2.1 Общие сведения о литейной форме

Для получения отливок в разовых литейных формах (рис. 2.1) необходимо иметь модельный комплект, инструменты и приспособления, специально приготовленные разрыхленные стержневые и формовочные смеси, жидкий расплав материала отливки.

Рисунок 2.1 – Комплект для получения отливок в разовых литейных формах: а) деталь – зубчатое колесо; б) отливка; в) модель; г) литейная песчано-глинистая форма.

Модельным комплектом называется совокупность оснастки и приспособлений, предназначенных для получения определенной отливки (т.е. модель отливки, модели элементов литниковой системы, стержневых ящиков, модельных или подмодельных плит, шаблонов, кондукторов и др.).

Модель – приспособление, при помощи которого в литейной форме воспроизводятся наружный контур будущей отливки (рис. 2.1 б) и знаки для крепления стержней (рис. 2.1 в). Модели делают из дерева (единичное производство), металла (массовое и крупносерийное производство), гипса (мелкосерийное производство), пластмассы и воска (серийное производство), а также других материалов.

По наружной конфигурации модель соответствует отливке и отличается от последней несколько увеличенными размерами, учитывающими усадку металла при остывании (линейная усадка серого чугуна составляет 0,7 – 1,3 %, алюминиевых сплавов – 0,9 – 1,4 %, медных сплавов – 1,25 – 2,4 % [2]) и знаковые части под установку стержней.

От готовой детали (рис. 2.1 а) модель отличается припусками на механическую обработку [7], формовочными уклонами и радиусами закруглений (галтели). Формовочные уклоны (как правило, на вертикальных стенках) предусмотрены для облегчения удаления модели из полости формы и стержня из стержневого ящика. Величина уклонов выбирается в зависимости от последующей обработки в диапазоне от 1/5 до 1/50 согласно ГОСТ 3212-92 [6].

По конструкции модели бывают разъемными, неразъемными, с отъемными частями и специальные (скелетные и шаблонные).

По способу изготовления литейных форм различают модели для машинной и ручной формовки.

Модели элементов литниковой системы (рис. 2.2) служат для образования в форме каналов, по которым жидкий металл подводится к полостям формы и питает отливку в процессе ее кристаллизации.

Рисунок 2.2 – Нормальная литниковая система: 1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатели.

Основные элементы литниковой системы: литниковая чаша (рис. 2.1 – 1), стояк (рис. 2.1 – 2), шлакоуловитель (рис. 2.1 – 3), питатели (рис. 2.1 – 4). Эти элементы могут быть в полном комплекте, а могут некоторые из них и отсутствовать. Вместо литниковой чаши иногда изготовляют литниковую воронку (мелкое литье, литье стали из стопорных ковшей и др.). Питатели при ручной формовке, как правило, прорезает формовщик. Питатель не должен быть слишком большим по длине. Металл в полость формы должен поступать непрерывно по касательной.

Стержневой ящик служит для изготовления стержней, устанавливаемых в форму для образования как внутренних полостей, так и наружных сложных поверхностей отливки. Размеры стержневого ящика (как и модели) выполняются с учетом усадки сплава [6] и последующей механической обработки отверстий (полостей).

Формовочный инструмент делится на инструмент для наполнения опок и стержневых ящиков формовочной или стержневой смесью (лопаты трамбовки, линейки) и инструмент для извлечения модели из полости формы и отделки поверхности формы или стержня (крючки, подъемники, гладилки ложечки, ланцеты, пульверизаторы и др.).

Опоки – металлические (реже деревянные) рамки, служащие для удержания формовочной смеси, образующей литейную форму как при ее изготовлении и транспортировке, так и при последующей заливке и охлаждении отливки.

В единичном и мелкосерийном производстве перед набивкой опоки все модели (или их части) раскладываются на подмодельной плите. В процессе отделки формы к каждой из моделей прорезают питатели, а затем все элементы моделей по отдельности вынимают из формы. Для снижения трудоемкости работы по созданию формы в серийном и массовом производстве используют плиты с прикрепленными к их поверхности моделями изделия и литниковой системы – модельные плиты.

Литейная разовая песчано-глинистая форма (рис. 2.3) в большинстве случаев состоит из двух полуформ: верхней 7 и нижней 9, которые получают уплотнением формовочной смеси вокруг соответствующих частей (верхней и нижней) деревянной или металлической модели в опоках 3 и 5 [1].

Модель будущей отливки имеет четко ограниченную плоскость разъема и знаковые части 10 под установку стержня 8.

В верхней полуформе 7 с помощью моделей литниковой системы 1 выполняется воронка (литниковая чаша), каналы стояка и шлакоуловителя, а в нижней полуформе 9 – каналы питателей. Литейный сплав из разливочного ковша через воронку поступает в полость формы 2 и дополнительные полости прибыли 6. Прибыли являются дополнительным резервуаром жидкого расплава, который необходим для питания отливки при усадке металла в процессе его кристаллизации. Прибыли, как правило, устанавливаются над массивными частями отливки.

Рисунок 2.3 – Литейная разовая песчано-глинистая форма: 1 – литниковая система; 2 – полость формы; 3 – нижняя опока; 4 – штырь; 5 – верхняя опока; 6 – прибыль; 7 – верхняя полуформа; 8 – стержень; 9 – нижняя полуформа; 10 – знаковая часть стержня.

После уплотнения смеси модели отливки, литниковой системы и прибылей извлекают из полуформ. Затем в нижнюю полуформу 9 устанавливают стержень 8 и накрывают верхней полуформой. Необходимая точность соединения полуформ обеспечивается фиксирующими штырями 4. Перед заливкой сплава во избежание поднятия верхней полуформы жидким расплавом опоки скрепляют друг с другом специальными скобами или на верхнюю опоку устанавливают груз.