Лабораторная работа № 4 изготовление отливки в разовой литейной форме

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: получить практический навык в изготовлении отливки, изучить устройство литейной формы, назначение модельного комплекта, применяемые формовочные материалы и инструмент; познакомиться с основными операциями технологического процесса.

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Литейное производство – отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением заготовок или деталей путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). После затвердевания металла в форме получается отливка (литая деталь или заготовка).

Большая часть отливок изготавливается литьём в песчаные формы. Упрощённая схема технологического процесса получения отливок в песчаных формах представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема технологического процесса получения отливок

в песчаных формах

Литейная форма – это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Литейная разовая песчаная форма в большинстве случаев состоит из двух полуформ – верхней и нижней, которые изготовляют в опоках – специальных металлических рамках; литниковой системы, прибылей и, при необходимости, стержней.

Литниковая система – это система каналов и резервуаров, с помощью которых расплав подаётся в полость формы (рисунок 2). Она состоит из литниковой воронки или чаши (для удобства заливки жидкого металла и обеспечения постоянной скорости заливки), стояка (вертикального или наклонного канала для передачи металла другим элементам литниковой системы), шлакоуловителя (для задерживания шлаковых включений и подвода металла к питателям; при разливке из стопорного ковша стали, свободной от шлаков, этот канал называется горизонтальным ходом, для отливок из цветных сплавов – коллектором).

Рисунок 2 – Эскиз модели литниковой системы

Для питания отливки во время затвердевания служат прибыли, необходимые для предотвращения образования в отливках усадочных раковин. В некоторых случаях, например при использовании сплавов с малой объёмной усадкой или при отсутствии в отливке массивных частей прибыли можно не предусматривать.

Литейный стержень – технологический элемент, с помощью которого выполняются внутренние полости (отверстия) отливки или наружные поверхности, которые нельзя получить формой. Получают их в стержневых ящиках из стержневых смесей. Стержни изготовляют со стержневыми знаками (выступающими частями, не образующими непосредственно конфигурацию отливки). При помощи знаков стержень укрепляется и фиксируется в форме.

Формовочные материалы – это природные и искусственные материалы, используемые для изготовления формовочных и стержневых смесей.

Формовочные и стержневые смеси состоят из исходных формовочных материалов и отработанных. Они включают в себя кварцевый песок различной зернистости, связующее (формовочные глины, смолы, жидкое стекло) и различные добавки (мазут, графит, древесную муку и др.).

Формовочные смеси должны обладать хорошей формуемостью, податливостью, выбиваемостью, высокой газопроницаемостью, высокой прочностью в сухом состоянии и теплостойкостью. Для стержневых смесей предъявляются более высокие требования, чем для формовочных, так как стержень обычно работает в более тяжёлых условиях, чем форма.

В данной работе использованы формовочные и стержневые смеси следующего состава, мас.%: кварцевый песок – 8-10, огнеупорная глина – 8-12, вода – 4-6, отработанная смесь – остальное.

В качестве расплавленного металла для отливок в машиностроении используют серые, ковкие и высокопрочные чугуны, литейные стали и цветные сплавы.

Модельный комплект включает в себя:

- литейную модель (рисунок 3,б), с помощью которой в форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации отливки. Литейная модель изготавливается по чертежу детали (рисунок 3,а) из дерева (единичное и мелкосерийное производство), чугуна, алюминиевых сплавов, пластмасс (крупносерийное и массовое производство) и может быть разъёмной, неразъёмной и специальной. Модель отличается от отливки размерами, наличием формовочных уклонов, облегчающих извлечение модели из формы, и знаковых частей, предназначенных для установки стержня;

- модели элементов литниковой системы (для получения в форме системы каналов, подводящих жидкий металл из ковша в полость формы);

- стержневые ящики (для изготовления стержней);

- подмодельные плиты (формируют разъём литейной формы, на них закрепляют части модели);

- контрольные и сборочные шаблоны.

При формовке используется следующий формовочный инструмент:

- трамбовка (для уплотнения формовочной смеси);

- гладилка (для исправления дефектов формы и прорезания литниковых каналов);

- формовочная линейка (для срезания излишков смеси);

- подъёмники (для извлечения моделей из формы);

- душник (для выполнения вентиляционных каналов);

- лопата (для засыпания формовочной смеси);

- деревянный молоток (для уплотнения смеси и расталкивания моделей).

Последовательность изготовления отливки в песчаной форме:

 В модельном цехе по чертежу детали (рисунок 3,а) изготовляют из древесины, пластмассы или металла модель и стержневой ящик. Для удобства изготовления литейной формы и стержня модель (рисунок 3,б) и стержневой ящик (рисунок 3,в) делают разъёмными.

 В стержневом отделении в стержневом ящике (рисунок 3,в) из стержневой смеси изготовляют стержень. Для повышения прочности стержней их сушат в сушильных печах.

 В формовочном отделении из формовочной смеси по модели изготавливают литейную форму (рисунок 4). Для этого на подмодельную плиту 1 ставят половину модели 2 и нижнюю опоку 3, засыпают смесь в опоку и уплотняют её. Опоку переворачивают, на заформованную половину модели ставят вторую её половину 4 и модель литниковой системы 5. Затем устанавливают верхнюю опоку 6, засыпают в неё формовочную смесь и уплотняют. Далее поднимают верхнюю полуформу, извлекают из обеих полуформ половинки модели, устанавливают в форму стержень и накрывают верхнюю полуформу. Форма в сборе показана на рисунке 5.

 В плавильном отделении в специальных плавильных печах расплавляют металл и заливают его в формы. После затвердевания металла в форме образуется отливка, которую извлекают, разрушая форму.

 В очистном отделении из отливок выбивают стержни, отбивают или отрезают литниковую систему, очищают отливку от пригоревшей формовочной смеси, зачищают остатки литника и, при необходимости, термически обрабатывают. После очистки и контроля отливку направляют в механический цех для обработки или на склад готовой продукции.

Рисунок 3 – Эскиз детали (а), модели (б) и стержневого ящика (в)

Рисунок 4 – Порядок изготовления литейной формы

Рисунок 5 – Форма в сборе

3. НЕОБХОДИМЫЕ ПРИБОРЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

3.1. Модельный комплект, опоки.

3.2. Формовочные материалы.

3.3. Формовочный инструмент.

3.4. Материалы для выплавки сплава (силуминовый бой).

3.5. Шахтная печь, тигель для плавки металла.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

4.1. Под руководством учебного мастера выполнить необходимые операции по изготовлению разовой литейной формы и отливки

4.2. В отчёте перечислить основные операции изготовления формы и отливки, проиллюстрировав их необходимыми схемами и рисунками, привести состав формовочной смеси, охарактеризовать, что включает в себя модельный комплект и формовочный инструмент.

5. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

5.1. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных ВУЗов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. – 5-е изд., испр. – М. Машиностроение, 2009. – 511 с.

5.2. Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Кафпман, В.М. Матюнин и др. – М.: Высш. шк., 2009. – 637 с.

5.3. Сильман, Г.И. Разработка технологии изготовления отливки. Методические указания к лабораторной работе №14. – Брянск: Изд-во БГИТА, 2000. – 10 с.