Материаловедение и технология конструкционных материалов

13.6. Изготовление стержней

Существует большое многообразие методов изготовления стерж­ ней: с помощью ручной набивки стержневых ящиков, на встряхи­ вающих, пескодувных и пескострельных машинах, с помощью пескометов и на установках, использующих жидкоподвижные самотвердеющие смеси (ЖСС). В массовом производстве отли­ вок средних размеров наиболее часто используют пескодувный и пескострельный способы, а стержни для крупных отливок мелкосерийного производства изготавливают с помощью песко­ метов, ручной набивкой ящиков и на установках, использующих ЖСС. Вручную изготавливают и мелкие, ажурные стержни, так как машинное изготовление не всегда обеспечивает требуемую плотность и ее равномерность в различных зонах стержня.

На рис. 13.13 приведена схема изготовления цельного стержня

вящике, состоящем из двух половин. В половину i стержнево­ го ящика, смазанного керосином, засыпают стержневую смесь 3 и укладывают арматуру 2 или сварной металлический каркас, если стержень имеет сложную конфигурацию. Каркас не должен препятствовать вентиляции стержня и усадке отливки, поэтому

взависимости от размеров стержней устанавливается минималь­ ное удаление каркаса от их поверхности. После уплотнения смеси

металлической линейкой удаляют ее избыток и производят сбор-

ЩЖ'ЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖл5 г.

У?£

‘и 1

(?

1 V;

й

Рис. 13.13. Изготовление стержней вручную:

а — набивка половинок стержневого ящика; б — сборка ящика; в — уда­ ление половины ящика; г — укладка сушильной плиты; д — удаление

второй половины ящика

Рис. 13.14. Машинное изготовление стержней:

на пескодувной машине; в — на пескострельной машине

ку. Душником 4 накалывают канал, облегчающий выход газов из стержня в его знаковую часть при заливке формы. Затем уда­ ляют верхнюю половину ящика и вместо нее-укладывают су­ шильную плиту 5, повторяющую форму поверхности половины стержня. Всю систему поворачивают на 180° и удаляют вторую половину ящика, после чего он направляется на следующий цикл процесса изготовления стержня, а сырой стержень вместе с пли­ той — в сушило.

Вряде случаев считается целесообразным изготовлять отдель­ но две половины стержня, и после сушки на плоских сушильных плитах их склеивают и шпаклюют по плоскости разъема.

Вцехах крупносерийного и массового производства домини­ руют пескодувный и пескострельный способы. Пескодувные машины могут иметь различное конструктивное оформление, но наиболее часто встречаются такие, устройство которых приве­ дено на рис. 13.14, а, б. Машина имеет пескодувную головку 1 со щелевыми отверстиями в донной плите. С помощью пневма­ тического цилиндра 7 головка может перемещаться вправо по рольгангу 8. Вместе с ней перемещается шибер 6, препятствую­ щий выпадению смеси 3 из бункера 4. Когда головка располо­ жена под бункером, включавЬт вибратор 5, и стержневая смесь перетекает в головку. Стержневой ящик 9 с отверстиями в верх­ ней половине, совпадающими с отверстиями пескодувной плиты, устанавливают на рабочем столе с воздушной подушкой 10.

Заполненную смесью головку перемещают в левое положение

ив воздушную подушку под столом подают сжатый воздух, устра­ няя зазоры между ящиком и плитой, а также головкой и крыш­ кой головки 2. Открывая клапан в крышке головки, обеспечи­ вают подачу сжатого воздуха в головку. Воздух давит на смесь, фильтруется через нее и вместе с песком устремляется в стерж­ невой ящик. Воздух выходит через венты, занимающие до 50 % поверхности ящика. После прекращения подачи воздуха в по­ душку и головку стержневой ящик снимают со стола, разбирают, стержень перекладывают на плиту и повторяют рабочий цикл. Очень часто ящики делают обогреваемыми газом или электри­ чеством, совмещая процессы изготовления и сушки или отвер­ девания.

Пескострелъная машина (рис. 13.14, в) по принципу работы напоминает пескодувную, но обеспечивает более высокую под­

вижность стержневой смеси при заполнении ею полости ящика, вследствие чего в ящик практически не поступает воздух и от­ падает необходимость в установке большого количества вент.

Смесь из бункера 11 через шибер 12 попадает в рабочий ре­ зервуар 13, из которого под действием сжатого воздуха запол­ няет стержневой ящик 15, установленный на рабочем столе 16. Надувная плита 14 имеет не только отверстие, соединяющее по­ лости резервуара и ящика, но И отверстие, через которое воздух из ящика выходит в атмосферу. Сжатый воздух из резервуара 17 через отверстие большого размера, закрываемое быстродействую­ щим клапаном 18, поступает в рабочий резервуар с двойными стенками. Отверстия во внутренней стенке служат рассекателем воздуха. Под давлением воздуха смесь отделяется от стенок и лег­ ко перемещается в ящик.

1Р Ц Ц Суш ка стержней и ф орм ________________

Сушка стержней и форм повышает прочность смеси, уменьшает ее газотворноСть и повышает газопроницаемость, но ее примене­ ние удлиняет технологический процесс, требует дополнительного оборудования, производственных площадей, трудозатрат и энер­ гии. В связи с этим она в основном применяется для стержней, работающих в более тяжелых условиях, чем формы. Формы не подвергают сушке, только для очень ответственных отливок осу­ ществляют поверхностную подсушку рабочей полости формы переносными многопостовыми газовыми горелками или про­ пускают формы через проходные конвейерные сушила.

Для сушки стержней применяют камерные печи периодиче­ ского действия, но в условиях массового производства более удобны вертикальные (двух- и четырехходовые) и горизонталь­ ные конвейерные сушила. В процессе сушки стержни медленно нагревают до 100 °С, после чего температуру повышают до уров­ ня, определяемого типом крепйтеля, и снижают до 50...70 °С. Медленный нагрев и охлаждение необходимы во избежание рас­ трескивания стержней. Для органических связующих нагрев ведут до 180...240 °С, песчано-смоляных — до 200...280, песчано-гли- нистых — до 300. ..350 °С. Чем больше масса стержня и сложнее его конфигурация, тем медленнее ведут нагрев и больше време­ ни выдерживают стержень при максимальной температуре.

При использовании химически твердеющих смесей душка стержней не требуется, так же как и при их производстве по горя­ чим ящикам. Следует отметить, что отвердевание смеси в стерж­ невых ящиках (холодное или горячее) способствует резкому повы­ шению размерной точности отливок и считается перспективным процессом, особенно для цехов крупносерийного производства.

13.8. С борка и заливка ф орм

Сборку формы начинают с установки нижней полуформы на ровную площадку литейного плаца (мелкосерийное производство крупных отливок) или тележку заливочного конвейера (крупно­ серийное производство). Затем из полости полуформы сжатым воздухом выдувают сор и пыль и устанавливают в нее стержни. Если знаковые Части стержней не обеспечивают устойчивости стержня в форме, его устанавливают на металлические жеребей­ ки. Правильность установки и постоянство зазора между стержнем и формой контролируют шаблонами и щупами, которые входят в состав модельного комплекта. Если это необходимо по техноло­ гическому процессу, одновременно со стержнем устанавливают внутренние холодильники и фильтрующую сетку. После этого нижнюю полуформу накрывают верхней, используя стационар­ ные или съемные штыри, обеспечивающие точность совмещения полуформ.

Д л я п р е д о тв р а щ е н и я п о дъ е м а в е р х н е й п о л у ф о р м ы п о д д е й ­

во дств е вм есто ск об д л я м е л к и х и с р е д н и х ф орм п р и м е н я ю т а в ­ то м а ти ч е с к у ю н а г р у з к у гр у з а м и .

Схема организации работ по изготовлению полуформ, сборке, заливке и йыбивке форм на конвейере для крупносерийного про­ изводства приведена на рис. 13.15. Пустые опоки подают тележ­ ками 2 литейного конвейера 1 и сталкивают на ленточный транс­ портер 3, откуда их с помощью пневматических подъемников и монорельсов 4 снимают и устанавливают на формовочные ма­ шины верха 5 и низа 6. Нижняя полуформа устанавливается на промежуточный сборочный конвейер 7, в нее укладывают стержни, которые заблаговременно запасены на стеллаже 8,

и закрывают полуформой верха, которую подают по монорельсу 4. Собранную форму сталкивают на одну из тележек 2 конвейера, подающего формы на заливочную площадку 9. В торцевой части конвейера расположен стенд с раздаточным ковшом 11, via ко­ торого металл заливают в разливочные ковши, подаваемые по монорельсу 10 на заливочную площадку. Залитые из разливоч­ ного ковша формы проходят через тоннель, облегчающий улавли­ вание и удаление выделяющихся из формы газов, и поступают на выбивную решетку 12, где из них удаляют отливки и формо­ вочную смесь, после чего опоки поступают на следующий цикл изготовления и заливки форм.

Рис. 13.15. Схема организации работ на литейном конвейере

Заливка форм может осуществляться различными методами: под низким (регулируемым) и высоким давлением, под действием центробежных сил, вакуумным всасыванием, но наиболее часто она осуществляется под действием силы тяжести за счет разно­ сти уровней металла в заливочной чаше и в полости формы.

Металл в формы поступает из ковшей или с помощью зали- вочно-дозирующих устройств. Литейные ковши представляют собой емкости, сварной металлический кожух которых изнутри футерован огнеупорным материалом. Различают ковши поворот­ ные и стопорные (рис. 13.16, б). В свою очередь Поворотные ковши бывают чайниковыми (рис. 13.16, а) и барабанными (рис. 13.16, в). Чайниковые и стопорные ковши чаще применяются для разливки стали, так как они в большей мере препятствуют попаданию шлака в форму. Чугун имеет более низкую температуру разливки, вслед­ ствие чего шлак на его поверхности более вязкий, что уменьшает

вероятность его попадания в форму. Поэтому для разливки чугу­ на обычно применяют барабанные ковши.

Чайниковый ковш оборудован перегородкой или керамической трубкой 1, задерживающей шлак при наклоне ковша в процессе заливки. Из стопорного ковша металл вытекает через отверстие в днище, которое закрывается стопором 2. Подъем и опускание стопора (штанги с керамическими бусами) осуществляется с по­ мощью системы рычагов 3.

Рис. 13.16. Типы литейных ковшей:

а — чайниковый; б — стопорный; в — барабанный

Заливочно-дозирующие устройства одновременно выполня­ ют функции заливки и дозирования порции заливаемого расплава. По принципу действия их подразделяют на электромеханические, пневматические, электромагнитные и комбинированные.

Выбивка форм и стержней из отливок

После затвердевания отливку выдерживают в форме до уста­ новленной для каждого вида сплава температуры, после чего форму выбивают. Обычно стремятся к ранней выбивке, чтобы со­ кратить технологический цикл, но при этом возникает опасность образования трещин, связанных с низкой прочностью металла при высоких температурах или с ускоренным охлаждением отли­ вок на воздухе после выбивки. Обычно стальные отливки охла­ ждаются до 500...700 °С, чугунные — до 400...500, бронзовые — до 300...500 и алюминиевые — до 200...300 °С.

Выбивку форм осуществляют на механических, чаще всего эксцентриковых или инерционных выбивных, решетках; вы­ давливанием; крупные формы иногда выбивают в гидравличе­ ских камерах (рис. 13.17). Для выбивки форму 1 помещают на решетке 2, установленной на опорных пружинах 4 и оборудо­ ванной быстровращающимся валом 3 с неуравновешенной мас­ сой (эксцентриком). Вибрация решетки передается форме, смесь разрушается и через решетку просыпается на транспортер 5, с помощью которого перемещается в систему регенерации оборот­ ной смеси. Выбивка форм сопровождается выделением большого количества газов, тепла, пыли и сильным шумовым эффектом. Поэтому решетки оборудуются пылегазоулавливащими и зву­ коизоляционными системами. Проблему борьбы с шумом удач­ но решает выдавливание смеси вместе с отливкой на решетку и далее на транспортер с помощью гидравлических цилиндров 6, но этот метод применяется только для опок, не имеющих кре­ стовин.

З л\

Г " г .**

Г Я Ь № Л У 1 У 7 П > Г Г > Ф Л

74

/ / / /

''>7777777777У

Рис. 13.17. Выбивка форм и стержней:

а — на выбивных решетках; б — выдавливанием; в — в гидравлических камерах; г — на вибрационных машинах; д — в электрогидравлической уста­

новке

Комплексное решение многих проблем может быть достигнуто выбивкой в гидравлических камерах, где струя воды 7 толщиной 5...20 мм под давлением 5... 10 МПа размывает формовочную смесь. Этот метод хорошо вписывается в схему мокрой регене­ рации оборотной смеси и, кроме того, в нем одновременно соче­ таются выбивка форм, удаление стержней из отливок и очистка поверхности от пригара. Для выбивки форм используют герме­ тичные камеры, в которые формы закатывают на тележках 8.

Втехнологических процессах производства отливок в разо­ вых формах стремятся исключить операцию выбивки стержней, для чего применяют легко выгорающие крепители, а стержни стараются делать полыми и тонкостенными. В этом случае уда­ ление песка из отливки происходит одновременно с ее выбивкой из формы. Если же выбивка стержней необходима, то ее осущест­ вляют на пневматических вибрационных машинах, в гидравли­ ческих камерах и электрогидравлических установках.

При выбивке на вибрационной машине отливка 10 зажимает­ ся между пружинным упором стойки 9 и упором вибратора 11, перемещаемого по направляющим станины с помощью пневма­ тического цилиндра 12. Под действием вибрации стержень раз­ рушается и песок вытекает через технологические отверстия

вотливке.

Вэлектрогидравлической установке стержень разрушается ударной волной, возникающей при высоковольтном электриче­

ском разряде между двумя электродами или между электро­ дом 13 и отливкой 10, помещенной в камеру с водой 14. Электрод с помощью тележки перемещается вдоль поверхности, одновре­ менно с выбивкой стержня производя очистку от пригара.

13.10. Обрубка и очистка отливок

Обрубка отливки заключается в отделении от нее литников, выпоров, прибылей и заливов по разъему формы и в местах со­ пряжения стержневых знаков с формой. Основными фактора­ ми, определяющими выбор способа обрубки, является вязкость сплава, из которого изготовлена отливка, масса отливки и се­ рийность производства.

320 Раздел III. Литейное производство

Для отличающихся хрупкостью серого и 6enozq чугунов удале­ ние литников не представляет трудности и производится ударом по литнику молотком. В отдельных случаях могут быть исполь­ зованы пневматические зубила и для массового производства — отламывание на прессах.

Для стальных отливок молоток, зубило и пресс могут при­ меняться, если масса отливок невелика. Для крупных отливок чаще используют ацетиленокислородную резку. В условиях мас­ сового производства отрезку прибылей и, реже, литников могут производить на токарных станках, работающих с поперечной подачей.

Большинство цветных сплавов отличается вязкостью, что ис­ ключает применение ударов из-за возможного коробления отли­ вок. В этом случае широко используются ленточные пилы, хотя обрубку можно производить на токарных станках и прессах.

Очистка отливок заключается в удалении пригара и улуч­ шении чистоты поверхности. Принципиальные схемы основных методов очистки и зачистки заливов по знаковым частям и разъе­ му формы показаны на рис. 13.18. Очистку можно производить галтовкой, дробеметной, дробеструйной, вибрационной и электро­ химической обработкой, а зачистку — абразивными кругами и электроконтактным методом. Выбор оборудования для очист­ ки в основном зависит от размеров отливок и серийности произ­ водства.

Очистку галтовкой применяют для средних отливок, для чего в барабан, футерованный внутри броневыми листами 1, загру­ жают отливки 2 и звездочки из белого чугуна и с помощью опор­ но-приводных роликов 3 барабан приводят во вращение. Пере­ катываясь, отливки трутся друг о друга и о звездочки и очища­ ются от пригара. В массовом производстве применяют барабаны непрерывного действия (проходные), в серийном — периодиче­ ского действия.

Для очистки средних и крупных отливок из черных сплавов широко применяют дробеметные барабаны и камеры. В дробеметные барабаны отливки 2 загружают через окно загрузки-вы­ грузки 7 на пластинчатый транспортер 6. При движении транспор­ тера отливки перекатываются, подставляя различные поверхности под струю стальной или чугунной дроби 5, подаваемой дробемет­ ной головкой 4. Дробь вместе с песком 8 собирается в воронке днища и после отделения от песка на магнитном сепараторе по-