Подготовка шихты и ее плавка

Состав шихты зависит от требований к свойствам получаемых изделий и от способа отливки. Например, распространенная шихта для чугунных отливок содержит:

- 30-40% литейного чугуна;

- 25-35% чугунного лома;

- 10-15% стального лома;

- 25-35% отходы производства чугунолитейного цеха;

- 10-15% брикетированной стружки;

- 1-2% ферросилиция и ферромарганца;

- остальное – флюсы (известняк, апатит, нефелин и т.д.)

Плавку шихты в литейном производстве осуществляют в печных агрегатах различного типа. Более 90% чугуна плавят в вагранках – цилиндрических печах шахтного типа. Они имеют высоту 3-10 м, внутренний диаметр – 700-2500мм. В качестве топлива обычно используют кокс. Производительность их составляет 3-30 т/час. В последние годы все более широкое распространение получает плавка в электропечах.

Изготовление литейных форм и их сборка

В литейном производстве используют разовые или постоянные формы. Примерно 75% всех отливок осуществляется в разовые формы. Для получения отливок в разовые формы необходимо иметь:

- модели;

- опоки;

- материалы для изготовления форм и стержней.

Модели нужны для получения внешнего контура формируемой детали. Они бывают деревянные, металлические, керамические, пластмассовые. Деревянные модели наиболее дешевы. Они применяются при небольших объемах литья, так как относительно недолговечны, из-за коробления и растрескивания.

Остальные модели более долговечны и обеспечивают повышенную точность отливок, но более дороги.

Так как залитый в форму металл при остывании уменьшается в объеме, то размеры модели должны быть больше размеров охлажденной отливки. Модель часто делают разъемной для удобства извлечения ее из опоки.

Стержни необходимы для получения внутренних полостей, отверстий, выемок и выступов. Их изготавливают из специальных материалов.

Опоки – это жесткие рамы из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. В них набивают формовочную смесь при изготовлении литейной формы.

Формовочные и стержневые смеси состоят из различных материалов – песка, глины, связующих и противопригарных добавок.

Основой формовочных смесей являются песок (80-90%) и глина (10-20%). Применяют чистые пески с минимальным содержанием оксидов железа, натрия и других вредных примесей, которые уменьшают огнеупорность.

Глина обеспечивает прочность и пластичность формовочной смеси. Формовочная смесь используется многократно. Но в каждом цикле ее облагораживают: добавляют 15-20% свежей формовочной смеси.

Для улучшения свойств песчано-глинистых смесей в них включают добавки:

-для уменьшения пригара добавляют угольную пыль (для чугунных отливок) или пылевидный кварц (для стальных);

- для повышения газопроницаемости формы вводят древесные опилки и жидкие отходы гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности.

Технология изготовления песчано-глинистых смесей

Свежие песок и глину сушат при температуре 200-250⁰С в барабанных печах, глину размалывают в шаровых мельницах, затем песок и глину просеивают и смешивают в лопастных смесителях.

Смесь выбитую из опок (горелую землю) разминают на валках, подвергают магнитной сепарации от включений чугуна и стали и просеивают. Затем свежие песок, глину и оборотную смесь смешивают, увлажняют и вылеживают 2-2,5 часа в бункере для равномерного распределения влаги. Перед формованием смесь рыхлят.

К стержневым смесям предъявляют более высокие требования, так как при заливке форм они испытывают значительные термомеханические воздействия расплава. Рецептура стержневых смесей подразделяется на пять классов:

1 класс – в качестве наполнителя используют свежий песок с минимальным содержанием глинистых веществ. В качестве связующих применяют раствор растительных масел и канифоли в уайт-спирите.

Смеси 2-3 класса используют для стержней менее ответственного назначения. Для их изготовления используют смесь песка и глины с добавкой сульфитно-спиртовой барды или древесного пека.

Смеси 4-5 класса можно изготавливать из композиций, содержащих кроме свежего песка 20-60% оборотной смеси и до 10% глины.

Модели, стержни и опоки, набитые формовочной смесью, создают литейную форму, состоящую обычно из двух полусфер – верхней и нижней.

Изготовление литейных форм производится вручную или на формовочных машинах. Изготовление форм вручную очень тяжело и трудоемко и используется только при получении мелких и средних отливок небольших партий.

С помощью машинной формовки в настоящее время получают около 92% отливок по массе. Машинная формовка облегчает условия работы и уменьшает количество брака.

Для отливки используют сырые или сухие формы. Сырые формы используют для мелкого и среднего литья. Их изготавливают из формовочных смесей, содержащих 10-12% глины. Они имеют хорошую связующую способность во влажном состоянии. Влажность таких форм составляет 4-5%.

Достоинствами сырых форм являются:

- хорошая пластичность смеси;

- легкая выбиваемость;

- невысокая стоимость изготовления форм

Недостатками сырых форм являются:

- невысокая прочность стенок формы;

- большой расход формовочной смеси (1-2 тонны на тонну отливок).

Сухие формы применяют для крупных и толстостенных отливок или изделий повышенного качества. Их изготавливают из смесей, содержащих до 15% глины, с влажностью 6-8%, затем их сушат в камерных сушилках при температуре 300-350⁰С в течение 4-24 часов в зависимости от размера формы. Сушка резко повышает прочность формы, но усложняет технологию и повышает стоимость изготовления формы.

После изготовления форм и стержней их подвергают сборке. Сборка – это важная технологическая операция, которая в значительной степени определяет геометрическую правильность и точность размеров отливки. Сборка начинается с извлечения модели из формовочной смеси. Затем в форму ставятся стержни и крепятся знаками. Мелкие и средние стержни устанавливаются вручную, крупные – кранами.

После установления стержней проводят заливку метла в форму. Ее осуществляют с помощью ковшей через литниковую систему, не прерывая струи, иначе в отливке образуются дефекты – спаи. Воздух и выделяющиеся газы удаляются через выпар. Ковш вмещает до 100 т металла.