Виготовлення ливарних форм

Глава I

ЛИВАРНЕ ВИРОБНИЦТВО

Є одним з найпоширеніших способів виготовлення різноманітних металевих деталей вагою від декількох грамів до кількох сотень тон.

Виливки широко застосовують у машинобудуванні, металургії, будівництві. Лиття в середньому становить приблизно половину маси машин і механізмів, тому ливарне виробництво вважається основною заготівельною базою машинобудування. Литі деталі коштують значно дешевше деталей, виготовлених іншими способами, причому виливки можуть бути складної конфігурації з будь-яких сплавів.

Сучасна техніка пред'являє до виливків різноманітні вимоги: високі механічні й робочі властивості, жаростійкість, жароміцність, антикорозійні й антифрикційні властивості.

У вітчизняному машинобудуванні 74% всіх виливків виготовляють із сірого чавуну, 21% - зі сталі, 3% - з ковкого чавуну, 2% - з кольорових сплавів (алюмінієвих, мідних і ін.).

При виборі виливків потрібно враховувати їхню вартість. Якщо прийняти середню вартість виливків із сірого чавуну за 100%, то вартість виливків з ковкого чавуну буде – 130%, зі сталі – 160%, з кольорових сплавів – 300…600%...

Сутність виробництва литих виробів полягає у виготовленні форми, що заповнюють рідким металом. Після затвердіння метал приймає обриси й розміри форми й називається виливком.

Технологічний процес одержання виливків складається з великої кількості окремих процесів:

1. виготовлення моделі,

2. готування формувальних і стрижневих сумішей,

3. виготовлення стрижнів і ливарних форм,

4. зборка ливарних форм,

5. розплавлювання металу,

6. заливання металу у форми й затвердіння виливка,

7. звільнення затверділого виливка з форми,

8. обрубання й очищення лиття,

9. контроль якості виливка.

§ 1. Основні положення по конструюванню литих деталей

При конструюванні машин конструктор повинен вибрати конфігурацію деталі, розрахувати навантаження, які діють на вузли деталей, з урахуванням умов роботи машини, вибрати відповідно до цього матеріал, товщину стінок і розміри деталей, а також передбачити їхню технологію виготовлення.



При цьому конструктор повинен створити найбільш легко виготовляєму тобто технологичну, конструкцію деталей.

При конструюванні литої деталі враховують властивості металу, технологію виготовлення моделі, форми й стрижня, зборку форм, очищення й обрубку литва. Для умов масового виробництва повинні враховуватися також можливості механізації й автоматизації виробництва.

§ 2. Ливарні сплави і їхні властивості.

Ливарні сплави, крім заданих міцностних і фізико-хімічних властивостей, повинні мати цілий комплекс технологічних ливарних властивостей, що характеризують придатність їх для заповнення ливарних форм і що дозволяють одержувати якісні виливки.

До ливарних властивостей рідкого металу відносять: температуру плавлення, рідкотекучість, усадку й ліквацію.

При невисокій температурі плавлення сплав легко розплавити й перегріти до температури, необхідної для кращого заповнення форми. Перегрівом наз. різницю в температурах плавлення сплаву й заливання його у форму. Чим вище температура перегріву сплаву, тим краще його рідкотекучість, а значить і заповнення форми. Однак високий перегрів веде до поглинання значної кількості газів (окису вуглецю, кисню, водню, азоту й ін.), що знижує ливарні властивості сплаву.

Рідкотекуість – здатність розплаву заповнювати й точно відтворювати порожнину ливарної форми. На рідкотекучість впливають багато факторів:

1. температура плавлення;

2. фізична природа й хім. склад сплаву;

3. технологія виготовлення форми;

4. тривалість заливання;

5. конструкція ливникової системи;

6. наявність неметалічних домішок у металі.

Усадка – властивість металів і сплавів при затвердінні зменшуватися в об'ємі. Величина усадки залежить від роду сплаву, його хім. сполуки, температури й способу заливання, швидкості охолодження, форми виливка й ін. факторів.

Усадка приводить до утворення у виливку усадочних раковин, пористості, які утворюються в найбільш масивних частинах виливка, затверднення яких проходить в останню чергу. Усадочні раковини виводяться в прибуткову частину виливка й потім відрізаються.

Усадка у виливку викликає внутрішні напруження, які деформують і навіть руйнують виливок.

Ливарні напруги можуть викликатися у виливку тепловими явищами, які виникають внаслідок різної швидкості охолодження товстих і тонких частин виливка.

Правильною конструкцією моделі й форми, регулюванням охолодження, дотриманням технологічних режимів зменшують і навіть усувають внутрішні напруження у виливку.

§ 3. Модельний комплект і принципи його виготовлення.

Однією з найважливіших операцій у технологічному процесі ливарного виробництва є виготовлення ливарних форм і стрижнів.

Для виготовлення ливарної форми необхідно мати модельний комплект, що складається з моделей, стрижневих ящиків, модельних плит і ін. пристосувань.

Конструкція моделі повинна забезпечити витяг її з форми. Поверхня моделі повинна бути гладкою, чистою, щоб при виїмці її з форми вона легко відокремлювалася від формувальної суміші. Модель повинна бути міцною, не змінюватися в розмірах, протистояти впливу вологи формувальної суміші.

При виготовленні моделей і стрижневих ящиків ураховують технологію формування й виготовлення стрижнів, ливарні властивості металу й наступну механічну обробку деталі.

По кресленню деталі виготовляють модель і стрижневий ящик.

Попередньо всі розміри деталі по кресленню збільшують на величину ливарної усадки сплаву, з якого виготовляють виливок. Для цього в модельних цехах є спеціальні лінійки з урахуванням усадки. Для чавунного й кольорового лиття усадка становить 1 - 2%, для сталевого - 1,5 - 2%.

Креслення виливка робиться по кресленню деталі, на який наносять:

- припуск на мех. обробку;

- технологічний припуск;

- технологічні вказівки на виготовлення виливка;

- інші спеціальні вимоги до виливка.

Припуск на мех. обробку – додатковий шар металу на сторону, що видаляють при мех. обробці для одержання заданої точності і якості поверхні деталі.

Припуск задається Дст і становить для чавуну 0,7 - 5 мм, для алюмінію - 0,7 - 2 мм.

На кресленні припуск штрихують або обводять червоним олівцем.

Технологічний припуск – спрощує й полегшує процес виготовлення виливка. До нього відноситься:

- ливарні ухили – для зручності витягу моделі з форми без руйнування й вільного видалення стрижня з ящика (1º…3º, 1…8 мм);

- напуски – для спрощення виготовлення, напр. отворів малих діаметрів які можна просвердлити;

- припливи – для зручності кріплення деталі при мех. обробці або транспортуванні, видаляються при мех. обробці;

- ребра й стяжки – для запобігання виливка від жолоблення при остиганні або термообробці. Видаляють при мех. обробці.

- галтелі – закруглення внутрішнього кута для плавного переходу стінок, що сполучають. Запобігають концентрації напруг, утворення тріщин у кутах, зменшення опадання формувальної суміші при витягу моделі. За Дст радіуси галтелі від 1 до 40 мм залежно від товщини стінок, що сполучають

, мм

До технологічних вказівок відносяться:

- лінія рознімання моделі з урахуванням низу й верху по розташуванню її у формі


- точність і шорсткість поверхні виливка;

- лінія рознімання стрижня;

- місце підведення живильника.

Їх виконують кольоровим олівцем. Стрижні встановлюють у спеціальні гнізда й закріплюють замками для запобігання зсуву при тиску металу, що заливається. На кресленні стрижні штрихують по контуру й нумерують у тій послідовності в якій встановлено у формі.

Матеріалом для моделей і стрижневих ящиків в індивідуальному й дрібносерійному виробництві в більшості випадків є деревина, іноді гіпс і цемент, у масовому виробництві – алюмінієві сплави й пластмаси.

Дерев'яні виготовляють із порівняно сухого (до 10% вологи) щільного матеріалу щоб уникнути жолоблення й повідці їх від втрати власної вологи.

Дерев'яні моделі розділяють на 3 класи. Моделі 1 класу виготовляють із бука, горіха й застосовують для ручного й машинного формування.

Для одержання невеликої кількості виливків використовують моделі 2 класи – з берези й липи й моделі 3 класи – із сосни і їли.

Для того, щоб вони не убирали вологу з формувальної суміші й навколишнього повітря, моделі покривають спеціальним лаком. Моделі фарбують і покривають лаком у певний колір. Поверхні моделей, які відповідають поверхням виливків, що не піддаються механічній обробці, фарбують у синій колір – для сталевого лиття, у червоний для чавунного й у жовтий – для кольорового. Якщо виливки піддаються механічній обробці, то основний фон відповідних поверхонь моделей покривають чорними круглими крапками. Окремі частини моделей окантовують чорною смугою, стрижневі знаки на моделях фарбують у чорний колір.

Переваги дерев'яних моделей – легка оброблюваність і дешевина, а недоліки – схильність до деформації і розтріскування.

Для металевих моделей застосовують чавун, бронзу, латунь, алюміній і його сплави. Вартість металевих моделей значно вище дерев'яних, але вона служить у багато разів довше (по ній можна виготовити до декількох десятків тисяч форм), крім того металеві моделі забезпечують одержання виливків з більш точними розмірами.

Для створення земляної форми застосовують опоки. Опоки призначені для втримання піщаної суміші, додання земляній формі достатньої твердості й міцності при виготовленні, транспортуванні й заливанні металом. Опоки виготовляють зі сталі, чавуну, сплавів алюмінію. Залежно від розмірів і обрису виливків опоки мають круглу, квадратну й прямокутну форму.

Для виготовлення земляних форм і піщаних стрижнів застосовують формувальні інструменти, які можна розділити на 3 групи:

1. інструменти, що використовуються для наповнення й зміцнення формувальної суміші в опоці (лопати, ручні й пневматичні трамбування);

2. інструменти призначені для витягу моделі із земляної форми (гачки, підйоми й ін.);

3. інструменти для обробки поверхні форми, виправлення пошкоджень, прорізання ливникових каналів (гладилки, ложечки, пульверизатори).

§ 4. Формувальні й стрижневі матеріали.

Формувальні суміші застосовують для виготовлення форм, а стрижневі суміші - для виготовлення стрижнів.

Вони складаються з піску, глини й різних добавок.

Формувальні й стрижневі суміші повинні обладати пластичністю, газопроникністю, міцністю, потипригарністю й піддатливістю.

Пластичністю наз. здатність сумішей деформуватися під дією зовнішніх навантажень без порушення цілісності й зберігати надану їм форму після зняття навантаження. Ці властивості необхідні для одержання у формі виразного відбитка моделі. Пластичність зростає при збільшенні змісту в ній води до 3...5%, глини й сполучних матеріалів, а також піску із дрібним зерном.

Газопроникністю наз. здатність сумішей пропускати гази внаслідок своєї пористості. З формувальних матеріалів під час заливання форми сплавом виділяється велика кількість газів. Якщо газопроникність недостатня, то гази попадають у метал, де утворюють газові раковини. Чим крупніші й однорідніші по розмірам зерна піску, чим менше в суміші глини, тим вище газопроникність суміші. Газопроникність виміряється в умовних одиницях і буває від 30 до 150 одиниць.

Міцністю наз. здатність суміші витримувати зовнішні навантаження без руйнування. Ця властивість необхідна для того, щоб форма не деформувалася й не руйнувалася при транспортуванні й при впливі на неї тиску рідкого металу. Міцність зростає при збільшенні змісту в них глини, що зв’язувальних матеріалів і піску з дрібними кутастими зернами. Збільшення змісту води до 3...5% підвищує міцність суміші, при подальшому підвищенні вологості міцність знижується.

Протипригарністю наз. здатність сумішей не сплавлятися й не спікатися з розплавленим металом. Формувальні суміші іноді пригорають до виливка й утворюють на поверхні суцільну шкіру із суміші окису металу й піску, що сильно затрудняє мех. обробку. Протипригарність підвищується при збільшенні в ній чистого кварцового піску й знижується при наявності вапняку.

У якості протипригарної добавки до формувальної суміші, призначеної для чавунного лиття, служить кам'яновугільний пил, для бронзового лиття - мазут. Ці добавки, згораючи під час заливання металу, виділяють гази, які утворюють відновлювальне середовище й цим перешкоджають утворенню окислів і охороняють виливок від пригорання формувальної суміші.

Піддатливістю наз. здатність сумішей стискуватися під дією зовнішніх сил. Це необхідно для того, щоб форма або стрижень не перешкоджали усадці при затвердінні виливка. При недостатній піддатливості матеріалу форми у виливку, що остигає, виникають внутрішні напруження, що приводять до утворення тріщин. Гарною піддатливістю володіє кварцовий пісок. Глина, розташовуючись у проміжках між зернами піску, погіршує піддатливість.

Сполука й властивості формувальних матеріалів, застосованих для готування сумішей, відіграє велику роль в одержанні якісних виливків.

Основними матеріалами для виготовлення формувальних сумішей є: колишня у вживанні формувальна суміш (горіла) і свіжі добавки – пісок, глина, вода, і спеціальні присадки.

Формувальні суміші по способу застосування підрозділяються на: лицювальні, наповнювальні і єдині. Лицьовий шар форми, що безпосередньо стикається з рідким металом, роблять із суміші великої міцності й приготовляють більш ретельно. Така суміш наз. лицювальною. Основну частину форми роблять із ін. суміші – менш високоякісної й більше дешевої. Ця суміш наз. наповнювальною.

При масовому виробництві форми виготовляють із однорідної суміші, наз. единой.

Основною складовою частиною формувальної суміші є кварцовий пісок, зерна якого повинні бути різного розміру й форми, мати високу вогнетривкість, не оплавлятися й незначно руйнуватися при впливі рідкого металу. Кварцовий пісок завжди забруднений деякими домішками (окисом заліза, лужних і ін. металів і глинистих складових), які знижують його вогнетривкість. Кварцові піски залежно від вмісту глинистих речовин розділяють на кілька класів:

1. кварцові К (до 2% глини)

2. худі Т (від 2 до 10% глини)

3. напівжирні П (від 10 до 20% глини)

4. жирні Ж (від 20 до 30% глини)

5. дуже жирні ОЖ (від 30 до 50% глини).

Формувальні глини, що містять дисперсні мінеральні часточки в кількості більше 50% є зв'язувальною речовиною. Вони надають формувальним сумішам пластичність у вологому стані й підвищену міцність і газопроникність – у сухому. Особливо коштовним є дисперсна глина – бентоніт, що володіє великою сполучною здатністю й гарними фізико-механічними властивостями.

У формувальні й стрижневі суміші для збільшення газопроникності й пластичності додають обпилювання, кам'яновугільний пил; як зв’язувальні матеріали – лляне масло, оліфу, каніфоль і ін. речовини.

§ 5. Підготовка формувальних і стрижневих

матеріалів і сумішей.

Ливарні цеха споживають велику кількість формувальних і стрижневих сумішей. На 1 т придатного лиття витрачається 5 - 12 т формувальної суміші. Тому в кожному ливарному цеху є відділення для готування формувальних і стрижневих матеріалів і сумішей на механізованих і автоматизованих установках.

Свіжі матеріали сушать, роздрібнюють або розминають, і просівають. Потім їх змішують в однорідну масу. Чим рівномірніше розподіляються між зернами піску глинисті добавки, волога й ін. складові частини, тим вище основні якості суміші.

Формувальні суміші по видах формування розрізняють: суміші для сирих форм і суміші для сухих форм.

При готуванні сухих форм завжди застосовують лицювальну суміш, а при виготовленні сирих форм часто використовують єдину.

Сирі форми роблять із формувальних сумішей, що містять малу кількість глини.

Сухі форми виготовляють із формувальних сумішей, що містять велику кількість глини, іноді в ці суміші додають органічні речовини, які в період сушіння вигорають і тим сприяють збільшенню газопроникності форми.

Великі форми для виливків масового виробництва, а також стрижні деяких видів виготовляються із глини або з формувальних мас із дуже великим вмістом глинистих речовин.

Чавунні виливки виготовляють у сирих і сухих формах. Для економії в сумішах використовують до 90% відпрацьованої суміші. А потім додають 10...50% свіжого піску й глини й 2...8% меленого кам'яного вугілля. Чим більше маса виливка, тим більше додають свіжих матеріалів у формувальну суміш.

Сталеві фасонні виливки масою до 300 кг можна відливати в сирі форми, а виливки більшої маси в сухі. Формувальні суміші в такому випадку готують із високовогнетривких матеріалів: чистого кварцового піску, вогнетривкої глини, хромистого залізняку й ін.

Формувальні суміші для кольорового лиття містять значну кількість глини й складаються з більш дрібнозернистих пісків, що забезпечують виливкам гладку поверхню.

Температура плавлення кольорових сплавів значно нижче, ніж, чорних, тому суміш може мати меншу вогнетривкість і газопроникність.

Для мідних сплавів у суміш додають мазут, для магнієвих – борну кислоту, сірку й фтористі присадки.

Стрижневі суміші можуть бути піщано-масляні й піщано-глинисті. Стрижні під час заливання форми металом перебувають у менш сприятливих умовах, чим форма. У більшості випадків стрижні майже з усіх боків оточені розплавленим металом. Тому матеріал стрижнів повинен мати високу вогнетривкість, газопроникність, міцність, піддатливість, не повинен бути гігроскопічним. Тому як сполучні матеріали застосовують крепители, які діляться на три групи:

- до I групи відносяться: лляне масло й замінники масла, полівініловий спирт і ін. В основу цих крепителей входять одна або кілька складових – сланцева смола, сульфітна барда й ін.

- до II групи відносяться: сульфітно-спиртова барда (відходи спиртового виробництва), сульфітний луг (відходи паперового виробництва), декстрин (продукт переробки крохмалю)

- до III групи відносяться: каніфоль (залишки при переробці смоли хвойних порід), торф'яний або деревний пек (відходи при витягу фенолів зі смол).

Стрижні після просушування мають міцність на розрив від 1 до 10 кг/см2 і газопроникність від 70 до 130 одиниць.

Для готування формувальних сумішей у сумішоутворювальних відділеннях використовують напівавтоматичні й автоматичні установки.

Після заливання металу у форми й охолодження виливків форми з конвеєра подаються на вибивні решітки, де відпрацьована формувальна суміш вибивається з опоки й попадає на розташований під підлогою транспортер. Цей транспортер скидає суміш на вібраційне сито, за допомогою якого із суміші видаляються шматки стрижнів. Минула через сито формувальна суміш попадає на похилий стрічковий транспортер, що доставляє її в сумішоутворювальне відділення. На кінці стрічкового транспортера поставлений магнітний шків, за допомогою якого з відпрацьованої суміші відокремлюються металеві частини, що потрапили в суміш під час заливання форми, і очищена суміш засипається в розподільну стрічку й у бункери. З бункерів відпрацьована суміш за допомогою дозаторів засипається порціями в бігуни для змішування. У бігуни також засипають свіжі формувальні матеріали й заливають воду, після чого суміш перемішують.

З бігунів формувальна суміш похилим стрічковим транспортером подається в розпушувач, який знаходиться над відстійним бункером. Потім після проходження відстійного бункера суміш через живильник і транспортер подається в другий розпушувач і далі системою стрічкових транспортерів, розподіляється по розбіжних бункерах, розташованих над формувальними машинами. Щоб висипати формувальну суміш із бункера в опоку, натискають на важіль затвора в нижній частині бункерів.


6097609597601679.html
6097628389832747.html
    PR.RU™