Лекция 4. Технологический процесс литья в песчано-глинистую форму
Основная масса (до 90%) фасонных отливок из черных и цветных сплавов в машиностроении изготавливают в разовых песчано-глинистых формах. Функциональная модель технологического процесса литья в песчано-глинистую форму представлена на рис. 4.1. и 4.2. Центральное место в технологическом процессе литья занимает процесс изготовления песчано-глинистой формы (рис. 4.3.). В массовом и крупносерийном производстве используют сырые песчано-глинистые формы, так как до 90% отработанных формовочной смеси возвращается для повтороного использования. В мелкосерийном и индивидуальном производстве, ввиду длительности технологического цикла, песчано-глинистые формы подсушивают или высушивают полностью (сухая форма). Однако в этом случае резко возрастает объем отходов (вопросы экологии), а также стоимость. Для экономии свежих формовочных материалов в серийном, мелкосерийном и индивидуальном производстве песчано-глинистую форму делают двухслойной: облицовочная смесь (толщина слоя 30–80 мм) непосредственно контактирует с заливаемым металлом и определяет качество отливки и наполнительная смесь (более дешевая), которая является опорой для облицовочной смеси.
Рассмотрим основные этапы изготовления сырой песчано-глинистой формы.
4.1. Изготовление формовочной смеси
Состав формовочных смесей определяется типом сплава и температурой его плавления, толщиной, массой и габаритными размерами отливки,характером производства.
Основа формовочной смеси – песок кварцевый формовочный: содержание SiO2 в песках должно быть не менее 98%, средний размер песчинки – 0,2–0,3 мм. В качестве связующего применяют специальные сорта огнеупорной глины. Кроме того, для повышения качества поверхности отливки добавляют каменный уголь или мазут. В облицовочные смеси и для сухих форм в смесь вводят связующее ССБ, а для улучшения податливости формы – древесные опилки. Для придания пластических свойств глин в формовочную смесь вводится вода техническая. Типовые составы формовочных смесей приведены в таблице 4.1.
Перед перемешиванием песок высушивают и просеивают, глину – высушивают, размалывают и просеивают. Иногда глину вводят в формовочную смесь в виде водного раствора (суспензии).
Перемешивание составляющих (сначала сухих, затем влажных) проводят в специальных смесителях – бегунах с вертикальными или горизонтальными катками (рис. 4.4.). Время перемешивания – 2–5 минут. После перемешивания формовочную смесь иногда загружают в бункера – отстойники, где смесь вылеживается в течение 2–6 часов для выравнивания влажности. Производительность бегунов – от 5 до 20 т/ч.
Каждый замес контролируют на содержание влаги, газопроницаемость, прочность на сжатие (0,3–0,8 кг/см2). Формовочные пески контролируют на зерновой состав. Выборочно формовочные смеси контролируют на газотворность, податливость, прилипаемость.
4.2. Технологический процесс изготовления песчано-глинистой формы
Процесс изготовления литейной формы называют формовкой. «Классическая» песчано-глинистая форма состоит из двух полуформ – нижней и верхней. Рабочие полости литейной формы получают с помощью специального инструмента – модели, которая как правило, тоже разъемная и каждая из полумоделей формирует соответствующую рабочую полость. При машинном изготовлении обе полуформы изготавливают параллельно, независимо друг от друга, а затем собирают и получают форму. При этом главная задача формовки – обеспечить точное совпадение рабочих полостей обеих полуформ, что достигается точным монтажом соответствующих полумоделей на специальной (подмодельной) плите. При индивидуальном или мелкосерийном производстве обе части песчано-глинистой формы изготавливают зависимо друг от друга. Схема технологического процесса изготовления формы при машинном способе, но с ручным уплотнением (такую схему часто применяют в мелкосерийном производстве) представлена на рис. 4.5. Он включает пять основных операций: изготовление (уплотнение) нижней полуформы; извлечение (протяжка) модели из нижней полуформы; изготовление (уплотнение) верхней полуформы; извлечение (протяжка) модели из верхнй полуформы; сборка формы.
Более подробно технологический процесс изготовления песчано-глинистой формы, в том числе при ручном изготовлении, рассматривается на лабораторной работе.
Принципиальный вопрос при изготовлении песчано-глинистой формы – это выбор способа уплотнения песчано-глинистой формы.