Технология литейного производства

В серийном производстве во многих случаях успешно применяют  модели из пластмасс, например эпоксидных смол, а также из гипса и цемента.

Металлические и пластмассовые  модели в течение длительного  срока службы сохраняют точность размеров, способствуют получению четкой конфигурации отливки, прочны и долговечны. Однако стоимость изготовления металлических  и пластмассовых моделей в 3-5 раз  превышает стоимость изготовления деревянных, поэтому их применение должно быть обосновано экономическим  расчетом. Правильный, экономически обоснованный выбор материала доя модельного комплекта позволяет существенно снизить себестоимость отливок.

1.2. Оборудование  и инструмент 

Оборудование. Для обработки дерева применяют циркулярные и ленточные пилы, станки: фуговальные, рейсмусовые, фрезерные, шлифовальные, шипорезные.

Циркулярный круглопильный  станок используют для продольной и  поперечной распиловки досок и брусков.

Ленточный станок применяют  для прямолинейной и криволинейной  распиловки досок. Пиломатериалы подают вручную под режущую кромку движущегося  вертикально замкнутого ленточного полотна. Для безопасной работы ленточное  полотно вместе со шкивами ограждают  кожухом из металлической сетки.

Фуговальный станок применяют  для обработки плоскостей брусков  и досок. На плите стола станка находится вал с пластинчатыми  ножами, который вращается от электродвигателя. Перемещением плиты стола с помощью  винтов устанавливают определенную толщину d срезаемой стружки. Доски на фуговальный станок подают вручную, с прижимом доски к плите.

Рейсмусовый строгальный  станок применяют для строгания  поверхности доски и для выравнивания ее толщины. Обычно на рейсмусовых станках  строгают доски, одна их поверхностей которых обработана на фуговальном  станке строгают доски, одна из поверхностей которых обработана на фуговальном  станке. Рейсмусовый строгальный  станок имеет стол, перемещающийся по вертикали для установки заданной толщины обстругиваемой доски, вал  с ножами, вращающийся от электродвигателя. Доска к ножевому валу подается специальными валиками и роликами.

На фрезерных станках  обрабатывают криволинейные поверхности  деревянных заготовок, особенно для  стержневых ящиков, которые имеют  большое число криволинейных  поверхностей. Фрезерные станки бывают нескольких типов: вертикальные, горизонтальные и копировальные.

Шлифовальный станок применяют  для шлифования лентой или шкуркой  деревянных заготовок моделей и  стержневых ящиков. Шлифовальные станки бывают различных конструкций: ленточные, дисковые и комбинированные.

Токарный станок применяют  для обработки заготовок моделей  и стержневых ящиков, имеющих форму  тел вращения. Заготовку укрепляют  в центрах станка на планшайбе  или в специальном патроне. Заготовки  диаметром 150-300 мм с расположением  волокон древесины перпендикулярно  оси вращения закрепляют на планшайбе  шурупами. Заготовки моделей шкивов, маховиков и других моделей диаметром 3000 мм и более обрабатывают на токарно-лобовых  станках.

Для строгания, фрезерования, сверления, шлифования, завинчивания шурупов  и т.д. применяют электрифицированный  инструмент, значительно облегчающий  труд модельщика. Наиболее распространены следующие инструменты: дисковая электропила  модели И-78 с редуктором для обрезки  заготовок, пропиливания пазов и  других работ, ленточная электропила, электрорубанок, электрофрез, электроразвертка, а также инструмент для электрошлифования поверхностей модели.

Мерительный инструмент. При изготовлении моделей и стержневых ящиков пользуются мерительным инструментом: усадочным метром, угольником, малкой, рейсмусом, циркулем, кронциркулем, нутромером и штангенциркулем.

Усадочным метром измеряют размеры заготовок моделей и  стержневых ящиков. Усадочные метры (линейки) изготовляют длиной больше обыкновенного простого метра на величину усадки сплава отливки.

Угольником проверяют  прямые углы и размечают перпендикулярные линии на брусках и досках, он состоит из колодки и вставленной  в нее под прямым углом тонкой линейки. При пользовании угольником колодку прикладывают к плоскости  заготовки, принятой за базу.

Малка, металлическая или  деревянная, служит для проверки различных  углов и для разметки, состоит  из колодки и линейки (пера) , соединенной с колодкой шарнирным винтом.

Рейсмус необходим для  проведения параллельных линий на брусках  и досках. В колодку рейсмуса вставлены  два деревянных или металлических  бруска, имеющие на концах металлические  шпильки. При работе колодку прижимают  к базовой плоскости доски, а  каждый брусочек закрепляют на определенном расстоянии то плоскости колодки  до металлической шпильки. При перемещении колодки металлическая шпилька наносит на поверхность доски риску.

Кронциркулем измеряют наружные размеры тел вращения, а также  толщину изделий, нутромером - диаметры отверстий, углубления и расстояния между отдельными частями модели.

Штангенциркулем размечают  окружности больших размеров.

Режущий и строгальный  инструмент. При изготовлении моделей и стержневых ящиков используют строгальный и режущий инструмент: стамески, шерхебели, рубанки, фуганки, цинубели, сверла и приспособления для свертывания.

Плоскими стамесками обрабатывают плоские и выпуклые поверхности. Полукруглыми стамесками вырезают внутренние кривые поверхности. Клюкарзами обрабатывают поверхности, которые невозможно обработать обыкновенными стамесками. С помощью долота получают углубления в моделях и стержневых ящиках.

Шерхебель используют для  грубой обработки древесины. В прорезь  колодки шерхебеля вставляют  под углом 45 ⁰ пластину с лезвием полукруглой формы, закрепленную клином.

Для получения более чистой поверхности применяют одинарные  или двойные рубанки.

Рубанками с двойными резцами  обрабатывают торцовые и долевые  поверхности заготовок.

Плоскости длиной более 300 мм, когда нужно получить плоскую  поверхность изделия, строгают фуганком. Устройство фуганка аналогично устройству рубанка.

2. Формовочные  материалы и смеси 

2.1. Общие сведения 

Формовочными  материалами называются материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней. Формовочные материалы разделяют на исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы.

Исходные формовочные  материалы делятся на две группы: 1) основные — огнеупорная основа смеси (кварцевый песок и т.д.) , связующие материалы (глина, различные смолы, другие связующие вещества) ; 2) вспомогательные, например различные добавки (уголь, древесная мука, торф и т.д.) , придающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства.

Формовочные и стержневые смеси приготовляют из исходных формовочных  материалов и из отработанных смесей (смеси, бывшие в употреблении) . Состав смесей зависит от назначения, способа формовки, рода заливаемого в форму металла.

Вспомогательные формовочные  составы - это материалы (краски, клеи, замазки) , необходимые для отделки и исправления форм и стержней.

2.2. Свойства  формовочных смесей 

Для получения качественных форм, стержней и годных отливок  формовочные и стержневые смеси  должны обладать технологическими свойствами, отвечающими определенным требованиям.

Для хорошего уплотнения формовочной  смеси в опоке большое значение имеет пластичность смеси - способность деформироваться под действием приложенных внешних усилий или собственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность формовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность.

Литейная форма должна обладать достаточной прочностью , чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать определенной прочностью - способностью сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.

Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку, качество и длительность перемешивания смеси в смесителях. С сыпучестью связана комкуемость - способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь должна иметь хорошую сыпучесть - минимальную комкуемость.

Большое значение имеет поверхностная  прочность - сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемостью.

В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагреваются  металлом до высоких температур, равных практически температуре металла, поэтому формовочные материалы  должны обладать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным  материалам.

Огнеупорность - способность смеси сопротивляться размягчению или расплавлению под действием высокой температуры жидкого металла - зависит от огнеупорности составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых смесей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь.

В процессе заливки формы  металлом органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки) , сгорают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое количество паров. Способность смеси выделять газы при заливке называется газотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому она должна иметь достаточную газопроницаемость.

Газопроницаемость - свойство смеси пропускать через себя газы – зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газопроницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, угля, степени уплотнения и т.п. Чем больше пыли в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром газообразовании и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа превышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины.

В процессе затвердевания  и охлаждения размеры отливки  уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препятствует усадке, в результате в отливке могут  возникать напряжения и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь  должно обладать податливостью - способностью сокращаться в объеме и перемещаться под действием усадки отливки.

Высокая прочность и газопроницаемость  формовочной смеси обеспечиваются однородностью – равномерным  распределением в формовочной смеси  составляющих компонентов в результат  тщательного перемешивания.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилипаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее.

Гигроскопичность —способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха - зависит от свойств связующей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым раковинам.

Долговечность - способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.

Выбиваемость — способность стержневой смеси легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки - зависит от количества песка, глины и вида связующего в стержневых смесях.

2.3. Приготовление  формовочных и стержневых смесей 

Формовочные и стержневые смеси приготовляют из свежих песчано-глинистых  формовочных материалов, добавок  и отработанной смеси. В зависимости  от массы отливок расход формовочных  смесей колеблется от 500 до 1300 кг, а свежих материалов от 500 до 1000 кг на 100 кг годных отливок.

Технологический процесс приготовления формовочных  смесей складывается из следующих основных операций: 1) предварительной обработки свежих формовочных материалов и добавок; предварительной обработки отработанной формовочной смеси; 3) приготовления смеси из предварительно подготовленных свежих и отработанных формовочных смесей, добавок и связующих.

Предварительная обработка свежих формовочных материалов включает операции сушки песка, тонкого измельчения каменного угля, просеивания песка и угля. Отработанная смесь перед повторным использованием охлаждается, разрыхляется, подвергается магнитной сепарации и просеивается.

Сушка песка и глины  производится в различных печах(трубчатых, вертикальных и горизонтальных) и на плитах. Наиболее распространены вертикальные и горизонтальные сушильные печи. Вертикальные печи применяют для сушки кварцевых и малоглинистых песков. Для жирных же песков и глин их не применяют вследствие налипания материалов на диски и плужки. Широкое применение находят установки для сушки песка в кипящем слое. В механизированных цехах песок и глину сушат в барабанах с водяным охлаждением песка после сушки. Свежий песок сушат при 250° С. Производительность таких сушил от 5 до 20 т/ч и выше.