3.2. Литье в разовые литейные формы

В литейном производстве нашло широко распространение получение отливок в разовых литейных формах. К наиболее широко распространенному способу изготовления отливок в разовых литейных формах относится литье в песчаные формы. Более 80% всех отливок изготавливается литьем в песчаные литейные формы.

Литье в песчаные литейные формы

Основными операциями технологического процесса литья являются приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление моделей отливки и элементов литниковой системы, изготовление литейной формы, плавка металла, заливка жидкого металла в форму, выбивка отливок из формы, очистка отливок и удаление литников, выпоров, прибылей и термическая обработка (если она необходима).

При литье в песчаные формы точность отливок составляет 8…15 класс размерной точности (ГОСТ 26645–85), что соответствует 14…18 квалитетам (ГОСТ25347-82), шероховатость поверхности составляет (Rz) 40…320 мкм.

Сущность производства отливок в песчаных формах, заключается в приготовлении жидкого металла (плавке металла), его заливки в изготовленные литейные формы и его последующего затвердевания и охлаждения до температуры до 200 С ...250 С. После чего литейная форма разрушается и отливка вместе с литников ой системой извлекается из нее, далее литниковая система обрубается и отливка подвергается очистке, термообработке (если необходимо) и окраске.

Песчаные литейные формы изготавливаются из формовочных и стержневых смесей с помощью литейных моделей и моделей элементов литниковой системы в опоках (опоки - это сквозные металлические ящики, которые на просвет имеют форму прямоугольника, квадрата, круга).

Литниковая система - это система каналов, по которым жидкий металл поступает в полость литейной формы. В литниковую систему входят литейная чаша, литейный стояк, шлакоуловитель, питатель, выпор.

Модели отливки и элементов литниковой системы изготавливаются из металла, дерева, пластмасс в зависимости от серийности производства. Так, при индивидуальном производстве отливок используются модели, изготовленные из дерева, а при массовом их производстве используются модели, изготовленные из металла.

Формовочные и стержневые смеси приготавливаются из формовочных песков и оборотной смеси¹, связующего (формовочная глина, жидкое стекло, синтетические смолы и другие) и различных технологических добавок (молотый уголь, древесная мука и т.д.), придающих формовочной или стержневой смеси требуемые технологические свойства.

Требования к формовочным и стержневым смесям

Для обеспечения заданных качественных показателей отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать комплексом свойств: прочностью; пластичностью; податливостью; живучестью; текучестью; огнеупорностью; твердостью выбиваемостью, газопроницаемостью; противопригарностью; минимальной газотворностью, долговечностью.

Смеси должны быть прочными. Прочность характеризует способность смеси сохранять заданную конфигурацию полости литейной формы в период её изготовления и транспортирования, а также при заливке.

Смеси должны быть твердыми. Твердость характеризует способность поверхностного слоя формы или стержня противостоять проникновению более твердого тела (металлического шарика). Поверхностная твердость формы или стержня зависит от степени уплотнения смеси, количества и качества связующих материалов, а также от режимов упрочнения.

Смеси должны быть пластичными. Пластичность – способность смеси деформироваться под действием внешней нагрузки. Пластические свойства обеспечивают получение отпечатка в форме. Качественный отпечаток можно получить лишь в том случае, если смеси обладают хорошей пластичностью.

Смеси должны быть легковыбиваемыми. Выбиваемость - способность стержней удаляться из внутренних полостей при выбивке и очистке отливки. Она зависит от соотношения связующего материала, формовочного песка и различных технологических добавок в смеси. Оценку выбиваемости смеси производят по величине работы, затрачиваемой на пробивку специальным бойком стержня, залитого сплавом.

Смеси должны быть огнеупорными. Огнеупорность (термохимическая устойчивость) – способность смеси сопротивляться размягчению или расплавлению температуры расплава.

Смеси должны быть податливыми. Податливость – способность смеси сокращаться в объеме и перемещаться под действием усадки отливки. Степень податливости зависит от природы огнеупорной основы, а также от степени уплотнения смеси. Для улучшения податливости в состав смеси вводят древесные опилки и другие добавки.

Смеси должны быть живучими. Живучесть смеси – способность сохранять смесью свои физико-химические свойства. Она зависит от природы связующего материала смеси, а также интенсивности уменьшения в ней влаги.

Смеси должны быть противопригарными. Противопригарность – способность поверхностного слоя формы и стержня противостоять прочному сцеплению с металлом отливки, образованию песчано-металлической корки на поверхности отливки. Степень противопригарности зависит от многих факторов, в том числе от пористости смеси, химической инертности её огнеупорной основы. Уменьшение пригара достигают применением противопригарных добавок и покрытий.

Смеси должны быть газопроницаемыми. Газопроницаемость – способность смеси пропускать через себя газы. Это свойство зависит от размеров формовочного песка, содержания в нем мелкозернистых добавок, степени уплотнения, типа связующего и влажности.

Смеси должны быть минимальной газотворностью. Газотворность –

способность смеси выделять газы при её нагреве. Это свойство зависит от типа связующего, влажности смеси, и её температуры нагрева.

Смеси должны быть текучими. Текучесть - способность смеси перемещаться под действием внешних смесей. Высокая текучесть обеспечивает хорошее заполнение опоки смесью.

Смеси должны быть долговечными. Долговечность – способность смеси после соответствующей подготовки, повторно использоваться для изготовления для изготовления форм без введения добавок свежих формовочных материалов.

Помимо перечисленных свойств смеси должны удовлетворять санитарно-гигиеническим нормам.

Для получения в отливках полостей (отверстий) используются литейные стержни, которые изготавливаются из стержневых смесей.

Поперечный разрез литейной формы приведен на рис.3.1.

Рис. 3.1.Разрез литейной формы: 1- нижняя опока; 2 – верхняя опока; 3 –плоскость разъема; 4 - зазоры; 5 –вентиляционный канал; 6- выпоры; 7 -литниковая чаша; 8- литейный стояк; 9-шлакоуловитель; 10 - питатель; 11 - центрующий штырь; 12 - скоба;13 - местный разрез; 14 - плита; 15 - формовочная смесь; 16 - литейный стержень;17 - полость литейной формы

Литьем в песчаные литейные формы на Волжском автомобильном заводе (ВАЗе) на автоматических конвейерных линиях изготавливаются блоки цилиндров из серого чугуна, коленчатый и распределительный валы, шестерня привода масляного насоса из высокопрочного чугуна и др. отливки.

Преимущество литья в песчаные литейные формы:

универсальность технологического процесса; дешевизна способа изготовления литья; (стоимость литья зависит от серийности, типа сплава, сложности отливок).

Недостатки данного способа: сравнительно низкое качество литья; небольшая точность; повышенный расход:

формовочных материалов; плохие санитарно - гигиенические условия труда в литейных цехах (повышенная загазованность, запыленность); в выделяющихся газах в литейном цехе содержатся токсичные вещества (окись углерода, фенол, формальдегид и др.).

Одной из главных задач дальнейшего развития литейного производства является повышение точности изготовления отливок и сокращение доли металла, уходящего в стружку, снижение трудозатрат.

Для изготовления отливок с более высокими качественными показателями и более высокой степенью точности используются специальные способы литья, к которым относятся литье в оболочковые формы, по выплавляемым и газифицируемым моделям, а также литье в постоянные литейные формы.