Достоинства и недостатки процесса литья в песчано-глинистые формы

 

К достоинствам процесса литья в песчано-глинистые формы следует отнести:

-универсальность процесса, т.е. возможность получать отливки из любых сплавов, любых размеров и массы, любой геометрической сложности в условиях индивидуального, серийного или массового производства;

-низкая стоимость литья;

-высокая производительность – до 180-240 форм в час (на опочных автоматических линиях) и до 500 форм в час (безопочная формовка);

-возможность механизации (литейные конвейеры) и полной автоматизации процесса (автоматические литейные линии).

К недостаткам процесса относятся:

-большой объём применяемых вспомогательных материалов, что влечёт за собой необходимость в значительных производственных площадях и в специальном оборудовании для их переработки;

-большой объём отходов (нерешённость вопросов экологии);

-недостаточные точность и качество поверхности отливок, и как следствие – большие потери металла в стружку;

-пониженные механические свойства металла при производстве толстостенных отливок (из-за пониженной скорости затвердевания);

-неблагоприятные условия труда в литейном цехе.

Специальные способы литья

Специальные способы литья по сравнению с литьём в песчаные формы обеспечивают большую точность отливок, повышают качество поверхности, снижают припуски на механическую обработку. Некоторые из них позволяют резко сократить или ликвидировать потребность в формовочных и стержневых материалах, улучшить условия труда. Стоимость деталей, как правило, уменьшается. Однако в некоторых случаях стоимость литых заготовок может повышаться. Общий объём производства литых заготовок специальными способами литья в машиностроении не превышает 15%.

 

Литьё по выплавляемым моделям

При этом способе расплавленный металл заливают в многослойные неразъемные тонкостенные керамические формы, изготовленные по выплавляемым моделям. Этим способом отливают сложные, но небольшие по массе детали и заготовки из углеродистых и легированных сталей, твёрдых сплавов, сплавов на основе титана, меди и алюминия Неразъёмную литейную форму изготавливают по неразъёмной модели из легкоплавкого материала (парафин, стеарин, церезин) путём многократного погружения в жидкую огнеупорную суспензию с последующей обсыпкой кварцевым песком и подсушкой на воздухе (или в атмосфере аммиака), после чего модель из формы выплавляют и в образовавшуюся полость заливают расплавленный металл.

Технологический процесс изготовления отливки по выплавляемым моделям включает:

Первый этап (выплавить жидкий металл) определяется, как правило, видом заливаемого сплава. Для черных сплавов в большинстве случаев применяют индукционную плавку в печах высокой или промышленной частоты, для легкоплавких цветных сплавов – возможно применение электропечи сопротивление. Специфическим для рассматриваемого ТП является второй этап – изготовить форму по выплавляемым моделям.

Второй этап включает шесть основных операций: изготовить модель из легкоплавкого материала,изготовить модельный блок, образовать огнеупорную многослойную оболочку, выплавить модельный состав из формы, прокалить форму.

Толщина стенок многослойной керамической формы от 4 до 6 мм, число слоёв – от 3 до 10. Исходным материалом для формы служит огнеупорное покрытие (суспензия), включающее пылевидный кварц (или мелкий кварцевый песок) в сочетании с гидролизованным раствором этил силиката – (С₂Н₅О)₄Si. Пример состава гидролизованного раствора этил силикат (в % по массе): ацетон – 40, этил силикат – 40, вода подкисленная (вода + 1,5 % НСL) – 20. Суспензия в свою очередь включает: кварц пылевидный – 70 %, гидролизованный раствор этилиликата 30 %,. Возможны и другие соотношения.

Третий этап ТП – залить металл в форму. После прокалки форму извлекают из печи и без охлаждения заливают расплавленным металлом. Заливка металла в раскаленные формы способствует получению тонкостенных отливок сложной геометрической формы. Возможна заливка форм центробежным способом.

Четвертый этап – выдержать металл в форме для затвердевания и охлаждения. Заливка осуществляется ручными ковшами небольшой емкости.

Пятый этап – выбить блок отливок из формы. После затвердевания и охлаждения отливок в форме контейнер переворачивают, песок возвращают для повторного использования, блок отливок с керамикой окончательно охлаждают.

Шестой этап –выполнить финишную обработку. Она включает, как правило, отбивку керамики, отделение литников, выщелачивание остатков керамики, промывку в горячей воде, сушку, термообработку, зачистку, контроль отливок. Керамику от отливки отделяют на виброустановках, однако на некоторых поверхностях и в отверстиях керамика остается. После этого отливки отделяют от литниковой системы и помещают в расплав щелочи для окончательного удаления остатков керамики (время выщелачивания до 3-х часов). Очищенные отливки промывают горячей водой, высушивают, зачищают заусенцы и остатки литниковой системы, подвергают окончательному контролю.

 

Достоинства процесса:

- высокие точность и качество поверхности отливки, позволяющие на 80% и более исключить последующую механическую обработку;

- снижение себестоимости деталей на 30-70%;

-возможность получения сложных тонкостенных отливок (до 0,6 мм.) из сталей и твердых сплавов;

- отсутствие, в большинстве случаев, литейных стержней;

- высокая производительность в условиях массового производства – до 100 блоков в час;

- возможность полной автоматизации (наличие автоматизированных линий, агрегатов, установок);

- значительное улучшение условий труда.

 

Недостатки процесса:

- высокая себестоимость 1 тонны литых заготовок – в 10 и более раз выше, чем при литье в песчано-глинистых формах;

- сложность технологического процесса и длительность технологического цикла;

- ограничение отливок по размерам (до 250 мм) и массе (до 10 кг)

Литье в оболочковые формы

 

При этом способе литья расплавленный металл заливают в тонкостенные оболочковые формы, изготовленные из песчано-смоляных смесей по нагреваемой оснастке. Толщина оболочковых форм от 5 до 20 мм, форма состоит из 2-х полуформ, которые, как правило, склеиваются. Применяют оболочковые формы, как с вертикальной, так и с горизонтальной плоскостями разъема. Для получения внутренних плоскостей отливок используют песчано-смоляные оболочковые (тонкостенные), либо монолитные стержни. Форма и стержни имеют высокую газопроницаемость, что способствует хорошему заполнению формы металлом, получению тонкостенных отливок. Оболочковая смесь состоит из сухого кварцевого формовочного песка (основа смеси) и порошкообразной фенолоформальдегидной термореактивной смолы (5-7% по массе). Применяют либо механические смеси, либо плакированные. В последнем случае смола наносится на поверхность зерен песка по специальной технологии. Термореактивная смола при нагревании расплавляется, а затем необратимо затвердевает. Термостойкость затвердевшей смолы – свыше 700 ⁰С

Оболочковые формы изготавливают по нагреваемой металлической оснастке бункерным, либо пескодувным способом. Широкое применение в промышленности нашел бункерный способ, который обеспечивает лучшее качество оболочковых форм. Оболочковые полуформы изготавливают одновременно: на одной подмодельной плите монтируют две полумодели. Материал моделей – сталь, серый чугун.

Литье в оболочковые формы применяют при производстве ответственных отливок из стали, серого и высокопрочного чугунов, бронзы, латуни в условиях серийного и массового производства (коленчатые валы из высокопрочного чугуна, гильзы ребристых цилиндров из серого чугуна для тракторных двигателей и мотоциклов, детали гидронасосов, рабочие и направляющие колеса турбонасосов, звенья цепей из жаростойкого сплава, вентили и др.).

Технологический процесс литья в оболочковые формы можно разделить на:

– выплавить жидкий металл – определяется в основном видом заливаемого сплава. Для плавки в частности, черных металлов широко используются дуговые электроды.

– заливка металла в формы осуществляется с помощью чайниковых ковшей средней емкости (до 500 кг).

Специфику ТП определяет:

Изготовить оболочковую форму. Этот этап включает: изготовить оболочковую смесь, изготовить стержни, изготовить оболочковые полуформы, собрать и скрепить оболочковую форму, охладить и установить оболочковую форму в контейнер, засыпать форму дробью.

Залить металл в форму. Оболочковая форма хорошо заполняется металлом благодаря её низкой теплопроводности и хорошей газопроницаемости.

Выдержать метал в форме для затвердевания и охлаждения. Благодаря чугунной дроби процесс затвердевания, и охлаждения отливки в форме значительно ускоряется, что способствует повышению механических свойств металла. При затвердевании и охлаждении отливки в форме стенки оболочковой формы сильно разогреваются, смола частично выгорает, форма разрушается.

Выбить отливку из формы (выбивка). Контейнер опрокидывают на выбивную решетку, чугунная дробь возвращается для повторного использования, части оболочковой формы идут на выброс (в отвал), отливку направляют на охлаждение и финишную обработку.

Выполнить финишную обработку. По содержанию эта операция мало отличается от финишной обработки отливок при литье в песчано-глинистые формы.

 

Достоинства процесса:

-повышенные точность и качество поверхности отливки;

- возможность получения сложных тонкостенных отливок из черных сплавов (серый чугун до 1,5 мм, сталь – до 3 мм);

- высокая производительность в условиях массового производства – до 300 форм в час;

- возможность полной автоматизации (наличие одного – двух – четырех позиционных автоматов, автоматических линий);

 

Недостатки процесса:

 

- нерешенность вопросов экологии: значительные выделения вредных газов на всех этапах технологического процесса, большой объем отходов, высокая стоимость, газоочистки и регенерации отходов;

- высокая стоимость фенолоформальдегидной смолы;

- ограничение отливок по размерам (до 1000 мм) и массе (до 100 кг).