Изготовление стержней
Стержни должны обладать высокой газопроницаемостью, прочностью, податливостью и выбиваемостью. Эти свойства обеспечиваются выбором стержней смеси и конструкцией стержня.
Стержень изготавливается в деревянном разъемном стержневом ящике (Рис. 2 -6). Крепление половинок ящика между собой производится скобами типа “ласточкин хвост”. Собираются половинки по шипам. Собранный стержневой ящик устанавливается на специальную подложку, на которой крепится арматура будущего стержня (рис. 3-6). Набивка стержня производится в вертикальном положении при помощи специальной набойки, полой внутри. Арматура стержня также является и газовентиляционным ходом, т.к. она полая и в ее стенках имеются отверстия, через которые происходит удаление газа из стержня в его знаковые части.
Сушка стержней
Сушка стержней необходима для повышения их прочности, газопроницаемости и уменьшения газотворной способности. Сушка является более длительной операцией по сравнению с операцией изготовления стержня. Длительность операции сушки зависит от требуемой температуры, массы стержня и других факторов. Продолжительность сушки может достигать нескольких часов.
Процессы, происходящие при сушке, а также температура сушки зависят от типа связующих. При сушке стержней, изготовленных с применением сульфитной барды, происходит испарение воды, образуется смола, которая обладает упрочняющими свойствами. Температура сушки этих смесей составляет 165-190°С[27].
Рис.3-6. Схема набивки стержневого ящика
Анализ брака полученных опытных отливок и пути его устранения
В процессе разработки технологии и совершенствовании ее от первого варианта (Рис. 2 -2, а) ко второму (Рис. 2 -2, б), получали отливки, в которых наблюдался брак, связанный с различными факторами. Анализ различных видов брака при литье ребристых теплообменников (радиаторов) позволил предпринять ряд мер по его предотвращению, что, в свою очередь, вносило коррективы в разработанную технологию.
Тонкостенное литье, каким является радиаторное производство, имеет свои специфические особенности. При тонкостенном литье особенно часто наблюдается, что один и тот же вид брака вызывается разными причинами. Только детальное изучение характерных внешних признаков каждого вида брака с нахождением отличительных, решающих признаков позволяет верно классифицировать брак, а следовательно, выявить действительную причину.
Так, например, радиатор не выдерживает гидравлической пробы и дает течь или потение вследствие наличия следующих дефектов:
спая;
засоров (земляных и шлаковых);
раковин (газовых, усадочных);
пористой структуры металла;
тонкого тела (1-1.5 мм).
Часто этот вид брака относят за счет неудовлетворительной земли или пористого (вследствие крупной графитизации) металла. В действительности брак вызывается совокупностью причин, связанных с неправильной формовкой, заливкой и плохим качеством земли и металла.
Причины брака по вине формовки:
модель не засеяна (с крупных кусков гравия и металла легко смывается земля);
формы и стержни не продуты;
модель не очищена от приставших частиц земли (особенно резко сказывается при горячей влажной земле);
не отделан литник (чаша имеет обрывистую, не гладкую поверхность);
сдвинуты опоки.
Размывание земли металлом (струя не попадает в середину литника), незаполнение литниковой системы, повышенная скорость заливки и зашлаковывание обусловливают получение бракованных радиаторов.
Из числа причин, связанных с качеством земли, следует отметить следующие:
недостаточная связность (недостаток глины, плохая механическая обработка);
низкая влажность (меньше 4.5 %);
малая газопроницаемость;
запыленность;
крупнозернистый песок.
Металл, содержащий газовые и усадочные раковины (высокозернистый, окисленный металл), и холодный металл (температура ниже 1340 °С) также является причиной брака. Пористость чугуна в радиаторах обусловлена крупной графитизацией.
Самым характерным видом брака является непроливаемость тонких ребер поверхности теплообмена радиатора (Рис. 4 -1). Такой вид брака возможен по двум причинам: “замерзание” металла и неудовлетворительный газовый режим формы. С целью улучшения газового режима формы в полуформе верха для каждого ребра были выполнены наколы, что заметно снизило количество не проливаемых ребер. Для полного устранения этого дефекта необходимо обеспечить подпитку каждого ребра свежими порциями металла. С этой целью предусмотрены пенополистироловые вкладыши (Рис. 2 -2, б), которые вкладываются в процессе формовки между каждым ребром в верхней его части и после удаления модели остаются в форме (Рис. 2 -3). В процессе заливки формы пенополистирол разлагается и образовавшийся канал связывает все ребра между собой и двумя массивными фланцами. По этому каналу осуществляется подпитка ребер жидким металлом до полного их заполнения. Таким образом полностью исключается брак по непроливаемости ребер (Рис. 4 -2).
Однако, ввод в форму пенополистироловых вкладышей приводит к повышению газотворности формы, что в свою очередь приводит к такому дефекту как газовые раковины. На Рис. 4 -3 показан характерный вид брака для данной отливки - газовая раковина на фланце. Для предотвращения этого вида брака необходимо улучшить систему вентиляции формы. С этой целью на отливке установлены два выпора (Рис. 2 -2, б). Выпора, в совокупности с вентиляционными каналами, обеспечивают своевременный отвод газов из полости формы. Для того, чтобы система выпоров сработала, необходимо также предотвратить их замерзание, т.к. если выпор закристаллизуется раньше, чем весь металл в форме, то он закроет выход газа из полости формы и газ останется в металле. Такое явление наблюдалось на ряде отливок. Для исключения этого явления необходимо увеличить площадь сечения выпора. Такой выпор играет двойную роль: обеспечивает своевременный выход газа и подпитку отливки жидким металлом во время кристаллизации, выполняя роль прибыли. Таким образом предотвращаются газовые дефекты и усадочные раковины, которые возможны при заливке в форму перегретого металла.
Следующим наиболее крупным видом брака являются засоры полости формы. Извлечение модели из формы, вследствие обширной поверхности их соприкосновения, затруднительно. В результате происходит частичное разрушение формы, что приводит к засорам ее полости. Удалить эти частицы из полости формы практически не возможно из-за очень тонкого и глубокого рельефа отливки. В результате, в процессе заливки происходят песчаные раковины в теле отливки, что отрицательно сказывается на ее герметичности, и на поверхности ребер, что сокращает площадь поверхности теплообмена (Рис. 4 -4). Снизить эти виды брака позволяет применение протяжного шаблона с резьбовым протяжным устройством (Рис. 2 -4).
Газовая пористость, наблюдаемая на некоторых ребристых трубах (“потение” поверхности в результате гидроиспытаний), связана с газотворной способностью стержня. Для ее исключения необходимо строго следить за режимом сушки стержня и временем его нахождения в форме до заливки. Время нахождения стержня в собранной форме до заливки не должно превышать 4-6 часов.
Остальные виды брака также вскрываются при гидроиспытаниях отливок. Эти виды брака связаны с тем, что радиаторы не держат давление испытания 11 кгс/см2. К таким видам брака относятся усадочная пористость и дефекты связанные со структурой металла и его плотностью. На Рис. 4 -5 представлены образцы вырезанные из тела отливки в тепловых узлах (Рис. 4 -6). На некоторых шлифах выполненных из этих образцов обнаружена усадочная пористость (Рис. 4 -7). Для устранения этих дефектов необходимо стабильное получение строго определенной структуры чугуна, в частности перлитной.
Рис.4-6. Тепловые узлы