Изготовление отливок в песчано-глинистые формы

ТЕХНОЛОГИЯ  КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

Контрольная работа

 

Вариант – 10

 

1. Изготовление отливок в песчано-глинистые формы

 

 

Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Изготавливают  отливки из чугуна, стали, цветных металлов от нескольких грамм до сотен тонн, с толщиной стенки от 3…5 до 1000 мм и длиной до 10000 мм.

Схема технологического процесса изготовления отливок в  песчано-глинистых формах представлена на рис.1.

 

 

 

 

Рис. 1. Схема  технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах 

 

 

Сущность литья в песчано-глинистые формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.

Литейная форма для  получения отливок в песчано-глинистых формах представлена на рис. 2.

Литейная форма обычно состоит из верхней 1 и нижней 2 полуформ, которые изготавливаются в опоках 7, 8 – приспособлениях для удержания формовочной смеси. Полуформы ориентируют с помощью штырей 10, которые вставляют в отверстия ручек опок 11.

Для образования полостей отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 3, которые фиксируют посредством выступов, входящих в соответствующие впадины формы (знаки).

Литейную форму заливают расплавленным металлом через литниковую систему.

Литниковая система –  совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы.

Основными элементами являются: литниковая чаша 5, которая служит для  приема расплавленного металла и  подачи его в форму; стояк 6 – вертикальный или наклонный канал для подачи металла из литниковой чаши в рабочую полость или к другим элементам; шлакоуловитель 12, с помощью которого удерживается шлак и другие неметаллические примеси; питатель 13 – один или несколько, через которые расплавленный металл подводится в полость литейной формы.

Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным  металлом и питания отливки при  ее затвердевании служат прибыли  или выпор 4. Для вывода газов предназначены  и вентиляционные каналы 9. 

 

 

Рис. 2. Литейная форма 

 

Разновидности литниковых систем представлены на рис. 3. 

 

 

 

Рис. 3. Разновидности литниковых систем 

 

Различают литниковые системы с питателями, расположенными в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

По способу подвода  расплава в рабочую полость формы  литниковые системы делят на: нижнюю, верхнюю, боковую.

Нижняя литниковая система (рис. 3б) – широко используется для литья сплавов, легко окисляющихся и насыщающихся газами (алюминий), обеспечивает спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу, без открытой струи металлом. При этом усложняется конструкция литниковой системы, увеличивается расход металла на нее, создается неблагоприятное распределение температур в залитой форме ввиду сильного разогрева ее нижней части.

Возможно образование  усадочных дефектов и внутренних напряжений. При такой системе ограничена возможность получения высоких тонкостенных отливок (при литье алюминиевых сплавов форма не заполняется металлом, если отношение высоты отливки к толщине ее стенки превышает , ).

Нижний подвод через большое количество питателей  часто используется при изготовлении сложных по форме, крупных отливок из чугуна.

Верхняя литниковая система (рис. 3в).

Достоинствами системы являются: малый расход металла; конструкция проста и легко выполнима  при изготовлении форм; подача расплава сверху обеспечивает благоприятное распределение температуры в залитой форме (температура увеличивается от нижней части к верхней), а следовательно, и благоприятные условия для направленной кристаллизации и питании отливки.

Недостатки: падающая сверху струя может размыть песчаную форму, вызывая засоры; при разбрызгивании расплава возникает опасность его окисления и замешивания воздуха в поток с образованием оксидных включений; затрудняется улавливание шлака.

Верхнюю литниковую систему применяют для невысоких (в положении заливки) отливок, небольшой массы и несложной формы, изготовленных из сплавов не склонных к сильному окислению в расплавленном состоянии (чугуны, углеродистые конструкционные стали, латуни).

Боковая литниковая система (рис. 3а).

Подвод металла  осуществляется в среднюю часть отливки (по разъему формы).

Такую систему  применяют при получении отливок  из различных сплавов, малых и  средних по массе деталей, плоскость  симметрии которых совпадает  с плоскостью разъема формы. Является промежуточной между верхней  и нижней, и следовательно сочетает в себе некоторые их достоинства и недостатки.

Иногда при  подводе металла снизу и сверху используют массивные коллекторы. 

 

Приготовление формовочных и стержневых смесей  

Для приготовления смесей используются природные и искусственные  материалы.

Песок – основной компонент формовочных и стержневых смесей.

Обычно используется кварцевый или цирконовый песок  из кремнезема

Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность, обладающим термической устойчивостью. Широко применяют бентонитовые или каолиновые глины.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты  поверхности отливок используют противопригарные материалы: для сырых  форм – припылы; для сухих форм – краски.

В качестве припылов используют: для чугунных отливок  – смесь оксида магния, древесного угля, порошкообразного графита; для стальных отливок – смесь оксида магния и огнеупорной глины, пылевидный кварц.

Противопригарные  краски представляют собой водные суспензии  этих материалов с добавками связующих.

Смеси должны обладать рядом свойств.

Прочность –  способность смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при изготовлении и эксплуатации.

Поверхностная прочность (осыпаемость) – сопротивление  истирающему действию струи металла  при заливке,

Пластичность  – способность воспринимать очертание модели и сохранять полученную форму,

Податливость  – способность смеси сокращаться  в объеме под действием усадки сплава.

Текучесть –  способность смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость  стержневого ящика.

Термохимическая устойчивость или непригарность – способность выдерживать высокую температуру сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия.

Негигроскопичность  – способность после сушки  не поглощать влагу из воздуха.

Долговечность – способность сохранять свои свойства при многократном использовании.

По характеру  использования различают облицовочные, наполнительные и единые смеси.

Облицовочная  – используется для изготовления рабочего слоя формы. Содержит повышенное количество исходных формовочных материалов и имеет высокие физико- механические свойства.

Наполнительная  – используется для наполнения формы  после нанесения на модель облицовочной смеси. Приготавливается путем переработки  оборотной смеси с малым количеством  исходных формовочных материалов.

Облицовочная и наполнительная смеси необходимы для изготовления крупных и сложных отливок.

Единая –  применяется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной. Используют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производстве. Изготавливается из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью для обеспечения долговечности. 

 

Приготовление формовочных смесей

Сначала подготавливают песок, глину и другие исходные материалы. Песок сушат и просеивают. Глину сушат, размельчают, размалывают в шаровых мельницах или бегунах и просеивают. Аналогично получают угольный порошок.

Подготавливают  оборотную смесь. Оборотную смесь  после выбивки из опок разминают  на гладких валках, очищают от металлических  частиц в магнитном сепараторе и просеивают.

Приготовление формовочной смеси включает несколько  операций: перемешивание компонентов  смеси, увлажнение и разрыхление.

Перемешивание осуществляется в смесителях-бегунах  с вертикальными или горизонтальными  катками. Песок, глину, воду и другие составляющие загружают при помощи дозатора, перемешивание осуществляется под действием катков и плужков, подающих смесь под катки.

Готовая смесь  выдерживается в бункерах-отстойниках  в течение 2…5 часов, для распределения  влаги и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц.

Готовую смесь разрыхляют в специальных устройствах и  подают на формовку. 

 

Стержневая  смесь

Стержневые смеси соответствуют  условиям технологического процесса изготовления литейных стержней, которые испытывают тепловые и механические воздействия. Они должны иметь боле высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки.

Огнеупорность – способность  смеси и формы сопротивляться растяжению или расплавлению под  действием температуры расплавленного металла.

Газопроницаемость – способность  смеси пропускать через себя газы (песок способствует ее повышению).

В зависимости от способа  изготовления стержней смеси разделяют: на смеси с отвердением стержней тепловой сушкой в нагреваемой оснастке; жидкие самотвердеющие; жидкие холоднотвердеющие смеси на синтетических смолах; жидкостекольные смеси, отверждаемые углекислым газом.

Приготовление стержневых смесей осуществляется перемешиванием компонентов  в течение 5…12 минут с последующим  выстаиванием в бункерах.

В современном литейном производстве изготовление смесей осуществляется на автоматических участках. 

 

Модельный комплект 

 

Модельный комплект – приспособления, включающие литейную модель, модели литниковой системы, стержневые ящики, модельные плиты, контрольные и сборочные шаблоны.

Литейная модель – приспособление, с помощью которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Применяют модели разъемные и неразъемные, деревянные, металлические и пластмассовые.

Размеры модели больше размеров отливки на величину линейной усадки сплава.

Модели деревянные (сосна, бук, ясень), лучше изготавливать  не из целого куска, а склеивать из отдельных брусочков с разным направлением волокон, для предотвращения коробления.

Достоинства: дешевизна, простота изготовления, малый вес. Недостаток: недолговечность.

Для лучшего  удаления модели из формы ее окрашивают: чугун – красный, сталь – синий.

Металлические модели характеризуются большей  долговечностью, точностью и чистой рабочей поверхностью. Изготавливаются из алюминиевых сплавов – легкие, не окисляются, хорошо обрабатываются. Для уменьшения массы модели делают пустотелыми с ребрами жесткости.

Модели из пластмасс  устойчивы к действию влаги при  эксплуатации и хранении, не подвергаются короблению, имеют малую массу.

Стержневой  ящик – формообразующее изделие, имеющее рабочую полость для получения в ней литейного стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси. Обеспечивают равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Изготавливают из тех же материалов, что и модели. Могут быть разъемными и неразъемными (вытряхными), а иногда с нагревателями.

Изготовление стержней может  осуществляться в ручную и на специальных  стержневых машинах.

Модельные плиты формируют разъем литейной формы, на них закрепляют части модели. Используют для изготовления опочных и безопочных полуформ.

Для машинной формовки применяют  координатные модельные плиты и  плиты со сменными вкладышами (металлическая  рамка плюс металлические или  деревянные вкладыши). 

 

Изготовление  литейных форм 

 

Основными операциями изготовления литейных форм являются: уплотнение формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание форме достаточной прочности; устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы; извлечение модели из формы; отделка и сборка формы.

Формы изготавливаются  вручную, на формовочных машинах и на автоматических линиях.

 

Ручная  формовка

Ручная формовка применяется для получения одной или нескольких отливок в условиях опытного производства, в ремонтном производстве, для крупных отливок массой 200…300 тонн.

Приемы ручной формовки: в парных опоках по разъемной модели; формовка шаблонами; формовка в кессонах.

Формовка шаблонами  применяется для получения отливок, имеющих конфигурацию тел вращения в единичном производстве

Шаблон –  профильная доска. Изготовление формы  для шлаковой чаши (рис. 4а.) показано на рис. 4.

 

 

Рис. 4. Шаблонная формовка  

 

В уплотненной  формовочной смеси вращением  шаблона 1, закрепленного на шпинделе 2 при помощи серьги 3, оформляют наружную поверхность отливки (рис. 4в.) и используют ее как модель для формовки в опоке верхней полуформы 6 (рис. 4г). Снимают серьгу с шаблоном, плоскость разъема покрывают разделительным слоем сухого кварцевого песка, устанавливают модели литниковой системы, опоку, засыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Затем снимают верхнюю полуформу. В подпятник 7 устанавливают шпиндель с шаблоном 4, которым оформляют нижнюю полуформу, сжимая слой смеси, равный толщине стенки отливки (рис. 4д). Снимают шаблон, удаляют шпиндель, отделывают болван и устанавливают верхнюю полуформу (рис. 4е). В готовую литейную форму заливают расплавленный металл