Преимущества и недостатки литья в песчано-глинистые формы

Преимущества:

– большая универсальность способа, что позволяет отливать изделия любых габаритов самых сложных конфигураций – из различных сплавов, в том числе из тугоплавких и труднодеформируемых, с массой от нескольких граммов до сотен тонн;

– относительно низкая стоимость исходных материалов литейных форм;

– малые сроки подготовки производства.

Недостатки:

– невысокая точность и качество поверхностей отливок, что требует трудоемкой последующей обработки изделий на станках и ведет к большим отходам конструкционных материалов в виде стружки;

– невысокие механические свойства отливок;

– сложность и дороговизна механизации и автоматизации технологических процессов изготовления форм и получения отливок;

– значительные затраты высококвалифицированного и высокооплачиваемого ручного труда;

– использование большого количества сыпучих материалов;

– необходимость в значительных производственных площадях;

– наличие плохих санитарно-гигиенических условий труда рабочих.

Порядок выполнения работы

1. Получить задание и методические указания у преподавателя.

2. Выполнить работу и предъявить отчет преподавателю.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Эскиз литейной формы.

3. Перечень материалов для изготовления моделей и форм.

4. Описание технологии изготовления литейной формы.

5. Область применения, способы, преимущества и недостатки.

Лабораторная работа № 2 ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ

Цель работы:

1. Изучить технологический процесс изготовления отливок способом литья в оболочковые формы.

2. Получить практические навыки выполнения основных операций изготовления литейной оболочковой формы и отливки.

Содержание работы

Изготовление оболочковых песчанно-смоляных форм и стержней основывается на свойстве термореактивных смол размягчаться при нагреве до определенной температуры, становиться вязкими, а затем с повышением температуры необратимо затвердевать.

Изготовление форм и стержней

Процесс изготовления оболочковых форм и стержней состоит из следующих последовательных операций:

1. Подогрев модельной оснастки до рабочей температуры.

2. Обработка рабочей поверхности модельной оснастки разделительным составом.

3. Нанесение смеси на модельную (стержневую) оснастку.

4. Отверждение оболочки или стержня.

5. Съем готовой оболочки или стержня с модельной (стержневой) оснастки.

Операция нанесения смеси на модельную оснастку является основной в процессе, так как при этом происхо­дит формообразование оболочки или стержня. В течение периода формообразования под действием температу­ры происходит размягчение, плавление и растекание термореактивной смолы. Применяемые смолы размягча­ются при 60...70 °С и плавятся при 105...115 °С. Длитель­ность операций формирования оболочек и стержней, физико-механические свойства и качество их во многом определяются методом нанесения смеси на модельную оснастку и видом песчано-смоляных смесей.

Зависимость между толщиной стенки полуформы и временем выдержки плиты под смесью можно выразить следующим уравнением:

,

где s – толщина стенки формы, мм; k – коэффициент пропорциональности, мм/с²; t – время выдержки плиты под смесью, мин.

Коэффициент k зависит от температуры нагрева плиты. Так, при 200 °С k = 1,65...1,85 мм/с²; при 220 °С – 1,68... 1,96 мм/с²; при 240 °С – 1,71...2,33 мм/с². Нижние пределы относятся к смолам с малой подвижностью. Оболочковые формы на основе термореактивных смол и огнеупорных материалов изготовляют различными способами.

Бункерный способ. Нанесение смеси на модельную оснастку с помощью поворотного бункера является наиболее распространенным способом формообразования оболочки. Сущность метода состоит в том, что в поворотный бункер засыпается песчано-смоляная смесь, после чего на верхнюю открытую часть бункера устанавливается нагретая и покрытая разделительным составом модельная плита (puc. 2.1, а).

а б	в г
д е	ж з
и к	л м

Рис. 2.1. Изготовление оболочковых форм бункерным способом

Затем бункер поворачивается на 180° (рис. 2.1, б) и смесь насыпается на нагретую модель-плиту. Для формирования оболоч­ки необходимой толщины плита под смесью выдержива­ется некоторое время, по истечении которого бункер вместе с модельной плитой поворачивается в исходное положение (pиc. 2.1, в). При повороте избыток смеси ссыпается на дно бункера, а модельная плита вместе с мягкой оболочкой снимается с бункера и помещается в печь для окончательного отверждения. Затвердевшая оболочка снимается с модельной плиты толкателями (pиc. 2.1, г).

Бункерный способ требует длительного цикла формирования оболочек.

Скорость формирования оболочки зависит от теплопроводности смеси. Одним из способов увеличения теплопроводности смеси является уплотнение ее в процессе формирования оболочки. Для этого в поворот­ных бункерах в некоторых случаях предусматривают вибраторы или прессующие элементы, позволяющие сократить цикл формирования в 2–3 раза.

В качестве прессующих элементов используются ложные прессующие днища (рис. 2.1, д, е) или эластич­ные прессующие диафрагмы (рис. 2.1, ж, з), которые, обтекая конфигурацию моделей, оказывают равномер­ное давление на смесь в любой точке модели.

Для сокращения расхода дорогих материалов иногда изготовляют двухслойные формы и стержни, у которых рабочий слой толщиной 1–2 мм выполняется из облицовочного материала, например на основе циркона, а вся остальная часть оболочки наращивается на основе кварцевого песка. Двухслойные полуформы можно изготовлять с помощью бункера, нижняя часть которого разделена перегородками на две секции, заполненные разными по составу смесями. Принцип работы такого бункера показан на рис. 2.1, и, к, л, м.

Следует отметить, что в последнем случае дорогостоящая огнеупорная часть теряется безвозвратно из-за невозможности ее разделения при регенерации.

Рамочный способ. При этом способе на нагретую и обработанную разделительным составом модельную плиту устанавливают рамку (рис. 2.2, а), высота которой на 150...200 мм должна превышать самую высокую точку модели. Внутрь рамки из стационарного бункера насыпается смесь и на плите формируется оболочковая форма (рис. 2.2, б). После сформирования оболочки необходимой толщины плита вместе с рамкой поворачивается на 180°, неиспользованная смесь высыпается из рамки (рис. 2.2, в). Модельная плита снова поворачивается в исходное положение и с нее снимается рамка (рис. 2.2, г).

а	в
б	г

Рис. 2.2. Изготовление оболочковых форм рамочным способом

Модельная плита помещается в печь для отверждения оболочки. Условия нанесения смеси при рамочном способе более благоприятны, чем при бункерном. Смесь наносится на плиту в перпендикулярном направлении, в то время как при бункерном способе она постепенно накатывается на нее под углом, что зачастую приводит к рыхлотам.

Недостаток рамочного способа – сложность установки и значительное пылеобразование.

Рамочный способ нашел применение при изготовлении стопочных форм (рис. 2.3), использование которых позволяет сократить расход смолы и исключить вторые полуформы.

Рис. 2.3. Оболочковые формы, изготовленные рамочным способом, собранные в стопку

Пескодувный способ. Способ позволяет регулировать толщину в разных частях оболочки.

Один из вариантов пескодувного способа показан на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Пескодувный способ изготовления оболочковых форм:
а – операция заполнения оснастки смесью; б – ссыпание излишков смеси с оболочковой формы

При пуске воздуха в резервуар 1 смесь по трубе 2 поступает в рамку 3, закрепленную на нагретой модельной плите 4 и прижатую к головке 5 пескодувной машины. После образования оболочки необходимой толщины давление воздуха снижается, модельная плита опускается и поворачивается на 180^о для сброса избытка смеси в бункер 6, расположенный под модельной плитой, и через открытый клапан 7 поступает в резервуар 1. Способ значительно увеличивает скорость формирования оболочки вследствие уплотнения смеси сжатым воздухом, позволяет повысить производительность.

Для изготовления стержней кроме бункерного и пескодувного используют способы свобод­ной засыпки и центробежный.

Способ свободной засыпки (ручной засыпки). Нагре­тый и обработанный разделительным составом разъемный стержневой ящик 1 (рис. 2.5, а) устанавливается на подставку из теплоизоляционного материала 2 (дерево, асбоцемент) и накрывается крышкой 3 из того же материала. Смесь 5 совком 4 засыпается через знаковое отверстие в полость стержневого ящика (рис. 2.5, б). После выдержки на внутренней поверхности стержневого ящика образуется оболочка определенной толщины, после чего избыток смеси высыпается и ящик раскрывается (рис. 2.5, в, г).

Рис. 2.5. Изготовление стержней свободной засыпкой

Центробежный способ. Оболочковые стержни формируются в постоянно нагреваемой печи 1 (рис. 2.6, а, б), в которой вращается стержневой ящик 2.

Лотком 3 во вращающийся ящик загружается определенная порция смеси. Подпружиненный диск 4 входит в контакт с торцом вращающегося ящика и закрывает его знаковое отверстие. Осью 5 мерный лоток поворачивается на 180° и высыпает порцию смеси. Центробежными силами смесь равномерно распределяется и уплотняется по внутренней стенке ящика, образуя оболочку стержня 6. Выброс смеси из ящика предотвращается диском 4. После формирования стержня мерный лоток выводится из ящика. Отвержденный стержень выталкивается из ящика толкателем 7.

После изготовления полуформы собирают, при необходимости в них устанавливают стержни. Готовые формы заформовывают в специальных опоках наполнителем и направляют на заливку. Под воздействием высокой температуры смола выгорает, оболочковые формы легко разрушаются при извлечении затвердевших отливок.

В оболочковых формах можно изготовлять отливки из всех литейных сплавов массой 5...15 кг. Иногда изготавливают от­ливки массой до 150 кг. Литье в оболочковые формы находит применение в различных отраслях промышленности.

Рис. 2.6. Центробежный способ изготовления стержней

Этим способом изготовляют ответственные детали автомоби­лей, мотоциклов, тракторов, сельскохозяйственных машин, тепловозов, судов, например, блоки цилиндров двигателей с воздушным охлаждением, коленчатые валы, распределитель­ные валики, шестерни и др.

Основные преимущества литья в оболочковые формы:

1) возможность получения точных отливок с качественной поверхностью;

2) получение тонкостенных отливок в связи с податливостью оболочковых форм;

3) возможность легкой механизации процесса изготовления оболочковых форм;

4) снижение объемов механической обработки и потери металла в стружку;

5) значительное уменьшение трудоемкости процессов обрубки и очистки отливок;

6) существенное снижение процента брака вследствие высокой прочности и газопроницаемости форм;

7) длительное хранение и хорошая способность выдерживать транспортировку.

К недостаткам этого способа относятся:

1) высокая стоимость смолы, оснастки и оборудования;

2) более интенсивная вентиляция, чем в обычных литейных цехах в связи с токсичностью смоляной пыли и паров;

3) ограниченность размеров и веса изготовляемых отливок;

4) повышенная трудоемкость изготовления оснастки;

5) сложность регенерации использованных смесей.