. Поэтому к стержневым смесям предъявля-

ют более высокие требования по прочности, огнеупорности, газопроницае-

мости, податливости, негигроскопичности и выбиваемости из отливки после ее затвердевания. Необходимая прочность стержневых смесей достигается применением специальных связующих веществ – крепителей, в качестве ко-

торых применяют синтетические смолы, естественные смолы, поливинило-

вый спирт, продукты переработки крахмала и другие материалы. При сушке стержня крепители прочно связывают частицы песка.

Приготовление формовочных и стержневых смесей начинается с под-

готовки (сушки, размалывания и просева) исходных материалов в смесепри-

готовительных отделениях литейного цеха. Подготовленные исходные мате-

риалы в дозированных количествах перемешивают в специальных смесите-

лях – бегунах, представляющих собой металлическую чашу, в которой вра-

щаются катки, расположенные вертикально или горизонтально. Выгружае-

мую из бегунов готовую смесь выдерживают в специальных емкостях для то-

го, чтобы влажная глина хорошо набухла и смесь приобрела высокую проч-

ность и пластичность.

2.4. Способы изготовления литейных форм

Изготовление литейной формы – основная, наиболее сложная и весьма ответственная операция, от которой в значительной мере зависит качество отливки.

Изготовление литейных форм может осуществляться ручной и машин-

ной формовкой.

252

Ручная формовка

Изготовление форм ручным способом производят в единичном и мел-

косерийном производствах мелких и средних отливок и при литье крупных и особо крупных заготовок.

В зависимости от конфигурации отливки и условий производства при-

меняют различные методы ручной формовки в почве, в опоках, с болваном, с

фальшивой опокой, по шаблону и другие, из которых наибольшее распро-

странение получила формовка в парных опоках. При этом используются как разъемные, так и неразъемные модели.

Одним из видов ручной формовки является формовка в почве, сущ-

ность которой заключается в изготовлении литейной формы в земляном полу формовочного отделения. Формы могут быть открытыми и закрытыми. При открытой формовке верх формы в процессе заливки расплавом остается от-

крытым.

Формовка в опоках – наиболее распространенный вид формовки. Чаще всего применяется формовка в двух опоках, которая может осуществляться как по неразъемной модели, так и по разъемной.

Формовка в двух опоках по разъемной модели приведена на рис. 2.12.

Для получения отливки в разовой песчаной форме нижнюю половину модели 2, модель питателя 4 и опоку 3 ставят на подмодельную плиту 1. В

опоку насыпают формовочную смесь и равномерно уплотняют ее метал-

лической трамбовкой до полного заполнения опоки.

253