Модели, стержневые ящики, опоки, формовочный инструмент

Для изготовления разовых литейных форм с применением формовоч­ных смесей необходимы модели, стержневые ящики, опоки и формовочный инструмент. По чертежу детали (рис. 1,поз 1) изготовляют модель (поз.2) и стержневой ящик (поз.5). Предварительно все размеры чертежа де­тали увеличивают на величину линейной усадки сплава, из которого отливают отливки. Кроме того, модель должна иметь припуск на механическую обработку отливки в тех местах, где он предусмат­ривается чертежом.

Рисунок 1. Разовая литейная форма:

1 - деталь, 2 – модель, 3 – стержень, 4 – стержневой ящик, 5 – опоки, 6 – отливка

Для беспрепятственного извлечения моделей из форм или освобождения стержневых ящиков от стержней модели и стержневые ящики делают разъемными, а рабочие поверхности их должны быть гладкими и чистыми. Вертикальным стенкам моделей придают уклон в направле­нии извлечения их из формы. Модели деталей с внутренними полостями имеют на конце выступы, называемые знаками (рис.1,пов.2-а). Материалом для моделей и стержневых ящиков в индивидуальном и мелкосерийном производстве в большинстве случаев служит древеси­на, а в массовом производстве - алюминиевые сплавы и пластмассы. Поверхности деревянных моделей, для предохранения от влаги и уменьшения прилипания к ним формовочной смеси, покрывают лаком или краской различных цветов (красным - для чугунных, серым - для стальных отливок, желтым - для цветных). Знаки окрашивают в черный цвет.

Стержневые ящики (рис.1, поз.4) изготовляют из древесины или металлическими, которые по конструкции могут быть разъемными или неразъемными.

Опоками называются чугунные, стальные или алюминиевые рамки, в которые набиваются формовочные смеси (рис.1 , поз.5).Для центрирования и скрепления на двух боковых стенках опок делают­ся приливы с отверстиями, в которые вставляются штыри.

Формовочный инструмент подразделяется на три группы:

• инструмент, служащий для набивки форм (лопаты, сита, ручные и пневматические трамбовки) (рис.2, а, б, в, г);

• инструмент, служащий для отделки форм, - гладилки плоские и угловые для выглаживания поверхности форм после удаления из нее модели, ланцеты для подрезания земли и вырезания каналов, крюч­ки и ложки для удаления из формы осыпавшейся земли (рис.2, д, е );

Рисунок 2. Формовочный инструмент

• инструмент для различных работ - подъемы с заострениями на конце (для деревянных моделей) и с резьбой (для металличес­ких), служащие для извлечения модели ив формовочной смеси, душни­ки (длинные иглы) для накола формы с целью увеличения газопроницаемости и пеньковая кисточка (рис.2,ж).

Состав и назначение формовочных и стержневых смесей

Формовочные смеси применяют для изготовления форм, а стержне­вые смеси - для изготовления стержней. Они состоят кварцевого песка, огнеупорной глины и различных добавок.

Свойства формовочных материалов, применяемых для изготовления смесей, играют большую роль в получении качественной отливки. А сос­тав (стержневых и формовочных) смесей и предъявляемые к ним требо­вания в отношении пластичности, газопроницаемости, прочности, податливости и противопригарности зависят от веса отливок и состава заливаемости металла.

Основными материалами для изготовления формовочных смесей являются бывшая в употреблении формовочная смесь (горелая или оборотная) и свежие материалы, которые служат только для замены песчаных зерен, превратившихся в пыль, и для восполне­ния связующей способности глины.

Формовочные смеси по способу применения подразделяются на об­лицовочные, наполнительные и единые. Лицевой слой формы, непосредственно соприкасающийся с жидким металлом, делают из смеси большой прочности и приготовляют более тщательно. Такая смесь называ­ется облицовочной.Её составляют с использованием 30-50 % материалов. Остальную часть формы делают из другой смеси менее высококачественной и более дешевой. Эта смесь называется наполнительной. Она состоит из, оборот­ной смеси с добавкой 1-3 % песка для восстановления газопроницаемости глины и для повышения прочности. При массовом производ­стве Формы обычно изготовляют из однородной смеси, называемой единой. Она состоит из 90-95 % обратной смеси с добавкой песка и глины для её освежения.

Составы формовочной смеси различны для форм, подвергаемых перед заливкой сушке, и для форм, заливаемых всырую (табл.1). При из­готовлении формы с последующей их сушкой применяют формовочные смеси с 10 - 20 % глины. Для формовки всырую применяют формовоч­ные смеси, содержащие от 2 до 10 % глины.

Таблица 1 - Соотношение исходных материалов в формовочных смесях

Вид литья	Состав и вес, %
	оборотная смесь		свежие материалы: песок и глина		каменный уголь		мазут
для литья всырую
Чугунное	75-90			Остальное		2-3		---
Стальное	50-75			-"-		---		---
Бронзовое				-"-		---		1-1,5
Латунное	60-80			-"-		---		-"-
Алюминиевое				-"-		---		---
для литья в сухую
Чугунное	40-60		Остальное		---		---
Стальное	50-75		-"-		---		---
Бронзовое	60-70		-"-		---		---

Основой составляющей формовочной смеси является кварцевый песок, в котором содержание кремнезема для стального литья должно быть не менее 97%, для чугунного - 90-95% и цветного- 80-90%. В зависимости от содержания кремнезема, глинистой сос­тавляющей и вредных примесей все пески делятся на к в а р ц е в ы е (К)г л и н и с т ы е . К кварцевым пескам откосятся пески, содержащие не менее 90-97 % SiO2 и не более 2 % глинистой составляющей (ГОСТ 2138-56).Пески, содержащие глинистых веществ до 50 %, относятся к глинистым. Глинистые пески делятся на несколько классов: тощие Т (от 2 до10% глины), полужирные П ( от 10 до 20 % глины), жирные Ж ( от 20 до 30 % глины), очень жирные ОЖ ( от 30 до 50 % глины).

В зависимости от величины и формы зерен кварца пески делятся на несколько групп. Например, средний песок, относящийся по ГОСТ 2138-56 группе 02, состоит из зерен величиной 0,315; 0,2 и 0,16 мм. Для форм стального литья применяются кварцевые сред­ние и мелкие пески К02А, К016А. Для чугунного и цветного литья -

- полужирные пески П02А, П01бА. Размеры зерен 0,3150,2 и 0,16 им.

К категории глин относятся пески, содержащие свыше 50 % глинистой составляющей. Они представляют собой породы, состоящие из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов.

Огнеупорные глины придают формовочным смесям пластичность во влажном состоянии и повышенную прочность и газопроницаемость в сухом виде.

Стержневые смеси состоят в основном из квар­цевого песка с минимальным содержанием глинистых составляющих и связующих материалов.

Стержни во время заливки формы металлом находятся в менее благоприятных условиях, чем форма. В большинстве случаев стержни почти со всех сторон (за исключением знаков) окружены расплавленным металлом. Поэтому материал стержней должен обладать боль­шей, чем материал формы, газопроницаемостью, прочностью, податливостыо, противопригарностью. Кроме того, стержни должны обладать, возможно, меньшей газотворностью, не должны быть гигроскопичными и легко выбиваться из затвердевшей отливки.

По составу стержневые смеси разделяют на песчано-глинистые и песчано-масляные. Песчано - глинистые смеси, содержащие 96-97 % кварцевого песка и 3-4 % глины, применяют в основном при изготовлении крупных стержней на каркасах. Песчано-масляные состоят ив кварцевого песка (100 %) с добавкой (1,5-3 % от общего веса) связующих веществ ( крепителей) (табл.2).

Таблица 2 - Соотношение исходных материалов в стержневых смесях

Состав в вес. %		Связующие материалы в % к весу зерновой части смеси
Кварцевый песок	Глина
Для чугунного литья
100	---	Растительное масло, олифа 0,8-1,6
97	3	Рематол 4 ГУ 2-4
96-97	3-4	Торфяной или древесный пек
Для стального литья
100	---	Рематол 1,2-3
97	3	Рематол 4 ГУ 1,5-3
96-97	3-4	Торфяной или древесный пек

В формовочные и стержневые смеси для увеличения газопрони­цаемости и пластичности добавляют опилки, каменноугольную пыль и другие добавки. В качестве связующих материалов используют олифу, растительные масла, древесный или торфяной пек, барду сульфитного щелока. Эти вещества повышают прочность формовочных и стержневых смесей.

В последние годы широко начали применяться быстротвердеющие смеси с добавкой жидкого стекла (табл.3). Формы и стержни из быстротвердещих смесей с жидким стеклом обеспечивают резкое улучшение качества поверхности отливок и устранение пригара.

В зависимости от требований, предъявляемых к формовочным смесям, для их изготовления используют различные марки жидкого стекла ( ГОСТ 8264-56).Жидкое стекло марки А применяется, если смесь должна сохранять длительное время свои пластические свойства; марки В - когда необходимо быстрое затвердевание смеси. Во всех остальных случаях применяется жидкое стекло марки Б.

Таблица 3 - Соотношение исходных материалов в быстротвердеющих смесях

Номер смеси	Состав в вес. %
	Кварцевый песок	Отработанная смесь	Формовочная глина	Едкий натр	Жидкое стекло	Мазут
1	95-97	---	3-5	0,5-1,5 4,5-6,0		0,5
2	50-70	30-50	---
3	100	---	---

Для средних по весу отливок используют сухой мелкозернистый кварцевый песок марок КО16А, КО16Б, КО1А, а для мелких отливок - среднезернистый марки K025А (ГОСТ 2138- 56).

Формовочная глина (ГОСТ 3226-65) сушится, дробится, размалывается и просеиваемся через сито с ячейками 0,5-1мм. Отработанную смесь вводят для повышения прочности быстротвердеющей смеси во влажном состоянии,

Едкий натр (10-20 % -ный растворNaO2) повышает прочность смеси в сухом состоянии и сохраняет пластические свойства смесей в течение длительного времени.

Для облегчения выбивки стержней из отливок в состав смеси вводится до- 3 % боксита, размолотого до 0,5-1,0 мм. Чтобы умень­шить прилипаемостъ смеси к моделям и стержневым ящикам ,в состав ее добавляют до 0,5 % мазута.

При приготовлении быстротвердеющих смесей в бегуны загру­жают сначала песок, затем отработанную смесь, размолотую глину и боксит. Сухие материалы перемешивают в течение 2 мин, после чего последовательно вводят едкий натр, жидкое стекло и мазут. Продолжительность контролируется по достижению заданной прочности смеси во влажном состоянии. Чем продолжительнее перемешивание, тем выше прочность во влажном состоянии и ниже прочность смеси пос­ле затвердевания. Избыточная продолжительность перемешивания мо­жет вызвать полную потерю смесью пластических свойств.

При формовке модели, модельные плиты, модели литниковой систе­мы, выпоров и прибылей протирают керосином.

Готовую форму продувают углекислым газом С02.Углекислый газ, взаимодействуя с жидким стеклом, образует пленки геля кремниевой кислоты, которые способствуют упрочнению смесей.

Если форма изготовлена из смеси 3 (табл.З), то ее продувают СО2 до удаления модели из формы. Подвод углекислого газа осу­ществляется через отверстия диаметром 2-3 мм в пустотелой модели. Длительность продувки 15-20 сек. Если форма изготовлена из смеси 1 или 2, то ее продувают СО2 после удаления модели из формы.