Литья в песчано-глинистые формы

 

Литьё в песчано-глинистые формы имеет наиболее широкое применение в машиностроении, где составляет от 60 до 90% от общего объёма производства литых заготовок. В зависимости от вида сплава, массы и габаритов отливки, а также от типа производства применяют сырые, сухие или подсушенные песчано-глинистые формы. В массовом производстве применяют, как правило, сырые формы.

 

Устройство песчаной формы

 

Литейная песчаная форма является разъёмной и в большинстве случаев состоит из двух полуформ. Плоскость, разделяющая эти полуформы, называется плоскостью разъёма формы. Она может быть горизонтальной или вертикальной. Большинство литейных форм имеет горизонтальную плоскость разъёма. Такие формы, соответственно, состоят из верхней и нижней полуформ. Внутри формы, собранной из двух полуформ, располагают рабочую полость, получаемую с помощью специального инструмента – литейной модели. В рабочую полость формы заливают расплавленный металл. Наличие двух полуформ определяется необходимостью извлечения из формы модели (моделей) после уплотнения формовочной смеси, а также для размещения в плоскости разъёма каналов литниковой системы. При этом формовочная смесь уплотняется в специальных металлических рамках, называемых опоками. Бывают также и безопочные формы.

Для получения в отливке отверстий и внутренних полостей применяют литейные песчаные стержни, которые изготавливают отдельно от полуформ (из стержневой смеси), высушивают или отверждают химическим способом и вставляют в форму при её сборке. Таким образом наружные очертания рабочей полости определяются конфигурацией модели, а внутренние – конфигурацией литейных стержней. В некоторых случаях стержни используются и для формирования наружной поверхности отливки. Песчаные стержни обычно уплотняют, а затем высушивают или отверждают химическим способом. При извлечении отливки из формы песчаные стержни разрушаются, то есть также являются разовыми. Для сложных отливок количество стержней может достигать нескольких десятков (рис.2.2).

Для установки и фиксации в форме стержни снабжают специальными опорными элементами, называемыми знаками. Знаки выходят за границы отливки и являются продолжением тех частей стержня, которые формируют в отливках отверстия. По расположению в форме знаки бывают вертикальными и горизонтальными. Вертикальные знаки имеют уклон 10 – 15, горизонтальные – либо без уклона, либо с уклоном в тех же пределах. Длина знака зависит от его поперечного сечения и массы стержня и составляет от 20 до 100мм. Между знаками стержня и знаками формы предусматривают зазоры(0.3-2мм).

Форма заполняется расплавленным металлом через систему каналов, называемую литниковой системой. Литниковая система включает: литниковую чашу, стояк, зумпф, шлакоуловитель, питатели, выпоры, прибыли и другие элементы. При заливке в форму расплавленный металл из разливочного ковша попадает в чашу. Литниковую чашу располагают либо в верхней части верхней полуформы, либо изготавливают отдельно и устанавливают на форму сверху. По стояку металл течёт к плоскости разъёма формы, после чего попадает в горизонтальный канал, называемый шлакоуловителем. Шлакоуловитель располагают в верхней полуформе. Его назначение – подвод жидкого металла к питателям, а также улавливание частичек шлака и неметаллических включений. Под стояком, в нижней полуформе, делают углубление со сферической поверхностью, которое называется зумпф. Зумпф предотвращает размыв формы при изменении направления движения металла. Из шлакоуловителя металл переходит в питатели, по которым попадает в рабочую полость литейной формы. Количество питателей в форме может достигать нескольких десятков. Питатели располагаются в нижней полуформе. По мере заполнения литейной формы металлом находящийся в рабочей полости формы воздух оттесняется кверху. Для отвода воздуха из формы в момент заливки служат выпоры – вертикальные каналы в верхней части рабочей полости.

Для предотвращения усадочных раковин в массивных частях отливки в форме создают прибыли – специальные полости, расширяющиеся кверху, в которых заливаемый металл затвердевает позднее, чем в отливке, благодаря чему усадочная раковина «переходит» в прибыль. Обычно прибыли применяют при заливке в форму сплавов, усадка которых более 1% (сталь, цветные сплавы).

На литниковую систему расходуется значительная доля заливаемого в форму металла. Выход годного, то есть отношение массы металла отливки к массе залитого металла, выраженное в процентах для различных сплавов может составлять от 75-80% (для чугунных отливок) и до 50% (для стали и цветных сплавов). При заливке жидкого металла в форме возникают гидростатическое и гидродинамическое давления, в результате чего верхняя полуформа может приподняться. Для предотвращения этого на собранную форму накладывают груз, масс которого в 3-5 раз превышает массу заливаемого в форму металла. Вместо груза полуформы (опоки) скрепляют также клиновыми скобами, струбцинами, редко – болтами.

С момента контакта жидкого металла с формой начинается интенсивный её прогрев. В результате различные составляющие формовочной смеси (вода, каменный уголь, мазут и др.) выделяют большое количество различных газов, в том числе горючих, а также пара. Особенно в сложных условиях находятся песчаные стержни. Несмотря на существенную пористость песчаных форм и стержней (их «газопроницаемость»), для отвода газов от отливки в верхней и нижней полуформах создают дополнительную систему вентиляции – путём накалывания вентиляционных каналов (вентиляционных наколов). Аналогичные вентиляционные каналы делают и в стержнях.

Песчано-глинистая форма уплотняется и транспортируется в специальных металлических рамках, называемых опоками. Опоки изготавливают из алюминиевых сплавов, стали, чугуна. Боковые стенки опок снабжаются отверстиями для выхода из формы газов. На обеих плоскостях опоки обычно снабжаются буртиками – для лучшего удержания уплотнённой формовочной смеси. Большие опоки имеют также рёбра жёсткости – «шпоны», удерживающие уплотнённую формовочную смесь и придающие большую жёсткость опоке. Опоки также снабжают специальными приливами – «ушками» для расположения в них центрирующих отверстий («системы координат»). Крупные опоки имеют также специальные приливы – цапфы для их транспортирования и кантования. В литейной форме можно получить до нескольких десятков отливок одновременно. При этом все отливки должны, по возможности иметь идентичный подвод металла и заливаться через общую литниковую систему. Сечения основных элементов литниковой системы рассчитываются.

Схема технологического процесса

 

Схема технологического процесса изготовления отливки в песчано-глинистой форме включает следующие основные этапы: плавку жидкого металла, изготовление песчано-глинистой формы, заливку металла в форму, выдержку металла в форме для затвердевания и охлаждения, выбивку отливки из формы, финишную обработку отливки.

 

Технологическая оснастка

Технологическая оснастка включает опоки(см.П.2.1), подмодельные плиты с моделями (полумоделями), стержневые ящики.

Модель – это инструмент для получения рабочей полости формы (рис.2.8), формирования наружной поверхности отливки. Размеры модели больше размеров отливки на величину усадки заливаемого металла (линейной усадки). Линейная усадка зависит от материала отливки и, частично, - от её геометрической сложности и составляет от 0,5 до 2,5%.

Для формирования в форме опорных площадок для установки стержней (знаков) на модели выполняют соответствующие выступы – знаки модели.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве модели изготавливают деревянными, в серийном и массовом производстве – металлическими (сплавы алюминия, меди, серый чугун, сталь). Деревянные модели изготавливают из хвойных или благородных пород дерева, многослойными, клееными с тщательной сушкой. Деревянные модели окрашивают масляными красками и лаками для предохранения от влаги, находящейся в воздухе, а также в формовочной смеси. Красный цвет моделей – для чугунного литья, серый цвет – для стального литья. Знаки модели окрашивают черной краской.

В зависимости от геометрической сложности отливки и технологии изготовления формы модель может быть неразъёмной или разъёмной. В большинстве случаев разъёмные модели изготавливают из двух половин (двух полумоделей). Плоскость, которая их разделяет, называется плоскостью разъёма модели. Как правило, плоскости разъёма формы и модели совпадают. Поверхности модели, перпендикулярные к плоскости её разъёма, выполняют с литейным уклоном – для лёгкого извлечения модели из уплотнённой (упрочнённой) полуформы.

При изготовлении формы модель свободно устанавливается (ручная формовка) или жёстко закрепляется (машинная формовка) на специальной плите, которая называется подмодельной. Кроме модели, на подмодельной плите устанавливаются или закрепляются также и необходимые модели элементов литниковой системы. При жёстком закреплении модели на подмодельной плите последняя снабжается неподвижными штырями – для установки опок и их строгой ориентации по отношению к модели. Подмодельные плиты бывают также двухсторонними. По материалу подмодельные плиты могут быть деревянными или металлическими.

Стержневой ящик – это инструмент для изготовления стержня (стержней), в том числе и его знаков. Стержневые ящики бывают открытыми (неразъёмными) или закрытыми (разъёмными). Они могут иметь отъёмные части. По материалу стержневые ящики бывают деревянными или металлическими. Конструкция стержневого ящика зависит в значительной степени и от технологии изготовления стержней: при пескодувном способе заполнения стержневой смесью стержневые ящики снабжают вдувными отверстиями и вентами, при отверждении стержней в стержневом ящике – толкателями и т.д. Стержневые ящики могут быть одноместными и многоместными.

В соответствии с чертежом отливки поверхности стержневого ящика, перпендикулярные разъёму стержневого ящика, снабжаются литейными уклонами. Размеры стержневого ящика (и стержня) определяются с учётом усадки металла отливки. Рабочие поверхности стержневого ящика сопрягаются посредством литейных радиусов.

Модели, стержневые ящики, подмодельные плиты и другие виды литейной оснастки изготавливают в модельном цехе машиностроительного завода по соответствующим чертежам, разработанным на основании чертежа отливки.