Проектирование литейной оснастки: модели, стержневые ящики и опоки

Модели для литейных форм. Модель – это технологическая оснастка, предназначенная для создания в песчаной форме отпечатка, который соответствует наружной конфигурации будущей отливки. Часто модели оснащаются стержневыми знаками для формирования отверстий и полостей внутри отливки. Для отливок простой конфигурации могут использоваться цельные модели без знаковых частей. Конструкция модели должна обеспечивать возможность эффективного уплотнения формовочной смеси и последующего легкого извлечения из формы без ее повреждения. На рисунке 2.7 представлена деревянная разъемная модель для отливки рычага, где шипы 4 обеспечивают точную фиксацию ее частей.

Рис. 2.7. Модель отливки рычага

Основным документом для разработки чертежа модели служит чертеж «Элементы литейной формы». Для облегчения извлечения модели из формы на ее вертикальных стенках, перпендикулярных разъему, выполняются формовочные уклоны. Кроме того, все острые углы на модели скругляются для предотвращения разрушения формы и обеспечения более плавного заполнения ее металлом. Размеры модели всегда отличаются от размеров готовой отливки, так как включают в себя припуски на усадку металла или сплава в процессе его охлаждения.

Материалы и производство моделей. Модели традиционно изготавливаются из древесины или металлов, реже применяются пластмассы и другие современные материалы. Поверхности деревянных моделей подвергаются механической обработке и последующей окраске для повышения их износостойкости и срока службы. Стержневые знаки на моделях, например, знаки 3 и 5 на рисунке 2.7, часто окрашиваются в черный цвет для визуального выделения. В условиях массового и крупносерийного производства широко используются модельные плиты.

Модельная плита (рис. 2.5, в) представляет собой металлическую плиту, на которой жестко закрепляются модели отливок и все элементы литниковой системы. Применение таких плит значительно повышает производительность и точность формовки. На рисунке 2.5, в показаны нижняя и верхняя модельные плиты для изготовления формы стальной втулки, где смонтированы модели стояка, питателей, прибылей и стержневых знаков.

Рис. 2.5. Модели (а) и модельные плиты (в) для изготовления литейной формы (б)

Модельные комплекты и стержневые ящики. Для изготовления сложных отливок, таких как чугунный рычаг (рис. 2.8, а), наружная конфигурация формируется в литейной форме, а внутренние полости создаются с помощью стержней. Стержневой ящик – это специальное приспособление, в котором из стержневой смеси изготавливаются стержни необходимой конфигурации. На рисунке 2.10 представлены деревянные стержневые ящики для цилиндрического стержня и стержня сквозного паза отливки рычага.

Рис. 2.8. Отливки с литниковой системой: а – чугунная отливка рычага; б – отливка стальной втулки

Полный модельный комплект включает в себя модели или модельные плиты, стержневые ящики, а также модели элементов литниковой системы. Каждый стержень с помощью знаков устанавливается и фиксируется в форме, как показано на рисунке 2.9, где стержни 2 удерживаются знаками. Конструкция знаков должна обеспечивать устойчивое положение стержней под воздействием давления жидкого металла, который стремится их вытолкнуть.

Рис. 2.9. Литейная форма для получения отливки рычага: 1 – полость формы; 2 – стержни; 3 – формовочная смесь; 4 – нижняя опока; 5 – верхняя опока; 6–9 – литниковая система; 10 – выпоры; 11 – газоканалы

Рис. 2.10. Деревянные стержневые ящики: а – для цилиндрического стержня литейной формы чугунного рычага; б – для стержня сквозного паза

Конструкция и параметры стержневых знаков. Геометрические параметры стержневых знаков строго регламентированы для обеспечения устойчивости стержня без чрезмерного увеличения габаритов самой формы. Длина горизонтальных знаков (l) и высота вертикальных знаков (h) определяются размерами стержня и приведены в таблицах 2.4 и 2.5. Для облегчения установки стержня в форму на его знаковых частях выполняются формовочные уклоны (рис. 2.11), значения которых зависят от высоты знака и приведены в таблице 2.6.

Таб. 2.4. Высота h (мм) нижних вертикальных знаков стержней для сырых форм

Таб. 2.5. Длина l (мм) горизонтальных знаков стержней

Таб. 2.6. Формовочные уклоны на знаковых частях стержня

Рис. 2.11. Уклоны знаков стержней

Важным конструктивным отличием является то, что нижние (опорные) знаки вертикальных стержней, имеющие высоту h, обычно выполняются большего размера, чем верхние знаки с высотой h1. При проектировании необходимо учитывать, что знаковые части на моделях изготавливаются с большими размерами, чем в стержневых ящиках. Это создает необходимый зазор между поверхностью формы и знаком стержня при сборке, без которого собрать форму становится невозможно.

Литниковая система и питающие устройства. Модели литниковой системы формируют в литейной форме комплекс каналов, по которым расплавленный металл поступает из ковша в полость формы. Стандартная литниковая система включает в себя литниковую чашу, стояк, шлакоуловитель и питатели. Литниковая чаша служит для приема металла и задержания шлака с помощью специальных перегородок или фильтровальных сеток.

Вертикальный стояк передает металл вниз к шлакоуловителю – горизонтальному каналу, который задерживает частицы шлака и распределяет металл к одному или нескольким питателям. Питатели (литники) непосредственно подводят металл к полости формы, как показано на рисунке 2.9 (элементы 6–9). Для вывода газов и контроля заполнения формы используются выпоры (каналы 10 на рис. 2.9), которые устанавливаются в самых высоких точках формы.

Прибыли и опочная оснастка. Для питания массивных узлов отливки при ее затвердевании и предотвращения усадочных раковин применяются прибыли. Модель прибыли создает в форме дополнительную полость-резервуар с жидким металлом. Для критически важных отливок, таких как стальная втулка (рис. 2.8, б), используются открытые прибыли, которые можно доливать горячим металлом. Для увеличения времени затвердевания прибыли утепляются древесным углем или экзотермическими смесями.

Опочная оснастка является неотъемлемой частью технологического процесса. Форма изготавливается в опоках 4 и 5 (рис. 2.9), которые предохраняют ее от разрушения. В комплект оснастки также входят центрирующие штыри, обеспечивающие точное совмещение верхней и нижней полуформ. Совокупность модельных комплектов и опочной оснастки позволяет организовать эффективное и качественное производство литых заготовок в условиях различного типа производства.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Е.А. Астафьева, Ф.М. Носков.

Источник: Технология конструкционных материалов.

Данные публикации будут полезны студентам бакалавриата по направлению «Машиностроение», а также всем, кто изучает дисциплину «Технология конструкционных материалов» в рамках укрупненной группы специальностей «Материаловедение, металлургия и машиностроение».