Новосибирск,1997

Отливка по л учается в результате заполнения по л ости литейной формы жидким металлом. После заливки жидкий металл охлаждается в форме и затвердевает, образуя отливку.

Последовательность технологического процесса изготовления отливки ра с смотрим на примере отливки чугунной втулки 1 (см. приложение 1) По чертежу втулки изготовляют деревянную моде л ь 2.

Модель — это приспособление для получения в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Мо дели делают из дерева, металла, гипса, пласт м ассы и других мате риалов.

Модель втулки состоит из двух половин, которые взаи м но цент рируются с помощью шипов и гн е зд.

Отверст и е втулки 1 выполняется стержнем 3. Стержень — это часть литейной формы. Его изготовляют из стержневой смеси, уплотняемой в ящике 4. После извлече н ия из ящика стержень подвергают сушке в печи. При сборке формы сухой стержень устанавливают стержневыми знаками в соответствующие гнезда формы, полученные с помощью знаков 5 модели 2. Длина стержня больше длины полости отливки на величину знаков.

Литейн у ю форму для втулки собирают из двух полуформ: верхней 6 и нижней 7. Полуформы изготовляют из формовочной смеси, уплотняемой в чугунных или стальных рамках 8, которые называют опоками.

Изготовление литейной формы втулки . На подопочный щиток 9 устанавливают половину моде л и 2, по которой необходимо получить отпечаток в нижней полуформе, а также опоку 8. Поверхность модели 2 и щитка 9 посыпают или опрыскивают разделительной жидкостью, после чего в опоку насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Излишек формовочной смеси счищают с поверхности уплотненной полуформы, опоку перевертывают на 180 градусов и устанавливают на подопочный щиток 9. Затем на нижнюю половину модели устанавливают верхнюю половину модели, на нижнюю опоку – верхнюю. Вновь посыпают поверхность модели разделительным песком, ставят модели литниковой системы, засыпают формовочную смесь в верхнюю опоку и уплотняют ее.

Снимают верхнюю полуформу, извлекают половины моделей, устанавливают стержень и собирают форму. Для сборки формы опоки имеют специальные втулки 10, в которые входят центрирующие штыри. Жидкий металл при заполнении формы дав и т на стенки формы, в резул ь тате чего верхняя опока может подняться, и тогда по плоскости разъема образуется зазор, через который металл может вытекать из формы. Для предупрежде ния этого верхнюю полуформу крепят к нижней скобами 12, а иногда ставят на верхнюю опоку груз.

При заливке жидкий металл поступает в полость 13 формы по литниковым каналам. Систему каналов, подводящих металл в форму, называют литниковой. Литниковая система состоит из стояка 14 (вертикального канала), шлакоуловителя 15 и питателя 16, через который металл поступает в полость формы. К литниковой системе относится также выпор 17 . Выпор служит для выхода из формы воздуха и газов, а также для контроля заполнения формы металлом.

После затвердевания и охлаждения металла форму разрушают и освобождают отливку от формовочной смеси, отрезают литники и поверхность отливки очищают от формовочной смеси.

Описанную выше литейную форму называют разовой, так как ее используют однократно. Обычно разовые литейные формы изготовляют из формовочных смесей, основной составляющей которых является кварцевый песок. В качестве связующей добавки, придающей прочность смеси, используют глину. Прочность таких смесей относительно невысока, а давление жидкого метал л а на стенки формы достаточно велико, поэтому формы из песчано-глинистых смесей приходится делать толстостенными. Однако, если в качестве связующего использовать специальные материалы, придающие высокую прочность формовочной смеси, то литейную форму можно сделать оболочковой (тонкостенной). Это позволяет резко сократить расход формовочной смеси, а также благодаря ее особым свойствам повысить точность и чистоту поверхности отливок.

В разовых толстостенных формах из песчано-глинистых смесей можно получать отливки весьма сложной конфигурации массой от нескольких граммов до десятков тонн из различных сплавов как в условиях единичного, так и серийного и массового производства. Это объясняется относительной простотой технологического процесса, дешевизной используемых материалов, достаточной точностью отливок, хорошей чистотой поверхности, возможностями механизации и автоматизации процесса их изготовления.

В литейном производстве применяют также формы, изготовляемые из специальных высокоогнеупорных масс, например на основе графита. В таких формах можно получать до нескольких десятком отливок без существенного износа формы. Эти формы называются полупостоянными. Их применяют при мелкосерийном производстве отливок из чугуна и цветных сплавов (алюминиевых, медных). Для массового и крупносери йн ого производства стойкость этих форм недостаточна, а д л я единичного производ ства высока стоимость их изготовления.

Ш и рокое применение находят метал л ические фо рмы, называемые также постоянными. В этих фор м ах можно получать от нескольких десятков до нескольки х тысяч отл и вок из стали , ч угуна и цвет н ых сплаво в . Отливк и могут и ме ть слож н ую к онфигурацию и массу несколько тонн. Наибол е е часто в металлических формах изготовляют отливки малой и средней (до нескольких десятков килограм м ов) массы из легких цветных сплавов.

Отливки, полученные в металлически х формах, имеют чистую п оверхность и повышенную точность размеров. Применение постоянных форм позволяет исключить формовочную смесь, улучшить условия труда, механизировать и автоматизировать производство. Однако стоимость металлических форм достаточно в ысокая, поэтому их при м еняют в условиях крупносерийного и массового про изводства отливок.

Технологический процесс изготовления отливок в разовых формах широко распространен в литейном производстве. Он складывается из различных процессов, которые осуществляются в специальных цехах или отделениях литейного цеха (см. приложение 2).

Технологический процесс изготовления отливки начинается с подготовки модельного комплекта : моделей или модельных плит, модельных щитков, стержневых ящиков, сушильных плит, шаблонов д л я проверки размеров форм ы и стержн е й, кондукторов к шаблонов для контроля правильности установки стержней в форме, опок, штырей и т. д.

Модельный комплект изготовляют в модельном цехе или модельном отделении литейного цеха.

Не менее важным звеном технологической цепи являете подготовка материалов для изготовления литейной формы. Ф ормовочными материалами называют материалы, применяемые для изготовления разовых и полупостоянных форм. Это пески, связующие и специальные добавк и . Исходные фор м овочные материалы хранят на складе формовочных материалов в специальных емкостях и бункерах. При поступлении на склад обязательно проверяют соответ ст вие их качества сертификату. Контроль качества формовочных материалов производят в специаль н ых лабораториях.

Процесс изготовления литейных форм называют формовкой. В литейном производстве используют ручную и машинную формовку: в единичном и мелкосерийном производстве – ручную формовку (формы изготовляют обычно по деревянным моделям), в поточно-массовом и серийном производстве – машинную (формы изготовляют на машинах по металлическим моделям).

Стержни получают с помощью ящиков ил и шаблонов. Готовые стержни сушат в специальных печах (сушилах) для увеличения их прочности, газопроницаемости, а также уменьшения газотворной способности. Стержни перед установкой в фор м у окрашивают красками, состоящими из огнеупорных материалов: графита, пылевидного кварца, циркона обезжелезенного и др., что необходимо для повышения чистоты поверхности отливки.

Перед сборкой сырые полуформы припыливают (графитом, тальком, древесным углем и др.) и окрашивают для получения чистой поверхности отливки. Если отливка имеет полость, то в форму перед сборкой устанавливают стержень. Затем форму собирают, скрепляют опоки болтами или скобами и подают на заливку жидким металлом.

В качестве исходных материалов для получения жидкого чугуна и стали используют чушковые литейные и передельные чугуны, чугунный и стальной лом. Брикетированную стружку, ферросплавы, топливо и ф л юсы. Эти исходные материалы называ ют шихтовыми. Их хранят на складе шихт ы, где также производят подготовку исходных матери алов к плавке: сортировку, дробление до необходимых размеров, шихтовку — взвешивание отдельных порций различных материалов в соответствии с расчетом для получения заданного химического состава металла.

Подготовленную шихту специальными транспортными средствами подают в плавильное отделение для приготовления жидкого металла (плавки металла).

Пл а в и льными печами называют агрегаты, предназначенные для расплавления и пер е грева черных и цветных металлов и сплавов. Для плавки чугуна применяют специальные печи-вагранки, электропечи и пла м енные печи; для плавки стали—мартеновские печи, конверторы, электропечи, для плавки цветных сплавов — электропечи и пламенные пе ч и.

Расплавле н ный металл до л жен быть перегрет в печи до определенной температуры, чтобы он хорошо з аполнял литейную форму. После расплавления и перегрева металл сливают и з печи в различные ковши и транспортируют на участок заливки форм. Металл, залитый в форму, отдавая тепло т у фор м е, охлаждается и за твердевает.

После охлаждения отливки формы разрушают (выбивают) и отливки извлекают из форм. Выбивку форм производят только после остывания отливки до определенной температуры, так как при высоких температурах сплавы недостаточно прочны и отливка может разрушиться. Выбивку форм осуществляют на специальных установках, расположенных в отделении или на участке выбивки.

Отливки имеют литники, выпоры, иногда заусенцы и заливы металла, их поверхность может быть загрязнена пригоревше й к ней формовочной смесью. Отрезку или обр у бку литников, выпоров, заусенцев, оч и стку поверхности отливок производят в от делении очистки и обрубки отли во к специальным и нструментом, на дробеструйных и дробеметных установках, в гидравлических, пескогидравлических и оч ист ных барабанах.

После этого отливк и поступают в отдел техничес кого контроля (ОТК). Здесь производят контроль отливок: проверяют их размеры и гермети ч ность, нал и чие внутренних и внешних дефектов (усадочных раковин, газовых раковин, т р ещи н и т. д.), механические свойства и структуру металла. Отли в ки , имеющие незначите л ьн ы е дефекты, исправляют ра зличными способами: газовой и электр и ческой заваркой, проп и т к ой раз л ич н ыми смолами, нанесением замазки и др.

Очень часто для получения требуемых структуры и механических свойств, снятия внутренних напряжений отливки подвергают терм и ческой обработке— нагреву и охлаждению по строго заданным режимам (по врем е ни и темп е ра т уре) в термических печах. Эта опера ц ия про и зводится в т е рм и ческом отделен и и литейного цеха. Затем отливки вновь подвергают очистке и контролю.

Принятые ОТК или мастером литейного цеха. отливки отправ ляют на склад готовых изделий, а оттуда на механическую обработку. Некоторые отливки перед отправкой в механический цех окрашивают, чтобы предотвратить коррозию.

При механической обработке отливкам придается окончательная геометрическая форма, требуемые точность и чистота поверхности, предусмотренные чертежами и техническими условиями на готовую деталь . Это наиболее трудоемкий процесс в машиностроении, так как затраты на механическую обработку составляют 40-60% затрат на изготовление машины. Следовательно, необходимо стремиться получать отливки с минималь н ыми припусками на механическую обработку или такими точными и чистыми, чтобы не требовалась механ и ческая обработка.

Для изготовления отливок применяют большое число различных приспособлений, которые называют литейной оснасткой . Часть литейной оснастки, включающей все технологические приспособления, необходимые для получения в форме отпечатка модели отливки, называют модельным комплектом.

Модельный комплект состоит из моделей отливки и элементов литниково-питающей системы ; стержневых ящиков ; модельных плит для установки или крепления моделей отливки и литниковой системы ; сушильных плит и приспособлений для доводки и контроля форм и стержней.

При формовке кроме модельного комплекта используют опоки и различные приспособления - наполнительные рамки, щитки, штыри, скобы и т.д. Поэтом, с понятием “формовочный комплект” , т.е. полный комплект оснастки, необходимый для получения разовой формы.

Модельные комплекты изготовляются рабочими-модельщиками, как правило, высокой квалификации.

Модельный комплект должен удовлетворять следующим основным требованиям :

1) Обеспечивать получение отливки определенной геометрической формы и размеров ;

Оборудование. Для обработки дерева применяют циркулярные и ленточные пилы, станки : фуговальные, рейсмусовые, фрезерные, шлифовальные, шипорезные.

Циркулярный круглопильный станок используют для продольной и поперечной распиловки досок и брусков.

Ленточный станок применяют для прямолинейной и криволинейной распиловки досок. Пиломатериалы подают вручную под режущую кромку движущегося вертикально замкнутого ленточного полотна. Для безопасной работы ленточное полотно вместе со шкивами ограждают кожухом из металлической сетки.

Фуговальный станок применяют для обработки плоскостей брусков и досок. На плите стола станка находится вал с пластинчатыми ножами, который вращается от электродвигателя. Перемещением плиты стола с помощью винтов устанавливают определенную толщину d срезаемой стружки. Доски на фуговальный станок подают вручную, с прижимом доски к плите.

Формовочными материалами называются материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней. Формовочные материалы разделяют на исходные фор мовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, вспомогатель н ые формовочные составы.

Исходные формовочные материалы делятся на две группы:1) основные — огнеупор ная основа смеси (кварцевый песок и т. д.) , связующие материалы (глина, различные смолы, другие связующие вещества); 2) вс помогательные, например различные добавки (уголь, древесная мука, торф и т. д.), придающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства.

Формовоч ные и стержневы е смес и приготовляют из исходных формовочных матер и алов и из отработанн ых смесей (смеси, бывшие в употреблении). Сос тав смес ей за в ис и т от назначения, способа ф ормов к и, рода заливаемого в форму ме талла.

Вспомогательные формовочные составы - это материалы (краски, клеи, за м азки), необходимые для отделки и исправления форм и стержне й .

Для получения качественных форм, стержней и г од ных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать технологическими свойствами, отвечающими определенным требованиям.

Для хорошего уплотнения формово чной смеси в опоке большое значение имеет пластичность смеси - способ н ость де формироваться под действием приложенных внеш н их усилий или собственной м ассы, что обесп е чивает по л учени е отпечатка модели или заполнение полости стержн е вого ящика. Пластично сть формовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с ма сляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность.

Л и тей н ая фор м а до лж на обладать достаточной прочностью , чтобы пр и сборке, транспортировке и з аливке металлом она не ра з руш а лась. Поэтому и фор м овочная см е сь должна обладать определенной прочностью - способностью сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность формовочной сме си зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от сод ержания гл и ны или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.

Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на заполнение и равномерность распределения см е си при засыпке в опоку, качество и длительность перемешивания смеси в смесителях. С сыпучестью связана комкуемость - способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому с м есь должна иметь хорошую сыпучесть - минимальную комкуемость.

Большое значение имеет поверхно стная проч ность - сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемо стью.

В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагреваются металлом до высоких температур, равных практически тем пературе металла, поэтому формовочны е материалы должны обладать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным материалам.

Огнеупорность - способ н ость смеси сопротивляться размягчению и ли расплавлению под действием высокой температуры жид кого металла - зависит от огнеупор н ости составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых смесей. Чем крупнее песок и чем ме н ьше в нем при ме сей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь.

В процессе заливки формы металло м органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки), сгорают и выделяют га з ы, влага испаряется и образует большое количество паров. Способ н ость смеси выде л ять газы при заливке называется газотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воз д ух стремятся в ы йт и из формы ч е р е з поры ф ор м о в очной с м е си . Поэтому она должна иметь д остаточную газопроницаемость.

Газопроницаемость - свойство смеси пропускать через себя газы – зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газопроницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, уг л я, степени уплотнения и т. п. Чем больше пыли в песке, тем мен ь ше газопроницаемость. При быстром газообразовании и недостаточной газопроницаемости смеси давле ние газа превышает давление залитого металла, и газ стремится вы йти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины.

В процессе затве рдевания и охлаждения раз м еры о тливки уменьшаются вследст в ие усадки металла. Однако форм а препятствует усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь должн о обладать податливостью - способностью сокращаться в объеме и пе ремещаться под действием усадки о тливки.

Высокая прочность и газопроницаемость ф ормовочной смеси обеспечиваются однородностью – равномерным распределением в формовочной смеси составляющих компо н е н тов в результат тщательного перемешивания.

Формовочные и стержневые смеси должн ы обладать минимальной прилипаемостью к модел и или стержнево м у ящику, что за висит от содержания влаги , связующей добавк и и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилипаемость смеси, м ас л яные связующие у мен ь ша ют ее .

Гигроскопичность —способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха - зависит от свойств связующей добавки. Стержни, изготовленные и з смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой м еталла, в прот и вном случае увеличивается брак по газовы м раковинам.

Долговечность - способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.

Выбиваемость — способность стержневой смеси легко удал яться при выбивке ее и з охлажденной отливки - зависит от количества пес ка, глины и вида связующего в стержневых смесях.

Формовочные и стержневые смеси приготовляют из свежих песчано-глинистых формовочных материалов, добавок и отработанной смеси. В зависимости от массы отливок расход формовочных смесей колеб л ется от 500 до 1300 кг, а свежих материалов от 500 до 1000 кг на 100 кг годных отливок.

Технологический процесс приготовлени я формовочных смесей скла ды вается из следующих основных операций: 1) предварительной обработки свежих формовочных материалов и добавок; предварительной обработки отработанной ф ормовочной смеси; 3) приготовления смеси из предварительно подготовленных свежих и отработанных формовочных смесей, добавок и связующих.

Предварит е льная обработка св е жих формовочных материалов включает о перации сушки песка, тонкого измельчения каменного угля, просеивания песка и угля. Отработанная смесь перед повторным использованием охлаждается, разрыхляется, подвергается магнитной сепарации и просеивается.

Сушка песка и глины производится в различных печах( трубчатых, вертикальных и гор и зонтальных) и на плитах. Наиболее распространены вертикаль н ые и горизонтальные суш и льные печи. Вертикальные печи применяют для сушки кварцевых и малоглинистых песков. Для жирных же песков и глин их не применяют вследствие налипания материалов на диски и плужки. Широкое применение находят установки для сушки песка в кипящем слое. В механизированных цех а х песок и глину сушат в бараба н ах с водя н ым охлаждением песка после сушк и . Свежий песок сушат при 250 ° С. Производительность таких сушил от 5 до 20 т/ч и выше.

В последнее время стали пр и менять установки с сушкой песка горячим воздухом . Песок из бункера загруж а ют в трубу, в которую снизу подается воздух, нагретый до 200—250 ° С. Сырой песок увлекается вверх со скоростью 15—17 м/с и быстро высыхает. Производительность установки может доходить до 15 т/ч сухого песка.

Сухую глин у размалывают и просеивают до порошкообразного состояния. Гли н у размалывают в бегунах или же в шаровых мельницах. Тонкое ра з мельче н ие глины и каменного угл я достигается в шаровых мельницах. Шаровая мельница представляет собо й металлический ба р абан, футерованный стальными плитками с зазорами между ними. Глину или каменный уголь загруж а ют в барабан через воронку. Пр и вр а щени и барабана стальные шары, находящиеся внутри него, размалывают гли н у и ли у г оль. Размолотый материал провал и вается через зазоры ме ж ду плитками и п ро се и вается через сито. Готовый матер и ал в ы сыпают из барабана. Пр оизводительность шаровых мель н иц 100—8000 кг/ч.

Вместо сухой глины часто применяют глинистую и глиноуг ольную эмульсию (раствор глины или глины и угольного поро шка в воде). При использовании эмульсии глину и бентонит можно не сушить и не молоть, в связи с чем отпадает ряд операций по подготовке и транспортировке этих материалов. Глинистая эмульсия должн а иметь плотность 1,09—1,15 г/см ³ , ее приготовляют следующим образом: в бак-мешалку с водой загружают глину и п е ремешивают в течение определенного времени до достижения эмульсией зад анно й плотности. Готовую эмульсию выпускают через вентиль бака-мешалки.

Глиноугольную э м ульсию пригот о вляют в б а ке - к о нц ентраторе, в которы й подают о п ределе н ное количе с тво гл и нистой и глиноуголь н ой эм у льсии . После напо л н ения бака-концентратора эмульсию пер емешивают до нуж н ой плотности (1,1-1,5 г/см ³ ) и зате м специальными н асосами-дозаторами а втоматически подают в бегуны или смесители.

Обработка отработанной формовоч ной смеси. Отработанная формовочная смесь, выбитая из опок, перед п овторным использованием должна быть предварительно переработана. В немеханизированных литейных цехах ее просеивают на обычном сите или на передвижной смесеприготовительной установк е , где происходит отде л е ни е м е таллическ и х ча стиц и других посторонних примесей. В механизированных цехах отработанная смесь подается из-под выбивной решетки ленточным транспортером в смесеприготовительное отделение. Крупные комки см еси, образующиеся после выб ив ки ф орм, обычно разминают гладкими или рифлеными вальцами. Металлические частицы отделяют магнитными сепараторами, установленными на участках передачи отработанной смеси с одного транспор т ер а на д ругой.

Ре г енерация (восстановление) заключается в извлечении песка из отра б от а нн ы х с ме с ей и приведении его свойств в соответствие с установленными техническими требованиями на формовочные пески. В зависимости от условий работы цеха регенерацию отработанной смеси производят различными способами: мокрым, электрокоронным и спе ц иальным для смесе й , приготовл енных на жидком стекле.

Мокр ы й способ регенерации применяют главным образом в цехах, имеющих гидравлические или пескогидравлические у становки для очистки отливок. При мокром способе зерна песка с п о мощью воды отмываются от глины и мелкой пыли, которые потоком воды уносятся в отсто й ники и далее в отход. Промытый и обеспыленный песок оседает на дно сборника, откуда грейфером подается в су шильную печь, а затем просеивается и используется для приготовления формовочных смесей.

При электрокоронной регенерации отработанная смесь разде ляется на частицы разных размеров с помощью высокого напряжения. Песчинки, помещенные в поле электрокоронного разряда, заряжаются отрицательными зарядами. Если электрические силы, действующие на песчинку и притягивающие ее к осадительному электроду, больше силы тяжести, то песчинки оседают на поверхности электрода. Изменяя напряжение на электродах, мо жн о разделять песок, проходящий между ними, по фракциям.

Регенерация формовочных смесей с жидким стеклом осуществляется специальным способом, так как при многократном исполь зовании смеси в ней накапливается более 1—1,3% щелоч и , что увеличивает пр и гар, осо б е нн о на чугунных от л ив к ах . В о вращающийся барабан установки для регенерации подают одновре менно смесь и гальку, которые, пересыпаясь с лопастей на сте н ки барабана, механически р а зрушаю т п л е н ку ж и дкого стекла н а зернах песка. Через регулируемые жалюзи в барабан поступает воздух, отсасываемый вместе с пылью в мокрый пылеуловитель. Затем песок вместе с галькой подают в барабанное сито для отсеивания гальки и крупных зерен с п л е н ками. Годный песок из сита транспортируют на склад.

Приготовление формовочных и стержневых смесей. Очень важ ными операциями являются увлажнение и перемешивание смеси. Тщательное перемешивание смеси необходимо для равномерного распределения ее составляющих. Пр и перемешивании глина и связующее обволакивают зерна песка, комья отдельных составляющих разрушаются и равномерно распределяется влага. Хорошо пере мешанная смесь обладает м аксимальной про ч ностью и газопроницаемостью . Для перемешивания смеси применяют лопастные смесит е ли или бегуны.

Лопастной смеситель - это машина непрерывного действия, он может быть встроен в автоматизированную смесеприготовитель ную систему. Смеситель часто применяют для приготовления смесей с низким содержанием глины (наполнительных смесе й , сыпучих и т. д.) или смесей с жидкими с в язующими. Смеси с высоким содержанием глины в лопастном смесителе плохо перемешиваются и поэтому обладают низкими технологическими свойствами. Такие смеси обыч н о приготовляют в катковых смесителях-бегунах.

Порядок загрузки составляющих смеси . Сначала загружают сухие материалы: песок, глину и отработанную формовочную смесь. Сухую смесь перемешивают примерно 1-3 минуты и затем увлажняют. В случа е применения глинисто й эмульсии (раст в ора глины в воде или же глиноугольной эмульсии) влажность регулиру ю т добавление м раствора эмульсии и воды. После увлажне ния смесь ещ е раз перемешивается в течение нескольких минут. С вязую щ ие обычно загру ж ают последни м и. Продолжител ьность перемешиван ия составляет для смеси: н аполнительной 2-3 мин, 3-5 минут и облицовочной 5—10 мин.

Для быстросохнущих облицовочных смесе й особое значение порядок загрузки и п родолжитель но сть перемешивания сме сей. Обычно быстросохнущ и е с м еси приготовляют в смешивающих бегунах. При приготовлении этих смесей сначала в бегу ны загружают сухие мат е риалы (отработанную смесь, песок, добавки и пр.) и переме ш ивают в течение 5 минут, затем вводят связующее и воду, все перемешивают еще 7—10 мин. Готовая смесь должна вылежаться перед употреблени е м в тече н ие нескольких часов для равно м ерного распредел е ния в ней влаги.

При приготовлении быстросохнущих смесей с жидким стеклом сначала загружают песок, глину и перемешивают 2-3 мин, потом добавляют едкий натр и смесь еще раз перемеши в ают 3-4 минуты, затем вводят жидкое стекло и опять перемешива ю т 10—12 минут. После этого доба в ляют мазут и снова перемешивают в течение 4-5 минут.

Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Он осуществляется в формовочных отделениях литейного цеха. Стержни изготовляют в стержневом отделении и подают на сборке формы в формовочное отделение. Изготовление форм, стержней и сборка формы - наиболее ответственные этапы производства отливок. Более 80% отливок получают в разовых литейных формах, так как стоимость их изготовления достаточно низкая, вместе с тем в них можно получить практически любую по конфигурации,

сложности и массе отливку из наиболее распространенных черных и цветных сплавов.

Применяют следующие способы формовки : 1) в почве и кессонах ; 2) в опоках ; 3) безопочную ; 4) по шаблону ; 5) по скелетным моделям и контрольным сечениям ; 6) в стержнях ; 7) с применением быстротвердеющих смесей.

В зависимости от степени механизации процесса изготовления форм различают три вида формовки : ручную, машинную и автоматическую. На машиностроительных заводах ручную формовку применяют для получения одной отливки или нескольких, например в условиях опытно-экспериментального производства, при изготовлении уникальных отливок, а также для ремонта. Машинную формовку применяют в условиях серийного и массового производства отливок или для автоматизации процесса изготовления форм какой-либо одной отливки (специализированные автоматы).

При изготовлении и отделке литейных форм применяют разнообразный инструмент. В зависимости от назначения его можно разделить на две группы.

Первая группа - это инструменты, применяемые для наполнения опоки смесью, уплотнения смеси и вентиляции формы (лопаты, сита, трамбовки, ручные и пневматические трамбовки, вентиляционные иглы и т.д.), а также для проверки положения модели в горизонтальной плоскости (уровень или ватерпас).

Вторая группа - это инструменты, предназначенные для извлечения модели из формы и отделки формы (кисти пеньковые и щетки, подъемы резьбовые и винтовые, крюки, молотки, тяжелые и легкие гладилки, крючки с лезвием разных размеров, ланцеты, ложечки, полозки разных профилей).

Формы в литейном производстве изготовляют в основном в опоках. Опоками называют жесткие рамки (прямоугольные, квадратные, круглые, фасонные) из чугуна, стали, алюминиевых сплавов, предохраняющие песчаную форму от разрушения во время ее сборки, транспортировки и заливки. Опоки изготовляют из чугуна марок СЧ 15-32, СЧ 18-36 и стали марок 20Л, 25Л и 30Л. Наиболее совершенными считают литые и сварные стальные опоки, так как они прочнее чугунных.

Обычно форму изготовляют в двух опоках - верхней и нижней. Поверхности опок, которые обращены друг к другу при сборке (плоскости разъема), строгают, а иногда шлифуют для того, чтобы обеспечить плотность прилегания полуформ.

Для транспортировки и перевертывания опок в процессе формовки (на малых опоках) предусмотрены ручки, на больших (крановых) - цапфы. В стенках опоки делают вентиляционные отверстия для выхода газов, образующихся при заливке формы. Формовочная смесь в опоках больших размеров удерживается ребрами-крестовинами (шпонами).

Формовка в двух опоках по разъемной модели. Процесс изготовления формы начинают с установки модели или ее половины на модельную плиту. Затем на плиту устанавливают пустую нижнюю опоку и поверхность модели смачивают смесью керосина с мазутом или припыливают мелким песком. После этого через ручное сито просеивают облицовочную смесь. Толщина слоя облицовочной смеси для мелких отливок 15-30 мм, а для крупных

30-40 мм. При формовке крупных отливок с высокими отвесными стенками облицовочную смесь просеивают через сито только для покрытия горизонтальной плоскости модели. Обкладку отвесных стенок производят той же облицовочной смесью. В опоку засыпают наполнительную смесь и ее уплотняют. Для достижения равномерной плотности формы наполнительную смесь засыпают в опоку слоями (57-75 мм) и уплотняют ручной или пневматической трамбовкой. При уплотнении нельзя ударять трамбовкой по модели, так как формовочная смесь в местах удара будет сильно уплотнена и в отливках могут образоваться газовые раковины. Особенно тщательно следует уплотнять смесь в углах и у стенок опоки.

Излишек формовочной смеси после уплотнения сгребают линейкой вровень с кромками опоки и душником прокалывают вентиляционные каналы так, чтобы душник не доходил до модели на 10-15 мм. Затем опоку вместе с модельной плитой поворачивают на 180 ⁰ и устанавливают вторую половину модели.

Чтобы устранить прилипание формовочной смеси верхней полуформы к нижней, плоскость разъема нижней полуформы присыпают сухим разделительным песком. Этот песок сдувают с поверхности модели сжатым воздухом. Верхнюю опоку ставят на нижнюю и через сито насыпают на модель слой облицовочной смеси, устанавливают модель стояка и насыпают наполнительную смесь. После этого уплотняют смесь. Излишки смеси сгребают и делают наколы душником.

Форму раскрывают и смачивают ее поверхность вблизи модели водой. Для предупреждения ухода жидкого металла из формы при заливке по сырому на плоскости разъема формы делают риски (подрезки) вокруг модели на расстоянии 50-70 мм от нее. При заливке металла в сухие формы и особенно при неудовлетворительном состоянии опок в большинстве случаев на плоскость разъема формы кладут тонкий слой глины, который при спаривании полуформ полностью исключает провыв металла их формы. Модели не следует располагать близко к раю опоки ; расстояние от модели до стенки опоки должно быль не менее 25-50 мм в зависимости от массы отливки и габаритных размеров опоки.

В модель ввертывают или забивают подъем. Затем ее слегка расталкивают ударами молотка по подъему и извлекают их формы. Так же извлекают модели элементов литниковой системы, стояка, выпора, питателя. Небольшие модели вынимают из формы вручную, а крупные - краном.

Извлечение модели из формы является ответственной операцией, и производить ее нужно очень осторожно, чтобы не разрушить форму. Сильно расталкивать модель не рекомендуется, так как при этом отливки получаются с увеличенными размерами и массой.

После извлечения модели поверхность формы отделывают. Поврежденные места формы исправляют гладилками, ложечками, ланцетами и т.д. Некоторые части формы укрепляют шпильками. Отделанную форму, изготовленную по-сырому, перед сборкой присыпают порошкообразным графитом или древесно-угольным порошком. При формовке по-сухому поверхность формы не припыливают, а окрашивают. Формы обычно окрашивают после сушки, когда форма еще не остыла. Иногда формы красят 2 раза : до и после сушки. Затем устанавливают стержень и собирают форму.

Формовка в двух опоках по неразъемной модели. Небольшую крышку получают по деревянной неразъемной модели. Сначала формуют нижнюю опоку. На деревянную плиту устанавливают модель и нижнюю опоку, а затем насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Опоку с плитой переворачивают на 180 ⁰ , устанавливают верхнюю опоку и модели литниковой системы, и также насыпают в верхнюю опоку формовочную смесь и уплотняют. После этого поднимают верхнюю полуформу, переворачивают ее на 180 ⁰ и извлекают модели их формы. Затем форму отделывают, собирают и заливают металлом.

Машинную формовку применяют главным образом в серийном и массовом производстве и значительно реже в мелкосерийном и единичном производстве. Машинную формовку осуществляют, как правило, в двух опоках, исключение составляет формовка в стопку и безопочная формовка.

Форма обычно состоит из двух полуформ - верхней и нижней. При изготовлении форм на машинах необходимо иметь модели, модельные плиты, спаренные стальные опоки, штыри. В массовом и крупносерийном производстве применяют металлические модели, в серийном производстве - деревянные модели, укрепленные на координатных плитах. Во всех случаях формовку на машинах осуществляют по моделям, смонтированным на металлических плитах, что повышает точность отливок, а механизация основных операций (уплотнения формы и извлечения модели) полностью освобождает формовщиков от трудоемких ручных операций.

Машинная формовка по сравнению с ручной имеет ряд преимуществ: высокая производительность, точность отливок и, как следствие, меньшие припуски на механическую обработку, равномерность уплотнения формы, возможность выполнения работы формовщиками более низкой квалификации.

Точность размеров отливок при машинной формовке обеспечивается применением более точных (с меньшими уклонами) моделей, заменой операции расталкивания моделей вибрацией при их извлечении из формы, хорошим центрированием опок.

Для машинной формовки используют три типа модельных плит:

односторонние - на одной плите смонтирована нижняя часть модели, а на другой - верхняя часть модели ; 2) двусторонние - на одной стороне плиты смонтирована модель верха, а на другой - низа (формовка на одной машине) ;

реверсивные - нижнюю и верхнюю опоки формуют на одной плите, а при сборке верхнюю опоку поворачивают на 180 ⁰ .

Постоянное крепление моделей к плитам используют в массовом и крупносерийном производстве. Сборные модельные плиты, состоящие из вкладышей с моделями, применяют в мелкосерийном производстве ; координатные модельные плиты - в единичном и мелкосерийном производстве. Координатные плиты имеют отверстия для установки модели и определения правильности ее положения. Отверстие на плите обозначают шифром, состоящим их буквы и цифры. С помощью этого шифра устанавливают модели на плите.

Технологический процесс изготовления литейных форм на машинах складывается из ряда операций.

Основные операции - уплотнение формовочной смеси в опоке и извлечение модели из формы определяют качество будущей отливки: наличие в ней засоров, газовых раковин, трещин ; правильность геометрии ; чистоту поверхности.

Вспомогательные и транспортные операции - установка пустой опоки на машину, опрыскивание и обдувка модельной плиты, засыпка формовочной смеси в опоку, транспортировка готовых форм - выполняются специальными вспомогательными и транспортными механизмами машины.

В зависимости от степени механизации вспомогательных и транспортных операций различают: 1) механизированную формовку, когда рабочий вручную управляет работой механизмов, выполняющих основные, вспомогательные и транспортные операции, и 2) автоматическую формовку, когда работой механизмов управляет машина.

Наиболее трудоемкими и ответственными являются операции уплотнения литейной формы и извлечения модели.

Существует несколько способов уплотнения формовочных смесей на машинах: прессованием, прессованием с вибрацией, встряхиванием, встряхиванием с подпрессовкой, пескометом, прессово-пескодувный.

Одним их важнейших условий получения качественной отливки является правильное устройство литниковой системы. Литниковая система служит для плавного подвода жидкого сплава в полость литейной формы и питания отливок в процессе кристаллизации. Место подвода сплава к отливке во многом определяет ее плотность, внешний вид и образование различных литейных пороков. Выбор литниковой системы, обеспечивающей получение отливок хорошего качества, является наиболее сложной частью литейной технологии. Поэтому формовщик, мастер и технолог при выборе литниковой системы должны учитывать особенности литейной технологии.

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям: 1) обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания ; 2) способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (засоров, ужимин, шлаковых включений и др.) ; 3) способствовать направленному затвердеванию отливки ; 4) расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

Литниковая воронка для мелких отливок и литниковая чаша-резервуар для крупных отливок предназначены для приема струи металла, вытекающего из ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с металлом в чашу. При полной до краев чаше в стояк поступает чистый металл, а легкий шлак находится наверху. Кроме того, обеспечивается непрерывная подача металла в форму при одном и том же напоре. Для задержания шлака отверстия стояков иногда закрывают чугунными пробками, тонкими жестяными пластинками. Пробки открывают после того, как вся чаша заполнится металлом, пластинки же расплавляются горячим металлом. Форму необходимо заполнять металлом по возможности быстро, при этом металл должен иметь достаточную температуру.

Во время заливки металла литниковая чаша обязательно должна быть полной. При недостаточно большой глубине металла в чаше образуется воронка, через которую воздух и шлак, плавающий на поверхности металла, могут попасть в стояк и затем в отливку. Для мелких отливок, особенно в условиях массового производства, шлак в чаше задерживают фильтровальными сетками, которые изготовляют из стержневой смеси.

Стояк - вертикальный канал, передающий металл их воронки к другим элементам литниковой системы. Его выполняют несколько суживающимся книзу для удобства формовки и обеспечения гидравлического напора в литниковой системе. Конусность стояка 2-4%. При изготовлении крупных отливок стояк и другие элементы литниковой системы часто выполняют из стандартных шамотных трубок-кирпичей.

Шлакоуловитель служит для задержания шлака и передачи из стояка металла, свободного от шлака, к питателям ; располагается в горизонтальной плоскости. Обычно шлакоуловитель выполняют в верхней полуформе, а питатели - в нижней. Поперечное сечение шлакоуловителей делают трапецеидальным. В процессе заполнения формы металлом для лучшего задержания шлака шлакоуловитель должен быль обязательно заполнен металлом. Это обеспечивается соответствующим соотношением сечений стояка, шлакоуловителя и питателя. Если расход металла через стояк больше расхода через питатели, то шлакоуловитель заполняется металлом и шлак, всплывая, задерживается в нем. Если расход через стояк меньше расхода через питатели, то шлакоуловитель будет незаполненным и шлак попадает в отливку. Таким образом, для задержания шлака сечение стояка должно быть больше сечения шлакоуловителя, а сечение шлакоуловителя больше суммарного сечения питателей. Такую литниковую систему называют запертой.

Питатели (литники) - это каналы для подачи жидкого металла непосредственно в полость формы. Сечение питателей должно быть такой конфигурации, чтобы металл плавно поступал в полость формы, мало охлаждался на пути от шлакоуловителя к отливке, а после затвердевания ее питатели легко отламывались от отливки. Практикой установлено, что наилучшая конфигурация поперечного сечения питателей - трапеция с переходом в широкий прямоугольник в месте сопряжения с отливкой. Для лучшего отделения питателей от отливок, в случае если толщина ее тела меньше полуторной высоты питателя в месте его подвода к отливке, на питателях на расстоянии 2-2,5 мм от отливки делают пережим.

Выпоры служат для вывода газов из полости формы и для питания отливки. Они же уменьшают динамическое давление металла на форму и сигнализируют о конце заливки. В зависимости от величины формы ставят один или несколько выпоров. Сечение выпора в основании обычно составляет 1 / 2 -1/4 сечения стенки отливки. Выше основания сечение выпора увеличивается.

К числу элементов литниковой системы, обеспечивающих питание отливки жидким металлом в процессе ее затвердевания, относятся питающие выпоры и прибыли.

Прибыли и питающие выпоры применяют для отливок из белого низкоуглеродистого, высокопрочного чугуна, а также для толстостенных отливок из серого чугуна. Они служат для питания утолщенных мест отливки, застывающих последними. Прибыли располагают так, чтобы металл в них застывал последним. Толщина прибыли должна быть больше толщины того места отливки, над которым ее ставят. Прибыли больших размеров экономически невыгодны, так как увеличиваются расход металла на прибыли и себестоимость обливок.

При конструировании прибылей необходимо руководствоваться следующими правилами :

Сборка формы является ответственным процессом, требующим внимания и аккуратности. Сборка включает операции: подготовки полуформ и стержней, установки стержней (обычно в нижнюю полуформу), контроля положения стержней, накрытия нижней полуформы верхней, установки выпорных и литниковых чаш, скрепления полуформ или их нагружения.

Полуформы и стержни, поступившие на сборку, тщательно осматривают ; к сборке не допускаются стержни и полуформы, имеющие какие-либо повреждения или дефекты. Перед сборкой полость формы продувают сжатым воздухом, для того чтобы удалить из нее частицы смеси или инородные тела.

Стержни устанавливают в форму в последовательности, указанной на сборочном чертеже или в технологической карте. При этом необходимо следить за тем, чтобы знаки стержней точно становились в отпечатки знаков модели. Если знак стержня почему-либо не подходит к своему гнезду в форме, то подгонка его опиливанием не допускается. Только в исключительных случаях, в условиях единичного или мелкосерийного производства, допускается подгонка знаков стержня по специальным контрольным шаблонам. Положение каждого стержня относительно формы и других стержней проверяют контрольными шаблонами, а в поточно-массовом производстве - кондукторами.

Размеры тела отливки, образованные стержнями и формой или только стержнями, проверяют толщиномерами. В условиях единичного производства при сборке сложных форм используют контрольное перекрытие формы, если толщину тела отливки образуемую формой и стержнями, нельзя проверить контрольным или измерительным инструментом. Перед контрольным перекрытием на поверхность формы или стержней в необходимых местах устанавливают куски глины - “мушки”. Затем делают контрольное перекрытие формы, в процессе которого куски глины сжимаются до толщины просвета между формой и стержнем, что должно соответствовать толщине тела отливки. После раскрытия формы “мушки” вынимают, измеряют их толщину и таким образом определяют возможную толщину стенки отливки.

Обычно стержни устанавливают в нижнюю полуформу на знаках, однако иногда, в условиях единичного производства, стержень крепят в верхней полуформе. Эта операция должна быль выполнена особенно тщательно, так как недостаточно надежное крепление стержня может привести к отрыву его от формы при сборке, поломке формы и стержня и даже к несчастным случаям.

В отдельных случаях для большей устойчивости стержня в форме пре ее заливке металлом стержень устанавливают на жеребейки - жесткие металлические опоры. Высота жеребейки соответствует толщине тела отливки. Сплав для изготовления жеребейки обычно выбирают в соответствии с заливаемым в форму сплавом. При литье чугуна или стали жеребейки изготовляют из белой жести, низкоуглеродистой стали.

Поверхность жеребеек должна быть чистой, без следов ржавчины, влаги и масла. При подготовке жеребейки пескоструят, часто окрашивают алюминиевой краской, иногда лудят. Чистые жеребейки хорошо свариваются с основным металлом отливки и не вызывают образования раковин или других несплошностей. Однако для отливок, работающих под давлением жидкости или газа, применять жеребейки нежелательно, а иногда недопустимо.