Все применяемые смеси делят на формовочные (для изготовления самой формы) и стержневые (для изготовления стержней).

Общие требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям

* Огнеупорность - способность смеси выдерживать высокие температуры жидкого металла, не размягчаться, не спекаться, и не оплавляться. От огнеупорности зависит качество поверхности отливки.

* Пластичность - способность смеси повторять конфигурацию модели или стержня.

*Прочность - способность уплотненной смеси сохранять форму без разрушения при транспортировке и заливке ее металлом.

* Газопроницаемость - способность формовочной и особенно стержневой смеси пропускать выделяющиеся газы. При недостаточной газопроницаемости возможно образование в отливке газовых раковин.

* Податливость - способность смеси не препятствовать литейной усадке металла. Охлаждение затвердевшего металла сопровождается уменьшением размеров, в результате чего металл прочно сжимает стержень и выступающие части формы. Это вызывает напряжения в отливке, при плохой податливости смеси в отливке могут образоваться трещины.

* Непригораемость - способность смеси не образовывать пригар песка на поверхности отливки, затрудняющий ее механическую обработку.

Кроме того, формовочные и стержневые смеси должны быть негигроскопичными, долговечными и дешевыми.

Состав формовочных и стержневых смесей

Наиболее полно указанным требованиям отвечают смеси из кварцевого песка и глины. Кварцевый песок играет роль основы, а глина - связующего материала. Глина улучшает огнеупорность, прочность и пластичность, но ухудшает газопроницаемость и податливость. Поэтому глины вводят не более 8…12 %, остальное - кварцевый песок, который обеспечивает хорошую огнеупорность и газопроницаемость. Крупнозернистый песок обеспечивает высокую газопроницаемость, но дает шероховатую поверхность отливки и повышает пригар песка, так как жидкий металл заходит в поры между зернами. Мелкий песок дает гладкую поверхность отливки, но резко снижает газопроницаемость смеси. Поэтому при производстве крупных отливок, где нужен отвод газов, применяют крупнозернистый песок, а при получении мелкого литья, где важна шероховатость, используют мелкозернистый песок.

Пригар уменьшают противопригарными добавками, (каменноугольная пыль, тальк, графит) которые в виде припыла наносят на поверхность чугунных форм. Из маршалита или магнезита изготавливают противопригарные краски, которыми красят стержни и полость форм для стальных отливок.

Стержни работают в более тяжелых условиях, так как они окружены жидким металлом со всех сторон. Поэтому стержневая смесь должна обладать более высокой прочностью, газопроницаемостью и податливостью. Глина применяется только для крупных стержней простой формы. Для тонких и сложных стержней в качестве связующего используют жидкое стекло, смолы. Для повышения газопроницаемости и податливости в стержневую смесь вводят древесные опилки или торф (2…3 %), которые в процессе сушки стержня выгорают, образуя поры, что повышает газопроницаемость и податливость.

Виды формовочных смесей

Используют облицовочные, наполнительные и единые формовочные смеси.

Облицовочные смеси применяют для образования рабочей поверхности литейной формы, которая контактирует с жидким металлом. Ее наносят на модель слоем толщиной 15…20 мм. Ее приготавливают из свежих песка и глины с добавкой противопригарных материалов. Наполнительную смесь насыпают поверх облицовочной, заполняя остальную полость формы. Эту смесь приготавливают из оборотной смеси с добавкой 5…10 % свежих песка и глины. Единые смеси применяют в массовом производстве для набивки всего объема литейной формы. Приготавливают ее из оборотной смеси с добавкой до 50 % свежих песка и глины.

Технология ручной формовки

При изготовлении крупных отливок (станины металлорежущих станков, прокатные станы, изложницы и др.), а также в единичном и мелкосерийном производстве широко используют ручную формовку.

Формовка в двух опоках по разъемной модели (рис.4) - самый распространенный метод получения разовых форм, так как большинство отливок имеют сложную конфигурацию, требующую разъема модели. Процесс формовки ведут в такой последовательности:

1) для изготовления нижней полуформы на подмодельную доску 3 устанавливают нижнюю половину модели 2 и нижнюю опоку 1 (рис. 4, а).

2) на модель наносят слой облицовочной и затем наполнительной смеси, трамбовкой уплотняют ее и накалывают душником вентиляционные каналы 4 (рис.4, б).

3) готовую нижнюю полуформу переворачивают на 180°, устанавливают верхнюю полумодель 8, модели шлакоуловителя 9, стояка 6, выпора 5 и верхнюю опоку 7, соединив ее с нижней штырями 10 (рис.4, в).

4) набивку верхней полуформы повторяют, затем вырезают литниковую чашу 11, удаляют из формы модели стояка 6 и выпора 5 (рис.4, г).

5) для удаления полумоделей верхнюю полуформу 12 снимают с нижней 13 и переворачивают ее на 180°; формовочную смесь вокруг полумоделей смачивают, в полумодели забивают подъемники 14 и с их помощью полумодели удаляют из полуформ; таким же образом удаляют из формы модель шлакоуловителя 9 (рис.4, д).

6) разрушенные участки полуформ исправляют; прорезают питатели 17 в нижней полуформе; устанавливают на стержневые знаки стержень 15; нижнюю полуформу накрывают верхней и нагружают грузами 16 (рис.4, е).

7) после заливки формы металлом и его кристаллизации форму разрушают и освобождают готовую отливку вместе с литниковой системой (рис.4, ж).

Стержни изготавливают вручную в стержневых ящиках. Стержневой ящик состоит из двух половин, которые соединяют струбцинами и набивают стержневой смесью. В стержень вставляют каркас из проволоки и прокалывают сквозные вентиляционные каналы. Затем стержневой ящик осторожно раскрывают и готовый стержень отправляют в сушку.

В массовом и серийном производстве мелких и средних отливок применяют машинную формовку. Она имеет ряд преимуществ перед ручной: облегчает труд; повышает производительность труда и точность отливок, что экономит 10…15 % металла за счет уменьшения припусков на обработку; уменьшает брак. Для наполнения опок единая формовочная смесь подается транспортером в дозатор, который выдает определенную порцию смеси в формовочную машину.

Заливка форм, выбивка отливок и стержней, обрубка и очистка отливок

Заливка форм

При заливке формы струя жидкого металла может размыть поверхность формы; сдвинуть стержень; давлением раздать плохо уплотненную смесь, что увеличит размеры и массу отливки; образовать газовые раковины. На качество отливки оказывают влияние температура заливаемого металла, длительность заливки. Так, например, недостаточно нагретый расплав плохо заполняет щелевидные полости формы, вызывая брак отливки в виде недоливов. Слишком перегретый металл приводит к образованию усадочных раковин, и увеличивает пригар смеси. Оптимальная температура расплава составляет: сталь 1390…1550 °С, чугун 1220…1400 °С.

Расплав перед заливкой выдерживают в ковше для выделения газов и всплывания шлака. Заливку производят не прерывая струю для исключения охлаждения и окисления расплава, засасывания воздуха и шлака в полость формы.

Выбивка отливок и стержней

Мелкие и средние отливки выбивают из форм на выбивных решетках. Она вибрирует, форма подбрасывается, соударяется с решеткой и разрушается. Смесь проходит сквозь решетку и попадает в конвейер, а опока с отливкой остается на решетке. Для выбивки крупных форм используют вибрационное коромысло. Форму подвешивают краном на коромысле и с помощью вибраторов подвергают вибрации. Стержни выбивают на пневматических вибрационных машинах. Крупные стержни вымывают из отливки мощной струей воды, используя гидравлические установки.

Обрубка и очистка отливок

После освобождения отливки из формы и выбивки стержней производят удаление литниковой системы и прибылей.

В отливках из чугуна литниковая система легко отбиваются молотком, и эта операция выполняется еще во время выбивки отливок. Литниковые системы и прибыли отливок из стали и цветных сплавов удаляют кусачками, дисковыми пилами, газокислородной резкой. Неровности на отливке обрубают пневматическим зубилом или зачищают абразивным кругом. После поверхность отливки очищают от пригоревшей формовочной смеси. Очистку производят вручную стальными щетками, во вращающихся барабанах или дробеструйными машинами.