Охлаждение и выбивка отливок

Продолжительность охлаждения изделий в форме зависит от их массы, вида сплава, свойств формовочных материалов и других условий. Она колеблется в широких пределах – от нескольких минут до нескольких суток.

Мелкое чугунное литье извлекают из форм при температуре 700-800⁰С, среднее – при температуре 400-500⁰С. После охлаждения до требуемой температуры разовую литейную форму разрушают, выбивают из нее отливку, а из отливки выбивают стержни.

Выбивка – очень трудоемкая операция. Она осуществляется как вручную (при помощи ломов и кувалд), так и механизировано. В механизированных литейных цехах выбивка средних и мелких форм и стержней проводится на вибрационных решетках, на которые ставят опоку с выбиваемым изделием.

Стержни из крупных отливок удаляют в гидравлических камерах струей воды диаметром 5-15 мм под давлением до 100 атм. При этом также проводится очистка поверхности отливок от частиц формовочной смеси.

Выбитая смесь направляется на регенерацию. Отливки – на обрубку (удаление литников и прибылей) и на зачистку мест обрубки.

Очистку мелких отливок от остатков формовочной смеси осуществляют во вращающемся барабане, в который вместе с деталями загружают звездочки из белого чугуна. Для крупных изделий применяют дробеструйную очистку в дробеметной камере чугунной или стальной дробью, выбрасываемой со скоростью 60-70 м/с.

Лекция 13 Источники пылегазовыделения и очистка газопылевых выбросов

Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в литейных цехах являются вагранки, участки складирования и переработки шихты, участки выбивки и очистки литья.

При плавке чугуна в открытых вагранках на 1 т металла выделяется 2000-3000 м³ отходящих газов, имеющих следующий состав:

СО – 0,03-1,5 %

СО₂ – 2,6-9,3%

О₂ – 10,6-18,7%

Пылесодержание – 5-10 г/м³

Очистку ваграночных газов от грубой пыли ведут в циклонах. Для тонкой очистки применяют рукавные фильтры и мокрые скрубберы, также можно использовать электрофильтры, но только после дожигания СО.

При разливе металла в формы на 1 кг формовочной смеси выделяется:

СО₂ -690-8500 мг

СО – 500-1900 мг

СН₄ – 80-200 мг

Метанол – 5-200 мг

Формальдегид 10-35 мг и другие токсичные компоненты.

Разливку металла и его охлаждение проводят на больших площадях, поэтому улавливание загрязнений затруднено. Для уменьшения вредного воздействия этих газов на работающих, необходимо заливку металла проводить централизованно под вытяжными колпаками.

От участков выбивки литья на 1 м² вибрационной решетки выделяется:

Пыль – 40-45 кг/ч

СО – 5-6 кг/ч

Для очистки газов от участков разливки, охлаждения и выбивки литья применяют рукавные фильтры и скрубберы.

Специальные методы литья

Специальные методы литья позволяют получить отливки с чистой поверхностью, с минимальными допусками на механическую обработку. Эти методы имеют высокую степень автоматизации, высокопроизводительны.

Литье в оболочковые формы – это разновидность литья в разовые формы. Детали получают в тонкостенной форме-оболочке, толщина которой составляет для мелких изделий – 8-10 мм, для средних изделий – 12-15 мм.

Форма-оболочка состоит из полуформ, соединенных по линии разъема склеиванием, скобками или струбцинами. Материалом для оболочки служат смеси горячего отверждения, состоящие на 94-95% из мелкозернистого кварцевого песка с минимальными примесями глины и на 5-6% из синтетических смол. Смола при 70-80⁰С размягчается, при 100-120⁰С плавится, превращаясь в клейкую массу, покрывающую зерна песка тонкой пленкой. Затем при температуре 200-250⁰С смесь за 1-3 минуты необратимо застывает, что обеспечивает высокую прочность формы. При температуре 400-500⁰С смола начинает выгорать, что приводит к уменьшению прочности формы. Это упрощает выбивку отливок.

Отработанную смесь регенерируют, прокаливая при температуре 700-800⁰С до полного удаления смолы.

Данная технология уменьшает расход формовочной смеси в 8-10 раз. Наиболее эффективно изготовление этим способом отливок из черных и цветных металлов массой 5-15 кг.

Недостатком этого метода является ограничение размеров и массы отливок, так как с увеличением массы отливок при заливке расплава смола в оболочке быстро выгорает и качество поверхностей деталей ухудшается.

Литье по выплавляемым моделям. При использовании этого метода модели изготавливают из легкоплавкого материала, заформовывают в неразъемные тонкостенные керамические формы, затем модельную массу выплавляют, а в образовавшуюся полость заливают расплавленный металл. Модельная композиция обычно состоит из равных частей парафина и стеарина и плавится при температуре 55⁰С. Недостатком этой смеси является то, что уже при температуре 30-35⁰С она начинает размягчаться. Поэтому в ряде случаев применяют материалы на основе парафина с добавлением этилцеллюлозы, или на основе канифоли.

Форма представлена тонкой керамической оболочкой толщиной 5-6 мм, состоящей из 3-8 последовательно нанесенных слоев. Каждый слой получают, погружая модель в жидкую суспензию, содержащую гидролизированный этилсиликат и кремнезем. После извлечения модели из суспензии ее осыпают песком и сушат 2-4 часа.

Изготовив керамическую оболочку, производят выплавку модели горячей водой. Это обеспечивает возврат 90-95% модельной смеси. Затем форму прокаливают при температуре 900-1000⁰С для повышения прочности и удаления остатков модельной смеси. Сразу после прокаливания проводят заливку формы. После остывания отливки керамическая оболочка легко от нее отслаивается и удаляется при выбивке на вибрационных решетках.

Литье в постоянные формы включает несколько видов:

- кокильное литье;

- центробежное литье;

- литье под давлением.

Кокильное литье – это свободная заливка расплава в металлическую форму. Формы изготавливают из чугуна и стали, разъемными и неразъемными. Неразъемные формы используют для производства небольших отливок простой конфигурации. Полости в отливках образуют с помощью стержней. Для увеличения долговечности формы на ее внутреннюю поверхность наносят покрытие толщиной до 12 мм из стержневой смеси, которое красят противопригарными добавками.

К достоинствам данного метода можно отнести, в первую очередь, многократность использования формы. В одной форме можно получить 300-500 отливок массой 100-150 кг и до 5000 мелких чугунных отливок.

Недостатками данного метода являются высокая стоимость кокилей, их низкая газопроницаемость, что приводит к образованию раковин, а также трудоемкость изготовления сложных по конфигурации отливок.

Центробежное литье. При использовании этого метода расплав поступает во внутреннюю полость вращающейся формы, под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам и затвердевает. Этим способом изготавливают из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов массой от нескольких килограммов до 45 тонн при толщине стенки от нескольких мм до 350 мм. Существуют центробежные машины с горизонтальной и вертикальной осью вращения. На машинах с горизонтальной осью вращения изготавливают детали большой длины (трубы).

К достоинствам данного метода можно отнести получение более плотного металла, так как содержащиеся в нем газы и неметаллические включения легче, чем металл и поэтому отжимаются на внутреннюю поверхность полых отливок. Кроме того центробежным литьем можно получать тонкостенные отливки из сплавов с низкой жидкотекучестью, что недостижимо при использовании других способов.