Технология литейного производства

3.5. Машинная формовка 

Машинную формовку применяют  главным образом в серийном и  массовом производстве и значительно  реже в мелкосерийном и единичном  производстве. Машинную формовку осуществляют, как правило, в двух опоках, исключение составляет формовка в стопку и безопочная формовка.

Форма обычно состоит из двух полуформ - верхней и нижней. При изготовлении форм на машинах необходимо иметь модели, модельные плиты, спаренные стальные опоки, штыри. В массовом и крупносерийном производстве применяют металлические модели, в серийном производстве - деревянные модели, укрепленные на координатных плитах. Во всех случаях формовку на машинах осуществляют по моделям, смонтированным на металлических плитах, что повышает точность отливок, а механизация основных операций (уплотнения формы и извлечения модели) полностью освобождает формовщиков от трудоемких ручных операций.

Машинная формовка по сравнению  с ручной имеет ряд преимуществ: высокая производительность, точность отливок и, как следствие, меньшие  припуски на механическую обработку, равномерность  уплотнения формы, возможность выполнения работы формовщиками более низкой квалификации.

Точность размеров отливок  при машинной формовке обеспечивается применением более точных (с меньшими уклонами) моделей, заменой операции расталкивания моделей вибрацией  при их извлечении из формы, хорошим  центрированием опок.

Для машинной формовки используют три типа модельных плит: односторонние - на одной плите смонтирована нижняя часть модели, а на другой - верхняя  часть модели; 2) двусторонние - на одной  стороне плиты смонтирована модель верха, а на другой - низа (формовка на одной машине) ; реверсивные - нижнюю и верхнюю опоки формуют на одной плите, а при сборке верхнюю опоку поворачивают на 180 ⁰ .

Постоянное крепление  моделей к плитам используют в  массовом и крупносерийном производстве. Сборные модельные плиты, состоящие  из вкладышей с моделями, применяют  в мелкосерийном производстве; координатные модельные плиты - в единичном  и мелкосерийном производстве. Координатные плиты имеют отверстия для  установки модели и определения  правильности ее положения. Отверстие  на плите обозначают шифром, состоящим  их буквы и цифры. С помощью  этого шифра устанавливают модели на плите.

Технологический процесс  изготовления литейных форм на машинах  складывается из ряда операций.

Основные операции - уплотнение формовочной смеси в опоке и извлечение модели из формы определяют качество будущей отливки: наличие в ней засоров, газовых раковин, трещин; правильность геометрии; чистоту поверхности.

Вспомогательные и транспортные операции - установка пустой опоки на машину, опрыскивание и обдувка модельной плиты, засыпка формовочной смеси в опоку, транспортировка готовых форм - выполняются специальными вспомогательными и транспортными механизмами машины.

В зависимости от степени  механизации вспомогательных и  транспортных операций различают: 1) механизированную формовку, когда рабочий вручную  управляет работой механизмов, выполняющих  основные, вспомогательные и транспортные операции, и 2) автоматическую формовку, когда работой механизмов управляет  машина.

Наиболее трудоемкими  и ответственными являются операции уплотнения литейной формы и извлечения модели.

Существует несколько  способов уплотнения формовочных смесей на машинах: прессованием, прессованием с вибрацией, встряхиванием, встряхиванием  с подпрессовкой, пескометом, прессово-пескодувный.

4. Литниковые системы

Одним их важнейших условий  получения качественной отливки  является правильное устройство литниковой системы. Литниковая система служит для плавного подвода жидкого сплава в полость литейной формы и питания отливок в процессе кристаллизации. Место подвода сплава к отливке во многом определяет ее плотность, внешний вид и образование различных литейных пороков. Выбор литниковой системы, обеспечивающей получение отливок хорошего качества, является наиболее сложной частью литейной технологии. Поэтому формовщик, мастер и технолог при выборе литниковой системы должны учитывать особенности литейной технологии.

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям: 1) обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания; 2) способствовать получению отливки с точными размерами, без поверхностных дефектов (засоров, ужимин, шлаковых включений и др.) ; 3) способствовать направленному затвердеванию отливки; 4) расход металла на литниковую систему должен быть минимальным.

Литниковая воронка для мелких отливок и литниковая чаша-резервуар для крупных отливок предназначены для приема струи металла, вытекающего из ковша, и задержания шлака, попадающего вместе с металлом в чашу. При полной до краев чаше в стояк поступает чистый металл, а легкий шлак находится наверху. Кроме того, обеспечивается непрерывная подача металла в форму при одном и том же напоре. Для задержания шлака отверстия стояков иногда закрывают чугунными пробками, тонкими жестяными пластинками. Пробки открывают после того, как вся чаша заполнится металлом, пластинки же расплавляются горячим металлом. Форму необходимо заполнять металлом по возможности быстро, при этом металл должен иметь достаточную температуру.

Во время заливки металла  литниковая чаша обязательно должна быть полной. При недостаточно большой глубине металла в чаше образуется воронка, через которую воздух и шлак, плавающий на поверхности металла, могут попасть в стояк и затем в отливку. Для мелких отливок, особенно в условиях массового производства, шлак в чаше задерживают фильтровальными сетками, которые изготовляют из стержневой смеси.

Стояк - вертикальный канал, передающий металл их воронки к другим элементам литниковой системы. Его выполняют несколько суживающимся книзу для удобства формовки и обеспечения гидравлического напора в литниковой системе. Конусность стояка 2-4%. При изготовлении крупных отливок стояк и другие элементы литниковой системы часто выполняют из стандартных шамотных трубок-кирпичей.

Шлакоуловитель служит для задержания шлака и передачи из стояка металла, свободного от шлака, к питателям; располагается в горизонтальной плоскости. Обычно шлакоуловитель выполняют в верхней полуформе, а питатели - в нижней. Поперечное сечение шлакоуловителей делают трапецеидальным. В процессе заполнения формы металлом для лучшего задержания шлака шлакоуловитель должен быль обязательно заполнен металлом. Это обеспечивается соответствующим соотношением сечений стояка, шлакоуловителя и питателя. Если расход металла через стояк больше расхода через питатели, то шлакоуловитель заполняется металлом и шлак, всплывая, задерживается в нем. Если расход через стояк меньше расхода через питатели, то шлакоуловитель будет незаполненным и шлак попадает в отливку. Таким образом, для задержания шлака сечение стояка должно быть больше сечения шлакоуловителя, а сечение шлакоуловителя больше суммарного сечения питателей. Такую литниковую систему называют запертой.

Питатели (литники) - это каналы для подачи жидкого металла непосредственно в полость формы. Сечение питателей должно быть такой конфигурации, чтобы металл плавно поступал в полость формы, мало охлаждался на пути от шлакоуловителя к отливке, а после затвердевания ее питатели легко отламывались от отливки. Практикой установлено, что наилучшая конфигурация поперечного сечения питателей - трапеция с переходом в широкий прямоугольник в месте сопряжения с отливкой. Для лучшего отделения питателей от отливок, в случае если толщина ее тела меньше полуторной высоты питателя в месте его подвода к отливке, на питателях на расстоянии 2-2,5 мм от отливки делают пережим.

Выпоры служат для вывода газов из полости формы и для питания отливки. Они же уменьшают динамическое давление металла на форму и сигнализируют о конце заливки. В зависимости от величины формы ставят один или несколько выпоров. Сечение выпора в основании обычно составляет 1/2 -1/4 сечения стенки отливки. Выше основания сечение выпора увеличивается.

К числу элементов литниковой системы, обеспечивающих питание отливки жидким металлом в процессе ее затвердевания, относятся питающие выпоры и прибыли.

Прибыли и питающие выпоры применяют для отливок из белого низкоуглеродистого, высокопрочного чугуна, а также для толстостенных отливок из серого чугуна. Они служат для питания утолщенных мест отливки, застывающих последними. Прибыли располагают так, чтобы металл в них застывал последним. Толщина прибыли должна быть больше толщины того места отливки, над которым ее ставят. Прибыли больших размеров экономически невыгодны, так как увеличиваются расход металла на прибыли и себестоимость обливок.

При конструировании прибылей необходимо руководствоваться следующими правилами: Прибыль должна затвердевать позже питаемого узла отливки.

Размеры прибыли должны быть достаточными, чтобы компенсировать усадку отливок.

Высота прибыли должна быть такой, чтобы вся усадочная  раковина разместилась выше шейки прибыли - места соединения с отливкой. Шейка  должна быть возможно короткой и так же, как прибыль застывать после отливки. Если отливка имеет несколько утолщенных мест, разделенных тонкими стенками, то у каждого утолщения необходимо ставить отдельную прибыль.

Наиболее часто прибыли  применяют при изготовлении отливок  из стали и цветных сплавов.

 

 

5. Изготовление  стержней 

Стержни применяют в основном для выполнения в отливках отверстий  и полостей, а также наружных поверхностей отливок сложной конфигурации.

При заливке формы стержни  обычно бывают со всех сторон окружены жидким металлом. Поэтому они должны обладать высокой газопроницаемостью, прочностью, податливостью, выбиваемостью, что обеспечивается выбором соответствующей стержневой смеси и конструкцией стержня.

Стержни делят на пять классов  по геометрическим размерам, конфигурации, условиям работы в литейной форме  и требованиям к качеству литой  поверхности.

I класс – стержни сложной  конфигурации, ажурные, имеющие малые  знаки, образующие в отливках  необрабатываемые полости, к чистоте  которых предъявляют высокие  требования, например стержни ленточного  типа для отливок корпусов  двигателей внутреннего сгорания.

II класс – стержни сложной  конфигурации, имеющие наряду с  массивными частями тонкие выступы,  перемычки. Они образуют в отливке  полностью или частично обрабатываемые  поверхности. 

III класс – стержни  средней сложности с массивными  знаками, не имеющими особо  тонких частей, но выполняющие  в отливках полости, к чистоте  поверхности которых предъявляют  повышенные требования.

IV класс – стержни простой  конфигурации, образующие в отливках  обрабатываемые и необрабатываемые  поверхности, к чистоте которых  особых требований не предъявляется. 

V класс – массивные  стержни, образующие большие полости  в крупных отливках.

Смесь для стержней I класса должна обладать высокой прочностью, поверхностной твердостью, высокой  пластичностью во влажном состоянии, минимальной газотворностью, хорошей податливостью и выбиваемостью.

Смесь для стержней II класса должна удовлетворять тем же самым  требованиям, но быть более прочной  во влажном состоянии, чтобы массивные  и высокие части стержня не разрушались под собственной  массой.

Смесь для стержней III класса должна иметь высокую прочность  во влажном состоянии, хорошую податливость и выбиваемость.

Смесь для стержней IV и V классов  должны иметь высокую прочность  во влажном состоянии, хорошую податливость и выбиваемость.

Стержни получают в ящиках вручную или на машинах с помощью  тех же приемов, что и при формовке. Отделение литейного цеха, в котором  изготовляют стержни, называют стержневым.

6. Сборка  форм 

Сборка формы является ответственным процессом, требующим  внимания и аккуратности. Сборка включает операции: подготовки полуформ и стержней, установки стержней (обычно в нижнюю полуформу) , контроля положения стержней, накрытия нижней полуформы верхней, установки выпорных и литниковых чаш, скрепления полуформ или их нагружения.

Полуформы и стержни, поступившие на сборку, тщательно осматривают; к сборке не допускаются стержни и полуформы, имеющие какие-либо повреждения или дефекты. Перед сборкой полость формы продувают сжатым воздухом, для того чтобы удалить из нее частицы смеси или инородные тела.

Стержни устанавливают в  форму в последовательности, указанной  на сборочном чертеже или в  технологической карте. При этом необходимо следить за тем, чтобы  знаки стержней точно становились  в отпечатки знаков модели. Если знак стержня почему-либо не подходит к своему гнезду в форме, то подгонка его опиливанием не допускается. Только в исключительных случаях, в  условиях единичного или мелкосерийного производства, допускается подгонка знаков стержня по специальным контрольным  шаблонам. Положение каждого стержня  относительно формы и других стержней проверяют контрольными шаблонами, а в поточно-массовом производстве - кондукторами.

Размеры тела отливки, образованные стержнями и формой или только стержнями, проверяют толщиномерами. В условиях единичного производства при сборке сложных форм используют контрольное перекрытие формы, если толщину тела отливки образуемую формой и стержнями, нельзя проверить контрольным или измерительным инструментом. Перед контрольным перекрытием на поверхность формы или стержней в необходимых местах устанавливают куски глины - “мушки” . Затем делают контрольное перекрытие формы, в процессе которого куски глины сжимаются до толщины просвета между формой и стержнем, что должно соответствовать толщине тела отливки. После раскрытия формы “мушки” вынимают, измеряют их толщину и таким образом определяют возможную толщину стенки отливки.

Обычно стержни устанавливают  в нижнюю полуформу на знаках, однако иногда, в условиях единичного производства, стержень крепят в верхней полуформе. Эта операция должна быль выполнена особенно тщательно, так как недостаточно надежное крепление стержня может привести к отрыву его от формы при сборке, поломке формы и стержня и даже к несчастным случаям.