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
Лекционный материал за 04.11.13 и 30.12.13
Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям
Формовочные и стержневые смеси должны обладать определенными механическими, технологическими и теплофизическими свойствами
Механические свойства: прочность, поверхностная прочность, пластичность, податливость.
Прочность – способность смеси сохранять форму (стержень) без разрушения при ее изготовлении и использовании.
Поверхностная прочность (осыпаемость) – сопротивление истирающе му действию струи металла при заливке.
Пластичность – способность смеси воспринимать очертание модели (стержневого ящика) и сохранять полученную форму.
Податливость – способность смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава.
Технологические свойства: текучесть, термохимическая устойчивость, негигроскопичность, выбиваемость и долговечность.
Текучесть – способность смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого ящика.
Термохимическая устойчивость – способность смеси выдерживать высокую температуру заливаемого сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия.
Негигроскопичность – способность смеси после сушки не поглощать влагу из воздуха в течение длительного времени.
Выбиваемость – способность легко удаляться из формы.
Долговечность – способность смесей сохранять свои свойства при многократном использовании.
Технологические свойства быть количественно выражены, их оценивают по экспериментальным данным.
Газопроницаемость – способность пропускать газы через стенки вследствие пористости. При недостаточной газопроницаемости в теле отливки могут образовываться газовые пузыри – раковины.
Для оценки газопроницаемости формовочных смесей пользуются коэффициентом газопроницаемости K. Для песчано-глинистых смесей K = 30 – 120 ед.
Теплофизические свойства: теплопроводность, удельная теплоемкость – эти параметры существенно влияют на скорость кристаллизации металла и его последующего охлаждения.
Охлаждение металла в форме.
Регламентирование времени охлаждения отливок в формах диктуется необходимостью обеспечения полного затвердевания расплава, исключения образования некоторых усадочных дефектов, получения требуемой структуры металла отливок. Последнее весьма важно для чугунов, структура которых в большой степени зависит от скорости кристаллизации. Что касается других сплавов, то ускорение их затвердевания, как правило, благоприятно влияет на формирование структуры.
Изготовление литейных форм и стержней
Формовка – процесс изготовления литейных форм и стержней из формо вочных и стержневых смесей (изготовление разовых литейных форм).
Формовочные процессы классифицируются:
По степени механизации формовка подразделяется на: ручную; машинную; автоматическую.
Ручная формовка применяются отливок в условиях единичного, мелкосерийного и опытного производства, для ремонтных целей, при производстве уникальных отливок.
Машинную формовку применяют при серийном и массовом производствах. Автоматическую формовку применяют при массовом производстве.
Формовка включает в себя следующие технологические операции: уплотнение формовочной смеси; изготовление в форме вентиляционных каналов; извлечение модели из формы; отделка формы и установка стержней; сборка формы.
При изготовлении разовой песчано-глинистой формы наиболее трудоемкой и ответственной технологической операцией является уплотнение формовочной смеси. Выбор способа уплотнения смеси определяется характером производства и его серийностью.
Ручная формовка
В современных литейных цехах формовка в значительной степени механизирована, но ручная формовка еще имеет место в практике литейного производства. Ручная формовка применяется при изготовлении форм: в почве; опоках; при безопочной формовке; по шаблону; скелетным моделям; в стержнях.
Формовку в почве применяют в единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении крупных отливок. Формовку в почве выполняют в специальных ямах, расположенных ниже уровня пола цеха. При получении крупных отливок используются специальные бетонированные ямы – кессоны. Формовка в почве выполняется по «мягкой постели» и по «твердой постели». Мягкая постель используется для изготовления плоских и небольших по высоте отливок. Твердая постель – для изготовления крупногабаритных, тяжелых отливок. Формовка в почве может быть открытой и закрытой.
В практике литейного производства существуют различные способы ручной формовки в опоках.
Это такие способы, как: формовка в опоках по разъемным моделям; формовка в опоках по неразъемным моделям; формовка в опоках по моделям с отъемными частями; формовка в опоках с подрезкой и фальшивой опокой; стопочная формовка.
Наиболее распространенным способом ручной формовки является формовка в парных опоках по разъемным моделям.
Несложные отливки могу выполняться по неразъемным моделям простой конфигурации. Применение неразъемных моделей сложной конфигурации предполагает использование специальных приемов формовки, например подрезку. К разновидностям формовки по неразъемным моделям можно отнести формовку по газифицируемым (пенополистироловым) моделям.
В единичном производстве для получения отливок, имеющих форму тел вращения (крышки, втулки, шкивы, маховики и др.) применяют формовку по шаблонам. Шаблон вращают вокруг вертикальной или горизонтальной оси, а контур его образует при этом рабочую поверхность формы. Шаблон может перемещаться вдоль прямой или криволинейной направляющей.
Для крупногабаритных отливок, когда нельзя выполнить форму по шаблону, применяется формовка по скелетной модели, представляющей собой остов, связанный из продольных и поперечных брусков. Технологический процесс изготовления состоит из операций обычной формовки по модели и операции формовки по протяжному шаблону.
Машинная формовка
Основную часть форм изготавливают на формовочных машинах. Формовочные машины позволяют механизировать трудоемкие операции изготовления форм: уплотнение и извлечение модели из формы.
Машинная формовка обеспечивает более высокое качество форм и точность отливок, облегчает условия и повышает производительность труда.
Высокая точность отливок обеспечивается более точной модельной оснасткой, равномерным уплотнением смеси, механизированным извлечением модели из формы.
При машинной формовке модели монтируются на модельных плитах. Для опочной формовки применяют односторонние модельные плиты. Верхняя часть модели монтируется на одной плите, нижняя часть на другой. Верхняя и нижняя полуформы изготавливаются раздельно, на разных машинах, а затем при сборке спариваются по штырям.
Для формовки модельные плиты укрепляются неподвижно на столе машины. Опоку устанавливают на штыри, расположенные на модельной плите.
Технологический процесс машинной формовки можно разделить на основные и вспомогательные операции. Основные операции – уплотнение формовочной смеси и извлечение модели из формы. Вспомогательные операции – установка опоки на машину, обдувка модели, нанесение разделительного состава или припыла, засыпка смеси в опоку, транспортировка полуформ и форм.
Формовочные машины классифицируются:
- по виду привода – пневматические, гидравлические, механические, электромагнитные;
- по способу уплотнения смеси – прессовые, встряхивающие, встряхивающие с подпрессовкой, пескометы, пескодувно-прессовые, импульсные;
- по извлечению модели из формы – со штифтовым подъемом, протяжной плитой, поворотной плитой, с перекидным столом.
Уплотнение прессованием осуществляется различными способами. Выбор определяется размерами и формой модели, степенью уплотнения смеси.
Прессовые формовочные машины бывают двух типов: с верхним и нижним прессованием. В машинах с верхним прессованием (рис. 1) уплотнение формовочной смеси осуществляется уплотняющим действием сверху.
|
Рис. 1. Схема верхнего прессования: а – до прессования; б – после прессования |
При этом, на столе формовочной машины 1 закрепляется модельная плита 2 с моделью 3. На плиту на штыри устанавливается опока 3 с наполнительной рамкой 4. Опоку и рамку заполняют формовочной смесью из бункера. Стол машины поднимается, и в наполнительную рамку входит прессующая колодка 6, размеры которой соответствуют размерам наполнительной рамки.
Формовочная смесь, находящаяся в наполнительной рамке, запрессовывается в опоку. Высота наполнительной рамки определяет вытесняемый объем формовочной смеси и степень ее уплотнения в опоке. После завершения прессования стол с модельной оснасткой опускается в исходное положение. При верхнем прессовании наибольшая плотность формовочной смеси получается под прессовой колодкой. В глубь опоки плотность уменьшается вследствие трения формовочной смеси о стенки опоки и модели. Наибольшая плотность смеси достигается в верхнем слое, что затрудняет выход газов образующихся при заливке металла, а недостаточная плотность вокруг модели может вызвать размытие формы.
В машинах с нижним прессованием (рис. 2) формовочная смесь уплотняется самой моделью и модельной плитой. Роль наполнительной рамки, при нижнем прессовании, выполняет неподвижная рамка высотой h. Стол машины 1 перед прессованием находится ниже неподвижной рамки. Модельная плита 3 с моделью находится на столе машины. Опоку 4 устанавливают на неподвижную рамку на штыри. Объем опоки с рамкой заполняют формовочной смесью и над опокой устанавливают 5 неподвижную траверсу. Прессовый механизм стола вместе с модельной плитой и моделью, поднимаясь, запрессовывает в опоку формовочную смесь снизу. Ход стола машины равен высоте рамки h. При нижнем прессовании наиболее уплотнена смесь у поверхности модели, что обеспечивает получение более качественной формы.
|
Рис. 2. Схема нижнего прессования: а – до прессования; б – после прессования |
Недостаток изготовления форм на прессовых машинах – неравномерность уплотнения формовочной смеси, возрастающая с увеличением высоты опоки. Поэтому прессовые машины применяют для изготовления полуформ в невысоких опоках (до 200 – 250 мм). Этот недостаток может быть устранен применением прессования под высоким с давлением 2106 Па для высоких опок (до 350 мм), применением профильных колодок (рис. 3, а), дифференциальным прессованием с вдавливанием в смесь нескольких колодок (рис. 3, б), прессованием с диафрагмой (рис. 3, в).
Рис. 3. Схемы прессования:
а – профильной колодкой; б – дифференциальной колодкой; в – эластичной мембраной;
1 – стол машины; 2 – опока; 3 – модель; 4 – прессовая колодка; 5 – рамка
В литейном производстве широко распространено уплотнение формовочной смеси встряхиванием. Встряхивающие формовочные машины отличаются простой конструкцией и надежностью. Они применяются для изготовления форм всех размеров за исключением особо тяжелых. На встряхивающих машинах уплотнение происходит за счет сил инерции в результате многократно повторяемых встряхиваний (рис. 4).
Рис. 4. Схема уплотнения встряхиванием
На столе машины 3 неподвижно устанавливают модельную плиту с моделью 2, на которую, на штыри, устанавливают опоку 1. Под давлением сжатого воздуха, поступающего через каналы, поршень 4 со столом поднимается на высоту 30 – 100 мм. Когда стол дойдет до отверстия 5, сжатый воздух выходит, и из-за понижения давления, подвижные части падают вниз, ударяясь об основание. При ударе стола происходит уплотнение формовочной смеси.
Уплотнение смеси происходит неравномерно. Наиболее сильно уплотняются нижние слои, прилегающие к модельной плите. По мере удаления от плоскости разъема плотность смеси уменьшается. Верхние слои при встряхивании разрыхляются и требуют дополнительного уплотнения, осуществляемого допрессовкой.
Основной недостаток встряхивающих машин – меньшая производительность, чем у прессовых машин и повышенный уровень шума.
При изготовлении форм в крупных опоках по высоким моделям, в мелкосерийном и единичном производствах применяют уплотнение пескометом. Пескомет – это высокопроизводительная формовочная машина с механическим приводом. Особенность формовки состоит в том, что пескомет обеспечивает одновременно засыпку смеси и ее уплотнение. Основной частью пескомета является метательная головка (рис. 5).
Рис. 5. Схема уплотнения пескометом: 1 – кожух; 2 - транспортер;
3 – метательный ковш; 4 – отверстие в кожухе; 5 – ком смеси
Внутрь кожуха 1 головки входит транспортер 2, который подает формовочную смесь. Метательный ковш 3, вращаясь вместе с валом (n = 1500 об./мин), захватывает формовочную смесь 5 и выбрасывает ее опоку через отверстие 4 в кожухе. С каждым оборотом вала выбрасывается уплотненный комок смеси.
Из-за большой скорости падения комка формовочная смесь окончательно уплотняется, падая в опоку на модель или уже уплотненную смесь. Равномерное уплотнение формовочной смеси по всей высоте опоки – важное преимущество пескомета по сравнению с другими формовочными машинами. Пескомет имеет высокую производительность – 10 – 50 м3/час, так как операция транспортировки смеси совмещена с операцией уплотнения ее в форме.
Изготовление стержней
В зависимости от сложности и серийности, формовка стержней может осуществляться либо вручную, либо на машинах. При ручном изготовлении стержней смесь уплотняется в стержневом ящике с помощью трамбовок. Технология изготовления стержня зависит от его конфигурации и конструкции стержневых ящиков, которые могут быть вытряхными, разъемными и разборными.
В вытряхных ящиках изготавливаются массивные и простые по конфигурации стержни (рис. 6). После осмотра и подготовки ящик 2 наполняют стержневой смесью, которую уплотняют. Затем выполняют вентиляционные каналы и накрывают сушильной плитой 3. Затем ящик вместе с сушильной плитой переворачивают на 180° и снимают ящик. Стержень 1 с плитой подается в сушило.
В разъемных ящиках, состоящих из двух половин (рис. 7), при ручной формовке стержневая смесь засыпается в одну из половин ящика и уплотняется. Затем, при необходимости, прокладывается каркас и выполняются вентиляционные каналы. Аналогично набивается вторая половина ящика. Половины ящиков соединяются и через отверстия, где расположены знаковые части, доуплотняются.
Рис. 6. Изготовление стержня в вытряхном ящике:
1 – стержень; 2 – стержневой ящик; 3 – сушильная плита
Рис. 7. Изготовление стержня в разъемном ящике
При изготовлении стержней на машинах используются, в основном, пескодувные, пескострельные и, реже, встряхивающие стержневые машины.
Пескодувные и пескострельные машины применяются в массовом и крупносерийном производстве и обеспечивают высокое качество стержней, а также высокую производительность.
Пескодувный метод уплотнения (рис. 8).
Рис. 8. Схема работы пескодувной машины:
1 – стол машины; 2 – стержневой ящик; 3 – надувная плита;
4 – резервуар; 5 – клапан; 6 – венты
На столе 1 машины устанавливается стержневой ящик 2. Стол поднимается и плотно прижимает ящик к надувной плите 3 рабочего резервуара 4 со стержневой смесью. Сжатый воздух через клапан 5 поступает в резервуар и через вдувные отверстия в плите в стержневой ящик, образуя песчано-воздушную струю. Воздух выходит через венты 6. Стержневая смесь уплотняется благодаря перепаду давления в резервуаре и стержневом ящике, а также кинетической энергии струи.
Пескострельный метод уплотнения (рис. 9) – разновидность пескодувного.
Рис. 9. Схема работы пескострельной машины:
1 – резервуар с сжатым воздухом; 2 – клапан; 3 – пескострельный
резервуар; 4 – гильза с боковыми прорезями; 5 – сменная насадка; 6 – надувная плита;
7 – конусная насадка; 8 – отверстия для выхода воздуха
Стержневой ящик, установленный на столе машины, поджимается к надувной плите 6, сжатый воздух из резервуара 1 через дутьевой клапан 2 поступает в пескострельный резервуар 3 машины. Давление в нем мгновенно повышается, и воздух выталкивает смесь через конусную насадку 7 в стержневой ящик. Воздух выходит через отверстия 8.
При изготовлении стержней постоянного сечения применяются мундштучные стержневые машины, при этом стержень получают выдавливанием уплотненной смеси через калибровочный мундштук машины.
Отверждение стержней осуществляется за счет тепловой сушки, самоотверждения в горячей и холодной оснастке.
Для тепловой сушки стержней применяются сушила. Сушка повышает прочность стержней, уменьшает их газотворность. Время сушки определяется массой и конфигурацией стержня, а температура зависит от типа применяемого связующего.
Изготовление стержней в нагреваемых стержневых ящиках осуществляется в результате того, что песчано-смоляная стержневая смесь, попадая в предварительно нагретый ящик, разогревается до температуры 250 – 350 °С в течение 15 – 60 с, при этом происходит отверждение.
Финишные операции изготовления отливок. Выбивка литейных форм.
Выбивку отливок и удаление стержней в условиях мелкосерийного и единичного производства осуществляют вручную, с помощью накладных подвесных вибраторов или вибрационных коромысел. В механизированных цехах применяют специальное оборудование или комплексные механизированные и автоматизированные установки – выбивные решетки: двухвальные инерционные, выбивные транспортирующие.
Для удаления стержней из отливок и очистки их от остатков формовочной смеси применяют электрогидравлические установки (тупиковые периодического действия, проходные периодического действия, конвейерные непрерывного действия для работы с подвесным и пластинчатым конвейерами) и гидравлические камеры.
Финишные операции изготовления отливок. Обрубка и очистка отливок.
Процесс обрубки заключается в отделении от отливки прибылей, литников, выпоров, в удалении облоев (заливов) по месту разъема полуформ или в области стержневых знаков.
Прибыли и выпоры от чугунных и стальных отливок отрезают с помощью ленточных пил, ножовочных и дисковых станков, газовой резкой, скалыванием.
Для отделения литников применяют различные прессы – фрикционные, кривошипные, гидравлические. При рабочем ходе пресса пуансон срезает питатели и отливки отделяются от стояка.
Ленточные и дисковые пилы широко используют для обработки отливок из алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Для этой цели используют и эксцентриковые прессы-кусачки.
При литье по выплавляемым моделям отделение отливок от общего стояка производят на вибрационных установках, абразивными кругами и анодно-механической резкой, а также с помощью специальных гидравлических прессов. В этом случае стояк с отливками продавливается через отверстие матрицы, снабженной острой режущей кромкой.
Для очистки отливок от стержней и пригара используют галтовочные барабаны, дробеметные барабаны, камеры и столы, вибрационные очистные машины. Для удаления пригоревшей формовочной смеси и улучшения их поверхности обрубленные отливки подвергают очистке галтовкой, металлическим песком, дробью, электрохимической и ультразвуковой обработкой.
Очистку отливок галтовкой осуществляют в барабанах периодического и непрерывного действия. Отливки загружают во вращающиеся металлические барабаны вместе с материалами, ускоряющими очистку и улучшающими ее качество: бой абразивных кругов, чугунная и стальная дробь, звездочки, отлитые из белого чугуна, в количестве, составляющем 30 – 35% от массы отливок. При вращении барабана отливки вместе с абразивным материалом перекатываются внутри барабана, трутся друг о друга, подвергаются сотрясениям, в результате чего очищаются от пригоревшей формовочной смеси.
Галтовочные барабаны используют для очистки мелких и средних несложных отливок. Наряду с очисткой в них одновременно осуществляется и выбивка стержней.
Для очистки труднодоступных полостей средних и крупных отливок используют гидропескоструйные и дробеструйные аппараты различной конструкции: барабаны, поворотные столы, специальные камеры. В них очищающим действием обладает направленная на отливку струя воды или воздуха с дробью или песком. Следует отметить, что дробеструйной очистке нельзя подвергать отливки из медных сплавов, так как это ухудшает качество их поверхности.
Для номенклатуры автомобильных чугунных отливок применяются полуавтоматические машины для зачистки плоских и цилиндрических поверхностей. Машины можно использовать для зачистки различных отливок, так как они оснащены быстросменной оснасткой кондукторного типа с большим диапазоном регулирования.
Разработаны переменно-контактный и постоянно-контактный технологические процессы обработки стальных и чугунных отливок шлифовальным кругом. Сущность переменно-контактного процесса заключается в том, что площадь контакта отливки с шлифовальным кругом в период обработки сначала возрастает нуля до максимума, а затем уменьшается от максимума до нуля. При постоянно-контактном процессе обеспечивается постоянный контакт обрабатываемой поверхности с кругом, поэтому этот процесс производительное в 2,5 – 3 раза.
Первый процесс применяют для удаления остатков литников высотой до 30 мм, второй рассчитан на срезание с отливок твердой корки толщиной до 2 мм.
Наиболее прогрессивным оборудованием для зачистки отливок являются механизированные комплексы и ряд специализированных установок.
В условиях единичного и мелкосерийного производства применяют рубильные пневматические молотки, пневматические шлифовальные ручные машины, электрические шлифовальные машины (прямые и угловые).