Изготовление песчаных литейных форм

Литье является одним из экономичных способов получения деталей и заготовок сложной формы, больших и малых размеров из различных металлов, сплавов, пластмасс и других материалов. Этот способ заключается в заливке расплавов в специально приготовленные литейные формы. Внутренняя полость литейной формы имеет конфигурацию будущей отливки. При охлаждении залитый металл затвердевает и сохраняет форму этой полости.

Детали литейного производства называются отливками.

В литейном производстве для получения металлических отливок применяют более 50 разновидностей литья: литье в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, литье в кокиль, центробежное литье, литье под давлением и др.

Преимущества получения заготовок литьем:

· изготовление заготовок с наибольшими коэффициентами использования металла и весовой точности;

· изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы;

· получение заготовок из сплавов, не поддающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием (магниты).

Литейные формы изготавливают как из неметаллических материалов для одноразового использования (песчаные формы; формы, получаемые по выплавляемым моделям; оболочковые формы), так и из металлов для многократного использования (кокили, изложницы для центробежного литья).

Литье в песчаные формы – это способ получения отливок в литейных формах, изготовленных из песчано-глинистых формовочных материалов.

Литейная форма состоит из собственно формы для воспроизведения наружных контуров отливок и литейных стержней для образования внутренних полостей и отверстий (рис. 9.1). Рабочая часть литейной формы представляет собой полость, в которой материал, охлаждаясь, затвердевает и принимает требуемые конфигурацию и размеры.

Литейный стержень 9 – это отъемная часть литейной формы, оформляющая внутренние полости (а при необходимости и наружные части) отливки. Литейные стержни устаналивают на специальные опорные поверхности литейной формы, называемые знаками.

Рис. 9.1. Изготовление формы в двух опоках по разъемной модели:

1 – вентиляционные наколы; 2 – нижняя опока; 3 – нижняя часть литейной формы;
4 – модельная плита; 5 – модель стояка; 6 – модель выпора; 7 – верхняя половина

модели; 8 – верхняя опока; 9 – литейный стержень

Литниковой системой называется совокупность каналов, служащих для заполнения рабочей полости литейной формы расплавленным металлом, питания отливки при затвердевании и улавливания первых порций металла, шлака и загрязнений. Основными элементами литниковой системы являются чаша, стояк, шлакоуловитель, питатель, боковая прибыль, шейка. Для образования при формовке рабочей полости литейной формы необходим модельный комплект. В него входят: литейная модель, стержневые ящики, модели литниковой системы, шаблоны для конкретной отливки, модельные плиты и др.

Литейная модель – служит для образования в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки (рис. 9.2, а). Литейные модели изготавливают из древесины, металлических и специальных модельных сплавов и из пластмасс.

Рис. 9.2. Литейная модель (а), модельная плита (б),

стержневой ящик (в) для корпуса вентиля:

1 – центрирующие шипы; 2 – стержневые знаки; 3 – центрирующие штыри;

4 – металлическая плита; 5 – модели отливок; 6 – модели элементов

литниковой системы

Модельная плита – это плита, оформляющая разъем литейной формы и несущая на себе различные части модели, включая литниковую систему, и служащая для набивки формовочной смесью одной из парных опок.

Стержневой ящик – приспособление, служащее для изготовления стержней. Конструкция стержневого ящика зависит от формы и размеров стержня, способа его изготовления (рис. 9.2, в). Для свободного удаления стержня из ящика на соответствующих поверхностях предусматривают формовочные уклоны. Стержневые ящики могут быть изготовлены из дерева, металла или пласт­массы.

В формовочный комплект входят: опоки, штыри, скобы и другие приспособления, необходимые для получения разовой песчаной формы.

Опокой называют приспособление в виде жесткой рамы (открытого ящика), служащее для удержания в нем формовочной смеси при изготовлении разовых песчаных форм, транспортирования и заливки металлом. Опоки изготавливают из стали, чугуна, алюминиевых сплавов.

Изготовление литейной формы начинают с того, что на модельную плиту 4 устанавливают нижнюю половину 3 модели и нижнюю опоку 2 рабочей плоскостью вниз (рис. 9.1, б).

На модель наносят слой облицовочной смеси толщиной 40–100 мм, который слегка уплотняют. Затем опоку заполняют формовочной смесью и уплотняют ее для придания форме достаточной прочности.

Опоку с заформованной в ней половиной модели поворачивают на 180º и вновь устанавливают на модельную плиту. На нижней половине модели 3 фиксируют ее верхнюю половину 7 (рис. 9.1, в), устанавливают модели стояка 5 и выпоров 6.

На нижнюю опоку устанавливают верхнюю 8, извлекают модели стояка и выпора. Верхнюю полуформу снимают, поворачивают на 180º и извлекают половины моделей отливки и литниковой системы. Затем в нижнюю полуформу устанавливают литейный стержень 9, который оформляет внутреннюю полость отливки, и на нижнюю полуформу с помощью штырей устанавливают верхнюю полуформу (рис. 9.1, г).

Для улучшения газопроницаемости формы делают вентиляционные наколы 1. После скрепления опок литейная форма считается подготовленной к заливке.

Формовочные и стержневые смеси служат для изготовления песчаных литейных форм и стержней. В зависимости от литейного сплава, массы и толщины стенок отливки в состав формовочной смеси входят в определенной пропорции неорганические материалы (кварцевый песок, огнеупорная глина и др.) и органические материалы (опилки, каменноугольная пыль и др.).

По характеру использования различают облицовочную, наполнительную и единую смеси.

Единую формовочную смесь применяют при серийном и массовом производстве мелких и средних отливок и полностью перерабатывают после каждого употребления.

Облицовочную формовочную смесь используют для изготовления средних и крупных отливок для замены части смеси, соприкасающейся с жидким металлом. В нее добавляют значительное количество свежих формовочных материалов, увеличивающих огнеупорность и газопроницаемость формы. Остальную часть формы набивают наполнительной формовочной смесью.

Формовочные смеси должны обладать достаточной прочностью, пластичностью, податливостью, текучестью, негигроскопичностью, выбиваемостью, огнеупорностью. Кроме того, формовочные смеси должны пропускать газы, выделяющиеся при заливке и охлаждении из расплава, стержня и формы, и воздух, находившийся в полостях формы до заливки металла.

К стержневым смесям предъявляются более жесткие требования, чем к формовочным. Это связано с тем, что стержни находятся внутри отливки, т. е. окружены расплавленным металлом до его кристаллизации и поэтому нагреваются более равномерно и до более высоких температур. После кристаллизации металла из-за его усадки стержни испытывают значительные механические воздействия.

Теплофизические свойства формовочных и стержневых смесей характеризуются их теплофизическими характеристиками: удельной теплоемкостью с и теплопроводностью λ, а также коэффициентом аккумуляции тепла .

Плотность r, а также теплоемкость с и теплопроводность l формовочной смеси зависят от ее состава, а также от степени влажности смеси. В зависимости от содержания влаги различают: сухую, сырую и подсушенную литейные формы.

Сырые песчаные смеси имеют более высокие теплофизические характеристики, чем сухие (табл. 9.1).

Теплофизические характеристики формовочной смеси существенно снижаются при добавлении в ее состав опилок.

Повышение теплоемкости и теплопроводности смеси с увеличением влажности связано с испарением воды и с переносом теплоты испаряющейся водой. Теплопроводность песчаной формовочной смеси значительно меньше теплопроводности компактного кварца, из которого она в основном состоит, и меньше теплопроводности сухого кварцевого песка.

Таблица 9.1