К лабораторной работе

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

ПРИ ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ

Методические указания

в учебно – исследовательской лабораторной работе

по курсу «Технологические процессы

в машиностроительном производстве»

для студентов специальностей 1201, 1202, 1505

Одобрено

редакционно – издательским советом

Саратовского политехнического института

Саратов

Цель работы: изучить технологию получения оболочковой формы и ознакомиться с техникой заливки металла.

ОСНОВНЫ ПОНЯТИЯ:

Сущность получения отливок заключается в том, что расплавленный и перегретый металл заданного состава заливается в литейную форму, внутренняя полость которой с максимальной степенью приближения воспроизводит конфигурацию и размеры будущего изделия. В настоящее время заметно возросший интерес специалистов к технологии литья в оболочковые формы объясняется такими тенденциями развития машиностроения, как получение отливок с особыми конструктивными, эксплуатационными и технологическими свойствами, а также как повышение требований к качеству отливок, точности размеров и конфигурации, шероховатости поверхности и товарного вида. Объектами особого внимания специалистов являются: особенности охлаждения и затвердевания отливок в оболочковых формах с различными опорными слоями и охлаждающими средами, закономерностями деформирования и разрушение оболочковых форм и стержней. В результате выполненных исследований получены новые рекомендации по интенсификации процесса заливки металла с использованием электрических дуг, по повышению термостойкости оболочковых форм и, как следствие, увеличение точности отливок, снижению специфических дефектов типа «апельсиновая корка».

Способ литья в оболочковые формы основан на получении полуформ и стержней в виде оболочек толщиной 6 – 10 мм. Их изготовляют путем отверждения на металлической оснастке слоя смеси, в которой связующие при нагреве вначале расплавляются, а затем затвердевают (полимеризуются), придавая оболочке высокую прочность.

Технология литья в оболочковые формы включает ряд операций, выполнение которых имеет особенности. К ним относятся: приготовление плакированной песчано-смоляной смеси; формирование на модельной оснастке тонкостенных полуформ; сборка форм и их подготовка к заливке. Особенности обусловлены свойствами связующего, в качестве которого обычно используют пульвербакелит ПК-104 – смесь фенолоформальдегидной смолы марки 104 с 8% уротропина. В исходном состоянии смола термопластична, то есть при нагреве и охлаждении обратимо расплавляется и затвердевает. В присутствии уротропина она становится термореактивной, полимеризуется и затвердевает необратимо. Твердение смолы укоряется при 250 °С. При нагреве выше 400°С связующее разлагается.

Плакирующую смесь приготовляют горячим или холодным способами. При горячем плакировании мелкозернистый песок, предварительно нагретый до 150°С, смешивают в бегунах со смолой 104, которая при 70-130 °С расплавляется и обволакивает зерна песка тонкой пленкой. Смесь при этом комкуется и одновременно размалывается. После охлаждения ее до 60 °С добавляют уротропин для необратимого твердения на модельной оснастке. Вводят уротропин в виде 30% - ного водяного раствора.

При холодном плакировании пульвербакелит растворяют в спирте или ацетоне и перемешивают с песком, продувая воздухом. Растворитель при этом испаряется и на песчинках образуется термореактивная пленка. После полного высыхания смеси комья тоже разминают.

Модели чаще всего изготавливают из чугуна, реже из стали и алюминия. Оболочковые полуформы получают на модельных плитах, нагретых до 250°С и покрываемых из пульверизатора разделительным составом для предотвращения прилипания смеси к модели. В качестве разделительного состава используют силиконовую или другие жидкие композиции. Песчано-смоляную смесь засыпают на плиту на 15-25 с, она прогревается до температуры расплавления смолы на глубину 6-10 мм, образуя оболочку, которую затем выдерживают при температуре 350°С в печи в течении 60 с и снимают с плиты. Таким же образом изготавливают вторую полуформу и собирают (приклеивают) с первой. Готовые оболочковые формы помещают в опоку, засыпают песком или чугунной дробью и заливают сплав.

Оболочковая форма прогревается теплом залитого металла и при 400°С и выше связующие разлагаются и постепенно разупрочняются. Вследствие этого существенно улучшаются податливость и выбиваемость форм.

Расход формовочной смеси при литье в оболочковые формы в 8-10 раз меньше, чем при литье в песчаные формы. После термической регенерации песок песок можно использовать повторно.

При литье в оболочковые формы поверхность отливки имеет меньшую шероховатость и более высокую точность размеров по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы. Качество изделия во многом определяется качеством и прочностью изготовленных оболочковых полуформ.

Конструирование отливок.

При литье в оболочковые формы отливки должны быть сконструированы с минимальным числом местных утолщений, обрабатываемых поверхностей. При конструировании выступов, приливов и бобышек на отливках необходимо учитывать возможность изготовление полуформ без дополнительных стержней. Поверхности желательно иметь плоскими либо цилиндрическими. Следует избегать конструирование отливок большой длины при малой ширине и толщине, так как они склонны к короблению. Над утолщениями в отливке следует располагать прибыли.

Толщина стенок отливок, получаемых в оболочковых формах, должна быть равномерной. Уменьшение их толщины вызывает технологические трудности, связанные с ограниченной возможностью заполнения тонких стенок. Для стальных отливок минимальная толщина стенок равна:

δ ≥ L/200 + 4 мм

где L - длина отливки.

С увеличением содержания углерода стенку можно утолщать:

С, % …. 0,2 0,3 0,4 0,5

, мм …. 12-14 18-20 26-29 35-40

При литье в оболочковые формы размеры отливок выполняют по 4-5 классу точности.

Шероховатость поверхности зависит от зернового состава песчано-смоляной смеси, состояния поверхностей формы и стержня. Наименьшая шероховатость достигается в отливках из алюминиевых сплавов и составляет примерно 3мкм.

Припуски на механическую обработку зависят от способа литья, материала отливки и ее размеров.

Таблица I

Припуски на механическую обработку , мм

Формовочные материалы

Технологический процесс изготовления оболочковых форм обуславливает высокие требования, предъявляемые к физико-механическим свойствам и стабильности песчано-смоляных смесей. Высокое качество песчано-смоляных смесей обеспечивается подбором исходных материалов, в качестве которых используются: кварцевые цирконовые, оливиновые пески, смолы, увлажнители, катализаторы и добавки, вводимые для улучшения свойств форм и стержней.

Для приготовления оболочковых форм рекомендуется применять пески марок 1К01, 1К016, 1К02 и 1К063, которые обладают высокой текучестью, прочностью, огнеупорностью, газопроницаемостью. Примеси в песках в виде полевого шпата, слюды и карбонатов образуют легкоплавкие соединения с окислами металлов, что приводит к пригару. С уменьшением зернистости песка прочность форм снижается. Форма и распределение зерен песка влияют на физико-механические свойства песчано-смоляных смесей (огнеупорность, текучесть, уплотняемость, газопроницаемость). При нагреве до 600°С зерна кварца увеличиваются в объеме на 4%, что может привести к браку отливок под действием термического удара.

Цирконовый песок более огнеупорен (Тпл =2400°С, а кварцевого - 1630°С) и обладает низким коэффициентом температурного расширения, химически стоек.

Оливиновый песок более огнеупорен, чем кварцевый, противопригарен и представляет наибольшую ценностью для отливок с меньшей шероховатостью.

В качестве связующих в производстве оболочковых форм могут применяться термореактивные смолы, которые разделяют на фенолоформальдегидные, карбамидные, эпоксидные, полисилоксановые. Для продления срока хранения смол, которые с течением времени твердеют, применяют ингибиторы, вещества, замедляющие процесс отверждения.

Фенолоформальдегидные смолы, наиболее часто применяемые при литье, получают из нефти или твердого топлива путем взаимодействия фенола, анилина и формальдегида. Для более интенсивного отверждения применяют уротропин. Уротропин представляет собой кристаллический порошок светло-желтого цвета (первый сорт) и желтого или коричневого цвета (второй сорт). Смешивая его с новолачной смолой, получают пульвербакелит – связующее с высокими технологическими свойствами.

Для уменьшения прилипаемости оболочковых форм и стержней к горячей металломодельной и стержневой оснастке, для увеличения живучести и теплопроводности смесей, а также для замедления реакции между формой и металлом в песчано-смоляные смеси вводят различные добавки: стеараты кальция и цинка, порошкообразный уголь, графит, фтороборат аммония, окись железа, двуокись марганца бентонит и другие.

Для изменения протекания скорости реакции отверждения синтетических связующих материалов применяют катализаторы органического или неорганического происхождения. Органические катализаторы - сульфокислоты, парафенилуретиналсульфохлорид, щавелевую кислоту используют для отверждения крбамидных и формальдегидных смол. К неорганическим катализаторам относятся ортофосфатную и соляную кислоту и аммонийные соли, которые используют для отверждения фурановых и мочевиноформальдегидных смол.

Для предотвращения неоднородности формовочной смеси, разделения основных компонентов при ее приготовлении и засыпке необходима предварительная обработка песка увлажнителем, к которому относятся :стеарин, парафин, керосин, жидкий бакелит, машинное масло. Названные вещества вводят в малых количествах, но этого достаточно, чтобы улучшить смачиваемость песчинок смолами.