Материаловедение и технология конструкционных материалов

межуточное положение между литьем в разовые и литьем в постоянные формы, так как в ряде случаев эти формы выдер­ живают несколько наливов.

15.3.1. Литье в оболочковые формы

При литье в оболочковые формы, полуформы и стержни из­ готавливают в виде оболочек толщиной 6...10 мм. В качестве связующего используются горячетвердеющие смолы с высокой удельной прочностью. Технология литья этим способом вклю­ чает операции приготовления плакированной песчано-смоляной смеси, получения по модельной оснастке оболочковых полуформ, сборки форм и их заливки. В качестве связующего обычно ис­ пользуется пульвербакелит — смесь фенолоформальдегидной смолы и 8 % уротропина. Пульвербакелит относится к терморе­ активным смолам, нагрев которых свыше 200...250 °С приво­ дит к их полимеризации и необратимому затвердеванию.

Плакированную смесь приготавливают горячим и холодным способом. В первом случае мелкозернистый песок нагревают до 150 °С и смешивают в бегунах со смолой. Последняя, расплав­ ляясь, обволакивает (плакирует) песок тонкой пленкой. После охлаждения до 60 °С в смесь добавляют уротропин, который придает смоле способность к термическому твердению. При хо­ лодном плакировании пульвербакелит растворяют в спирте или ацетоне и перемешивают с холодным песком.

Процесс изготовления полуформ, их сборка и заливка пока­ заны на рис. 15.13. Разъемная модель 1 вместе с модельной пли­ той 2 нагреваются в печи до 200...250 °С и устанавливаются на поворотный бункер 3 со смесью песка и пульвербакелита 4. За­ тем бункер поворачивается на 180° и выдерживается в течение 15...25 с в таком положении. За это время прогревается слой смеси толщиной 6... 10 мм и после поворота бункера в исходное Положение на модели остается слой песка 5, скрепленный рас­ плавленной смолой. Модельную плиту вместе с моделью и полу­ твердой оболочкой помещают в печь, где она при температуре 300...350 °С необратимо затвердевает в течение 50...60 с. С по­ мощью выталкивателей корочку снимают с модели, в нее уста­ навливают оболочковый или обычный стержень 6, скрепляют струбцинами или склеивают со второй оболочковой полуфор-

ZZZZZt^f/

YZZZAт

с

Рис. 15.13. Литье в оболочковые формы:

а — деталь; б — нагревание модели; в — установка модели на ящике со смесью; г — выдержка смеси на модели; д — удаление непрогретой смеси; е — удаление корковой полуформы; ж — сборка и заливка формы

мой. Собранную форму устанавливают в опоки 7 и в зазор между формой и опокой засыпают песок или чугунную дробь 8. Приме­ нение опорного слоя позволяет увеличить жесткость формы, что особенно важно при изготовлении крупных отливок.

Оболочковые стержни изготавливают аналогичным способом. При этом предусматривается нагрев стержневой оснастки газом или с помощью электрических нагревателей. Смесь в ящики может засыпаться или подаваться с помощью пескострельных машин.

В связи с тем что отвердение смеси происходит на модели, а для приготовления смеси используют мелкий песок, литье в оболочковые формы повышает точность отливок и снижает шероховатость их поверхности. Этим методом получают отлив­ ки массой до 300 кг, имеющие тонкие ребра (цилиндры мото­ циклов) или повышенные требования по размерной точности (коленчатые валы). При этом в 9... 10 раз уменьшается расход формовочной смеси и облегчается ее регенерация термической

обработкой. К недостаткам метода следует отнести высокую токсичность выделяющихся при горении смолы газов и возмож­ ность поверхностного насыщения углеродом отливок из низко­ углеродистых и нержавеющих сталей.

15.3.2. Литье по выплавляемым моделям

При литье по выплавляемым моделям форма представляет собой неразъемную керамическую огнеупорную оболочку, кото­ рая формируется вокруг разовой неразъемной выплавляемой из оболочки модели. Технология литья по выплавляемым моделям включает следующие операции:

□изготовление разовой модели и модели литниково-питаю- щей системы;

□сборку моделей в единый блок;

□приготовление суспензии из связующего и пылевидного на­ полнителя;

□нанесение на блок моделей огнеупорного покрытия, выплав­ ку модели из оболочки;

□упрочнение оболочки прокаливанием и ее засыпку песком;

□заливку в оболочку металла;

□отделение отливок от стояка и их очистку.

Модели изготавливают из модельной композиции, состоящей из парафина, стеарина и воска. Температура размягчения ком­ позиции выше 30 °С, температура плавления — около 50 °С.

На рис. 15.14 показана последовательность операций для из­ готовления постоянных магнитов методом литья по выплавляе­ мым моделям. Блок из четырех моделей и объединяющей их втулки изготавливают путем запрессовки пастообразной ком­ позиции 3 с помощью шприца 2 в алюминиевую пресс-форму 1. После затвердевания модельной композиции блок 4 извлекают из пресс-формы и собирают, нанизывая на металлический стер­ жень 5. При этом втулки образуют литниково-питающую систему.

Для получения оболочковой формы 6 собранные блоки моделей окунают в огнеупорную суспензию и обсыпают песком. Основны­ ми компонентами суспензии являются гидролизованный раствор этилсиликата и тугоплавкий наполнитель (молотый кварцевый песок, цирконовый концентрат и др.). При высушивании огне­ упорной суспензии образуется гель кремниевой кислоты, который

Рис. 15.14. Литье по выплавляемым моделям:

а — деталь; б — изготовление блока моделей; в — сборка блоков; г — нане­ сение покрытия; д — заливка форм

связывает частицы наполнителя. Процесс нанесения покрытия повторяют несколько раз, в результате чего на поверхности блока моделей образуется оболочка толщиной в несколько миллиметров.

После сушки последнего слоя покрытия модельную компози­ цию выплавляют в горячей воде, а оболочковую форму 6 уста­ навливают в опоке 7 и обсыпают песком 8. Перед заливкой форму прокаливают при температуре 800...1100 °С.

После охлаждения отливки извлекают из формы и подают на вибрационные установки с целью удаления огнеупорного по­ крытия с наружных поверхностей отливок и их отделения от стояка. Из внутренних полостей керамика выщелачивается в расплавах щелочей при 500 °С. Отсутствие разъема формы обеспечивает высокую размерную точность отливок, а мелко­ зернистое огнеупорное покрытие керамической оболочки — высокую чистоту поверхности. Заливка в горячую форму позво­

368 Раздел III. Литейное производство

ляет получать отливки массой от нескольких граммов до десят­ ков килограммов с толщиной стенки от 0,5 до 5 мм.

Литье по выплавляемым моделям широко применяется для производства мелких сложных отливок в приборо-, автомо­ биле- и тракторостроении. Этим способом получают отливки из труднообрабатываемых сплавов (лопатки турбин, колеса насосов, постоянные магниты и др.).

Себестоимость полученного литья в 3...10 раз выше, чем от­ ливок, полученных в песчано-глинистые формы, но высокое ка­ чество и минимальная механическая обработка обеспечивают его рентабельность в массовом и крупносерийном производстве.

15.3.3. Литье по газифицируемым моделям

Литье по газифицируемым моделям по многим параметрам напоминает литье по выплавляемым моделям и характеризуется тем, что модель, изготовленную из вспенивающихся полимеров (полистирола), не извлекают перед заливкой металла из формы. Расплавленный металл заливается непосредственно на модель, выжигая (газифицируя) ее и высвобождая полость для отливки. Схема технологического процесса получения отливок этим ме­ тодом приведена на рис. 15.15.

На первом этапе технологического процесса гранулы поли­ стирола 1 (размером 0,2...4 мм) загружают на поддоны 2 и в за­ крытых емкостях 3 нагревают паром до температуры 80 °С. В результате нагрева размер гранул увеличивается до 1...15 мм. После сортировки подвспененные гранулы воздухом задувают в разъемные алюминиевые пресс-формы 4, которые устанавли­ вают в автоклавы 5 и под давлением 0,2 МПа нагревают до темпе­ ратуры более 100 °С. В результате такой обработки полистирол вспенивается и спекается, образуя модели. Модели 6 извлекают из пресс-формы и после сушки и склеивания покрывают огне­ упорной обмазкой, состоящей из этилсиликата и наполнителя — молотого кварцевого песка. Иногда на первый слой покрытия наносят второй, после чего приступают к формовке. Опоки 7 выполняют в виде двух стенок с зазором между ними. При этом внутренняя стенка имеет отверстия для выхода газов, образую­ щихся при заливке формы. Формовку осуществляют засыпкой сухого песка 8, уплотнение которого достигается вибрацией опоки.

а, Пар

-Рис. 15.15. Литье по газифицируемым моделям:

а — подвспенивание гранул полистирола; б — заполнение пресс-форм; в — вспенивание и спекание гранул; г — извлечение модели; д — формовка мо­

делей; е — заливка форм

В единичном и мелкосерийном производствах модели для крупных отливок изготавливают из плит и блоков пенополистирола, склеивая или сваривая их между собой. Модели перед формовкой покрывают слоем противопригарной краски толщи­ ной около 0,2 мм. В качестве формовочной смеси можно кроме песка использовать сыпучий ферромагнитный порошок или чу­ гунную дробь. В последнем случае уплотнение осуществляют при помощи электромагнитного поля, которое не снимают и во время заливки и кристаллизации металла отливки.

Литниковую систему частично выполняют из полистирола (литники, питатели), а частично из керамических трубок (стоя­ ки). Подвод металла во всех случаях осуществляют сифонным методом, чтобы металл в полости формы поднимался снизу вверх, обеспечивая спокойное поступление расплава и посте­ пенную газификацию модели.