Изготовление отливок — Основные этапы

Литейные сплавы: об основных технологических свойствах

Первой среди них стоит жидкотекучесть. Это значит, что расплавленный материал растекается по каналам литейной формы, заполняет контуры. Последние благодаря такому свойству воспроизводятся с максимальной чёткостью.

С помощью специальных проб определяют, имеется ли свойство жидкотекучести или нет. Замеры принимают длину заполненной спирали Архимеда.

Минимальная толщина стенок у отливки как раз выбирается в зависимости от жидкотекучести:

1. 3,4 мм для мелких отливок из СЧ в песчаных формах.
2. 8-10 мм в случае со средними габаритами.
3. 12-15 – для крупных.

Остальные отливки выпускаются с толщиной в 5-7, 10-12 или 12-20 мм.

Не стоит забывать об усадке. Такое название дали процессу, при котором отливка уменьшается в объёмах во время охлаждения. Начинается всё в литейной форме, с металла в жидкой форме. И до тех пор, пока не наберётся температура окружающей среды.

Разные материалы отличаются друг от друга разным уровнем усадки. Для её определения важными становятся следующие факторы:

• Химический состав.
• Температура заливки.
• Конфигурация заготовки.

Стандартное значение –в пределах от 1,9% до 2,1%.

Чтобы не образовались большие напряжения и трещины, важно предусматривать сохранение следующих свойств:

1. Равномерная толщина у стенок.
2. Плавные переходы.
3. Нормальные радиусы у сопрягающихся поверхностей.
4. Устранение элементов, усложняющих усадку.

Стержни и материалы должны обладать повышенной податливостью для достижения лучшего результата.

Газопоглощением называют способность растворять разные газы, которой могут обладать литейные сплавы в расплавленном состоянии. Растворимость газов уменьшается, когда они находятся в затвердевшем состоянии, а потом охлаждаются. Из-за этого в отливках появляются браки в виде газовых раковин и пор.

Есть понятие ликвации – его применяют для неоднородности состава в различных частях отливки. Бывает дендритной, зональной.

Дендритная происходит в пределах одного ядра.

Зональной называют неоднородность, проявляющую себя по всему объёму отливки.

Отливки изготавливаются с использованием следующих нескольких способов:

• Центробежное литьё.
• Литьё под давлением.
• В кокиль.
• В формы со специальными оболочками.
• По выплавляемым моделям.
• В песчаные формы.

Есть так называемые специальные способы литья:

1. Композиционное.
2. С использованием магнитных полей.
3. Суспензионное.
4. Электрошлаковое центробежное.

О литье в песчаных формах

Литейное производство и направлено на получение отливок. Это литые металлические изделия, которые производят путём заливки металлов в расплавленной форме внутрь специальных литейных форм. Потом идёт застывание, приобретение конкретных очертаний.

Технологическая оснастка при литье

Литейная оснастка – это специальные приспособления, которые применяют для получения необходимых изделий с требуемыми характеристиками. Пример – опоки, стержневые ящики, подмодельные плиты, модели и так далее.

Начнём с моделей. Это наименование приспособлений, с помощью которых получаются отпечатки полости, соответствующие наружным конфигурациям отливки. В форме при сборке устанавливают стержни, которые способствуют образованию отверстий и полостей внутри отливок, иных контуров со сложными габаритами.

Изначально модели делают больше по сравнению с отливкой, чтобы учесть величину линейной усадки, характерной для сплава. Размер припусков учитывают при механической обработке отливок. Припуском называют слой металла, который удаляется при такой работе. Он определяется размерами отливок, видами сплава. По сравнению с боковыми и верхними частями конструкции, припуск для верхних должен быть чуть больше. Это связано с появлением наверху скоплений в виде газовых включений, частичек формовочной смеси, шлаков. Возникают некоторые проблемы при удалении стержневой смеси, спёкшейся внутри, с отверстий небольших размеров. При последующей обработке механическим путём это отрицательно сказывается на стойкости режущего инструмента. Литьём рекомендуют выполнять отверстия, чей диаметр находится в пределах 25-30 мм.

От высоты отливки зависят формовочные уклоны. Их добавляют в модели, чтобы было проще удалить их из формы. Обработке подвергаются поверхности Формы могут быть разрушены при извлечении, если не будет уклонов. А сама формовочная смесь с большой вероятностью просто осыпается.

Знаки – наименование выступающих частей у модели, при помощи которых получают отпечатки знаковых частей у стержней. Главное – отсутствие уклонов и острых углов в местах, где стенки отливок сопрягаются.

Термин галтель применяют по отношению к скругленным внутренним углам. Наружные предполагают применение название «закругления».

Для моделей применяют следующие разновидности материалов:

• Пластмасса.
• Металлические сплавы.
• Древесина.

В случае с деревом используют хорошо просушенную основу, из бука или ясени, сосны. Изделие склеивают из отдельных брусочков, а не из цельного куса, это предотвращает коробление. При этом придерживаются различного направления у волокон, составляющих изделие. Но такие конструкции не могут похвастаться долговечностью.

Чистая рабочая поверхность и высокая точность – главные преимущества металлических аналогов, помимо увеличенного срока службы. В производстве применяют сплавы алюминия, отличающиеся уменьшенной плотностью. Этот материал не окисляется, допускает обработку резанием.

Небольшая масса, защита от коробления, устойчивость к воздействию влаги – главные преимущества моделей из пластмасс. Одно из перспективных направлений – применение вспененного полистирола. Его не требуется вытаскивать из формы перед заливкой, материал газифицируется при выполнении работы.

Для изготовления стержней применяют специальные стержневые ящики. Они обеспечивают увеличенную скорость при извлечении стержня и делают уплотнение смеси равномерным. Отличаются наличием уклонов, что делает их похожими на модели. По конструкции бывают неразъёмными и разъёмными, а материалы в производстве – те же, что и у моделей.

Опоками именуют рамы различной формы, изготовленные из металла. Их главное назначение – использование формовочных смесей для изготовления литейных полуформ. Материалы в производстве применяют следующих разновидностей:

1. Сталь.
2. Чугун.
3. Алюминиевые сплавы.

Собираются из отдельных частей, бывают литыми или сварными. Для уменьшения массы стенки часто делают с дополнительными отверстиями. Это упрощает удаление газов, способствует лучшему скреплению между элементами конструкции. Скобы и другие подобные приспособления служат для скрепления.

О формовочных, стержневых смесях

Литейное производство предполагает широкое применение глинистых и других смесей для получения отливок с разными формами. Есть разовые формы, в которых можно получить только одно изделие за раз. Форма разрушается, когда готовую деталь изымают, выбивают.

Для формовочных и стержневых смесей важно наличие определённых характеристик. Стоит подробнее остановиться на некоторых из них.

Газопроницаемость.

Из-за пористости многие смеси пропускают газы через стенки формы. Расплавленные формы металлов всегда содержат растворённую форму газов, которые выделяются при охлаждении и затвердении. Из самих формовочных материалов при нагревании газы тоже выделяются в большом количестве. Газовые пузыри или раковины как раз появляются в теле изделия, если газопроницаемости недостаточно.

Непригораемость.

При наличии такого свойства смесь способна долгое время выдерживать высокие температуры, не вступая с ними в химические реакции, не оплавляясь. Качество поверхности ухудшается из-за плёнок пригара, в этом случае и дальнейшая обработка поверхности затруднена. Газопроницаемость резко начинает уменьшаться, если материал оплавляется.

Податливость.

Название для способности смеси сокращать свой объём при воздействии усадки металла. Отливка выпускается с напряжениями, если этой характеристики недостаточно. Результат – образование трещин в дальнейшем.

Пластичность.

Сохранение смесью полученной формы, воспринимать очертания модели или стержневого ящика.

Поверхностная прочность или осыпаемость.

То, как смесь сопротивляется истирающему воздействию металлической струи. При недостаточном уровне частицы формовочной смеси отделяются друг от друга, попадают в отливку.

Прочность.

Сохранение формы без разрушения, пока её готовят и обрабатывают. Даже сильные толчки при сборке и транспортировке не должны приводить к быстрому появлению дефектов. Давление заливаемого металла тоже должно сохраняться.

Стержневые и формовочные материалы в равной степени изготавливаются из искусственных, либо натуральных исходников. Основой для большинства смесей служит песок. В большинстве случаев выбирают кварцевую его разновидность, состоящую из кремнезёма. Это огнеупорный, твёрдый и прочный материал. Для мелкого литья используют разновидности мелкозернистых составов. Благодаря этому формовочная смесь может похвастаться газопроницаемостью.

Цирконовый песок, хромит и некоторые другие материалы применяют в изготовлении деталей редко. Это дорогие аналоги, хотя они лучше кварцевого песка в смысле теплопроводности, термохимической устойчивости. Пример назначения таких основ – крупные стальные отливки с чистой поверхностью, когда сохранение определённых характеристик становится особенно важным.

Вторым исходным материалом для формовочных смесей можно назвать глину. Это связующее вещество, способствующее сохранению прочности и пластичности. Широко распространены бентонитовые, каолинитовые разновидности состава. Гидридные оболочки из водных молекул образуются на поверхности глиняных частиц в присутствии влаги. После такой обработки сцепление материала улучшается, обеспечивается лёгкое скольжение. Связующая способность глины становится лучше, если она удерживает больше воды на поверхности, пластичность формовочной смеси в этом случае тоже лучше. Прочность смеси возрастает по мере того, как воду удаляют с поверхности.

В качестве связующих веществ для формовочных смесей может выступать не только глина, но и другие компоненты:

1. Сульфитно-спиртовая барда.
2. Декстрин.
3. Смолы синтетического происхождения.
4. Жидкое мыло, и так далее.

Такие вещества включают в состав в количестве 1,5-2%. После отвердение занимает гораздо меньше времени.

В песчано-глинистые смеси вводят и другие добавки, чтобы улучшить первоначальные качества. Пример противопригарных материалов для стального литья:

1. Хромистый железняк.
2. Пылевидный кварц.

Каменноугольная пыль и мазут применяются в случае с чугунным и цветным литьём. Древесные опилки добавляют для увеличения газопроницаемости, податливости.

Формовочные смеси можно разделить на несколько групп по характеру использования:

1. Единые.
2. Наполнительные.
3. Облицовочные.

Сырыми или сухими они могут быть в зависимости от состояния литейной формы при её изготовлении.

В зависимости от литейного сплава выбирают, какой будет состав у формовочной смеси. Учитывают факторы вроде температуры плавления и усадки, массу и размеры, конфигурацию отливки.

Тонкий слой противопригарных материалов используют для предотвращения пригара, улучшения чистоты поверхности. Припыли применяют в случае с сырыми формами.

Формы для чугунных отливок предполагают применение:

Порошкообразную смесь магниевого оксида.

Древесный уголь.

Бетонит.

Порошкообразный графит.

В случае со стальными отливками основная смесь состоит из других компонентов:

1. Циркон.
2. Пылевидный кварц.
3. Огнеупорная глина.
4. Оксид магния, другие подобные материалы.

Противопригарные краски актуальны, когда речь идёт о сухих формах. Допустимо добавление водных суспензий материалов, вместе со связующими.

Литниковые системы

При заливке металлов используют так называемую литниковую систему. Это совокупность каналов и резервуаров, по которым сплав попадает в полость формы из ковша. Литниковая система работает, чтобы металл попадал в форму, и процесс был непрерывным. Обеспечиваются и другие этапы работы:

• Питание отливки, чтобы компенсировать усадку.
• Защита от дальнейших разрушений в форме.
• Защита от попаданий внутрь шлака, воздушных струй.

Любая литниковая система состоит из следующих компонентов:

1. Питатели.
2. Шлакоулавитель.
3. Стояк.
4. Литниковая чаша.

Размывающее действие струи расплава уменьшается благодаря использованию чаши. Эта же часть способствует задержанию всплывающего шлака. Иногда устанавливают фильтры, чтобы повысить эффективность задержания шлаковых включений не только в чашу, но и в другие элементы. Это керамические сетки, либо применяют специальную стеклоткань.

Стояк – это канал с круглым сечением, бывает коническим, либо сужающимся к низу. По нему металл попадает в шлакоулавитель.

Сам шлакоулавитель нужен для задержания шлака и других частиц. Это горизонтальный канал, расположенный в верхней полуформе, обычно трапециевидного сечения.

Суть питателей в том, что это каналы с сечением в виде прямоугольника или трапеции. Они примыкают к шлакоуловителю в нижней части. Назначение деталей – подвод металла непосредственно в полость формы.

Обычное место крепления для шлакоуловителей – нижняя полуформа, они должны при этом сохранять некоторое расстояние до стояка и концов шлакоуловителя. Иначе шлак и другие частицы с большой вероятностью задерживаются внутри. Самое большое сечение у стояка, далее идёт шлакоуловитель, затем питатели.

Каналы для выхода из формы воздуха и газов по-другому называются опорами. Их монтируют над самым высоким местом полости формы, чаще это сторона, противоположная месту, где металл заводят внутрь. Благодаря такой конструкции усадка застывающего материала происходит мгновенно. Полноту заполнения формы металлической частью проще контролировать.

Есть ещё специальные полости, наполненные металлом в жидкой форме. При изготовлении отливок их делают из стали у наиболее массивных частей. Благодаря этой части отливки защищены от рыхлот и усадочных раковин. Сами такие «прибыли» застывают последними, они способствуют бесперебойному процессу заполнения формы жидким металлом.

Ярусная, верхняя и нижняя литниковые системы применяются в зависимости от размеры и форм отливок, состава и свойств литейного сплава. Для мелких деталей с небольшой высотой актуальна верхняя система, она самая простая и доступная. Чем больше высота – тем больше металл размывается струёй, увеличивая процесс разбрызгивания и окисления. Количество неметаллических включений в телах отливок после этого увеличивается.

В случае со средними и толстостенными отливками актуальна нижняя система. Она делает так, что заполнение металлом проходит спокойно. Но конструкция и эксплуатация в этом случае усложняются.

При ярусной системе питания отливок идёт последовательно снизу вверх. Применяется для самых крупных разновидностей отливок. Она сложна в изготовлении, предполагает дополнительный расход металла.

Часто приходится сталкиваться со случаями, когда заказчик не понимает разницы между деталью и отливкой. Диалог заходит в тупик и приходится каждый раз разъяснять, казалось бы, простые вещи. Поэтому написание этой небольшой заметки я посчитал просто необходимым.

Дадим определение: деталь — это изделие, являющееся элементом, частью какой-либо машины, конструкции, либо узла, изготавливаемое из однородного по структуре и свойствам материала без применения при этом каких-либо сборочных операций.

Деталь

Деталь, установленная в машине или узле, до этого, обычно, проходит несколько этапов технологической подготовки: механическая обработка, термическая обработка, покраска и многое другое.

Теперь рассмотри что такое отливка – это заготовка, получаемая методом литья, т.е. заливки расплавленного металла (либо пластмассы и пр.) в литейную форму определенной, заранее подготовленной и рассчитанной, конфигурации.

В дальнейшем из отливки будет получена деталь.

Отливка или литая заготовка конструируется изначально с учетом припусков на механическую обработку на те поверхности, которые в дальнейшем будут обрабатываться. Это необходимо по причине того, что отливка имеет грубую шероховатость поверхность и, в некоторых случаях, мелкие поверхностные дефекты (раковины, поры, задиры, пригар и прочие). Все это в процессе обработки снимается обрабатывающим инструментом.

Отливка

Отливка всегда имеет большие размеры и массу чем деталь.

Припуском на механическую обработку – это поверхностный слой отливки, который будет удален при обработке.

Припуски рассчитываются литейщиком-технологом на предприятии. Исходные данные и размеры берутся из чертежа детали, поэтому, когда Вы направляете нам заказ алюминиевых или чугунных отливок, мы всегда просим предоставлять чертежи деталей.

В учет принимаются все данные – способ литья, материал литейной формы (тип формовочной смеси или металл из которого сделана пресс-форма или кокиль), технология литья, температура и скорость заливки, марка сплава, условия и режимы работы детали, как и каким инструментом будет вестись обработка литой заготовки, требований заказчика, а также многое другое.

Врезультате разрабатывается чертеж отливки, который обязательно согласуется с заказчиком.

Автор статьи – Щербаков Александр Евгеньевич, инженер-литейщик, г. Воронеж, 2021 г.

Изготовление литейных форм

Ручное изготовление форм предполагает выполнение действий в следующей последовательности.

Начинают с изготовления нижней полуформы.

На подмодельную доску устанавливают нижнюю половину модели, у которой нет центрирующих шипов. После этого ставят опоку. Разделительным составом покрывают поверхность модели и доски, чтобы смесь и оснастка не прилипали друг к другу. Обычно для этого применяют графит или тальковый порошок, кварцевый песок. 20-30 миллиметровый слой облицовочной смеси тоже наносят на модель, руками вокруг самой модели уплотняют эту же часть. Остальной объём опоки заполняется наполнительной смесью. Трамбовка сначала идёт у стенок опоки, потом переходит к средней части. Линейку применяют для срезания излишков. Отверстия для выхода газов накладывают на расстоянии 10-15 миллиметров от модели, и 40-50 мм друг от друга. Вторая подмодельная доска закрывает заформованную опоку, потом всё переворачивают на 180 градусов.

Изготовление верхней полуформы.

Верхнюю половину модели устанавливают на нижнюю половину, по центрирующим шипам. Следом устанавливают модели шлакоуловителей вместе со стояком и выпорами. Тонким слоем сухого кварцевого песка посыпают поверхность разъёма формы, чтобы защититься от прилипания смеси в нижней опоке к формовочному аналогу. По центрирующим штырям на нижнюю опоку устанавливают верхнюю. Наполнение формовочными смесями идёт так же, как и в случае с верхней частью. Литниковую чашу прорезают гладилкой, когда уплотнение смеси завершено.

Извлечение моделей.

Требуется раскачать модели стояка и выпоров, удалить их из верхней полуформы. Опоку внизу тоже снимают, потом поворачивают на 180 градусов, чтобы разъём находился вверху. Питатели прорезают гладилкой, в плоскости разъёма нижней полуформы. Половину обычных моделей и модель шлакоулавителей тоже удаляют из полуформ, слегка раскачав конструкции. Важно удалить любые дефекты, которые появились в процессе работы. Для удаления возможных засоров всё обдувают сухим влажным воздухом. Молодой древесный уголь или графит применяют для припыливания поверхности.

Сборка литейной формы.

Стержень устанавливают в нижнюю полуформу, когда подобное действие необходимо. Потом сверху идёт верхняя полуформа. Скобами или штырями конструкцию фиксируют, потом на верхнюю полуформу устанавливают груз. Это необходимо, чтобы предотвратить уход металла жидкой формы через разъём во время отливки. Металл заливают в форму, пока не будет заполнен весь объём.

Изготовление отливок — Основные этапы

Отливки изготовляют в литейном цехе. Последовательность операций производства отливки приведена на рис. 38

.
Отливки получают в литейной форме (рис. 39, ж) с полостью, соответствующей конфигурации отливки (рис. 39, а
).

Для образования полости в форме с конфигурацией, соответствующей наружной поверхности отливки, применяют деревянную или металлическую модель (рис. 39, б

), при помощи модели делают отпечаток в формовочной смеси, помещенной в рамках, так называемых опоках 1 и 2 (
рис. 39, в
).

Для получения в отливках отверстий внутренних полостей в форму помещают стержень 5 (рис. 39, г

). Стержни имеют конфигурации внутренней полости отливки. Они изготовляются в стержневых ящиках (
рис. 39, д
) из стержневых смесей, состоящих из песка и связующих веществ, сообщающих высушенным стержням необходимую прочность.

Рис. 38

. Схема технологического процесса изготовления отливки

Рис.39

. Последовательность изготовления отливки: а-чертёж детали; б-модель; в и г-процес изготолвения форм; д-стержневой ящик; е-стержень; ж-литейная форма; з-отливка

Модели и стержни изготовляются со стержневыми знаками. Стержневыми знаками (рис. 39, б

) называют выступающие в модели и в стержне части, не образующие непосредственно конфигурации отливки. Модельные знаки модели служат для образования углубления в форме, в которые устанавливают стержни. Рассмотрим последовательность изготовления отливки. В модельном цехе по чертежу детали (
рис. 39, а
) изготовляют из древесины или металла модель и стержневой ящик. Для удобства изготовления формы и стержня модель (
рис. 39, б
) и стержневой ящик (
рис. 39, д
) делают разъемными.

В формовочном отделении из формовочной смеси при помощи модели изготовляют форму. На плиту ставится половина модели и опока, в нее засыпается формовочная смесь и уплотняется. Опока переворачивается и на заформованную половину модели ставится вторая ее половина (рис. 39, в

) и модель литниковой системы 4, которая образует каналы для заливки металла в форму.

Затем ставится вторая опока, в нее засыпается формовочная смесь и уплотняется. Затем следуют следующие операции: поднимается верхняя полуформа; извлекаются из обеих полуформ половинки модели (рис. 39, г

); устанавливается в форму стержень 5 (
рис. 39, г
); накрывается верхняя полуформа (
рис. 39, ж
). В стержневом отделении по стержневому ящику (
рис. 39, д
) из стержневой смеси изготовляют стержень (
рис. 39, е
). Для повышения прочности стержней их сушат в сушильных печах.

В плавильном отделении в специальных плавильных печах расплавляют металл и заливают его в формы. После затвердевания металла в форме образуется отливка (рис. 39, з

), которую извлекают, разрушая форму.

И очистном отделении из отливок выбивают стержни, затем отбивают или отрезают литниковую систему 4 (рис. 39, з

), очищает отливку от пригоревшей формовочной смеси, зачищают остатки литника, при необходимости термически обрабатывают и подвергают отливку контролю. После очистки и контроля отлит, у направляют в механический цех для обработки или на склад готовой продукции.

Литьё на основе выплавляемых моделей

Такой способ использовался для литья скульптур ещё много лет назад. В 40-ых годах двадцатого века нашёл применение в сфере машиностроения.

Отличается трудоёмкостью процесса и высокими ценами. Но во многих ситуациях оправдано и применение такой технологии, например:

1. При отсутствии последующей обработки механического характера.
2. Если механическая обработка сама слишком сложная и трудоёмкая.
3. Используются труднообрабатываемые сплавы.

Изготовление отливок по выплавляемым моделям существует большое количество, как и рецептур по модельным и формовочным смесям.

Широкое распространение получила смесь, в которой по 50% стеарина и парафина. Под небольшим давлением в пресс-форму из печи размещают легкоплавкий сплав в расплавленном состоянии. Результат – легкоплавкие модели, сохраняющие точные размеры.

Легкоплавкую модель достают из формы, когда изделие полностью затвердеет. Потом всё собирается в блоки с литниковой системой. Следующий этап – погружение в огнеупорную суспензию, состав которой включает 70% кварцевой муки и 30% гидролизованного раствора этилсиликата с повышенной клейкостью. Блок с моделями посыпают кварцевым песком, потом подвергают сушке. Эти операции повторяют по несколько раз, чтобы в итоге получить конструкцию с толщиной 5-8 миллиметров.

Плавление идёт с помощью горячего воздуха, температура которого составит 120-150 градусов, допустимо применение и холодной воды. В металлический жакет помещают облицованную и просушенную форму, когда речь идёт о крупных разновидностях отливок. Потом всё засыпают песком и уплотняют, либо засыпают металлическими смесями.

Потом идёт прокаливание готовой формы, пока не наберётся температура в 850-900 градусов. При таких условиях выгорают все остатки легкоплавкого металла. Сама форма становится прочной керамической оболочкой.

Расплавленный сплав помещают в форму. Используют центробежные силы, когда возникает необходимость.

Блоки отливок выбивают из опок после того, как металл затвердел. Отдельно отбивают корку из керамики. Для этого отливки выщелачивают в ванне с раствором при 120 градусах. Потом остаётся всё промыть в горячей воде. Многие заводы автоматизируют и механизируют процессы обработки.

Для получения точных отливок в промышленности начали применять следующие технологии:

• По газифицирующим моделям.
• По выжигаемым моделям.
• По размораживаемым.
• На основе растворяемых.
• Газофицируемые модели или использование пеномоделей – один из самых перспективных методов.

В этом случае предполагается применение неразъёмных форм. Из них модель не извлекают. Теплота расплавляемого металла и обеспечивает газификацию. Масса итоговых отливок – от 0,2 килограмм до нескольких тонн.

Малой плотностью отличается сам пенополистирол, который применяют в изготовлении деталей. Его разложение происходит при 300-350 градусах. В результате выделяются только пары стирола, обработка идёт даже обычной проволокой и ножами.

Для единичного производства берут пенопластовые модели, проходящие ручную обработку. Пилы, рубанки и станки становятся незаменимыми помощниками в этом процессе. Модели можно изготавливать по частям, чтобы потом соединять их в единое целое.

Вспенивание внутри форм из пластмасса или металла – метод, который применяют в случае с крупносерийным производством. Полистироловые гранулы загружают внутрь формы с полостью, которая напоминает модель по конфигурациям и размерам. Гранулы начинают вспениваться и расширяться при нагревании, спекаются друг с другом. Полость формы заполняется полностью. Модель извлекают из формы после окончания охлаждения.

Для формовки пенопластовых моделях в опоках используют обычные методы. Встряхивающие и вибрационные станки применяют для формовочных смесей.

Форму заливают сплавом, когда производство почти закончено. Модель проходит газификацию. Газы удаляются в выпоры. Отливка образуется на том месте, где раньше была модель.

Изготовление отливок на пенопластовой основе предполагает и другие методы. На завершающих этапах удаление модели предполагает применение таких технологий:

1. Растворение.
2. Прокаливание формы.
3. Электроплавка.
4. Продувка формы.

Пенопластовые модели легко заменят выплавляемые аналоги.

Литье по выплавляемым моделям

Данный метод позволяет осуществить литье отливки высокой точности. Заранее изготавливается точная копия модели из парафина, воска и стеарина и другого материала, а также литниковая система. Применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например, лопатки турбин и т. п.).

На блок модели наносится суспензия и производится обсыпка огнеупорным наполнителем из кварца, дистенсилиманита, электрокорунда и т. д. Требуется наносить 6 – 10 слоев, каждый из них сушится примерно полчаса. Этот процесс ускоряется с помощью сушильных шкафов, закачанных аммиачным газом. Таким образом, формируется оболочка, из которой выплавляют модельный состав. Осуществляется это в воде, воздействием пара высокого давления или путем выжигания.

Следующим этапом литья по выплавляемым моделям является прокаливание блока путем вытопки при температуре 1000 градусов Цельсия. Затем устанавливают нагретый блок в печь и в оболочку заливают расплавленный металл. Последним этапом является охлаждение, выбивка и отрезка отливки. Плюсом данного способа является литье отливок из сплавов, которые трудно поддаются механической обработке. Применяется данная технология и для изготовления единичных деталей, и в серийном производстве.

Применение оболочковых форм

Расплавленный металл свободно заливается в оболочковые формы на основе из термореактивных смесей.

Разновидность способа литья с разовыми песчаными формами. В итоге появляются поверхности с высоким качеством изготовления. В основе смеси – кварцевый песок и смола синтетического происхождения. При 70 градусах фенолформальдегидные смолы начинают растворяться, их температура плавления достигает 120 градусов. Спустя несколько секунд материал переходит к отвердению. При 450 градусах у смолы идёт выгорание. Способы получения оболочковых форм основаны на способностях смол переходит из жидкого состояния к твёрдому необратимому. После заливки модель легко разрушается, освобождая необходимое место.

Литьё в металлические формы или кокиль

Кокилями называют модели, изготовленные из металла. Расплавленные составы свободно растекаются по ним для получения результата.

Чугун, сталь и другие сплавы применяют при изготовлении кокиля чаще всего. Способы такого литья отличаются своими преимуществами:

1. Большое число заливок, от нескольких десяток до сотен тысяч.
2. Чем ниже температура заливаемого сплава, тем больше стойкость.
3. Применение формовочной смеси в этом способе исключено.
4. Технико-экономические показатели производства улучшаются.
5. Лучше санитарно-гигиенические условия труда.

Процесс катализации сплава ускоряется благодаря высокой теплопроводности кокиля. Тогда отливки обладают повышенной герметичностью, механические свойства у них тоже повышены.

Допустимо многократно получать отливки разных размеров, ведь металлические формы прочные. Качество поверхности повышается при минимальном физико-химическом взаимодействии между металлом формы и отливки.

Есть и недостатки:

• Необходимость точного соблюдения технологических требований, иначе возникнет напряжение.
• Высокая стоимость производства кокилей.
• Малая стойкость форм.

До 6% от общего числа стальных отливок получают в кокилях. Для серийного и массового производства этот метод отливки будет целесообразным с экономической точки зрения. Изготовление чаще идёт из двух половин, которые в обычном литье соответствуют полуформам. Внешней конфигурации отливки соответствует рабочая полость кокиля. В эту форму устанавливают песчаные стержни, образующие полость с конфигурациями отливки. Каналы литниковой системы выполняют, чтобы заливать кокиль жидким металлом в плоскости разъёма или в стержне. Между полостью кокиля и стержнем пространство полностью заполняют сплавом, в результате чего получаются отливки. Кокиль раскрывают после затвердевания, изнутри выталкивается готовая отливка.

После процессы повторяют.

Кокиль выпускают с одним или нескольким разъёмами, в зависимости от конфигурации отливки. Сами плоскости у разъёма тоже бывают нескольких видов:

1. Горизонтальные.
2. Вертикальные.
3. Комбинированные.

На рабочую поверхность наносят теплоизоляционные покрытия, способствующие достижению следующего результата:

• Повышение стойкости кокиля.
• Защита от образования закалённого слоя возле поверхности.
• Уменьшение скорости охлаждения отливок.
• Для изготовления теплоизоляции применяют один материал, либо сразу несколько. Патока или жидкое стекло выступают связующими материалами.

Кокиль отличается почти полной газонепроницаемостью. Через выпор и специальные каналы газ удаляется из конструкции. Стандартная глубина каналов составит 0,2-0,5 мм. Жидкий сплав через них не вытекает, зато для удаления именно газов конструкция подходит хорошо.

По сравнению с песчаными формами, такой процесс гораздо легче механизировать и автоматизировать. Однопозиционные и карусельные кокильные машины облегчают механизацию. Машины помогают автоматизировать такие процессы:

1. Открывание и закрывание кокилей.
2. Постановка, удаление металлических стержней.
3. Выталкивание отливок из кокиля.

Технология литья под давлением

Под давлением в этом случае осуществляются такие этапы, как заполнение сплавом и формирование отливок. В массовом производстве тонкостенных изделий технология стала незаменимой. Плюсы:

• Большая точность размеров у отливок.
• Высокое качество поверхности.
• Отсутствие требований по механической обработке.

В час этим методом легко выполнить 200-400 циклов. Формы изготавливаются стальными при литье под давлением. Характерно применение неразъемных стержней, изготовленных из металла. По сравнению с кокилями, формы и конструкция здесь более сложные, поэтому возрастает и стоимость. Песчаные стержни слишком легко разрушаются под воздействием струи металла. Образуется газовая пористость, поскольку газы не успевают удалиться из формы.

Предполагается использование пресс-форм – это сложные приспособления из 30-=100 деталей. С рабочей частью, выполненной из специальных вкладышей. Для образования отверстий в отливке автоматически вставляются и вынимаются металлические стержни.

Камера прессования заполняется сплавом. Полость пресс-формы заполняется металлом во время этого процесса. Отливку выталкивают толкателями, когда конструкция раскрывается.

Машины для литья под давлением – разновидность сложных технических установок. Вот лишь основные детали:

• Корпус.
• Направляющие.
• Гидравлические цилиндры. Последние приводят в движение половины пресс-формы, отвечают за металлические стержни.
• Те же цилиндры создают давление для прессования металла.

Низкое давление – промежуточный вариант между обработкой под давлением и с использованием кокилей. Электронагреватели применяют для расплавления металла в герметически закрытом тигле. По стальному металлопроводу основные материалы попадают в форму. Давление газа внутри тигля снимают после отвердения, потом идёт удаление отливки.

Специальные способы заливки форм

Необходимость их применения обусловливается стремлением повысить качество отливок и снизить их себестоимость. Заливка в наклонную форму и последующее изменение ее положения (рис. 9.9) позволяют получать отливки с высокой плотностью, так как в этом случае создается наиболее благоприятный перепад температур, обеспечивающий направленное затвердевание отливки при ее формировании в литейной форме. Заливку в поворотную форму применяют при отливке коленчатых валов двигателя тепловоза массой 1450 кг из высокопрочного (модифицированного магнием) чугуна на Коломенском тепловозостроительном заводе. Собранную форму для заливки устанавливают наклонно к горизонту на угол 7—8°, а после заливки поворачивают на 90°, с тем чтобы кристаллизация расплава протекала при вертикальном положении формы. Такая заливка позволяет сократить число прибылей — сэкономить расплав на питание отливки.

В массовом и серийном производстве отливок ответственного назначения из алюминиевых сплавов массой до 500 кг применяют заливку литейных песчано-глинистых форм в автоклаве. Автоклавом (рис. 9.10) называют камеру, в которой может быть создано повышенное давление. Форма вводится в автоклав через дверцу таким образом, чтобы ее литниковые чаши оказались под люками автоклава. После заливки формы дверца и люки герметично закрываются, после чего в автоклаве создается давление 0,6 МПа за счет введения в него сжатого воздуха. Такое давление поддерживается до полного затвердевания отливки, после чего давление снижают до атмосферного, а установленную на тележке форму выкатывают через дверцу и заменяют новой. Заливка в автоклаве полностью устраняет брак отливок по газовой пористости, характерной при литье алюминиевых сплавов.

Рис. 9.9. Заливка расплава в наклонную форму: а — положение формы при заливке, б — после заливки; 1 — отливка, 2 — выпор, 3 — стояк, 4 — питатель Рис. 9.10. Заливка литейных форм в автоклаве: 1 — форма, 2 — люк, 3 — литниковая чаша, 4 — дверца, 5 — тележка.

Контрольные вопросы 1. Перечислите оборудование и приспособления, применяемые при переливе расплавов и их заливке в литейные формы, укажите области их применения и назначения.

2. Назовите типы разливочных ковшей, укажите особенности их устройства и области применения.

3. Укажите условия, соблюдение которых при заливке форм расплавом обеспечивает получение качественных отливок.

4. Укажите температуры расплавов при их заливке в литейные формы при получении отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов. Какими приборами контролируется температура литейных расплавов?

5. Назовите специальные способы заливки форм расплавом, отметьте их преимущества и области применения.

6. Опишите устройство и принцип действия автоматической заливочной установки (по рис. 10. 8).