Литье в песчаные формы является универсальным и самым распространенным способом изготовления отливок. Этот способ применяется для получения отливок различной сложности массой от нескольких граммов до сотен тонн из чугунов, сталей и сплавов цветных металлов.
Для изготовления песчаной формы необходимо иметь литейную технологическую оснастку, часть которой, включающую все технологические приспособления, необходимые для получения в форме отпечатка модели, называют модельным комплектом (МК).
МК состоит из моделей отливки (или шаблонов для изготовления формы), элементов литниковой системы, одного или нескольких стержневых ящиков, сушильных, модельных или подмодельпых плит и других приспособлений.
Литейная модель — это прототип, копия отливки, с помощью которой в литейной форме получают отпечаток, соответствующий внешней конфигурации отливки. Модель отличается от отливки несколько увеличенными размерами, учитывающими усадку сплава, припуски на механическую обработку, литейные уклоны и радиусы, знаковые части.
Модели могут быть неразъемными, разъемными, с отъемными знаковыми и другими частями для удобства формовки и извлечения модели из формы.
В современной практике в модельном комплекте часто отсутствуют те или иные его составляющие. Однако во всех случаях в модельном комплекте имеется модель. Исходными данными для изготовления модели служат чертеж отливаемой детали и технические условия на нее, в которых указываются материал отливки, требования к качеству, допуски на размеры и другие данные.
Разработка технологии начинается с изучения чертежа литой детали и определения ее технологичности, на основании чего разрабатывается чертеж модели и стержневого ящика. При этом предусматривают возможные упрощения конфигурации отливки, которые облегчают процесс формовки и (или) извлечение модели из формы, но которые ни при каких условиях не должны ухудшать ее работоспособность.
Выбор технологии литейной формы начинается с определения положения отливки в форме при заливке. Это заранее определяет условия ее затвердевания, сложность формовки, размеры припусков, число стержней, сложность модели и другие факторы. Механически обрабатываемые поверхности литой детали при выборе положения отливки в форме стремятся располагать в горизонтальных нижних плоскостях либо вертикально, так как шлак, оксиды и другие включения всплывают и попадают обычно в верхние поверхности отливки. Для получения точных размеров отливки все ответственные части стремятся располагать в одной полуформе (нижней).
Разработка технологического процесса изготовления отливки
2. Литье Литье (литейное производство) - один из основных способов изготовления металлических заготовок и деталей. Отливки - продукция литейного производства. Сущность получения отливок заключается в том, что расплавленный и ... формовочной смеси в углах модели при её извлечении из формы, выполняют округление при сопряжении стенок отливки. 6. Отливку в форме располагают так, чтобы затвердевание ...
Для удобства формовки и извлечения модели из уплотненной формовочной смеси модели делают разъемными. Плоскость разъема, как правило, проходит через ось симметрии будущей модели, но обязательно так, чтобы части модели свободно извлекались из полуформ после уплотнения смеси. Если по своей конструкции модель не может беспрепятственно извлекаться из песчаной формы, то применяют внешние стержни.
Число разъемов па модели должно быть минимальным, а поверхности разъемов — по возможности плоскими. На чертеже поверхность разъема модели и формы обозначают линией МФ и стрелками направления верха В и низа Н (рис. 2.3).
Разъем модели должен обеспечить направленное затвердевание отливки, поэтому в форме предусматривают установку нрибылей на массивных частях отливки для восполнения объемной усадки металла. Прибыли большей частью располагаются наверху, но иногда они питают жидким металлом местные термические узлы, расположенные сбоку или в нижней части формы, и размещаются около них.
Модель должна быть увеличена по сравнению с чертежом детали на величину припуска на механическую обработку 1 тех поверхностей, которые должны иметь соответствующую чистоту. Величина припуска зависит от размера и материала отливки, степени ее сложности, положения данной поверхности при заливке, технологического маршрута механической обработки поверхности. Припуски наносят тонкой сплошной линией па все обрабатываемые поверхности отливки (на рис. 2.3. припуски обозначены затемненной областью).
а — чертеж детали; б — эскиз отливки; в — эскиз разборной модели; г — эскиз модельного ящика; 1 — припуск на механическую обработку;
2 — литейный уклон; 3 — литейный радиус; 4 — стержневой знак;
— МФ — поверхность разъема модели и формы Для того чтобы модель отливки легко извлекалась из формы, предусматривают специальные литейные (формовочные) уклоны на вертикальные стенки модели. Величина этих уклонов зависит от способа изготовления формы, материала моделей и от высоты поверхности, на которую назначаются уклоны. Она выражается в градусах, выбирается по таблицам (ГОСТ 3212—92) и указывается на чертеже тонкими сплошными линиями.
При разработке технологии литейной формы и подготовке чертежей для изготовления модели и стержневых ящиков все острые углы отливки в местах сопряжения скругляют (литейный радиус 3), так как они могут быть причиной трещин в отливках. Величина радиуса скругления (галтель) зависит от марки сплава и толщины сопрягающихся стенок.
Металл, залитый в форму, при затвердевании и охлаждении уменьшается в объеме, т. е. дает усадку, поэтому все размеры модели заведомо увеличивают на величину линейной усадки.
На модели предусматривают специальные выступы 4 , называемые стержневыми знаками. Они служат для образования в форме опорных отпечатков, позволяющих точно фиксировать установку стержня. Конфигурация и размеры знаков должны обеспечить устойчивое положение стержня в форме при заливке металла.
Расчет литейного цеха производительностью 12000 т металла в год
... физико-механических и эксплуатационных свойств отливок; увеличение выхода использованного для изготовления отливок металла, т.е. отношения массы полученной отливки к залитому в форму расплаву; повышение размерной точности и ... Проектируемый цех литья по выплавляемым моделям относится к цехам: по виду литейного сплава: стального литья; по массе отливок: среднего литья; по объему производства: ...
Полученный таким образом модельный чертеж служит основанием для изготовления модели.
Модели для единичного и мелкосерийного производства делают деревянными, а для крупносерийного и массового — металлическими или пластмассовыми.
Деревянные модели — легкие, простые в изготовлении, недорогие, легко ремонтируются, но они недолговечны, так как дерево набухает или рассыхается, а также разрушается от ударов.
Металлические модели, модельные плиты и стержневые ящики долговечнее деревянных. Они имеют большую точность, их основные размеры более стабильны в процессе эксплуатации, поэтому отливки получаются более точными. Изготавливают их из литых заготовок с последующей обработкой до необходимых размеров.
Формовочные и стержневые смеси. Для изготовления разовых литейных форм используется формовочная смесь (ФС).
ФС должна быть достаточно прочной, для того чтобы противостоять силам, возникающим при заполнении полости формы расплавленным металлом, и легко разрушаться при извлечении готовой отливки.
Основной составной частью ФС является кварцевый песок (80…85%), к которому в качестве связующего вещества добавляется глина (10… 15%).
Кроме того, ФС содержит определенный объем воды (4,5…5,5%) и небольшое количество добавок для придания смесям нужных свойств. Процентное соотношение и качество составляющих в смеси зависят от ее назначения, способа формовки, рода металла, используемого для изготовления отливки, веса, конфигурации и назначения отливки. В связи с этим ФС можно классифицировать по следующим признакам: по способу применения, по роду заливаемого металла, по состоянию формовочного материала в форме.
По способу применения ФС делятся на: облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь используется для изготовления слоя формы, прилегающего к модели. Она непосредственно соприкасается с металлом, поэтому готовится из свежих исходных материалов, имеет высокие физико-механические свойства и наносится на модель слоем 20…30 мм. Наполнительная смесь служит для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Она состоит главным образом из уже использованной, отработанной (горелой) смеси, которую подвергают очистке с добавлением в нес небольшого количества исходных формовочных материалов. Облицовочные смеси по сравнению с наполнительными имеют более высокое качество, но они и более дорогие. Единая смесь применяется при машинной формовке. Она состоит из очищенной отработанной смеси, в которую добавлены свежие формовочные материалы (7… 15%) и немного воды. Единые смеси имеют промежуточные состав и свойства между облицовочной и наполнительной смесями.
По роду заливаемого металла ФС делятся па смеси для чугунного, стального и цветного литья, которые отличаются составом и количеством дополнительных материалов, входящих в смесь. Особые требования предъявляются к ФС для стального литья, так как жидкая сталь имеет более высокую температуру плавления, чем другие металлы.
По состоянию формовочного материала в форме ФС делятся на смеси для сырых и сухих форм. Сырые формы перед заливкой в нее металла не подвергаются сушке, сухие перед заполнением ее металлом просушивают. ФС для сырых форм дешевле, они хорошо формуются, но имеют невысокую прочность, поэтому используются в массовом производстве для мелкого и среднего литья. Сухие формы имеют более высокую прочность. Они применяются при производстве стальных отливок и крупных чугунных отливок.
Разработка технологии процесса изготовления отливки
... формы металлом, исключать разрушения отдельных участков формы и стержней, способствовать направленному затвердеванию. Обычно, при проектировании литейной технологии для конкретной отливки возможны несколько вариантов положения отливки в форме и разъемов формы. Варианты расположения отливки форме ... перерасход смеси на полуформу и трудоемкость ее изготовления; невозможность извлечения модели из формы ...
Формовочные смеси должны обладать определенными свойствами: пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, огнеупорностью, податливостью, долговечностью и быть дешевыми и недефицитными.
Прочность ФС
Стержневые смеси (СС) должны обладать не только всеми указанными выше свойствами ФС, но и иметь более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, иегигроскопичиость и легкую выбивасмость из отливки после ее затвердевания, так как стержни работают в более тяжелых условиях, чем сама форма, поскольку со всех сторон, кроме знаков, окружены расплавленным металлом.
Стержневые смеси состоят из кварцевого песка и связующих материалов (синтетические смолы, естественные смолы, поливиниловый спирт, продукты переработки крахмала и другие добавки).
Технологический процесс приготовления ФС и СС осуществляется автоматически и заключается в подготовке (сушке, размалывании и просеве) исходных материалов, отделении неметаллических включений, перемешивании их, разрыхлении и подачи готовой смеси к формовочным машинам.
Литниковые системы. Литниковая система — это система каналов, через которые расплавленный металл поступает в полость формы. Она должна обеспечивать правильное заполнение литейной формы жидким металлом, направленное затвердевание отливки в форме, питание отливки в период кристаллизации и охлаждения металла, отделение от него случайно попавших шлака и оксидов.
Для производства отливок в песчаных и некоторых других формах чаще всего применяют литниковую систему, показанную на рис. 2.4, а.
а — горизонтальная литниковая система; б — сифонная; в — ярусная; г — вертикально-щелевая; д — отливка с литниковой системой;
- 1 — литниковая чаша (воронка); 2 — стояк; 3 — шлакоуловитель;
- 4 —питатели; 5 — выпоры; 6 — отливка
Она имеет литниковую чашу 1 (или воронку), смягчающую удар струи металла о форму; стояк 2, выполненный в виде усеченного конуса; шлакоуловитель 3 , который служит для задерживания шлака; питатели 4 , передающие металл в полость формы. Па верхних частях отливки устанавливают выпоры 5, представляющие собой вертикальные каналы, расширяющиеся кверху и служащие для выхода из формы воздуха и газов в момент заполнения ее металлом (21, «https:// «).
При производстве отливок из металлов, имеющих большую усадку (сталь, алюминиевые сплавы), вместо выпоров ставят прибыли, назначение которых — подпитывать жидким металлом отливку в момент ее затвердевания и тем самым предотвращать образование усадочных раковин в местах отливки, затвердевающих в последнюю очередь.
По способу подвода металла к форме различают литниковые системы: горизонтальные, которые подводят металл по плоскости разъема полуформ, сифонные, ярусные, вертикально-щелевые.
Машинная формовка
... точных отливок применяют машинную формовку. Машинные способы изготовления форм находят применение во всех видах производства, включая единичное. Существует большое разнообразие формовочных машин. По способу уплотнения формовочной смеси формовочные машины делятся на ...
Сечение каналов литниковой системы определяют расчетом по элементарным формулам гидравлики, в которые вводят обобщенные опытные коэффициенты. Расчет начинают с определения суммарной площади наименьшего поперечного сечения в узком месте литниковой системы.
Изготовление литейных форм. Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Это основная, наиболее сложная и весьма ответственная операция, от которой в значительной мере зависит качество отливки.
В зависимости от степени механизации различают ручную и машинную формовку. Ручную формовку применяют в единичном и мелкосерийном производстве мелких и средних отливок и при изготовлении крупных и особо крупных отливок, машинную — в серийном и массовом производстве.
Ручная формовка. В зависимости от конфигурации отливки и условий производства применяют различные методы ручной формовки: формовка в почве, в опоках, по шаблону, в стержнях другие виды, из которых наибольшее распространение получила формовка в парных опоках. При этом используются как разъемные, так и неразъемные модели.
Формовка по цельной модели в двух опоках производится в тех случаях, когда модель имеет простые внешние очертания и извлечение модели из формы не представляет трудностей.
Формовка в двух опоках по разъемной модели осуществляется в следующей последовательности. Нижнюю часть модели 2 (рис. 2.5, б , в), модели питателей и нижнюю опоку ставят на модельную плиту 1.
На модель наносят облицовочную смесь, затем — наполнительную. Смесь уплотняют трамбовкой. Излишек смеси срезают, накалывают вентиляционные каналы 8 , облегчающие выход газов из формы при заливке металла. Нижнюю полуформу переворачивают на 180°. На плоскость разъема по центрирующим шипам ставят верхнюю часть модели 7, модели шлакоуловителя, стояка и выпоров. Устанавливают верхнюю опоку, поверхность разъема посыпают тонким слоем разделительной смеси и производят формовку верхней полуформы (рис. 2.5, г, д). По окончании изготовления верхней полуформы прорезают литниковую воронку, удаляют модели стояка и выпоров, снимают верхнюю полуформу.
а — модель; 6, в — изготовление нижней полуформы; г, д — изготовление верхней полуформы; е — формовка стержня;
- 1 — модельная плита; 2 — нижняя часть модели; 3 — игла; 4 — питатель;
- 5 — шлакоуловитель; 6 — стояк; 7 — верхняя часть модели;
- 8 вентиляционные каналы; 9 арматура стержня
Из полуформ удаляют половины моделей, модели питателя и шлакоуловителя. В нижнюю полуформу устанавливают стержень и закрывают форму. Полуформы скрепляют для предотвращения ухода жидкого металла по разъему формы во время заливки.
Формовка с подрезкой применяется для изготовления отливок по неразъемной модели со сложной или криволинейной конфигурацией (рис. 2.6).
При установке модели 1 па модельную плиту 4 модель (рис. 2.6, в) не прилегает к нему плоскостью, поэтому при уплотнении смеси модель со всех сторон оказывается окружена формовочной смесью, извлечь ее из формы без разрушения последней невозможно. В этом случае полуформу поворачивают на 180° и производят подрезку так, чтобы модель свободно извлекалась из полуформы без ее повреждения.
Образовавшуюся фасонную поверхность разъема, включая поверхность подрезки, тщательно приглаживают и покрывают разделительным песком. Устанавливают верхнюю опоку, модели стояка и выпоров и изготавливают верхнюю полуформу, но обычной технологии. После окончания формовки снимают верхнюю опоку, прорезают в нижней полуформе питатели и извлекают из нее модель. Форму собирают и заливают металлом.
Литье по выжигаемым моделям
... обработку резанием; возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного), ... форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной ...
Такой способ изготовления формы трудоемок, поэтому применяется в единичном производстве.
а — модель; б — модель в сборе со знаками; в—е — этапы формовки;
- 1 — модель; 2 — модель верхнего знака; 3 — груз; 4 — модельная плита;
- 5 — гнездо знаков; 6 — модель подрезки;
Л — объем смеси, препятствующей извлечению модели При необходимости получения большего количества отливок часто применяют формовку по «фальшивой» опоке , которая является как бы фигурным щитком. Такой способ позволяет исключить операцию подрезки. Фальшивая опока выполняет функцию фигурной модельной плиты.
Формовка по модели с отъемными частями применяется при изготовлении достаточно сложных по конфигурации отливок в тех случаях, когда использование модели с одним разъемом не обеспечивает ее извлечение из формы.
На рис. 2.7, а представлена модель отливки с выступами, препятствующими извлечению половинок модели из полуформ.
Эта проблема не решается и при выборе одной плоскости разъема. Поэтому помимо разъема в конструкции модели предусматривают отъемные части, которые прикрепляются к модели с помощью шпилек.
Отъемные части вида 1 применяют при наличии в модели полости, достаточной для удаления штифта 8. При формовке модели с отъемными частями вида 2 смесь уплотняют до верхней плоскости отъемной части, затем извлекают шпильку 9 и закапчивают уплотнение. Крепление отъемной части 3 называют «ласточкин хвост».
а — модель; б — г — последовательность выполнения операций; 1—3 — виды отъемных частей; 4—7 — формовки; 8 — штифт; 9 — шпилька; стрелками показаны перемещения отъемных частей, штифтов и шпилек Формовку нижней опоки производят по обычной технологии, до уровня шпилек, осторожно уплотняя формовочную смесь около отъемных частей, после чего шпильки вынимают и набивают оставшуюся часть формы. Аналогично осуществляют формовку верха.
При извлечении модели из полуформ отъемные части остаются в полости формы. Их извлекают из полуформ, смещая в горизонтальном направлении.
Машинная формовка. Машинная формовка применяется для производства отливок в массовом и серийном производствах. При машинной формовке вместо моделей используют модельные плиты, на которых закрепляют модели отливки, модели литниковой системы, а также центрирующие штыри и втулки. Плиты односторонние, т. е. на одной плите монтируют половины моделей верхней полуформы, на другой — нижней иолуформы.
Машинная формовка обеспечивает равномерное уплотнение формовочной смеси, более высокую геометрическую точность отливок, повышает производительность труда, исключает трудоемкие ручные операции.
По способу уплотнения смеси применяются прессовые, встряхивающие, пескодувные и псскострсльные машины, пескометы.
Теоретические аспекты уплотнения мелкозернистых бетонных смесей ...
... получения максимального коэффициента уплотнения мелкозернистой бетонной смеси. Апробация работы Основные положения диссертационной работы представлены на XV ... работы Получение качественного и экономически выгодного продукта — мелкоштучных бетонных изделий произведенных по технологии вибропрессования мелкозернистых жестких бетонных смесей делится на два направления: подбор бетонной смеси ...
Принцип действия прессовых машин заключается в уплотнении формовочной смеси в опоке путем сжатия ее вместо набивки.
Уплотнение смеси может осуществлять верхним и нижним прессованием, из которых более широкое применение нашли машины с верхним прессованием.
Па столе 6 машины закрепляется подмодельная плита с моделью 5 (рис. 2.8).
На плиту, но штырям устанавливают опоку 1 и наполнительную рамку 4 с формовочной смесью.
- 1 — опока; 2 — колодка; 3 — траверса; 4 — наполнительная рамка;
- 5 — модель; 6 — стол машины
Сжатым воздухом стол вместе с опокой поднимается вверх, и колодка уплотняет формовочную смесь. Наибольшее уплотнение смеси происходит в верхней части опоки, а наименьшее — у самой модели 5.
Прессовые машины применяют при изготовлении невысоких форм (до 200 мм) в опоках площадью 600×800 мм.
Сущность процесса уплотнения встряхиванием приведена на рис. 2.9, а. На столе машины укрепляют модельную плиту с моделью 3. По штырям устанавливают опоку 4 и после заполнения ее смесыо в полость цилиндра 1 подают сжатый воздух, под давлением которого поршень со столом, моделью, опокой с формовочной смесью поднимается вверх на высоту 25… 100 мм. Впускное отверстие перекрывается боковой поверхностью поршня, а выхлопное отверстие открывается. Давление воздуха под поршнем резко снижается и стол под действием собственной массы надает и ударяется о станину машины. В результате удара происходит уплотнение формовочной смеси, однако за один удар смесь в опоке нс может хорошо уплотниться, поэтому удары повторяются с частотой 30…80 ударов в минуту.
Наибольшая плотность набивки при встряхивании у модели, наименьшая — в верхних слоях, что приводит к необходимости дополнительного уплотнения верхних слоев подпрессовкой (рис. 2.9, б).
Поэтому на практике большое распространение получили встряхивающие машины с верхней допрессовкой. Недостаток встряхивающих машин — их сравнительно невысокая производительность и сильный шум в цехе из-за ударов стола.
- 1 —цилиндр; 2 — стол; 3 — модель;
- 4 — опока; 5 — прессовое устройство
Для набивки средних и крупных форм, а также для изготовления стержней применяют пескометы (рис. 2.10).
Основное звено пескомета — метательная головка, в которую по ленточному транспортеру непрерывно подается формовочная смесь. На роторе 3 закреплены лопатки — ковши 1, которые при быстром вращении ротора (1500 об/мин) захватывают смесь 2. Благодаря центробежной силе смесь уплотняется в самом ковше, а затем спрессованный пакет выбрасывается вертикально вниз в опоку.
Метательная головка во время работы пескомета равномерно перемещается по площади над опокой и создает равномерное уплотнение всех слоев смеси, независимо от площади и высоты опоки. Пескомет применяют для уплотнения крупных литейных форм.
В серийном и массовом производствах применяются пескодувные и псскострельныс машины. Как пескодувные, так и схожие с ними по принципу действия пескострельные машины обеспечивают высокую производительность, но плотность набивки смеси невелика. Поэтому такие машины широко используются для изготовления стержней, прочность которых определяется главным образом применяемыми крепителями, а не плотностью набивки.
Бурильно-крановые машины. Вибратор для уплотнения бетонной смеси
... двухскоростной одноступенчатый редуктор 9. Рис. 2. Кинематическая схема бурильно-кранового оборудования машины БКМ-1501А Принудительная подача бурового инструмента в забой производится гидравлическим механизмом ... тремя гидронасосами насосной станции, привод которых осуществляется от раздаточной коробки базовой машины через карданный вал и одноступенчатый редуктор. Включение привода насосной станции ...
- 1 — ковш; 2 — формовочная смесь; 3 — ротор; 4 — кожух;
- 5 — пакет смеси; 6 — модель; 7 — опока
Более удобны и производительны пескострелъные машины (рис. 2.11).
В этих машинах сжатый воздух поступает в пескострельную головку 4 и, проходя через перфорированные стенки гильзы 5, выстреливает смесь в стержневой ящик (или опоку) 8. Выход воздуха из стержневого ящика происходит через венты 6.
Автоматическая безопочная формовка используется для изготовления мелких отливок из чугунов и стали в серийном и массовом производствах.
Пескострельпая головка 3 (рис. 2.12) осуществляет заполнение пространства между модельными плитами 3 и 5 формовочной смесью и предварительное ее уплотнение. Окончательное уплотнение происходит при перемещении левой модельной плиты под действием прессового цилиндра 1. По окончании уплотнения правая модельная плита отбрасывается вверх и поршень перемещает уплотненный ком смеси влево, прижимая его к ранее полученным комьям. Отпечатки моделей, расположенные на двух смежных сторонах комьев, образуют полости формы в (см. рис. 2.12, б), которые представляют собой непрерывный ряд форм, заливаемых расплавленным металлом.
- 1 — формовочная смесь: 2 — бункер; 3 — шибер; 4 — головка; 5 — гильза; 6 — вента; 7 — изготовленный стержень;
- 8 — стержневой ящик; 9 — стол
Схема безопочной формовки:
а — схема машины; б — схема заливки;
1 — прессовый цилиндр; 2 — прессовая плита; 3, 5 — модельные плиты; 4 — пескострельная головка; 6 — полость формы;
- А, Б, В, Г — этапы формовки После затвердевания и охлаждения отливок формы разрушают, формовочную смесь отправляют на повторное использование, а отливки — в отделение обрубки.
Автоматические формовочные линии.
- 1 — формовочный автомат низа;
- 2 — формовочный автомат верха;
- 3 — охлаждающая ветвь;
- 4 — участок заливки форм;
- 5 — позиция сборки форм;
- в — транспортер;
- 7 — позиция выбивки опок;
- 8 — тележка
