Глава 4.2. Методы литья

Литьём получают заготовки как крупногабаритные. так и мелкие детали из различных литейных сплавов. В зависимости от точности изготовления, габаритов и формы литой детали, а также от физико-механических и литейных свойств материала применяют различные методы литья такие как: литьё в песчаные формы, литьё в металлические формы, литьё по выплавляемым моделям, центробежное литьё, литьё под давлением и литьё в оболочковые формы. Наиболее часто применяют первые три метода литья.

4.2.1. Литьё в песчаные формы.

Для изготовления крупно габаритных деталей сложной формы, при мелкосерийном и единичном производстве, применяется литьё в песчаные формы.

На Рис. 3.2.1 приведён пример последовательности изготовления отливки, корпуса вентиля, в песчаную форму. По чертежу детали разрабатывают чертёж отливки Рис.5.1а. В модельном цехе по упрощения (облегчения) изготовления и в последующем извлечения модели из формовочной смеси, а стержня из стержневого ящика. Конструкция модели и положение плоскости разъёма зависит от конструктивных особенностей детали. Модель имитирует внешние обводы детали и посадочные места стержня (знаки 1) Рис. 3.2.1. б, стержня (знаки 1) Рис.3.2.1.

стержня (знаки 1) Рис. 3.2.1. б, которыми стержень фиксируется в литейной форме.

В формовочном цехе одну половину модели устанавливают на модельную плиту, с закреплённой на ней нижней опокой 4 литейной формы. Опока представляет собой

прямоугольный ящик и является частью литейной формы. Опоку, с находящейся внутри моделью, засыпают формовочной смесью и уплотняют её. Опоку снимаю с плиты, переворачивают на 1800 Рис. 5.1.в и устанавливают вторую половину модели с литниковой системой 2, а также верхнюю опоку 3. Верхнюю опоку 3, засыпают формовочной смесь и уплотняют её.

В стержневом ящике рис.3.2..1г изготавливают стержень рис.3.2.1.д, имитирующий внутреннюю полость литой заготовки и форму знака, т.е. место его фиксации в форме. В качестве материала используется стержневая смесь, из которой и формуется стержень.

Верхнюю опоку снимают, извлекают из обеих полуформ модель детали и литниковой системы, стараясь не нарушить целостность отформованной смеси. Устанавливают в нижнюю полу форму стержень 6 рис.3.2.1.е и закрывают её верхней полуформой. Полость, образовавшаяся между стержнем и формовочной смесью верхней и нижней полу формами, через литниковую систему заполняется расплавленным металлом рис.3.2.1ж.

После затвердевания металла форма разбирается и отливка извлекается рис.3.2.1 з. Литую заготовку очищают от формовочной смеси, выбивают стержни, отрезают и зачищают литники.

Форма может состоять как из двух, так и нескольких опок. На рис.3.2.2. показаны формы для получения литой заготовки шкива рис.3.2.2 в. Формирование внешних обводов детали осуществляется в следующей последовательности

 

 

Рис.3.2.2

.

Формование нижней части заготовки производится в нижней опоке 3, которую устанавливают на модельную плиту. На модельной плите закрепляют модель, которая имитирует отливку до плоскости разъёма опок. На опоку устанавливают наполнительную рамку и опоку заполняют формовочной смесью. Формовочную смесь уплотняют прессованием, встряхиванием или с помощью специальных машин, пескомётных или пескострельных.

После формовки опоку аккуратно снимают с модельной плиты и переворачивают на 1800. Модель должна иметь такую форму, чтобы не происходило разрушение формовочной смеси при извлечении модели из опоки, т.е. предусмотрены необходимые уклоны. Устанавливают модель втулки 4, стояка 6, выпора 5 рис. 5.2.а и формуют верхнюю полуформу.

После уплотнения формовочной смеси снимают верхнюю полуформу, извлекают из неё модель стояка, выпора, а из нижней модель отливки. Перед сборкой полуформ устанавливают стержни 1 и 2, которые служат для формирования в отливке центрального отверстия и кольцевого углубления. Стержни изготовляют из специальных формовочных смесей обеспечивающих большую газопроницаемость, прочность, противопригарность.

В единичном производстве туже самую деталь можно изготовить в трёх опоках рис.3.2.2.б, плоскости разъёма которых проходят по торцевым поверхностям шкива. При таком формовании исключается изготовление одного из стержней 2. Модель втулки 4 и фланца 8 делают разъёмными, чтобы их можно было извлечь из формовочной смеси в процессе разборки опоки и извлечения модели. Средняя опока 10 обеспечивает изготовление кольцевого углубления шкива.

 

4.2.2. Литьё в металлические формы.

Литьё в металлические формы (кокиль) имеет преимущества перед литьём в песчаные формы: снижается себестоимость процесса литья и трудоёмкость механической обработки литых заготовок; повышаются механические свойства сплавов и производительность труда. Применяется данный метод в основном в серийном и крупносерийном производстве. Недостатком данного метода является высокая трудоёмкость изготовления металлической формы. На Рис. 3.2.3 приведена конструкция кокиля состоящая из двух половин 1 и 4. Рабочая полость (10) имитирует внешние обводы литой заготовки, а песчаные стержни 5 внутренние полости и отверстия. Аналогично, как и в песчаных формах, в кокиле предусматривают каналы для литниковой системы 8, выпоры, для удаления газов. Для координации двух половин кокиля относительно друг друга устанавливают штыри 15 и 3, которые входят в направляющие отверстия второй половины кокиля. Полученная литая заготовка выталкивается из кокиля толкателями через отверстия 9. На рабочем столе кокиль крепят приливами 7.

Кокиль может выдерживать большее число заливок, в зависимости от тем

заливаемого сплава. Конструкция литой

Рис.3.2.3 детали должна иметь относительно простую форму, позволяющую производить разъединение двух половин кокиля после отвердения металла литой заготовки. В противном случае в кокиле необходимо предусматривать место для установки дополнительных песчаных стержней, формирующих сложную поверхность.

4.2.3. Литьё по выплавляемым моделям.

Этот метод позволяет получать отливки по разовым моделям (выплавляемым, выжигаемым, растворимым) в многослойных, неразъёмных, огнеупорных формах. Детали, получаемые этим способом, могут не требовать последующей механической обработки, иметь очень сложную конфигурацию и высокое качество поверхности

Рис 3.2.4.

Метод достаточно трудоёмкий и его целесообразно применять при изготовлении деталей со сложной и трудоёмкой механической обработкой, при использовании труднообрабатываемых материалов.

Суть метода заключается в следующем. Для получения модели по чертежу отливки рис.3.2.4 а изготавливают металлическую или пластмассовую пресс форму Рис.3.2.4.б, как правило, разъёмную, с каналами для литниковой системы. Расплавленный в печи Рис.3.2.4 в легкоплавкий сплав, состоящий

из 50% парафина и 50% стеарина, заливают в пресс- форму Рис.3.2.4 г. Затвердевшую модель Рис.5.4.д извлекают из пресс формы и собирают в блок Рис.5.4е состоящий из нескольких моделей соединённых общей литниковой системой. Собранный блок погружают в огнеупорную суспензию, посыпают сухим песком и сушат на воздухе. Операция повторяется несколько раз пока не получат форму толщиной 5-8 мм. Рис.3.2.4.ж. Парафиновую модель, из полученного блока, выплавляют горячим воздухом при 120-1500 С, паром или горячей водой. Полученную таким образом форму прокаливают, при этом она превращается в прочную керамическую оболочку. На рис.3.2.4. представлена технологическая последовательность изготовления литейной формы.

Форму заливают расплавленным металлом Рис.3.2.4.з и после отвердевания отливки выбивают её из формы, разрушая керамическую оболочку. Для полной очистки от керамической формы отливки обрабатывают щелочным раствором и промывают в горячей воде.

 

4.2.4. Литье в оболочковые формы.

Этот способ литья является разновидностью литья в разовые песчаные

формы, обеспечивает получение отливки с высоким качеством поверхности.

Оболочковые формы изготовляют из смеси, которая состоит из кварцевого

песка и синтетической смолы (6—7% фенолформальдегидной) в виде порошка.

 

Рис. 3.2.5.

Фенолформальдегидная смола при 70° С размягчается, а при температуре свыше 120° С плавится, превращаясь в жидкую клейкую массу. Через несколько секунд и по мере увеличения температуры смола становится твердой и вторичному расплавлению не поддается. При 450°С смола начинает выгорать. На свойстве смолы переходить из жидкого состояния в необратимое твердое состояние основаны способы получения оболочковых форм. Формовочную смесь 3 засыпают в бункер 2 (рис. 3.2.5, а) и накрывают нагретой металлической плитой 1 с укрепленными на ней металлическими моделями отливок. При повороте бункера на 180° (рис. 3.2.5, б)

модельная плита оказывается внизу, под формовочной смесью. Частицы смолы вблизи нагретой модели и плиты начинают плавиться и обволакивать отдельные зерна песка, связывая их между собой. Образовавшаяся оболочка 4 прилипает к поверхности моделей и плиты. Толщина этой оболочки зависит от температуры модельной плиты и времени выдержки ее под засыпкой. Через 25 с толщина оболочки достигает 6—8 мм, после чего бункер возвращают в исходное положение. Плита при этом оказывается вверху, избыток смеси, состоящей из песка и оставшейся неоплавленной смолы, осыпается вниз бункера (рис. 3.2.5, в). Модельную плиту вместе с оболочкой снимают с бункера и помещают в электропечь (рис. 3.2.5, г) или газовую печь для полного затвердевания оболочки 4. Через 4 мин плиту вынимают из печи и укладывают на стол специального съемочного механизма (рис. 3.2.5, д). С помощью толкателей, проходящих черен отверстия в плите и упирающихся в оболочку, отделяют оболочку от плиты и поднимают последнюю. С толкателей оболочка снимается и направляется на сборку. Две половины оболочки склеивают и соединяют скобой 6 (рис. 3.2.5, е). Полученную оболочковую форму заливают сплавом в вертикальном или горизонтальном положении через литниковую систему 7. Оболочковая форма из песчано-смоляной смеси после заливки металлом легко разрушается, освобождая отливку.

Для крупных отливок из-за опасности прорыва металла во время заливки оболочковые формы помещают в опоку 9 и засыпают чугунной дробью 8. В промышленности внедрены мпогопозиционные карусельные автоматы для изготовления оболочковых форм.

Литье по выплавляемым моделям. Этим способом литья изго­товляли литые скульптуры много столетий назад. В машиностроении его начали применять в 40-х годах нашего столетия.

 

4.2.5. Литье под давлением.

Этот способ литья применяют в массо­вом производстве (так как стойкость пресс-форм высока) тонкостенных отливок из сплавов цветных металлов. При данном спо­собе литья достигаются большая точность размеров отливок и высокое качество поверхности, не требуется механической обработки. Этот способ литья очень производителен (200—400 циклов в час). При литье под давлением формы выполняют стальными; они имеют более сложную конструкцию и большую точность, чем кокили, поэтому и стоимость их выше. Применяют только неразъемные металлические стержни. Использование песчаных стержней исключено, так как струя металла может их разрушить. Струя металла подается под большим давлением и скоростью. При этом газы из полости формы не успевают удалиться, что приводит к образованию в толстостенных отливках газовой пористости. Принцип заполнения пресс-формы, при литье под давлением на машинах с горизонтальной камерой сжатия, приведен на схеме рис. 3.2.6. Металл зали­вается в заливочное окно 3 (позиция 1) камеры сжатия ковшом 4. Поршнем 5 сплав под давлением заполняет пресс-форму. После затвердевания сплава в пресс-форме извлекают металлический стержень 2, формирующий полость в отливке. Открывают пресс-форму и выталкивателем 6 удаляют отливку.

Пресс-форма — сложное приспособление, состоящее из 30—100 деталей, в зависимости от конструктивных особенностей отливки. Рабочая часть пресс-формы выполнена из вкладышей. Металлические стержни для образования отверстий в отливке устанавливаются и извлекаются автоматически с помощью приспособления.

Сплав заливается в камеру прессования. При прессовании струя металла,

проходя через литниковые каналы, заполняет полость пресс-формы. При раскрытии пресс-формы отливка выталкивается толкателем и проходя через литниковые каналы, заполняет полость пресс-формы. При раскрытии пресс-формы отливка выталкивается толкателем.

Рис.3.2.6.

Машины для литья под давлением являются сложными техническими устройствами. Машина 9 (рис. 3.2.7) состоит из корпуса, направляющих, гидравлических цилиндров, которые приводят в движение половины пресс-формы 8 и металлические стержни, а также создают давление (30—100 МН/м2) для прессо­вания металла. В гидравлические цилиндры поступает жидкость под давлением от насоса 10 через аккумулятор 11. Рабочий зачерпывает ложкой жидкий сплав из раздаточной печи 7 и зали­вает его в камеру сжатия, или применяют автоматическую дозировку металла при заливке. Затвердевшая отливка автомати­чески выталкивается после открытия пресс-формы.

Рис.3.2..7.

Применяют промежуточный способ между литьем в кокиль и литьем под давлением — литье под низким давлением.

 

4.2.6. Литье под низким давлением (0, 01—0, 08 МН/м2).

Схема литья под низким давлением приведена на (Рис 5.8). Сплав, находящийся в герметически закрытом тигле 7, расплавляется электронагревателями 5, и под давлением инертного газа на зеркало металла 4, поступает в полость формы 3 по стальному металлопроводу 6.

После затвердевания отливки снимают давление газа в тигле, раскрывают форму 3 и удаляют из нее отливку 2. Этим способом можно заливать тонкостенные крупногабаритные отливки из легких сплавов и с применением песчаных стержней 1. Песчаный стержень имитирует внутреннюю Рис. 3.2.8 полость отливки и центрируется на оси разъёмной формы.

 

4.2.7. Центробежное литьё.

При этом способе литья исключается применение стержней для образования полостей цилиндрических отливок. Отливки отличаются большой плотностью и высокими механическими свойствами. Центробежным литьём можно получать тонкостенные отливки из сплавов с низкой жидкотекучестью К недостаткам центробежного литья относится трудность получения качественных отливок из

Рис. 3.2.9

 

ликвирующих сплавов и невозможность выполнения отверстий в отливках точных размеров. Размеры отверстий отливок, изготовленных по схеме Рис. 3.2.9 зависят от количества залитого в форму металла.

Формы приводят во вращение специальными машинами, называемыми центробежными. В зависимости от расположения оси вращения формы в пространстве различают машины с горизонтальной и вертикальной осями вращения.

На машинах с горизонтальной осью вращения отливки получают со стенками равномерной толщины по длине и в поперечном сечении. На них отливают короткие и длинные трубообразные отливки.

На Рис. 3.2.9 (а) изображена схема машины с горизонтальной осью вращения форм для изготовления коротких труб. Металл из ковша 4 заливают в форму 2 через жёлоб 3. Попадая на внутреннюю стенку вращающейся формы 2, жидкий металл образует вокруг неё полую цилиндрическую отливку 5, которую после затвердевания извлекают из формы.

На Рис. 3.2.9 (б) схематически представлена конструкция распространённой труболитейной машины. Отличительной особенностью этой машины является устройство подвижного жёлоба 3, который в процессе заливки металла перемещается с помощью электродвигателя в направлении, показанным стрелкой. При этом металл, стекая с конца жёлоба, навивается на внутреннюю поверхность вращающейся от электродвигателя 1 формы 2, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Форма имеет уклон равный 50, что обеспечивает течение металла. Форма беговыми дорожками опирается на приводные ролики 7 и имеет осевой упор в верхней части машины, прикреплённый к кожуху 6. Для образования внутренней поверхности раструба трубы используют песчаный стержень 8. После затвердевания отливку извлекают из формы.

На Рис. 3.2.9 (в) приведена схема центробежной машины с горизонтальной осью вращения для литья фасонных деталей. Форма 2 состоит из двух половин, жёлоба 3 и шпинделя 9. Жидкий металл из ковша 4 выливается в жёлоб, из него сливается во вращающуюся форму и заполняет её. Металл отбрасывается к стенкам. После затвердевания оливки форму раскрывают и извлекают отливку.

В машинах с вертикальной осью вращения Рис.3.2. 9 (г) металл из ковша 4 заливают в форму 2, укреплённую на шпинделе 9, который вращается от электродвигателя. Металл центробежной силой прижимается к боковой цилиндрической стенке, образуя возле неё жидкий кольцевой слой. Форма вращается до полного затвердевания металла, после чего её останавливают и извлекают отливку. При вертикальной оси вращения формы отливки имеют параболическую внутреннюю поверхность. Толщина верхней части отливки меньше, чем нижней части, так как при вращении формы часть металла стекает вниз. Этим методом литья получают отливки небольшой высоты.

На Рис. 5. 9 (д) показаны формы 2 для производства фасонных отливок на машинах с вертикальной осью вращения от шпинделя. Металл заливается через центральный литник 10, откуда с большой скоростью, через радиальные каналы, попадает в рабочую полость, где затвердевает, образуя отливку 5.