Изготовление стержней и оболочек

Содержание

 

 

Введение

 

Всякое производство, в том числе и литейное, характеризуется трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции.

Различают следующие основные типы литейного производства: единичное, серийное и массовое. Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться. Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями.

Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов.

Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

Применение разовых песчаных форм связано с большим расходом формовочных материалов, тогда как с жидким металлом соприкасается небольшая часть формы. На основе достижений современной химии был разработан способ изготовления прочных тонкостенных форм оболочек из обычных песков с применением специальных крепителей. Эти крепители способны размягчаться при небольшом нагреве, а затем твердеть, образуя с песком прочную оболочку.

 

Литье в оболочковые формы

 

Краткие сведения

 

Литье в оболочковые формы – это процесс, в котором для получения отливки применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, полученные по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Перед заливкой расплава модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием, растворением или испарением. Для удаления остатков модели и упрочнения формы ее нагревают до высоких температур. Прокалкой формы перед заливкой достигается практически полное исключение ее газотворности, улучшается заполняемость формы расплавом. Модель или звено моделей изготовляют в разъемной пресс–форме, рабочая полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки с припусками на усадку модельного состава и материала отливки, а также обработку резанием. Модель изготовляют из материалов, либо имеющих невысокую температуру плавления (воск, стеарин, парафин), либо способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол). Готовые модели или звенья моделей собирают в блоки, имеющие модели элементов литниковой системы из того же материала, что и модель отливки. Блок моделей состоит из звеньев, центральная часть которых образует модели питателей и стояка. Модели чаши и нижней части стояка изготавливают отдельно и устанавливают в блок при его сборке.

Способ точного литья

 

В способе точного литья по выплавляемым моделям металл заливают в разовую тонкостенную керамическую форму, изготовленную по моделям (также разовым) из легкоплавящегося модельного состава. Этим способом получают точные, практически не требующие, механической обработки отливки из любых сплавов массой от нескольких граммов до 100 кг.

Модели изготавливается из легковыплавляемого материала ­­– парафина со стеарином и др. на модели, изготовленные с большой точностью, наносится прочная оболочка, которая обеспечивает проведение операций вытапливания моделей, прокаливания и заливки жидким металлом без применения наполнителей и опок, затрудняющих ранее производство точного литья по выплавляемым моделям. На выплавляемую модель наноситься несколько (2–5 слоев), состоящих из кварцевой муки и гидролизованного раствора этилсиликата (или их заменителей). Последний слой наносится из массы, придающей керамической оболочке необходимую прочность после вытапливания модели и прокаливания оболочки. Хорошие результаты обеспечиваются составом из: 40­­­­­­–45 % раствора жидкого стекла с удельным весом 1,32 и 60–65 % по весу кварцевой муки (маршалита, молотого кварцевого песка или плавленого кварца), просеянной через сито № 100. нанесенные слои, присыпанные песком, подвергаются воздушной сушке при температуре

20–25°C в течении не менее 4 час. Или электросушке (10 мин).

При электросушке одновременно вытапливается модель, а при воздушной сушке модель вытапливается 20–40 мин. В термостате, нагретом до 150–180°C. При вытапливании модельные комплекты помещают литниковой чашей вниз.

После вытапливания модели оболочка нагревается в прокалочной печи, нагретой до температуры 600–650°C. Затем температура повышается до 900°C со скоростью примерно 100–150°C в час. По достижении в печи 900°C, прокаливание заканчивается, оболочка удаляется из печи и подается на заливку.

Во избежании образования окалины на отливку из-за доступа воздуха через оболочку и в целях обеспечения техники безопасности оболочку перед заливкой металлом помещают в кожух из тонкого железа на поддоне и засыпают зазор сухим песком (а при необходимости быстрого охлаждения – металлической дробью), накрыв конической крышкой литниковую чашу. Крышку перед заливкой металла удаляют.

Отливки получаются без швов (у форм нет разъемов), размеры отливок получаются точными, чем при литье в землю, так как здесь исключены причины потери точности от расколачивания формы моделью при ее извлечении, перекос половинок формы, подъем верхней опоки и раздутие формы под давлением жидкого металла и т.п. Точность отливок, получаемых по выплавляемым моделям, достигает ± 0,05 мм на 25 мм длины отливки, а чистота поверхности получается в пределах 4–6-го классов по ГОСТ 2789–51.

Этим способом отливают из стали, чугуна и цветных металлов изделия от нескольких граммов до 50 кг, а художественные отливки – до 100 кг и габаритом до 1,5 м.

В последнее время изготавливают оболочковые двухслойные формы из внутреннего песчано-смоляного слоя и наружной оболочки, служащей для повышения прочности формы и ускорения затвердевания. После затвердевания отливок оболочки разрушают, отливку извлекают, а смесь подают на регенерацию или в отвал.

Этим способом получают отливки с высокой точностью (до 5–го класса) и чистой поверхностью (4–6-й класс чистоты). Преимущества оболочковых форм, кроме уменьшения расхода смеси, который составляет 0,3–0,8 т на 1 т годных отливок против 5–8 т при обычном литье: Высокая прочность и газопроницаемость, хорошая податливость при усадке отливок, негигроскопичность. Благодаря высокой культуре производства, механизации и автоматизации процесса удается повысить выход годных отливок и снизить брак в 1,5–2 раза.

В оболочковые формы можно заливать все цветные литейные сплавы. Рекомендуемая масса отливок 2–15 кг.

Недостаток процесса изготовления оболочковых двухслойных форм из песчано-смоляного слоя – более высокая себестоимость литья, чем литья в обычные разовые формы. Наиболее рационально этим способом отливать отливки при массовом и крупносерийном производстве с применением высокой степени механизации и автоматизации процесса.

Для изготовления песчано-смоляных смесей применяют обычные кварцевые или тощие пески. Чем мельче песок, тем лучше поверхность отливок, но при этом повышается расход смолы. Рекомендуется использовать пески К0063Л, K010A и смеси этих песков, применяют также цирконовые пески, хромит и другие огнеупорные материалы с повышенными теплоаккумулирующими свойствами. При производстве отливок из титана, циркония и редких металлов применяют графитовые оболочковые формы.

В качестве термореактивной смолы используют порошкообразный пульвербакелит – новолачную фенолформальдегидную смолу с 5–8 % уротропина ПК 104 по ГОСТ 13507–68, а также мочевиноформальдегидные смолы (карбамиды) типа МФ–17, М, КФ40 (холодное твердение). Для уменьшения пылеобразования в процессе приготовления смесей и устранения расслаивания песка и пульвербакелита в смеси добавляют увлажнители (0,2–4 % от массы смеси) в виде эфироальдегидных фракций, ацетон, спирт, керосин и другие. В этом случае получаются «плакированные» смеси. Плакирование смеси производится в смесителях при введении компонентов в такой последовательности: песок–увлажнитель–связующее.

Применение плакированных смесей улучшает технологию изготовления оболочек и снижает примерно в 1,5–2 раза расход дорогостоящего пульверба-келита.

В качестве разделительных покрытий, наносимых на модели для хорошего съема оболочек с плит или из стержневых ящиков, употребляют кремнийорганическую жидкость № 5 – этилполиксилоксан или силиконовую жидкость, растворы силиконового каучука в уайт–спирите, церезин, эмульсин (5 % жидкости № 5, 3 % мыла, 92 % воды), графитовую суспензию в керосине и др. Покрытия наносят на горячие плиты и ящики тонким слоем опрыскиванием из пульверизатора.

Модельный комплект состоит из модели, плиты и механизма для съема оболочек. Модели и плиты изготовляют из стали и чугуна, т. е. материалов, отличающихся повышенной теплоемкостью и стойкостью против термического коробления и химической инертностью к смесям. Модели делают сплошными для лучшего теплообмена смеси и образования прочной оболочки. Толкатели изготавливают из сталей 40Х, 50Х, а пружины, которые необходимы для возвращения толкателей в исходное положение после съема оболочки, – из высоколегированных хромовых или хромоникелевых сталей. Чистота рабочих поверхностей моделей и плит должна соответствовать 7–9-му классу.

Песчано-смоляную смесь наносят на модельные плиты с помощью опрокидывающегося бункера, а также пескодувным способом. В настоящее время процесс получения оболочковых форм проводится на специальных установках, он механизирован и автоматизирован. Эти установки состоят из печи нагрева модельных плит, бункера для смеси, механизма для нанесения смеси на плиту, устройств для съема оболочек с плит и передачи модельной оснастки с одной позиции на другую. Наиболее часто применяют двух-, четырех- и шестипозиционные установки с прямолинейным или карусельным расположением позиций. Для повышения скорости образования оболочки в конструкциях бункеров часто предусматривается возможность подпрессовки смеси к модельному комплексу.

 

 

Подготовка к литью и получение отливок

 

 

Примеры получения отливок литьём в оболочковые формы

В автотракторостроении есть примеры использования литья в оболочковые формы. Заготовками коленчатых валов некоторых марок

автомобилей служат отливки из высокопрочного чугуна, получаемые в оболочковых формах. Использование литых чугунных заготовок взамен штампованных стальных имеет следующие преимущества: сокращается объем механической обработки, уменьшается вес заготовки (литой вал может иметь внутренние полости, маслопроводы); возрастает износостойкость шеек вала при его эксплуатации.

Еще одним примером может служить ребристый цилиндр из серого чугуна для тракторного двигателя с воздушным охлаждением.

Эта деталь имеет тонкие (около 3 мм) ребра и небольшие (2…4 мм) промежутки между ними. Литьем в песчаные формы такие детали получать трудно.

Рисунок 2.3 Эскиз отливки ребристого цилиндра

 

Использование литья в оболочковые формы позволяет получить качественные отливки с небольшим процентом брака. На рисунке 2.4 схематически представлена последовательность операций, используемых при изготовлении оболочковой формы для ребристого цилиндра.

1 – модель отливки; 2 – подмодельная плита; 3 – бункер; 4 формовочная смесь; 5 – оболочка; 6 – рабочая полость; 7 – стержень; 8 наполнитель

 

Рисунок 2.4 Изготовление литейной оболочковой формы для ребристого цилиндра

 

Заключение

 

Производство отливок по выплавляемым моделям находит широкое применение в разных отраслях машиностроения и в приборостроении. Использование литья в оболочковые формы для получения заготовок деталей машин взамен изготовления их из кованых заготовок или проката приводит к снижению в среднем на 34–90 % отходов металла в стружку. При этом трудоемкость обработки резанием уменьшается на 25–85 %, а себестоимость изготовления деталей – на 20–80 %. Однако следует учитывать, что экономическая эффективность существенно зависит от выбора номенклатуры отливок, изготавливаемых этим способом. Только при правильном выборе номенклатуры деталей достигается высокая экономическая эффективность данного производства.

 

 

Содержание

 

 

Введение

 

Всякое производство, в том числе и литейное, характеризуется трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции.

Различают следующие основные типы литейного производства: единичное, серийное и массовое. Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться. Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями.

Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов.

Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

Применение разовых песчаных форм связано с большим расходом формовочных материалов, тогда как с жидким металлом соприкасается небольшая часть формы. На основе достижений современной химии был разработан способ изготовления прочных тонкостенных форм оболочек из обычных песков с применением специальных крепителей. Эти крепители способны размягчаться при небольшом нагреве, а затем твердеть, образуя с песком прочную оболочку.

 

Литье в оболочковые формы

 

Краткие сведения

 

Литье в оболочковые формы – это процесс, в котором для получения отливки применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, полученные по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Перед заливкой расплава модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием, растворением или испарением. Для удаления остатков модели и упрочнения формы ее нагревают до высоких температур. Прокалкой формы перед заливкой достигается практически полное исключение ее газотворности, улучшается заполняемость формы расплавом. Модель или звено моделей изготовляют в разъемной пресс–форме, рабочая полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки с припусками на усадку модельного состава и материала отливки, а также обработку резанием. Модель изготовляют из материалов, либо имеющих невысокую температуру плавления (воск, стеарин, парафин), либо способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол). Готовые модели или звенья моделей собирают в блоки, имеющие модели элементов литниковой системы из того же материала, что и модель отливки. Блок моделей состоит из звеньев, центральная часть которых образует модели питателей и стояка. Модели чаши и нижней части стояка изготавливают отдельно и устанавливают в блок при его сборке.

Способ точного литья

 

В способе точного литья по выплавляемым моделям металл заливают в разовую тонкостенную керамическую форму, изготовленную по моделям (также разовым) из легкоплавящегося модельного состава. Этим способом получают точные, практически не требующие, механической обработки отливки из любых сплавов массой от нескольких граммов до 100 кг.

Модели изготавливается из легковыплавляемого материала ­­– парафина со стеарином и др. на модели, изготовленные с большой точностью, наносится прочная оболочка, которая обеспечивает проведение операций вытапливания моделей, прокаливания и заливки жидким металлом без применения наполнителей и опок, затрудняющих ранее производство точного литья по выплавляемым моделям. На выплавляемую модель наноситься несколько (2–5 слоев), состоящих из кварцевой муки и гидролизованного раствора этилсиликата (или их заменителей). Последний слой наносится из массы, придающей керамической оболочке необходимую прочность после вытапливания модели и прокаливания оболочки. Хорошие результаты обеспечиваются составом из: 40­­­­­­–45 % раствора жидкого стекла с удельным весом 1,32 и 60–65 % по весу кварцевой муки (маршалита, молотого кварцевого песка или плавленого кварца), просеянной через сито № 100. нанесенные слои, присыпанные песком, подвергаются воздушной сушке при температуре

20–25°C в течении не менее 4 час. Или электросушке (10 мин).

При электросушке одновременно вытапливается модель, а при воздушной сушке модель вытапливается 20–40 мин. В термостате, нагретом до 150–180°C. При вытапливании модельные комплекты помещают литниковой чашей вниз.

После вытапливания модели оболочка нагревается в прокалочной печи, нагретой до температуры 600–650°C. Затем температура повышается до 900°C со скоростью примерно 100–150°C в час. По достижении в печи 900°C, прокаливание заканчивается, оболочка удаляется из печи и подается на заливку.

Во избежании образования окалины на отливку из-за доступа воздуха через оболочку и в целях обеспечения техники безопасности оболочку перед заливкой металлом помещают в кожух из тонкого железа на поддоне и засыпают зазор сухим песком (а при необходимости быстрого охлаждения – металлической дробью), накрыв конической крышкой литниковую чашу. Крышку перед заливкой металла удаляют.

Отливки получаются без швов (у форм нет разъемов), размеры отливок получаются точными, чем при литье в землю, так как здесь исключены причины потери точности от расколачивания формы моделью при ее извлечении, перекос половинок формы, подъем верхней опоки и раздутие формы под давлением жидкого металла и т.п. Точность отливок, получаемых по выплавляемым моделям, достигает ± 0,05 мм на 25 мм длины отливки, а чистота поверхности получается в пределах 4–6-го классов по ГОСТ 2789–51.

Этим способом отливают из стали, чугуна и цветных металлов изделия от нескольких граммов до 50 кг, а художественные отливки – до 100 кг и габаритом до 1,5 м.

В последнее время изготавливают оболочковые двухслойные формы из внутреннего песчано-смоляного слоя и наружной оболочки, служащей для повышения прочности формы и ускорения затвердевания. После затвердевания отливок оболочки разрушают, отливку извлекают, а смесь подают на регенерацию или в отвал.

Этим способом получают отливки с высокой точностью (до 5–го класса) и чистой поверхностью (4–6-й класс чистоты). Преимущества оболочковых форм, кроме уменьшения расхода смеси, который составляет 0,3–0,8 т на 1 т годных отливок против 5–8 т при обычном литье: Высокая прочность и газопроницаемость, хорошая податливость при усадке отливок, негигроскопичность. Благодаря высокой культуре производства, механизации и автоматизации процесса удается повысить выход годных отливок и снизить брак в 1,5–2 раза.

В оболочковые формы можно заливать все цветные литейные сплавы. Рекомендуемая масса отливок 2–15 кг.

Недостаток процесса изготовления оболочковых двухслойных форм из песчано-смоляного слоя – более высокая себестоимость литья, чем литья в обычные разовые формы. Наиболее рационально этим способом отливать отливки при массовом и крупносерийном производстве с применением высокой степени механизации и автоматизации процесса.

Для изготовления песчано-смоляных смесей применяют обычные кварцевые или тощие пески. Чем мельче песок, тем лучше поверхность отливок, но при этом повышается расход смолы. Рекомендуется использовать пески К0063Л, K010A и смеси этих песков, применяют также цирконовые пески, хромит и другие огнеупорные материалы с повышенными теплоаккумулирующими свойствами. При производстве отливок из титана, циркония и редких металлов применяют графитовые оболочковые формы.

В качестве термореактивной смолы используют порошкообразный пульвербакелит – новолачную фенолформальдегидную смолу с 5–8 % уротропина ПК 104 по ГОСТ 13507–68, а также мочевиноформальдегидные смолы (карбамиды) типа МФ–17, М, КФ40 (холодное твердение). Для уменьшения пылеобразования в процессе приготовления смесей и устранения расслаивания песка и пульвербакелита в смеси добавляют увлажнители (0,2–4 % от массы смеси) в виде эфироальдегидных фракций, ацетон, спирт, керосин и другие. В этом случае получаются «плакированные» смеси. Плакирование смеси производится в смесителях при введении компонентов в такой последовательности: песок–увлажнитель–связующее.

Применение плакированных смесей улучшает технологию изготовления оболочек и снижает примерно в 1,5–2 раза расход дорогостоящего пульверба-келита.

В качестве разделительных покрытий, наносимых на модели для хорошего съема оболочек с плит или из стержневых ящиков, употребляют кремнийорганическую жидкость № 5 – этилполиксилоксан или силиконовую жидкость, растворы силиконового каучука в уайт–спирите, церезин, эмульсин (5 % жидкости № 5, 3 % мыла, 92 % воды), графитовую суспензию в керосине и др. Покрытия наносят на горячие плиты и ящики тонким слоем опрыскиванием из пульверизатора.

Модельный комплект состоит из модели, плиты и механизма для съема оболочек. Модели и плиты изготовляют из стали и чугуна, т. е. материалов, отличающихся повышенной теплоемкостью и стойкостью против термического коробления и химической инертностью к смесям. Модели делают сплошными для лучшего теплообмена смеси и образования прочной оболочки. Толкатели изготавливают из сталей 40Х, 50Х, а пружины, которые необходимы для возвращения толкателей в исходное положение после съема оболочки, – из высоколегированных хромовых или хромоникелевых сталей. Чистота рабочих поверхностей моделей и плит должна соответствовать 7–9-му классу.

Песчано-смоляную смесь наносят на модельные плиты с помощью опрокидывающегося бункера, а также пескодувным способом. В настоящее время процесс получения оболочковых форм проводится на специальных установках, он механизирован и автоматизирован. Эти установки состоят из печи нагрева модельных плит, бункера для смеси, механизма для нанесения смеси на плиту, устройств для съема оболочек с плит и передачи модельной оснастки с одной позиции на другую. Наиболее часто применяют двух-, четырех- и шестипозиционные установки с прямолинейным или карусельным расположением позиций. Для повышения скорости образования оболочки в конструкциях бункеров часто предусматривается возможность подпрессовки смеси к модельному комплексу.

 

 

Подготовка к литью и получение отливок

 

 

Изготовление стержней и оболочек

Принципиальная схема изготовления оболочковых форм: Металлическую плиту с моделью нагревают до 200–250°С и крепят к горловине бункера с песчано-смоляной смесью. Бункер поворачивают на 180°, и смесь ссыпается на плиту. Под действием тепла смола на небольшом слое смеси, прилегающем к нагретой модели, плавится в течение 15–20 с и образует полутвердую оболочку толщиной 4–15 мм (толщина зависит от времени выдержки), хорошо облегающую модель. Чтобы смесь сильно не прилипала к модели и плите, на них предварительно наносят тонкий слой разделительного состава. Затем бункер поворотом возвращается в исходное положение, и излишек смеси ссыпается с модели. Плиту вместе с оболочкой снимают с бункера и помещают в печь, где при температуре 250–320°C происходит твердение оболочек в течение 2–3 мин в результате химических и физических превращений, происходящих в термореактивной смоле. Затем плиту вынимают из печи, готовые оболочки с помощью толкателей, встроенных в подмодельную плиту, отделяют от модели. Полуформы собирают по разъему с помощью фиксаторов, получаемых с помощью моделей на оболочке, и скрепляют – склеивают или зажимают специальными зажимами. Если необходимо, то в форму перед спариванием устанавливают стержни, которые обычно изготавливают тем же методом из песчано-смоляных смесей. Собранную форму устанавливают в опоку с укрепляющей засыпкой в виде песка или металлической дроби и подают на заливку. Формы заливают неподогретыми. Заливку небольших оболочковых форм можно вести без предварительной засыпки.

Для получения оболочковых форм полученный блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью – суспензией, состоящей из пылевидного огнеупорного материала, например, пылевидного кварца или электрокорунда и связующего. В результате на поверхности модели образуется слой суспензии толщиной менее 1 мм. Для упрочнения этого слоя и увеличения его толщины на него наносят слои огнеупорного зернистого материала (мелкий кварцевый песок, электрокорунд, зернистый шамот). Операции нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины (3–10 слоев). При этом каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака, что зависит от связующего. После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжигание или испарением.

С целью упрочнения формы перед заливкой ее помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным материалом (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых форм).

Для удаления остатков моделей из формы и упрочнения связующего контейнер с оболочковой формой помещают в печь для прокаливания. Прокалку формы ведут при температуре 900–1100°С, далее прокаленную форму извлекают из печи и заливают расплавом. После затвердевания и охлаждения отливки до заданной температуры форму выбивают, отливки очищают от остатков керамики и отрезают от них литники. Во многих случаях оболочки прокаливают в печи до засыпки огнеупорным материалом, а затем для упрочнения их засыпают предварительно нагретым огнеупорным материалом. Это позволяет уменьшить продолжительность прокаливания формы перед заливкой и сократить энергозатраты. Так, например, организован технологический процесс на автоматических линиях для массового производства отливок.

Большое распространение в литейном производстве получил метод изготовления стержней из песчано-смоляных смесей в горячих ящиках. При этом полости стержневых ящиков наиболее выгодно заполнять пескодувным или пескострельным способом, хотя применяют и насыпной метод наполнения.

Ящики нагреваются встроенными в них снаружи электронагревателями, реже с помощью газовых горелок или в печи. В первом случае используют трубчатые или спиральные электронагреватели, позволяющие подогревать стержневые ящики до 180–220°С.

Стержневые ящики делают из строго чугуна с толщиной стенок 10–20 мм. В зависимости от геометрии стержня и типа применяемых машин используют ящики с вертикальным или горизонтальным разъемом.

Технология и последовательность изготовления оболочковых стержней сходна с процессом получения оболочковых полуформ. Оболочковые стержни имеют высокую размерную точность, отличаются высокой газопроницаемостью, способствуют получению чистой поверхности отливок, особенно при литье пленообразующих сплавов, например алюминивых бронз.

Сборка оболочковых полуформ для заливки состоит из следующих операций установки стержней; совмещения полуформ с помощью системы выступов и впадин, предусмотренных на оболочках и получаемых благодаря различным фиксирующим конструктивным дополнениям на подмодельных плитах, скрепления полуформ посредством склеивания по плоскостям разъема либо с помощью зажимов.

Для склеивания используют специальный клей и пульвербакелит. Для плотного прижатия и склеивания полуформ применяют пневматические штыревые прессы. Пульвербакелит насыпают на плоскую поверхность разъема полуформы, нагретой до 100°С, накрывают второй полуформой и прижимают штифтами. Пульвербакелит в течение 30–50 с оплавляется и склеивает полуформы.

Заливку оболочковых форм производят в горизонтальном или вертикальном положении, с наружной засыпкой или без нее в зависимости от металлоемкости формы и принятой технологии. Небольшие оболочковые формы заливают без засыпки, более крупные помещают в металлические контейнеры, а пространство между оболочками и стенками контейнера заполняют сыпучими материалами: песком, мелким гравием, металлической дробью. Такая засыпка придает дополнительную стойкость оболочкам против статических и динамических нагрузок, создаваемых массой металла и силовым действием его струи, а также повышает скорость охлаждения металла в форме. Заполнение и уплотнение сыпучих материалов производятся с помощью засыпных устройств – бункеров и вибростендов. Так как засыпка повышает трудоемкость процесса, стремятся изыскивать способы заливки оболочковых форм без засыпки: увеличивают толщину стенки оболочек, применяют стопочный метод заливки, песчано-масляные оболочки создают в металлических формах и др.

Заливка оболочковых форм производится обычным способом – из ковшей. В условиях массового производства заливку ведут на горизонтально или вертикально замкнутых конвейерах. На многих заводах действуют механизированные линии и отделения оболочкового литья производительностью до 2,5–5,0 тыс. т годных отливок в год.

После охлаждения формы разрушают, выбитые отливки очищают, а отработанную смесь и засыпку регенерируют, освежают и снова подают в производство.

Метод получил свое название благодаря конструкции литейной формы, которая выполняется без применения опок, имеет небольшую толщину и представляет собой керамическую оболочку. Исходными материалами для изготовления оболочки являются: мелкозернистый кварцевый песок − до 97 %; термореактивная смола − 3–6 %; пластификаторы − до 0,5 %.

В исходном состоянии − это сыпучая смесь. Термореактивная смола (чаще пульвербакелит) при нагреве до температуры 160–2200°С переходит в пластично-вязкое состояние, связывая при этом песчинки. При дальнейшем повышении температуры (свыше 2500°С) она необратимо затвердевает, что обеспечивает высокую прочность будущей оболочки во время заливки формы металлом.

Технология изготовления оболочковой формы включает в себя ряд этапов (рисунок 2.1).

 

Рисунок 2.1 ­ Технология изготовления оболочковой формы

 

Последовательность операций изготовления оболочковой формы. В бункер, который может поворачиваться вокруг горизонтальной оси, загружается формовочная смесь. Бункер закрывается модельной плитой, на которой воедино смонтированы половины модели отливки и литниковой чаши (рисунок 2.2 а).

Материалом моделей служат металлические сплавы (чугун, бронза, сталь). Перед установкой модельную плиту с моделью нагревают до 200–2200°С. При повороте бункера на 180° модель покрывается сухой смесью (рисунок 2.2 б). Под действием тепла моделей и модельной плиты слой смеси, прилегающий к ним, оплавляется. Толщина оплавленного слоя зависит от времени контакта смеси с моделью, а также от температуры предварительного нагрева модельной плиты и модели и составляет 5–25 мм. Время контакта колеблется от 10 до 40 с.

Следующий этап − поворот бункера на 180° (рисунок 2.2 в). При этом излишки сухой смеси осыпаются на дно бункера. Сформировавшаяся пластичная оболочка вместе с модельной плитой снимается с бункера и подается в печь с температурой 300–4000°С, где она необратимо затвердевает в течение 60–90 с.

Затвердевшая оболочка с помощью толкателей отделяется от модели. Аналогично изготавливают вторую полуформу. Готовые оболочковые полуформы склеиваются по плоскости разъема или скрепляются скобами.

При необходимости предварительно в форму устанавливается стержень, тоже оболочковый. Собранная форма устанавливается в контейнер, который заполняется либо кварцевым песком, либо металлической дробью (рисунок 2.2 г).

 

 

а) б)

 

 

в) г)

1 модельная плита; 2 половина модели; 3 бункер; 4 формовочная смесь

 

Рисунок 2.2 – Последовательность операций формовки при литье в оболочковые формы (принципиальная схема)

 

Примеры получения отливок литьём в оболочковые формы

В автотракторостроении есть примеры использования литья в оболочковые формы. Заготовками коленчатых валов некоторых марок

автомобилей служат отливки из высокопрочного чугуна, получаемые в оболочковых формах. Использование литых чугунных заготовок взамен штампованных стальных имеет следующие преимущества: сокращается объем механической обработки, уменьшается вес заготовки (литой вал может иметь внутренние полости, маслопроводы); возрастает износостойкость шеек вала при его эксплуатации.

Еще одним примером может служить ребристый цилиндр из серого чугуна для тракторного двигателя с воздушным охлаждением.

Эта деталь имеет тонкие (около 3 мм) ребра и небольшие (2…4 мм) промежутки между ними. Литьем в песчаные формы такие детали получать трудно.

Рисунок 2.3 Эскиз отливки ребристого цилиндра

 

Использование литья в оболочковые формы позволяет получить качественные отливки с небольшим процентом брака. На рисунке 2.4 схематически представлена последовательность операций, используемых при изготовлении оболочковой формы для ребристого цилиндра.

1 – модель отливки; 2 – подмодельная плита; 3 – бункер; 4 формовочная смесь; 5 – оболочка; 6 – рабочая полость; 7 – стержень; 8 наполнитель

 

Рисунок 2.4 Изготовление литейной оболочковой формы для ребристого цилиндра