Лабораторной работе № 2 Технология производства отливок в песчаных формах

1. Цель и задачи работы

Изучить операции ручной формовки в парных опоках, заливку металла в форму, охлаждение и выбивку отливок. Визуальным контролем дать оценку качества отливки и рассчитать процент выхода годного от металлозавалки.

2. Общие положения

Сущность процесса изготовления отливки состоит в получении жидкого сплава и заливки его в заранее приготовленную литейную форму. При охлаждении сплав затвердевает и сохраняет конфигурацию рабочей полости этой формы. Общая схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах приведена на рис. 1.

Формовкой называют процесс изготовления разовых литейных форм. Это комплекс трудоёмких и ответственных технологических операций, во многом определяющий качество производимых отливок. Литейную форму изготавливают из формовочной смеси по модельному комплекту.

Формовочная смесь – многокомпонентная смесь материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Для её приготовления в качестве исходных формовочных материалов используется формовочный песок, литейные формовочные глины и вспомогательные материалы (мазут, графит, торф и другие). Основную массу смеси (90%) составляет оборотная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве составляющей части формовочной смеси.

Формовочная смесь подразделяется на облицовочную, наполнительную и единую. Из облицовочной смеси изготовляют рабочий слой формы. Это наиболее качественная смесь. Наполнительная смесь используется для наполнения форм после нанесения на поверхность модели рабочего слоя из облицовочной смеси. В её состав входит 90-98% оборотной смеси.

Единой называют смесь, которая используется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Эта смесь применяется при механизированном и автоматизированном производстве отливок.

Изготовление модельного комплекта

П Приготовление формовочной смеси риготовление стержневой смеси

Изготовление форм Изготовление стержней

П лавка металла

Сушка форм Сушка стержней

Сборка и заливка форм

Выбивка отливок из форм

Выбивка стержней из отливок

Контроль

отливок

Обрубка, очистка, термообработка отливок

Рис. 1. Схема технологического процесса

изготовления отливок в песчаных формах

Стержневая смесь – многокомпонентная смесь материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержневая смесь для сложных стержней приготовляют из кварцевого песка с добавлением различных связующих материалов (олифа, сульфитно-спиртовая барда, синтетические смолы и др.). Вводятся также технологические добавки - древесные опилки, торф, гранулированный уголь, мазут и другие.

Модельный комплект это приспособления (оснастка), необходимые для образования при формовке рабочей полости литейной формы. Он включает в себя литейную модель, стержневые ящики (один или несколько), модели литниковой системы, модельные плиты и другие приспособления и изготовляются из дерева, алюминиевых сплавов, пластмасс, а иногда из чугуна, стали, медных сплавов.

Литейная модель - приспособление, при помощи которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации отливки. Модели бывают неразъемные и разъемные. По наружной геометрической форме модель соответствует конфигурации отливки и отличается от готовой литой детали на величину усадки металла, припуска на механическую обработку и наличием формовочных уклонов, позволяющих извлекать модель из формы в процессе формовки. Для получения в отливке внутренних полостей в литейную форму при сборке помещают стержни, которые предварительно изготавливают из стержневой смеси по стержневым ящикам- приспособлениям, имеющим рабочую полость для получения в ней стержня нужных размеров и очертаний.

Формовку производят в специальных металлических приспособлениях, (рамках), называемых опоками, которые служат для удержания формовочной смеси при выполнении литейной формы, транспортировке и заливке ее расплавленным металлом. Верхняя и нижняя опоки (“ВО”- верхняя опока, “НО”- нижняя опока) между собой фиксируются с помощью спаривающих штырей.

В зависимости от конфигурации отливок, их размеров и сложности, а также условий и характера производства формовку производят:

- по неразъемной, цельной, модели;

- по разъемной модели;

- по модели со сложными разъемами (с подрезкой, перекидным болваном и др.)

Формовка по цельной модели применяется в производстве простых отливок, без внутренних полостей и конструктивных выступов на поверхности (рис. 2).

В производстве сложных отливок обычно форму изготавливают по разъемной модели с последующей простановкой стержней (рис. 3).

Итак - формовка это технологический процесс изготовления из формовочных и стержневых смесей по модельным комплектам форм и стержней с последующей сборкой их под заливку металлом. Формовка включает уплотнение формовочной смеси, позволяющее получить точный отпечаток модели в форме и придать необходимую прочность смеси; устройство в форме вентиляционных каналов для выхода из полости формы образующихся газов и пара при заливке расплавленного металла; извлечение моделей из формы; отделку и сборку формы.

2.1. Основные операции ручной формовки

Операции ручной формовки

Эскиз

1. Подготовка модели к формовке (осмотр) и установка ее на подмодельную плиту. Если модель разъемная, то устанавливается разъемом на плиту нижняя половина модели и нижняя опока. Модель обдувается сжатым воздухом и для предотвращения прилипания формовочной смеси припыливается ликоподием, серебристым графитом или мелким сухим песком. 2. При ручной формовке на модель наносится через сито слой облицовочной смеси толщиной 15-25 мм и уплотняется на модели обжатием руками. 3. Порционно засыпается и уплотняется с помощью ручной или пневматической трамбовки наполнительная смесь. (При машинной формовке уплотнение смеси производится формовочной машиной). 4. С помощью линейки-счищалки удаляется по верхнему ладу опоки излишек смеси и душником накалываются вентиляционные каналы (духа). Количество наколов в зависимости от площади опоки колеблется от 5 до 15 на дм2. 5. Нижняя полуформа поворачивается на 1800. При машинной формовке модель механически удаляется, при ручной - на половину модели, находящуюся в нижней полуформе, накладывается вторая половина модели со спаривающимися шипами. На нижнюю опоку по спаривающим штырям устанавливают верхнюю опоку. Устанавливают модели шлакоуловителя, стояка, выпоров. Поверхность полуформы по разъему посыпается разделительным песком и производится набивка верхней опоки формовочной смесью. При этом повторяются те же операции, что и при набивке нижней опоки. 6. Удаляются модели стояка и выпоров, накалываются вентиляционные каналы. 7. Верхняя полуформа снимается с нижней и переворачивается на 1800. Извлекаются модели (собственно модель, модель шлакоуловителя и питателей). С помощью гладилки и других инструментов отделываются поврежденные места формы. В нижнюю полуформу ставятся стержни. Форма обдувается сжатым воздухом для удаления сора и пыли. 8. Нижняя полуформа осторожно по спаривающим штырям накрывается верхней полуформой. Для предупреждения подъема верхней опоки в период заливки обе половинки скрепляются скобками или на верхнюю опоку перед заливкой становится груз определенного веса.

а б

Рис.2. Формовка по неразъемной модели:

а - литейная форма в сборе; б - отливка с литниковой системой

а б

Рис.3. Формовка по разъемной модели:

а - литейная форма в сборе; б - отливка с литниковой системой

2.2. Литниковая система

Литниковой системой называется совокупность каналов и элементов литейной формы для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании.

Литниковая система имеет следующие основные элементы (рис.4):

Рис. 4. Основные элементы литниковой системы

- литниковая чаша (или воронка) - 1 - резервуар для приема жидкого металла из ковша, частичного удержания шлака и передачи металла в стояк;

- стояк - 2, вертикальный канал, обычно суживаюшийся к низу, предназначенный для передачи металла из чаши к другим элементам литниковой системы (литниковому ходу, питателям);

- литниковый ход - 3 - называемый “шлакоуловителем” в производстве чугунных отливок и “коллектором” в производстве цветного литья - это горизонтальные каналы, предназначенные для передачи металла из стояка к питателям и частичного удержания шлака;

- питатели - 4 (литники) - каналы, предназначенные для передачи металла непосредственно в полость формы.

Для вывода газов из полости формы и визуального контроля ее заполнения металлом делаются выпоры, располагая их на наиболее высоких частях отливки в форме.

2.3. Методические указания по разработке технологического процесса изготовления песчаных форм

В зависимости от конструкции отливки выбирают способ формовки, плоскость разъёма и положение формы при заливке. При этом следует руководствоваться следующим:

1. Плоскость разъёма располагается таким образом, чтобы части модели свободно извлекались из формы.

2. Желательно, чтобы вся отливка или большая её часть располагалась в нижней опоке, что необходимо для предотвращения брака по перекосам и смещениям.

3. Следует стремиться к тому, чтобы отливка формировалась с минимальным количеством стержней.

4. Для получения более плотного металла в ответственных частях отливки необходимо их располагать в нижней полуформе.

5. Поверхности, которые служат базой при механической обработке, должны располагаться в одной полуформе.

Выбрав расположение отливки в форме, можно определить конструкцию литниковой системы и рассчитать площади сечений её каналов.

В наиболее простых и широко применяемых литниковых системах металл подводится к отливке по плоскости разъёма.

Шлакоуловитель располагается в верхней полуформе, а питатели в нижней.

При изготовлении отливок из серого чугуна подводить металл следует в тонких сечениях. В этом случае скорость охлаждения в толстых и тонких сечениях отливки выравнивается, что способствует снижению внутренних напряжений. При получении отливок из стали металл обычно подводят в толстые сечения, что обеспечивает направленное затвердевание отливки и хорошую работу прибылей.

2.4. Заливка, охлаждение и выбивка отливок

Приготовленный в плавильной печи жидкий металл поступает на заливку форм в ковшах, которые предварительно футеруют огнеупорным материалом, просушивают и прогревают до температуры 750-850 ⁰С (для сплавов железа).

Металл заливают в форму при определённой температуре его перегрева. Разрыв струи во время заливки не допускается. Залитая металлом форма охлаждается до определённой технологическим процессом температуры, а затем разрушается и извлекается отливка. Использованная формовочная смесь поступает на переработку, а отливка на очистку и обработку.