Технологии производства отливок.
Большое разнообразие отливок по конфигурации, виду сплава, массе требует применения многих способов их изготовления, каждый из которых может быть рационален для определенной группы отливок в соответствующих условиях производства. Виды литья можно классифицировать;
По литейной форме (разовая, полупостоянная, постоянная и комбинированная);
По способам заливки металла (гравитационное литье, с вибрацией под вакуумом, центробежное, под давление и др.);
По степени механизации и организации рабочего места (ручное, машинное, полуавтоматическое, автоматическое).
Для производства отливок в литейных цехах применяются различные технологические процессы литья, которые подразделяются на 2 группы:
- литье в разовые песчаные формы;
- специальные способы литья.
Технологический процесс получения отливок в разовых песчаных формах отличается многооперационностью.
К специальным видам литья отнесены:
- литье под давлением;
- лить с низким давлением;
-лить с кристаллизацией расплава под поршневым давлением;
- центробежное литье;
- литье вакуумным всасыванием;
- лить выжиманием;
- электрошлаковое литье
Специальные способы литья характеры применением дорогостоящих форм, специальной технологической оснастки и уникального технологического оборудования. Однако получение качественных отливок с высокими эксплуатационными свойствами, повышенной точностью размеров и малой шероховатостью поверхностей. Следует иметь в виду, что специальные способы литья, как правило, рентабельны в условиях массового и крупносерийного производств. При литье в песчаные формы 15-20% массы отливок превращается в стружку при механической обработке, при специальном литье – 5-10% и менее. Процессы механической обработки очень дорогие. В машиностроении на механическую обработку приходится 60-70% трудоемности изготовления деталей. Но только после учета технологичности конструкции деталей и сопоставления всей совокупности затрат применительно к конкретным условиям производства можно порекомендовать тот или иной вид литья.
Несмотря на большие преимущества специальных способ литья, самым универсальным и наиболее распространенным является способ получения отливок в разовых песчаных формах.
По степени механизации формовка может быть:
- ручная;
-машинная;
-автоматическая.
Ручную формовку применяют при изготовлении одной или нескольких отливок в условиях единичного и мелкосерийного производств, для ремонтных целей, при изготовлении уникальных отливок.
С помощью формовочных машин можно механизировать работы по изготовлению литейных форм, уплотнения формовочной смеси и извлечению модели из формы. Формовочные машины классифицируют по трем основным признакам:
1) По виду привода различают машины с:
- пневматическим;
- гидравлическим;
-пневмогидравлическим;
- механическим;
- электромагнитным приводом.
2) По методу уплотнения смеси различают:
- прессовые,
- вибропрессовые,
- встряхивающие,
- встрязивающе-прессовые,
- пескометы,
- пескодувно – прессовые,
- вакуумно-пленочные,
- импульсные.
3) По методу извлечения модели из полуформы имеются:
- со штифтовым и рамочным подъемным механизмом,
- с протяжкой модели,
- с поворотом плиты или колонны машины на 180о,
- с перекидным столом.
Существуют так же дополнительные классификационные признаки:
1) Конструктивная компоновка узлов и механизмов (с учетом методов перемещения опок и полуформ). Различают:
- однопозиционные машины проходного типа,
- многопозиционные проходного типа,
- двухпозиционные челночного типа,
- многопозиционные челночного типа,
- многопозиционные карусельного типа.
2) Степень механизации:
- автоматы,
- полуавтоматы,
- машины с ручным управлением.
3) По условиям эксплуатации:
- машины, работающие как самостоятельный агрегат и формовочные автоматы, работающие в составе автоматических формовочных и литейных линий.
В литейных цехах применяют линии всевозможного назначения и состава. Наряду с поточными формовочными линиями, на которых лишь часть операций формовки механизирована, имеются комплексные автоматические линии, где все процессы – от изготовления формы до получения охлажденный отливки и подачи её на очистные операции – автоматизированы.
Формовочные линии можно классифицировать по следующим признакам:
- наличию опок – линии опочной и безопочной формовки;
- принятому технологическому процессу изготовления форм:
- встряхивающе-прессовые,
- прессовые,
- пескодувно-прессовые,
- пескометные,
- на основе химически твердеющих,
- наливных и сыпучих смесей,
- по газифицируемым моделям.
Верхнее прессование смеси осуществляется при подаче сжатого воздуха в нижнюю часть цилиндра, в результате чего прессовый поршень поднимается вверх. При этом неподвижная плоская колодка, жестко закрепленная на траверсе, входит внутрь наполнительной рамки и уплотняет формовочную смесь в опоке. После выпуска воздуха из под прессового поршня процесс уплотнения смеси в опоке заканчивается. При верхнем прессовании наибольшее уплотнение смеси получается в верхних частях полуформы – у колодки, а пониженное у модели, т.е. в слоях смеси, образующих полость формы, что может привести к искажению конфигурации отливки, так как при заливке формы эти слои в большей степени подвергаются воздействию расплава. Повышенное и более равномерное давление прессования обеспечивают также заменой жесткой плоской колодки, профильной, профильной засыпкой смеси в опоку, прессованием смеси гибкой резиновой диафрагмой или многоплунжерной головкой.
Нижнее прессование смеси осуществляется при подачи сжатого воздуха в нижнюю часть цилиндра, в результате чего прессовый поршень начинает подниматься вверх, а модель войдет внутрь опоки и уплотнений формовочную смесь. При этом наибольшая степень уплотнения смеси получается в слоях, расположенных у модели, около которой (в верхней части рамки) предусмотрен запас рыхлой смеси. Принцип нижнего прессования смеси обеспечивает точность контуров отливки.
Вибропрессование представляет собой сочетание двух процессов уплотнения – прессования и вибрации. При вибрации резко уменьшается работа внешнего и внутреннего трения, чтоб способствует выравниванию и повышению степени уплотнения смеси по всему периметру формы. Кроме того, вибропрессование является производительным и экономичным методом.
Встряхивание осуществляется при подаче сжатого воздуха в нижнюю часть цилиндра, а в результате чего встряхивающий поршень начинает подниматься вверх. При этом впускное отверстие перекроется боковой поверхностью поршня, а нижняя его кромка откроет выклонные окна, в результате чего воздух выйдет в атмосферу. Так как давление под поршнем снизится, то стол упадет на торец цилиндра и при ударе уплотнений формовочную смесь в опоке. В момент, когда канал встряхивающего поршня окажется против впускного отверстия встряхивающего цилиндра, сжатый воздух снова войдет в полость встряхивающего цилиндра. Это повлечет за собой новый подъем встряхивающего стола и новый удар ею о торец цилиндра и т.д. Встряхивающий стол обычно совершает 120-200 ударов в минуту, а высота подъема стола машины составляет 25-80 мм.
При уплотнении смеси на встряхивающих машинах наибольшая плотность набивки получается около модели и у плоскости разъема формы, в то время как верхние слои уплотняются недостаточно. Дополнительное уплотнение верхних слоев осуществляют допрессовкой или пневматическими трамбовками. Уплотнение смеси встряхиванием менее производительно по сравнению с прессованием и сопровождается шумом. Однако встряхивание дает возможность осуществлять формовку в больших по площади и высоте опоках, изготовлять формы для очень сложных отливок с высокими ребрами и глубокими впадинами. Поэтому на большинстве формовочных машин смесь уплотняется встряхиванием.
Встряхивание с допрессовкой осуществляется двумя механизмами – встряхивающим и прессовым, последовательная работа которых обеспечивает требуемую плотность смеси в форме.
Пескометное уплотнение смеси осуществляется метательной головкой. Во время набивки формы в стальном кожухе вращается ковш, который прикрепляется к ротору, вращающемуся электродвигателем по валу. С помощью ленточного транспортера через отверстие в задней стенке кожуха в головку непрерывным потоком ленточным транспортером подается формовочная смесь. При быстром (100-1500 об/мин) вращении ковша, смесь собирается в пакеты и силой выбрасывается через выходное отверстие в опоку. Попадая на модель и модельную плиту смесь уплотняется. При непрерывном перемещении головки пескомета по площади опоки обеспечивается равномерным уплотнением смеси, не зависящее от высоты полуформы.
Пескодувно-прессовый способ уплотнения в основном применяется при безъопочной формовку форм небольших габаритов с помощью автоматов, обеспечивающих уплотнение полуформ, их спаривание и применение их в виде непрерывной ленты.
Принцип пескодувного процесса уплотнения литейных форм и стержней заключается в том, что формовочная или стержневая смесь транспортируется сжатым воздухом через вдувные отверстия из пескодувного резервуара в полость опоки или стержневого ящика и, заполняя её одновременно, в ней заполняется. Поступающий же вместе со смесью сжатый воздух эвакуируется из опоки или стержневого ящика через специальные вентиляционные отверстия или венты.
Основными факторами уплотняющего воздействия на формовочную смесь в пескодувном процессе является живая сила песчано-воздушной струи в период заполнения опоки (стержневого ящика) смесью и фильтрация воздушного потока через смесь от вдувных отверстий к вентам, продолжающейся и после его заполнения. Живая сила рабочей струи формовочной смеси является главным фактором уплотнения в пескодувном процессе. Влажность смесей находится в пределах 2.5-3.4%, более высокая влажность приводит к прилипанию смесей к стенкам стежневого ящика или модели.
Импульсное уплотнение состоит в том, что на смесь находящуюся в опоке, воздействуют кратковременным воздушным импульсом высокого давления. В результате смесь с большим ускорением перемещается в сторону модельной плиты. При встрече с моделью или модельной плитой резко тормозится и уплотняется под действием давление лежащих выше слоев. Верхние слои смеси так же, как и при встряхивании, не уплотняются. При воздушно-импульсном способе достигается высокое и равномерное уплотнение смеси. Твердость формы со стороны модели составляется 90-95ед. Преимущества процесса: минимальное время уплотнения, хорошее качество уплотнения, универсальность. Недостатками являются повышенный расход воздуха, значительный шум, необходимость специального компрессора и ресивера высокого давления.
Принципиальная схема вакуумной формовки заключается в следующем. Для изготовления формы используется модельная плита, имеющая большое количество отверстий диаметром 0.3-0.5мм и нагревается с помощью электроспиралей, становятся пластиной. При подключении модельной оснастки к вакуумной камере, пленка прижимается к модели. Далее модельную плиту устанавливают опоку с полостью, сообщающейся с вакуумной камерой и трубой с отверстиями. В опоку засыпают сухой и мелкозернистый песок (кварцевый, циркониевый и т.п.) с высокой объемной массой связующего и предварительно уплотняют песок легкой вибрацией. Излишки песка удаляют, выполняют литниковую чашу, опоку накрывают пленкой и подключают к опоке вакуумную камеру. При этом происходит доуплотнение песка. После отключения модельной оснастки от вакуумной камеру полуформу снимают с модели. Аналогично изготавливают другую полуформу. Затем форму собирают подливку. После сборки формы, заливки металла и затвердевания отливки опоки подключены к вакуумному насосу.
Как только температура отливки достигает значения, необходимого для сохранения её прочности, насос отключат, а песок удаляемый из опок, через охладительное и пылеулавливающее устройство поступает в бункер.