3.4. Способы изготовления разовых литейных форм и стержней

В литейном производстве формы и стержни могут быть изготовлены ручным и машинным способами. Машинные способы изготовления ферм и стержней можно разделить на основные группы:

– уплотнением смеси прессованием (верхним, нижним, колодками, плунжерами, диафрагмой), встряхиванием, встряхиванием с подпрес-совкой (вибропрессованием), пескометным способом, надувом н т. п.;

– химическим отверждением смеси при комнатных и повышенных температурах;

– с использованием физических явлений – вакуумпрессованием, воз­действием магнитного поля и др.

Ручную формовкувыполняют путем уплотнения формовочной смеси на поверхности модели пневматическими трамбовками в опоках (одной, двух, трех), в почве (в полу литейного цеха), в кессонах (больших ямах, стенки которых выложены кирпичом). Формообразующим приспособлением могут служить деревянная модель разъемная или неразъемная, шаблоны вращения или протяжные, скелетная модель, имеющая только каркас без обшивки, образец (деталь, бывшая в экс­плуатации, но вышедшая из строя из-за разрушения), например крупные шкивы, шестерни, маховики, станины. При ручной формовке широко используют средства механизации: краны, конвейеры, подъем­ники, пневматические трамбовки, передвижные сушила и т. д. Удель­ный вес ручной формовки в производстве фасонных отливок состав­ляет 24–30%. Машинная формовка повышает производительность уплотнения форм в 15–20 раз по сравнению с ручной.

Стержни из смеси на крепителях (связующих), требующих печной сушки, изготовляют ручным способом или на машинах (пескометах, встряхивающих, пескодувных, пескострельных) в деревянных или металлических ящиках в зависимости от размеров стержней и харак­тера производства. По конструкции ящики могут быть целиковые и состоящие из двух, трех частей и более, с одной рабочей полостью и многогнездные, с горизонтальной и вертикальной плоскостью разъема, открытые и закрытые, с выемными вкладками для образования выступов на стержнях (рис. 3.7). После уплотнения смеси 1 в стержне­вом ящике 2 стержень помещается на сушильную плиту (драйер) 3 и поступает в сушильную печь. Для упрочнения стержней в ящик вкладывают металлический каркас, для повышения газопроницае­мости в стержне имеются каналы, выходящие в знаковые части.

Стержни плоские и простой конфигурации сушат в поле токов высокой частоты. Это сокращает цикл сушки и улучшает условия труда. Скорость и температура сушки зависят от сложности стержня, его массы и природы связующего вещества.

Рис. 16.7. Устройства стержневых ящиков: а – вытряхного; б – с вертикальным разъемом

Обычно температура сушки 160–240 °С, продолжительность сушки 1–10 ч. После сушки конт­ролируют геометрию стержней, зачищают все заусенцы, затирают пастами трещины и окрашивают стержни. Сложные стержни склеивают из нескольких частей, изготовленных отдельно.

Стержни из смесей на жидкостекольном связующем, отверждаемых продувкой СО_2,изготовляют ручным и машинным способами в дере­вянных или металлических ящиках. Мелкие стержни отверждаются на сушильных плитах в камерах, в которые поступает углекислый газ, а крупные стержни отверждаются непосредственно в ящиках, в которые подается углекислый газ из баллонов.

Формы и стержни, изготовляемые при помощи пескометов,удобно использовать в единичном и серийном производстве. Пескометы могут быть стационарными и передвижными.

Основной рабочий узел пескомета – метательная головка (рис. 3.8). Головка представляет собой вращающийся ротор 1 с лопатками 2, заключенный в кожух 3 с окном 4 для выхода смеси. Смесь подается на лопатки ротора шнеком или транспортерной лентой 5 и с большой скоростью через окно 4 в кожухе, порциями 6 выбрасывается на по­верхность модели 7 или в рабочую полость стержневого ящика 8.

При ударе о поверхность модели или ящика, благодаря кинетиче­ской энергии, приобретенной в метательной головке (скорость мета­ния 33–50 м/с), смесь уплотняется. Перемещая метательную головку, равномерно заполняют опоки, и ящики с одинаковой плотностью смеси по высоте. Формовочная и стержневая смеси в пескомет могут пода­ваться транспортерами из смесеприготовительного отделения.

При использовании быстротвердеющих смесей на фурановых смолах, не требующих печной сушки, применяют пескометы с собственной смесе-приготовительной системой производительностью 6–35т смеси в час (40 м³/ч).

Рис. 3.8. Схема работы пескометной головки; а – наполнение опоки; б – наполнение ящика.

Все исходные составляющие смеси – песок, связующие и катализатор подаются в определенной пропорции дозаторами и ин­тенсивно перемешиваются шнеком, который одновременно и передает готовую смесь от места дозировки к метательной головке.

Формы и стержни из жидких самотвердеющих смесей (ЖСС)широко применяют для изготовления крупных корпусных отливок и различ­ных станин (металлорежущих станков, компрессоров и т. д.). Модели и стержневые ящики изготовляют из дерева и алюминиевых сплавов. Смесь в жидкоподвижном состоянии из дозирующего устройства нали­вается в рабочую полость ящика или в опоку на поверхность модели и отверждается в течение нескольких минут. Стержневые ящики и модели перед заливкой смеси натирают графитовой смазкой для пред­отвращения прилипания смеси к поверхности ящика и модели. Для удобства транспортировки и упрочнения крупные стержни обычно армируют металлическим каркасом, а для улучшения вывода газов внутри стержня прокладывают капроновые плетеные шланги. После отверждения стержни и формы окрашивают графитовой краской для предотвращения пригара. Стержни и формы, приготовленные из ЖСС, легко ремонтируются путем подмазки и подклейки дефектных мест.

Пленочно-вакуумная формовкаотносится к последним достижениям литейной технологии. Сущность способа схематично показана на рис. 3.9. Модель 2 устанавливают на перфорированную плиту 1 внутрь опоки 4 и накрывают эластичной пленкой 3, способной выдер­живать без разрушения контакт с расплавленным металлом и обеспе­чивать чистую и гладкую поверхность отливкам. Модель 2, так же как плита /, имеет мелкие сквозные отверстия.

Рис. 3.9. Пленочно-вакуумная фор­мовка

Через модель и плиту отсасывается воздух, что способст­вует плотному прилеганию пленки к поверхности модели. После этого на поверхность пленки, обтянув­шей модель, засыпают кварцевый песок 5 до верхнего края опоки 4. Для уплотнения песка применяют легкую вибрацию. Опоку 4, за­полненную песком сверху, закрывают пленкой 6 и вновь отсасывают воздух из опоки, что приводит к уплотнению песка и плотному прилеганию пленки 6.

Так изготовляют верхнюю и нижнюю полуформы, затем их собирают и заполняют металлом. Образовавшаяся отливка легко удаляется из песчаной формы, а наполнительный песок может быть многократно использован. При таком способе изготовления форм не требуется применения смесеприготовительного оборудования и до­рогих материалов, входящих в состав формовочных смесей.

Машинные способы изготовления литейных формочень разнообраз­ны. В литейных цехах используют машины и автоматы с пневматиче­ским, гидравлическим и комбинированным приводом. Все способы изготовления форм можно объединить в две группы: опочная и безопочная формовка. Формы в опоках изготовляют на машинах преиму­щественно встряхивающего и прессового действия.

На встряхивающих машинах (рис. 3.10, а) уплотнение смеси / в опоке 2 на поверхности модели 3 происходит благодаря кинетиче­ской энергии ударов стола 4 о станину машины 5, которая одновре­менно служит цилиндром.

Рис. 3.10. Способа уплотнения формовочной смеси в опоках: а – встряхивающие машины: б – машина с верхним прессованием; в – машина о нижним прессованием; г– диафрагменные машины; д – прессование многоплунжерной головкой.

Стол 4 соединен с поршнем 6, который поднимается сжатым воздухом, поступающим в цилиндр через ка­нал 7. При поднятии поршня выше выхлопного канала 8 сжатый воздух выходит из полости цилиндра, и поршень вместе со столом 4, моделью 8 и опокой 2, наполненной смесью 1, падая, ударяется о ста­нину машины 5. Затем циклы повторяются для достижения желаемой плотности смеси.

На прессовых машинах (рис. 3.10, б и в), имеющих гидравличе­ский привод, уплотнение смеси происходит моделью или верхней колодкой благодаря статическому воздействию их на формовочную смесь, помещенную в опоку. Уплотнение прессованием со стороны плоской или профильной колодки 5, закрепленной на верхней тра­версе 6 машины (рис. 16.10, б), осуществляется с использованием наполнительной рамки 4, содержащей такое дополнительное количе­ство смеси /, которое необходимо для получения нужной плотности в опоке 2 над моделью 3.

Уплотнение прессованием со стороны модели 3 (рис. 3.10,е) происходит за счет сжатия смеси / между моделью 3 и траверсой 6 машины. Предварительно модель 3 вместе со столом 4 опускается в ста­нину 5 машины. Образовавшееся в станине 5 пространство и опока 2 заполняются смесью. После этого модель 3 столом 4 поднимается и спрессовывает смесь, прижимая ее к верхней траверсе 6 машины. На пневматических прессовых машинах (рис. 3.10, г) универсальным уплотняющим элементом является эластичная диафрагма 4, которая под воздействием сжатого воздуха в резервуаре 5 уплотняет смесь / в опоке 2 на поверхности модели 3.

Дифференциальное прессование многоплунжерной головкой изоб­ражено на рис. 3.10, д. Прессующие колодки 9 уплотняют формовоч­ную смесь 1 над моделью 3 (установленной на столе машины) в опоке 2 под действием жидкости 6, которая заполняет корпус 5 прессующей головки и оказывает давление на поршни (плунжеры) 7, связанные штоками 8 с прессующими колодками 9. Дополнительный объем фор­мовочной смеси, необходимый для уплотнения, помещен в наполни­тельной рамке 4. Многоплунжерная прессовая головка дает возмож­ность развивать высокие давления на формовочную смесь и равно­мерно уплотнять ее по всему сложному контуру модели.

После уплотнения формовочной смеси в опоке тем или иным спо­собом полученную полуформу снимают с модели. Для облегчения этого процесса к модельной плите подключают вибраторы. Извлечение модели из полуформы осуществляется разными способами: протяж­кой, штифтовым съемом, поворотом модельной плиты, опрокидыва­нием стола машины.

В цехах массового производства отливок используют комплексные автоматизированные линии, где происходит изготовление и сборка форм, заливка их металлом, охлаждение и выбивка отливок из форм. Для транспортировки литейных форм от формовочных машин к заливке и выбивке, а затем пустых опок к машинам используют роль­ганги или замкнутые конвейеры с платформами.

При использовании рольганговых линий (рис. 3.11, а) нижние полуформы изготовляют на машинах 7, а верхние – на машинах 2. Нижние полуформы поступают в кантователи 3, где они поворачи­ваются вверх плоскостью разъема и поступают на рольганги 6. Верх­ние полуформы с рольгангов 5 передаются транспортными устройст­вами 4 на рольганги 6 для сборки с нижними полуформами. В нижние полуформы предварительно укладывают стержни.

Собранные формы 7 при помощи тележек передаются на рольганг 8, где происходит заливка форм металлом. Залитые формы продвигаются по рольгангу 9 через охладительно - вентиляционный тоннель 10 к вы­бивной решетке 11. После выбивки отливок из форм пустые опоки по рольгангам 12 передаются к формовочным машинам 1 и 2.

При использовании замкнутого конвейера (рис. 3.11, б) полу­формы изготовляют на формовочных автоматах 1 и 2, затем транспорт­ными устройствами 3 и 4 полуформы передаются для сборки на стол 5, откуда собранные формы толкателем 6 перемещаются на платформы 7 конвейера. Заполнение форм металлом осуществляется на заливоч­ном участке 11.

Рис. 3.11. Комплексные автоматизированные формовочные линии: А - рольганговая; б - напольный замкнутый конвейер.

Металл от плавильных агрегатов к конвейеру поступает по моно­рельсу 9. Грузы для прижатия верхних полуформ к нижним подве­шены на замкнутом подвесном конвейере 10, который синхронно работает с литейным напольным конвейером. Заливка форм происхо­дит с подвижной платформы 11. Залитые металлом формы проходят в охладительном тоннеле 12, а затем толкателем 13 сталкиваются на выбивное устройство 14, где происходит выбивка отливок, распаривание опок и передача их транспортными устройствами 15 и 16 к. фор­мовочным автоматам 1 и 2. Выбитые отливки через тоннель 17 посту­пают на очистку и обрубку.

Безопочная формовкаотличается высокой производительностью и экономичностью. При таком способе изготовления форм достигается достаточная точность отливок, сокращаются производственные рас­ходы на изготовление опок, сокращаются площади цеха из-за отсут­ствия транспортных операций по передаче опок от выбивки к ма­шинам. Упрощаются процессы выбивки отливок из форм. Существует два типа автоматических машин, изготовляющих формы с вертикаль­ным и горизонтальным разъемами. В безопочных формах может быть получена широкая номенклатура отливок, начиная от ключей дверных замков до блоков цилиндров двигателей малолитражных автомобилей.

Безопочные формы с вертикальным разъемом изготовляют на авто­матах проходного и карусельного типов. Производительность первых автоматов достигает 240–300 форм в час, а вторых 480–540 форм в час.

На формовочном автомате безопочная форма с вертикальным разъе­мом (рис. 3.12) изготовляется в камере А (позиция 1), где две проти­воположные стенки представляют собой полумодели 1 и 2. Наполне­ние формовочной смесью Б пространства между полумоделями осу­ществляется методом надува из бункера 3. После надува формовоч­ная смесь прессуется между зафиксированной полумоделью 1 и под­вижной правой полумоделью 2, которая соединена с плунжером 4 гидроцилиндра.

Рис. 3.12. Схема изготовления безопочных форм с вертикальным разъемом

После прессования левая полумодель Iоткидывается вверх (пози­цияII), а правая полумодель плунжером 4 проталкивает изготовленную (форму В вперед. На этот период бункер 3 закрывается задвиж­кой 5, чтобы не высыпалась формовочная смесь. Затем плунжер 4 вместе с полумоделью 2 возвращается в правое исходное положение, полумодель 1 опускается и занимает фиксированное вертикальное положение, образуя под бункером 3 камеру А (см. позициюI). Цикл повторяется, и образовавшаяся новая полуформа вплотную сдвигается с предыдущей, образуя литейную полость Г (позиция III).Литейная форма представляет собой пакет 6, состоящий из сомкнутых двусто­ронних форм В. Полость Г между формами заливается металлом 7 из ковша 8 или из автоматической заливочной установки.

Формы и стержни методом надува смесиизготовляют на пескодув­ных, пескострельных и комбинированных пескодувно-пескострельных ма-шинах высокой производительности. На этих машинах стержневая или формовочная смесь при помощи сжатого воздуха порциями с боль­шой скоростью подается в полость стержневого ящика или в опоку. Такой способ наполнения ящиков и опок называют надувом. В стенках и донной части ящиков имеются пробки с мелкими отверстиями (венты), через которые свободно выходит воздух, но не проходят песчинки смеси.

Пескодувные машины(рис. 3.13, а) имеют резервуар 7, периоди­чески заполняемый порцией смеси 2.

Рис. 3.13. Стержневые машины: а – пескодувная; б – пескострельная;

Надувная плита 5 с отверстиями служит донной частью резервуара. Стержневой ящик 6 подводят под резервуар 1 и прижимают к плите с вдувными отверстиями 4. В резер­вуар 1 через быстродействующую клапанную систему 3 подается сжатый воздух, и песчано-воздушная смесь с большой скоростью по- ступает в ящик. Воздух выходит через венты 7, а смесь 2 уплотняется благодаря кинетической энергии, полученной от сжатого воздуха. Для пескодувного процесса стержневые ящики должны быть метал­лическими (из силумина), так как песчано-воздушная смесь, переме­щаясь с большой скоростью, оказывает абразивное воздействие на рабочую поверхность ящика и изнашивает его.

Пескострельные машины(рис. 16.13, б) имеют резервуар /, внут­ренняя часть которого выполнена в виде гильзы 2 с щелевыми отвер­стиями (перфорацией). Из бункера 3 внутрь гильзы 2 подается порция смеси 4. Резервуар закрывается плитой 9 с коническим соплом 8, выполняющим роль вдувного отверстия. В плите вокруг сопла имеются венты 6 для выпуска воздуха из ящика 7. Ящик прижимают к плите 9. Через быстродействующий клапан 5 в пространство между пер­форированной гильзой 2 и резервуаром / под давлением подается воздух, который с большой скоростью выжимает смесь через соп­ло 8 внутрь ящика 7. Уплотнение смеси внутри ящика происходит за счет кинетической энергии, полученной смесью от сжатого воз­духа.

В самом ящике венты, как правило, отсутствуют, и его конструк­ция и изготовление упрощаются. Вдувное отверстие – сопло имеет коническую форму, чтобы в рабочую полость ящика прорывалось меньше сжатого воздуха и не образовывалась воздушно-песчаная смесь. Отсутствие потока песчано-воздушной смеси предохраняет оснастку от абразивного износа, что позволяет применять дешевые деревянные ящики.

Стержни в горячих ящикахизготовляют в условиях массового и крупносерийного производства. Отверждение стержня происходит не­посредственно в ящике, нагретом до температуры 200–260°С, в ре­зультате реакций взаимодействия связующего вещества и катализа­тора, входящих в состав стержневой смеси. При этом могут быть ис­пользованы смеси увлажненные (песок + связующее + отвердитель) и сухие (песок -4- смола). Длительность отвердения стержня зави­сит от его размеров (30–150 с). Ящики обогреваются газовыми горел­ками (рис. 3.14, а) или электрическими элементами сопротивления (рис. 3.14,6). В стержневых ящиках / используют обогреваемые вставки 3 для получения пустотелых стержней 2.

На рис. 3.14, б схематично показана двухпозиционная стержне­вая машина. Стержневой ящик состоит из двух половин 3 и 6 и запол­няется путем надува смеси в пространство 8 между стенками горячего ящика и обогреваемой вставкой 4. В результате наружные и внутрен­ние стенки стержня 5 нагреваются одновременно с двух сторон, что обеспечивает сокращение времени цикла изготовления стержня, экономию стержневой смеси и повышение газопроницаемости и податли­вости стержней. Надув смеси осуществляется из бункера машины 7 в знаковую часть стержня, чтобы вся рабочая поверхность стержня оставалась гладкой и чистой. Для раскрытия и смыкания ящика слу­жит пневмоцилиндр 2. Извлечение обогреваемой вставки 4 со стерж­нем 5 из ящика 3 производится пружинным механизмом /. Все меха­низмы смонтированы на столе 9 машины.

Рис. 3.14. Устройства горячих стержневых ящиков и стержневой машины: а – ящик, обогреваемый газовыми горелками; б – ящик с нагревом электрической спиралью сопротивления; в – схема автоматизированной стержневой машины.

Стержни без нагрева изготовляют на автоматизированных установ­ках. Процессы химического отвердения смеси протекают при комнат­ной температуре с большой скоростью – от 15 с для мелких стержней до 40 мин для крупных стержней. Поэтому связующее вещество и катализатор смешивают непосредственно в бункере для смеси стерж­невой машины перед заполнением ящика смесью или катализатор вводят в стержневую смесь в момент подачи ее в ящик. Пескострельный резервуар машины снабжен индивидуальным смесителем перио­дического действия, приготовляющим один замес смеси за каждый цикл. Автоматическое устройство дозирует количество смеси в зави­симости от емкости заполняемых ящиков.

Отливки в оболочковых формахизготовляют в серийном и массо­вом производствах, когда необходимо получить точные заготовки с чистой поверхностью и небольшой массы. Благодаря чистой, глад­кой и точной поверхности форм и стержней отливки могут иметь точ­ность 5–7-го классов, шероховатость поверхности 3 – 4-го классов. Припуски на размеры находятся в пределах от ±0,2 до ±0,4 мм. Масса отливок в основном составляет 5–60 кг, но известны примеры получения отливок из чугуна массой 100 кг, а из стали – массой 300 кг.

Оболочковые формы и стержниизготовляют по нагреваемой до температуры 220–300°С металлической оснастке на автоматизиро­ванных и автоматических установках. Формовочные смеси состоят из кварцевого песка с сухим пылевидным связующим –фенолоформальдегидной смолой (пульвербакелитом) или с жидким связующим – фурановыми, карбамидными смолами, для отверждения которых не­обходим катализатор.

Рис. 16.15. Схемы изготовления оболочковых форм и стержней: а – свободной засыпкой смеси в оснастку; б – методом надува смеси; в – центробежным способом.

Способы изготовления оболочковых форм и стержней многооб­разны, но среди них можно выделить наиболее распространенные:

– свободной засыпкой смеси на поверхность модели или в полость стер­жневого ящика;

– подачей смеси методом надува в полость ящика, на поверхность модели или в зазор между контурной плитой и моделью;

– заполнением ящика смесью под воздействием центробежных сил;

– диафрагменным уплотнением смеси на поверхности модели.

При использовании способа свободной засыпки (рис. 16.15, а) смесь 1 находится в бункере 2, который может вращаться относи­тельно горизонтальных цапф 3. На бункере (позиция I) закрепляется разогретая модель 4. Бункер поворачивается на 180°, и смесь 1 по­падает на поверхность модели 4 (позицияII). Благодаря тепловому воздействию на смесь со стороны модели 4 на ее поверхности обра­зуется оболочка 5. После кратковременной выдержки (30–45 с) бункер 2 вновь занимает исходное положение. Не спекшаяся смесь осыпается, а на поверхности модели 4 остается оболочка 5 (позицияIII). После этого модельную плиту снимают с бункера и прогревают в печи при температуре 260–300°С в течение 30–60 с для сквозного упроч­нения оболочки. Съем оболочки (полуформы) 5 с модели 4 осуществ­ляется толкателями 6 (IV, а), рамкой 7 (IV, б) или сжатым воздухом, подаваемым под модель 4 в резервуар 8 (IV, в). Аналогичным способом можно изготовлять стержни.

При изготовлении форм и стержней методом надува (рис. 16.15, б) применяют пескодувно-пескострельные машины. Смесь 1 из бункера 2 подается в резервуар 3, а затем под воздействием сжатого воздуха через отверстия 4 поступает в рабочую полость 5 разогретого стержневого ящика 6. Смесь прогревается со стороны корпуса и горячей вставки 7. После окончания отверждения (30–45 с) ящик раскрывается и стер­жень извлекается толкателями 8.

Изготовление, стержней, имеющих форму тела вращения, часто производится центробежным способом (рис. 16.15,е). Стержневой ящик 5 вращается относительно горизонтальной оси внутри обогре­ваемой камеры 4 (позиция I). Смесь 2 дозатором 3 вводится внутрь вращающегося ящика 5. Дозатор 3 поворачивается относительно го­ризонтальной оси на 180°, и смесь 2 высыпается на горячую внутрен­нюю поверхность ящика. Одновременно крышка 1 закрывает ящик для предотвращения пыления смеси (позиция II).

Под воздействием центробежных сил смесь равномерным тонким слоем распределяется по внутренней поверхности ящика и отверждается. Затем дозатор 3 с крышкой 1 выводится из ящика, а образо­вавшийся пустотелый стержень 6 выталкивается из полости ящика 5 толкателем 7 (позиция III).

Готовые полуформы соединяют между собой с предварительной установкой стержней. Соединение полуформ возможно склеиванием, сжатием грузом, стяжкой струбцинами и скобами или засыпкой дро­бью или формовочной смесью в контейнерах.

Для предотвращения смещения полуформ на их поверхности наносят фиксирующие элементы – выступы и впадины. После сое­динения формы заливают металлом.

В оболочковые формы могут отливаться практически все сплавы, но отливки из углеродистой стали получаются с обезуглероженным поверхностным слоем, а отливки из алюминиевых, магниевых и мед­ных сплавов иногда экономически целесообразнее изготовлять в ко­киле или литьем под давлением. Метод очень производительный и поддается автоматизации, легко решаются проблемы выбивки и очи­стки литья. Оболочковая форма очень легко разрушается благодаря выгоранию связующей смолы при высоких температурах и от сотря­сений отделяется от отливки.

При оболочковом литье расход формовочных материалов состав­ляет 5 % (в 20 раз меньше) их расхода при отливке в сырую песчано-глинистую форму. Газопроницаемость оболочковых форм в 5–6 раз выше, чем сырых песчано-глинистых (40 единиц и 200 единиц соответ­ственно). Формы транспортабельны, прочные, легкие, не гигроскопичные н могут храниться длительное время. Объем очистки и обрубки сокращается на 50 % (поверхность отливок чистая, гладкая, без зау­сенцев). Объем механической обработки сокращается на 40–50 % (припуски на механическую обработку составляют 0,5–1,5 мм).

К недостаткам способа относятся большое выделение токсичных газов, содержащих фенол, что требует мощной вентиляции, затруд­ненная регенерация формовочной смеси, коробление крупных форм и в связи с этим нерентабельность получения крупногабаритных отли­вок, высокая стоимость модельной оснастки из-за большой точности, чистоты поверхности и сложности конструкции.

Отливки по выплавляемым моделямизготовляют в массовом про­изводстве, когда необходимо получить сложные заготовки пли гото­вые детали с большим количеством мелких отверстий, пазов, каналов или детали из твердых сплавов, жароупорных материалов, которые не поддаются механической обработке. Точность отливок соответствует 5-му классу и характеризуется допусками на размеры от 0,075 до ±0,2 мм. Высокая точность отливок достигается тем, что форма не имеет разъема, отсутствуют стержни, а тепловое расширение формы минимальное.

Сущность процесса получения отливок по выплавляемым моделям заключается в изготовлении модели из легкоплавкого материала, по­крытии ее огнеупорной обмазкой, а затем выплавлении ее из образо­вавшейся оболочки. Оболочку прокаливают для придания ей проч­ности, огнеупорности, газопроницаемости и удаления остатков мо­дели, а затем заливают металлом.

Метод литья по выплавляемым моделям в отечественной промыш­лен-ности получил самое высокое техническое развитие. Советскими учеными созданы автоматизированные цехи по выпуску точного литья.

Основными компонентами модельных составов являются парафин, стеарин, канифоль, воск и другие материалы с температурой плавле­ния 50–80 °С. Модельный состав разогревается в закрытых емкостях и содержится в них в пастообразном состоянии. В огнеупорную об­мазку входят связующие вещества (этилсиликат, жидкое стекло, бор­ная кислота), растворители (этиловый спирт, ацетон, кислоты серная и соляная, вода) и огнеупорная основа (кварцевый песок, пылевид­ный кварц, молотый шамот, электрокорунд).

Огнеупорная обмазка (покрытие) состоит из ~25 % жидкой фазы и 75 % твердой. Хранится она в баках с температурой 10–15°С при постоянном перемешивании. Наиболее распространенное связующее – гидролизованный раствор этилсиликата, обладающий коллоидными свойствами. Модели изготовляют в пресс-формах, имеющих внутрен­ние полости, соответствующие конфигурации будущей модели; раз­меры ее учитывают усадку модельного состава и усадку литейного сплава отливки. Для удобства извлечения готовой легкоплавкой мо­дели пресс-формы делают разъемными. Для обсыпки моделей, некры­тых огнеупорной обмазкой, используют кварцевый песок.

Металлическую пресс-форму 2 изготовляют по размерам детали 1 (рис. 3.16) с учетом усадки модельного состава н сплава. Внутрь рабочей полости пресс-формы при помощи шприцев через литниковые каналы запрессовывают модельный состав. После кристаллизации состава пресс-форму раскрывают и модель 3 извлекают. Отдельные модели собирают в блоки 4 с общей литниковой системой при помощи пайки. В одном блоке может быть несколько десятков и даже сотен моделей.

Рис. 3.16. Схема технологического процесса изготовления отливок по выплавляе­мым моделям.

Процесс нанесения огнеупорного покрытия состоит из ряда по­вторяющихся операций: покрытие обмазкой, обсыпка огнеупорным материалом и сушка слоя. На модели наносят три-четыре огнеупорных слоя. Блок моделей 5 с огнеупорным покрытием поступает на вы­плавку модельного состава. Выплавляют модельный состав горячим воздухом, паром или в ваннах с горячей водой. В результате из кера­мической оболочки 6 вытекает расплавившийся модельный состав, оставляя пустоты. Затем оболочку прокаливают при температуре 850 ± 20°С в электрических или газовых печах с предварительным помещением их в опоки 7 и засыпкой опок песком 8 (или погружением в кипящий слой кварцевого песка). Прокалка форм способствует их упрочнению, повышению газопроницаемости и удалению остатков мо­дельного состава. Прокаленные формы заливают металлом сразу после прокалки или после их охлаждения.

Прокаленные формы заливают металлом следующими способами:

– свободной заливкой из разливочного ковша или из носка печи;

– за­ливкой под давлением воздуха или инертного газа для повышения заполняемости формы, центробежной заливкой в вакууме или в ат­мосфере для получения отливки с плотной структурой.

После кристаллизации сплава отделяют огнеупорную оболочку от отливки и отливку от стояка. Для этого используют вибрационные автоматические установки. Отделив отливку от стояка, ее направляют в очистной барабан для удаления остатков огнеупорной керамической оболочки в щелочном растворе. Стальные отливки подвергают норма­лизации в печах с защитной атмосферой. Термическая обработка пре­следует цель улучшить структуру отливки, снизить твердость, повы­сить ее механические свойства, улучшить обрабатываемость резанием и снизить литейные напряжения. После этого отливки сортируют и проверяют их качество.

Отливки по газифицируемым (выжигае­мым) моделямизготовляют при всех мас­штабах производства, начиная от круп­ных штампов, станин и кончая мелкими сложными заготовками. Сущность способа заключается в том, что модель, изготов­ленную из вспенивающихся полимеров, из литейной формы не извлекают перед заполнением ее металлом. Металл, зали­ваемый непосредственно на модель через литниковую систему, газифицирует (вы­жигает) ее, освобождая полость формы. Полученная таким образом отливка точно соответствует конфигурации выгоревшей модели.

Выжигаемые модели изготовляют из вспенивающегося полисти­рола (пенополистирола) – синтетического полимера, имеющего форму гранул размером 0,2–4 мм. Модели для мелких отливок изготовляют в пресс-формах. Гранулы пенополистирола после предварительной тепловой обработки загружают в пресс-формы, внутренняя полость которых по конфигурации соответствует будущей модели. Пресс-формы нагревают паром или горячей водой, в результате чего пенополистирол вспенивается и спекается, приобретая очертания внутрен­ней полости пресс-формы. После охлаждения пресс-форму раскрывают по плоскости разъема и из нее извлекают выжигаемую пенополистироловую модель. В единичном и мелкосерийном производствах модели для крупных отливок изготовляют из плит и блоков пенополистирола (рис. 3.17). На деревянном каркасе 1 собирают все элементы модели из листов пенополистирола 2. Сложные элементы моделей изготовляют отдельно, а затем склеивают между собой, сваривают горячим воздухом и т. п. На модели предусмотрены припуски на усадку металла и механиче­скую обработку.

Рис. 3.17. Способы изготов­ления газифицируемой (вы­жигаемой) модели для круп­ной отливки

Модели перед формовкой покрывают слоем противопригарной краски толщиной не менее 0,2 мм. При необходимости легирования поверхностного слоя отливок на поверхность моделей наносят слой, содержащий легирующие элементы (теллур, хром и др.).

Модель 5 формуют с предварительной засыпкой на дно контейнера-опоки Iслоя песка или формовочной смеси 2 (рис. 16.18). После этого модель 5 с литниковой системой 4, 6 устанавливают в нужном поло­жении и опоку 1 доверху засыпают смесью 3 с одновременной вибра­цией для ее уп-лотнения. Формовочные смеси должны быть газопро­ницаемы и пластичными, чтобы не деформировать модель. Перфори­рованную стенку опоки 1 изнутри изолируют от формовочной смеси 3 асбестовой прокладкой 7.

В качестве формовочной смеси можно использовать сыпучий дис­пер-сный ферромагнитный порошок, чугунную или стальную дробь, которые уплотняют при помо­щи электромагнитного поля на время заливки формы металлом и кристаллизации отливки. Пос­ле кристаллизации отливки маг­нитное поле снимается, форма теряет прочность и формовоч­ный материал высыпается из опоки-контейнера, освобождая отливку. Перед заполнением формы металлом ее накрывают металлическим листом с перфо­рацией для выхода газов и при­жимают грузом.

Конструкции литниковых си­стем выполняют частично из керамических трубок, подвод металла осуществляют сифон­ным методом –снизу, так как это обеспечивает последователь­ную газификацию моделей снизу вверх, хорошее газоудаление и спо­койное заполнение формы.

Pиc. 3.18. Литейная форма в разрезе с газифицируемой моделью

Предпочтителен рассредоточенный подвод металла для обеспечения равномерной газификации модели.

При литье по выжигаемым моделям благодаря неразъемной форме точность отливок увеличивается из-за отсутствия смещений, переко­сов, заливов, заусенцев, уклонов; можно изготовить сложные отливки не используя стержней. Выбивка форм и очистка отливок значительно упрощаются, так как сухие сыпучие формовочные материалы легко выбиваются и не пригорают к отливке; сокращается цикл подготовки производства, снижается трудоемкость изготовления отливок.