2.2. Теоретические основы производства отливок

 Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов, которые проявляются при заполнении формы, кристаллизации и охлаждении отливок в форме. К основным литейным свойствам сплавов относят: жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение, ликвацию.

Жидкотекучесть – способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. Жидкотекучесть зависит от: температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т.д. С увеличением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода жидкотекучесть увеличивается).

Усадка – свойство металлов и сплавов уменьшать объем при охлаждении в расплавленном состоянии, в процессе затвердевания и в затвердевшем состоянии при охлаждении до температуры окружающей среды. Изменение объема зависит от химического состава сплава, температуры заливки, конфигурации отливки.

Различают объемную и линейную усадку. В результате объемной усадки появляются усадочные раковины и усадочная пористость в массивных частях отливки. Для предупреждения образования усадочных раковин устанавливают прибыли – дополнительные резервуары с расплавленным металлом, а также наружные или внутренние холодильники. Линейная усадка определяет размерную точность полученных отливок. Она учитывается при изготовления модельной оснастки.

Газопоглощение – способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. В результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры.

Ликвация – неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Различают ликвацию зональную, когда различные части отливки имеют различный химический состав, и дендритную, Когда химическая неоднородность наблюдается в каждом зерне.

 Вопросы для самопроверки по теме 2.2:

1. Перечислите основные литейные свойства сплавов.

2. Дайте определение жидкотекучести и укажите факторы, от которых она зависит.

3. Что является причиной образования раковин, пористости, горячих и холодных трещин?

4. Укажите способы борьбы с объемной усадкой.

5. Объясните сущность ликвации и укажите ее разновидности.

6. Объясните причину возникновения газовых пузырей.

7. Назовите основные признаки технологичности отливок.

2.3. Технология изготовления отливок в песчано-глинистых разовых формах2

Для изготовления песчано-глинистой формы используют модельный комплект, опочную оснастку и фор­мовочные материалы. В модельный комплект входят: модель или модельные плиты, стержневые ящики, модели литниково-питающей системы (выпоры, прибыли). Модель в литейной форме образует отпечаток, по которому формируются внешние контуры отливки. Отверстия, углубления, внутренние полости в отливке воспроизводят стержни, которые изготавливают в специальных стержневых ящиках.

Модели и стержневые ящики делают из древесины, металла, пластмассы, гипса и других материалов.

Модели изготавливают с припуском на усадку металла при кристаллизации и механическую обработку. Усадка чугунных отливок - 1 %, стальных - 2 %, цветных сплавов - 1... 1,5 %.

Модели бывают цельные и разъемные, состоящие из двух и более частей и соединяющиеся шипами.

Чтобы обеспечить извлечение модели из формы, вертикальные поверхности ее делают с литейными укло­нами. В деревянных моделях уклон составляет 1.. .3°, в металлических - 0°30'.. ,1°30'.

Для установки и закрепления стержней в литейной форме на моделях и стержневых ящиках предусматри­вают знаковые части (знаки), которые могут быть вертикальными и горизонтальными.

В моделях между сопрягаемыми поверхностями должны быть плавные закругления - галтели. Это предо­храняет форму от засорения, а отливку от трещин в местах резких переходов.

Специальные жесткие рамки, в которых изготавливается литейная форма, называются опоками. Они бы­вают литые, сварные и собранные на болтах.

При ручной формовке используют деревянный подмодельный щиток, на который устанавливают модель и опоку. При машинной формовке модели закрепляют на металлических модельных плитах.

Литейные формы изготавливают из формовочных смесей, которые состоят из кварцевого песка, огнеупор­ной глины, специальных добавок и влаги.

Формовочные смеси должны обладать:

- прочностью - способностью выдерживать внешние нагрузки не разрушаясь;

- пластичностью - давать хороший отпечаток модели;

- газопроницаемостью - свободно пропускать газы, выделяющиеся при кристаллизации металла;

- огнеупорностью - не сплавляться и не спекаться под действием расплавленного металла;

- податливостью - сжиматься при усадке металла;

- долговечностью - сохранять свои качества при повторном использовании.

Стержневые смеси состоят из 96...97 % кварцевого песка и связующих материалов (глина, льняное масло, патока, декстрин, синтетические смолы). Они должны обладать повышенной прочностью, газопроницаемостью, легко выбиваться из отливки, не впитывать влагу.

Специальные добавки вводят для повышения прочности формовочной смеси (жидкое стекло, цемент, сульфитный щелок); для предохранения от пригара (каменноугольная пыль, графит, мазут); для улучшения га­зопроницаемости и податливости (опилки, торф).

Литейную форму изготавливают ручной формовкой в двух опоках: нижней и верхней, в которых уплотняют формовочную смесь. По­лость формы имеет конфигурацию модели втулки. Для выполнения отверстия во втулке в форме используется стержень, изготовленный в стержневом ящике. По размерам стержень длиннее, чем отверстие втулки, так как стержень имеет дополнительные части - знаки, с помощью которых он устанавливается и фик­сируется в форме.

Чтобы заполнить полость формы жидким металлом, в форме выполняют систему каналов - литниковую систему, состоящую из чаши, стояка, шлакоуловителя и питателя. Воздух, находящийся в по­лости формы, вытесняется при ее заливке металлом через каналы - выпоры, которые делают на самых высо­ких участках полости формы.

Заливку собранных форм производят чаще всего на конвейерах, где они охлаждаются до температуры вы­бивки. Выбивку отливок из форм и стержней из отливок производят на вибрационных решетах. Отливки осво­бождают от литников, выпоров и прибылей молотком или кувалдой, механической обработкой или газовой резкой. Для удаления пригоревшей формовочной смеси и неровностей применяют ручную и механическую очистку (стальной щеткой, зубилом, во вращающихся барабанах или в пескоструйных и дробеструйных уста­новках). Затем осуществляют технический контроль. Методы контроля отливки: внешний осмотр, проверка размеров, определение химического состава, механических свойств, определение внутренних трещин, раковин, пустот рентгеновским, ультразвуковым и другими не разрешающими отливку методами.

Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов от нескольких грамм до сотен тонн, с толщиной стенки от 3…5 до 1000 мм и длиной до 10000 мм.

 Вопросы для самопроверки по теме 2.3:

1. Назовите основные элементы литниковой системы, объясните ее устройство и назначение.

2. Что такое модельный комплект?

3. Какие формовочные и стержневые смеси применяются для форм и стержней?

4. Опишите последовательность операций ручной формовки.

5. Как очищают отливки от остатков формовочной смеси и пригара?