24

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 Изготовление отливок в песчано-глинистых формах

Цель работы:

1. Изучить схему технологического процесса изготовления отливок в песчано-глинистых формах.

2. Ознакомиться с последовательностью изготовления формы в двух опоках по разъемной модели и заливки металлом.

3. Изучить состав формовочных смесей и их свойства.

4. Ознакомиться с инструментами и приспособлениями для ручной формовки.

Общие сведения

Литейное производство – это технологический процесс получения фасонных деталей или заготовок путем заливки расплавленного металла в заранее изготовленную литейную форму. После кристаллизации металла в форме получается отливка – литая деталь или заготовка.

Теория и практика технологии литейного производства на современном этапе позволяют получать изделия широкого спектра с высокими эксплуатационными свойствами. Свидетельством тому является область применения литых деталей. Сегодня не существует таких отраслей, где бы ни применялись литые детали, начиная с производства простых детских игрушек до сложных и надежных, космического оборудования и атомных энергетических установок. Это следствие высокой степени универсальности литейного производства, что дает возможность получения самых разнообразных по массе (от нескольких граммов до сотен тонн), конфигурации, механическим и эксплуатационным свойствам фасонных заготовок из любых сплавов. Литьем можно получить изделия самой сложной конфигурации, практически не ограниченных габаритных размеров и массы, которые другими методами обработки (давлением, резанием, сваркой) получить или затруднительно, или невозможно. При этом стоимость литых деталей в большинстве случаев оказывается ниже, чем аналогичных деталей, полученных другими методами.

При изготовлении отливок роль основного инструмента выполняют литейные формы, их разделяют на две группы: формы из неметаллических материалов и металлические формы.

К первой группе относят песчаные формы (сырые, сухие, подсушенные, химически твердеющие и т.д.). Их, как правило, используют один раз и разрушают при извлечении отливок.

Вторая группа литейных форм представляет собой формы многократного использования.

Многообразие современных литейных форм дает возможность изготовлять различные по массе, конфигурации, точности и свойствам металла отливки из любых сплавов.

Способы получения отливки весьма многообразны: в песчаные формы, в металлические формы, под давлением, центробежное литье, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, электрошлаковое литье, вакуумным всасыванием и пр. Однако доминирующей пока остается технология получения отливок в разовой, песчано-глинистой форме. Схема технологического процесса получения отливки в песчано-глинистых формах дана на рис. 1.

Рис. 1. Схема технологического процесса изготовления отливки

Основой для разработки технологического процесса изготовления отливки служит чертеж детали, по которому разрабатывают чертеж отливки, а затем по последнему с учетом линейных свойств сплавов и последующей механической обработки отливки разрабатывают рабочие чертежи модельного комплекта.

Модельный комплект – это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки.

В модельный комплект входят: модель отливки; стержневые ящики (если отливка имеет полости или отверстия); модели литниковой системы и модельные плиты. Подготовка и изготовление модельного комплекта осуществляется в модельном отделении литейного цеха.

Модели – это приспособления, при помощи которых в литейной форме получают отпечатки полости, соответствующие наружной конфигурации отливки. В стержневых ящиках изготовляют песчаные стержни, обеспечивающие получение внутренней полости отливки.

Модельный комплект для ручной формовки делают из твердых пород древесины (клен, бук, береза, ясень и другое). Для предотвращения коробления модель склеивают из отдельных кусков древесины, чтобы направление волокон было разным.

Модельный комплект делают по чертежу детали, исходя из следующих принципов:

1. Модель изготовляют разъемной, что позволяет извлечь ее из формы без разрушения последней. Однако модели отливок несложной формы могут быть неразъемными.

2. Все размеры модели по сравнению с размерами отливки увеличивают на величину линейной усадки сплава, из которого получают отливку. Для углеродистой стали линейная усадка составляет – 1,5–2,0%, для серого чугуна – 0,8–1,2%, бронза – 1,25–1,5%, алюминиевых сплавов – 1,0–2,0%.

3. В местах механической обработки размеры модели увеличивают на величину припуска, предусмотренных государственными стандартами (от 2 до 20 мм). Припуском на механическую обработку называют слой металла, который удаляют с поверхностей отливки в процессе механической обработки для обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхностного слоя детали.

4. Вертикальные стенки модели, перпендикулярные плоскости разъема формы, делаются с уклоном от 0,5 до 3° в направлении извлечения из формы. Это позволяет извлекать модели из формы без ее разрушения.

5. В местах пересечения поверхностей на модели выполняется закругление и галтели. Галтели облегчают извлечение модели из формы, предотвращает появление трещин и усадочных раковин в отливке.

6. Если отливка имеет отверстия, то на модели вместо отверстия делаются стержневые знаки, это выступающие части на моделях, служащие для образования в форме отпечатков (углублений), в которые знаковыми частями устанавливают изготовленные в стержневых ящиках стержни. Стержневые знаки обеспечивают устойчивость стержня в форме, точную фиксацию его положения, а также вывод газов, выделяющихся из стержня при заливке металла в форму.

К модельным комплектам предъявляются следующие требования: их поверхность должна быть гладкой и чистой, чтобы обеспечить без особого затруднения извлечение модельного комплекта из формы; быть жесткой; сохранять размеры и форму; противостоять влаге; быть легким и недорогим.

Для изготовления литейной формы подготовка материалов осуществляется на складе формовочных материалов (пески, связующие специальные добавки), где проверяется их качество. Затем они поступают в смесителях, где приготавливают формовочные и стержневые смеси, контролируют их качество и отправляют в формовочные и стержневые отделения, здесь же их изготавливают, сушат и собирают литейную форму. Весь этот процесс называется формовкой.

В плавильном отделении из шихтовых материалов получают жидкий металл. В качестве плавильных агрегатов применяют электропечи – для стали и цветных сплавов и вагранки – для плавки чугуна.

Расплавленный металл доводят до необходимой температуры и химического состава, а затем из печи выпускают в разливочные ковши и подают на заливку форм. После затвердевания отливки ее выдерживают в форме до установленной для каждого вида сплава температуры, после чего форму выбивают. Выбивку осуществляют на механических, чаще всего эксцентриковых или инерционных выбивных решетках или для крупных форм – в гидравлических камерах, на выбивном участке. Отработанная формовочная смесь отправляется для переработки в смесеприготовительном отделении. Отливки же поступают в очистное отделение для очистки их поверхности от пригара и обрубки литниковой системы. Заключительной операцией является контроль качества отливки в отделе технического контроля. Проверяют точность их геометрических форм и размеров, наличие внутренних и внешних дефектов, механические свойства и структуру металла.

Для получения требуемых механических свойств и снятия внутренних напряжений отливки часто проходят термическую обработку в термическом отделении цеха, затем их вновь контролируют и направляют на механическую обработку.

В качестве примера рассмотрим технологический процесс получения отливки в песчано-глинистой форме для изготовления корпуса подшипника (рис. 2)

По чертежу детали корпуса подшипника 1 (рис. 2, а) изготовляют разъемную деревянную модель 2 (рис. 2, б). Для получения отверстия в отливке делают стержень 4 (рис. 2, в) из стержневой смеси в стержневом ящике 5. Длина стержня больше длины полости (отверстия) отливки на величину стержневых знаков 6, с помощью которых она устанавливается и фиксируется в углублениях, образованных в форме знаками 3 (рис. 2, б) модели. Литейную форму собирают из двух полуформ: нижней 7 и верхней 8 (рис. 2, г). Полуформы изготовляют из формовочной смеси, в соответствующих нижней 9 и верхней 10 опоках. Для точной сборки формы опоки имеют специальные втулки 11, в которые входят центрирующие штыри 17.

а 1		б 2 3 6			в 4 6 5
10 11 17 9 7	г 8 16 12 13		14 15	д 18

Рис. 2. Последовательность изготовления отливки корпуса подшипника

При заливке жидкий металл поступает в полость 12 формы по литниковой системе (каналам), состоящие из стояка 13, шлакоуловителя 14, и питателей 15. К литниковой системе относится также выпор 16, который служит для выхода из формы воздуха и газов, а также для контроля заполнения формы металлом.

После кристаллизации и охлаждения металла форму разрушают и освобождают отливку 18 (рис. 2, д) от формовочной смеси, затем отрезают литники, проверяют качество отливки и отправляют для дальнейшей механической обработки.