10.2. Технология получения отливок.

Для получения отливки необходимо плавильное оборудование – чтобы расплавить металл и литейная форма – для получения заготовки необходимой конфигурации.

Чугун для производства отливок плавят в специальных (для плавки чугуна) шахтных печах – вагранках. При плавке чугуна в вагранках шихта - передельный чугун (его получают на металлургических комбинатах для производства отливок) и лом черных металлов; топливо - кокс. Для плавки чугуна используют также электрические печи – электродуговые и индукционные. В электрических печах плавят сталь, цветные металлы.

Литейные формы являются, как «негативом» детали (полость формы определяет наружную конфигурацию отливки). Формы для заливки металла могут быть разовыми или многократными. Разовые формы предназначены для изготовления только одной отливки, после этого их разрушают. Многократные могут выдержать много заливок металла, так, например, металлические формы - сотни и даже тысячи.

10.2.1. Литье в одноразовые формы.

Литье в песчаные формы. Литейная форма изготавливается из формовочных смесей, (их огнеупорность обеспечивает кварцевый песок – отсюда название). Эта технология является самой распространенной для производства отливок из-за универсальности – возможно изготовление отливок из разных материалов, разной конфигурации и размеров.

Формовочные смеси подразделяются на облицовочные, наполнительные, единые, стержневые. Они различаются по условиям эксплуатации и имеют разный состав.

Облицовочная смесь непосредственно контактирует с расплавленным металлом, толщина ее слоя составляет 20…50 мм. Облицовочная смесь должна обладать огнеупорностью. Состав смеси: 50…90% свежих формовочных материалов – песка и глины и 10…50% оборотной смеси (бывшей в употреблении и специально подготовленной). Песок обеспечивает огнеупорность, глина является связующим.

Наполнительная смесь служат для заполнения остальной части формы. Она должны быть достаточно прочной и газопроницаемой. Наполнительные смеси состоят в основном из оборотных смесей с добавками свежих материалов.

Единая смесь применяется при машинной формовке и служит для заполнения всей формы; т.е. одновременно является и облицовочной и наполнительной.

Стержневые смеси должны обладать более высокими свойствами, чем формовочные, т.к. стержни работают в более тяжелых условиях, чем стенки формы. Стержни находятся в форме при заливке и препятствуют проникновению металла в определенные участки формы, т.е. они полностью находятся в расплавленном металле. Сложные стержни приготовляют из кварцевого песка с добавкой различных связующих материалов (олифы, сульфитно-спиртовой барды, синтетических смол). Для изготовления крупных стержней простой формы (т.е. более прочных) применяют кварцевый песок с добавками глины.

Приготовление свежих смесей производят на землеприготовительных участках. При этом выполняются следующие операции: сушка песка, глины и других компонентов смеси; размол глины и угля; просеивание и смешивание компонентов свежей смеси с отработанной смесью и крепителями (связующими компонентами); увлажнения и рыхления. Выполнение этих работ, как правило, механизировано.

Жидкие самотвердеющие смеси заменяют и формовочные, и стержневые смеси. Они применяются для изготовления, как форм, так и стержней. Особенностью этих смесей является способность сохранять жидкоподвижное состояние в течение 8…12 мин после приготовления – в таком состоянии они заполняют форму, - а затем, через 20…50 мин, самопроизвольно отвердевать и упрочняться по всему объему. Их применение позволяет избавиться от достаточно трудоемких землеприготовительных работ, улучшает качество отливки.

Литейная форма. Расплавленный металл заливают в литейную форму, в которой он затвердевает и сохраняет конфигурацию этой формы. Наружные поверхности детали формируются полостью формы – туда должен затекать расплавленный металл. Полость литейной формы является отпечатком модели. После изготовления формы модели из нее извлекаются, а в форме образуется пустота – полость. Напротив, участки формы, соответствующие внутренним элементам отливки (отверстия, углубления и т.п.), должны быть закрыты – расплавленный металл туда попадать не должен. Это достигается установкой стержней, которые остаются в форме при заливке металла. Кроме того, литейная форма должна иметь литниковую систему - совокупность каналов и резервуаров, по которой расплавленный металл из разливочного ковша попадает во внутреннюю полость.

Литейная форма (рис. 10.1а) состоит из нижней (1) и верхней (2) полуформ, образующих полость. Конфигурация полости определяется литейной моделью (она удаляется после формовки), имеющей форму и размеры отливки. Модели бывают неразъемные, разъемные. Литейная модель для рассматриваемой детали – втулки разъемная.

Полуфоры установлены в опоках (8) - приспособлениях для удержания формовочной смеси. Опоки представляют собой ящики без дна, их форма зависит от очертания отливки (в сечении - пустотелые квадрат, круг и др.). Нижнюю и верхнюю полуформы, находящиеся в опоках, ориентируют с помощью металлических штырей (4), которые вставляют в отверстия приливов у опок. Отверстие втулки образуется за счет установленного в форме стержня (3).

При изготовлении моделей необходимо учитывать уменьшение размеров металла при затвердевании – усадку (разница объемов металла в жидком и твердом состоянии, ее величина 1…2,5% для разных сплавов). Поэтому размеры модели должны быть больше размеров отливки. При изготовлении моделей пользуются специальными «усадочными» метрами, которые больше нормальных на величину усадки.

Расплавленный металл из разливочного ковша попадает в полость литейной формы через литниковую систему. Рассмотрим ее элементы. В литниковую чашу (6) заливают расплавленный металл. Через стояк (7) - вертикальный или наклонный канал - металл подается непосредственно в рабочую полость через питатель (10) (один или несколько) и в шлакоуловитель (9), с помощью которого удерживается шлак и другие неметаллические примеси. Для вывода газов и контроля заполнения формы расплавленным металлом служит прибыль или выпор (5). При заливке металл должен достичь выпора, это гарантирует полное заполнение полости формы.

Изготовление отливки состоит из заливки расплавленного металла в литейную форму, его затвердевания и образования отливки, выбивки отливки из формы и ее очистки.

Заливку сплава в форму осуществляют таким образом, чтобы литниковая чаша была все время заполнена, при этом не допускается прерывания струи. Заливку заканчивают после заполнения металлом выпора.

Продолжительность охлаждения отливок может колебаться от нескольких минут до суток в зависимости от их массы, состава сплава и свойств формовочных материалов.

После охлаждения отливки литейную форму разрушают и извлекают отливку с литником и выпором. Стержни выбивают, а из крупных отливок удаляют сильной струей воды.

Обрубка (удаление литников, прибылей и дефектов) осуществляется с помощью дисковых и ленточных пил, пневматических зубил, а также электродуговой или газовой резкой и другими методами.

Очистка отливок производится во вращающихся барабанах, загруженных помимо отливок чугунными «звездочками»; в гидропескоструйных установках струей воды с песком под давлением; в дробеметных (дробеструйных) барабанах и камерах чугунной или стальной дробью.

Литье по выплавляемым моделям. Принципиальным отличием литья по выплавляемым моделям от литья в песчаные в том, что для извлечения модели форму не нужно разбирать – модель выплавляется, вытекает из нее. При этой технологии используют неразборные литейные формы и легкоплавкие модельные материалы. Широкое применение как модельные нашли воскообразные материалы (например, по 50% воска и стеарина).

Изготовление моделей производится в пресс-формах, обычно разъемных. Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают в пресс-форму (1) (рис. 10.2). После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель (2) из нее извлекается.

Сборка моделей в единый блок (3) с общей литниковой системой (рис. 10.3) осуществляется припаиванием, приклеиванием или механическим креплением моделей отливки и литниковой системы. В один блок объединяют до ста моделей.

Формирование огнеупорной оболочки достигается многократным погружением разовой модели в специальную огнеупорную смесь в виде суспензии состоящую из связующего, пылевидного кварца и других компонентов, с последующей обсыпкой кварцевым песком (5) (рис. 10.3г) и сушкой. Сушку производят после нанесения каждого слоя. Обычно наносят от 3 до 8 слоев.

Выплавка моделей из форм производится, погружением смонтированного блока в горячую воду.

В результате получают пустотелый блок (8), покрытый кварцевым песком, который не осыпается за счет клеющего действия суспензии.

Формовка пустотелого тонкостенного блока производится сухим песком опоке (9). Заполненную (заформованную) опоку помещают в печь и проводят прокаливание при температуре 850…950°С в течение 6…8 ч. При этом происходит спекание огнеупорного материала и связующего, т.е. образуется твердая керамическая оболочка.

После прокаливания опоку достают из печи – это уже готовая литейная форма.

Выбивка и очистка отливки проводится после затвердевания залитого металла и охлаждения отливки. Отливку удаляют из форм, разрушая оболочку (разовая форма), обрубают литниковую систему, а затем проводят очистку дробеструйным методом и химическую.

Литье по выплавляемым моделям позволяет получить отливки из различных сплавов массой 0,02…15кг. Эта технология обеспечивает получение точных размеров отливок и высокое качество поверхности, т.е. минимальные припуски на механическую обработку, возможно изготовление окончательно готовых деталей. Метод позволяет производить детали сложной конфигурации, в том числе, тонкостенные - с толщиной стенки до 0,5 мм. Процесс хорошо поддается автоматизации.

К недостаткам способа можно отнести трудоемкость и длительность процесса изготовления форм и многообразие материалов, используемых для их изготовления.