Тема 1.8. Оборудование для специальных видов литья.

План:

1. Разновидности, преимущества и область применения специальных методов литья

2. Литье в оболочковые формы.

3. Литье по выплавляемым и выжигаемым моделям.

4. Литье в металлические кокили.

5. Литье под давлением

6. Центробежный метод литья.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите специальные методы литья и укажите область применения каждого из них,

2. Укажите преимущества специальных методов получения отливок по сравнению с литьем в разовые песчано-глинистые формы.

3. Укажите характерные особенности различных специальных методов литья, оказывающих влияние на качество и себестоимость отливок.

Тема 1.8. Оборудование для специальных видов литья

1.8.1. Разновидности, преимущества и область применения специальных методов литья

Развитие литейного производства в нашей стране осуществляет­ся гармонично. Это значит, что одновременно с непрерывным рос­том выпуска отливок огромное внимание уделяется повышению их качества: механических и эксплуатационных свойств, точности и качества поверхности. Благодаря повышению требований к маши­нам в последние годы заметно изменился характер производимых отливок. Вместо простых по конфигурации, тяжелых, отличающих­ся большой толщиной стенок заготовок производятся сложные тон­костенные и более легкие литые конструкции, повышенную проч­ность которых обеспечивает коробчатая форма, наличие ребер жесткости и другие конструктивные элементы. Повышение точно­сти и качества поверхности отливок в современных условиях до­стигается совершенствованием технологических процессов литья в разовые песчано-глинистые формы, а также развитием спе­циальных методов литья, к числу которых относятся: 1) литье в оболочковые формы; 2) литье по выплавляемым и выжигаемым моделям; 3) литье в металлические и графитовые кокили; 4) литье под давлением; 5) центробежный метод литья; 6) жидкая штам­повка; 7) литье выжиманием; 8) литье вакуумным всасыванием и другие методы.

1.8.2 Литье в оболочковые формы.

Издавна применяемые в литейных цехах песчано-глинистые фор­мы отличаются, как правило, большой толщиной сте­нок, достигающей при получении средних и крупных отливок 300 мм и более. Технология изготовления таких толстостенных форм свя­зана с расходом больших количеств формовочной смеси (1—5 т на тонну отливок) и большой трудоемкостью ее набивки в опоках. Ана­лиз качества отливок указывает на другие крупные недостатки тех­нологии литья с использованием песчано-глинистых толстостенных форм: во-первых, на малую скорость кристаллизации в них распла­ва, что ведет к снижению плотности, а следовательно, механических свойств получаемых отливок, во-вторых, на возможность деформа­ции рабочей поверхности формы при сушке и других методах ее упрочнения, а также во время заливки расплавом, что снижает точ­ность и качество поверхности отливок.

Учитывая отмеченные недостатки толстостенных песчано-гли­нистых форм, ученые-литейщики после Великой Отечественной вой­ны предложили конструкции новых оболочковых форм. Оболочко­вая форма отличается отсутствием опок и состоит из двух оболочек, толщина стенок которых чаще всего составляет

6—8 мм. Высокая прочность оболочек (до 60 кгс/см²) обусловли­вается использованием в качестве связующего материала феноль-ных термореактивных смол (пулькербакелит и др.), прочно цемен­тирующих мелкий кварцевый или цирконовый песок, являющийся основой смеси.

Оболочковые песчано-смоляные формы применяются главным образом в крупносерийном и массовом производстве и особенно в таких отраслях промышленности, как самолето-, тракторо- и авто­мобилестроение, при получении ответственных фасонных отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов массой до 100 кг. Процесс формирова­ния оболочковых форм основан на специальных свойствах термореактивных смол. Широ­ко применяемая на практике фенолоформальдегидная смола-— пульвербакелит при комнатной температуре имеет вид белого сухо­го порошка. После на­несения на металличе­скую, нагретую до 200—220° С модельную плиту и выдержки на ней в течение 20—30 с он плавится и, обвола­кивая зерна кварцевого песка тонкой вязкой пленкой, образует фа­сонную тонкостенную оболочку. При дальней­шем нагревании в элек­трической печи смола необратимо твердеет и, связывая зерна песка, образует прочную оболочковую полуформу. При более высоких температурах (при воздействии заливаемого в форму расплава) пульвербакелит сгорает, что обусловливает легкую выбивку форм. В современных условиях процессы литья в оболочковые формы осуществляются в комплексно-механизированных и автоматизиро­ванных литейных цехах на специальных установках и автоматиче­ских линиях. В СССР для таких цехов выпускают автоматы моделей 8Б31, АО-7М, АО-15 и др., комплект автоматов для сборки оболоч­ковых полуформ моделей АО-12М, АО-13М и др., автомат для сбор­ки, заливки и выбивки оболочковых форм модели АО-4М, автомати­ческие формовочные линии модели 7215А и другое специализиро­ванное оборудование.

Рис. 1. Пятипозиционный полуавтомат для производства оболочковых форм:

1 — питатель для добавления смеси в поворотый бункер, 2 — печь для спекания оболочек, 3 — меха­низм съема готовой оболочки с модельной плиты, 4 — пульт управления, 5 — печь для нагрева модельной плиты, 6 — опрокидывающийся бункер с песчано<-смоляной смесью

На рис. 1 показан общий вид отечественной полуавтоматиче­ской установки, производительность которой 1000 оболочек в смену 'при размере модельной плиты 500X700 мм и высоте 200 мм.

Технологический процесс получения оболочковых полуформ на установках с поворотным бункером складывается из следующих операций (рис. 2):

I — очистка модельной плиты 1 и покрытие ее разделительным составом. Модельные плиты обычно изготавливают из стали и серого чугуна. Разделительный состав (раствор кремнийорганической жидкости) наносят пульверизатором 2 для легкого отделения и сня­тия оболочки с плиты;

// — подогрев модельной плиты в электрической печи 3 до тем­пературы 220—250° С;

/// — извлечение модельной плиты из печи, ее поворот на 180° и закрепление на опрокидывающемся бункере 4, в котором хранит­ся песчано-смоляная смесь 5;

IV — поворот бункера на 180°. При этом высота слоя смеси в бункере для создания необходимой степени уплотнения должна быть не менее 350—400 мм при высоте падения 400—600 мм. Вы­держка смеси на нагретой плите для образования оболочки тол­щиной 6—8 мм обычно составляет около 30 с;

V—возврат бункера вместе с модельной плитой в исходное по­ложение и снятие с него модельной плиты вместе с образовавшейся оболочковой полуформой 6;

VI— поворот модельной плиты вместе с образовавшейся обо­лочкой на 180° и спекание оболочки при температуре 350—370° С в течение 1—1,5 мин для придания окончательной прочности;

VII — снятие готовой оболочки с модельной плиты системой пру­жинных толкателей 7, которые выходят из своих гнезд при надавли­вании на плиту 8.

Затем горячую оболочку укладывают рабочей поверхностью на холодную ровную плиту и накладывают на нее груз. Эта операция необходима для предупреждения коробления оболочковых полуформ, которое может произойти в момент их снятия с модельной плиты.

Изготовленные на двух машинах оболочковые полуформы перед заливкой собирают и прочно скрепляют между собой засыпкой песком или металлической дробью в металлических ящиках, склеи­ванием и другими способами. Точное совмещение полостей полу­формы при сборке обеспечивает система выступов и впадин на со­единяемых плоскостях оболочек. Для получения в отливках отвер­стий или внутренних полостей в оболочковую форму при сборке устанавливают обычные или оболочковые стержни.

Оболочковые песчано-смоляные формы имеют точные размеры и малую шероховатость рабочей поверхности. Наряду с высокой прочностью и газопроницаемостью они не впитывают влагу и не осыпаются, а потому могут храниться длительное время. К их преи­муществам также относится отсутствие сопротивления усадке кри­сталлизующегося в форме расплава, легкость разрушений после образования отливки и др. Причинами, сдерживающими широкое применение оболочковых форм, являются дефицитность и высокая стоимость пульвербакелита.

Крупнооболочковые формы. Наряду с описанными выше тонко­стенными песчано-смоляными формами при производстве особо-крупных отливок массой до 80 т применяют крупнооболочковые формы с толщиной стенок 50—150 мм, которые изготавливают из жидких самотвердеющих песчано-глинистых смесей.

Такие формы позволяют повысить точность отливок, снизить расход формовочных смесей и трудоемкость изготовления форм. Применение технологии литья в крупнооболочковые формы на одном из отечественных заводов при получении отливки опорной подушки прокатного стана массой 10,1 т позволило снизить при­пуски на механическую обработку на 43,7%, а массу отливки — на 700 кг. При этом трудоемкость формовки и механической обработ­ки снизилась на 8%.

Рис. 2. Схема процесса изготовления оболочковых полуформ:

/—VII — последовательность операций; 1 — модельная плит 2 — пульверизатор, 3 — элект­рическая печь, 4 — опрокидыва­ющийся бункер, 5 — песчано-с:моляная смесь, 6 — оболочко­вая полуформа, 7 —толкатели, 8 — плита толкателей

1.8.3. Литье по выплавляемым и выжигаемым моделям.

Литье по выплавляемым моделям. Этот оригинальный процесс применяется при производстве отливок очень сложней конфигура­ции, требующих многооперационной механической обработки (ло­патки газовых турбин, фрезы и др.), из любых сплавов, в том числе из высоколегированных сталей и сплавов, обладающих высокой температурой плавления, а также не поддающихся механической обработке и ковке из-за высокой твердости. При этом получают очень точные отливки массой от 0,02 до 100 кг, с толщиной стенок до 0,5 мм и отверстиями диаметром до 2 мм. Его характерной осо­бенностью является использование неразъемных форм, которые получают по разовым выплавляемым моделям, изготовленным из смеси таких легкоплавких материалов, как парафин, церезин, буроугольный воск и др. Неразъемные формы изготавливают из час­тиц огнеупорного материала (цирконовая мука, корунд, пылевид­ный кварц и др.) с добавкой связующего вещества (этилсиликат, жидкое стекло и-др.).

Технологический процесс литья в неразъемных формах включает следующие операции:

1. Изготовление пресс-форм. В качестве материалов для этого обычно используют сталь или алюминиевые сплавы.

2. Приготовление легкоплавкого (с температурой плавления около 80° С) модельного состава.

1. Изготовление модельного блока (рис. 3):

а) изготовление секций легкоплавких моделей / путем запрессовки модельного состава под давлением 2—3 ат в пресс-форму;

б) нанизывание литниковой чаши 5 и звеньев легкоплавких моделей на металлическую оправку 2 стояка. Применение металлической оправки обеспечивает высокую прочность модельного блока, что дает возможность сэкономить модельные материалы;

в) припаивание легкоплавкого колпачка 3 к верхнему звену восковых моделей с помощью электрического паяльника (рис.3, а).

4. Изготовление огнеупорной неразъемной (корковой) формы:

а) покрытие модельного блока огнеупорной обмазкой, которую наносят чаще всего трехкратным окунанием мелких блоков и че­тырех-, пятикратным окунанием крупных с просушкой на воздухе после нанесения каждого слоя в течение 1—2,5 ч. Каждый слой огнеупорного покрытия перед сушкой обсыпают сухим мелким кварцевым песком, прокаленным при температуре 400—500° С, что увеличивает прочность формы. Толщина оболочки достигает 3—• 5 мм;

б) сушка покрытий модельных блоков;

в) удаление из модельного блока металлического основания —оправки 2;

г) выплавление из огнеупорной корковой формы легкоплавких модельных блоков в ванне с горячей (90° С) водой или в газовой печи;

д) формовка полученных форм 6 в опоке 7 путем засыпки кварцевым песком 8 (рис. 3, б).

5. Прокаливание опочной формы в электрической печи при температуре 850—900° С для выжигания остатков модельной массы из корковой формы и придания ей окончательной прочности.

6. Приготовление литейного расплава и его заливка в формы.

7. Выбивка комплектов отливок из опоки.

8. Освобождение отливок от керамической корки и отделение литниковой системы.

9. Термическая обработка и очистка отливок.

Процессы литья по выплавляемым моделям механизированы и автоматизированы путем применения карусельных установок для производства моделей, автоматов для нанесения на модельные бло­ки огнеупорного покрытия, машин-пескосыпов и различных транс­портных средств. В последние годы созданы цехи с поточным авто­матизированным потоком (Минский и Горьковский автозаводы и др.), отличающиеся высокой организацией труда и высокими тех­нико-экономическими показателями.

Метод, литья по выплавляемым моделям дает большой эконо­мический эффект при получении особо сложных деталей. В каче­стве примера можно сослаться на опыт Подольского завода швей­ных машин им. М. И. Калинина. Сетка челнока швейной машины, масса которой в готовом виде составляет 20 г, ранее изготавлива­лась путем механической обработки из прутка автоматной стали массой 42 г. Переход на литье по выплавляемым моделям устра­нил 27 операций механической обработки и сократил расход метал­ла на 90%, высвободил на 44% оборудование, позволил сократить производственные площади на 40%.

Рис. 3. Модельный блок (а) и неразъемная литейная форма (б) для получения заготовок втулки велосипеда:

1 — разовые модели, 2 — металлическое основание стояка, 3 — колпачок, 4 — легкоплавкая часть стояка, 5 — модель литниковой чаши, в—корковая не­разъемная форма, 7 — опока, S — огнеупорная засыпка

Литье по выжигаемым моделям. Благодаря развитию химии и полимеров в последние годы литейщики получили новый перспек­тивный материал для разовых моделей — пенополистирол, позво­ляющий разработать новую прогрессивную технологию получения точных отливок, которую принято называть «Литье по выжигаемым (газифицируемым) моделям». Пенополистрол обладает специфиче­скими свойствами: он в 50—100 раз легче дерева, легко режется го­рячей проволокой. Склеивая отдельные его куски простой формы, можно получать модели различной сложной конфигурации, отли­чающиеся большой точностью, так как формовочные уклоны для выжигаемых моделей не нужны.

Рис. 4. Схема получения отливки в форме с полистироловой моделью:

а —отливка, б — модель с литниковой системой из полистирола, в —форма до за­ливки, г —форма во время заливки

Процесс литья отливок по газифицируемым моделям применяется при получении отливок массой до 3,5 т из чугуна, стали и цвет­ных сплавов и имеет специфические особенности (рис. 4): поли­стироловая модель отливки с приклеенными к ней пенополистиро-ловыми элементами литниковой системы (рис. 4, б) заформовывается обычным способом в опоке песчано-глинистой формовочной смесью (рис. 4, в). Отливка (рис. 4, а) образуется путем запол­нения расплавом полости формы, полученной в результате выжи­гания им пенополистироловой модели (рис. 4, г).