2.2 Формовочные и стержневые смеси
Состав формовочных и стержневых смесей может варьироваться в зависимости от рода сплава, массы и толщины стенки, конфигурации отливки, предъявляемых к ней требований по качеству, характера производства.
В качестве формовочных смесей для изготовления формы используют первичные (исходные) материалы (кварцевый песок и глина) и вспомогательные (связующие, молотый уголь, древесные опилки, торф, графит и др.). Их смешивают в определенной пропорции и при каждом повторном использовании освежают. Прочность таких смесей относительно невысока, поскольку под влиянием многократной термо-механической нагрузки зерна песка растрескиваются, а глина теряет связующие свойства. Повысить прочность формовочной смеси и одновременно сократить ее расход можно за счет использования специальных материалов (синтетические смолы) [1].
Стержневые смеси в процессе заливки формы испытывают большие термические и механические воздействия металла по сравнению с формовочными, поэтому они должны удовлетворять более жестким требованиям по качеству изготовления и свойствам. Их также готовят из первичных материалов, однако для скрепления зерен используют специальные крепители (связующие) из органических и неорганических материалов (канифоль, жидкое стекло, декстрин и др.) [2]. Готовые стержни сушат в специальных печах для увеличения их прочности, газопроницаемости и уменьшения газотворной способности. Перед установкой в форму стержни окрашивают красками из огнеупорных материалов (графита, пылевидного кварца), что необходимо для повышения чистоты поверхности отливки [4].
В современном производстве используются также жидкие самотвердеющие смеси (ЖСC) и песчаные самотвердеющие смеси (ПОС). Через 30 – 50 мин после заполнения стержневого ящика или опоки такие смеси затвердевают без тепловой сушки.
Для обеспечения необходимого качества отливки формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, т.е. воспринимать отпечаток модели; прочностью – выдерживать динамические и статистические воздействия жидкого металла; газопроницаемостью – способностью пропускать через себя газы; огнеупорностью – не плавиться и не спекаться под действием залитого в форму жидкого металла; долговечностью – сохранять рабочие свойства после заливки; непригораемостью, т.е. должно отсутствовать сцепление формовочного материала с поверхностью отливки; податливостью – способностью формы и стержней уменьшаться в объеме под действием усадки остывающей отливки.
2.3 Технологический процесс получения отливки
Весь цикл изготовления отливки [3] состоит из ряда основных и вспомогательных операций, осуществляемых как параллельно, так и последовательно в различных отделениях литейного цеха. Модели, стержневые ящики и другую оснастку изготовляют, как правило, в модельных цехах.
Последовательность технологического процесса получения отливок в разовой песчано-глинистой форме можно представить следующим образом (рис. 2.4) [1].
Рисунок 2.4 – Технологический процесс получения отливок в разовой песчано-глинистой форме
При конструировании литой детали и модельно-стержневой оснастки необходимо обеспечивать максимальную их технологичность.
Под технологичностью подразумевают такую конструкцию литой детали и модельно-стержневой оснастки, которые при минимальной себестоимости и затратах материалов и при заданном качестве обеспечивают максимальные удобства в процессе ее отливки, последующей обработки (назначение припусков регламентируется согласно ГОСТ 26645-85 [7]) и эксплуатации. Обязательное условие технологичности литой детали – простота конструкции с использованием для ее изготовления минимального количества стержней.
Процесс изготовления формы – формовка – это наиболее трудоемкая операция изготовления отливки. Средняя трудоемкость формовочных работ составляет 30 – 60% общей трудоемкости изготовления отливок.
В качестве исходных материалов для получения жидкого чугуна и стали применяют чушковые литейные и передельные чугуны, чугунный и стальной лом, собственные отходы производства (литники, брак), брикетированную стружку, ферросплавы, топливо и флюсы (известняк).
В качестве плавильного оборудования применяют: вагранки, тигельные индукционные печи промышленной частоты, канальные индукционные печи, дуговые электропечи.
Формы заливают с помощью ковшей на формовочной площадке или на непрерывно движущихся конвейерах.
Полностью затвердевшая отливка должна определенное время охлаждаться с формой, так как прочность металла при высоких температурах мала.
Процесс выбивки отливок заключается в том, что затвердевшие и охладившиеся до заданной температуры отливки извлекают из формы. Для этого используют механические, эскцентриковые и инерционные решетки. Затем форму разрушают, из отливки удаляют стержни и отделяют литники и прибыли.
На заключительной стадии наружные и внутренние поверхности отливки очищают от пригоревшей смеси.
Контроль качества отливки производят, начиная с момента ее выбивки из формы. К основным дефектам, встречающимся у отливок, относят: газовые и усадочные раковины, шлаковые и песчаные раковины, спаи, превышение массы, повышенная твердость и шероховатость поверхности, холодные и горячие трещины, перекосы, разностенность. Для успешного устранения брака необходимо знать причины его возникновения и способы предупреждения возникновения дефектов.