Milling-master.ru

В помощь хозяину
26 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технология изготовления литейных форм

Технология изготовления литьевых форм (часть 1)

В производстве литьевых форм используют множество разнообразных способов и их сочетаний. На рис. 1 приведена относительная себестоимость матриц, изготовленных из различных материалов. Видно, что стальные матрицы во много раз дороже. Несмотря на это предпочтение в большинстве случаев отдается именно стали. Это кажущееся противоречие объясняется тем, что стальные матрицы отличаются максимальным сроком службы, а дополнительные затраты при ее изготовлении составляют только часть общих затрат на форму.

Рис. 1. Сравнение стоимости: различные способы изготовления форм

Если матрицу изготавливают методом электролитического осаждения или другим способом, требующим кооперации, то общее время ожидания готовности формы увеличивается. Это может оказаться неприемлемым. Процесс получения формообразующих вставок методом гальванопластики занимает недели и даже месяцы. Матрицу, изготовленную из термообработанной стали, можно без затруднений использовать в пробном запуске, а затем доработать. При высоких производственных затратах стоимость материала даже самого высокого качества для изготовления матрицы составит 10-20% от общих затрат на форму.

Несмотря на постоянное совершенствование методов планирования, конструирования и управления производством, изготовление форм остается уделом опытных и высококвалифицированных специалистов, которых в наше время относительно немного. Очевидно также, что для изготовления форм требуется самое современное оборудование, например, станки или электроэрозионные машины с программным управлением, что позволяет снижать вероятность брака и автоматизировать процесс.

Изготовление форм и формообразующих вставок литьем

В ряде областей применения предпочтение при изготовлении вставок или даже полуформ отдается литью. Причины заключаются в том, что почти для любого применения формы можно подобрать подходящий литейный сплав, а форма и размеры практически неограниченны. Когда форма требует значительной механической обработки, альтернативой является экономически более выгодный литейный метод. Другой сферой применения литья является простое и экономичное изготовле¬ние форм (в основном из цветных металлов) для выпуска пробных и малых партий. Ниже дается лишь краткое перечисление литейных методов получения вставок для форм.

Методы литья и литейные сплавы

Из множества известных методов литья для получения вставок и матриц используются точное литье и литье в песчаные формы. Выбор конкретного метода зависит от размеров литьевой формы, допусков на размеры и желаемого качества поверхности. Отлитая форма уже имеет контур, необходимый для получения детали. При изготовлении крупногабаритных форм, отливаемых в виде монолита, можно в рамках литейной технологии отлить систему каналов для охлаждающей жидкости.

Обычно внутренние контуры формы отливаются с припуском и требуют небольшой механической доработки. Другим определяющим фактором являются требования к качеству поверхности готового изделия. Вся последующая обработка поверхности (например, полирование) выполняется так же, как и при обычном изготовлении форм, но зернистые и структурированные поверхности, специально получаемые методом точного литья, не требуют последующей обработки. Отверстия под толкатели, втулки литников и вставки, пазы для направляющих, износостойкие покрытия и другие элементы формы выполняются на отлитой заготовке также обычными способами.

Металлы, применимые для изготовления форм, делятся на две группы:

цветные металлы (алюминий, медь, цинк и сплавы олово-висмут).

Если речь идет не только об экспериментальных или мелких партиях деталей, то прочностным требованиям, предъявляемым к вставкам и матрицам, удовлетворяют лишь литейные стали. Более того, только сталь обладает достаточной полируемостью. Следует, однако, помнить, что стальное литье имеет грубую структуру, не сравнимую с полиморфной структурой кованых и катаных сталей. С макроскопической точки зрения у литья заметна разница в размере зерен между краевыми и срединными зонами. Для удаления первичных фаз, кристаллизующихся из расплава на поверхности зерен, путем термообработки существует немного возможностей. Поэтому для изготовления форм методом литья рекомендуется использовать те марки сталей, которые не склонны к образованию грубых кристаллов и возникновению ликвационной неоднородности.

Термообработка, следующая за литьем, не только приводит к положительным структурным изменениям, о которых сказано выше, но и улучшает механические свойства формы, снижая внутренние напряжения и повышая прочность при их концентрации на поверхности. Связанная с содержанием углерода прочность литейных сталей, а также пластичность и ударная вязкость ниже, чем у штампованных и катаных сталей, однако они удовлетворяют большинству предъявляемых требований. Срок службы форм из литейных сталей зависит от износостойкости, а в случае термической нагрузки — от стойкости к тепловому удару. Если рассматривать стали сравнимых марок, то у литейной стали стойкость к тепловому удару ниже, чем у стали, подвергнутой механической обработке.

Вставки из сплавов меди и алюминия получают как литьем, так и механической обработкой. Очищенные литейные сплавы цинка используются в литьевом формовании только для вставок в случаях экспериментального либо раздувного формования и мелких партий изделий. Подобно сплавам меди, очищенные литейные сплавы цинка отличаются превосходной теплопроводностью порядка 100 Вт/(м*К). Цинковые сплавы позволяют добиться отличной заполняемости, и даже в матрицах со сложным и протяженным профилем получаются отливки с гладкой поверхностью, не имеющей пор.

Сплавы олово-висмут — это относительно мягкие, тяжелые и низкоплавкие металлы (температура плавления в зависимости от состава меняется от 47 до 170 °С). Сплавы олово-висмут, выпускаемые под торговой маркой Gerro, особенно хороши для изготовления форм, так как при затвердевании не дают изменения в объеме, однако ввиду невысоких механических характеристик используются только для литья под давлением пробных партий либо для раздувного формования. Также они применяются как материал для изготовления выплавляемых пуансонов.

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.

Учебные материалы

Изготовление литейных форм – наиболее сложная и ответственная операция. Обычно при ручной формовке 70–80% состава формовочных смесей составляет, так называемая земля – формовочная смесь, бывшая уже в употреблении, после соответствующей очистки ее и подготовки. Остальные 20–30% свежая формовочная смесь с добавлением новых материалов (кварцевый песок и глина). Глины в формовочной смеси должно быть 4–5%, воды до 8%.

Существуют особенности изготовления форм в зависимости от условий и характера производства:

  • в индивидуальном и мелкосерийном производстве применяют облицовочную, более качественную и наполнительную – менее качественную формовочную смесь;
  • в крупносерийном и массовом литейном производстве формовочная смесь делается единой.

Кроме того формы делятся на мокрые и сухие: для получения более качественных отливок при небольших размерах форму делают сухой (перед заливкой в форму жидкого металла она сушится в печи), сухая форма должна содержать больше глины.

Стержневые смеси в процессе получения отливки испытывают большие нагрузки и большие температурные влияния, чем формовочные смеси. Стержни всегда делаются только из новых высококачественных материалов с добавкой специальных вяжущих веществ, называемых крепителями (льняное масло, дикстрин, сульфидная барда) и другие вещества – отходы крахмального производства, отходы переработки древесины и т.д. Стержни после их изготовления обязательно сушатся и прокаливаются в печах. В больших стержнях для увеличения жесткости закладывается арматура, а для увеличения газопроницаемости стержня, в них делаются газовые каналы – вводя в состав стержня жгуты из пеньки, муки, воска.

Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям

  1. Прочность: вода повышает прочность при содержании ее до 7–8%, далее снижает; глина при содержании до 5–6%; наличие мелких угловатых крупинок (песчинок) наряду с крупными округлыми тоже повышает прочность.
  2. Пластичность: необходима, чтобы форма легко воспроизводила все мельчайшие детали модели (повышается так же, как и прочность), т.е. зависит от содержания компонентов и их форм.
  3. Газопроницаемость: необходимо для возможности выхода газов при заливке жидкого металла. В противном случае газ будет попадать в металл, что приведет к образованию в отливке газовых раковин и следовательно к браку. Глина, вода и мелкие угловатые песчинки уменьшают газопроницаемость. Иногда для улучшения газопроницаемости в формовочные, а особенно в стержневые смеси вводят наполнители: мелкие древесные опилки, древесный уголь и жгуты, которые при сушке выгорают увеличивая газопроницаемость.
  4. Непригораемость: формовочная и стержневая смесь не должна пригорать, в противном случае очистка отливки от смесей будет затруднена и будет затруднена обработка отливок на режущих станках. На пригораемость значительно влияет наличие в смесях щелочных растворов, которые растворяют окись Si и способствуют образованию легко пригораемых силикатных пленок.
  5. Податливость – способность стержневых смесей несколько снижаться под действием сил возникающих при затвердевании металла (равномерные округлые зерна повышают податливость, а глина и мелкие остроугольные песчинки ухудшают податливость).

Литниковая система – каналы в форме, служащие для подачи в форму расплавленного металла. Назначение, также улавливать шлак и питать отливку в процессе затвердевания.

Изготовление литейных форм

Формовка – это процесс изготовления разовых литейных форм, при котором выполняют следующие технологические операции:

  • • уплотнение смеси, позволяющее получить точный отпечаток в форме и придать ей необходимую прочность в сочетании с податливостью, газопроницаемостью и другими свойствами;
  • • извлечение модели из формы;
  • • отделка и сборка формы, включая установку стержней.

Литейные формы делают: вручную, на формовочных машинах, полуавтоматических и автоматических линиях.

Существует три основных способа машинной формовки: в парных опоках, стопочный и безопочный.

По первому способу формы изготовляют на двух формовочных машинах с односторонними модельными плитами в двух парных опоках: одна для нижней и другая для верхней платформы (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Схема изготовления формы в парных опоках:

а – модельные плиты верха и низа; б – изготовленные полуформы; в – собранная форма; 1, 3 – нижняя и верхняя полуформы; 2 – литниковая система; 4 – стержень; 5 – полость формы; 6, 7 – модели низа и верха; 8 – модельная плита; 9 – штырь; 10 – питатель

При стопочной формовке формы изготовляют по двусторонним модельным плитам (рис. 7.14).

Рис. 7.14. Установка форм по стопкам:

1 – канал; 2 – полость формы; 3 – двухсторонняя плита; 4 – рым-болт; 5 – литник

При безопочной формовке на автоматических линиях (рис. 7.15) формы изготовляют в формовочной камере по модельным плитам 2, 4. Уплотненный ком 6′ формовочной смеси плунжером 3 проталкивается по плите 7 до соприкосновения с предыдущим комом 8, образуя полость 9. В результате получается непрерывный ряд форм, заливаемых из ковша 11.

Рис. 7.15. Схема автоматической линии для безопочной формовки:

1 – бункер; 2, 4 – модельные плиты; 3 – плунжер; 5 – формовочная смесь; 6,8 – формовочный ком; 7 – плита; 9 – полость литейной формы; 10 – отливка; 11 – ковш

Существует несколько методов уплотнения формовочной смеси.

Прессование

Под воздействием давления сжатого воздуха в прессовом поршне 5 (рис. 7.16) колодка 1 входит внутрь наполнительной рамки 3 и уплотняет формовочную смесь 2 в опоке 4. Плотность смеси уменьшается по мере удаления от прессовой колодки. Способ используют для формовки в невысоких опоках (высотой 200–250 мм).

Рис. 7.16. Схема прессования

Встряхивание

Уплотнение встряхиванием ведут в пневматической формовочной машине (рис. 7.17). Сжатый воздух подают в нижнюю часть цилиндра 1 (рис. 7.18), при этом стол 2 поднимается на высоту 25–80 мм. При открытии выхлопного окна сжатый воздух выходит в атмосферу и стол 2 с моделью 3 падает на торец цилиндра 1. Формовочная смесь в опоке 4, продолжая двигаться по инерции, уплотняется. Стол обычно совершает 120–200 ударов в минуту. Бо́льшую плотность имеют слои смеси вокруг модели.

Рис. 7.17. Машина формовочная пневматическая встряхивающая

Рис. 7.18. Схема встряхивания

Для уплотнения верхних слоев формы встряхивание совмещают с прессованием.

Уплотнение пескометом

Рабочий орган пескомета – метательная головка 1, которая выбрасывает пакеты смеси 5 на рабочую поверхность модельной плиты 7 (рис. 7.19).

Рис. 7.19. Схема пескомета

Смесь уплотняется равномерно по высоте опоки 6 за счет кинетической энергии. Она подается в головку непрерывно ленточным конвейером 3 через окно 2, при вращении ковша 4 (до 20 об/с) собирается в пакеты 5 и центробежной силой выбрасывается через выходное отверстие на рабочую поверхность модели 7.

Вакуумная формовка

Сущность метода в том, что форма, изготовляемая из сухого песка, уплотняется вибрацией и упрочняется под действием атмосферного давления (рис. 7.20).

Рис. 7.20. Схема вакуумной формовки:

1 – полость вакуумирования; 2 – модель; 3 – модельная плита; 4 – основание плиты; 3, 7 – полимерная пленка; 6 – вибраторы; 8 – нагреватели; 9 – опока; 10, 11 – питатели; 12 – кварцевый песок; 13 – отливка

Модельную плиту 3 (рис. 7.20, а) с моделью 2 накрывают разогретой полимерной пленкой 5. Вакуумным насосом в полости 1 откачивают воздух.

Пленка плотно прижимается к модели. На модельную плиту устанавливают опоку 9 (рис. 7.20, б), которую заполняют сухим кварцевым песком 12 и уплотняют его с помощью вибратора 6. На верхнюю поверхность накладывают полимерную пленку 7, которая за счет разряжения плотно прилегает к опоке, что способствует уплотнению песка и устойчивости формы. Затем полуформу снимают с модели (рис. 7.20, в). Вакуумирование продолжается не только при изготовлении полуформ, но и при их сборке, заливке (рис. 7.20, г, д) и затвердевании залитого литейного материала. При заливке пленка сгорает.

Процесс позволяет получать отливки 13 из различных сплавов (чугуны, стали, медные и алюминиевые сплавы) массой от нескольких грамм до нескольких тонн в условиях единичного и массового производства. В серийном и массовом производстве формовка осуществляется на автоматических линиях.

К преимуществам процесса относятся: удешевление формовочной смеси и упрощение смесеприготовления; повышение точности и чистоты поверхности отливки, благодаря отсутствию связующих и влаги в форме; упрощение выбивки форм; увеличение срока службы оснастки.

Изготовление литейных стержней

Стержни в литейной форме испытывают значительные тепловые и силовые нагрузки. Они должны обладать высокой термоустойчивостью, прочностью и в то же время хорошей выбиваемостью. В качестве материала для их изготовления широко распространены песчано-смоляные смеси, отверждаемые под действием нагрева или при вводе отвердителя. Формообразование осуществляется в стержневом ящике, полости которого могут быть заполнены стержневой смесью различными способами. В современном литейном производстве наиболее распространены пескодувные стержневые машины (рис. 7.21).

Рис. 7.21. Схема работы пескодувной стержневой машины:

1 – резервуар; 2 – гильза; 3 – смесь; 4 – клапан; 5 – ресивер; 6 – сопло; 7 – надувная плита; 8 – венты; 9 – стержневой ящик; 10 – бункер

Стержневая смесь из бункера 10 периодически поступает в пескодувный резервуар 1, который после этого при открытии клапана 4 заполняется сжатым воздухом из ресивера 5. В гильзе 2 резко повышается давление, и стержневая смесь 3 выталкивается через сопло 6 в полость стержневого ящика 9. Для выпуска воздуха в надувной плите 7 и стержневом ящике 9 предусмотрены венты 8. Пескодувные машины обладают высокой производительностью и обеспечивают высокое качество уплотнения стержневой смеси.

Сущность технологического процесса изготовления стержней в нагреваемой оснастке состоит в том, что смесь с быстротвердеющим связующим (синтетической смолой) с помощью пескодувной машины вдувается в стержневой ящик, предварительно нагретый до 200–250°С. Под действием нагрева смола полимеризуется, смесь затвердевает, придавая прочность стержню. После непродолжительной выдержки (

30 с) ящик раскрывают и извлекают стержень.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Виды литейных дефектов
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector