Извлечение модели из литейной формы называется

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 изготовлени я верхней полуформы прорезают литниковую воронку, удаляют модели стояка и выпоров, снимают верхнюю полуформу.

Рис. 25. Схема получения отливки в двух опоках по разъемной модели:

а — модель; б, 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 на модельную плиту 4 модель (рис. 2.6, в) нс 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 по обычной технологии. После окончания формовки снимают верхнюю опоку, прорезают в нижней полуформе питатели и извлекают из нее модель. Форму собирают и заливают металлом.

Такой способ изготовления формы трудоемок, поэтому применяется в единичном производстве.

Рис. 2.6. Формовка с подрезкой:

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 мастями 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 заканчивают уплотнение. Крепление отъемной части 3 называют «ласточкин хвост».

Рис. 2.7. Формовка по модели с отъемными частями:

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 иолуформ отъемные части остаются в полости формы. Их извлекают из полуформ, смещая в горизонтальном направлении.

Способы извлечения моделей из полуформ

После уплотнения полуформы на формовочной машине производится извлечение модели. Формовочные машины оборудованы механизмами для извлечения моделей, которые можно разделить на две группы:

1) без поворота полуформы перед извлечением моделей (штифтовой, рамочный, с применением протяжной плиты);

2) с поворотом полуформ перед извлечением модели (с помощью поворотной колонны или перекидного стола).

Схема извлечения модели с помощью штифтового подъема показана на рис. 7.46. Заформованная опока снимается с модельной плиты 2 с помощью четырех штифтов 3, расположенных по углам стола. Штифты кинематически жестко связаны между собой и установлены на одном уровне. Специальным механизмом штифты поднимаются и, упираясь в углы опоки 7, снимают ее с модели.

Кромки формы вокруг модели при съеме опоки находятся на весу и при высоких стенках модели могут обваливаться под действием как собственного веса смеси, так и сил сцепления смеси с моделью. Поэтому вытяжку на штифтах применяют только при формовке по невысоким, простым по конфигурации, хорошо вынимающимся из формы моделям.

При формовке по высоким моделям сложной конфигурации (например, шестерни с литым зубом) вытяжку осуществляют с помощью специальных протяжных плит (рис. 7.47). В этом случае на модельную плиту 2 устанавливают не только модель 4, но и специальную протяжную плиту 5, которая имеет вырез, точно совпадающий с контуром модели. При съеме полуформы 1 штифты 3 упираются в протяжную плиту 5 и снимают полу-форму с модельной плиты вместе с протяжной плитой, которая предохраняет полуформу от разрушения при съеме и извлечении из нее модели.

На средних и крупных формовочных машинах извлечение моделей из полуформ осуществляется с помощью специальных подъемных рамок. Принцип извлечения модели такой рамкой ничем не отличается от штифтового подъема. Подъемная рамка упирается в кромки опоки, в которой изготовлена полуформа, и снимает ее с модельной плиты.

Извлечение из полуформ моделей сложной конфигурации можно осуществлять комбинированным способом (рис. 7.48). При съеме опоки штифтами 5 болван 6 из формовочной смеси 3 между высокими и близко расположенными ребрами модели под действием веса и сцепления с моделью легко может обвалиться. Во избежание этого ребра модели выполняют проваливающимися в зазоры модельной плиты 7, или протяжными. При комбинированном способе вытяжка модели осуществляется в два этапа. Вначале проводится протяжка подвижной части 4 модели опусканием ее вниз. Протяжной рамкой здесь служит неподвижная часть 2 модели. Оставшуюся невысокую часть модели извлекают путем вытяжки на штифтах. При этом способе извлечения модели исключен обвал болвана 6, так как он при протяжке части модели 4 имеет поддержку.

Литье в песчаные формы

Литье в песок (литье в песчано-глинистые формы) — один из самых распространенных методов получения литых заготовок во многих отраслях промышленности – станкостроение, автомобильная отрасль и многое другое. Этот способ широко применяют при единичном, серийном и массовом производстве.

Технология литья в песчаные формы

Технология литья в формы из песка не отличается сложностью. Такой метод литья применяют для изготовления отливок и деталей из серого чугуна, низкоуглеродистые стальные сплавы. Иногда, литье в песчаные формы используют для обработки цветных металлов – алюминия, меди и пр.

Выбирая такое литье в песок технолог, должен понимать, что качество готовых деталей будет довольно низким. Это связано в первую очередь с тем, использование такой технологии не может гарантировать того, что в жидкий сплав не попадут посторонние включения. При литье в песчаные формы весьма бурно происходить газообразование, особенно этот процесс, проявляет себя при литье во влажные формы. Допустимо использовать такую форму литья для получения деталей со сложной геометрией. Но ряд ограничений на получение таких заготовок накладывает то, что изъятие готовой отливки сопряжено с определенными сложностями.

Литье в песок позволяет получать заготовки до сотен тонн весом. Таким образом, производят станины для металлорежущего оборудования, корпусные детали и пр.
Между тем точность получаемых заготовок ниже 14 квалитета, кроме того, на поверхности отлитых деталей можно встретить раковины, посторонние включения. Именно поэтому те поверхности, которые будут контактировать с другими деталями, всегда подвергают механической обработке.

Литейная продукция

Литье в песок или землю применяют для производства множества деталей. Для удобства потребителей их можно систематизировать в несколько групп.
Группа А – к этой группе относят отливки простой формы – кольца, колеса, маховики и пр.
Группа Б – к этой группе относят элементы арматуры, подшипниковые корпуса, сложные поверхности с тупым или острым углом.
Группа В – она включает в себя заготовки для зубчатых колес, станины, кожуха и пр.
Группа Г – это отливки для производства станочных станин, сложные корпусные детали.
Группа Д – это отливки, которые получают методом формования по модели.

Таким образом, можно сделать вывод, что в формы из песка можно выполнять отливку и канализационных люков, и детали со сложной геометрической формы, например, кожуха ступеней компрессоров и пр.
При проектировании формы из песка, конструктор должен учитывать то, что в том направлении куда будет извлекаться готовая отливка не должна иметь никаких препятствий в виде выступающих стержней и пр.

Литейные модели

Модели для такой формы литья в песок должны выдерживать довольно большое давление, которое возникает при набивке опоки литейной землей. Именно поэтому для изготовления литьевых форм применяют металл, твердую древесину. Все материалы, которые допустимо использовать для изготовления литьевых форм допускается комбинировать. То есть их можно собирать на резьбовых соединениях, склеивать и пр. Для устранения пор на деревянных частях моделей из тщательно обрабатывают абразивной шкуркой. Затем, ее покрывают лаком. При изготовлении литейных форм необходимо учитывать то, что необходимо выдерживать углы наклона вертикальных плоскостей. Наличие этих углов впоследствии облегчит изъятие готовой отливки из формы.

Основные элементы литья в песчано-глиняные формы

Одним из ключевых факторов, определяющих качество выполнения литья – это свойства песка (земли), применяемого для получения литьевой оснастки. Практика показывает то, что чем мельче и чище песок, тем качество получаемой отливки будет выше.
Нельзя забывать и о стержнях, которые могут быть много- или одноразовые.

Общая классификация песчаных формовочных смесей

В зависимости от применения смеси можно разделить на следующие подвиды:

• облицовочные их применяют при создании рабочей поверхности формы;
• диные (наполнительные), их применяют непосредственно для создания формы.

Общая классификация песчаных формовочных смесей

Облицовочные материалы обладают толщиной, которая определяется толщиной будущей отливки, она может составлять 20 – 100 мм. Сверху смеси, применяемой для облицовки, может быть засыпана наполнительная смесь.
Наполнительную или единую смесь применяют для набивки всей формы и применяют для производства оснастки при всех видах производства, начиная от единичных изделий и заканчивая массовым.

Изготовление литейной песчаной формы

Литье в песчаные формы начинается с ее создания. Отличительной чертой песчаной оснастки является то, что их можно использовать только один раз и для получения новой детали необходимо изготавливать новую.

Оснастку производят, имея на руках модель будущей детали. Ее устанавливают в опоку (деревянная или металлическая коробка для формовочной смеси), засыпают землю. Затем необходимо уплотнить засыпанную песчаную смесь. Для этого используют ручной или механизированный инструмент ударного действия и приспособления. По достижении смесью необходимой кондиции, то есть необходимой плотности, модель извлекают и в распоряжении литейщиков останется готовая технологическая оснастка.

Для получения полостей расположенных внутри будущей отливки применяют стержни. Их как правило, изготавливают из того же материала, что и саму оснастку.
В процесс производства литейной формы из песка входят следующие основные этапы.

• установка модели в опоку;
• уплотнение песчаной смеси;
• изъятие модели из опоки.

Трудоемкость и технология производства литейной оснастки во многом зависит от следующих параметров:

• размера будущей отливки;
• количества полостей;
• типа оснастки.

Если изготавливаемая форма требует дополнительного нагрева или запекания, то затраты времени на ее производство резко вырастут. Для облегчения изъятия готовой отливки на рабочие поверхности наносят различные смазки, например, солидол.

Сборка песчаной литейной формы

После того как оснастка для литья произведена, ее готовят для заливания расплава. Рабочие поверхности необходимо смазать специальным составом, который способствует свободному извлечению готовой отливки. После подготовки рабочих поверхностей выполняют установку литьевых стержней.

Процесс изготовления формы

На завершающем этапе, полуформы соединяют между собой и надежно скрепляют. Надежность сборки не позволит расплаву вытечь за пределы формы.

Типы песчаных форм

Многообразие песчаных форм для литья позволило их разделить на несколько групп, предназначенных для получения отливок с разными характеристиками.

Песчаные литейные формы

Всего можно назвать 7 групп литейной технологической оснастки или модельных комплектов.

1. Модельный набор, произведенный из металла, в состав, которого входят дополнительные приспособления для выполнения машинной формовки.
2. Набор, выполненный из металла, в его состав включены дополнительные приспособления, которые предназначены для выполнения машинной и ручной формовки.
3. Модельный набор, используемый для выполнения машинной и ручной формовки. Сами модели произведены из металла, а некоторые части, например, стержни для формирования полостей выполнены их древесины разных пород.
4. Набор для производства ручной и машинной формовки. Модели и стержни, подвергаемые сильному износу, выполняют из металла.
5. Набор для формовки отливок из твердых пород древесины.
6. Набор для формирования отливок, выполненный из мягких пород древесины.
7. Наборы для выполнения ручной формовки отливок.

Сырая песчаная форма

Для производства литьевой оснастки используют смеси, состоящие из песка, воды, глины и какого-либо связующего материала. Типовой рецепт выглядит примерно так:

Сырая песчаная форма

Оснастку такого типа относят к весьма экономичным и широко используемым.

Подсушенная песчаная форма

Производство такой оснастки похоже на производство сырой формы, но в рецептуру вводят дополнительные материалы, предназначенные для связывания компонентов смеси.

Подсушенная песчаная форма

Рабочие поверхности оснастки просушивают прогреванием. Такой подход к изготовлению форм приводит к росту точности размеров заготовок и их качества. Производство таких форм требует больших затрат времени и в результате их стоимость растет, а выпуск деталей нижается.

Сухая песчаная форма

В оснастке такого типа используют добавки органического типа. Их задача связывание компонентов смеси в единое целое. Окончательную обработку производят в печи. К явным достоинствам этих изделий можно отнести точность выполненной отливки. Но надо понимать, что эти формы обладают высокой стоимостью изготовления и низкой производительностью выполнения отливок.

Химически твердеющая песчаная форма

В формовочный состав химически твердеющей оснастки вводят смолы. Они обеспечивают формирование модели на открытом воздухе без использования термической обработки.

Химически твердеющая песчаная форма

В основе смеси лежит кварцевый песок. Кроме, песка в состав смеси входит жидкое стекло и едкий натр. Добавление этого химиката оказывает влияние на технологические свойства литейной формы. В частности, будет продлен срок ее эксплуатации. После затвердевания, ее прочность будет выше, чем у смесей другого типа.

Характеристики литейного песка

Выполняя литье в песчаную оснастку надо понимать, что качество отливки напрямую зависит от состава и свойств литейного песка. Практикой литейного дела определены пять ключевых параметров, которые определяют качество литейного песка.

Физические характеристики песка

• прочность;
• газопроницаемость;
• стабильность при воздействии температуры;
• способность к просадке;
• возможность многократного использования.

Прочность

Прочностью называют способность смеси сохранять заданные параметры во время выполнения литейной операции и транспортировки опоки внутри производственного помещения.

Газопроницаемость

Газопроницаемость – это способность песка пропускать через себя газы, образовывающиеся при затвердевании расплава. Если смесь обладает высокой проницаемостью, будет снижена пористость отливки. Если проницаемость низкая, то качество поверхности будет значительно лучше. Газопроницаемость напрямую зависит состава и фракции песчаной смеси.

Термическая стабильность

Возможность оснастки при воздействии температуры сохранять заданную форму, оказывать сопротивление растрескиванию и появлению иных дефектов, проявляющихся при действии большой температуры расплавленного металла, называют термической стабильностью.

Способность к просадке

Способность формовочной смеси плотно сжиматься в процессе затвердевания отлитой детали. Если бы песок не обладал таким свойством, то отлитая заготовка не имела бы возможности изменять размеры внутри формы. А это в результате привело бы к растрескиванию заготовки и проявлению других дефектов, возникающих при разливе расплавленного металла.

Повторное применение

Это обозначает возможность использования формовочной смеси для производства оснастки, предназначенных для формирований новой партии отливок.

Технология изготовления литейных форм и стержней

Существуют следующие способы изготовления литейных форм:

• 1 — вручную в опоках (применяют при индивидуальном и мелкосерийном производстве для мелких, средних и частично крупных отливок), по шаблону, в стержнях;
• 2 — вручную в почве (применяют в индивидуальном производстве, преимущественно для крупных отливок);
• 3 — машинный (применяют при массовом производстве для мелких и средних отливок).

Наиболее распространена формовка в парных опоках по разъемной модели (рис. 3.2). В этом случае литейную форму изготавливают в следующем порядке: на модельную плиту 3 устанавливают нижнюю половину модели 7, модель питателя 4 и опоку 5 (рис 3.2, а).

В опоку засыпают формовочную смесь и уплотняют. После этого опоку поворачивают на 180°, на нижнюю половину модели устанавливают верхнюю половину модели 2, модели шлакоуловителя 9, стояка 8 и выпаров 7 (рис. 3.2, б). Далее с помощью центрирующих штырей закрепляют верхнюю опоку 6, засыпают ее формовочной смесью и уплотняют (трамбуют). После трамбовки из верхней опоки осторожно, чтобы не осыпалась формовочная смесь, извлекают модели стояка и выпоров и форму раскрывают. Из полуформ извлекают

Рис. 3.2. Последовательность формовки в парных опоках корпуса вентиля

половинки модели, а также модели питателей и шлакоуловителей. После этого в нижнюю полуформу устанавливают стержень 10 (рис. 3.2, в, г) и накрывают нижнюю полуформу верхней, закрепляя их с помощью центрирующих штырей. После заливки расплавленного металла и его затвердевания форму (рис. 3.2, д) разрушают и извлекают отливку (рис. 3.2, ё).

Изготовление форм по шаблону (рис. 3.3) применяют в единичном производстве крупных отливок с правильной геометрической формой, поверхность которых можно оформить вращением шаблона вокруг оси, и в случае, когда изготовление модели неэкономично. Шаблоном называется профильная доска, имеющая очертания внутренней или внешней поверхности отливки. Шаблон 1 устанавливают в шпинделе 2 при помощи серьги 3. Вращением шаблона в ту или другую сторону срезают формовочную смесь в соответствии с профилем шаблона (рис. 3.3, а—в). После этого серьгу с шаблоном снимают со шпинделя, плоскость разъема засыпают разделительным слоем песка, устанавливают модели литниковой системы, в опоку 6 засыпают формовочную смесь, уплотняют ее, удаляют шпиндель и снимают верхнюю полуформу. Далее в подпятник 7 вновь устанавливают шпиндель 2, на который с помощью серьги 3 крепится шаб-

Рис. 3.3. Шаблонная формовка

лон 4. С помощью шаблона 4 удаляют слой формовочной смеси на толщину стенки отливки (рис. 3.3, д). После этого шаблон снимают, удаляют шпиндель, устанавливают верхнюю полуформу и в образовавшуюся литейную форму заливают металл.

При изготовлении литейных форм в кессонах (бетонированных ямах) на дно ямы укладывают двутавровые балки, на которые устанавливают чугунные плиты. На них из обычного кирпича выкладывают форму из стержней-блоков, изготовленных из жидких само- твердеющих смесей. Литниковую систему изготавливают из керамических огнеупорных трубок. С наружной стороны кирпичной кладки насыпают слой шлака для увеличения газопроницаемости, к которому подводят газоотводящие трубы. После простановки модели засыпают и уплотняют формовочную смесь с помощью пескомета. Через литники заливают металл, после затвердевания и охлаждения отливки форму разрушают и вынимают отливку.

В стержнях получают тонкостенные отливки сложной конфигурации или с большим числом ребер. В этом случае форму собирают с помощью стержней для образования наружной и внутренней частей отливки.

Машинная формовка — главный способ изготовления форм в литейном производстве. Доля ручной формовки в настоящее время составляет менее 8% отливок по массе и непрерывно сокращается. Машинная формовка позволяет резко увеличить производительность труда, сократить площади литейных цехов, получить более точные отливки, уменьшить брак и значительно повысить культуру труда. Машинная формовка механизирует установку опок на машину, засыпку формовочной смеси в опоку, уплотнение смеси, удаление моделей из формы, транспортирование и сборку форм.

При машинной формовке большое значение приобретает модельная оснастка. Обычно машинную формовку выполняют по металлическим моделям, установленным на модельные плиты. Разработаны различные типы модельной оснастки, позволяющей универсальную модельную плиту быстро укреплять на машине. Применяются следующие основные типы формовочных машин:

• 1 — ручные формовочные станки, механизирующие только операции удаления модели из формы;
• 2 — прессовые формовочные машины с верхним и нижним прессованием;
• 3 — встряхивающие формовочные машины, уплотняющие формовочную смесь;
• 4 — пескометные формовочные машины, наполняющие и уплотняющие формовочную смесь.

Стержни изготавливаются ручным и машинным способами.

При ручном способе стержни изготавивают в стержневых ящиках или с помощью шаблонов; при машинном — только в стержневых ящиках. Машинный способ обеспечивает более точные размеры стержней и более высокую производительность труда.

Стержни могут быть песчано-глинистыми, песчано-масляными и металлическими. Крупные и средние стержни чаще бывают песчано-глинистыми, их изготавивают из смеси песка, глины и органических добавок; мелкие стержни — песчано-масляными и состоят из кварцевого песка и органического крепителя.

Стержневую смесь уплотняют в стержневых ящиках вручную или машинным способом с помощью стержневых, встряхивающих, пескодувных и пескоструйных машин, пескометов и т.д. Конструкция этих машин мало отличается от конструкции машин для формовки.

Стержни должны обладать высокой прочностью, газопроницаемостью и огнеупорностью, а также достаточной податливостью. Это достигается подбором специальных стержневых смесей. Для создания необходимой прочности в крупные стержни заформовывают арматурные каркасы, изготовленные из стальной проволоки или отлитые из чугуна. Каркасы сложного очертания выполняют из отожженной стальной проволоки. Она не пружинит при изготовлении стержня, не отстает от стержневой смеси.

Сложные и крупные стержни изготавливают по частям, а затем эти части склеивают и собирают в узлы, после чего ставят в форму. Отделка и контроль сухих стержней являются обязательными операциями перед простановкой их в форму. Составные стержни перед склейкой или сборкой калибруют. При сборке тщательно контролируют размеры стержня.

Часто стержни окрашивают противопригарной краской, улучшающей поверхность отливки.

Сушка форм и стержней. Значительное количество форм и почти все стержни подвергают сушке для увеличения газопроницаемости и прочности и уменьшения газоотводной способности. Температура и продолжительность сушки зависят от размера форм и стержней, массы и химического состава материалов. Оптимальная температура для сушки форм чугунного и цветного литья составляет 350—400 °С, а для стального — 400—450 °С. Стержни, в которых в качестве красителя применен декстрин, сушат при 160—180 °С, стержни на масле — при 200—220 °С, на глине — 300—350°С.