книги из ГПНТБ / Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие

Модель представляет собой инструментальную оснастку, пред­ назначенную для получения полостей литейной формы, соответ­ ствующих наружной конфигурации отливки. При изготовлении модели вначале по чертежу детали делают чертеж отливки (рис. 46, о), размеры которой увеличивают по отношению к размерам детали на величину припусков 'для механической обработки. По чертежу отливки делают чертеж модели, размеры которой превышают раз­ меры отливки на величину припуска на усадку металла. Для креп­ ления стержней в форме па модели предусматриваются знаки / (рис. 46, б).

Рис. 46. Последовательность изготовления отливки методом литья в песчано­ глинистую форму

Стержневой ящик (рис. 46, в) представляет собой инструмен­ тальную оснастку, предназначенную для получения стержней. В стержневых ящиках также предусматриваются знаки. Стержни (рис. 46, е), как правило, изготавливаются сухими и должны быть достаточно прочны при Транспортировке их и заливке металла в форму.

Изготовление форм по модели производится с помощью специ­ альных рамок, называемых опоками (рис. 46, г). Опоки (верхняя 1

инижняя 5) являются своеобразным остовом формы, предохраняю­ щим ее от разрушения при изготовлении, сборке, транспортировке

изаливке. Центровка их при изготовлении и сборке формы произ­ водится при помощи штырей 4, укрепленных в ушках 3. Каждая половина модели заформовывается в отдельной опоке. После из­ влечения моделей в нижнюю опоку устанавливаются стержни 2, и затем на нее — верхняя опока.

90

Элементы литниковой системы 6 образуются при помощи соот­ ветствующих моделей. Такими элементами обычно являются (рис. 46, д): литниковая чаша 4, литниковый стояк 3, шлакоулови­ тели 2 и питатели 1. Полости формы сообщаются с атмосферой че­ рез выиоры 5.

§ 2. Модельный комплект

Назначение моделей. Модель представляет собой видоизме­ ненную копию отливки, отличающуюся от будущей детали размера­ ми и наличием стержневых знаков — выступов, образующих в фор­ ме углубления, в которые устанавливаются стержни.

Конструкция модели должна обеспечить извлечение ее из фор­ мы без нарушения полученного отпечатка. В зависимости от конфи­

верхней и нижней. Линия, по которой происходит деление модели, называется линией разъема.

Модель и стержневые ящики образуют модельный комплект. Для легкого извлечения модели из формы или освобождения стерж­

структивным. Если на чертеже детали конструктивные уклоны не указаны, то их назначают на чертеже модели (формовочные укло­ ны). В соответствии с ГОСТ 3212—57 формовочные уклоны для деревянных моделей делают в пределах от 1 до 3°, а для металли­ ческих — 0,5—1°.

Материалы для изготовления модельного комплекта. В инди­ видуальном и мелкосерийном производстве модели и стержневые ящики изготавливаются обычно деревянными (иногда гипсовыми или цементными). В массовом производстве вся модельная оснаст­ ка (модели, стержневые ящщш, модельные плиты) выпускается металлической.

Древесина предварительно просушивается при температуре 60—70° до влажности не выше 8—10%. В ней не должно быть гнили, косослоя, трещин или других пороков.

Для изготовления металлических моделей и стержневых ящи­ ков чаще всего используются алюминиевые сплавы, отличающиеся малым весом, удобством в транспортировке и хорошей обрабаты­ ваемостью. При машинной формовке находят применение модели и стержневые ящики из серого чугуна. Могут применяться также

бронза, латунь и сталь.

Металлические модели небольших размеров (до 50Х50Х ХЗО мм) выпускаются сплошными, в остальных случаях — пусто­ телыми с толщиной стенок (в зависимости от размеров и материа­ ла модели) от 6 до 25 мм. Металлические модели, имеющие боль­ шие габариты, снабжаются ребрами жесткости.

91

Деревянные модели обычно изготавливаются из заготовок, полученных склеиванием многих кусков дерева, с таким расположе­ нием волокон, чтобы модель как можно меньше коробилась и не изменяла размеры. Для предохранения от влаги (из воздуха и формовочной смеси) их окрашивают масляной краской и покрь?ва,- ют лаком.

Опоки изготавливаются из чугуна, стали и алюминиевых спла­ вов. В стенках опок располагаются вентиляционные отверстия различной формы. Удержание земли в форме и увеличение жест­ кости конструкции обеспечивается внутренними ребрами (крестови­ нами). Перемещаются опоки при помощи ручек или цапф. Точ­ ность центрирования опок при их сборке обеспечивается обычно специальными втулками, закрепленными в отверстиях центрирую­ щих ушек, или самими точно обработанными отверстиями в ушках.

Модельная плита, изготавливаемая из металла, предназначена для закрепления па ней одной или нескольких моделей с литнико­ вой системой и выпорами, а также размещения штифтов для уста­ новки опок. Пользование плитой, уменьшая время на установку моделей и прорезку каналов литниковой системы, повышает произ­ водительность труда формовщика.

Модельные плиты могут быть односторонними и двусторонни­ ми. При односторонней модельной плите одна половина модели располагается па одной плите, а другая — па другой; при формовке необходимо пользоваться обеими плитамщ При двусторонней мо­ дельной плите на одной стороне ее прикрепляется одна половина модели, а на другой — другая. Поэтому формовка нижней и верх­ ней опоки обеспечивается одной плитой.

Принципы конструирования моделей и стержневых ящиков.

При разработке конструкций моделей и стержневых ящиков тех­ нолог должен обеспечить: 1) удобную набивку форм и стержневых ящиков, а также легкое извлечение моделей из форм и стержней из ящика; 2) наличие формовочных уклонов па вертикальных стен­ ках моделей и стержневых ящиков и чистоту их рабочих поверхно­ стей; 3 ) стойкость против сырых формовочных и стержневых мате­ риалов, а также прочность, соответствующую напряжениям, воз­ никающим при набивке форм и стержней; 4) простоту изготовления и экономичность.

При определении плоскости разъема модели (а следова­ тельно, и формы) необходимо учитывать следующие требо­

вания.

1. Отливка должна располагаться в форме так, чтобы обраба­ тываемые поверхности находились внизу или сбоку (верхние части

щает и удешевляет сборку форм).

При проектировании стержневых ящиков необходимо удовлет­ ворять следующим условиям.

92

1. Количество отъемных частей или вкладышей должно быть минимальным.

2.Во избежание применения фасонных опор при сушке (драйеров) желательно, чтобы опорные поверхности стержней были плос­ кими или простой формы.

3.Как правило, стержни должны быть сплошными, так как склеивание нарушает точность и усложняет их изготовление.

Модельный комплект должен изготовляться по размерам, учи­ тывающим усадку металла при затвердевании (табл. 3).

Табл. 3. Л и н е й н а я у с а д к а о т л и в о к , %

Отливки

Материал отливки

мелкие средние крупные

Практически при изготовлении модельной оснастки пересчета размеров от­ ливки не производят, а учитывают усадку, применяя при откладывании чертежных размеров на заготовке модели так называемый «усадочный метр». Каждое деле­ ние такого метра больше деления обычного метра на величину усадки (например, усадочный метр для чугуна имеет деления, каждое из которых больше обычного на 1/100; соответственно деления усадочного метра для бронзы на 1,5/ГОО больше

обычного и т. д.).

Части модели, мешающие извлечению ее из формы, делаются отъемными. Боковые отъемные части могут крепиться к модели при помощи клиновых шипов, шпилек и другими способами.

§ 3. Формовочные и стержневые смеси

Формовочные материалы. Формы и стержни изготавливаются из специальных смесей, называемых соответственно формовочными и стержневыми. Основой этих смесей служат кварцевые пески. Кроме того, в них входит глина и специальные добавки (например, углесодержащие добавки для формовочных смесей, связующие материалы для стержней и др.). Песок в формовочных смесях повы­ шает газопроницаемость, а глина обеспечивает связь между части­ цами песка (повышает прочность) и увеличивает термохимическую устойчивость. Специальные добавки вводятся для повышения проти­ вопригарное™ или для предотвращения прилипания смесей. В ка­ честве противопригарных добавок применяются молотый каменный уголь, мазут, битум (угольный порошок при соприкосновении с рас­ плавленным металлом подвергается сухой перегонке, образующие­ ся при этом газы предохраняют материал формы от перегрева и оплавления).

В состав формовочных смесей, как и стержневых, креме исход­ ных свежих материалов, вводится бывшая в употреблении горелая (оборотная) формовочная смесь.

93

Соотношение компонентов в смесях должно соответствовать характеру и типу отливок и способу формовки (табл. 4).

Формовочный песок состоит из зерен кварца различной величи­ ны, глины и небольшого количества различных окислов. В зависи­ мости от состава формовочные пески по ГОСТ 2138—56 подразде­ ляются на несколько классов (табл. 5.).

Для повышения прочности и увеличения пластичности формо­ вочных смесей в их состав вводится глина. Формовочные глины представляют собой горные породы, состоящие в основном из тон­ кодисперсных частиц водных алюмосиликатов, обладающих свя­ зующей способностью во влажном или сухом состоянии и достаточ­ ной термохимической устойчивостью. Глины, применяемые для изготовления формовочных материалов, в зависимости от минерало­ гического состава и определяемого им характера набухания в воде подразделяются на два вида.

1. Формовочная обыкновенная глина (Ф) при увлажнен присоединяет воду по наружным поверхностям кристаллов породо-

94

П р и м е ч а н и е . К глинистой составляющей относятся частицы размером менее 0.022 м м .

образующего минерала, т. е. не имеет внутрикристаллического на­ бухания. Глина содержит каолиниты, гидрослюдистые минералы или является полиминералыюй.

2. Формовочная бентонитовая глина (Б) при увлажнении при­ соединяет воду как по наружным, так и по внутренним поверхно­ стям кристаллов породообразующего минерала, т. е. имеет внутри­ кристаллическое набухание. Эта особенность бентонита позволяет заменять им в смесях обыкновенную глину по соотношению: 1% бентонита заменяет 2—3% обыкновенной формовочной глины. При сушке бентонит теряет свои связующие свойства, поэтому его при­ меняют только для сырой формовки.

Свойства формовочных материалов и смесей. Для получения доброкачественных отливок формовочные и стержневые смеси дол­ жны обладать рядом специфических свойств. ГОСТ 2189—52 уста­ навливает следующие обязательные испытания для песков и фор­ мовочных смесей.

Определение влажности (рис. 47, а) выполняется сушкой про­ бы З в алюминиевом стакане 4, имеющем вместо дна мелкую сетку, струей воздуха, нагреваемого до 205° термоэлементом 2, располо­ женным в корпусе прибора 1. Влажность х в процентах равна

сле сушки.

Определение зернового состава (рис. 47, б) производится на приборе, имеющем 11 сит. Сита 1 расположены друг над другом и заключены в рамку 2, которой от мотора 4 через эксцентриковый

95

механизм сообщается колебательное движение в горизонтальной плоскости. Одновременно приводная колотушка 3 наносит удары по всей системе вращающихся сит. Стандартные сита для просеи­ вания песка имеют следующие размеры ячеек:

песок проходит через ячейки, размеры которых уменьшаются сверху

Рис. 47. Способы испытания формовочных материалов

вниз. Основной фракцией считается наибольшая сумма остатков на трех смежных ситах. Величина зерна характеризуется номером сита, на котором остается данное зерно после прохождения его сквозь предшествующее сито. Размером зерна определяется группа

песка (табл. 6).

Определение газопроницаемости производится пропусканием воздуха через стандартный образец испытуемого материала

96

(рис. 47, в). Образец 8 устанавливается в полой гильзе 7, закрытой сверху пробкой 6 с отверстиями для водяного манометра 9 и труб­ ки 5. Перед испытанием плавающий в воде колокол 1 поднимают, и под него через трехходовой кран 4, трубки 2, 3 и отверстие 10 втягивается воздух (положение пробки крана I). Затем пробка крана ставится в положение II, и колокол, нагруженный грузом II, начинает выдавливать воздух через образец. Манометр 9 регистри­ рует Давление воздуха. Газопроницаемость К определяется по фор­ муле

при постепенно возрастающей нагрузке на испытуемый образец I, который устанавливается на подставку 3, прикрепленную к рыча­ гу 4. На, другом конце рычага укреплен груз«5. Вращая рукоят­ кой 6 винт 8, перемещают влево точку опоры рычага, укрепленного на каретке 7. При этом образец прижимается к площадке 2 и раз­ рушается. На шкале рычага 4 фиксируется напряжение, соответ­ ствующее пределу прочности при сжатии.

Определение прочности на разрыв (рис. 47, д) выполняется на образце 2, имеющем форму восьмерки, который закладывается в фасонные захваты 1 и при засыпании дроби в резервуар 3 нагру-

жается постепенно возрастающим усилием. При некотором зна­ чении груза происходит разрыв образца. Разрывное усилие, отне­ сенное к площади поперечного сечения образца в месте разрыва, является характеристикой прочности.

Связующие материалы для стержней. Связующие материалы (крепители) входят в состав стержневых и формовочных смесей, предназначенных для сухих форм. Они подразделяются на две ос­ новные группы: растворяющиеся (смачиваемые водой) и нерастворяющиеся (не смачиваемые водой). К числу растворяющихся, кроме глины, относится цемент, жидкое стекло, сульфитный щелок, декстрин, патока, пектиновый клей. Водно-растворимые связую­ щие материалы применяются для основной массы стержней. Наи­ более дешевым из них является сульфитно-спиртовая барда (Б) — отход спиртового производства, поставляемая в жидком виде (БЖ) или в виде твердого концентрата (БТ).

Группу нерастворяющихся крепителей составляют масла, смо­ лы, канифоль, продукты переработки нефти и' различные пеки. Та­ кие крепители рекомендуются для смесей, идущих на изготовление тонкостенных или наиболее ответственных стержней.

Стержни во время заливки формы металлом находятся в более тяжелых условиях, чем материал формы: они со всех сторон окру­ жены металлом, отвод газов затруднен. А при затвердевании металла стержни испытывают сжимающее воздействие усадки. От­ сюда возникают противоречивые требования к материалу стерж­ ней: он должен быть достаточно прочным при заливке и податли­ вым при затвердевании металла. По сравнению с материалом фор­ мы должен обладать лучшей газопроницаемостью, податливостью, выбиваемостью и непригораемостью.

Состав и свойства стержневых смесей выбирают с учетом кон­ фигурации и назначения стержней, а также условий, в которых они находятся в форме (табл. 7).

Приготовление формовочных и стержневых смесей. Подготовка свежих формовочных материалов предусматривает сушку песка и глины, просеивание песка, приготовление пылевидного угля и глины, приготовление глиняной или глино-угольной суспензии и подготовку жидких крепителей.

Температура сушки кварцевых песков должна быть не выше 600°, природных глинистых песков — не выше 400°. Высушенный песок охлаждается до 25—30° и просеивается. Сушка песка и гли­ ны выполняется в горизонтальных барабанных сушилах непрерыв­ ного действия за счет встречного перемещения песка и поступаю­ щих из топки раскаленных продуктов сгорания.

Просеивание песка производится при помощи различных сит. Полигональное сито (рис. 48) представляет собой вращающийся от привода 1 металлический каркас 2, к которому крепятся рамы с на­ тянутой на них сеткой 3.

Огнеупорная глина используется для приготовления формо-. войной смеси в виде сухого порошка или водной суспензии. Приме­ нение суспензии исключает сушку и размол глины.

» 8

%

Для получения глиняного порошка сырую огнеупорную глину дробят в зубчатых вальцах, затем сушат в барабанном сушиле при температуре 350—400° до влажности 2—3% и размельчают с специальной мельнице.

Для приготовления глиняной суспензии применяются мешалки, барабаны, смешивающие бегуны и т. д. Подача суспензии к бегунам осуществляется по трубопроводу насосом.

Применение суспензии возможно только для наполнительных и единых смесей. В облицовочных и стержневых смесях суспензия

V