Технология литья в песчаные формы

Материаловед

3.1. Изготовление отливок в песчаных формах

Для изготовления отливок служит литейная форма, которая представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка.

Литейные формы изготавливают как из неметаллических материалов (песчаные формы, формы, изготовляемые по выплавляемым моделям, оболочковые формы) для одноразового использования, так и из металлов (кокили, изложницы для центробежного литья, пресс-формы для литья под давлением) для многократного использования.

Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов от нескольких грамм до сотен тонн, с толщиной стенки от 3…5 до 1000 мм и длиной до 10000 мм.

Сущность литья в песчаные формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.

Схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах представлена на рис. 1.

Схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах

Рис. 1. Схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах

Литейная форма для получения отливок в песчаных формах представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема литейной формы

Литейная форма состоит из верхней 1 и нижней 2 полуформ, которые изготавливаются в опоках 7, 8 – приспособлениях для удержания формовочной смеси.

Опоки могут быть цельнолитыми и сварными. По конфигурации они бывают прямоугольными, круглыми и реже – фигурными. Для облегчения выхода газов и паров воды в стенках опоки выполняют специальные вентиляционные отверстия. Для удержания уплотненной смеси в опоке и увеличения жесткости конструкции средние и крупные опоки снабжают внутренними ребрами. Для упрощения обработки опок верхний уровень ребер жесткости часто выполняется ниже бортиков опок. Для изготовления опок используют чугун, сталь, алюминиевые и магниевые сплавы.

Полуформы ориентируют с помощью штырей 10, которые вставляют в отверстия ручек опок 11.

Для образования полостей отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 3, которые фиксируют посредством выступов, входящих в соответствующие впадины формы (знаки).

Литейную форму заливают расплавленным металлом через литниковую систему.

Литниковая система – совокупность каналов и элементов литейной формы, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы и заполняет ее и с помощью которых обеспечивается питание отливки при затвердевании.

Основными элементами являются: литниковая чаша 5, которая служит для приема расплавленного металла и подачи его в форму; стояк 6 – вертикальный или наклонный канал для подачи металла из литниковой чаши в рабочую полость или к другим элементам; шлакоуловитель 12, с помощью которого удерживается шлак и другие неметаллические примеси; питатель 13 – один или несколько, через которые расплавленный металл подводится в полость литейной формы.

Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затвердевании служит выпор 4. Для вывода газов предназначены и вентиляционные каналы 9. К литниковой системе относят прибыли, компенсирующие усадку отливки, поэтому их располагают над массивными частями отливки. Конфигурацию и размеры прибылей подбирают таким образом, чтобы процесс кристаллизации отливки завершался именно в них.Например, толщина прибыли всегда больше толщины отливки в том месте, над которым ставят прибыль. Различают: открытые (прямого питания), закрытые (шаровой и конической формы), работающие под газовым давлением (заряд газотворного вещества размещен в полости прибыли), а также легко отделяемые прибыли. Простота отделения прибыли обеспечивается применением диафрагм (разделительных пластин), выполненных из шамотно-глинистых смесей.

Различают литниковые системы с питателями, расположенными в горизонтальной или вертикальной плоскостях.

По способу подвода расплава в рабочую полость формы литниковые системы делят на нижнюю (сифонную), верхнюю, боковую (по разъему), дождевую, ярусную.

По гидродинамическому признаку литниковые системы подразделяются на сужающиеся и расширяющиеся. Для сужающихся литниковых систем характерно последовательное уменьшение площадей поперечных сечений стояка, шлакоуловителя и питателей.

При наличии самого узкого места в питателях обеспечивается быстрое заполнение металлом всей системы и шлакоуловителя в целях лучшего улавливания шлака. Истечение металла в полость формы происходит с большой скоростью, что может привести к разбрызгиванию и окислению расплава, захвату воздуха и размыву формы. Такую систему применяют в производстве чугунных отливок.

В расширяющихся системах узкое место находится в нижнем сечении стояка. Скорость потока от стояка к питателям снижается, металл поступает в полость спокойно, с меньшим разбрызгиванием, меньше окисляясь и разрушая стенки формы. Расширяющиеся системы применяют при изготовлении отливок из стали, алюминиевых, магниевых и других легкоокисляющихся сплавов.

Некоторые разновидности литниковых систем представлены на рис. 3.

Разновидности литниковых систем

Рис. 3. Разновидности литниковых систем: а – боковая; б – нижняя (сифонная); в – верхняя; 1 – питатели; 2 – шлакоуловитель; 3 – стояк; 4 – литниковая чаша; 5 – отливка; 6 – выпор; 7 — коллектор

Нижняя лиитниковая система (рис.3, б) широко используется для литья сплавов, легко окисляющихся и насыщающихся газами (алюминий), обеспечивает спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу без открытой струи металлом. При этом усложняется конструкция литниковой системы, увеличивается расход металла на нее, создается неблагоприятное распределение температур в залитой форме ввиду сильного разогрева ее нижней части.

Возможно образование усадочных дефектов и внутренних напряжений. При такой системе ограничена возможность получения высоких тонкостенных отливок (при литье алюминиевых сплавов форма не заполняется металлом, если отношение высоты отливки к толщине ее стенки превышает 60, H/δ≥60).

Нижний подвод через большое количество питателей часто используется при изготовлении сложных по форме, крупных отливок из чугуна.

Верхняя литниковая система (рис.3. в).

Достоинствами системы являются: малый расход металла; конструкция проста и легко выполнима при изготовлении форм; подача расплава сверху обеспечивает благоприятное распределение температуры в залитой форме (температура увеличивается от нижней части к верхней), а следовательно, и благоприятные условия для направленной кристаллизации и питания отливки.

Недостатки: падающая сверху струя может размыть песчаную форму, вызывая засоры; при разбрызгивании расплава возникает опасность его окисления и замешивания воздуха в поток с образованием оксидных включений; затрудняется улавливание шлака.

Верхнюю литниковую систему применяют для невысоких (в положении заливки) отливок, небольшой массы и несложной формы, изготовленных из сплавов, не склонных к сильному окислению в расплавленном состоянии (чугуны, углеродистые конструкционные стали, латуни).

Боковая литниковая система (рис.3, а).

Подвод металла осуществляется в среднюю часть отливки (по разъему формы).

Такую систему применяют при получении отливок из различных сплавов, малых и средних по массе деталей, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы. Является промежуточной между верхней и нижней и, следовательно, сочетает в себе некоторые их достоинства и недостатки.

Иногда при подводе металла снизу и сверху используют массивные коллекторы 7.

При дождевой литниковой системе расплав подводится сверху через несколько питателей (отверстий малого диаметра).

При ярусной литниковой системе подача расплава осуществляется на нескольких уровнях. Питатели действуют последовательно, начиная с нижних, по мере подъема уровня металла в полости формы. Эти системы, обеспечивающие спокойное заполнение и горячий металл в головной части потока, широко применяют при изготовлении крупных и тонкостенных отливок из черных и цветных сплавов.

Вертикально-щелевая (этажная) система является разновидностью ярусной и применяется, например, при стопочной формовке мелких отливок. Для отделения крупных шлаковых включений в литниковую чашу иногда устанавливают фильтры (керамические сетки).

Металлургическая продукция

Определения литья в землю
Определим, какими терминами называют литейную технологию заливки металла в формы на основе песка. Аналогичными считаются формулировки:
— Литье в песчаные формы, смеси;
— Литье в песчано-глинистые формы, смеси;
— Литье в землю.
Все эти термины обозначают одну и туже технологию литья. Применение далее любого из названий, будем считать аналогами.

Литейная продукция

Литье в песчаные формы – метод литья металлов и сплавов, при котором расплавленный металл заливается в форму сделанную из плотно утрамбованного песка. Для связи песчинок между собой, песок смешивают с глиной, водой и другими связующими материалами.
Более 70% всех металлических отливок производится с помощью процесса литья в песчаные формы.
Основные этапы

Есть шесть шагов в этом процессе:
-Поместить модель в опоку с песком, чтобы создать форму.
-В необходимых местах присоединяются литниковая система и выпоры.
-Удалить из опоки модель и соединить полуформы.
-Заполнить полость формы расплавленным металлом.
-Выдержать застывающий металл в опоках согласно технологии.
-Выбить отливку и освободить от литников и выпоров.

Литейные модели

По чертежам и литейным технологиям, разработанных технологом или конструктором, опытный модельщик изготавливает модель детали из дерева, металла или пластмассы или пенополистирола. Металл в процессе охлаждения даёт усадку, и кристаллизация может быть неоднородной из-за неравномерного охлаждения. Таким образом, модель должна быть чуть больше, чем готовая отливка, с применением, так называемого, коэффициента усадки металла. Различные усадочные коэффициенты используются для различных металлов. Модели в процессе формовки оставляют в песке полости-отпечатки в форме, в которые помещают стержень из песка. Такие стержни иногда усиливается проволочной арматурой, которые используются для создания полостей, которые не могут быть сформированы основной моделью, например, внутренние проходы клапанов или места охлаждения в блоках двигателей.
Литниковая система для входа металла в полости формы представляют собой направляющую и включает воронку, литники, которые поддерживают хороший напор жидкого металла, для более равномерного заполнения полости формы. Газ и пар, образующихся при литье выходят через проницаемые пески или через стояки, которые изготавливаются либо в самой модели, или в виде отдельных частей.

Опоки для формовочных материалов
Для формовки используют две или несколько опок. Опоки изготавливаются в виде ящиков, которые могут быть соединены друг с другом и скреплены между собой. Модель утапливается в нижней части опоки вплоть до её самого широкого поперечного сечения. Затем монтируется верхняя часть модели. К нижней части опоки зажимами прикрепляется верхняя и туда добавляется и утрамбовывается формовочная смесь таким образом чтобы она полностью закрывала модель. В необходимых местах устанавливаются литники и выпора. Затем опока половинится и из неё вынимается модель, деревянные литники и выпора.

Охлаждение металла
Для управления кристаллизацией структуры металла, в форму можно поставить металлические пластины, холодильники. Соответственно быстрое локальное охлаждения образует более детальную структуру металла в этих местах. В черной отливке эффект аналогичен закалке металла в кузнице. В других металлах, холодильники могут быть использованы для управления направленной кристаллизации отливки. При управлении способом охлаждения литья можно предотвратить внутренние пустоты или пористость внутри литья.

Производство
Для получения полостей в отливке, например, для охлаждающей жидкости в блоке двигателя и головок цилиндров используются стержни. Обычно стержни для литья ставятся в форму после удаления модели. После сушки опоку с формой устанавливают на литейный плац для заполнения расплавленным металлом, обычно сталь, бронза, латунь, алюминий, магний и цинк. После заполнения жидким металлом опоки не трогают до охлаждения отливки. После выбивки отливки, стержни удаляются из литья. Металл литников и прибылей любым способом должен быть отделен от отливки. Различные термические обработки могут быть использованы для снятия напряжений от первоначального охлаждения и добавить твёрдости в случае закалки в воде или масле. Поверхность литья может быть дополнительно упрочена дробеструйной обработкой, которая добавляет устойчивости к растрескиванию, растягивает и разглаживает шероховатую поверхность.

Разработка технологии
Чтобы было возможным удалить модель не нарушая целостности формовочной смеси все части модели должны быть предварительно рассчитаны технологом и иметь знаковые части для установки стержней. Небольшой уклон должен использоваться на поверхностях, перпендикулярных линии разъема, для того, чтобы была возможность удалить модель из формы. Это требование также распространяется на стержни, так как они должны быть удалены из полостей, которые они образуют. Выпора и стояки должны быть расположены так, чтобы обеспечить оптимальный поток металла в форму и газов из неё для того, чтобы избежать недолива литья.

Способы литья в землю
Различают два способа литья в песчаные формы, первый с использованием «сырого» песка, так называемые сырые формы, а второй метод — жидкостекольный.
Сырые формы
Мокрый песок, используются, чтобы сделать форму в опоке. Название произошло от того, что мокрым песком пользуются в процессе формования. «Сырой песок» – это смесь:
-кремнеземистый песок (SiO2), или хромистые пески (FeCr2O), или циркониевый песок (ZrSiO4), от 75 до 85%, и другие составляющие, включая графит, глину от 5 до 11%, воды от 2 до 4%, других неорганических элементов от 3 до 5%, антрацит до 1%.
Есть много формовочных смесей с глиной, но все они различны по пластичным свойствам смеси, качеству поверхности, а также возможностью применения в литье расплавленного металла в отношении пропускной способности для выхода газов. Графит, как правило, содержится в соотношении не более 5%, он частично сгорает при соприкосновении с расплавленным металлом с образованием и выделением органических газов. Сырые смеси как правило для литья цветных металлов не используются, так как сырые формы приводят к сильному окислению, особенно медного и бронзового литья. Сырые песчаные формы для литья алюминия не используют. Для алюминиевого литья используют более качественные формовочные смеси. Выбор песка для формовки зависит от температуры заливки металла. Температура заливки меди, стали и чугуна выше других металлов, поэтому, глина от воздействия высокой температуры далее не регенерируется. Для заливки чугуна и стали на основе железа как правило, работают с кварцевым песком – он относительно недорог по сравнению с другими песками. Так как глина выгорает, в новую порцию песчаной смеси добавляют новую порцию глины и некоторую часть старого песка. Кремний является нежелательным в песке, т.к. зерна кварцевого песка имеют тенденцию взрываться при воздействии высокой температуры во время заливки формы. Эти частицы находятся во взвешенном состоянии в воздухе, что может привести к силикозу у рабочих. В литейном цехе имеется активная вентиляция для сбора пыли. Мелкие древесные опилки (древесная мука) добавляется, чтобы создать место, при ее выгорании, для зерен песка, когда они расширяются без деформации формы.

Технология ЖСС (жидко-стекольная смесь)

Эта технология состоит в следующем:
в состав формовочной смеси входит прокаленный песок без глины, затем его в специальной емкости перемешивают с жидким стеклом и перемешанной массой заливают модель. Залитую форму накалывают для последующего подвода углекислоты. Опоку накрывают колпаком и подают газ СО2. После чего залитый формовочный состав ЖСС приобретает твердость.
В обоих методах, песчаная смесь остается вокруг модельной оснастки, образуя полости формы для заливки металла. Формовка жидкостекольными смесями позволяет получить две полуформы, которые после затвердевания собирают. Модель удаляется, образуя полость формы. Эту полость заливают жидким металлом. После того, как металл остыл отливки очищают от формовочного состава. Форма из ЖСС полностью разрушается при извлечении отливки.
Точность литья напрямую связана с типом формовочной смеси и формовки. Сырые формы создают на поверхности отливки повышенную шероховатость. Поэтому литье в землю можно сразу отличить от литья по ЖСС и ХТС. Литье в формы из мелкого песка значительно чище и менее шероховато. Технология ЖСС позволяет изготавливать отливки с гладкой поверхности, особенно при использовании пластиковых моделей. В отдельных случаях, например при литье корпусных деталей, можно обойтись даже без механической обработки на больших поверхностях – это позволяет отливать крупногабаритные чугунные блоки цилиндров. Остатки пригоревшей к отливке формовочной смеси удаляются дробеструйной обработкой.
С 1950 года, частично автоматизированные литейные процессы литья были переработаны для полностью автоматизированных производственных линий.

Холодно твердеющая смесь (литье в ХТС)
Использование органических и неорганических связующих, которые укрепляют формы для литья химически связывают песок. Этот тип формовки получил свое название от того, что он не требует просушки, как другие виды песчаной формовки. Литье в ХТС является более точным, чем литье в землю. Размеры форм ХТС меньше, чем при литье в песчаные смеси, но дороже. Таким образом, ХТС используется реже, в тех случаях, когда требуется более качественное литье. Наше предприятие готово поставлять вам отливки по ХТС.

Формовка ХТС
Формы из холодно твердеющей смеси, требуют быстрой формовки, в отличие от песчано-глинистых смесей, т.к. они содержат быстро твердеющие жидкие смолы, ускорители затвердевания и катализаторы. Вместо трамбовки смеси (как при литье в землю), формовочную смесь ХТС заливают в опоку и дожидаются, когда смола затвердеет. Обычно затвердевание происходит при комнатной температуре в течение 20 минут. Литье в ХТС значительно улучшает качество необработанных поверхностей стальной отливки по сравнению с другими технологиями литья в песчаных формах. Обычно для изготовления модельной оснастки по ХТС используют дерево, металл или пластик МДФ. Чаще других формовка холодно твердеющими смесями применяется при литье меди, литье алюминия, углеродистой стали, жаропрочной и нержавеющей стали, а также легированного чугуна, так как значительно снижает вероятность образования литейного брака.

Литьё в песчаные формы;

Литьё в песчаные формы в настоящее время является универсальным и самым распространённым способом изготовления отливок. Этим способом изготовляют из всех видов литейных материалов разнообразные по сложности отливки любых размеров и массы. Отличительными особенностями этого вида литья являются малые теплопроводность и теплоёмкость песчаной формы, что позволяет получать отливки с малой толщиной стенки (2,5…5 мм).

Сущность литья в песчаные формы заключается в изготовлении отливок обычной заливкой расплавленного металла в разовую разъёмную и толстостенную форму, изготовленную из формовочной смеси на основе песка с помощью многократно используемых модельных комплектов, с последующими затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме, извлечением её из формы и очисткой. Технологический процесс изготовления отливок состоит из ряда основных и вспомогательных операций, выполняемых в определённой последовательности (рис. 3.1). Из этих операций наиболее ответственными и трудоёмкими (60–75% общей трудоёмкости) являются операции изготовления литейной формы и её сборки. Процесс изготовления разовой литейной формы называется формовкой, которая может быть ручной, машинной и автоматической.

Рассмотрим элементы, необходимые для изготовления песчаной формы.

Формовочная смесь – это многокомпонентная смесь природных, а иногда и с добавкой искусственных, материалов, необходимая для непосредственного образования литейной формы. В рассматриваемом виде литья основой формовочной смеси являются кварцевый песок и глина или различные смолы, обладающие связующей способностью и термической стойкостью. В процессе изготовления литейной формы увлажнённую формовочную смесь для сохранения ею требуемой конфигурации уплотняют различными способами, например, сжатием (прессованием) или встряхиванием.

Литейная опока – это приспособление в виде жёсткой рамы (открытого ящика), служащее для удержания формовочной смеси в процессе изготовления литейной формы и её последующей транспортировки и заливки металлом (рис. 3.2). Для удержания формовочной смеси при подъёмах и переворотах опока имеет внутренние выступы 1, 5. Для облегчения просушки формы, а также выпуска газов в процессе заливки формы расплавленным металлом в стенках опоки сделаны отверстия 2. Форма изготовляется в таком числе опок, которое необходимо для беспрепятственного извлечения модели.

Песчаная форма обычно состоит из верхней и нижней полуформ, которые изготовляют по литейным моделям в опоках (рис. 3.1) и взаимно ориентируют с помощью центрирующих металлических штырей 4, вставляемых в сопряжённые отверстия приливов 3 у опок (рис. 3.2).

Литейная модель – это приспособление, с помощью которого в литейной форме получают полость с формой и размерами, соответствующими конфигурации получаемой отливки. Модели бывают неразъёмные, разъёмные, а также с отъёмными частями. Модели для единичного и серийного производства изготавливаются деревянными, а для крупносерийного и массового производства – металлическими или пластмассовыми. Изготовление литейных форм с применением металлических приспособлений вместо деревянных обеспечивает бόльшую точность и более высокое качество поверхности отливок.

Поверхности разъёма как модели, так и формы должны обеспечивать свободное извлечение модели после формовки. Кроме того, для предотвращения разрушения формы при извлечении из неё модели в направлении извлечения выполняют формовочные уклоны 7, а в местах сопряжения различных поверхностей – скругления 6 (рис. 3.3). Понятно, что формовочные уклоны и скругления, первоначально выполненные на модели, переходят затем в форму литейной полости, полученной с помощью данной модели, а после – и в геометрию полученной в данной полости отливки. Поэтому скругления также нужны для более равномерного охлаждения отливки и предотвращения возникновения трещин и усадочных раковин в местах сопряжений различных поверхностей.

Литейные стержни – это устанавливаемые в формы отъёмные формообразующие элементы, необходимые для образования полостей или отверстий требуемой конфигурации, а также иных сложных контуров, в том числе и участков наружных поверхностей (рис. 3.3). Литейные стержни фиксируют с помощью выступов, входящих в соответствующие впадины в форме и называемых стержневыми знаками. Конфигурация и размеры стержневых знаков должны обеспечивать удобство установки и устойчивое крепление стержней в форме.

Рис. 3.4.Составной литейный стержень, образующий в отливке полость

1 – верхний стержень; 2 – нижний стержень

б)

Вид А (вариант)

в)

Рис. 3.5.Литниковая система на фронтальном виде а и виде сверху б, в:

1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатель; 5 – выпор; 6 – прибыль; 7 – коллектор

Литейные стержни изготавливают с помощью стержневых ящиков (рис. 3.1-в), в которых производят формовку специальной стержневой смеси, основой которой является кварцевый песок с различным связующим (например, синтетической смолой или жидким стеклом). В процессе изготовления стержня внутри него металлической иглой обычно делают вентиляционный канал 5 (рис. 3.3), служащий для лучшего удаления газов, образующихся при контакте с расплавленным металлом в процессе литья. Стержни сложной формы могут состоять из двух и более частей (рис. 3.4), которые могут как предварительно склеиваться друг с другом, так и вставляться одна в другую в процессе сборки литейной формы.

Литниковая система – это система каналов и резервуаров для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, её заполнения и питания отливки при затвердевании. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержку шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу металла к твердеющей отливке. После окончания литья избыточный металл, заполняющий литниковую систему, застывает, сохраняя форму её каналов (рис. 3.1-о) и образуя отход, подлежащий отделению от самой отливки.

Основными элементами литниковой системы (рис. 3.5) являются: 1 – литниковая чаша (воронка), которая предназначена для приёма струи расплава, вытекающей из разливочного ковша, и частичного задержания попадающего вместе с расплавом шлака; 2 – стояк – вертикальный или наклонный канал, передающий расплав из литниковой чаши внутрь литниковой системы; 3 – шлакоуловитель – горизонтальный канал, расположенный, как правило, в верхней полуформе и служащий для задержания шлака и передачи расплава из стояка к питателям; 4 – питатель – канал, подающий расплав непосредственно в полость литейной формы (питатель может быть как один, так и несколько, и они обычно располагаются в нижней полуформе); 5 – выпор – вертикальный канал для вывода газов из полости формы, сигнализации об окончании заливки, питания отливки расплавом при затвердевании; 6 – прибыль – резервуар с расплавленным металлом, обеспечивающий его непрерывный подвод к массивной части отливки, застывающей последней (при наличии нескольких массивных частей прибылей также может быть несколько); 7 – коллектор – распределительный горизонтальный канал, иногда выполняемый между шлакоуловителем и питателями для одновременного направления расплава к различным частям полости литейной формы.

Принцип работы шлакоуловителя (рис. 3.6) основан на том, что шлак имеет значительно меньшую плотность, чем расплавленный металл, в связи с чем, попав из стояка 1 в шлакоуловитель 2, он всплывает наверх и остаётся в верхней части шлакоуловителя, не имеющего соединения с полостью литейной формы, а в расположенные ниже питатели 3, выходящие непосредственно в полость формы, поступает лишь более тяжёлый расплавленный металл.

Литьевая форма

Литьевая форма применяется в термопластавтоматах для изготовления объемных деталей различных конфигураций из пластика, металла, резины.

В пресс-форме литьевой машины может одновременно производится одна или несколько деталей. Используется в массовом или серийном производстве.

Рис. 1. Литьевая форма.

Что такое пресс-форма

Литьевые формы состоят из неподвижных матриц и подвижных пуансонов, имеющих внутри полость для формирования заготовок.

Материал внутрь формы подается с помощью литниковых систем, которые бывают холодноканальные, горячеканальные и комбинированные.

В некоторых конструкциях форм возможна установка закладных деталей.

Классификация литья

Литье пластмассы в пресс-форму применяется для создания тонкостенных изделий различной конфигурации.

Технология литья позволяет создавать армированные и пустотелые детали, многоцветные и соединяющие в себе различные полимерные материалы.

Требуемый показатель давления — от 80 до 200 Мпа. При более низком давлении могут образовываться полости или недоливы.

Превышение показателей может привести к образованию облоя.

Литье в песчаные формы

Один из самых распространенных видов литья объемных заготовок.

Применяется в автомобильной отрасли, станкостроении и других отраслях промышленности. Эта технология используются при массовом производстве, изготовлении небольших серий или единичных товаров простой или сложной формы.

При таком литье получаются изделия низкого качества. Возможно наличие пустот и различных посторонних включений.

Обычно литье в песчано-глиняные формы применяют для изготовления станин для металлообрабатывающей отрасли, корпусных элементов машин и оборудования, различных колес, колец и прочих объемных и тяжелых заготовок.

Литье в вакуумно пленочные формы

Технология применяется для отливок любого количества изделий весом от одного килограмма до десяти тонн, размерами до нескольких метров.

Формы изготавливаются в следующем порядке:
• вырезается модельный комплект из пенополистирола или других газонепроницаемых материалов;
• на модель накладывается предварительно нагретая синтетическая пленка;
• с помощью вакуумного устройства между модельным комплектом и пленкой создается вакуум, плотно притягивающий пленку к модели;
• на пленку накладывается слой меловой известняковой глины (опоки), засыпается сухим песком, трамбуется и укрывается герметично пленкой;
• из опоки при помощи вакуумного устройства удаляется воздух, модельный комплект вынимается из готовой полуформы.

Рис. 2. Литье в вакуумную форму.

Аналогично изготавливаются все детали и собираются в единую форму.

В течение всего технологического процесса составные элементы формы находятся под вакуумом.

В собранную форму заливается расплавленный металл. После охлаждения отливок вакуумное устройство отключается, вследствие чего песок удаляется из формы, отливка легко вынимается из формы.

Литье в кокиль

Кокиль — металлическая многооборотная форма из чугуна, алюминия или стали.

Литье в кокиль подходит для изготовления изделий из алюминия, цветных и черных металлов.

Технология литья в кокиль состоит из нескольких этапов:
• фиксация металлических полуформ;
• нагрев рабочей полости формы до температуры около 180°С;
• смазывание поверхности слоем защитного огнеупорного покрытия;
• заливка расплавленного сырья через литники;
• охлаждение формы;
• раскрытие кокиля и выемка отливки.

Рис. 3. Литье в кокиль.

Отливки в кокиль отличаются высоким качеством и геометрической точностью размеров.

Литье по выплавляемым моделям

Способ получения отливок заключается в изготовлении модели из легкоплавких составов в пресс формах. Затвердевшая модель вынимается из формы и покрывается несколькими слоями суспензии и обсыпки, образующими после высыхания керамическую скорлупу. Модель внутри скорлупы выплавляется, создавая оболочку формы с тонкими керамическими стенками.

В полученную форму заливается расплавленная смесь, которая после остывания образует изделие, точно повторяющее конфигурацию модели.

Детали, по выплавляемым моделям отличается высоким качеством и чистотой поверхности, не требуют дополнительной обработки.

Литье по газифицируемым моделям

Способ получения литых изделий с использованием моделей из материалов, которые превращаются в газ при контакте с расплавленным металлом. Больше всего подходит для этого вспененный полистирол.

Модели изготавливаются на модельных автоматах или путем заливки литейного полистирола мелких фракций под давлением в пресс-формы, с последующим спеканием под действием высоких температур.

Элементы моделей склеиваются или спаиваются в блоки, покрываются огнестойким покрытием путем облива или окунания и формируются на вибростоле в специальные опоки.

Расплавленный металл подается прямо на модельные блоки, выжигая и газифицируя полистирол.

Готовые отливки охлаждаются в формах, затем извлекаются и очищаются от антипригарного покрытия.

Технология литья по газифицируемым моделям позволяет выпускать изделия с гладкими точными формами.

Газы, образуемые при выжигании полистирола. удаляются при помощи вытяжных устройств.

Центробежное литье

Применяется для изготовления полых цилиндрических емкостей.

В основе технологии лежит принцип формирования отливок в поле центробежных сил.

Расплавленный металл из ковша(3) подается через заливочную воронку (2) во вращающийся цилиндр, внутренняя сторона которого (1) является формообразующей поверхностью.

Полученный пустотелый цилиндр после остывания и затвердевания металла извлекается из формы.

Рис. 4. Центробежное литье.

Литье в оболочковые формы

Технология применяется для изготовления особо точных деталей с повышенными требованиями к качеству.

Оболочковые формы изготавливаются из смоляно-песчаной смеси, термореактивных смол, кварцевого или цирконового песка на автоматических линиях.

Литье включает ряд последовательных операций:
• приготовление смеси;
• изготовление моделей в виде тонкостенных оболочек;
• сборка и подготовка форм к заливке;
• плавление металла и заливка в готовые формы;
• остывание и извлечение отливок;
• зачистка и дробеструйная обработка

Оболочковые формы применяются для изготовлени изделий из чугуна, стали, цветных металлов и алюминия.

Технология изготовления литьевых форм

Пресс формы для литья пластмасс изготавливаются на основании разработанного проекта.
1. Из стального литья вырезается заготовка по параметрам будущего изделия.
2. Форма обрабатывается на фрезерных станках, и шлифуется на шлифовальных машинах.
3. Изделия проходят термообработку в специальных печах, хромируются и полируются.
4. Готовые изделия тестируются и испытываются в лабораториях.
5. Составляются линейные карты и подписываются двусторонние акты выполненных работ.
6. Пресс-формы упаковываются и передаются заказику.

По желанию заказчика, специалисты компании «Имстек» выполнят установку и наладку оборудования, обучат технический персонал заказчика.

Определение стоимости изготовления литьевых форм

Стоимость пресс-форм определяется с учетом следующих показателей:
• исходного сырья;
• количество разъемных плоскостей;
• сложности и габаритов изделий;
• гарантированного производителем ресурса;
• количества гнезд в модуле.

Дешевле стоят машины с боковыми или прямыми литниками и холодноканальные системы.

Усадка

При изготовлении литьевых пресс-форм необходимо учитывать возможную технологическую усадку формообразующих деталей в процессе охлаждения.

Усадка может зависеть от следующих факторов:
• вида применяемых для изготовления пресс-форм материалов;
• наличия армирующих волокон;
• типа и размеров литника;
• равномерности распределения температуры;
• конструктивных особенностей форм.
Снизить усадочные явления поможет добавление в сырье армирующих волокон.

Проектирование конструкции литьевой формы

Разработка проекта литьевых форм выполняется на основании технического задания заказчика.
Выполняются необходимые расчеты, создается 3D модель будующего изделия, выполняются рабочие чертежи.

От грамотного проекта и выбранной технологии изготовления зависит качество и долговечность пресс-форм.

Деформация форм

Деформации литьевых форм может произойти при нарушениях технологии литья:
• превышение проектных параметров силы впрыска;
• сильного давления внутри формы;
• различные температуры поверхностных слоев при охлаждении заготовок;
• неправильно подобранной температуре расплава.

Отступление от проектных параметров литья могут привести к деформациям и преждевременному износу форм.

Сдвиг пуансонов

Смещения и перекосы пуансонов относительно матрицы могут произойти из-за увеличенного зазора между деталями, повреждения кромок или неравномерных нагрузок на направляющие колонны.

Сдвиг происходит из-за неправильного крепления пуансона или большого усилия при выталкивании детали из пресс форм.

Извлечение отлитых изделий

Готовые изделия извлекаются из пресс-форм с помощью сжатого воздуха, выталкивающих стержней, вкладышей или плит.

При отсутствии устройств для автоматического извлечения отливок, готовые изделия удаляются вручную.

Обслуживание литьевых форм

Для надежной и долговечной работы пресс-форм требуется регулярный осмотр и техническое обслуживание.

При смене оснастки проводите очистку направляющих штифтов и гнезд от смолы, смазки и прочих загрязнений.

Чтобы избежать коррозии, важно защищать устройство от влажности и смазывать форму антикоррозийными средствами.

Проверяйте на легкость движения подвижные элементы пресс-форм. При необходимости, выполняйте своевременно настройку.

Способы устранения дефектов, возникающих в процессе литья под давлением

В процессе литья под давлением могут проявляться различные дефекты, которые можно устранить, зная причины их образования:
1. Расслоения на поверхности изделий устраняются при повышении температуры расплава и понижении скорости впрыска.
2. Облой может появится при использовании большого объема впрыска или недостаточном смыкании пресс-формы.
3. Пустоты могут образовываться при недостаточном объеме впрыска или длительном и неравномерном охлаждении изделия.
4. Коробление изделий бывает из за низкой текучести материала, недостаточной скорости впрыска или неравномерного охлаждения изделий в форме.
5. Хрупкость и ломкость изделия возникает при малой толщине стенок изделий или низкой температуры форм при заливке.

Для профессионального обслуживания литьевых форм обратитесь в компанию «ИМСТЕК» выполняющую поставку, пусконаладку и техническое сопровождение литьевого оборудования.