3.2. Основы технологии литейного производства

Литейное производство – процесс получения изделия путем заливки расплавленным металлом или сплавом в литейную форму

Литейное производство подразделяется на несколько способов. Основными из них являются:

Литье в песчанно-глинистые формы;

Литье в оболочковые формы;

Кокильное литье;

Центробежное литье;

Литье под давлением и другие.

3.2.1. Литье в песчанно-глинистые формы

Одним из древних и наиболее простых способов литья изделий является литье в песчанно-глинистые формы.

Технология процесса получения изделия состоит из ряда операций:

выбора и обоснования способа изготовления литейной формы;

конструирования модели, стержневых ящиков, сушильных плит, литниковой системы для заполнения формы металлом;

разработки последовательности технологических операций формовки, сборки форм, заливки их металлом, очистки и обрубки от­ливок;

методов и способов контроля качества литой заготовки.

При конструировании модели сначала разрабатывают технологи­ческий чертеж отливки. На чертеж детали (рис. 3.7, а) наносят все технологические указания, необходимые при изготовлении мо­дели.

Рис. 3.7. Пример технологической разработки отливки

Размеры детали увеличивают пропорционально величине усадки сплава. На поверх­ности, с которых будет сниматься слой металла при изготовлении детали, наносят припуски 1 на механическую обработку, рис. 3.7. б. Отверстия 2 диаметром менее 12 мм в заготовках обычно получают сверлением, поэтому их тоже заштриховывают, как припуск на меха­ническую обработку.

Для чугунных отливок с габа­ритными размерами 120 -150 мм припуски находятся в пределах 2 - 6 мм, а для стальных – 3 - 8 мм.

Для удобства формовки и извлечения модели из уплотненной формовочной смеси модели делают разъемными, т.е. состоящую из полуфлрм.. Плоскость разъема, как правило, проходит через ось симметрии будущей модели, но обязательно так, чтобы ее части (верхняя и нижняя) беспрепятственно удалялись из полуформ. При этом учитывается необходимость рас­положения ответственных поверхностей отливки в нижней части формы или вертикально, так как вверху всегда при заливке формы металлом скапливаются шлак и газы.

Для точ­ного совмещения полумо­делей 7 и 8 на одной из них имеются шипы, а на другой - впадины 9. Круп­ные отверстия и полости в отливках получают с помощью стержней 3. Для точной фиксации стержня в форме используют стерж­невые знаки 4, выполняемые заодно с самим стержнем.

Разъем модели условно обозначают буквами РМ, а разъем литей­ной формы обозначают РФ. Верх и низ модели в фор­ме обозначают соответст­венно В и Н. Если разъем модели и формы совпадает, то на чертеже должно быть обозначение МФ.

Стержень на чертеже обычно обозначают пе­рекрестной штриховкой по контуру. При горизонтальном положении стержня, имеющего форму тела вращения, знаки делают цилиндриче­скими, а при вертикальном - в виде усеченного конуса для удобства сборки полуформ. Модель и стержень имеют одинаковые по конструк­ции стержневые знаки.

Для облегчения выема модели из уплотненной смеси на всех ее вертикальных поверхностях по отношению к плоскости разъема РМ наносят формовочные или литейные уклоны 5. Величина уклонов зави­сит от размеров и места расположения поверхности. Металлические модели имеют наружные уклоны от 1°30' до 0°30' и внутренние от 3° до 0°45', деревянные модели —соответственно уклоны 3° - 0°30' и 3° - 1°. С увеличением размера поверхности уклоны уменьшаются. В местах сопряжении поверхностей моделей вводят радиусы скруглений (галтели) 6. При наличии галтелей литейная форма в таких скругленных углах после извлечения модели не осыпается, а отливка не приобретает склонности к появлению трещин, так как устраняются концентраторы напряжений.

После нанесения на чертеж (рис. 3.7., б) всех указаний приступают к изготовлению модели в и стержневого ящика. Размеры модели и ее очертания соответствуют чертежу б, а размеры и очертания рабочей полости стержневого ящика соответствуют размерам и очертаниям стержня 3, со знаками 4. По ящику изготовляют стержень путем уплотнения стержневой смеси в рабочей полости ящика. Затем стержень сушат для придания ему прочности. Поверхности деревянных моделей и ящиков окрашивают для предохранения от влаги и уменьшения шероховатости. Знаковые части моделей и стержней всегда имеют черный цвет, корпус моделей может быть красным, зеленым, серым и желтым в зависимости от применяемого сплава.

В разработку литейной технологии входит конструирование и расчет литниковой системы, которая служит для заполнения литейной формы металлом. По конструкции и расположению в литейной форме литниковые системы очень разнообразны. Схематично способы под­вода металла в литейную форму показаны на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Виды литниковых систем:

а - сифонная; б - ярусная; в - верхняя; г - вертикально-щелевая; 1 - литниковая чаша; 2 - стояк; 3 - питатель; 4 - выпор; 5 - отливка

Конструкция пятниковой системы должна состоять из стандартных элементов, легко изготовляемых и заменяемых при износе.

Последовательность изготовления сырой песчано-глинистой формы в опоках ручным способом показана на рис. 3.9. Вначале изготов­ляют нижнюю полуформу (позиция а). На подмодельный щиток 1 укладывают полумодель 2 (без выступающих шипов), затем на этот же щиток устанавливают опоку 3. Полумодель располагают в опоке таким образом, чтобы оставалось место для размещения литниковой системы. К полу модели подводят модель элемента литниковой системы - питатель 4.

На предварительно протертую мазутом с керосином или графитом поверхность полумодели наносится тонкий слой разрыхленной и про­сеянной облицовочной формовочной смеси, которую уплотняют на поверхности полумодели. Затем последовательно насыпают и уплот­няют слои наполнительной смеси, пока уровень ее несколько не пре­высит край опоки 3.

Излишки уплотненной смеси линейкой срезают вровень с краем опоки. Нижнюю полуформу поворачивают на 180° (вверх пло­скостью разъема модели) и на нижнюю полумодель 2 устанавливают верхнюю полумодель 7, совмещая шипы и впадины 13 (позиция б). На опоку 3 нижней полуформы устанавливают верхнюю опоку 8 и взаимно их фиксируют при помощи штырей 6, которые входят во втулки боковых проушин опок 5. Поверхность нижней полуформы посыпают тонким слоем разделительного песка для предотвращения соединения двух полуформ в процессе уплотнения смеси. На самую высокую поверхность модели устанавливают выпор 9, который обес­печит отвод газов из формы. Над моделью питателя 4 устанавливают модель шлакоуловителя 12 и стояка 11 с литниковой чашей 10. После этого формуют верхнюю полуформу, уплотняя формовочную смесь в опоке 8. Затем из уплотненной смеси извлекают модель выпора 9 и стояка 11.

Рис. 3.9. Последовательность изготовления сырой песчано-глинистой формы руч­ным способом

Для образования дополнительных газотводящих каналов 14 полуформы многократно прокалывают иглообразной спицей. Верхнюю полуформу снимают с нижней и помещают рядом на щитке (позиция в). Из нижней и верхней полуформ с предварительной раскачкой удаляют полумодели и элементы литниковой системы при помощи крючков или шпилек 15. После извлечения моделей в знаковые части нижней полуформы помещают стержень 17, изготовленный ранее, и нижнюю полуформу накрывают верхней (позиция г). Таким образом, полу­чается литейная форма, внутри которой имеется полость 16, по кон­фигурации соответствующая конфигурации модели, а внутри полости расположен стержень 17, образующий отверстие в отливке.

При ручных способах изготовления форм стержни, как правило, также изготовляют вручную путем уплотнения смеси внутри стержне­вого ящика. Для удобства извлечения стержня ящик делают разъем­ным. После извлечения из ящика стержни сушат в сушилах, предва­рительно поместив их на сушильные металлические плиты-драйеры. В процессе сушки стержень упрочняется, но сложные стержни до­полнительно армируют металлическим каркасом, заформованным внутрь стержня в процессе его изготовления. Мелкие стержни арми­руют каркасом из отожженной стальной проволоки, а крупные - сварными и литыми каркасами, которые служат не только для упрочнения, но и для транспортировки стержня при помощи мостовых кранов от места изготовления к месту сборки.

Для отвода газов при заполнении литейной формы металлом моно­литные стержни снабжают газоотводящими каналами, которые обра­зуются в крупных стержнях при помощи шлаковых засыпок, соломен­ных жгутов, перфорированных металлических труб, а в стержнях средней и малой величины при помощи плетеных капроновых шлан­гов, хлопчатобумажных шнуров или сквозных проколов, выходящих в знаковые части. Пустотелые (оболочковые) стержни не требуют дополнительных газоотводящих каналов. Для предотвращения при­гара и получения чистой поверхности во внутренних полостях отли­вок стержни красят противопригарными красками.

На позиции д представлены нижняя и верхняя полуформы со сто­роны плоскости разъема. В нижней полуформе видны отпечаток от модели 16, стержень 17 и питатели 4. В верхней полуформе видны отпечаток от модели 16, следы выпоров 9, шлакоуловителя 12 и стояка 11.

Перед заполнением формы металлом верхнюю полуформу прижи­мают к нижней при помощи грузов, болтов, скоб, струбцин, клино­вых устройств для предотвращения всплытия верхней полуформы от статического напора металла и утечки его из формы по плоскости разъема. Затем следуют операции заполнения формы металлом, вы­бивки отливки из формы после кристаллизации и достаточного охла­ждения металла, выбивки стержней из отливки, очистки и обрубки отливки, проверки ее качества и механической обработки.

Машинная формовка - главный способ изготовления форм в отечественном литейном производстве. Доля руч­ной формовки составляет менее 8 % отливок по массе и непрерывно сокращается.

Ручная формовка связана с тяжелой и трудоемкой работой, что приводит к низкой производительности. Этот способ формовки еще находит некоторое примене­ние для получения мелких и средних отдельных отливок или небольшой их партии. Более важное значение руч­ная формовка имеет в производстве крупных отливок в почву (в кессонах), формы для которых трудно или невозможно изготовить методами машинной формовки.