Классификация формовочных машин

Классификационный признак	Типы машин
Способ уплотнения смеси	Встряхивающие
Прессовые
Встряхивающе - прессовые
Вибропрессовые
Пескодувно-прессовые
Гравитационные
Пескометы
Импульсные
Извлечение модели из уплотнен­ной формы	С поворотным столом
С перекидным столом
Со штифтовым подъемом
С протяжной рамкой
Степень автоматизации	Неавтоматические
Полуавтоматические (включаемые при каждом новом цикле)
Автоматические (управляемые авто­матически без участия человека)

При уплотнении на встряхивающих формовочных машинах (рис. 2.4, а) модельная плита / с моделью 2, опокой 3 и наполнительной рамкой 4 устанавливаются на стол формовочной машины 5.

Рис. 2.4 Схемы уплотнения формовочных смесей различными мето­дами: а — встряхиванием; б — прессованием верхним; в — прессо­ванием нижним; г — прессованием многоплунжерной колодкой; д — пескодувно-прессовым; е — гравитационным; ж — пескометом; з — импульсным

Из бункера сверху в опоку насыпают смесь. Под поршень 6 подается воздух под давлением (5...6) ·10⁵ Па, поднимающий стол до тех пор, пока не откроется выпускное отверстие 7, через которое воздух из-под поршня уходит в атмосферу. Стол при этом резко опускается вниз, ударяясь о цилиндр 8. Смесь уплотняется за счет движения по инерции вниз. Так повторяется не­сколько десятков раз. Смесь хорошо уплотняется у модели» верхние же ее слои остаются недоуплотненными. Доуплотнение осуществляют вручную или допрессовкой на той же машине. В литейном производстве работают встряхивающие и встряхивающе-прессовые машины с наибольшими габаритными размерами в свету 2500 х 2000 х 800 мм, грузоподъемностью до 10 т производительностью 8 полуформ в час.

Прессование полуформ может быть верхним и нижним. При верхнем прессовании сначала уплотняются слои формовочной смеси, расположенные в верхней наполнительной рамке (рис. 2.4, б), независимо от того, поднимается ли опока к прессовой колодке (как это показано на рисунке), опускается ли прессовая колодка на формовочную смесь, расположенную в наполнительной рамке.

При нижнем прессовании (рис. 2.4, в) сначала уплотняются слои смеси, находящиеся на модельной плите и самой модели. Для достижения большей равномерности уплотнения формовочной смеси по высоте опоки прессовая колодка иногда делается профильной, по­вторяя профиль модели. Прессовые формовочные машины производят до 120 полуформ в час с наибольшими размера­ми опок в свету 760 X 680 X 110 мм.

Разновидностью верхнего прессования является уплотнение формовочной смеси так называемой многоплунжерной прессовой головкой (рис. 2.4, г), состоящей из нескольких десятков независимых друг от друга плунжеров /, работающих под давлением масла или воздуха. Такое прессование обеспечивает наибольшую равномерность уплотнения по всему объему опоки.

При пескодувно-прессовом уплотнении (рис. 2.4, д) весь процесс осуществляется в два этапа. Сначала в полость /, заключенную между вертикально расположенными модельными плитами 2 и 3, формовочная смесь 4 подается песко­дувным методом с помощью воздушного давления, предварительно уплотняясь.

Затем модельная плита.3 подается поршнем влево, прессуя смесь. По окончании прессования плита 2 сначала отходит влево, затем разворачивается вверх, занимая положение, показанное штрихпунктиром на рисунке. Ком смеси модельной плитой 3 подается влево до упора в предыдущий ком 5, плотно прилегая к ранее изготовлен­ным формам, после чего все формы передвигаются влево к заливочной установке. Весь процесс от уплотнения смеси до заливки металлом автоматизирован. Производительность автоматизированной формовочной линии составляет 360 форм в час и более (при наличии стержней — 300 форм в час). Существует также процесс вакуумно-прессового уплотнения форм.

При гравитационном уплотнении (рис. 2.4, е) смесь поднимается на определенную высоту в бункер 7, из которого через шибер 2 попадает в дозатор 3. Благодаря быстрому открыванию дна дозатора 4 смесь в виде компактного кома по шахте 5 свободно падает в опоку или стержневой ящик 6. Уплотнения только гравитационным способом недостаточно. Поэтому для доуплотнения применяют подпрессовку усилием (5...10)·10⁵ Па (гравитационно-прессовый способ) или вибрацию (гравитационно-вибрационный способ).

При единичном и мелкосерийном производстве крупных отливок для уплотнения форм используют пескометный способ (рис. 2.4, ж). Формовочная смесь ленточным транспорте­ром подается на быстро вращающийся ротор с ковшом. Последний, захватывая смесь, бросает ее в опоку, установленную на модельной плите (или в стержневой ящик), производя таким образом уплотнение. Пескометная головка может перемещаться в горизонтальной плоскости. Управление пескометом осуществляется оператором, наблюдающим одновременно за процессом наполнения опоки. Производительность пескометов колеблется от 6 до 50 м³/ч уплотненной формовочной смеси.

При изготовлении форм импульсным методом (рис. 2.4, з) на модельную плиту 1 с вентами 2 (тонкие отверстия, через которые проходит воздух, но не проходит смесь) устанавливаются опока 3 и наполнительная рамка 4, после чего они заполняются формовочной смесью. Над наполнительной рамкой устанавливается импульсная головка 5, и вся оснастка прижимается друг к другу (герметизируется). Из специальной магистрали 6 в ресивер 7 головки поступает сжатый воздух. При уплотнении запорный клапан 8 поднимается вверх, пропуская сжатый воздух через отверстие 9 в полость 10. Из полости 10 через отверстия 11 воздух устремляется в полость прессования 12, уплотняя смесь 13. Пройдя через смесь, воздух уходит в атмосферу через венты 2. При этом давление над смесью от максимального падает до атмосферного за доли секунды. Под действием сжатого воздуха смесь наполнительной рамки перемещается в опоку и уплотняется. Уплотнение производится однократным импульсом.

Разновидностью импульсного воздушного уплотнения является уплотнение взрывом. С этой целью вместо воздуха в импульсную головку, содержащую взрывное устройство, подается взрывчатая смесь, которая в нужный момент взрывается. Продукты взрыва направляются к формовочной смеси, уплотняя ее аналогично воздушному импульсу.

Операции при изготовлении стержней могут быть следующими. Сначала стержневой ящик частично заполняется смесью, слегка уплотняется, затем в него устанавливают металлическую арматуру—каркасы, необходимые для придания стержню манипуляторной прочности. После очистки излишков смеси для улучшения вентиляции стержень прокалывают душником. Если стержень подвергается сушке (связующие—формовочная глина, растительные масла или другие материалы), то его извлекают из стержневого ящика, устанавливают на сушильной плите и помещают в сушило, где производят сушку с целью его упрочнения. Иногда (хотя сравнительно редко) стержни устанавливаются в форму без сушки, сырыми. Если же связующее—жидкое стекло, то стержень подвергается продувке углекислым газом. При использовании ЖСС смесь в стержневом ящике выдерживается, пока прочность не достигнет необходимого значения. Сложные стержни изготавливают из двух или более частей, которые впоследствии склеивают между собой. Большую часть литейных стержней изготавливают различными машинными способами. Основные типы стержневых машин: встряхивающие с поворотным столом, потряхивающие с перекидным столом, вибропрессо­вые, мундштучные, пескодувные и пескострельные машины. Первые три типа не отличаются от машин для изготовления форм. При изготовлении стержней на этих машинах вместо модельных плит и опок устанавливают стержневые ящики.

В мундштучных машинах стержневой ящик заменен смен­ной гильзой-мундштуком, сечение которого определяет сече­ние стержня. Стержень любой длины получают выдавлива­нием через калиброванный мундштук машины уплотненной смеси. Уплотнение производится при возвратно-поступатель­ном движении поршня машины или шнеком.

Схемы пескодувных и пескострельных машин представ­лены на рис. 2.5.

К надувной плите снизу пневмопоршнем поднимается стержневой ящик.

Рис. 5. Схемы пескодувной (а) и пескострельной (б) машин для изготовления стержней.

В рабочий резервуар подается стержневая смесь. Рабочее давление воздуха составляет (5...6) ·10⁵ Па. В случае пескодувной машины (рис. 2.5, б), сжатый воздух / подается на верхнюю поверхность стержневой смеси 2, на­ходящейся в резервуаре 3. Смесь вместе с воздухом через вдувные отверстия 4 надувной плиты 5 машины попадает в полость стержневого ящика 6. Воздух через венты 7 ящика уходит в атмосферу цеха. В пескострельный резервуар (см. рис. 2.5, б) вмонтирована специальная гильза / со щелевыми отверстиями 2, 3, вертикальными в нижней части и горизон­тальными в верхней. Через эти отверстия воздух из реси­вера в момент выстрела с большой скоростью устремляется 6 резервуар со смесью, выталкивая ее в полость стержневого ящика 4. Стержни могут отверждаться сушкой в сушилах. или непосредственно в стержневых ящиках после уплотне­ния. В этом случае стержневые ящики могут быть холод­ными или нагреваться электрическим током или газом. В обоих случаях в качестве связующего используются синте­тические смолы. Однако при горячем отверждении основным активатором отверждения является тепло, при холодном — только катализаторы отверждения. Последние могут быть введены в смесь при ее приготовлении (так называемые ХТС — холоднотвердеющие смеси) или после уплотнения смеси в стержневом ящике путем продувки газообразными катализаторами.Формы сложных отливок могут содержать несколько де­сятков стержней. Для повышения производительности труда группы отдельных стержней предварительно собирают в узлы или блоки, которые затем устанавливают в форму при ее сборке. Блоки, как правило, собирают в специальных металлических приспособлениях, называемых кондукторами. Крепление отдельных стержней в блоках осуществляется склеиванием.

С целью получения более качественных отливок, контактирующие с металлом рабочие поверхности форм и стержней по­крывают огнеупорными красками кистью вручную, окунанием или с помощью пульверизатора. Краски повышают поверх­ностную прочность форм и стержней, уменьшая тем самым осыпаемость и предохраняя формы и стержни от размыва металлом во время заливки. Каждое огнеупорное покрытие содержит огнеупорный на­полнитель, связующее вещество, дисперсионную среду, специальные добавки. Огнеупорной основой, как правило, являются: пылевидный кварц, циркон[2] обезжелезненный, графит литей­ный, магнезит и т. д. Связующими могут быть глина, жидкое стекло, лигносульфонаты технические, поливинилбутиральный лак и другие материалы. Дисперсионной средой или жидкостями для разведения являются вода, бензин, ацетон, спирты и т. п. К специальным добавкам относят стабилиза­торы, антисептики, поверхностно-активные вещества и др. Стержни и формы, окрашенные огнеупорным покрытием, со­держащим воду, сушат, а легкоиспаряющиеся жидкости— сушить не требуется.

В операцию сборки форм входят: очистка полуформ от мусора, установка стержней в нижнюю полуформу, соединение и надежное скрепление полуформ между собой для предотвращения подъема верхней полуформы во время заливки. Смещение полуформ друг относительно друга предупреждается системой штырей и втулок, позволяющих устанавливать полуформы с требуемой точностью. Крепле­ние опок между собой осуществляют установкой грузов, болтами или специальными скобами.

Заливка металла в формы производится с использова­нием литейных ковшей разной конструкции, в которые рас­плав поступает непосредственно из плавильных, агрегатов или промежуточных раздаточных ковшей. В зависимости от вида сплава и характера отливок температура заливаемого металла должна быть на 50... 200 °С выше температуры ликвидуса.

Залитые отливки некоторое время охлаждаются в форме, затвердевая и остывая до определенной температуры. Для различных по массе отливок продолжительность выдержки в форме после заливки колеблется от нескольких минут (иногда—секунд) до нескольких суток.

После выдержки отливки извлекаются из формы. Извлечение отливок из форм (в случае разовых форм—выбивка) может быть ручное, механизированное или автоматизированное.

Ручная выбивка используется при единичном мелком литье. Выбивка крупных отливок механизирована, на кон­вейерах—механизирована и автоматизирована.

Извлеченные из форм отливки подлежат обрубке и очистке. Обрубка состоит в отделении от отливки литниковой системы, прибылей, выпоров, различных заусенцев (в осо­бенности—по плоскости разъема форм и у стержневых зна­ков). Очистка отливок—операция удаления стержней и кар­касов из внутренних полостей, а также удаление пригара с поверхности отливок и уменьшение шероховатости. Опера­ции обрубки осуществляют вручную (мелкие единичные отливки), с помощью пневматических зубил, электро- и газо­резкой, плазменной резкой, на специальных прессах, лен­точными пилами. Очистка производится на выбивных решет­ках (совместно с выбивкой), в гидрокамерах, специальных очистных галтовочных барабанах, дробеметных и дробе­струйных камерах. Далее отливки, если необходимо, прохо­дят термическую обработку, а затем контроль и сдачу в ме­ханические цехи.

Специальные способы литья

Отличительными особенностями отливок, получаемых спе­циальными способами, по сравнению с литьем в песчаные формы, являются, как правило, их более высокая точность, лучшее качество поверхности, меньшие величины припусков на механическую обработку.

Литье в кокиль. Кокиль—это литейная форма, изготов­ленная из металла. Основные достоинства кокилей по сравнению с песчаными формами — более высокие произво­дительность труда, точность отливок, качество их поверх­ности.

Кокили бывают неразъемные (вытряхные) и разъемные (рис. 2.6). Все применяемые типы кокилей могут быть одногнездные и многогнездные (т. е. для получения одной отливки или нескольких), немеханизированные (ручные), механизированные, автоматизированные и автоматические. Материалы, используемые для изготовления кокилей, должны хорошо противостоять термическим ударам, возни­кающим при заливке металла, иметь высокие механические свойства при повышенных температурах, хорошо обрабаты­ваться, быть недефицитными и недорогими. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет чугун, иногда используют сталь, алюминиевые и другие сплавы. Для мелких отливок из чугуна и стали материалом кокилей является чугун, леги­рованный хромом и никелем. Кокили для средних и круп­ных отливок из черных сплавов изготавливают из сталей, легированных хромом, молибденом и никелем. Формы для отливок из алюминиевых и магниевых сплавов выполняют из серого чугуна, а также из алюминиевых сплавов.

 

Рис. 2.6. Разновидности кокилей: а— вытряхной; б— с горизонтальной плоскостью разъема; в — с верти­кальной плоскостью разъема; г— створчатый с верти­кальной плоскостью разъема; д — створчатый с гори­зонтальной плоскостью разъема

Удаление газа из рабочей полости кокиля во время за­ливки металла осуществляется по разъему формы. Кроме этого, в плоскости разъема делают специальные каналы, а в стенках формы — вентиляционные пробки, через которые дополнительно удаляется газ.

Подвод металла в кокилях осуществляют сверху, снизу (сифоном) или сбоку через щелевые питатели. При подводе металла сверху возможно его разбрызгивание в полости формы. Поэтому такой подвод осуществляется для неслож­ных отливок, имеющих небольшую высоту.

 

Рис.2.7. Кокиль с зигзагообразным стояком и щелевым питателем.

 

При подводе ме­талла снизу (сифоном) металл поступает плавно (рис. 2.7). Для ослабления удара падающей струи применяют зигзаго­образные стояки.

Для предотвращения физико-химического взаимодей­ствия металла с формой на рабочую поверхность кокиля на­носят огнеупорное покрытие (кистью или пульверизатором). Полости, выполняющие литниковую систему, выпоры, прибыли и т. п., окрашивают более толстым слоем краски или покрывают специальными обмазками, чтобы предотвратить чрезмерное охлаждение металла при движении в каналах литниковой системы. В качестве огнеупорной основы красок используют пылевидный кварц, шамот, графит, окись цинка, тальк и другие материалы, связующим чаще всего является жидкое стекло. При литье сплавов на основе титана на ра­бочие поверхности кокилей напыляют плазменным методом вольфрам и молибден. При литье чугунных отливок хоро­шие результаты наблюдаются, если кокиль коптят ацетиле­новым пламенем.

Перед заливкой металла кокиль должен быть подогрет до необходимой температуры.

Литье по выплавляемым моделям. Сущность способа со­стоит в получении специальных моделей из легкоплавких материалов, сборке их в блоки, покрытии модельных бло­ков огнеупорной оболочкой, удалении моделей, прока­ливании оболочковых форм и заливке в них жидкого металла. К преимуществам литья по выплавляемым мо­делям относят возможность получения сложных отли­вок из разнообразных спла­вов, в том числе трудно обрабатываемых резанием и ковкой.

Перевод поковок на литье по выплавляемым мо­делям, например, снижает трудоемкость механической обработки на 30…80 %, по­вышает коэффициент использования металла, снижает себестоимость изготовления деталей. Литьем по выплавляемым моделям получают отливки массой до 100 кг. Разберем более подробно некоторые этапы этого метода формообразования.

В зависимости от механизмов удаления моделей из оболочек их материалов можно разделить на выплавляемые, растворяемые и выжигаемые. Наиболее широко распространенные составы выплавляемых моделей содержат парафин, стеарин, буроугольный и торфяные воски(битумы), этилцеллюлозу, натуральный и синтетический церезин. Основными составляющими растворяемых моделей являются: карбамид, азотные и азотно-кислотные соли щелочных металлов и некоторые другие вещества. К третьей группе модельных материалов следует отнести вспенивающиеся и компактные термопласты.

Изготовление моделей осуществляют свободной заливкой расславленного модельного состава обычно в металлические пресс-формы, запрессовкой под давлением пастообразного модельного состава специальными шприцами и на машинах-автоматах. Готовые модели собирают в блоки (припаиванием к модели литниковой системы либо в специальных кон­дукторах).

Огнеупорная оболочка, наносимая на поверхность мо­дельного блока, может быть получена поочередным нанесе­нием нескольких перемежающихся слоев (суспензии и обсыпки) и электрофорезом. При многослойном нанесении оболочки суспензия состоит из гидролизованного раствора этилсиликата и огнеупорного наполнителя. Этилсиликат (С₂Н₅О)₄Si после гидролиза (взаимодействие с водой) вы­деляет гель кремниевой кислоты Si(ОН)₄, который за счет реакции поликонденсации становится связующим, соединяя воедино зерна огнеупорного наполнителя суспензии и обсыпочного материала. Огнеупорным наполнителем суспензии служит пылевидный кварц, дистенсиллиманит, электрокорунд и др. В процессе получения огнеупорной оболочки мо­дельные блоки путем окунания смачивают суспензией, обсы­пают зернистым материалом (кварцевый песок, зерна плав­леного кварца, электрокорунд и т. п.) и сушат до отверждения. Так наносят четыре—шесть слоев (при производстве крупных отливок—более десяти). При получении оболочек на модельных блоках электрофоретическим способом на­чальный слой наносят так же, как и при первом способе. Затем начальный слой смачивают суспензией с электролитом (например, с соляной кислотой) и связующим материалом (к примеру, с кальцийалюмохромфосфатом). Благодаря та­кой обработке первый (или лицевой) слой становится элек­тропроводным. На этот слой из грубодисперсной суспензии электрофоретическим способом осаждают второй слой, обсы­пая его зернистым материалом, и сушат. Для получения бо­лее толстой оболочки цикл повторяется. Обсыпку модельных блоков зернистым материалом осуществляют в пескосыпах или аппаратах псевдокипящего слоя. Сушку слоев произво­дят на воздухе, в парах аммиака или в вакууме.

Модельный состав, его водный раствор или продукты термодеструкции удаляются через открытый торец литнико­вой воронки. Выплавление производят в воде с температу­рой выше точки плавления модельного материала, в рас­плавленном модельном материале (того же состава, что и модели), продувкой блоков горячим воздухом или перегре­тым водяным паром, нагревом блоков в термостатах. Удале­ние соляных моделей осуществляют растворением в воде, пенополистироловых—выжиганием в газовых печах (иногда их растворяют в смеси ацетона с толуолом). После удале­ния моделей растворением оболочки промывают в проточ­ной воде.

Для окончательного удаления остатков модельного со­става оболочки прокаливают при температуре 800... 1100° С в окислительной атмосфере (для лучшего выгорания).

При литье по выплавляемым моделям большинство спла­вов заливают в горячие формы, позволяющие получать. тонкостенные отливки. Температура форм при этом должна быть при заливке сплавов на основе: никеля—1000 ±50° С, железа — 850 ± 50° С, меди—650 ± 50° С, алюминия и маг­ния — 225 ± 25° С. Это обстоятельство вынуждает производить прокалку форм в опорном наполнителе, необходимом для обеспечения устойчивого положения оболочки во время заливки ее металлом, и для предотвращения разрушения за счет металлостатического напора. Там, где возможна за­ливка в холодные формы, оболочки прокаливают без опор­ного наполнителя. Установку оболочек в опорный наполни­тель под заливку Производят после их прокалки и охлажде­ния.

Центробежное литье. Центробежным литьем называют способ изготовления отливок, при котором металл залива­ется в форму и затвердевает в ней под действием центро­бежных сил. Расплавленный металл заливается во вращаю­щуюся форму, приводимую в движение специальной машиной, называемой центробежной. Различают машины с вращением формы вокруг вертикальной и горизонтальной (или наклон­ной) оси (рис. 1.8).

Рис. 8. Схемы процесса изготовления отливок при вра­щении формы вокруг вертикальной (а) и горизонталь­ной (б) оси

Центробежным способом литья с вращением формы вокруг горизонтальной оси получают отливки типа тел вра­щения: трубы, кольца, втулки, гильзы и т. д. На машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси, кроме отли­вок типа тел вращения, получают также фасонные отливки,имеющие сравнительно тонкие стенки. Центробежные силы в этом случае используют для улучшения заполняемости формы металлом и получения более плотной отливки. Центробежный способ литья позволяет изготовлять также двухслойные биметаллические отливки (отливки из двух различных сплавов). При нем заливают сначала сплав одного состава, затем другого.

Центробежным способом получают корпуса полых валов из коррозионностойких сталей диамет­ром до 1500 мм, длиной до 10 м, массой до 60 т; налажено производство биметаллических прокатных валков (с наруж­ным слоем, имеющим повышенную износостойкость, и внут­ренним слоем с повышенной пластичностью); выпускают крупные биметаллические втулки диаметром более 1000 мм для подшипников жидкостного трения и многие другие отливки.

При центробежном литье применяют в основном три типа литейных форм: металлические нефутерованные, ме­таллические футерованные и разовые формы, изготовляемые различными методами. Металлические футерованные формы применяют при литье труб, втулок и т. д., имеющих слож­ный наружный профиль, затрудняющий свободную усадку.

Разовые формы применяют при изготовлении центробеж­ным литьем фасонных отливок. При этом формы могут быть получены различными способами: по выплавляемым моде­лям, из керамических стержней, из песчаных смесей. При необходимости такие формы заливают в вакууме или среде нейтральных газов. С этой целью вращающееся устройство, в котором установлена форма, закрывается герметично не­подвижным кожухом, соединенным с устройством для вакуумирования или баллонами с нейтральными газами. Так заливают турбинные лопатки, турбинные колеса из легко окисляющихся сплавов и т. п. детали.

Литье под давлением. Сущность процесса состоит в том, что жидкий металл поступает в рабочую полость металли­ческой формы (пресс-формы) под давлением, составляющим (З00...3000)-10⁵ Па. Скорость впуска металла в полость формы составляет 0,5... 140 м/с. Литьем под давлением по­лучают отливки массой от нескольких граммов до несколь­ких десятков килограммов, по сложности—от элементов замка «молния» до блока цилиндров в автомобиле «Волга». При массовом производстве литье под давлением является весьма рентабельным. Отливки, получаемые этим способом, имеют самый высокий коэффициент использования металла. Получение ряда деталей литьем под давлением оказывается в 50 раз и более дешевым, чем их изготовление из проката механической обработкой.

При литье под давлением используют различные маши­ны, классификация которых приведена в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Классификация машин литья под давлением

Классификационный признак	Варианты машин
Принцип прессования   Конструкция камер прессования по способу подачи металла   Расположение камеры прессования	Поршневые
Компрессорные
С холодной камерой
С горячей камерой
Комбинированные С горизонтальней камерой С вертикальной камерой

Работа поршневой машины с холодной вертикальной ка­мерой прессования (рис. 2.9) состоит в следующем. Ось ка­меры прессования 1 этой машины располагают параллельно плоскости разъема пресс-формы 3. Металл заливают на нижний поршень 4 камеры, который не позволяет проникать ему в форму. Жидкий металл будет заходить в литниковое отверстие 5 и полость формы после опускания вниз прессую­щего поршня 2, в результате чего нижний поршень 4, отжи­маясь вниз, откроет литниковое отверстие.

Рис. 2.9. Схемы холодной вертикальной (а) и горизонталь­ной (б) поршневых камер прессования машин литья под давлением

Металл, войдя в контакт со стенками формы, затвердевает. Прессующий поршень поднимается вверх, освобождая путь нижнему поршню, который при подъеме отрезает пресс-остаток от лит­ника, выталкивая его из камеры прессования. Форма очищается, смазывается и закрывается. Цикл повторяется.

 

Ось горизонтальной холодной камеры прессования 1 (рис. 2.9, б) располагают перпендикулярно плоскости разъема формы. Горизонтальная камера связана с неподвижной полуформой 2. Жидкий металл заливают в горизонтальную камеру через специальное окно 3. Поршень 4, двигаясь вправо, запрессовывает металл в полость формы. Пресс-остаток захватывается поршнем при холостом ходе и выбра­сывается из камеры прессования.

Машины с холодной камерой прессования используют для изготовления отливок из сплавов на основе алюминия, магния и меди.

В поршневых машинах с горячей камерой прессования (которые являются только вертикальными) иное заливочное устройство (рис. 2.10). Ци­линдр1 прессующего порш­ня 2 таких машин находится в расплавленном металле 3, который заполняет камеру прессования через отверстие прессового цилиндра 4. При прессовании это отверстие перекрывается поршнем. По окончании прессования оста­ток жидкого металла сливается в камеру прессования. Обогрев расплавленного ме­талла в тигле — электриче­ский. Остальные операции технологического процесса такие же, как и на машинах с холодной камерой прессования.

Рис. 2.10 Схема горячей камеры прессования

Машины с горячей камерой прессования применяют главным образом для изготовления отливок из легкоплавких сплавов на основе цинка, свинца и олова. Эти машины позволяют более легко автоматизировать процесс литья, здесь меньше потери металла, выше производительность труда (10... 12 запрессовок в минуту).

Для съема и удаления отливок от формы используют различные механизмы, в том числе роботы-манипуляторы. Универсальные роботы-манипуляторы со счетно-решающими и запоминающими устройствами могут последовательно вы­полнять до 200 различных команд. На некоторых машинах устанавливаются роботы для заливки жидкого металла в ка­меру прессования.

В настоящее время продолжается совершенствование литья под давлением стали в направлении повышения стойкости форм, улучшения качества отливок, механизации и автоматизации процесса.

Литье в оболочковые формы. Литейная форма здесь пред­ставляет собой оболочку толщиной 6...10 мм, изготовлен­ную из дискретной огнеупорной основы (наполнитель) и синтетической смолы в качестве связующего. Принцип получения оболочек заложен в свойствах связующего материала, способного необратимо отверждаться при нагревании. Литьем в оболочковые формы изготовляют отливки средней массы 5...15 кг (редко 100...150 кг) практически из лю­бых сплавов. Расход смеси уменьшается в 10...12 раз по сравнению с литьем в обычные песчаные формы.

В качестве огнеупорной основы широко используют кварцевый песок. Повышение содержания примесей в песке при­водит к увеличенному расходу связующего, повышенной газотворности смеси, пониженному качеству поверхности отливок. Ввиду малого расхода и возможности регенерации, несмотря на значительное удорожание, при литье в оболоч­ковые формы, становится рентабельным применять Корунд, электрокорунд и в особенности циркон. Качество отливок при этом значительно повышается.

Связующим материалом являются фенолоформальдегидные синтетические смолы. Эти смолы при нагревании конденсируются, проходя три стадии: резольную А, резитольную В и резитную С. Смола в стадии А плавится, жидкоподвижна, способна обволакивать тонкой пленкой поверхность зерен огнеупорной основы. Температура плавления составляет 100… 200 °С. Дальнейший нагрев переводит смолу в стадию В, когда она сначала становится вязкой, затем резиноподобной. В стадии С смола окончательно отверждается. Начиная с температуры выше 400 °С фенолоформальдегидная смола подвергается деструкции (т. е. разлагается под воздействием теплоты на элементарные вещества).

Кроме огнеупорной основы и связующего в смеси вводят специальные добавки: растворители (керосин, ацетон, неко­торые спирты и другие вещества, уменьшающие количество пыли в смесях и их сегрегацию), смазывающие материалы (стеарат цинка, озокерит и др., предотвращающие пригорание смесей к модельной оснастке) и некоторые другие до­бавки.

Существует несколько способов изготовления оболочек: бункерный (рис. 2.11), пескодувный и др.

Рис. 2.11. Бункерный способ получения оболочковых полуформ

 

При бункерном способе на поворотном бункере 1 со смесью 2 закрепляется предварительно нагретая до 200...270° С модельная метал­лическая плита С моделью 3 (рис. 2.11, а), после чего бункер поворачивается на 180° С. Смесь падает на модельную плиту, облегая всю ее рабочую поверхность (рис. 2.11, б). Синтетическая смола прилегающей к модельной плите смеси нагревается, расплавляется, затем отверждается. Толщина слоя зависит от времени выдержки смеси на модели, ее температуры и теплофизических свойств наполнителя. При достиже­нии необходимой толщины бункер поворачивается в исходное положение. Непрореагировавшая смесь с модельной плиты ссыпается вниз (рис. 2.11, в). Для лучшего и более быстрого отверждения смеси модельная плита с оболочкой подается в печь, нагретую до температуры 280... 320 °С, где идет окончательный процесс конденсации смолы. После отверждения оболочка снимается с модельной плиты и направляется на сборку форм. Весь процесс получения оболочек длится несколько минут.

Съем оболочек осуществляется специальными толкателями, монтируемыми на каждой мо­дельной плите. Параллельно по такой же технологии изго­тавливают вторую полуформу (оболочку), а также стержни, которые могут быть сплошными или полыми. Полые или оболочковые стержни, полученные рассматриваемым процессом, в последние годы начали использовать не только при литье в оболочковые формы, но и при обычном литье в песчаные формы. Масса таких стержней на 40... 80 % меньше массы сплошных, они легко выбиваются из отливок, формируют высокое качество поверхности и т. д.

При сборке формы производят установку стержней, затем соединяют (спаривают) две полуформы. Соединение осуществляют склеиванием или скобами. Литниковая система формируется при изготовлении оболочек.

Собранные формы перед заливкой устанавливают в ме­таллические коробки (контейнеры), где свободное пространство между оболочками засыпают опорным материалом — песком или чугунной дробью. Заливка форм чаще всего про­исходит на конвейере. После заливки металла и затвердевания отливки оболочковые формы и стержни легко разру­шаются за счет термодеструкции связующего.

Технико-экономическая оценка. Литье в оболочковые формы имеет ряд преимуществ. Использование мелкозернистого песка и металлической оснастки обеспечивает получение гладкой рабочей поверхности форм и стержней. При заливке формы имеют большую прочность и жесткость, что обеспечивает высокую точность размеров. Получению качественного литья способствует также высокая газопроницаемость оболочек. Тонкая газовая рубашка при выгорании смолы защищает поверхность отливок от пригара. По мере выгорания смолы форма теряет прочность и разрушается, не препятствуя свободной усадке сплава. Разрушение оболочек значительно упрощает выбивку отливок. Отработанную смесь регенерируют, прока­ливая при 700-800° С до полного удаления связующего — смолы, и снова возвращают в производство, тем самым значительно уменьшая расход свежего песка. Кроме того, при изготовлении тонкостенных оболочковых форм расход формовочной смеси в восемь-десять раз меньше, чем при литье в обычной песчано-глинистой форме.

Недостатком способа литья в оболочковые формы является ограничение размеров и массы отливок примерно до 100 кг. С увеличением толщины сечения и при отливке массивных деталей из чугуна и стали при заливке расплава смола в оболочках быстро выгорает и качество поверхности деталей ухудшается.

Литье в керамические формы. Существует несколько спо­собов изготовления керамических стержней, из которых со­бирают соответствующие формы. Разберем один из них.