Стрижнева суміш
Стрижневі суміші відповідають умовам технологічного процесу виготовлення ливарних стрижнів, які відчувають теплові та механічні дії. Вони повинні мати більш високі вогнетривкість, газопроникність, піддатливість, легко вибиватися із відливки.
Вогнетривкість – здатність суміші та форми чинити опір розтягуванню або розплавленню під дією температури розплавленого металу.
Газопроникність – здатність суміші пропускати через себе гази (пісок сприяє її підвищенню).
Залежно від способу виготовлення стрижнів суміші поділяють на суміші з отвердінням стрижнів тепловим сушінням у нагріваючому оснащенні, рідкі самотвердіючі суміші, рідкі холоднотвердіючі суміші на синтетичних смолах, рідкоскляні суміші, затвердіваючі під дією вуглекислого газу.
Приготування стрижневих сумішей здійснюється перемішуванням компонентів протягом 5–12 хвилин з наступним вистоюванням у бункерах.
У сучасному ливарному виробництві виготовлення сумішей здійснюється на автоматичних дільницях.
Модельний комплект
Модельний комплект – пристрої, що включають ливарну модель, моделі ливарної системи, стрижневі ящики, модельні плити, контрольні й складальні шаблони.
Ливарна модель – пристрій, за допомогою якого у ливарній формі отримують відбиток, відповідний конфігурації і розмірам відливки.
Застосовують моделі роз'ємні та нероз'ємні, дерев'яні, металеві та пластмасові.
Розміри моделі більші розмірів відливки на величину лінійної усадки сплаву.
Моделі дерев'яні (сосна, бук, ясен) краще виготовляти не з цілого шматка, а склеювати з окремих брусків з різним напрямком волокон для запобігання викривлення. Переваги: дешевизна, простота виготовлення, мала вага. Недолік: недовговічність. Для кращого видалення моделі із форми її фарбують: чавун – червоний, сталь – синій.
Металеві моделі характеризуються більшою довговічністю, точністю і чистою робочою поверхнею. Виготовляються з алюмінієвих сплавів – легкі, не окислюються, добре обробляються. Для зменшення маси моделі роблять порожнистими з ребрами жорсткості.
Моделі із пластмас стійкі до дії вологи при експлуатації і зберіганні, не піддаються викривленню, мають малу масу.
Стрижневий ящик – формоутворюючий виріб, що має робочу порожнину для отримання в ній ливарного стрижня потрібних розмірів і контурів з стрижневої суміші. Забезпечують рівномірне ущільнення суміші та швидке вилучення стрижня. Виготовляють з тих же матеріалів, що і моделі. Можуть бути роз'ємними і нероз'ємним (витряхними), а іноді з нагрівачами.
Виготовлення стрижнів може здійснюватися вручну і на спеціальних стрижневих машинах.
Модельні плити формують роз'єм ливарної форми, на них закріплюють частини моделі. Використовують для виготовлення опочних і безопочноих напівформ.
Для машинного формування застосовують координатні модельні плити і плити зі змінними вкладишами (металева рамка плюс металеві або дерев'яні вкладиші).
Виготовлення ливарних форм
Основними операціями виготовлення ливарних форм є ущільнення формувальної суміші для отримання точного відбитку моделі у формі і надання формі достатньої міцності, побудова вентиляційних каналів для виведення газів із порожнини форми, витягування моделі із форми, обробка та збирання форми. Форми виготовляються вручну, на формувальних машинах і на автоматичних лініях.
Ручна формовка застосовується для отримання однієї або кількох відливок в умовах дослідного виробництва, у ремонтному виробництві, для великих відливок масою 200–300 тонн. Прийоми ручного формування: в парних опоках по роз’ємній моделі; формовка шаблонами; формовка в кесонах. Формування шаблонами застосовується для отримання відливок, що мають конфігурацію тіл обертання у одиничному виробництві.
Шаблон – профільна дошка. Виготовлення форми для шлакової чаші показано на рис. 2.1.
Рисунок 2.1 – Шаблонна формовка
В ущільненій формувальній суміші обертанням шаблону 1, закріпленого на шпинделі 2 за допомогою сережки 3, оформляють зовнішню поверхню відливки (рис. 2.1 в.) і використовують її як модель для формування у опоці верхньої напівформи 6 (рис.2.1 г). Знімають сережку з шаблоном, плоскість роз'єму покривають розділовим шаром сухого кварцового піску, встановлюють моделі ливарної системи, опоку, засипають формувальну суміш і ущільнюють її. Потім знімають верхню полуформу. В підп'ятник 7 встановлюють шпиндель з шаблоном 4, яким оформляють нижню полуформу, стискаючи шар суміші, що дорівнює товщині стінки відливки (рис. 2.1 д). Знімають шаблон, видаляють шпиндель, обробляють болван і встановлюють верхню полуформу (рис. 2.1 е). У готову ливарну форму заливають розплавлений метал.
Порядок виконання роботи
1. Вивчити теоретичні відомості.
2. Розробити технологічний процес виготовлення відливки деталі, запропонованої викладачем, у одноразовій піщано-глинистій формі.
3. Описати порядок виготовлення ливарної форми.
Зміст звіту
1. Найменування роботи, мета й устаткування.
2. Основні положення теоретичних відомостей.
3. Описання технології виготовлення відливки.
Контрольні питання
Яким вимогам повинні відповідати формувальні суміши?
Чим відрізняються стрижневі суміши?
З чого складається модельний комплект?
Які операції складають технологію ручної формовки?
Література: [1, 2].
Лабораторна робота № 3
Тема. Виготовлення відливок у піщаних формах
Мета: ознайомитися з технологією виготовлення відливок у піщаних формах.
Устаткування: модельний комплект.
Короткі теоретичні відомості
Приготування розплаву. Приготування ливарних сплавів пов'язано з плавленням різних матеріалів. Для отримання заданого хімічного складу і певних властивостей у сплав у рідкому або твердому стані вводять спеціальні легуючі елементи: хром, нікель, марганець, титан та ін.
Для плавлення чавуну і сталі, як вихідні матеріали, застосовують ливарні або переробні доменні чавуни, чавунний і сталевий брухт, відходи власного виробництва, а також для зниження температури плавлення і утворення шлаків – флюси (вапняк). Чавуни, в основному, виплавляють у вагранках. Останнім часом розвивається плавка у електричних печах, а також дуплекс-процес, особливо, варіант вагранка – індукційна піч.
Плавку сталі ведуть у електродугових, індукційних і плазменно-індукційних печах.
Для плавлення кольорових металів використовують як первинні, отримані на металургійних заводах, так і вторинні, після переплавки кольорового брухту, метали і сплави, а також – флюси (хлористі і фтористі солі). Для плавлення застосовують індукційні печі промислової частоти, електричні печі опору. Плавку тугоплавких металів і сплавів ведуть у вакуумі або у середовищі захисних газів.
Збірка і заливка ливарної форми. Збірка ливарної форми включає: установку нижньої напівформи; установку стрижнів, стійке положення яких забезпечується стрижневими знаками; контроль відхилення розмірів основних порожнин форми; установку верхньої напівформи за центруючим штирями.
Заливка форм розплавленим металом здійснюється з ковшів чайнікового, барабанного та інших типів. Важливе значення має температура розплавленого металу. Доцільно призначати її на 100–150 оC вище температури плавлення: низька температура збільшує небезпеку незаповнення форми, захоплення повітря, погіршення живлення віливок; при високій температурі метал більш насичений газами, сильніше окислюється, можливий пригар на поверхні відливки.
Заливку ведуть безперервно до повного заповнення ливникової чаші.
Охолодження, вибивання та очищення відливок. Охолодження відливок до температури вибивання триває від декількох хвилин (для невеликих тонкостінних відливок) до кількох діб і тижнів (для великих товстостінних відливок). Для скорочення тривалості охолодження використовують методи примусового охолодження: обдувають повітрям, при формуванні укладають змійовики, за якими пропускають повітря або воду.
Вибивання відливки – процес видалення затверділої та охолодженої до певної температури відливки з ливарної форми, при цьому ливарна форма руйнується. Здійснюють на спеціальних вибивних установках. Форми виштовхуються із опоки виштовхувачем на віброжолоб, по якому направляються на вибивну решітку, де відливки звільняються від формувальної суміші. Вибивання стрижнів здійснюють вібраційно-пневматичними і гідравлічними пристроями.
Обрубування відливок – процес видалення з відливки литників, випорів і заливок за місцем сполучення напівформ. Здійснюється пневматичними зубилами, стрічковими і дисковими пилами, за допомогою газового різання і на пресах.
Після обрубування відливки зачищають, видаляючи дрібні заливи, залишки випорів і литників. Виконують зачистку маятниковими і стаціонарними шліфувальними кругами, пневматичними зубилами.
Очищення відливок – процес видалення пригара, залишків формувальної та стрижневої сумішей з зовнішніх і внутрішніх поверхонь відливок.
Здійснюється у галтувальних барабанах періодичної або безперервної дії (для дрібних відливок), у гідропіскоструминних і дробометних камерах, а також хімічною або електрохімічною обробкою.
Спеціальні способи лиття. У сучасному ливарному виробництві все ширше застосувують спеціальні способи лиття: в оболонкові форми, за моделями, що виплавляються, кокільне, під тиском, відцентрове та інші.
Ці способи дозволяють отримувати відливки підвищеної точності, з малою шорсткістю поверхні, мінімальними припусками на механічну обробку, а іноді повністю виключають її, що забезпечує високу продуктивність праці. Кожен спеціальний спосіб лиття має свої особливості, що визначають галузі застосування.
Лиття в оболонкові форми. Лиття в оболонкові форми – процес отримання відливок з розплавленого металу у формах, виготовлених за гарячою модельною оснасткою зі спеціальних піщано-смоляних сумішей.
Формувальну суміш готують із дрібного кварцевого піску з додаванням термореактивних зв'язуючих матеріалів. Технологічні операції формовки при литті в оболонкові форми представлені на рис. 3.1. Металеву модельну плиту 1 з моделлю нагрівають у печі до 200 – 250 °C. Потім плиту 1 закріплюють на перекидному бункері 2 з формувальною сумішшю 3 (рис. 3.1 а) і повертають на 180о (рис. 3.1 б).
Рисунок 3.1 – Технологічні операції формовки при литті в оболонкові форми
Формувальну суміш витримують на плиті 10–30 секунд. Під дією теплоти, що виходить від модельної плити, термореактивна смола у прикордонному шарі розплавляється, склеює піщинки і твердне з утворенням піщано-смоляної оболонки 4, товщиною 5–15 мм. Бункер повертається у вихідне положення (рис. 6.1 в), надлишки формувальної суміші осипаються з оболонки. Модельна плита з напівтвердою оболонкою 4 знімається з бункера і прожарюється у печі при температурі 300–350 oC, при цьому смола переходить у твердий необоротний стан. Тверда оболонка знімається з моделі за допомогою виштовхувачів 5 (ріс. 3.1 г). Таким же чином отримують другу полуформу. Для отримання форми склеюють напівформи або з'єднують іншими способами (за допомогою скоб).
Зібрані форми невеликих розмірів з горизонтальною площиною роз'єму укладають на шар піску. Форми з вертикальною площиною роз'єму 6 і великі форми для запобігання від викривлення і передчасного руйнування встановлюють у контейнери 7 і засипають чавунним дробом 8 (ріс. 3.1 д).
Лиття в оболонкові форми забезпечує високу геометричну точність відливок, малу шорсткість поверхонь, знижує витрати формувальних матеріалів (висока міцність оболонок дозволяє виготовляти форми тонкостінними) і обсяг механічної обробки, є високопродуктивним процесом. В оболонкових формах виготовляють відливки масою 0,2–100 кг з товщиною стінки 3–15 мм з усіх ливарних сплавів для приладів, автомобілів, металорізальних верстатів.
Порядок виконання роботи
1. Вивчити теоретичні відомості.
2. Розробити процес виготовлення відливки деталі, запропонованої викладачем, методом ручного формування.
Зміст звіту
1. Найменування роботи, мета й устаткування.
2. Основні положення теоретичних відомостей.
3. Описання процесу виготовлення відливки методом ручного формування.
Контрольні питання
З яких операцій складається технологія виготовлення відливок?
Які види спеціального лиття застосовуються у машинобудуванні?
З чого складається модельний комплект?
Література: [1, 2].
Лабораторна робота № 4
Тема. Виготовлення відливок відцентровим литтям
Мета: ознайомитися з технологією відцентрового лиття.
Устаткування: модельний комплект.
Короткі теоретичні відомості
При відцентровому литті сплав заливається у обертові форми. Формування відливок здійснюється під дією відцентрових сил, що забезпечує високу щільність і механічні властивості відливок. Відцентровим литтям виготовляють відливки у металевих, піщаних, оболонкових формах і формах для лиття за моделями, що виплавляються, на відцентрових машинах з горизонтальною і вертикальною віссю обертання. Металеві форми виливниці виготовляють з чавуну і сталі. Товщина виливниці в 1,5–2 рази більша товщини відливки. У процесі лиття виливниці зовні охолоджують водою або повітрям. На робочу поверхню виливниці наносять теплозахисні покриття для збільшення терміну їх служби. Перед роботою виливниці нагрівають до 200 oC. Схеми процесів виготовлення відливок відцентровим литтям представлені на рис. 4.1.
При отриманні відливок на машинах з обертанням форми навколо вертикальної осі (рис. 4.1 а) метал із ковша 4 заливають у обертову форму 2, укріплену на шпинделі 1, який обертається від електродвигуна. Під дією відцентрових сил метал притискається до бічної стінки виливниці. Ливарна форма обертається до повного затвердіння відливки. Після зупинки форми відливка 3 витягується.
.
Рисунок 4.1 – Схеми процесів виготовлення відливок відцентровим литтям
Відливки мають різностінність за висотою – більш товстий перетин у нижній частині. Застосовують для одержання відливок невеликої висоти – коротких втулок, кілець, фланців. При отриманні відливок типу тіл обертання великої довжини (труби, втулки) на машинах з горизонтальною віссю обертання (рис. 4.1 б) виливницю 2 встановлюють на опорні ролики 7 і закривають кожухом 6. Виливниці приводяться у рух електродвигуном 1. Розплавлений метал із ковша 4 заливають через жолоб 3, який у процесі заливки металу переміщується, що забезпечує отримання рівностінної відливки 5. Для утворення розтруба труби використовують піщаний або оболонковий стрижень 8. Після затвердіння металу готову відливку витягують спеціальним пристроєм. Швидкість обертання форми залежить від діаметра відливки і щільності сплаву.
Відцентровим литтям виготовляють відливки із чавуну, сталі, сплавів титану, алюмінію, магнію і цинку (труби, втулки, кільця, підшипники ковзання, бандажі залізничних і трамвайних вагонів).
Маса відливок від кількох кілограмів до 45 тонн. Товщина стінок від декількох міліметрів до 350 мм. Відцентровим литтям можна отримати тонкостінні відливки із сплавів з низькою текучістю, що неможливо зробити при інших способах лиття. Недолік: наявність усадкової пористості, лікватів і неметалевих включень на внутрішніх поверхнях; можливість появи дефектів у вигляді повздовжніх і поперечних тріщин, газових міхурів. Переваги – отримання внутрішніх порожнин трубних заготовок без застосування стрижнів, економія сплаву за рахунок відсутності ливарної системи, можливість отримання двошарових заготовок, що виходять почерговою заливкою у форму різних сплавів (сталь – чавун, чавун – бронза).
Використовують автоматичні і багатопозиційні карусельні машини з керуванням від ЕОМ.
Порядок виконання роботи
1. Вивчити теоретичні відомості.
2. Розробити процес виготовлення відливки, запропонованої викладачем, методом відцентрового лиття.
Зміст звіту
1. Найменування роботи, мета й устаткування.
2. Основні положення теоретичних відомостей.
3. Описання технології виготовлення відливки відцентровим литтям.
Контрольні питання
Описати технологію виготовлення відливок відцентровим литтям.
Які переваги та недоліки характерні для відцентрового лиття?
Література: [1, 2].
Лабораторна робота № 5
Тема. Вибір матеріалів для виготовлення відливок та методи контролю їх якості
Мета: ознайомитися з ливарними матеріалами та методами контролю якості відливок.
Устаткування: модельні комплекти.
Короткі теоретичні відомості
Ливарні сталі
Ливарними сталями є вуглецеві та леговані сталі – 15Л, 12Х18Н9ТЛ, 30ХГСЛ, 10Х13Л, 110Г13Л. Ливарні сталі мають знижену рідкоплинність, високу усадку (до 2,5 %), схильні до утворення тріщин. Сталеві відливки виготовляють у піщаних і оболонкових формах, литтям за моделями, що виплавляються, відцентровим литтям.
Для попередження усадкових раковин і пористості у відливках на масивні частини встановлюють прибуток, а у теплових вузлах використовують зовнішні або внутрішні холодильники. Для попередження тріщин форми виготовляють із податливих формувальних сумішей, у відливках передбачають технологічні ребра. Подачу розплавленого металу для дрібних і середніх відливок виконують за роз'ємом або зверху, а для масивних – сифоном. У зв'язку з низькою рідкоплинністю площа перетину живильників в 1,5–2 рази більша, ніж при литті чавуну.
Для отримання високих механічних властивостей сталеві відливки піддають відпалу, нормалізації та іншим видам термічної обробки.