Технология обработки конструкционных материалов

Ручная формовка является старейшим способом производства отливок. Она широко применяется в условиях мелкосерийного или индивидуального производства, при создании уникальных отливок. Использование для форм современных материалов позволяет получать высококачественные отливки практически любой степени сложности. Необходимо учитывать, что создание модели и подготовка к ручной формовке - дорогостоящая операция. В стоимости отливки при ручной формовке заметную часть составляет стоимость модели. Для сокращения расходов, улучшения качества подготовки модели в настоящее время широко применяют специализированные системы автоматизированного проектирования.

Литейная модель (рис.3.2) служит для образования в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. В большинстве моделей предусматриваются дополнительные (по отношению к конфигурации отливки) части, называемые знаками, которые образуют в литейной форме базы (гнезда) для установки стержней. Стержень- это элемент литейной формы для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке.

Рисунок 3.2 - Типы литейных моделей: а - неразъемные; б - разъемные; в - с отъемными частями; 1 - шипы; 2 - знаки; 3 - отъемные части; 4 - гвозди

Литейная форма - это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка.

Литейная опока - приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении формы.

По конструкции, которая обуславливается удобством формовки, литейные модели подразделяют на неразъемные и разъемные. При этом разъемные модели широко используются при производстве отливок более сложной и разнообразной конфигурации, когда рабочая полость формуется в двух опоках. В единичном и мелкосерийном производстве, когда оформлять выступающие элементы отливок стержнями экономически нецелесообразно, в моделях могут быть предусмотрены отъемные части (рис.3.2, б, в), которые остаются на рабочей поверхности формы после извлечения из нее модели, а затем также извлекаются. Разъемные модели широко применяют при производстве отливок сложной конфигурации. Точное соединение разъемных моделей осуществляется с помощью деревянных шипов или металлических дюбелей. Удобство извлечения модели из полуформы при ручной формовке достигается с помощью металлических приспособлений, закрепляемых на модели, которые называются подъемами.

Стержневые ящики (рис.3.3) служат для изготовления стержней ручной и машинной формовкой на встряхивающих, пескодувных и пескострельных машинах. По конструктивным особенностям их подразделяют на три типа: цельные, разъемные и вытряхные. Цельные применяют для изготовления стержней простой конфигурации с большими уклонами на боковых стенках, что обеспечивает их легкое извлечение из ящика. Разъемные ящики наиболее распространены, так как их применяют для изготовления стержней самой разнообразной конфигурации и размеров. Вытряхные деревянные ящики имеют корпус коробчатого типа, в который вставляют четыре специальных вкладыша, оформляющих рабочую поверхность получаемых стержней. При этом тыловые стенки вкладышей исполняются с большими уклонами, что обеспечивает легкость их извлечения из корпуса при его подъеме.

Рисунок 3.3 - Стержневые ящики а - цельный; б - разъемный деревянный; в - разъемный металлический; 1 - шипы; 2 - стержни; 3 - скоба; 4 - гайка; 5 - стальная накладка

Большинство деталей, получаемых методом литья, имеют внутренние полости или отверстия, для получения которых в литейную форму вставляют специальные элементы, называемые стержнями. Использование стержней значительно расширяет возможности приближения геометрической формы отливки к конструкции детали, что, соответственно, снижает ее себестоимость за счет повышения выхода годного. Технологические сложности представляет вопрос об укреплении стержней в форме, стержни, изготовленные из песчано-глинистой смеси, имеют в несколько раз меньший удельный вес, чем расплавленный металл.

. Литейную форму заливают расплавом через литниковую систему. Литниковой системой (Рис.3.4) называют совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из ковша в полость формы.

Рисунок 3.4 - Модели литниковых систем с подводом металла в среднюю часть отливки (а) и с верхней литниковой системой и боковым выпором (б): 1 - литниковая чаша; 2 - стояк; 3 - металлоприемник; 4 - лит-никовый ход (коллектор); 5 - питатели; 6 - выпоры

Основными элементами литниковой системы являются литниковая чаша, стояк, шлакоуловитель, питатели. Чаша уменьшает размывающее действие струи расплава, задерживает всплывающий шлак.

На верхних частях средних и крупных отливок делают выпоры - каналы для выхода из формы воздуха и газов и всплывающих неметаллических включений. Они содействуют нормальной усадке застывающего сплава.

Прибыль - это часть литниково-питающей системы, предназначенной для устранения в отливке усадочной раковины и пористости.

Прибыли в отливке обычно назначают в тех случаях, когда существует высокая вероятность, что усадочные дефекты (раковины или пористость) будут локально располагаться в теле отливки. Прибыли не назначают для отливок из сплавов, которые имеют низкий коэффициент объемной усадки. Формовочные литейные шаблоны используют при безмодельном изготовлении форм для получения крупных единичных отливок, имеющих форму тел вращения.

Формовку рабочей полости литейной формы выполняют с помощью модельного комплекта.

Модельный комплект - это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают модели, модельные плиты, стержневые ящики и другие приспособления.

Модельная плита - металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы. Ее, как правило, применяют при машинной формовке.

При использовании неразъемных моделей обеспечивается более высокая производительность, улучшаются условия труда, повышается размерная точность форм и т.п. Процесс изготовления литейной формы при этом объединяет определенную совокупность операций.

Последовательность ручной формовки в двух опоках по разъемной модели

На подмодельную плиту устанавливают нижнюю часть модели (с гнездами под шины) разъемом на плиту, модели питателей и нижнюю опоку.

Для формовки нижней полуформы модель отливки 1 и опоку 3 устанавливают на подмодельную (подопочную) плиту 2 (рис.3.5, а) так, чтобы расстояние между стенкой опоки и моделью было не менее 25-30 мм.

Модель припыливают ликоподием или серебристым графитом, чтобы предотвратить прилипание к ней формовочной смеси.

Модель покрывают слоем просеиваемой через сито облицовочной смеси толщиной 15-20 мм для мелких отливок и 30-40 мм для крупных отливок (рис.3.5, б).

Оставшийся объем опоки заполняют наполнительной смесью в несколько приемов слоями толщиной 50-70 мм (рис.3.5, в).

Уплотнение засыпанной формовочной смеси ручной набойкой 4 (рис.3.5, г), а верхний слой - башмаком трамбовки 5 (рис.3.5, д).

Излишек смеси очищают линейкой 6 вровень с кромками опок, образуя поверхность, называемую контрландом, и накалывают на ней вентиляционные каналы, не доходящие до поверхности модели на 10-15 мм (рис.3.5, е).

Готовую нижнюю полуформу вместе с заформованной в ней моделью поворачивают на 180 градусов (рис.3.5, ж).

На нижнюю полуформу по центрирующим штырям 8 устанавливают верхнюю опоку 9 (рис.3.5, з).

Плоскость разъема присыпают мелким разъединительным песком с целью предотвращения слипания формовочной смеси нижней и верхней полуформ.

В верхней опоке устанавливают модели элементов литниковой системы (коллектора 10, стояка 11 и выпора 11). В верхнюю опоку засыпают слой просеянной облицовочной смеси с таким расчетом, чтобы он закрыл поверхность модели (рис.3.5, и). Весь объем верхней опоки заполняют наполнительной формовочной смесью.

Уплотнение засыпанной формовочной смеси ручной набойкой 4, а верхний слой - башмаком трамбовки 5.

Излишек смеси очищают линейкой 6 вровень с кромками опок и накалывают на ней вентиляционные каналы, не доходящие до поверхности модели на 10-15 мм.

Прорезают литниковую чашу и извлекают модель стояка и выпора.

Готовую верхнюю полуформу 13 снимают (рис.3.5, к), поворачивают плоскостью разъема вверх и осматривают.

Специальным подъемником 14 извлекают модель из нижней полуформы, предварительно слегка расталкивая ее для облегчения процесса извлечения (рис.3.5, л).

Специальным инструментом прорезают каналы питателей литниковой системы, соединяющей стояк и полость литейной формы.

Производят контрольный осмотр поверхности формы 15 и плоскости разъема, исправление поврежденных мест специальным инструментом (гладилками, ланцетами и т.п.) и очистку полости формы от остатков смеси (рис.3.5, м).

Производят сборку полуформ по центрирующим штырям и устанавливают груз 16 (рис.3.5, н).

Формовка по разъемной модели является наиболее распространенной для изготовления различных по конфигурации отливок. Наиболее часто применяют модели с горизонтальной плоскостью разъема формы. Последовательность выполнения основных технологических операций формовки в этом случае достаточно близка к формовке по неразъемной модели, рассмотренной в предыдущем разделе. Исключение составляют дополнительные операции, связанные с установкой и извлечением верхней полумодели, а также установкой стержня в форму (при его наличии).

Рисунок 3.5 - Технологический процесс формовки по неразъемной модели

ручной формовка деформация обтачивание

Схема процесса и последовательность выполнения основных технологических операций формовки в двух опоках по разъемной модели показаны на рис.3.6.

Рисунок 3.6 - Технологический процесс формовки по разъемной модели: а, б - нижняя и верхняя полуформы; в - собранная под заливку форма; г - отливка с литниковой системой; 1 и 2 - верхняя и нижняя опоки; 3 - вентилляционные каналы; 4 - литниковая чаша; 5 - стержень; 6 - стояк; 7 - груз; 8 - штыри

3 ОПИСАНИЕ ЯВЛЕНИЙ, ПРОИСХОДЯЩИХ В МЕТАЛЛЕ ПРИ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ