Лиття в піщано-глинисті форми - Студопедія
На частку лиття в піщано-глинисті форми і сьогодні припадає 70% усіх виливків. До того ж, на його прикладі легко простежити всі етапи традиційного ливарного виробництва.
Не вдаючись в особливі тонкощі, відзначимо, що для виготовлення форм служать формувальні суміші з піску та глини з різноманітними добавками. Так, добавка до суміші деяких відходів целюлозно-паперового виробництва збільшує поверхневу міцність форм, не дає їм обсипатися. Кам'яновугільний пил усуває пригорання формувальної суміші до поверхні чавунних деталей, під час заливання чавуну частинки згоряють і утворюють газовий прошарок між виливком і формою, що не допускає змочування металом поверхні форми. Для тієї ж мети суміш для лиття мідних сплавів додають мазут.
Приготування формувальних сумішей - це ціле виробництво, до того ж високомеханізоване. Пісок і глину спочатку сушать у печах, потім глину розмелюють на бігунах або кульових млинах. Після цього пісок, глину та інші добавки перемішують, дають суміші вилежати, потім розпушують і подають на формування.
До речі, тепер відібрану суміш здебільшого не викидають. Використані форми дроблять, відокремлюють магнітом сталеві і чавунні частинки, що залишилися, просіюють на ситах і знову пускають у справу, додаючи до маси, що вийшла, 20-30% свіжої суміші.
Щоб приступити до формування, потрібно, крім суміші, мати ще моделі та стрижні. Що таке модель, зрозуміло без особливих пояснень, це як би копія зовнішніх обрисів деталі, що відливається. Розміри її більше – потрібно додати на усадку та на неточності, а також на припуски для механічної обробки. Потрібні також ливарні ухили – конусність, що полегшує вилучення моделі з форми. На рис. 2.1 показано виливок, модель і формузбирання.
Малюнок 2.1 - Виливок (а), модель (б), стрижневий ящик (в) та форма у зборі (г);
1 – модельні знаки; 2 – гнізда; 3 – шипи; 4 - шлакоуловлювач; 5 – живильник; 6 – стрижень.
Використовуючи одну модель, можна отримати від 5 до 500 виливків. Якщо виливків потрібно більше, і вони повинні бути точнішими, то моделі виконують і з металу – чавуну, латуні та алюмінію.
На відміну від моделі, стрижні залишаються під час заливки металу всередині форми. Тому їх виконують не з дерева, а так само, як і самі форми: з піщано-глинистих сумішей або навіть з металу: зміцнюють каркасами і пронизують вентиляційними каналами, куди могли йти гази, що виділяються з розплаву.
Коли модель і стрижні готові, можна розпочати формуванню, тобто. до виготовлення самої форми - відбитки моделі, порожнини, куди заливатиметься розплав. Якщо має бути вилив дуже великого виробу, то формування ведуть прямо в грунті. Форми виконують в опоках – металевих ящиках із сталі або алюмінієвого сплаву без дна та без кришки. Опоки (їх, як правило, дві) утримують піщану ливарну форму, не дають їй розвалитися при транспортуванні та заливанні металу. У стінках опоки просвердлюють отвори, через які виходять пари та гази, що утворюються під час сушіння та заливки, а на внутрішній поверхні роблять ребра, що не дозволяють висипатися землі.
Процес починається з того, що модель встановлюють гладкою поверхнею на підмодельний щиток. Туди потім ставлять нижню опоку, після чого модель припудрюють тальком або графітом, щоб вона не прилипала до форми, і засіюють невеликим шаром облицювальної суміші.
На відміну від решти формувальної суміші облицювальна безпосередньо стикається з рідким металом, і з цієї причини її готують зсвіжих матеріалів, тоді як на наповнювач йде головним чином вже відпрацьована суміш.
Потім облицювальну суміш обтискають навколо моделі і засипають декількома шарами наповнювальної суміші, кожен шар ретельно ущільнюють. У стінок опоки щільність набивання суміші намагаються робити максимальною, інакше суміш може при перевертанні та складанні форми вивалюватися з опоки.
Закінчивши набивання, надлишок суміші згрібають лінійкою і проколюють голками (або, як їх ще називають, душниками) вентиляційні канали, призначення яких, як говорилося, – збільшити газопроникність форми. Щоб у них не проникнув рідкий метал і щоб не зіпсувати поверхню майбутнього виливка, канали не доводять до моделі на 15-20 мм.
Наступна операція - перевертання опоки на 180 °. Її мають роз'єм вгору і присипають розділовим піском, а саму модель припудрюють. На нижню опоку ставлять верхню. Тепер встановлюють модель стояка і засипають все спочатку облицювальною, а потім наповнювальною сумішшю. Останню знову ретельно ущільнюють і знову наколюють вентиляційні канали.
Модель стояка (вертикального каналу для підведення розплаву до форми) виймають і трохи розширюють його верхню частину. Утворюється поглиблення – литникова чаша, куди наливають рідкий метал. Її основне призначення – полегшити попадання в стояк струменя металу з розливного ковша, а також сприяти відокремленню металу від шлаку, що плаває на його поверхні; у верхній частині литникової чаші іноді ставлять перегородки, що його затримують.
Потім верхню опоку знімають, а в нижній прорізають горизонтальні канали – литники. Краї форми навколо моделі злегка зволожують водою, щоб вони не обсипалися при виїмці моделі. У модель вкручують зверху гвинт, який ливарники називають «підйомом», легкимиударами дерев'яного молотка «розбивають» модель і обережно виймають її з форми. Залишається ретельно оглянути форму і виправити можливі пошкодження, продути її порожнину сильним струменем стисненого повітря, щоб видалити залишки землі, пофарбувати формувальною фарбою та висушити.
Завершується все збиранням: верхню опоку по напрямних штирях точно зістиковують з нижньою, а зверху ставлять на них важкий вантаж або ж свинчивают. Якщо ні того, ні іншого не робити, то при заливанні метал може проникнути в роз'єм і витекти.
Земляні або глинисто-піщані форми для кожної виливки потрібно виконувати наново. Щоб знизити трудомісткість формування, іноді застосовують напівпостійні форми, які виготовляються з вогнетривких мас, попередньо обпалених при температурі 800-900 К. Такі форми витримують по кілька десятків і навіть сотень заливок і потребують лише періодичного оновлення шару захисної фарби, соприка
Це найпростіший спосіб - формування у двох опоках за цільною моделлю. Ливарники знають таких способів безліч: і формування за роз'ємними моделями, і в кількох опоках, і формування стопу, і формування без опок, і за шаблонами, і в стрижнях і т.д. Загалом, способів багато, але принцип один – отримання порожнини, що відповідає формі майбутньої виливки.
Тепер про заливання. Це також ціла наука. Так, спосіб підведення розплаву до форми залежить від розмірів, зміни, товщини стінок виливки, а й від металу. Якщо ви ллєте сірий чавун, підводьте метал до тонких перерізів. Якщо ж деталь виготовляється зі сталі, розплав підводять у товсті частини: у сталі велика усадка, а через тонкі місця неможливо досягти гарного живлення виливки. Для швидкого заповнення форм застосовують клиноподібні литники, які подають тонкий розплаві широким струменем; якщо ж потрібне плавне і ненаголошене підведення, використовують сифонні і ріжкові литники. Дощові литники, у свою чергу, розбивають метал на маленькі струмки і хороші в тих випадках, коли є побоювання, що великий суцільний струмінь розмиє ливарну форму.
Після того, як форму залили розплавом, слід чекати, поки виливок затвердіє і охолоне приблизно до 700-800 К. Тільки тоді його можна буде вибивати, тобто. звільняти з форми. При вибиванні розпечені виливки пашать жаром, а формувальна земля повисає в повітрі їдким пилом. Це дуже неприємна робота, і вона зараз майже всюди механізована. Опоку підвішують до підйомного крана і трясе за допомогою потужних вібраторів (приводяться в дію повітрям). Під коромислом у підлозі є люк, закритий товстими ґратами. Коли в результаті вібрації опоки вивалюється напівформа з виливком, вона розпадається на шматки, горіла формувальна суміш провалюється крізь решітку і виноситься в землепідготовчу відділення, де використовується знову, а виливок залишається зверху.
Насамперед виливок потрібно очистити від стрижнів, що забивають усі її дірки та порожнини. Раніше стрижні вибивали пневмозубілами та молотками, тепер найчастіше використовують гідроочищення; стрижні руйнуються і розмиваються струменем води під сильним тиском, а примішані до неї кварцові піщини бомбардують поверхню виливка і віддирають від неї бруд і нарости. Оскільки гідроочищення відбувається в закритій камері, а робітник, який керує струменем, знаходиться весь час зовні, йому не доводиться ні мокнути, ні дихати пилом.
Інший спосіб очищення – очищення за допомогою дробоструминних та піскоструминних апаратів.
Ще більш прогресивний спосіб очищення електрохімічного та очищення електрогідравлічним ударом. Зрештою, зайвий метал – литники – відбиваєтьсявід крихких чавунних виливків молотком, а від виливків з інших матеріалів відрізається пилками або газовими пальниками. Затоки та задирки видаляють абразивними колами.
Тепер виливок майже готовий. Після поверхневого огляду, звичайних вимірів, перевірки хімскладу хімічним або спектрографічним способом та дослідження мікроструктури її направляють на рентгенівське просвічування для визначення прихованих вад. Останнім часом широко використовують для просвічування гамма-промені та ультразвук. Виливки із магнітних матеріалів проходять ще так звані магнітні випробування. Ідея їх у тому, що потік силових ліній, що проходять через виливок, зустрічаючись із перешкодою (в даному випадку з внутрішнім дефектом), змінює напрямок або розсіюється. Це фіксується індукційними приладами магнітними дефектоскопами.
Виявивши навіть серйозні дефекти, не обов'язково виливки викидати. Найчастіше її можна виправити. Вирубують, наприклад, дефектне місце до чистого металу і заповнюють порожнину, що утворилася, розплавом того ж хімічного складу, що і виливок, або навіть кращої якості. Замість вирубки можна виплавити дефектне місце електродугою або газовим різаком.
Цей метод «ремонту» виливків – металізація. Дрібні краплі металу, розплавлені електричною дугою, видмухуються стисненим повітрям і прямують прямо на дефектне місце.
Лиття в разові піщано-глинисті форми застосовують в індивідуальному та дрібносерійному виробництві великогабаритних деталей із чорних та кольорових сплавів.
При індивідуальному виробництві лиття в піщано-глинисті форми є найбільш економічним способом завдяки малій вартості формувальних матеріалів та модельного оснащення. Але одержувані виливки мають шорстку поверхню, невисоку точність розмірів і внаслідок.крупнозернистості структури та значної пористості металу у виливках – невисокі механічні властивості. Виливки, одержані цим способом, повинні мати припуск на подальшу механічну обробку (3-10 мм).
1.2 Лиття в оболонкові форми
Піщано-глиниста форма, про яку докладно розказано вище, складається як би з двох частин: тонкого внутрішнього шару, безпосередньо прилеглого до виливки і формує її поверхню, і зовнішнього шару, який в десятки разів товщі і потрібен тільки для надання формі міцності. Саме через нього ливарники перелопачують на кожну тонну виливків гору (до 12 т) піску та глини. Якби внутрішній шар був досить міцним, зовнішній був би взагалі не потрібен.
У цьому полягає ідея лиття в оболонкові форми. Завдяки успіхам хімії полімерів із кварцового піску з невеликою добавкою особливої смоли, наприклад пульвербакеліту, ливарники навчилися на спеціальних автоматах виготовляти тонкі шкаралупи, оболонки. Вони в 15-20 разів міцніші за піщано-глинисті форми і тому не потребують товстого зовнішнього шару. В результаті в 8-10 разів знижується витрата формувальної суміші на тонну лиття. Виливки виходять дуже точними, з чистою поверхнею, припуски на механічну обробку зменшуються вдвічі, немає потреби у вибиванні та очищенні, відкривається шлях до повної автоматизації виробництва. Оболонкові форми дуже газопроникні, тому в процесі заливання металу гази видаляються, що суттєво покращує якість виливків.
Оболонкові форми використовують у серійному та масовому виробництві виливків дрібних та середніх розмірів від 0,5 до 50 кг із чорних та кольорових металів та їх сплавів, деталі автомобілів, тракторів, мотоциклів, тепловозів, суден та інших виробів.
1.3 Лиття в металеві форми (кокілі)
Кокіль – давній винахід. Ще скіфи відливали наконечники своїх бронзових стріл у металеві форми. Їхня перевага перед піщаними, в першу чергу, довговічність. Так, в одному чавунному кокілі можна виготовити сотні тисяч дрібних виливків із алюмінію, цинкових або магнієвих сплавів. Для найбільших виливків із сталі з її хімічною агресивністю та відносно високою температурою ця цифра падає до 10-15 штук, що визначає межу економічної доцільності способу.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: