Технология литейного производства

В последнее время стали  применять установки с сушкой песка горячим воздухом. Песок  из бункера загружают в трубу, в которую снизу подается воздух, нагретый до 200—250° С. Сырой песок  увлекается вверх со скоростью 15—17 м/с и быстро высыхает. Производительность установки может доходить до 15 т/ч сухого песка.

Сухую глину размалывают  и просеивают до порошкообразного состояния. Глину размалывают в бегунах  или же в шаровых мельницах. Тонкое размельчение глины и каменного  угля достигается в шаровых мельницах. Шаровая мельница представляет собой  металлический барабан, футерованный стальными плитками с зазорами между  ними. Глину или каменный уголь  загружают в барабан через  воронку. При вращении барабана стальные шары, находящиеся внутри него, размалывают  глину или уголь. Размолотый материал проваливается через зазоры между  плитками и просеивается через сито. Готовый материал высыпают из барабана. Производительность шаровых мельниц 100—8000 кг/ч.

Вместо сухой глины  часто применяют глинистую и  глиноугольную эмульсию (раствор глины или глины и угольного порошка в воде) . При использовании эмульсии глину и бентонит можно не сушить и не молоть, в связи с чем отпадает ряд операций по подготовке и транспортировке этих материалов. Глинистая эмульсия должна иметь плотность 1,09—1,15 г/см ³ , ее приготовляют следующим образом: в бак-мешалку с водой загружают глину и перемешивают в течение определенного времени до достижения эмульсией заданной плотности. Готовую эмульсию выпускают через вентиль бака-мешалки.

Глиноугольную эмульсию приготовляют в баке-концентраторе, в который подают определенное количество глинистой и глиноугольной эмульсии. После наполнения бака-концентратора эмульсию перемешивают до нужной плотности (1,1-1,5 г/см ³ ) и затем специальными насосами-дозаторами автоматически подают в бегуны или смесители.

Обработка отработанной формовочной смеси 

Отработанная формовочная  смесь, выбитая из опок, перед повторным  использованием должна быть предварительно переработана. В немеханизированных литейных цехах ее просеивают на обычном  сите или на передвижной смесеприготовительной  установке, где происходит отделение  металлических частиц и других посторонних  примесей. В механизированных цехах  отработанная смесь подается из-под  выбивной решетки ленточным транспортером  в смесеприготовительное отделение. Крупные комки смеси, образующиеся после выбивки форм, обычно разминают  гладкими или рифлеными вальцами. Металлические частицы отделяют магнитными сепараторами, установленными на участках передачи отработанной смеси  с одного транспортера на другой.

Регенерация (восстановление) заключается в извлечении песка  из отработанных смесей и приведении его свойств в соответствие с  установленными техническими требованиями на формовочные пески. В зависимости  от условий работы цеха регенерацию  отработанной смеси производят различными способами: мокрым, электрокоронным и специальным для смесей, приготовленных на жидком стекле.

Мокрый способ регенерации  применяют главным образом в  цехах, имеющих гидравлические или  пескогидравлические установки для очистки отливок. При мокром способе зерна песка с помощью воды отмываются от глины и мелкой пыли, которые потоком воды уносятся в отстойники и далее в отход. Промытый и обеспыленный песок оседает на дно сборника, откуда грейфером подается в сушильную печь, а затем просеивается и используется для приготовления формовочных смесей.

При электрокоронной регенерации отработанная смесь разделяется на частицы разных размеров с помощью высокого напряжения. Песчинки, помещенные в поле электрокоронного разряда, заряжаются отрицательными зарядами. Если электрические силы, действующие на песчинку и притягивающие ее к осадительному электроду, больше силы тяжести, то песчинки оседают на поверхности электрода. Изменяя напряжение на электродах, можно разделять песок, проходящий между ними, по фракциям.

Регенерация формовочных  смесей с жидким стеклом осуществляется специальным способом, так как  при многократном использовании  смеси в ней накапливается  более 1—1,3% щелочи, что увеличивает  пригар, особенно на чугунных отливках. Во вращающийся барабан установки  для регенерации подают одновременно смесь и гальку, которые, пересыпаясь  с лопастей на стенки барабана, механически  разрушают пленку жидкого стекла на зернах песка. Через регулируемые жалюзи в барабан поступает воздух, отсасываемый вместе с пылью в  мокрый пылеуловитель. Затем песок  вместе с галькой подают в барабанное сито для отсеивания гальки и крупных  зерен с пленками. Годный песок  из сита транспортируют на склад.

Приготовление формовочных  и стержневых смесей

Очень важными операциями являются увлажнение и перемешивание  смеси. Тщательное перемешивание смеси  необходимо для равномерного распределения  ее составляющих. При перемешивании  глина и связующее обволакивают зерна песка, комья отдельных  составляющих разрушаются и равномерно распределяется влага. Хорошо перемешанная смесь обладает максимальной прочностью и газопроницаемостью. Для перемешивания смеси применяют лопастные смесители или бегуны.

Лопастной смеситель - это  машина непрерывного действия, он может  быть встроен в автоматизированную смесеприготовительную систему. Смеситель часто применяют для приготовления смесей с низким содержанием глины (наполнительных смесей, сыпучих и т.д.) или смесей с жидкими связующими. Смеси с высоким содержанием глины в лопастном смесителе плохо перемешиваются и поэтому обладают низкими технологическими свойствами. Такие смеси обычно приготовляют в катковых смесителях-бегунах.

Порядок загрузки составляющих смеси. Сначала загружают сухие  материалы: песок, глину и отработанную формовочную смесь. Сухую смесь  перемешивают примерно 1-3 минуты и затем  увлажняют. В случае применения глинистой  эмульсии (раствора глины в воде или же глиноугольной эмульсии) влажность регулируют добавлением раствора эмульсии и воды. После увлажнения смесь еще раз перемешивается в течение нескольких минут. Связующие обычно загружают последними. Продолжительность перемешивания составляет для смеси: наполнительной 2-3 мин, 3-5 минут и облицовочной 5—10 мин.

Для быстросохнущих облицовочных смесей особое значение порядок загрузки и продолжительность перемешивания  смесей. Обычно быстросохнущие смеси  приготовляют в смешивающих бегунах. При приготовлении этих смесей сначала  в бегуны загружают сухие материалы (отработанную смесь, песок, добавки  и пр.) и перемешивают в течение 5 минут, затем вводят связующее и  воду, все перемешивают еще 7—10 мин. Готовая смесь должна вылежаться перед употреблением в течение  нескольких часов для равномерного распределения в ней влаги.

При приготовлении быстросохнущих смесей с жидким стеклом сначала  загружают песок, глину и перемешивают 2-3 мин, потом добавляют едкий  натр и смесь еще раз перемешивают 3-4 минуты, затем вводят жидкое стекло и опять перемешивают 10—12 минут. После этого добавляют мазут и снова перемешивают в течение 4-5 минут.

3. Изготовление  форм 

3.1. Общие сведения 

Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Он осуществляется в формовочных отделениях литейного  цеха. Стержни изготовляют в стержневом отделении и подают на сборке формы  в формовочное отделение. Изготовление форм, стержней и сборка формы - наиболее ответственные этапы производства отливок. Более 80% отливок получают в разовых литейных формах, так  как стоимость их изготовления достаточно низкая, вместе с тем в них можно  получить практически любую по конфигурации, сложности и массе отливку  из наиболее распространенных черных и цветных сплавов.

Применяют следующие способы  формовки: 1) в почве и кессонах; 2) в опоках; 3) безопочную; 4) по шаблону; 5) по скелетным моделям и контрольным сечениям; 6) в стержнях; 7) с применением быстротвердеющих смесей.

В зависимости от степени  механизации процесса изготовления форм различают три вида формовки: ручную, машинную и автоматическую. На машиностроительных заводах ручную формовку применяют для получения  одной отливки или нескольких, например в условиях опытно-экспериментального производства, при изготовлении уникальных отливок, а также для ремонта. Машинную формовку применяют в условиях серийного и массового производства отливок или для автоматизации процесса изготовления форм какой-либо одной отливки (специализированные автоматы) .

3.2. Инструмент  для ручной формовки 

При изготовлении и отделке  литейных форм применяют разнообразный  инструмент. В зависимости от назначения его можно разделить на две  группы.

Первая группа - это инструменты, применяемые для наполнения опоки  смесью, уплотнения смеси и вентиляции формы (лопаты, сита, трамбовки, ручные и пневматические трамбовки, вентиляционные иглы и т.д.) , а также для проверки положения модели в горизонтальной плоскости (уровень или ватерпас) .

Вторая группа - это инструменты, предназначенные для извлечения модели из формы и отделки формы (кисти пеньковые и щетки, подъемы  резьбовые и винтовые, крюки, молотки, тяжелые и легкие гладилки, крючки с лезвием разных размеров, ланцеты, ложечки, полозки разных профилей) .

3.3. Опоки 

Формы в литейном производстве изготовляют в основном в опоках. Опоками называют жесткие рамки (прямоугольные, квадратные, круглые, фасонные) из чугуна, стали, алюминиевых сплавов, предохраняющие песчаную форму от разрушения во время ее сборки, транспортировки  и заливки. Опоки изготовляют  из чугуна марок СЧ 15-32, СЧ 18-36 и стали  марок 20Л, 25Л и 30Л. Наиболее совершенными считают литые и сварные стальные опоки, так как они прочнее чугунных.

Обычно форму изготовляют  в двух опоках - верхней и нижней. Поверхности опок, которые обращены друг к другу при сборке (плоскости разъема) , строгают, а иногда шлифуют для того, чтобы обеспечить плотность прилегания полуформ.

Для транспортировки и  перевертывания опок в процессе формовки (на малых опоках) предусмотрены  ручки, на больших (крановых) - цапфы. В стенках опоки делают вентиляционные отверстия для выхода газов, образующихся при заливке формы. Формовочная смесь в опоках больших размеров удерживается ребрами-крестовинами (шпонами) .

3.4. Формовка в  опоках 

В литейном производстве широко распространена формовка в опоках главным  образом по разъемным моделям, причем формовку чаще всего осуществляют в  двух и реже в трех и более опоках. При формовке в опоках отливки  получаются более точные, чем при  формовке в почве, так как опоки  центрируются при помощи штырей.

Формовка в опоках является более производительной, чем формовка в почве. Применяют несколько  способов формовки: 1) в двух опоках; 2) с подрезкой; 3) с фальшивой опокой; 4) с перекидным болваном; 5) в нескольких опоках; 6) по модели с отъемными частями.

Формовка в  двух опоках по разъемной модели

Процесс изготовления формы  начинают с установки модели или  ее половины на модельную плиту. Затем  на плиту устанавливают пустую нижнюю опоку и поверхность модели смачивают смесью керосина с мазутом или припыливают мелким песком. После этого через ручное сито просеивают облицовочную смесь. Толщина слоя облицовочной смеси для мелких отливок 15-30 мм, а для крупных 30-40 мм. При формовке крупных отливок с высокими отвесными стенками облицовочную смесь просеивают через сито только для покрытия горизонтальной плоскости модели. Обкладку отвесных стенок производят той же облицовочной смесью. В опоку засыпают наполнительную смесь и ее уплотняют. Для достижения равномерной плотности формы наполнительную смесь засыпают в опоку слоями (57-75 мм) и уплотняют ручной или пневматической трамбовкой. При уплотнении нельзя ударять трамбовкой по модели, так как формовочная смесь в местах удара будет сильно уплотнена и в отливках могут образоваться газовые раковины. Особенно тщательно следует уплотнять смесь в углах и у стенок опоки.

Излишек формовочной смеси  после уплотнения сгребают линейкой вровень с кромками опоки и  душником прокалывают вентиляционные каналы так, чтобы душник не доходил  до модели на 10-15 мм. Затем опоку вместе с модельной плитой поворачивают на 180 ⁰ и устанавливают вторую половину модели.

Чтобы устранить прилипание формовочной смеси верхней полуформы к нижней, плоскость разъема нижней полуформы присыпают сухим разделительным песком. Этот песок сдувают с поверхности модели сжатым воздухом. Верхнюю опоку ставят на нижнюю и через сито насыпают на модель слой облицовочной смеси, устанавливают модель стояка и насыпают наполнительную смесь. После этого уплотняют смесь. Излишки смеси сгребают и делают наколы душником.

Форму раскрывают и смачивают  ее поверхность вблизи модели водой. Для предупреждения ухода жидкого металла из формы при заливке по сырому на плоскости разъема формы делают риски (подрезки) вокруг модели на расстоянии 50-70 мм от нее. При заливке металла в сухие формы и особенно при неудовлетворительном состоянии опок в большинстве случаев на плоскость разъема формы кладут тонкий слой глины, который при спаривании полуформ полностью исключает провыв металла их формы. Модели не следует располагать близко к раю опоки; расстояние от модели до стенки опоки должно быль не менее 25-50 мм в зависимости от массы отливки и габаритных размеров опоки.

В модель ввертывают или  забивают подъем. Затем ее слегка расталкивают ударами молотка по подъему и  извлекают их формы. Так же извлекают  модели элементов литниковой системы, стояка, выпора, питателя. Небольшие модели вынимают из формы вручную, а крупные - краном.

Извлечение модели из формы  является ответственной операцией, и производить ее нужно очень  осторожно, чтобы не разрушить форму. Сильно расталкивать модель не рекомендуется, так как при этом отливки получаются с увеличенными размерами и массой.

После извлечения модели поверхность  формы отделывают. Поврежденные места  формы исправляют гладилками, ложечками, ланцетами и т.д. Некоторые части  формы укрепляют шпильками. Отделанную форму, изготовленную по-сырому, перед сборкой присыпают порошкообразным графитом или древесно-угольным порошком. При формовке по-сухому поверхность формы не припыливают, а окрашивают. Формы обычно окрашивают после сушки, когда форма еще не остыла. Иногда формы красят 2 раза: до и после сушки. Затем устанавливают стержень и собирают форму.

Формовка в  двух опоках по неразъемной модели

Небольшую крышку получают по деревянной неразъемной модели. Сначала формуют нижнюю опоку. На деревянную плиту устанавливают  модель и нижнюю опоку, а затем  насыпают формовочную смесь и  уплотняют ее. Опоку с плитой переворачивают на 180 ⁰ , устанавливают верхнюю опоку и модели литниковой системы, и также насыпают в верхнюю опоку формовочную смесь и уплотняют. После этого поднимают верхнюю полуформу, переворачивают ее на 180 ⁰ и извлекают модели их формы. Затем форму отделывают, собирают и заливают металлом.