технология литейного производства

щин. Во избежание этого рекомендуется, толстые части отливки освобождать от формовочной смеси раньше, чем тонкие, или разрыхлять форму и стержни в местах затрудненной усадки.

Контрольные вопросы.

1.Дайте оценку всем известным способам заливки форм?

2.Охарактеризуйте этапы охлаждения отливки в ПГ-форме?

3.Какими факторами и нормами руководствуются для установления продолжительности охлаждения крупных отливок в форме?

4.Что влечет за собой преждевременная, а в некоторых случаях запо- здалая выбивка отливок?

5.Какие дефекты в отливках могут образовываться при ранней выбивке ее из формы. Объясните характер их образования?

6.От чего зависит скорость и равномерность охлаждения отливки?

7.Как определяется время выдержки фасонных отливок в форме?

8.Какие мероприятия существуют для снижения времени выдержки от- ливок в форме?

ЛЕКЦИЯ 11.

ТЕМА: СПОСОБЫ ВЫБИВКИ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

План лекции

1.Выбивка форм.

2.Выбивка стержней.

3.Обрубка, зачистка и термообработка отливок.

Выбивка отливок из форм. Обычно эту операцию выполняют на меха- нических выбивных решетках, которые по принципу действия классифици- руют на эксцентриковые (рис. 47, а) с приводом от механизма шатунно- кривошипного типа, инерционные (рис. 47, б) с приводом от вала с дебалан- сом и ударные инерционные (рис. 47, в), наносящие снизу удары по установ- ленным неподвижно литейным формам. Решетка 1 с литейной формой 4 с помощью привода 3 и опорной пружины 2 совершает колебательное движе- ние. В каждом цикле колебаний решетки форма подбрасывается вверх и за- тем, падая, ударяется о решетку или опорную раму. В момент соударения под действием сил инерции форма разрушается. Выбитая из опоки формовочная смесь проваливается через решетку и системой конвейеров передается к мес- ту ее переработки для повторного использования.

По сравнению с эксцентриковыми решетками инерционные имеют сле- дующие преимущества:

101

-изменяя величину дебаланса на инерционной решетке, можно легко изменять удельную энергию удара, что дает возможность установить его не- обходимое значение в зависимости от показателей выбиваемой формы (типа смеси, твердости и плотности формы, степени ее предварительной подсуш- ки);

-инерционные решетки можно устанавливать на более легком фунда- менте, так как пружинная подвеска передает на него возникающие при вы- бивке усилия и вибрацию ослабленными.

Рис. 47. Типы механических выбивных решеток:

а – эксцентриковая; б – инерционная; в – ударная инерционная

При выбивке крупных и тяжелых, форм применяют установки, со- стоящие из нескольких выбивных решеток. Эти установки позволяют более рационально использовать энергию, так как для выбивки форм малой массы можно включать в работу часть решеток, составляющих установку.

С целью освобождения рабочих от непосредственного участия в тяже- лом и трудоемком процессе выбивки и вывода оператора из зоны повышен- ной запыленности используют автоматические установки для выбивки форм. В зависимости от способа формовки (безопочная, опочная, без крестовин в нижней опоке, опочная с крестовинами в нижней опоке) выбирают типы вы- бивных установок.

Наиболее легко поддается автоматизации выбивка из безопочных форм, так как при этом не требуется удалять смесь и отливки из опок, а необходимо лишь обеспечить сброс форм с литейного конвейера на выбивное устройство, где происходит их разрушение и отделение отливок от смеси. В качестве уст- ройства для сброса форм применяют установки с отклоняющей шиной, с на- клонной платформой и др.

Вустановках с отклоняющей шиной платформы конвейера имеют осо- бые откидные щиты на шарнирах, которые с помощью роликов и от- клоняющей шины принимают на месте выбивки наклонное положение, пово- рачиваются под углом 45° к горизонту. При этом формы соскальзывают на выбивающее устройство. Недостаток таких установок заключается в услож- нении конструкции тележек конвейера.

Вустановках с наклонной платформой на позиции выбивки вся тележка конвейера наезжает на платформу, которая наклоняется и сбрасывает форму

102

на расположенный ниже вибрационный конвейер, где и происходит отделе- ние отливок от смеси.

Для выбивки безопочных форм широко применяют барабаны. Такой барабан представляет собой цилиндрическое сито, изготовленное из листово- го железа. Внутри барабана по винтовой линии закрепляется металлическая полоса, служащая для перемещения форм и отливок вдоль оси барабана. Ци- линдрическое сито установлено на катках, которые приводятся в движение с помощью электродвигателя через редуктор. Безопочные формы после охлаж- дения сталкиваются с конвейера через воронку вовнутрь барабана и разру- шаются в процессе его вращения. Смесь проваливается через отверстия в стенке барабана на ленточный конвейер, а отливки выходят из него и подают- ся далее в очистное отделение. Угол наклона барабана регулируется с помо- щью винтового устройства в зависимости от необходимой скорости прохож- дения отливок внутри барабана, которая определяет его производительность. Барабан закрыт герметично кожухом, подключенным к цеховой системе пы- леотсоса.

Для выбивки форм без крестовин в нижней опоке наиболее распростра- нены установки, работающие на провал. При этом способе форма устанавли- вается на вибрирующую раму, расположенную над выбивной решеткой. Опо- ка опирается на раму краями, отработанная смесь вместе с отливкой сквозь проем рамы проваливается на решетку, где и происходит их разделение. Для

предохранения опок от разрушающего воздействия вибрирующей рамы на ряде установок применены прошивные механизмы, выдавливающие ком (от- ливку со смесью) из опоки на разделительную решетку.

При наличии крестовин в нижней опоке выбивка на провал без распа- ровки невозможна, так как крестовины не позволяют удалять отливку вместе с формовочной смесью. В этом случае применяют установки для автоматизи- рованной выбивки форм трех типов:

-с раздельной выбивкой верхней и нижней опок с предварительной распаровкой и извлечением отливки до выбивки;

-раздельной выбивкой верхней и нижней опок с предварительной рас- паровкой и извлечением отливки после выбивки;

-с выбивкой спаренных форм с последующей распаровкой и извлече- нием отливки.

Выбивка форм сопровождается выделением большого количества теп- лоты и пыли, поэтому участки выбивки форм оснащают мощными системами вытяжной вентиляции, а выбивные решетки большой грузоподъемности (вы- ше 10 т) имеют пыле- и звукоизолирующие накатные кожухи.

Удаление стержней из отливок является трудоемкой операцией. Трудо-

емкость выбивки стержней из отливок зависит от вторичной прочности стержневой смеси, конфигурации полости отливки, напряженного состояния стержня в отливке. Стержни, изготовленные из смесей на органических свя- зующих (маслах и их заменителях, синтетических смолах), обладают низкой

103

вторичной прочностью, хорошей выбиваемостью. Поэтому во многих случаях стержни, особенно простые, выбивают из отливок в процессе отделения от- ливки от формовочной смеси на выбивной решетке, или при очистке отливок в дробеметных установках. Однако достаточно крупные стержни даже из смесей на синтетических смолах выбивают на выбивных установках.

Стержни из жидкостекольных смесей, ЖСС, ПСС, песчано-глинистых смесей обладают худшей выбиваемостью, чем стержни с органическими свя- зующими.

Для выбивки стержней из мелких и средних отливок в условиях массо- вого и крупносерийного производства используют пневматические вибраци- онные установки. Установка представляет собой раму, на которой установле- ны передняя и задняя бабки (рис. 48). Задняя бабка имеет пружинный упор 2, передняя имеет направляющие, на которых установлен подвижный вибратор 5, оканчивающийся бойком-зажимом 3. Перемещение вибратора по направ-

ляющим и зажим отливки между передней и задней бабками обеспечиваются пневмоцилиндром. Для выбивки стержня отливку устанавливают на станину или подвешивают на талях и зажимают между бабками. Плунжер вибратора сотрясает отливку, вследствие чего стержень разрушается.

Рис. 48. Схема вибрационной установки для выбивки стержней:

1 – отливка; 2 – пружинный упор; 3 – боек-зажим вибратора; 4 – пневмоцилиндр; 5 – виб-

ратор

Однако стержни из песчано-глинистых, жидкостекольных смесей, ЖСС и ПСС плохо выбиваются на таких установках, поэтому часто, особенно при изготовлении крупных отливок массой не менее 400 кг, применяют гидравли- ческие камеры, в которых стержни из отливок удаляются вследствие их раз- рушения струей воды и вымывания из отливки.

Схема удаления стержня из отливки приведена на рис. 49. Одновремен- но происходит очистка поверхности отливки. В зависимости от макси-

мального давления воды все гидравлические очистные установки делят на три класса: низкого давления (5×105-10×105 Па), высокого (10×105-20×105 Па)

104

и сверхвысокого (свыше 20×105 Па). При этом установки высокого и сверх- высокого давления могут быть дополнительно оборудованы насосной стан- цией низкого давления, используемой для вымывания и гидротранспортиро- вания разрушенных стержней. По сравнению с выбивкой стержней сухим способом при гидравлической выбивке стержней полностью отсутствует пы- леобразование, сохраняются для повторного использования стержневые кар- касы и значительно ускоряется процесс удаления стержней. Однако процесс применим только для достаточно крупных и сложных отливок, имеющих большой объем или сложную форму стержней.

Рис. 49. Схема удаления стержня из отливки в гидравлической камере: 1 – гидромонитор; 2 – гидрокамера; 3 – стержень; 4 – отливка

Струя воды оказывает на стержень двойное действие: размывающее, при котором вместе с водой удаляется стержневая масса, и разрезающее, при котором струя разрезает стержень на части и уносит их из отливки. Размы- вающее действие струи тем больше, чем больше расход воды. Разрезающее действие тем больше, чем больше скорость струи, зависящая от давления во- ды. Для оптимального действия струи необходимо сочетать размывающее действие с разрезающим таким образом, чтобы за минимальное время удалять стержень. Поэтому основным условием производительного и экономичного

действия установки является правильный выбор давления воды и диаметра сопла гидромонитора.

Опытным путем установлено, что чем больше прочность материала стержня в момент выбивки, тем большее значение имеет разрезающее дейст- вие струн. Давление воды при этом должно быть выбрано больше, а диаметр сопла при ограниченной мощности насоса может быть соответственно мень- ше.

Гидромонитор делают в виде трубы длиной 1-4 м (рис. 50). По практи-

ческим данным диаметр трубы в установках высокого давления принимают из расчета, чтобы отношение ее сечения к проходному сечению сопла было равно 5,0-5,5. Обычно гидромониторы таких установок делают диаметром до

105

25 мм, а установок низкого давления – до 40-50 мм и более. Гидромонитор рекомендуется устанавливать так, чтобы его наконечник находился от выби- ваемого стержня на расстоянии 100-150 мм.

Рис. 50. Схема устройства гидромонитора:

1, 2 – телескопически соединенные стволы; 3 – кронштейн; 4 – ось кронштейна; 5 – наса- док монитора; 6 – гидроцилиндр перемещения по вертикали; 7 – гидроцилиндр перемеще-

ния по горизонтали

Еще больший эффект дает пескогидравлическая обработка отливок. Разрушающая сила струи воды с песком гораздо больше, чем разрушающая сила струи воды без песка. С помощью песчано-водяной струи можно не только выбивать стержни, но и очищать поверхность отливок.

Пескогидромонитор представляет собой струйный аппарат, рабо- тающий по принципу гидравлического эжектора (рис. 51). По стволу монито- ра через выходной насадок, или сопло, подается вода под высоким давлением (7,5-15 МПа). Струя воды, выходящая с большой скоростью из сопла, засасы- вает пульпу, т.е. смесь песка и воды, в смесительную камеру или в кониче- ский выходной насадок, из отверстия которого уже выходит рабочая песчано- водяная струя. На входе в пескогидромонитор консистенция пульпы включа- ет в себя 50 % песка и 50 % воды (по объему). Выходящая рабочая струя при этом содержит около 15 % песка.

Электрогидравлический способ выбивки стержней и очистки отливок заключается в использовании элекгрогидравлического эффекта, возникающе- го при высоковольтном разряде в воде между специальным электродом и по- верхностью отливки (рис. 52), При электрическом искропоы пробое жидкости в ней возникают ударные волны и перемещения, вызывающие интенсивную вибрацию отливок в очень широком диапазоне частот. Из-за различия моду- лей упругости и частоты собственных колебаний отливок и стержневых сме- сей на границе раздела металл – стержневая смесь возникают растягивающие напряжения, приводящие к разрушению стержня. Интенсивные перемещения жидкости в зоне разряда и вибрация отливок обеспечивают эффективное уда- ление остатков разрушенных стержней из отливок. Кроме того, разрушается смесь, пригоревшая к отливке.

106

Электрогидравлические установки используют для выбивки стержней из стальных, чугунных отливок, отливок из цветных сплавов. Эти установки могут быть использованы в единичном, мелкосерийном и серийном произ- водстве. Наиболее целесообразно их применение для выбивки стержней из крупных и средних отливок.

Рис. 51. Схема пескогидромонитора:

1 – ствол; 2 – патрубок для пульпы; 3 – выходной насадок; 4 – входной насадок

Рис. 52. Принципиальная электрическая схема электрогидравлической установки для выбивки стержней из отливок: 1 – рабочий промежуток; 2 – выпрямитель-трансформатор;

3 – формирующий промежуток; 4 – электрод

Преимущества этого способа выбивки: обеспечиваются высокая произ- водительность и эффективность; исключается тяжелый ручной труд; снижа- ется запыленность воздуха в литейных цехах.

Обрубка, очистка и термическая обработка отливок. После выбивки из форм отливки обычно обрубают и очищают. Обрубка отливки заключается в отделении от нее прибылей, литников, выпоров и в удалении заливов по месту сопряжения полуформ или в области стержневых знаков. Обрубают от- ливки с помощью молотков и пневматических зубил, абразивных кругов и прессов, ленточных и дисковых пил, также используют дуговую, газовую или анодно-механическую резку. В некоторых случаях прибыли отрезают на то- карных станках.

Пригар на поверхностях отливок существенно затрудняет отрезку лит-

107

ников и прибылей. В таких случаях перед обрубкой отливки вместе с литни- ками и прибылями очищают.

Литники от чугунных отливок легко отбиваются при слабом ударе. От мелких отливок они отделяются в основном при выбивке форм. Оставшиеся на отливках литники отбивают молотками или обламывают на прессах. В от-

дельных случаях отделение литников от чугунных отливок совмещают с предварительной очисткой в галтовочных барабанах. Литники от мелких стальных отливок также отбивают молотками. Прибыли и литники от круп-

ных отливок из углеродистых и низколегированных сталей отделяют дуговой

игазовой резкой. При производстве отливок из некоторых высоколегирован- ных сталей для этой цели применяют механическую или анодно- механическую резку. Ленточные и дисковые пилы, механические прессы ши- роко применяют для отрезки литников и прибылей от отливок из алюминие- вых, магниевых и медных сплавов.

Очистка отливок. Для удаления пригара и улучшения поверхностей от- ливки подвергают очистке галтовкой, дробеструйной, дробеметной, вибраци- онной и электрохимической обработке.

Очистку отливок галтовкой осуществляют в барабанах периодического

инепрерывного действия. Барабаны периодического действия применяют в цехах мелкосерийного производства, в массовом производстве используют барабаны непрерывного действия. Очистка отливок в барабанах происходит в результате их взаимного трения. Для усилия эффекта трения в барабан вместе с отливками загружают звездочки из отбеленного чугуна. При вращении ба- рабана отливки перекатываются, трутся друг о друга и о звездочки, в резуль- тате чего удаляется приставшая к поверхности отливок формовочная смесь,

Галтовочные барабаны непрерывного действия (рис. 53) имеют два ко- жуха. Отливки по лотку 5 и звездочки с помощью лопаток 4 непрерывно по- ступают во внутренний кожух 1. Перемещаясь к другому концу барабана, от- ливки очищаются. Звездочки, не доходя до конца барабана, проваливаются во внешний кожух 2 и спиральными направляющими 3 вновь подаются к загру- зочному окну. Отработанная смесь проваливается через отверстия во внеш- нем кожухе и удаляется из барабана.

Для очистки отливок широко используют дробеструйные аппараты. Из

таких аппаратов на поверхности отливок под давлением воздуха или воды подается чугунная дробь. Она обладает большой кинетической энергией и очищает поверхность отливок тем быстрее, чем мощнее струя. Дробеструй- ной очистке нельзя подвергать отливки из мягких сплавов, так как это ухуд- шает качество их поверхностей. Для очистки отливок из алюминиевых спла- вов вместо чугунной дроби используют кусочки алюминиевой проволоки.

Чугунные и стальные отливки обычно подвергают дробеметной очист- ке. На очищаемую поверхность дробь подается метательными головками 1 в виде турбинок, вращающихся с частотой до 3000 об/мин. Дробь, выбрасы- ваемая большой центробежной силой, ударяется о поверхность отливок 2 и

108

очищает ее (рис. 54). Дробеметная очистка более производительна, чем дро- беструйная. Она осуществляется в дробеметных очистных барабанах и каме- рах. В дробеметных барабанах очищают мелкие и средние отливки массой до 40 кг. Равномерная очистка всех поверхностей отливок достигается в процес- се их перекатывания внутри вращающегося барабана 3 (рис. 54, а) или на движущемся пластинчатом конвейере 3 (рис. 54, б) внутри неподвижного ба- рабана. В массовом производстве применяют очистные барабаны с пластин- чатым конвейером непрерывного действия, в которых отливки в процессе очистки перемещаются еще вдоль оси барабана.

Рис. 53. Галтовочный барабан непрерывного действия для очистки отливок

Рис. 54. Схемы дробеметной очистки отливок

109

Вдробеметных камерах очищают отливки массой более 50 кг. Отливки устанавливают на вращающиеся очистные столы или подвешивают на вра- щающиеся подвески 3 (рис. 54, в). Очистка происходит внутри камеры 4. В массовом производстве применяют проходные дробеметные камеры непре- рывного действия, а при небольшом объеме производства отливок – тупико- вые дробеметные камеры периодического действия.

Остатки смеси и пригар на внутренних поверхностях чугунных и сталь- ных отливок, труднодоступных при дробеметной очистке, успешно удаляют

электрохимической обработкой. Для этого отливки погружают в расплав NaOH или КОН, температура которого 450-500 оС, и подключают к источни- ку постоянного тока напряжением 2,5-3,5 В и плотностью 0,03-0,05 А/м2.

Отливки в течение 7-8 мин являются катодом, в течение 3-4 мин анодом

и3-4 мин вновь катодом. После этого их промывают в холодной и горячей воде. Очистка поверхности отливок происходит за счет катодного восстанов-

ления оксидов железа и растворения SiО2 пригара и смеси в щелочном рас- плаве с образованием силикатов.

Мелкие отливки весьма эффективно очищаются вибрационным спосо- бом. Для этого отливки и абразивный наполнитель загружают в контейнер, установленный на упругой подвеске, и приводят в колебательной движение с частотой до 3000 в минуту с амплитудой 3-5 мм. В процессе взаимного пере- мещения частицы наполнителя обрабатывают металлическую поверхность.

Всовременных крупных литейных цехах используют комплексные ус- тановки для очистки отливок. Например, поточная линия очистки включает выбивную решетку, галтовочный барабан, дробеметные установки, зачистные станки и систему конвейеров для передачи отливок с одной операции на дру- гую.

Зачистку отливок проводят с целью удаления мелких заливов, остатков прибылей и литников, а также других неровностей и выступов на поверхно- сти отливки. Эту операцию выполняют с помощью абразивных кругов, уста- новленных на различных станках. Отливки массой до 10 кг зачищают на ста- ционарных шлифовальных станках. Для очистки отливок большей массы применяют подвесные, маятниковые или переносные станки. В массовом производстве мелких и средних отливок нашли применение полуавтоматиче- ские и автоматические станки и линии, обеспечивающие повышение произ- водительности обработки в 5-10 раз. Отливки из вязких сплавов – сталей, ковкого чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов – зачищают корундовыми шлифовальными кругами, а отливки из хрупких сплавов, например серого чу- гуна, – карборундовыми.

Отливки из легкоплавких сплавов очищают также электроконтактным способом. По этому способу отливку и вращающийся стальной диск подклю- чают к источнику тока. При контакте диска с выступом на поверхности от- ливки цепь замыкается, заусенцы и заливы оплавляются и в виде мелких час- тичек отбрасываются диском от зачищаемой поверхности.

110