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

вой сумки. Стержни из этих смесей сушатся методом химического твердения продувкой углекислотой в течение нескольких минут (рис. 68). Процесс твердения основан на реакции

Na20 • aS i0 2 -I- èH20 - Ь С 0 2 ==Ы а 2С О з • ш Н 20 + o S i02 • п Н 20 .

При этом кремнезем выпадает в виде геля кремниевой кислоты (flSi02 • пН20) и цементирует песчаную смесь. Продувка должна предусматривать прохождение углекислого газа по всему объему

стержня. Это осуществляется тем, что газ по шлангу 1 подается в полость, образованную глухой крышкой 2 и стержневым ящиком 3, а из этой полости распространяется по всей глубине стержня че­ рез вентиляционные каналы 4.

Для облегчения выбивки стержней из жидкостекольных сме­ сей в них добавляются различные органические добавки — битум, молотый каменный уголь и др.

Ускорение сушки является основным направлением совершен­ ствования технологии изготовления стержней. При быстром твер­ дении стержень можно получать готовым непосредственно в стерж­ невом ящике, благодаря чему повышается точность размеров, лик­ видируется необходимость в применении дорогостоящих сушил, сушильных плит и драйеров, устраняется армирование, в десятки раз сокращается цикл изготовления стержней.

120

К числу наиболее прогрессивных процессов изготовления стер­ жней с твердением непосредственно в стержневых ящиках относит­ ся процесс, основанный на применении смесей, затвердевающих в течение нескольких секунд под действием тепла нагреваемых до 200—300° стержневых ящиков. Стержневые смеси для этого процес­ са состоят из кварцевого песка с содержанием глины не более 0,5% и соответствующих связующих — сахарсодержащих крепителей, синтетических карбамидных, фенолоформальдегидных или фурановых смол в количестве 3—4%.

Процесс с применением горячих ящиков поддается полной авто­ матизации и поэтому является наиболее целесообразным для изго­ товления стержней любой конфигурации в условиях крупносерийно­ го и массового производства.

На ряде заводов страны получает распространение новый спо­ соб изготовления форм и стержней — из жидких самозатвердевающих наливных смесей (ЖСС). Эти смеси, приготовленные па основе обычных формовочных или стержневых материалов с добав­ кой некоторых недефицитных компонентов, применяются в сметано­ образном состоянии. Такая жидкоподвижная масса, получаемая в простых по конструкции смесителях, заполняет'опоку или стерж,- невой ящик и затвердевает самопроизвольно, без сушки, в течение нескольких десятков минут. Затвердевание смеси на модели повы­ шает точность отливок, а подбор необходимых составляющих зна­ чительно улучшает выбиваемость форм и стержней. Применение ЖСС позволяет заменить трудоемкую операцию набивки форм и стержней заливкой смеси в опоку или ящик. Отпадает потребность в применении сложных машин. Это дает возможность резко сокра­ тить цикл изготовления форм и стержней, повышает производитель­ ность труда и снижает трудоемкость изготовления форм. Изготов­ ление форм и стержней из ЖСС создает возможность для механизации формовки в условиях мелкосерийного и даже индиви­ дуального производства отливок. Изготовленные из ЖСС стержни могут окрашиваться самовысыхающей или водной краской. Наряду с хорошей выбиваемостью они обладают высокой прочностью и га­ зопроницаемостью.

§ 7. Устройство литниковой системы

Литниковая система должна обеспечить подвод металла в фор­ му с определенной скоростью, без завихрений и ударов, при полном отделении шлаков и других включений. В связи с этим предъявля­ ются определенные требования ко всем элементам литниковой си­ стемы.

Литниковая чаша во время заливки должна быть наполнена металлом, что предохраняет от попадания шлака в форму (рис. 69, а). При заливке ответственных отливок в воронке устанав­ ливается фильтрующая сетка 2 (рис. 69, б), а выходное отверстие I закрывается пробкой 3, вынимающейся после наполнения чаши (рис. 69, в). В условиях массового производства для надежного

121

улавливания шлака выходное отверстие чаши закрывается плас­ тинкой из жести, которая1расплавляется после заполнения чаши

подвод металла в форму производится питателем, направление ко­ торого должно исключать или сводить до минимума размывающее действие струи металла на материал формы.

Важной частью литниковой системы является выпор. Выпор соединяет полость формы с атмосферой и служит для отвода газов из формы при заполнении ее металлом, удаления шлака и частич­ но для питания жидким металлом кристаллизующейся отливки. Выпор обычно ставят на стороне, противоположной литниковому стояку, и ца более возвышенных местах отливки.

Многие сплавы (особенно сталь) дают большую усадку, поэто­ му вместо выпоров ставят массивные прибыли, предназначенные для питания отливки жидким металлом в процессе затвердевания (для предотвращения усадочных раковин).

Задержание шлаков в шлакоуловителе возможно только при заполнении металлом всей литниковой системы. Для этого необхо­ димо, чтобы сумма сечений всех питателей была меньше сечения литника. При этом условии будет заполнено все сечение шлакоуло­ вителя и обеспечено всплывание легких включений шлака. Кроме этого, литниковая система, заполненная металлом во время всего периода заливки, не захватывает воздуха из атмосферы и газов из формы, что улучшает качество отливки.

122

§ 8. О тд ел к а и сб о р к а ф орм

Перед сборкой форм производится отделка и исправление по­ врежденных при извлечении моделей частей формы. Непрочные части формы укрепляют шпильками или литейными гвоздями. Обычно шпильками укрепляются выступающие части формы, углы, а также участки, прилегающие к литниковой чаше и стояку.

Внутреннюю поверхность исправленной сырой формы перед сборкой припыливают порошкообразным графитом, древесным уг­ лем или другими противопригарными покрытиями. Припыл нано­ сится при помощи мешочка из редкой ткани, а затем прижимается к форме специальными гладилками. Неприставшие частицы при­ пыла сдуваются с поверхности формы. При формовке всухую фор­ ма, подлежащая сушке, покрывается противопригарной краской при помощи кисточки или пульверизатора. Полость формы перед сборкой должна быть тщательно очищена путем продувки ручны­ ми мехами или сжатым воздухом. Для извлечения из формы комоч­ ков формовочной смеси, попавших при формовке, применяют фор­ мовочные крючки и ланцеты (см. рис. 51).

Работы по сборке включают следующие операции: 1) сборку формы, т. е. установку стержней, спаривание верхней и нижней опок; 2) установку литниковых и выпорных чаш; 3) нагрузку иди скрепление формы. Перед сборкой проверяют установку нижней опоки так, чтобы она была расположена строго горизонтально. Поданные на сборку стержни осматривают, проверяют наличие вен­ тиляционных каналов, качество изготовления и размеры. Для обе­ спечения устойчивости стержня в форме его устанавливают по зна­ кам, предусмотренным на модели и в стержневом ящике. Для каж­ дой отливки последовательность установки и крепления стержней определяется технологическими картами. В отдельных случаях пра­ вильность установки стержней проверяют по чертежу отливки или при помощи контрольных шаблонов.

В необходимых случаях для укрепления стержней устанавли­ вают специальные металлические опоры, называемые жеребейками. Жеребейки состоят из опорных поверхностей (пластин) и стоек, на которых они закрепляются. После заполнения формы жеребейки свариваются с металлом и остаются в теле отливки. Поэтому по­ верхность жеребеек не должна иметь следов ржавчины, масла и загрязнения.

Окончательное перекрытие опок состоит в установке верхней опоки на нижнюю. После перекрытия формы в тех случаях, когда

дит сборка литниковых (и выпорных) чаш. Такие наращиваемые литниковые системы применяются для увеличения напора жидкого металла при его заливке в форму.

На собранную форму необходимо наложить груз, вес которого должен превышать усилие, создаваемое жидким металлом и стре­ мящееся приподнять верхнюю половину формы. В среднем этот

123

груз в 4—5 раз превышает вес отливки. Вместо груза опоки можно скреплять скобами, болтами и струбцинами (рис. 70).

Полуформы для мелкого литья в основном скрепляются накла­ дыванием груза. Этот способ высокопроизводителен и позволяет внедрить механизацию и автоматизацию на участке сборки форм. Однако для крупных форм накладывание груза становится невы­ годным, так как требуется очень большой груз, а его установка и снятие представляют собой трудоемкие операции. Поэтому опоки средних и крупных форм не нагружают, а скрепляют между собой.

*

Рис. 70. Способы крепления полуформ:

а — грузом /; б — клиновой скобой 2\ в — хомутами 3, скобами 4 и болтами 5; г — штырем 6 q клином и стяж­ ками 7

Сборка формы должна производиться согласованно с заливкой. Длительный промежуток времени от сборки до заливки может при­ вести к отсыреванию стержней или осыпанию материала формы, а это вызовет брак отливок из-за их засорения стержневой и формо­ вочной смесью, наличия газовых раковин и др. Предельное время между сборкой форм и заливкой их металлом составляет: для сы­ рых форм — 6 ч; для поверхностно-подсушенных — 18 ч\ для су­ хих — 36 ч.

§9. Автоматизация производства литейных форм

Впоследние годы все шире внедряются автоматические и полу­ автоматические установки на таких трудоемких процессах, как при­ готовление формовочных смесей, их передача и распределение по рабочим местам, изготовление форм и стержней, загрузка шихто­

вых материалов в плавильные печи и т. д.

124

В литейных цехах массового и крупносерийного производства получают применение центральные смесеприготовительные систе­ мы, представляющие собой комплекс машин, транспортеров и устройств для переработки исходных формовочных и стержневых материалов, получения на их основе необходимых смесей и пере­ дачи этих смесей к местам изготовления форм и стержней (рис. 71). Исходные материалы с ленточного конвейера 1 поступают в элева­ тор 11, который передает их наверх — на ленточный конвейер 10.

Рис. 71. Центральная емесеприготовительная система

При помощи плужков 9 исходные материалы автоматически ссы­ паются в бункера 5, расположенные над смешивающими бегуна­ ми 4, которые могут работать по автоматически заданному циклу. Бункера снабжены автоматически действующими челюстными за­ творами 2, подающими в бегуны песок. Средний бункер служит для подачи глины; он имеет внизу дозатор и перекидной лоток -3, по которому глина может ссыпаться в бегуны. Готовая формовочная смесь высыпается на расположенный под бегунами ленточный кон­ вейер, а оттуда — в приемник элеватора 8. Поднятая вверх этим элеватором готовая смесь подается в разрыхлитель 7 и от него по ленточному конвейеру 6 направляется в формовочное отделение.

В литейных цехах большое распространение получили литей­ ные конвейеры, объединяющие в единый производственный поток ряд операций, выполняемых на машинах и установках с различной степенью механизации.

125

Литейный конвейер позволяет объединить работу отделений литейного цеха в единый последовательный процесс получения от­ ливок.

В литейных цехах начинают получать применение автоматиче­ ские формовочные линии, на которых изготовление форм происхо­ дит без участия человека. Внедрение автоматизации ликвидирует тяжелый ручной труд, позволяет значительно улучшить условия труда и общее санитарно-гигиеническое состояние литейного цеха.

§10. Литейные свойства металлов и сплавов

ипринципы конструирования литой детали

Сплав, применяемый для получения отливок, наряду с опре­ деленными механическими, физическими и химическими свойства­ ми должен обладать также высокими литейными свойствами, ко­ торые определяют пригодность сплава для получения качествен­ ной отливки (без литейных пороков — раковин, рыхлот, трещин II т. д.). Литейные свойства оказывают большое влияние на выбор технологического процесса изготовления отливок. Основными из них являются жидкотекучесть, усадка и склонность к ликвации.

Жидкотекучестью называется свойство жидкого сплава, харак­ теризующее его способность заполнять полость формы. Сплав, об­ ладающий высокой жидкотекучестью, хорошо заполняет как тол­ стые, так и самые тонкие и сложные сечения. Низкая жидкотеку­ честь приводит к незаполнению отдельных полостей формы, образованию недоливов и спаев. Это свойство зависит от состава сплава, степени его перегрева, а также от материала формы. Сравни­ тельная жидкотекучесть различных сплавов определяется с по­ мощью специальных технологических проб. Наиболее распростра­ нена спиральная проба. Для ее проведения в литейной форме де­ лают спиральный канал постоянного сечения. Путь, проходимый металлом до затвердевания (длина спирали), определяет величину жидкотекучести.

Усадкой называется свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем и размеры при затвердевании и последующем охлажде­ нии. Усадка выражается в относительных величинах. Линейная усадка

126

С усадкой связано много затруднений в производстве отливок. Чем больше усадка, тем больше вероятность получения усадочных раковин и пористости в отливке, появления горячих и холодных трещин, коробления и внутренних напряжений. Величина усадки сплава зависит от его химического состава, температуры перегрева, скорости охлаждения и других факторов. Так, усадка серого чугу­ на уменьшается при увеличении содержания С и Si или при сниже­

Рис. 72. Сечение отливок, дающих различную усадку

тельная ее величина может оказаться меньше по сравнению со свободной усадкой, имеющей место при отливке деталей простой конфигурации (рис. 72, а).

Кроме механического торможения усадки, при остывании от­ ливки, имеющей значительную разницу в толщине отдельных сече­ ний, возникает термическое торможение усадки из-за неодновре­ менности остывания (рис. 72, в). Возможно также одновременное действие механического и термического торможения (рис. 72, г).

Механическое и термическое торможение усадки вызывает воз­ никновение в остывающей отливке внутренних (литейных) напря­ жений. При механическом торможении со стороны формы или стержней могут появиться «горячие» трещины, возникающие в об­ ласти высоких температур (когда сплавы имеют низкую проч­ ность). Термическое торможение усадки обычно приводит к образо­ ванию «холодных» трещин или короблению отливок из-за больших термических напряжений, могущих превысить предел прочности. .

Ликвацией называется неоднородность по химическому составу в различных точках отливки. Различают дендритную и зональную ликвацию. При дендритной ликвации происходит образование не­ однородных по составу кристаллов, а при зональной — неоднород­ ных зон в различных частях отливки. Ликвация увеличивается при увеличении в сплаве содержания примесей, имеющих большой удельный вес (W, Мо и др.) или низкую температуру плавления (S, Р и др.).

127

Зональная ликвация в противоположность дендритной увели­ чивается при медленном охлаждении отливки, когда создаются условия для перемещения различных фаз под действием разницы

влияют и другие факторы. Среди них следует отметить способность металлов и сплавов поглощать газы (Нг, N2, 0 2 и др.), попадающие из шихтовых материалов, окружающей среды, материала формы и т. д. Растворимость газов в расплавленном металле зависит от температуры, понижаясь с ее уменьшением.

Рассмотренные выше литейные свойства сплавов и их влияние на механические свойства отливок необходимо учитывать при про­ ектировании литых деталей. Принимая во внимание жидкотеку­ честь отдельных сплавов, нельзя устанавливать, например, толщину стенок детали меньше некоторых предельных значений. Так, при литье в песчаные формы рекомендуются следующие минимальные толщины стенок (в мм): для медных сплавов — 2; для ковкого чу­ гуна — 2,5; для серого чугуна и алюминиевых сплавов — 3; для стальных отливок — 5. Чем тоньше стенки и сложнее конфигурация отливки, тем выше должна быть температура заливки для обеспе­ чения заполнения формы.

Ввиду того что затвердевание и охлаждение металлов в форме сопровождаются усадкой, модели необходимо изготовлять больщих размеров, чем получаемые отливки. Для деталей, предназначенных для механической обработки, модели изготовляются, кроме того, с припуском на механическую обработку, т. е. с учетом слоя ме­ талла, который будет снят на станках в процессе механической об­ работки.

Наиболее радикальной мерой предотвращения усадочных рако­ вин является устройство прибылей на тепловых узлах отливок. Не устраняя самого процесса усадки, прибыль питает основную часть отливки, уводя тем самым усадочную раковину за пределы отлив­ ки. Не рассматривая подробно способы расчета прибылей, укажем только, что давление газов в замкнутой усадочной раковине в обычной прибыли меньше атмосферного. Но эффект питания отлив­ ки со стороны прибыли будет выше при повышении давления газов в полости усадочной раковины, образующейся в прибыли. С этой целью применяют прибыли, действующие под атмосферным, газо­ вым и повышенным воздушным давлением. Схематическое изобра­ жение этих прибылей показано на рис. 73.

В прибылях, действующих под газовым давлением, устанавли­ вается специальный патрон с газообразующим зарядом (мел и мел с термитом). Стерженек должен прогреться и начинать выделять газ только -«осле образования на прибыли сплошной твердой кор­ ки металлов.

128

Усадочные дефекты получаются в тепловых узлах, т. е. в наи­ более массивных местах отливок, которые затвердевают последни­ ми. Более тонкие места, затвердевающие быстрее, получаются здо­ ровыми, так как подпитываются жидким металлом из более мас­ сивных тепловых узлов.

Для получения отливок без усадочных раковин и пористости применяют принцип направленного затвердевания. При этом крис­ таллизация металла происходит снизу вверх, начиная от располо­ женных внизу тонких сечений до верхних, наиболее толстых.

Чертеж отливки в этом случае проверяют методом вписанных ок­ ружностей (т. е. окружность, вписанная в любое сечение отливки, должна свободно проходить по всем вышерасположенный сече­ ниям). При такой конструкции отливки каждая нижележащая часть питается жидким металлом от вышерасположенной части, выпол­ няющей роль прибыли.

На рис. 74 показано неправильное (а) и правильное (б) кон­ структивное решение теплового узла, характерного для многих от­ ливок. Решение б обеспечивает разрядку теплового узла, так как выравнивает толщину сечения. Трудоемкость же изготовления стержня в том и другом случае практически одинакова.

Отливки, сочетающие в себе толстые и тонкие части, не техно­ логичны также вследствие возникновения в них при охлаждении литейных напряжений. Чем более неравномерна по сечению отлив­ ка, гем больше возникающие в ней напряжения. При этом послед­ ние имеют место как в пластичном, так и в упругом состоянии от­ ливки. Если напряжения достигают значительных величин, то они приводят к образованию трещин или короблению отливок.

Для уменьшения напряжений и опасности образования трещин отливка должна иметь равномерную толщину стенок, что обеспечи­ вает более равномерное охлаждение. Принцип одновременного за­ твердевания при охлаждении применяется обычно для малых и средних тонкостенных отливок из чугуна и бронзы, сечения которых