1.7.4. Визначення маси ливникової системи

Визначається маса ливникової системи за формулою:

G_л.с. = (F_ж*n*l_ж+F_шл*n*l_шл+F_ст*H_ст+V_вор)ρ,

де: F_ж, F_шл, F_ст - площа перерізу живильника, шлаковловлювача, стояка, см²;

n - кількість живильників, (шлаковловлювачів), шт.;

l_ж, l_шл - довжина живильника, шлаковловлювача, см;

V_вор - об'єм воронки, см³

ρ - густина твердого сплаву, г/см³

ТЕМА: Загальні відомості про виготовлення стержнів.

МЕТА:

• дидактична вивчити технологічний процес і придбати навички виготовлення стрижнів вручну, способи вентиляції, конструкцію каркасів

• виховна розвивати інтерес до майбутньої професії, прививати культуру технічного мовлення і мислення.

1. Виготовлення стержнів ручним способом.

2. Виготовлення стержнів на машинах.

3. Організація процесів виготовлення стержнів на машинах.

Література:

• Емельянова А. П. Технология литейной формы. - М.: Машиностроение, 1986. 224 с.

• Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. - М: Машиностроение. 1985. 400 с.

• Могилев В. К., Лев О. И. Справочник литейщика. - М.: Машиностроение. 1988. 272 с.

Класифікація стержнів. Стержні підрозділяють на разові і багаторазові. Разові стержні виготовляють зі стержневих сумішей і використовують для одержання тільки однієї відливки. Багаторазові стержні виготовляють з чавуна або сталі; застосовують найчастіше разом з металевими формами при виготовленні відливок спеціальними способами литва.

У залежності від призначення стержні прийнято поділяти на внутрішні, і зовнішні, ливникові, підкладкові і допоміжні.

Внутрішні стержні використовують для утворення у відливках внутрішніх порожнин і отворів. Такі стержні нерідко називають центровими.

Зовнішні стержні застосовують для одержання на зовнішній поверхні відливок різних западин, бобишок, припливів, ребер і т.п. Використання таких стержнів часто дозволяє спростити конструкцію моделей відливки, прискорити і полегшити процес виготовлення форм.

Ливникові стержні використовують для утворення у формі окремих елементів ливникових систем: чаші, стояка, живильників і ін.

Підкладкові стержні застосовують для зміцнення окремих місць ливарної форми, які піддаються підвищеним навантаженням, наприклад з боку стержнів або розплаву, який заливається.

Допоміжні стержні застосовують для закладення каркасів і вихідних отворів вентиляційних каналів в основних стержнях, для утворення легковіддільних додатків і т.д..

По конструкції стержні поділяють на нероз'ємні, збірні, полегшені й оболонкові.

Нероз'ємні стержні виготовляють цілком в одному стержневому ящику.

Збірні стержні одержують з декількох самостійно виготовлених частин (стержнів). Їх поєднують в один збірний стриженьсклеюванням, заливанням рідкого сплаву в спеціальні отвори частин, що з'єднуються, скріпленням болтами, шпильками, стяжками й іншими способами.

Полегшені стержні мають відкриті або закриті внутрішні порожнини, що знижує їхню масу і зменшує витрату стержневої суміші. Закриті порожнини таких стержнів звичайно заповнюють різними матеріалами, які мають невелику об'ємну масу і гарну газопроникність (керамзит, шлак і т.п. ).

Оболонкові стержні - пустотілі, тонкостінні; їх виготовляють з хімічно твердіючих сумішей, затверджуваних найчастіше в оснащенні, яке нагрівається. Товщина стінок оболонкових стержнів звичайно не перевищує 6-10 мм.

У залежності від використовуваного методу зміцнення і складу стержневої суміші стержні, як і форми, бувають сирими, сухими, підсушеними, які хімічно твердіють, керамічними і т. д.

По масі всі стержні поділяють на кілька груп: дрібні (до 6 і 6-16 кг), середні (16-40 і 40-100 кг), крупні (100-250 і 250-600 кг).

У залежності від складності конфігурації, маси і призначення розрізняють п'ять класів стержнів (мал. 4).

До першого класу (мал. 4, а) відносять дрібні стержні найбільш складної конфігурації з тонкими перетинами, які мають велику площу зіткнення з розплавом, який заливається, і знаки невеликого розміру. Такі стержні призначені для утворення у відповідальних відливках необроблюваних внутрішніх порожнин, важкодоступних для очищення. До стержнів першого класу висувають підвищені вимоги по міцності, вогнестійкості, газопроникності, газоутворення і вибиваємості.

До другого класу (мал. 4, б) відносять складні і середньої складності дрібні і середні стержні, які мають поряд з компактною масивною частиною тонкі виступи, ребра, перемички й утворюючі у відповідальних відливках необроблювані частково або оброблювані внутрішні порожнини. Такі стержні повинні мати підвищену міцність.

Третій клас (мал. 4, в) включає зовнішні і внутрішні стержні середньої складності, які утворять відповідальні необроблювані поверхні відливок.

До четвертого класу (мал. 4, г) відносять зовнішні і внутрішні стержні середньої і малої складності, які мають знакові частини щодо великого перетину й утворюючі у відливках оброблювані і необроблювані поверхні.

П'ятий клас (мал. 4, д) включає великі масивні стержні, які утворять зовнішні або внутрішні поверхні відливок. Для зменшення маси і поліпшення піддатливості стержні п'ятого класу часто роблять полегшеними.

До стержнів пред'являють більш високі вимоги, чим до ливарних форм, тому що в процесі заливання розплаву, затвердіння й охолодження відливки вони, як правило, у значно більшому ступені оточені рідким металом і піддаються з його боку більш інтенсивному фізико-хімічному і механічному впливам. Ці вимоги різноманітні і зводяться в основному до досить високої міцності, високої термостійкості, мінімальної сипучості, підвищеної газопроникності, мінімального газоутворення, вологості і гігроскопічності, достатньої протипригарності, гарної піддатливості і вибиваємості.

Зазначені властивості стержнів досягаються ретельним підбором вихідних формувальних матеріалів і складів стержневих сумішей, а також правильним вибором технологічного процесу виготовлення стержнів.

Для поліпшення тих чи інших властивостей стержнів можуть використовуватися різні методи. Підвищення міцності і газопроникності стержнів, зменшення їхньої вологості і газоутворення можуть бути досягнуті сушінням. Для підвищення термостійкості, запобігання сипучості і забезпечення противопригарності застосовують фарбування стержнів протипригарними покриттями. Поліпшення піддатливості і вибиваємості стержнів досягається введенням у склади стержневих сумішей спеціальних добавок.

Конструктивні особливості стержнів.

По конструктивному виконанню стержні крім основної частини, яка оформляє поверхню відливки, мають опорні знакові частини (знаки), які безпосередньо стикаються з ливарною формою. У залежності від положення стержня у формі стержневі знаки підрозділяють на горизонтальні і вертикальні.

Для полегшення установки стержнів при зборці форм горизонтальні знаки роблять циліндричними або трапецієподібними (мал. 5, а), а вертикальні –конічними (мал. 5,6) або пірамідальними з кутом нахилу 5-10° для нижніх і 6-15 для верхніх знаків. При цьому верхній знак у порівнянні з нижнім має не тільки більший ухил, але і меншу висоту. Знаки повинні бути таких розмірів, щоб запобігти знімання поверхні знакових частин форм під впливом маси стержня і навантажень, які виникають при заливанні рідкого металу. Розміри стержневих знаків стандартизовані, їх визначають у залежності від габаритних розмірів стержня. Для полегшення установки стержнів у форму між поверхнями їхніх знакових частин передбачають необхідні зазори S (мал. 5,а, б). Краї знакових частин форм для запобігання їх від руйнування рекомендується округляти, а у випадку використання сирих форм при горизонтальних знаках робити протиобжимний пасок (мал. 6,а).

Для збору часток суміші, яка утворяться внаслідок тертя знакових частин форми і стержня при їхній зборці, у нижній знаковій частині форми рекомендується виконувати канавку (мал. 6,б), а для запобігання влучення рідкого металу у вентиляційні канали стержнів у сирих форм у верхній знаковій частині варто виконувати обтискне кільце (мал. 6,б) або у випадку горизонтального знаку –обтискне півкільце (мал. 6, а).

Для забезпечення строго завданого положення стержня у формі застосовують стержневі знаки з фіксаторами. Приклади фіксаторів, які запобігають зсув стержнів показані на мал. 7.

Зазори між поверхнями знакових частин форм і стержнів, радіуси округлення країв, розміри канавок протиобжимних пасків, обтискних кілець і півкілець, а також основні розміри фіксаторів стандартизований; їхній вибір здійснюється виходячи з розмірів стержневих знаків.

До елементів конструкції стержнів також відносять каркаси, вентиляційні канали і холодильники. Стержневі каркаси являють собою спеціальні металеві пристосування (мал. 8). Вони бувають литими (звичайно у виді рамок), дротовими, звареними, трубчастими і комбінованими.

Литі каркаси виготовляють з чавуна, дротові з низьковуглецевого сталевого дроту діаметр 3-8 мм. Зварені каркаси виготовляють зі сталевого чи прутка куточка, з водопровідних сталевих труб. Застосування каркасів (мал. 9) підвищує міцність і твердість стержнів, полегшує їхнє транспортування й установку у форми, особливо при використанні середніх і великих стержнів.

При зіткненні з рідким металом, що заливається, стержні, особливо внутрішні, швидко нагріваються до високих температур, що приводить до термічного розкладання низькотермостійких компонентів стержневої суміші, що супроводжує виділенням великої кількості газів.

Для виводу цих газів з метою захисту від них відливки в стержнях роблять вентиляційні канали (див. мал. 2). Ці канали виконують різними способами, наприклад накалюванням вентиляційними голками, прокладкою воскових ґнотів, які виплавляються, або порожніх капронових шнурів і т.д.

Для прискореного затвердіння окремих частин відливки у стержнях при необхідності встановлюють холодильники (мал. 10) у виді брусків або пластин з чавуна, сталі чи графіту, які заформовують у стержні (або форми) при їхньому виготовленні. Для запобігання приварювання зовнішніх холодильників до відливки їх фарбують протипригарними покриттями. Найбільш часто холодильники використовують для забезпечення прискореного затвердіння масивних місць відливок, для попередження утворення в них усадочних раковин.

ТЕМА: Загальні відомості про збирання та заливання ливарних форм та вибивку литва.

МЕТА:

• дидактична ознайомитись з операціями технологічного процесу збирання форм та їх заливання, вибивки відливок

• виховна розвивати інтерес до майбутньої професії, прививати культуру технічного мовлення і мислення.

1. Збирання та кріплення ливарних форм.

2. Сушіння форм i стержнів.

3. Заливання форм розплавом.

4. Ковші для заливання форм, конструкція, вимоги, застосування.

5. Взаємодія форми з розплавом.

6. Газовий режим у формах.

7. Теплова та фiзико-хiмiчна взаємодія розплаву i форми.

8. Кристалізація сплавів, фактори, які впливають на процес.

9. Охолодження та вибивка литва.

10. Поняття про охолодження відливок.

11. Обладнання для вибивки литва.

Література:

1. Емельянова А. П. Технология литейной формы. - М.: Машиностроение, 1986. 224 с.

2. Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. - М: Машиностроение. 1985. 400 с.

3. Могилев В. К., Лев О. И. Справочник литейщика. - М.: Машиностроение. 1988. 272 с.

Обробка, зборка і підготовка форми до заливання розплавом включає наступні операції:

• вилучення з верхньої напівформи моделей стояка і випора (чи прибутку);

• вирізання ливникової чаші або лійки (при виготовленні середніх і великих по розмірі форм чаші в них не вирізують);

• рознімання половин форми. Кантування верхньої напівформи й установка її розніманням нагору;

• видалення щіткою чи повітряним струменем розділового піску з площини рознімання обох напівформ;

• контроль щільності набивання верхньої напівформи з боку площини рознімання твердоміром;

• эаглажування площини рознімання форми гладилкою;

• вилучення моделей живильників з нижньої напівформи;

• змочування водою формувальної суміші поблизу моделей у верхній і нижній напівформах;

• угвинчування (чи убивання) підйому в середню частину моделі в нижній напівформі,

• розштовхування моделі в порожнині напівформи ударами молотка по підйому;

• вилучення моделі виливка строго вертикально нагору (часто цю операцію виконують при легких ударах, що розштовхують, молотком по підйому в момент вилученняу моделі);

• вилучення моделей виливка і шлакоуловлювача з верхньої напівформи;

• обробка переходів між каналами ливникової системи. У тому випадку, якщо при формуванні не використовувалися моделі живильників і шлакоуловлювача, то відповідні канали з боку площини рознімання напівформ вирізують вручну. Живильники виконують у нижній напівформі, а шлакоуловлювач – у верхній напівформі;

• зміцнення слабких місць форми (виступи, переходи, кути, а також поверхня форми перед живильниками) шпильками довжиною 75—120 мм через кожні 25—40 мм;

• виправлення ушкоджених при вилученняу моделі поверхонь верхньої і нижньої половин форми. Продувка напівформи слабким струменем стиснутого повітря;

• покриття поверхонь напівформ припилом (сріблистий графіт, тальк, пилоподібний кварц) чи протипригарною фарбою;

• установка в нижню напівформу одного чи декількох стрижнів (якщо це передбачено технологією);

• зборка половин форми по штирях. Скріплення верхньої і нижньої напівформ скобами чи установка па форму вантажу, який не повинний перекривати чашу і канал стояка чи прибутку.

Після цього форма вважається підготовленою до заливання в неї розплаву.

Обробка форми. Операція обробки форми характерна для ручного формування, коли, користуючись гладилками, гачком, ланцетом і іншими інструментами, роблять виправлення ушкоджених ділянок порожнини форми, зміцнюють виступаючі її частини шпильками і цвяхами. При машинному формуванні обробка форм дрібних по розміру, як правило, не застосовується.

Обробка включає покриття робочої порожнини сирої форми вогнетривкими порошками - припилами (графіт, пилоподібний кварц, тальк) і протипригарними фарбами, що застосовуються при одержанні середніх і великих виливків у сухих, підсушених і хімічно затвердівших формах. Густі фарби наносять пензликами, а більш рідкі — пульверизатором.

Зміцнення форми. Сира форма в стані витримати (тиск розплаву не перевищує 0,25 кгс/см²) відповідає умовам одержання виливка масою до 3000 кг. Тому при одержанні більш важких і відповідальних виливків форми піддають додатковому зміцненню, що здійснюється сушінням, підсушуванням або хімічним твердінням.

Сушіння форм. Довгий час основним методом зміцнення форм і стрижнів було сушіння, що здійснювалася в спеціальних печах-сушилах. З огляду на велику тривалість сушіння (вона складала з урахуванням розмірів форм 6—48 годин) і циклу одержання виливків, загазованість цеху і нераціональне використання його площі при використанні сушил, а також інші недоліки, у даний час її заміняють підсушуванням і хімічним твердінням.

Підсушування форм. Цей метод зміцнення характерний зміцненням не всього піщано-глинистого об’єму форми (як при сушінні), а лише шару її робочої поверхні, товщина якого коливається в широких межах: від 2—3 мм (при підсушуванні або підпалюванні фарби газовими пальниками) до 20—50 мм (при підсушуванні спеціальними газовими чи електричними установками).

Підсушування найбільш широко застосовується при виробництві виливків з великими площинами (станини металорізальних верстатів, контрольні плити і т.п.) масою 1—8 т.

З урахуванням застосування спеціальних сумішей, що містять швидкотвердіючі кріпильники КТ, СП і СБ. Тривалість підсушування звичайно складає 20—150 хв. Зібрані під заливання дрібні форми можуть простоювати до 6 год., середні – до 8 год., а крупні – до 12 год. Більш тривала витримка приведе до відсиріння і відшарування підсушеного шару форми, що може привести до появи у виливках дефектів (ужимин, пригару, газових раковин і ін.). Технологія одержання виливків у формах, що підсушуються, вигідно відрізняється від технології лиття в сухі форми, тому що скорочує цикл зміцнення форм, знижує витрату палива, збільшує продуктивність формувальних дільниць, знижує дефекти і брак виливків, заощаджує підсобні матеріали (шпильки, дріт і т.д.).

Хімічне зміцнення фори при обробці вуглекислим газом. Особливі переваги цього методу лиття, який названий СО₂ – процесом, засновані на використанні піщано-глинистих, які містять рідке скло, сумішей які здатні швидко (протягом 1—5 хв) затвердіти при обробці-продувці вуглекислим газом, додавати формам високу міцність, що дозволяє одержувати високоякісні виливки із сірого чавуна, сталі і кольорових сплавів масою до 170 т. Продувка робочого шару форми (його товщина звичайно складає 5—50 мм) вуглекислим газом здійснюється декількома способами: через канали —наколи на робочій поверхні, утворені душником, через порожню модель і передбачені в її стінках отвори; шляхом уведення вуглекислого газу під зонт

Перевагами такого методу хімічного зміцнення форм є: скорочення циклу виготовлення виливків за рахунок усунення тривалого процесу сушіння; вивільнення виробничих площ, займаних сушилами, підвищення точності виливків, тому що в процесі хімічного зміцнення не відбувається деформування робочої поверхні форми (що має місце під час сушіння форми).

Хімічне зміцнення форми без обробки вуглекислим газом. Особливі переваги лиття в так називані форми, що самотвердіють, полягають у відсутності додаткового методу зміцнення форми і необхідності мати які-небудь спеціальні пристосування. Процес заснований на використанні спеціальних формувальних сумішей, що містять рідке стекло і прискорювач його твердіння – каталізатор, у якості якого звичайно використовується шлак ферохромового виробництва. У залежності від стану суміші, що самотвердіє, підрозділяються на пластичні (ПСС) і рідкі (РСС). Підвищена рухливість останніх досягається введенням у їхній склад піноутворюючих добавок (контакт Петрова, ДС-РАС і ін. Відсутність необхідності в спеціальному методі зміцнення форми дозволяє організувати швидкісні методи лиття.

Зборка і підготовка форм до заливання. Процес виготовлення форм закінчується їхньою зборкою, коли верхня напівформа за допомогою мостового, консольного крана чи пневматичного підйомника накладається на нижню. Під зборкою розуміється ряд послідовних технологічних операцій, що забезпечують одержання готових до заливання розплавом форм. До їхнього числа відносяться: установка і кріплення стрижнів; звільнення форми від сміття, пилу й інших сторонніх включень; контроль товщини стінок одержуваного виливка і точності установки стрижнів; створення умов для запобігання затікання розплаву у вентиляційну систему і витікання його з форми по розніманню; накладення верхньої напівформи на нижню; установка ливникових і випорних чаш; скріплення напiвформ.

Правильна установка і кріплення стрижнів забезпечують одержання виливків заданої конфігурації і точності; при виконанні цієї операції потрібно дотримувати наступні правила: не допускати ручного підпилювання знаків стрижнів. Якщо знак стрижня не входить у гніздо форми, значить стрижневий ящик зношений і його треба виправити; для утримання дрібних стрижнів у потрібному положенні кріпити їх у формі дротом чи цвяхами; стрижні великої довжини чи масивні стрижні встановлювати на додаткові металеві опори –жеребейки.

При установці у форму великого числа стрижнів рекомендується попередньо збирати їх у комплекти, щоб прискорити і спростити процес зборки форми. При виливку блоку циліндрів автомобільного двигуна комплект із 37 стрижнів збирають на столі, а потім за допомогою спеціального кондуктора встановлюють у знак нижньої напівформи. Така організація праці дозволяє випускати дуже складні виливки на ливарному конвеєрі. При установці стрижнів у форму необхідно стежити за тим, щоб був забезпечений гарний вихід газів зі стрижнів, а розплав не міг залити вентиляційні канали стрижня. Перша умова забезпечується пристроєм штучних вентиляційних каналів шомполом у знаковій частині форми перед установкою в неї стрижня. Щоб розплав не міг потрапити під знаки дрібних стрижнів, у сирих формах роблять підрізування При установці великих стрижнів з цією метою в знаковій частині сухої чи хімічно затверділої форми укладають шнур напіврідкої глини, що при натисненні стрижнем заповнює зазор між стінками форми і знаками стрижнів.

Правильність установки стрижнів у формі контролюють плоскими шаблонами, а звільняють порожнину форми при її підготовці до заливання від сміття і пилу за допомогою пилососів. Товщину верхньої горизонтальної стінки одержуваного виливка визначають шляхом установки в контрольованих місцях шматочків пластичної глини. При натисненні верхньою напівформою (при її накритті на нижню) глина стискується до товщини просвіту між верхньою і нижньою половинами форми. Після розкриття форми визначають товщину стінки виливка, виміривши висоту цих шматочків. Контроль можливості витікання розплаву з форми під час заливання здійснюється при зборці сухих і хімічно твердіють форм. Для цього на поверхні рознімання укладається тістоподібна глина у виді шнура товщиною 5—15 мм (у залежності від розміру опок), накривають смужками папера. Якщо при накладенні верхньої напівформи шнур глини буде здавлений на всьому протязі (контроль ведеться повторним накладенням верхньої напівформи на нижню), то це вкаже на відсутність зазору між напівформами, а отже, неможливість витікання розплаву при заливанні форми. Накладають верхню напівформу на нижню вручну чи спеціальними вантажопідйомними механізмами, що обов'язково робиться за допомогою направляючих штирів, які виключають їхній перекіс. Цю операцію необхідно виконувати обережно, уникаючи ударів і поштовхів, що можуть викликати обвали окремих частин форми. При опусканні верхньої напівформи на нижню необхідно стежити за тим, щоб вона займала строго горизонтальне положення.

Установка на готову під заливання форму ливникових (випорних) чаш, що доставляються на ділянку зборки зі стрижневого відділення, дозволяє створити більший напір розплаву, що заливається у форму, і, таким чином, підвищити щільність металу виливків. Ливникові чаші повинні встановлюватися при строгому збігу отворів стояка чи випора з отворами в чашах.

Для підвищення щільності окремих частин виливків застосовується вертикальне заливання форм. Збирають такі форми в горизонтальному положенні, як і форми з горизонтальним заливанням.

Після установки і зміцнення стрижнів виробляється прокладка глини, якою також ізолюються ливниковий і випорний канали, розташовані в площині рознімання форми в момент зборки горизонтально. По закінченні спарювання і кріплення напівформ форма кантується на 90° ливниковими каналами нагору і на неї встановлюють нарощені ливникові і випорні чаші.

Скріплення напівформ перед заливанням роблять накладенням вантажу, скобами й іншими способами. В умовах конвеєрного ливарного виробництва ця операція механізована. Підвішені на ланцюговому конвеєрі вантажі автоматично опускаються на готові під заливання форми, установлені на візки напольного ливарного конвеєра

У якості одного з останніх досягнень технології ливарного виробництва слід зазначити впровадження у виробництво маніпуляторів-механізмів для зборки форм, що знайшли застосування в умовах потокового комплексу механізованого й автоматизованого виробництва виливків. Характерною рисою такого виробництва є використання сучасної ливарної технології, а також висока організація праці при широкому використанні транспортного устаткування і вантажопідйомних засобів безупинної і періодичної дії: напільних ливарних конвеєрів, підвісних ланцюгових конвеєрів, вертикально замкнутих заливальних конвеєрів, стрічкових транспортерів, електричних тельферів, пневматичних підйомників, рольгангів і ін.