Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Литьё по газифицируемым моделям — технология, позволяющая получить отливки по точности равные литью по выплавляемым моделям при уровне затрат сопоставимом с литьем в землю. Литьё по газифицируемым моделям как новый технологический процесс появился в середине 50-х годов. Его главным назначением было повысить точность литья при значительном уменьшении затрат на оборудование и материалы по сравнению с технологией литья по выплавляемым моделям.
Способ литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) обладает рядом преимуществ:
Литье по газифицируемым моделям
Эту технологию можно отнести к группе способов получения отливок в неразъемных формах по разовой модели как литье по выплавляемым моделям (см.лекцию 2). Но в отличие от ранее рассмотренных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который, замещая испаряющуюся модель, занимает освободившееся пространство в полости формы. Современные варианты технологического процесса заключаются в следующем.
Разовые пенополистирольные модели изготавливают либо засыпкой в специальные металлические пресс-формы (массовое и крупносерийное производство) суспензионного полистирола в виде подвспененных гранул, либо механической обработкой нормализованных пенополистирольных плит (мелкосерийное, единичное производство). Сложные модели делают по частям. Отдельные части и литниковую систему соединяют в единый блок склеиванием или сваркой. Собранную модель окрашивают слоем огнеупорной краски и сушат на воздухе. В итоге получается огнеупорная газопроницаемая оболочка, прочно связанная с пенополистирольной моделью (рисунок 7.1, а).
Готовую модель устанавливают в специальную опоку-контейнер, засыпают зернистым огнеупорным наполнителем без связующего, уплотняют его вибрацией, закрывают металлической крышкой с отверстиями, нагружают и устанавливают литниковую чашу (рисунок 7.1,б).
Рисунок 7.1 – Схема изготовления отливки по газифицируемой модели: а – пенополистирольная модель отливки; б – форма, подготовленная к заливке; в – заливка формы, газификация модели; г – отливка с элементами литниковой системы
При изготовлении сложных отливок контейнер после подачи опорного материала закрывают сверху полиэтиленовой пленкой, как при вакуумной формовке. Чтобы уменьшить вероятность разрушения формы в ней создают разрежение до 0,04 – 0,05 МПа. При изготовлении крупных массивных отливок используют обычные холоднотвердеющие жидкоподвижные или сыпучие формовочные смеси.
Приготовленную форму заливают жидким металлом (рисунок 7.1, в). Температура газификации пенополистирола близка к 560°С, поэтому под действием теплоты заливаемого расплава модель газифицируется. При этом полость формы постепенно освобождается и заполняется металлом.
После затвердевания и охлаждения отливки опоку-контейнер переворачивают, наполнитель отделяется от отливки и высыпается, после чего отливка направляется на финишные операции (рисунок 7.1, г). В случае использования обычных формовочных смесей форму выбивают на выбивных решетках.
Главная особенность способа (применение неразъемной формы) определяет основное его преимущество для качества готовых отливок – повышение точности отливок благодаря сокращению числа частей формы, стержней, а, следовательно, и возможных искажений конфигурации и размеров отливок, связанных с изготовлением и сборкой этих элементов формы. Точность отливок при литье по газифицируемым моделям в песчаные формы без связующего и с ним согласно ГОСТ 26645—85 (изм. № 1, 1989) соответствует точности отливок, полученных в кокиле или в облицованном кокиль со стержнями.
В настоящее время литье по газифицируемым моделям чаще всего используется со следующими целями:
Модельные материалы. Материалом для изготовления газифицируемых моделей служит вспенивающийся полистирол, который представляет собой синтетический полимерный продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии эмульгатора, стабилизатора и порообразователя. В качестве порообразователя чаще всего используют изопентан. Применяемые для изготовления моделей гранулы вспенивающегося полистирола представляют собой полупрозрачные или белые непрозрачные шарики диаметром до 3,2 мм с внешней твердой полистирольной оболочкой, внутри которой находится жидкая фаза – изопентан. Чем тоньше стенки модели, тем мельче должны быть гранулы вспенивающегося полистирола. При нагреве до 27,9оС изопентан закипает и превращается в газ с увеличением объема, а при 80 – 90оС полистирольная оболочка размягчается и под действием давления газа деформируется. При этом объем гранул увеличивается в 10 – 40 раз. Этот процесс называется «вспениванием гранул полистирола». При вспенивании гранул в замкнутом объеме они спекаются в монолитную массу, точно воспроизводящую конфигурацию ограничивающей ее рост конструкции.
Для изготовления отливок по газифицируемым моделям пенополистирол должен обладать следующими свойствами:
Изготовление газифицируемых моделей. Процесс получения моделей в массовом и крупносерийном производстве состоит из двух стадий: предварительное вспенивание исходных гранул вспенивающегося полистирола в свободном состоянии и окончательное вспенивание гранул в замкнутой полости пресс-формы – получение модели.
Предварительная тепловая обработка вспенивающегося полистирола необходима для получения впоследствии газифицируемой модели с заданной объемной массой (плотностью), которая определяет прочность модели и качество поверхности. Вспенивающая способность гранул заданной дисперсности определяется температурой и временем тепловой обработки (рисунок 7.2).
Рисунок 7.2 – Увеличение объема гранул пенополистирола (V) в зависимости от температуры (цифры у кривых) и продолжительности подвспенивания (t): сплошные линии – начальный размер гранул 2,5 мм; пунктирные – 1,5 мм
С увеличением продолжительности тепловой обработки объем гранул увеличивается и, соответственно, уменьшается насыпная масса подвспененных гранул. Повышение температуры обработки приводит к сокращению времени, при котором гранулы достигают максимального объема. Но при температурах выше 95оС процесс становится нестабильным и передержка гранул приводит к потере их активности и усадке. Это связано с увеличением скорости деформации полистирольной оболочки гранул при повышении температуры, в результате чего стенки отдельных ячеек гранул разрушаются и происходит потеря порообразователя.
На предприятиях с небольшим объемом производства предварительное вспенивание целесообразно проводить в горячей воде. Для этого исходные гранулы полистирола помешают в воду при температуре 95 – 100оС и выдерживают в течение 1 – 10 мин при постоянном помешивании, чтобы обеспечить равномерность тепловой обработки и исключить слипание гранул. После выдержки, необходимой для подвспенивания гранул до заданной насыпной массы, их извлекают и засыпают на стеллажи с сетчатым дном для просушивания и выдержки на воздухе.
Для нагрева гранул при предварительном вспенивании применяют также обработку паром и токами высокой частоты. В условиях крупносерийного и массового производства чаще всего используют перегретый пар.
После предварительного вспенивания гранулы выдерживают на воздухе от 6 ч до 2 суток. В этот период оболочка гранул, охлаждаясь, вновь переходит в стеклообразное твердое состояние, а пары изопентана конденсируются, что приводит к возникновению вакуума в гранулах. В процессе выдержки происходит диффузия воздуха внутрь гранул и давление выравнивается. Для сокращения времени выдерживания подвспененных гранул можно использовать выдержку их при повышенном до 0,2 – 0,3 МПа давлении.
Изготовление моделей в пресс-формах. Процесс заключается в повторном нагреве подвспененных и активированных гранул полистирола, помещенных в пресс-форму, в результате которого они окончательно вспениваются и спекаются между собой, образуя пенополистирольную модель отливки.
Подготовленные гранулы засыпают или задувают сжатым воздухом в смазанную специальной смазкой рабочую полость пресс-формы так, чтобы они полностью заполнили ее объем. Смазками служат: раствор синтетического термостойкого каучука, силиконовая жидкость, глицерин.
Нагрев гранул в крупносерийном и массовом производстве целесообразно проводить способом так называемого «теплового удара»: перегретый пар с температурой 125 – 135оС под давлением 0,2 – 0,35 МПа подают непосредственно в пресс-форму, заполненную гранулами полистирола. Проходя между гранулами, турбулентный поток пара интенсивно вытесняет воздух, находящийся в порах засыпки, и равномерно по всему объему нагревает полимерный материал, который окончательно вспенивается. Образующийся конденсат под действием расширяющихся гранул отжимается к стенкам пресс-формы и удаляется через специальные дренажные отверстия.
При небольших объемах производства чаще используют более простые, но менее производительные способы:
Изготовление моделей из пенополистирольных плит. В качестве материала используют готовые пенополистирольные плиты марки ПС-Б и ПС-БС с габаритами до 1000 * 700 * 100 мм. Плотность плит 20 – 25 кг/м3, напряжения на изгиб 0,09 – 0,23 МПа при 5%-ной деформации; остаток после испарения образца не более 2 мас. %; скорость плавления около 25 мм/с.
Пенополистирол легко обрабатывается на обычных деревообрабатывающих станках. Чистовую обработку ведут при больших скоростях резания и малых подачах, используя инструмент с мелкой насечкой, тонкие наждачные круги и шлифовальную шкурку.
Одним из способов обработки пенололистирола является обработка горячей электронагреваемой нихромовой проволокой. Температура нагрева режущей проволоки должна находиться в пределах 300 – 450оС. Преимущество данного способа заключается в том, что гранулы пенополистирола не выкрашиваются, а оплавляются по поверхности разреза и закрывают поры.
Обычно сложные модели изготовляют из отдельных частей простой геометрической формы с последующим их склеиванием, термической сваркой или сваркой растворением пенополистирола.
Термическая сварка осуществляется с помощью струи воздуха, нагретого до 105 – 130оС. В качестве присадочного материала используют прутки из пенополистирола. Наплывы в местах сварки устраняют заглаживанием нагретым инструментом.
Для сварки растворением пенополистирол растворяют в стироле, толуоле, дихлорэтане до достижения консистенции киселя. Полученный состав наносят тонким слоем на соединяемые поверхности, при этом материал модели несколько растворяется. После соединения поверхностей и выдержки в течение 8 – 10 мин под небольшим давлением образуется прочный однородный с материалом модели соединительный шов.
Пенополистирольные модели значительно дешевле деревянных, что особенно важно в единичном производстве. Время, затрачиваемое на их изготовление, в 2 – 3 раза меньше, при этом не расходуется древесина высокого качества.
Собранные модели и модельные блоки покрывают противопригарной краской или суспензией толщиной 0,2 – 2,0 мм. После сушки покрытие предохраняет отливку от пригара и повышает прочность модели.
К недостаткам литья по газифицируемым моделям можно отнести безвозвратные потери материала разовой модели и выделение токсичных продуктов ее термодеструкции, что требует проведения соответствующих защитных мероприятий. В варианте процесса с вакуумированием формы во время ее заливки продукты термодеструкции модели могут поступать непосредственно из формы в установку для каталитического их дожигания до диоксида углерода и паров воды.
Этапы процесса ЛГМ:
1. Изготовление моделей
Для изготовления моделей используется литейный полистирол мелких фракций 0,3 мм - 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Полистирол предварительно подвспенивается на паровой ванне и просушивается. В пресс-формы задувается подвспененный полистирол, пресс-формы устанавливают в автоклав и выдерживают до спекания гранул полистирола. Затем охлаждают и достают готовые модели. Другой способ изготовления моделей — на модельных автоматах, что повышает производительность в 2-4 раза.
2. Формирование куста и окраска моделей
Модели собираются в блоки (кусты) склеиванием, либо припаиваются. Окраска блоков моделей производится в 1 слой специальным антипригарным покрытием путем окунания в ванну, либо при сложной конфигурации отливок, обливом. Сушка окрашенных блоков производится в камере при температуре 40-60С в течение 2-3 часов.
3. Формовка
Формовка блоков моделей производится в специальные опоки на вибростоле постепенной засыпкой песком, либо послойно.
4. Подача опок на заливочный участок
Заформованные опоки подаются на заливочный участок. Опоки подсоединяются к вакуумной системе. Наверх формы укладывается полиэтиленовая пленка. После включения вакуумного насоса и системы очистки газов, формовочный песок приобретает необходимую прочность.
5. Заливка металла
Заливка металла производится прямо в полистирольные стояки. Горячий металл выжигает (газифицирует) полистирол и занимает его место. Выделяющиеся газы отсасываются через слой краски в песок вакуумной системой. Металл точно повторяет форму полистирольного блока с моделями.
7. Охлаждение отливок
Залитые блоки моделей остывают в песке от 5 минут до нескольких часов в зависимости от толщины, массы детали и технических условий, оговоренных технологическим процессом.
8. Отрезка и очистка деталей
После извлечения блоков из опоки и отрезки отливок от литниковой системы, они проходят очистку от остатков антипригарного покрытия.