1.4.3 Машинная формовка

Машинная формовка используется в серийном, массовом, и крупносерийном производствах.

По характеру уплотнения смеси машины делят на прессовые, вытряхивающие с подпрессовкой, пескодувные, пескострельные и пескометные.

Прессовые машины бывают с верхним и нижним прессованием. При верхнем прессовании наибольшая степень уплотнения находится у прессовой колодки, при нижнем прессовании наибольшее уплотнение формовочной смеси находится и поверхности модели.

Прессовые машины применяют для полуформ в невысоких опоках 200-250 мм. Этот недостаток может быть устранен применением профильных прокладок, обеспечивающих более равномерное уплотнение формовочной смеси во всем объеме. Равномерное уплотнение смеси можно осуществить так же прессованием с эластичной резиновой мембраной. Здесь смесь уплотняется давлением сжатого воздуха (или жидкости) через эластичную мембрану, повторяющую рельеф поверхности модели. В обычных прессовых машинах Р = 0,5 МН/м² (5 атм), применяют прессование и под высоким давлением до 2 МПа.

Вытряхивающие машины уплотняют формовочную смесь за счет инерционных сил, возникающих при многократно повторенном вытряхивании. Эти машины уплотняют смесь неравномерно, в наибольшей степени у поверхности модели. Для дальнейшего уплотнения в верхних слоях осуществляют подпрессовку.

Пескометы – высокопроизводительные формовочные машины (уплотняющие до 40 м³ смеси в час), использующиеся преимущественно для форм крупных отливок.

Они производят две операции: заполнение опоки формовочной смесью и ее уплотнение.

Пескодувные машины применяют в основном для приготовления стержней. Здесь стержневая смесь заполняет стержневой ящик и уплотняется под давлением сжатого воздуха 5-6 атм.

В пескострельных машинах стержневая смесь уплотняется при мгновенном ее перемещении под давлением сжатого воздуха из пескострельного резервуара в стержневой ящик через сопло.

0. 1.5 Заливка форм

Разливные ковши в зависимости от литейного сплава, смеси отливок и условий заливки имеют различную конструкцию и емкость. Сплав перед заливкой в форму некоторое время выдерживают в ковше для выделения газов, всплывания шлака и неметаллических включений. Заливку производят не прерывая струи, литниковая чаша должна поддерживаться полной. При перерывах струи расплав поступает в полость формы отдельными порциями, может охладиться и отслоиться, тогда в отливках образуются дефекты – спаи. Струя при разливе не должна размывать формовочную смесь, шлак не должен попадать в форму.

0. 1.6 Физическая сущность литейного процесса и его влияние на качество отливок

Чрезвычайно затрудняет получение точных и высококачественных отливок процесс усадки. В процессе затвердевания отливки внутри ее могут образоваться раковины, пористости, трещины – так называемые усадочные пороки. Их возникновение связано с неодновременным затвердеванием металла в объеме отливки. Отдавая тепло окружающей среде, отливка начинает охлаждаться и затвердевать с поверхности, в то время как сердцевина остается жидкой. При дальнейшем охлаждении и затвердевании сердцевина претерпевает большее относительно сжатие, чем раннее затвердевшая корка. Вследствие этого сплошность металла нарушается, внутри отливки образуются вакуумные пустоты - усадочные раковины. В слитках усадка металла вызывает образование воронкообразной внешней усадочной раковины. Величина, форма и расположение усадочных раковин определяется природными свойствами сплава и рядом других факторов.

Размеры и форма отливки оказывают влияние как на величину, так и на расположение раковин в отливке. Теоретическая величина раковины оказывается пропорциональной объему отливки. Поэтому мелкие отливки в значительно меньшей степени склонны к образованию усадочных пороков.

Раковины образуются там, где заканчивается затвердевание отливки. Как правило, это более массивная часть отливки. При отсутствии массивных узлов усадочные пустоты сосредотачиваются в центральной зоне стенок, расположенных приблизительно в верхней части отливок. Большое искривление стенки вызывает неравномерное охлаждение ее с той и другой стороны. Внешняя сторона обычно охлаждается быстрее, чем внутренняя.

Если радиус кривизны вогнутой стенки мал, то вследствие нагрева стержня теплообмен с внутренней стороны может совсем прекратиться. Тогда внутренняя поверхность отливки затвердеет последней и на ней образуется открытая усадочная раковина.

Для борьбы с усадочными пороками в отливках применяют питание их за счет металла литниковой системы.

Возможность образования различных структур в зависимости от затвердевания наблюдается и многих сплавов. Наиболее характерным из них является чугун. Величина и расположение усадочных пороков здесь в большой степени зависит от структурного состояния углерода. В структуре отливки из серого чугуна объем усадочных пустот тем меньше, чем полнее пройдет графитизация углерода (т. к. удельный объем цементита меньше, чем объем составляющих его элементов Fe и С). В частности по этой причине белый чугун имеет большую усадку, чем серый.

Сильным средством регулирования процесса затвердевания служит целесообразный выбор места подачи металла к отливке.

Подвод в тонкую часть применяют для отливок из серого чугуна, который в меньшей степени склонен к образованию усадочных раковин и поэтому не нуждается в сильных средствах питания. Такие отливки имеют минимальные внутренние напряжения и, как правило, пускаются в эксплуатацию без термообработки. Кроме того, в этом случае они имеют однородную структуру, т. к. возможность образования различных структур минимальна.

Для отливок из ковкого чугуна и стали, весьма склонных к образованию усадочных пороков, оптимальным является подвод металла в толстую часть. Образующиеся при этом внутренние напряжения снимаются при обязательном высокотемпературном отжиге.

Удельный вес сплава оказывает значительное влияние на процесс формирования отливки. Чем больше удельный вес, тем больше будет гидростатическое давление в незатвердевшей части отливки, способствующее проникновению жидкости в жидкокристаллические поры. В связи с этим число, количество и объем пор (в особенности в нижней части отливки) уменьшается за счет увеличения концентрированной раковины. Помимо этого разница температур способствует возникновению внутри отливки конвективных потоков, сосредотачивающих наиболее горячий (и легкий) металл в верхней части отливки благодаря чему и усадочные раковины смещаются в эту часть.

Атмосферное давление играет значительную роль в формировании усадочных пороков. Воздействуя на затвердевающую отливку с развивающимися в ней вакуумными пустотами, атмосферное давление может вызвать перемещение жидкости внутри затвердевшей корки и деформировать ее, а так же давит на гибкое ядро через свободные пустоты чаши и прибылей.

С затвердеванием этих поверхностей, атмосферное давление деформирует только что затвердевшую корку. Если по коркой образуется усадочная пустота, то атмосферное давление часто прорывает корку и вновь вступает в контакт с жидкостью способствуя уплотнению отливки.

В тех случаях, когда на каком-либо участке поверхности отливки корка оказывается более слабой, чем в чаше стока, атмосферное давление деформирует отливку в этом месте, оставляя на ее поверхности вмятину - так называемую утяжку. Утяжки так же образуются при преждевременном затвердевании питателей и в тех случаях, когда какая-либо часть затвердевающей отливки оказывается отключенной от литниковой системы и прибылей соседними, ранее затвердевшими участками. Утяжка считается дефектом литья.

Газы, растворенные в металле во время плавки, в процессе охлаждения выделяются из раствора и оказывают влияние на формирование усадочных раковин. Газы в атоммарном состоянии выделяются на границах усадочных раковин и занимают ограниченное ими пространство. Если внутреннее давление достигает суммы атмосферного и столба жидкого металла над раковиной, то объем жидкостей увеличивается и принимает округлую форму.

Условия охлаждения отливки сказываются прежде всего на характере образующихся усадочных пустот. Чем интенсивнее охлаждается отливка, тем пористость отливки оказывается меньше, а сосредоточенная раковины более развитой, при этом структура материала будет более плотной. С помощью интенсивного охлаждения отдельных частей отливки (более массивных) или дополнительного нагрева более тонких частей отливки можно регулировать процесс затвердевания, перенося усадочную раковину в другое, менее ответственное место или выводя ее в литник или прибыль.