1.2.2 Литьё в оболочковые формы

Литьё в оболочковые формы – процесс получения отливок путём свободной заливки расплава в оболочковые формы из термореактивных смесей.

Оболочковая форма – одноразовая тонкостенная химически твердеющая литейная форма, которую изготавливают из смеси кварцевого песка и порошка фенолформальдегидной смолы (6 – 7%). Эта смола термореактивная – она размягчается при 70 ^оС, а выше 120 ^оС плавится. С этого момента начинается процесс полимеризации, который идёт тем быстрее, чем выше температура. При этом смола необратимо твердеет, а при температуре более 450^оС – начинает выгорать.

Изготовление оболочковой формы осуществляется следующим образом. Сначала формовочную смесь засыпают в бункер, который накрывают подогреваемой металлической модельной плитой. На ней закреплены металлические полумодели. Далее бункер переворачивают на 180^о, формовочная смесь засыпает нагретую модельную плиту с полумоделями. Смола начинает плавиться и вместе с кварцевым песком обволакивает нагретые полумодели. За 30 секунд образуется оболочка толщиной 6 – 8 мм. Затем бункер возвращается в исходное положение, избыток смеси осыпается вниз. Модельную плиту с полуформами и оболочками снимают с бункера и помещают в печь для полимеризации смолы и полного затвердевания оболочки (4 – 5 мин), плиту вынимают из печи с помощью специальных приспособлений, снимают оболочки. Затем две половины оболочки склеивают и соединяют скобами – получается готовая литейная форма; форму заливают расплавом и после его затвердевания разрушают, извлекая отливку.

К достоинствам метода относится высокая точность размеров и высокое качество поверхности отливки. К недостаткам – ограниченность массы отливки. Этим методом можно получить отливки массой не более 100 кг.

3. Литьё по выплавляемым моделям

Это один из старейших методов литья, с его помощью в древности изготавливали скульптуры, колокола и другие изделия сложной формы. В машиностроении он начал применяться с 40-х годов 20-го века.

Процесс изготовления формы для этого метода литья состоит в следующем:

- изготавливают металлическую или пластмассовую разъёмную прессформу, с помощью пресс-формы из предварительно расплавленного легкоплавкого материала (обычно смеси 50% стеарина и 50% парафина) отливают несколько моделей;

- легкоплавкие модели собирают в блоки с общей литниковой системой; затем их погружают в огнеупорную суспензию, состоящую из 30% жидкого связующего и 70% кварцевой муки. Вынув блок из суспензии, его посыпают сухим кварцевым песком и сушат на воздухе. Эту операцию повторяют несколько раз, пока не получат форму со стенкой толщиной 6 – 8 мм, далее модель выплавляют из формы горячим воздухом, паром или горячей водой (100 – 150^оС);

- готовую форму прокаливают при температуре 850 – 900^оС. При этом выгорают остатки легкоплавкого состава и она приобретает прочность. В готовую форму заливают расплав, после затвердевания которого её разбивают и извлекают отливку. Отливка может иметь очень сложную форму с большим количеством мелких деталей, канавок, отверстий и т.д., в которых могут остаться элементы огнеупорной корки. Их удаляют выщелачиванием при 120^оС с последующей промывкой в горячей воде.

Этот метод литья очень трудоёмок и дорог, но с его помощью можно получать отливки очень сложной формы, с высокой точностью и низкой шероховатостью поверхности, что исключает последующую механическую обработку.

В настоящее время начинают внедряться новые методы литья, такие как литьё по выжигаемым моделям, литьё по растворяемым моделям, литьё по размораживаемым моделям, литьё по газифицируемым моделям. Наиболее перспективен последний метод. Модель изготавливается из пенопласта (пенополистирола), который легко обрабатывается вручную и на станках. (В крупносерийном производстве модели можно получать методом вспенивания в металлических и пластмассовых формах). Обычно форма делается неразъёмной, модель из неё не извлекается, а газифицируется за счёт тепла расплавленного металла (пенополистирол разлагается при 300 – 350^оС). Этот метод используется для получения отливок из различных сплавов массой от 0,2 кг до нескольких тонн.

Полупостоянные формы изготавливаются из шамота, металлокерамики, графита. Их можно использовать для получения нескольких десятков или сотен отливок. Этот метод занимает промежуточное положение между литьём в одноразовые и многоразовые (металлические) формы и подробно рассматриваться не будет.

2. Литьё в металлические формы

Литьё в металлические формы включает в себя следующие методы:

1. Литьё в кокиль.

2. Литьё под давлением.

3. Центробежное литьё.

Различные методы литья в металлические (многоразовые) формы имеют свои специфические особенности, однако тот факт, что во всех случаях форма изготавливается из металла, придаёт этим методам некоторые общие черты:

1 Формы газонепроницаемы;

2 Формы не податливы (не меняют своих размеров под давлением затвердевающего металла);

3 Высокая теплопроводность формы приводит к высокой скорости охлаждения и затвердевания металла, что имеет свои положительные и отрицательные стороны:

а) При быстром охлаждении возникает большое количество центров кристаллизации и отливка приобретает мелкозернистую структуру с повышенной плотность и прочностью.

б) Поверхность отливки, охлаждаясь с большой скоростью, подвергается закалке (у чугунных отливок появляется поверхностный слой белого чугуна – отбельная корка). Это явление может быть использовано, когда изделие или его часть должно обладать твёрдой, износостойкой поверхностью. Если в этом нет необходимости или требуется последующая механическая обработка, то ей должна предшествовать термообработка (отпуск, отжиг, нормализация).

в) Высокая скорость охлаждения приводит к возникновению больших внутренних напряжений, поэтому в отливке не должно быть острых углов, резких переходов от толстых стенок к тонким, радиусы галтелей увеличиваются в 1,5 раза по сравнению с литьём в песчаные формы.

г) При интенсивном охлаждении расплав быстро теряет жидкотекучесть, в связи с этим увеличивается минимальная толщина стенок отливки.

4 Металлические формы позволяют получать отливки с высокой точностью и высокой чистотой поверхности в серийном, крупносерийном и массовом производстве. Исключается применение формовочной смеси, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

5 Металлические формы отличаются высокой стоимостью.

6 Процесс литья легко механизируется и автоматизируется.