книги из ГПНТБ / Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов

с моделями. Монолитные плиты получают из алюминиевого сплава по деревянным модельным плитам вместе с моделями. Модели с про­ стым прямолинейным разъемом устанавливают на плите с двух сторон: на одной стороне монтируют часть / модели, а на другой — часть 2 модели. Литниковую систему 3, шлакоуловитель и стояк монтируют на верхней поверхности плиты, а питатели — на ниж­ ней .

Металлические стержневые ящики применяют в серийном и массовом производстве. Основные типы конструкций стержневых ящиков приведены на рпс. 21.

Рис. 21. Основные типы металлических стержневых ящиков для машин­ ной формовки

В неразъемных вытряхных ящиках (рис. 21, а) изготовляют стержни, ограниченные с одной стороны плоскостью. После уплот­ нения стержневой смеси ящик накрывают сушильной плитой 1 и поворачивают на 180°, затем его снимают, и стержень остается на плите. В вытряхных ящиках с вкладышем 2 (рис. 21, б) изготов­ ляют фасонные стержни.

Ящики с вертикальным разъемом (рис. 21, в) после уплотнения смеси накрывают сушильной плитой 1, поворачивают на 180° и, раздвигая стенки ящика, освобождают стержень. Для получения в верхней части стержня углубления применяют ящики с верти­ кальным разъемом и отъемным дном 3 (рис. 21, г). Ящики с гори­ зонтальным разъемом бывают открытые (рис. 21, д) и закрытые

(рис. 21, ё).

Металлические ящики используют для ручной и машинной формовки стержней. Однако наиболее целесообразно применять машинную формовку даже для небольшой серии стержней. В усло­ виях массового и серийного производства смесь уплотняют чаще

40

всего на стержневых пескодувных __и пескострельных машинах. Ящики для этих машин должны иметь по возможности одну плос­ кость разъема и минимальное число отъемных частей. На рис. 22 показан металлический ящик для изготовления стержней на песко­ дувной машине.

Половины корпуса 1 ящика из алюминиевого сплава центри­ руются с помощью втулок 2 и штырей. Для уменьшения износа от плотного соприкосновения половин ящика и предотвращения про­ рыва смеси по разъему поверхности разъема ящика покрывают

Рнс. 22. Металлический ящик для изготовления стержней на пескодувной машине:

/ — корпус; 2 — центрирующая втулка; 3 — броня; 4 — вентиляционное отверстие (вента); 5 — вкладыш; 6 — вдувное отверстие

винтами. Броню ящика шлифуют. Во вдувное отверстие 6, служа­ щее для подачи стержневой смеси в ящик, вставляют сменную стальную втулку, напротив которой в стенку ящика запрессовывают сменную предохранительную стальную шайбу — вкладыш. Этот вкладыш необходим для уменьшения износа стенки от абразивного действия песчаной струи, с силой ударяющей в стенку при заполне­ нии ящика стержневой смесью. Для выхода воздуха в стенках стержневого ящика делают вентиляционные отверстия, которые закрывают специальными пробками — вентами. Венты имеют тон­ кие прорези или сетку, через которые свободно проходит воздух и не проходит стержневая смесь. Конструкции центрирующих

4]

втулок и штырей, вдувных втулок, предохранительных шайб и вепт выбирают по машиностроительным нормалям МН 2469—61 ч-

2494—61.

Вкрупных ящиках делают специальные приливы для установки

ификсации каркасов стержня в ящике перед его заполнением смесью. ,

Половины металлических стержневых ящиков перед формовкой скрепляют затворами: барашковыми (рис. 23, а) или с шарнирной

скобой (рис. 23, б). Бараш­ ковый затвор прост в обра­ щении и легок, но накиды­ вание болта 1 и завертыва­ ние гайки 2 требует затрат большего времени, чем по­ ворот скобы 5. Для умень­ шения износа ушек ящика 3 их поверхности армируют стальными накладными пластинами 6. Центрирова­ ние половины ящика про­ изводят по сменным сталь­ ным втулкам и штырям 4.

§ 4. ПЛАСТМАССОВЫЕ МОДЕЛИ

Деревянные модельные комплекты недолговечны, быстро изнашиваются, де­ формируются и не обеспе­ чивают высокой точности

размеров отливок. Металлические модельные комплекты более долговечны и точны, но более дороги и трудоемки в изготовлении, окупаются только в условиях массового и крупносерийного про­ изводства. Применение пластмасс для модельных комплектов сни­ жает трудоемкость изготовления, позволяет экономить цветные металлы, сократить производственные площади и парк станочного оборудования модельных цехов.

Пластмассовые модели обладают малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, большей, чем деревянные, прочностью, к ним меньше прилипает формовочная смесь. Особенно целесооб­ разно применять пластмассу для изготовления моделей-дублеров взамен деревянных моделей и стержневых ящиков, так как в этом случае по одной промодели можно быстро изготовить необходимое число моделей-дублеров.

Для изготовления моделей применяют различные пластмассы на основе эпоксидных, фенольноформальдегидных, полиэфирных смол, полиэтилен, полихлорвинил и т. д. Наиболее широко приме­

42

няют пластмассы холодного отверждения на основе эпоксидных

эпоксидных ЭД-5, ЭД-6, включает изготовление промодели, формы и самой модели. Промодель обычно делают из дерева по обычной технологии получения деревянных моделей 2—3-го классов проч­ ности. Размеры промодели выполняют в соответствии с чертежом пластмассовой модели с учетом припусков на механическую обра­ ботку, формовочных уклонов и суммарной усадки пластмассы и ме­ талла отливки.

Формы для изготовления пластмассовых моделей могут быть разовые и полупостояиные, по которым изготовляют несколько моделей. Разовые песчано-глинистые формы используют для изго­ товления крупных моделей.

Полупостояиные формы получают из гипса. Гипсовую форму сначала сушат на воздухе, а затем в сушильном шкафу. Сухую форму покрывают нитролаком с помощью пульверизатора или кисти. Перед заливкой пластмассы поверхность формы покрывают раз­ делительным веществом: солидолом или машинным маслом. Для изготовления модели приготовляют специальную композицию (ком­ паунд) из эпоксидной смолы, наполнителя, отвердителя и пласти­ фикатора. Эпоксидные смолы дороги, поэтому основная масса модельного компаунда состоит из наполнителя, в качестве которого применяют металлические порошки и пылевидный кварц. Наполни­ тели придают моделям необходимую прочность, твердость, износо­ стойкость. Эпоксидные смолы самопроизвольно не твердеют, поэтому для получения твердой эпоксидной пластмассы в состав композиции вводят отвердитель. Отвердитель вызывает полимеризацию эпок­ сидной смолы, в результате чего она приобретает необходимую твердость. В качестве отвердителя используют полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин и другие вещества.

Для придания затвердевшей эпоксидной пластмассе необходи­ мой вязкости в модельную композицию вводят пластификатор, чаще всего дибутилфталат. Живучесть композиции (время пребыва­ ния ее в достаточно подвижном для заполнения формы и получения модели состоянии) составляет 1—3 ч. Поэтому ее приготовляют непосредственно перед изготовлением модели или стержневого ящика.

Примерный состав заливаемой пластмассы в частях (по массе)

4 3

дитель. При перемешивании смесь нагревается за счет теплоты реакций твердения до 55° С.

Готовую смесь необходимо заливать в формы через 3—5 мин после приготовления, так как она быстро густеет. Иногда залитые формы подвергают вакуумированию в специальных камерах в течение 5—10 мин для удаления из пластмассы пузырьков воздуха. Пласт­ массовые модели затвердевают в течение 20—24 ч.

В целях улучшения пластических свойств модели после затвер­ девания пластмассы подвергают термической обработке. Режим термической обработки моделей: 1) мелких и средних — нагрев от 50 до 100° С в течение 4—5 ч с дальнейшим охлаждением до ком­ натной температуры; 2) сложных и крупных, а также стержневых ящиков — нагрев до 60° С с выдержкой залитых форм в течение 30—32 ч, затем охлаждение до комнатной температуры.

Пластмассовые модели, обработанные по разъему, крепят на модельной плите контрольными штифтами и винтами. Головки вин­ тов при креплении углубляют в тело модели на 1,0— 1,5 мм. Углубления предварительно зачищают, промывают ацетоном и заделывают ремонтным составом.

Модели из эпоксидных смол, обладающих токсичностью, необ­ ходимо изготовлять в отдельном помещении модельного, цеха, хо­ рошо оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией.

Максимальное число съемов полуформ с моделей из эпоксидных смол при ручной формовке 2000 и машинной 30 000.

Газифицируемые модели. Изготовление отливок по газифици­ руемым моделям — новый технологический процесс, сущность которого состоит в том, что модель, получаемая из специальной пористой пластмассы, чаще всего пенополистирола, обладающего малой объемной массой (0,02 г/см8), не извлекается из формы перед заливкой, а под действием теплоты металла плавится, испаряется, газифицируется, освобождая металлу полость формы. Обычно модель точно воспроизводит конфигурацию отливки с учетом при­ пусков на механическую обработку и усадку, так что полости, поднутрения и отверстия в отливке выполняются без стержней. Это упрощает изготовление модельного комплекта, сокращает трудоемкость и сроки его изготовления, исключает необходимость применения стержневых ящиков, снижает расход материала.

Так как пенополистироловые газифицируемые модели не извле­ каются из формы перед заливкой металла, то формы делают неразъ­ емными, что способствует повышению точности отливок. Пено­

316° С.

Для изготовления газифицируемых литейных моделей применя­ ют специальный пенополистирол марки ПСБ-Л. Этот материал обладает малой плотностью (до 18—20 кг/м3), повышенными проч­ ностью (до 2,5—3 кгс/см2), скоростью испарения и газификации, что способствует устранению специфических дефектов в отливках.

44

Пенополистирол ПСБ-Л хорошо обрабатывается на деревообра­ батывающих станках, а также на специальных станках, в которых в качестве режущего инструмента используется нагретая электри­ ческим током до 200—300° С проволока из нихрома диаметром 0,5 мм.

Плиты полистирольного пенопласта ПСБ-Л имеют размеры от

800 X 900 X 100 мм до 1000 X 2000 X 200 мм, что позволяет при изготовлении моделей исключить операции сплачивания, вырезки

исклейки отдельных частей крупных моделей и тем самым упростить технологию их изготовления. Пенополистирол склеивают такими же клеями, что и древесину. Однако высыхающие водорастворимые клеи применять нежелательно, так как пенополистирол негигро­ скопичен и клей может долго не высыхать, что приведет к удлинению цикла изготовления модели или даже браку отливок по газовым раковинам.

Из пенополистирола получают модели разового использования (модель при заливке формы газифицируется). Поэтому пенополисти­ роловые газифицируемые модели применяют в условиях единичного

имелкосерийного производства отливок из чугуна, стали, цветных сплавов.

Такие модели крупных отливок широко используют на Волжском автомобильном заводе (ВАЗ) для изготовления крупных отливок из чугуна и стали (см. гл. IV, § 2).

§ 5. ГИПСОВЫЕ И ЦЕМЕНТНЫЕ МОДЕЛИ

Гипсовые модели применяют в единичном и серийном произ­ водстве. Они менее прочны по сравнению с металлическими моде­ лями, но их стойкость выше деревянных моделей. Например, если

Для получения жидкой композиции в гипс добавляют 40—60% (по массе) воды. Продолжительность текучести гипсовой композиции всего 2—4 мин; формовочный гипс схватывается через 3—5 мин. Для испарения влаги и уменьшения гигроскопичности композиции ее целесообразно перед употреблением просушить при темпера­ туре 150° С. Гипсовую композицию приготовляют из 5 частей гипса, 1 части целгента и 1 части мелкого кварца.

Сначала получают деревянную промодель, формуют ее в мелко­ зернистой глинистой формовочной смеси. После извлечения дере­ вянной модели форму тщательно отделывают, затем на нее накла­ дывают специальную чугунную рамку и заполняют гипсовой ком­ позицией. Через 1—3 ч рамку с гипсовой композицией извлекают из формы, отделывают и через сутки окрашивают лаком (2—3 раза), после чего модель готова для использования. Хранить такие модели необходимо в сухом помещении, так как. они обладают большой гигроскопичностью. В большинстве случаев из гипса изготовляют модели простой конфигурации и небольших размеров (не более

4 5

600 х 500 х 300 мм). Гипсовые модели на встряхивающих машинах применять не рекомендуется, так как они быстро разрушаются.

Цементные модели значительно прочнее гипсовых при ударных

цесс изготовления цементных моделей аналогичен процессу изго­ товления моделей из гипса. Крупные цементные модели упрочняют

водный раствор цемента, смешанного с двумя частями мелкого кварцевого песка. Для моделей рекомендуется использовать порт­ ландцемент марок 400, 500 и 600. Цементные и железобетонные модели после выдержки в течение 3—7 дней покрывают лаком.

ГЛАВА III

ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СМЕСИ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Формовочными материалами называются материалы, применя­ емые для изготовления литейных форм и стержней. Формовочные материалы разделяют на исходные формовочные материалы, формо­ вочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы.

другие связывающие вещества); 2) вспомогательные, например различные добавки (уголь, древесная мука, торф и т. д.), при­ дающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства.

Формовочные и стержневые смеси приготовляют из исходных формовочных материалов и из отработанных смесей (смеси, бывшие в употреблении). Состав смесей зависит от назначения, способа формовки, рода заливаемого в форму металла.

В с п о м о г а т е л ь н ы е ф о р м о в о ч н ы е с о с т а в ы —

§ 2. ФОРМОВОЧНЫЕ ПЕСКИ

Формовочные пески и глины являются осадочными горными породами. Они образовались в результате последовательного отло­ жения минеральных веществ, а также выветривания осадков из различных растворов.

Формовочные пески и глины добывают в специальных карьерах, например Люберецком, Гусаровском, Кичигинском, Ореховском и других. Обычно пески носят название карьера, в котором их добывают. Разработку месторождений песка и глины ведут откры­

46

тым способом. Если песок содержит примеси или имеет неоднород­ ный зерновой состав, то на карьерах производят о б о г а щ е н и е песка — освобождение его от посторонних примесей (остатков расте­ ний, глины, известняка), а также разделение на фракции по размерам зерен.

Чаще всего в качестве основного формовочного материала при­

с тем обладают необходимыми свойствами, главное из которых— огнеупорность.

Основной составной частью этих песков является минерал кварц (кремнезем), представляющий собой химическое соединение Si02 плотностью 2,5—2,8 г/см3, температура его плавления 1713° С. При нагреве кварц переходит в другие кристаллические модифика­ ции, что сопровождается изменениями его объема. При 573° С а-кварц переходит в (3-кварц, объем изменяется на ±2,4% ; при 870° С (3-кварц -*■ (З-тридимит, изменение объема 15,1 %; при 1470° С (З-тридимит (3-кристобалит, изменение объема 4,7%; при 1743° С (3-кристобалитрасплав, изменение объема 0,1%. Кроме кварца песок может содержать полевые шпаты, слюду, окислы железа, гидраты окислов железа, карбонаты, а также глинистые минералы. Эти примеси придают песку различную окраску и ухудшают его свойства, понижая температуру плавления.

В природных условиях в воде вместе с крупными песчинками оседают и мелкие, поэтому в песках могут находиться одновременно зерна размером от нескольких миллиметров до нескольких микронов. Условились зерна размером менее 22 мкм независимо от их химичес­ кого состава относить к глинистой составляющей, а зерна более 22 мкм — к зерновой составляющей песка. Содержание глинистой составляющей в формовочных песках определяют отмучиванием, т. е. отмыванием, отделением песка от глины. В зависимости от содержания глинистой составляющей формовочные пески делят на кварцевые и глинистые.

Кварцевыми песками называют пески, содержащие глинистых составляющих не более 2% 90—97% SiO., и до 10% посторонних примесей. Пески, содержащие более 50% глинистых составляющих, называют глинами. В табл. 10 приведена классификация формовоч­ ных песков по ГОСТ 2138—56.

При выборе песковдля литейного производства нельзя ограни­ чиваться только химическим составом и наличием в песке глинистых составляющих. Необходимо также учитывать м и н е р а л о г и ­ ч е с к и й с о с т а в п е с к а . По ГОСТ,2138—56 пески по форме зерен разделяются на о к р у г л ы е , п о л у о к р у г л ы е , о с т ­ р о у г о л ь н ы е и о с к о л о ч н ы е . Для получения отливок без пороков необходим песок определенной зернистости.

Зерновой состав формовочных песков определяют просеива­ нием навески 50 г сухого безглинистого песка или формовочной смеси. Для этого их предварительно подвергают отмучиванию.

47

Песок просеивают через набор калиброванных сит с точными раз­ мерами ячеек (табл. 11). Нормальный набор состоит из 11 сит с ячейками размерами от 2,5 до 0,05 мм.' Сито № 2,5 сверху накрывают крышкой, снизу под сито № 005 подставляют металлический тазик. Навеску песка рассеивают с помощью специального приспособле­ ния. Песок, оставшийся в наибольшем количестве на трех смежных ситах, называется о с н о в н о й з е р н о в о й ф р а к ц и е й .

48

При оценке песков одного месторождения с различной зернис­ тостью следует отдавать предпочтение песку с более крупными зернами, так как последний является более чистым в химическом и минералогическом отношении. При выборе песков следует учи­ тывать характер производимых отливок. Для крупных отливок надо применять более крупный песок, так как он обеспечивает более вы­ сокую газопроницаемость и огнеупорность формовочных смесей; для мелких отливок — более мелкозернистый песок в целях полу­ чения более чистой поверхности.

Пески делят на две категории А и Б. К категории А относятся пески с большим остатком основной фракции песка на крайнем верхнем сите (нз трех смежных), к категории Б — пески с большим остатком на крайнем нижнем сите.

Кварцевые пески с рассредоточенной зерновой структурой раз­

(сита 02, 016 и 01); 4 — с общей рассредоточенностью КРО (в основ­ ной фракции на трех любых ситах менее 60%). Суммарный остаток на ситах должен быть для первых трех групп не менее 60%.

. При маркировке песка на первом месте ставят обозначения класса, на втором — группы и на третьем — категории. Например, кварцевый песок средней зернистости обозначается 1К02А, 2К02А, ЗК02А или 1К02Б, 2К02Б, ЗК02Б; песок с рассредоточенной зер­

Ж016, ОЖ01.

Для повышения чистоты поверхности отливок применяют взамен кварцевого песка высокоогнеупорные формовочные материа­ лы: цирконовый песок, оливинит, хромистый железняк, магнезит.

Цирконовый песок ZrSiO„ отличается высокими физико-химичес- скими свойствами, обладает хорошей теплопроводностью и большой плотностью, не дает пригара на поверхности отливок. Температура его плавления свыше 2400° С.

Цирконовый песок применяют для приготовления облицовочных и стержневых смесей, а также формовочных красок для крупных отливок. Вследствие большей теплопроводности цирконовый песок способствует более быстрому охлаждению отливки по сравнению с обычными формовочными материалами, что дает возможность регу­ лировать процесс затвердевания и кристаллизации металла.

Оливинит — магнезиальный силикат Mg2Si04. Огнеупорность оливинита 1750—1830° С. Оливинитовые пески по эффективности и экономичности занимают среднее место между цирконовыми и кварцевыми Наиболее эффективно применение оливинита в про­ изводстве отливок из марганцовистой стали благодаря получению высокой чистоты поверхности отливок.

Хромистый железняк FeO -Сг20 3 (хромит) в молотом виде вводят в состав облицовочной смеси, используемой для форм крупных стальных отливок. Температура плавления (1450—1850° С) хро­

49