4.16. Сборка, заливка и выбивка форм

Заполнение металлом литейных форм проводят из ковшей разной конструкции, в которые металл заливают из печей, а также непосредственно из плавильных агрегатов.

Использование заливочных литейных печей перед ковшевой заливкой дает ряд следующих преимуществ:

- снижается потребность в рабочей силе;

- улучшаются условия труда;

- повышается качество отливок;

- исключается попадание шлака в формы;

- уменьшаются потери металла;

- выдерживается заданная температура.

Литейное производство обладает высокопроизводительными автоматическими линиями, в которых формовка и заливка осуществляются автоматически. Однако автоматизация производства для некоторых процессов бывает или малоэффективной или неприемлемой, особенно для мелкосерийного производства.

Перед заливкой форму собирают. В нижнюю полуформу устанавливают стержни и накрывают верхней. Если стержневые знаки крупногабаритных стержней не справляются с весом стержня, то его устанавливают дополнительно по длине стержня на жеребейки – металлические подпорки, заливаемые вокруг расплавом и остающиеся внутри отливки. После простановки всех стержней в сложную форму, точность их положения может определяться и корректироваться при помощи шаблонов.

Формы заливают на конвейере или на специальной площадке. Температура форм при заливке зависит от сплава и толщины стенок отливки. Залитые формы охлаждают в специальных камерах.

Во избежание всплытия верхней опоки при заливке формы металлом на нее устанавливается груз массой Р или опоки скрепляют скобами, выдерживающими нагрузку Р, кг:

Р =  , (7.84)

где К – коэффициент запаса, учитывающий гидравлический напор; К = 1,5; Н – максимальный напор (высота верхней опоки), м; F_отл – площадь отливки в свету, м²; F_лс – площадь литниковой системы в свету, м²; ρ_ж – плотность расплава, кг/м³; ρ_ст – плотность стержня, кг/м³; V_ст – объем стержня, м³; G – вес опоки с землей, кг.

Если Р < 0, то нагружать опоку не надо.

Если форма изготавливается на автоматической линии, нагружение опок не требуется.

Заливку форм производят различными (ручными и крановыми) ковшами. Залитые литейные формы определенное время выдерживают для затвердевания расплава и охлаждения отливки. Параметры этих процессов устанавливаются техническими условиями и зависят от массы, толщины стенок и конфигурации отливок, свойства металлов и других факторов. После кристаллизации металла в литейной форме образуется отливка, которую затем извлекают из формы. Процесс извлечения отливок из форм называется выбивкой. Длительное охлаждение отливок в форме экономически не выгодно, но ранняя выбивка может привести к деформации и разрушению отливок ввиду недостаточной их механической прочности, возникновения больших внутренних напряжений и повышенной пластичности металла.

Расчёт времени охлаждения отливки.

Расчет времени охлаждения отливки в форме для фасонных отливок (для сплавов, кристаллизующихся при постоянной температуре):

τ =  ;

для сплавов, кристаллизующихся в интервале температур:

где τ – время охлаждения отливки, с; R – приведенная толщина отливки (наиболее утолщенной части); R = V/F, м; V – объем отливки, м³; F – площадь поверхности, м²; b_ф – коэффициент теплоаккумулирующей способности формы, Вт/(м²·К·с^-1/2); С_ж, С_т, С_тж – удельная теплоемкость сплава в жидком, твердом и твердо-жидком состоянии, Дж/(кг·К); ρ_{ж ,} ρ_т, ρ_тж – плотность сплава в жидком, твердом и твердо-жидком состоянии, кг/м³; L – удельная теплота кристаллизации сплава, Дж/кг; V_з ,V_л , V_с , V_к , V_в – относительная температура заливки, ликвидуса, солидуса, кристаллизации, выбивки , отсчитывается от температуры формы (V_з = t_з – t_{ф н} ,°С; V_к = t_к – t_фн ,°С и т. д.).

Температуру выбивки отливок выбирают с таким расчетом, чтобы металл приобрел достаточную прочность, и в отливке не возникало больших термических напряжений, которые могут привести к образованию холодных трещин и к короблению.

Чугунные и стальные отливки извлекают из форм при температуре 500—800 ^оС, бронзовые — при температуре 300 —500 °С, алюминиевые — при 200 —300 °С, магниевые — при 100 —150 °С. Способ извлечения отливок из форм зависит от размеров и способов изготовления форм, характера производства и сплавов, из которых получены отливки.

Для выбивки из песчано-глинистых разовых форм широко используют автоматические выбивные установки с решетками инерционного и встряхивающего типов. Применяют также подвесные вибрационные коромысла и скобы, закрепляемые на формах; содержимое опок выбивают путем их вибрации.

Мелкие и средние отливки извлекают на выбивных решетках, крупные отливки—на инерционно-ударных решетках. После выбивки пустые опоки поступают обратно в формовочное отделение. Выбитую из форм горелую формовочную смесь охлаждают, просеивают и подают на приготовление формовочных смесей, а отливки—к месту очистки и обрубки.

У отливок из серого чугуна, как правило, сразу же отделяется литниковая система и направляется на очистку и переплавку. От стальных отливок литниковая система отделяется на отдельном участке механическим путем или с помощью газовых резаков.

На формовочных автоматических линиях часто совмещаются процессы выбивки и очистки отливок путем выдавливания из опок кома формовочной смеси, внутри которого находится отливка.

При выбивке отливок из форм частично разрушаются и выбиваются стержни. В основном стержни выбивают на специальных установках, либо на стадии очистки.

Выбивка стержней из корпусных отливок со сложными внутренними полостями осуществляется на гидравлических, электрогидравлических и вибрационных пневматических установках. В пневматической установке корпусная отливка, внутри которой находится стержень, прижимается плунжером к опорному кронштейну путем перемещения сжатым воздухом штока с поршнем внутри пневмоцилиндра. Он неподвижно укреплен на раме выбивной установки, а цилиндр вибратора вместе с плунжером перемещается по направляющим штангам. После зажима отливки включается пневматический вибратор, золотник которого с большой частотой ударяет по плунжеру и передает вибрацию на отливку. Под воздействием вибрации песчаный стержень разрушается и высыпается через технологические окна в отливке. Выбивка стержней из крупных отливок часто совмещается с процессом их очистки.

Отливки очищают от остатков форм и от окалины, которая образуется при термообработке. Способы очистки отливок очень разнообразны и их выбор зависит от характера производства, применяемых сплавов и вида литейных форм.

Основными видами очистки являются: очистка в галтовочных барабанах; дробеметная очистка (в барабанах непрерывного действия и различных камерах периодического действия); гидроочистка с добавлением песка в жидкость; электрогидравлическая очистка (на основе электрогидравлического эффекта, т.е. энергии гидравлического удара), возникающей при электрическом разряде высокого напряжения в жидкости; ультразвуковая очистка мелких отливок в жидкостной ванне с добавлением абразивного материала; электрохимическая очистка отливок в расплаве солей.

Очистку мелких отливок производят в галтовочных и дробеметных барабанах, крупных—в гидравлических и дробеметных камерах. После очистки отливок от формовочной смеси с них обрубают остатки литниковых систем, заливы металла и заусенцы. Для этого применяют пневматические инструменты, зубила, молотки, кувалды. Окончательную зачистку поверхностей отливок осуществляют шлифовальными кругами.

Отрезка отливок от стояка или отрезку литника от отливок производят отламыванием на прессе, отрезкой абразивными кругами, фрезами, штампами, газовой резкой и ленточными пилами. Отламывание применяют для средне и высокоуглеродистых сталей. Крупные отливки и отливки из низкоуглеродистых сталей отрезают абразивными и твердосплавными дисковыми кругами, фрезами и ленточными пилами.

После очистки, обрубки и зачистки отливки подвергают термообработке. Литая сталь имеет крупнозернистое строение вследствие медленной кристаллизации. Для придания стальным отливкам необходимых механических свойств и для снятия внутренних напряжений, улучшения обрабатываемости резанием отливки подвергают предварительной термической обработке, которая заключается в нагреве отливок до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующим охлаждением с заданной скоростью. Чаше всего применяют нормализацию и отжиг. После термообработки отливки очищают, если термообработку проводят в восстановительной атмосфере, то очистка не требуется.

После термообработки, либо сразу после очистки, отливки подвергают грунтованию и окраске. Готовые отливки контролируют и сдают на склад готовой продукции или непосредственно в цех механической обработки.

Лекция 29.