Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм 1000X705X 1190 5 страница

Модели мелких отливок можно хранить в проточной водопровод­ной воде. Часто при этом создается «водяной конвейер» — резервуар для воды, проведенный от места разборки пресс-форм до места сборки

модельных блоков. Воду подводят со стороны поступления моделей. Создают перемещение моделей, плавающих на поверхности воды. Скорость этого перемещения легко регулируют изменением скорости течения воды. При охлаждении моделей в проточной воде возможно омыление стеарина с образованием характерного белого налета, что объясняется содержанием в воде растворов щелочей, которые можно нейтрализовать, подкислив воду соляной кислотой.

Водопроводная вода в зимнее время имеет температуру не выше 8—12° С, что приводит к значительному переохлаждению моделей. Поэтому модели, охлажденные в холодной проточной воде, следует выдерживать на воздухе перед сборкой и особенно перед нанесением оболочки, выравнивая температуру моделей с температурой поме­щения. Перед сборкой в блоки модели следует обдуть сжатым возду­хом для удаления с их поверхности воды.

Отделка моделей и подготовка к сборке в блоки состоит в за­чистке заусенцев (облоя, швов) и посадочной части питателей, а также в обдувке сжатым воздухом либо протирании ватой, марлей, мягкой материей для удаления с поверхности прилипших частиц модельного состава, следов смазочного материала пресс-формы и влаги.

На некоторых заводах для лучшей очистки поверхности моделей и обеспечения хорошего смачивания облицовочной суспензией мо­дели протирают ацетоном или спиртом, а также промывают в водном растворе нейтрального мыла. Подготовку моделей к сборке целесо­образно совмещать с контролем их качества. Зачищать модели и контролировать их качество следует только после выдержки их до полного охлаждения.

Выявления дефектов моделей внешним осмотром не всегда бывает достаточно. Незначительные деформации моделей и размерные не­точности, не заметные на глаз, обнаруживают с помощью контрольно-измерительных инструментов и приспособлений, например профиль­ных накладных шаблонов, скоб, калибров, линеек.

В технических условиях на модели должны быть указаны требо­вания к точности и качеству их поверхности, оговорены допустимые дефекты, а также указано, какие дефекты разрешается исправлять и в каких местах последние вовсе не допускаются. В условиях по­точно-массового производства мелких отливок практически не­возможно применение 100 %-ного контроля моделей. Здесь целесо­образно организовать контроль технологического процесса, обору­дования и технологической оснастки. Стабильность технологического процесса и работы оборудования, высокое качество оснастки обес­печат постоянство качества моделей и позволят свести до минимума число дефектных отливок.

5.8. СБОРКА МОДЕЛЕЙ В БЛОКИ

Применяют следующие способы сборки моделей в блоки: при-паивание моделей деталей к модели литниковой системы с помощью подогретого ножа, шпателя или специального электропаяльника;

соединение моделей в кондукторе с одновременной отливкой моделей литниковой системы или пайкой жидким модельным составом моде­лей отливок и литниковой системы; механическое скрепление моделей отливок с моделью литниковой системы; приклеивание моделей от­ливок к модели литниковой системы.

Сборка припаиванием. Нагретое лезвие ножа или электрического паяльника помещают между посадочной частью питателя модели и моделью литниковой системы в месте, где модель должна быть припаяна. Затем одной стороной плоской части лезвия касаются одновременно питателя модели, а другой — посадочного места мо­дели литниковой системы, оплавляя их, после чего нож быстро убирают и соединяемые части слегка прижимают одну к другой.

Можно использовать стандартные электропаяльники ЭТ-П (ГОСТ 7219—77), которые могут нагреваться до температуры 240 °С и выше. Наконечнику паяльника из красной меди придают форму лезвия ножа.

Для сборки мелких моделей в блоки в отечественной промышлен­ности часто применяют полые металлические стояки, на которые наращивают слой модельного состава толщиной 2—5 мм. Состав наносят многократным погружением стояков в расплав модельного состава (4—5 раз) с охлаждением после каждого погружения в тече­ние 8—10 мин, либо в пресс-форме (рис. 5.35).

При сборке блоков припаиванием моделей стояк закрепляют обычно в горизонтальном положении. Использование металлических стояков позволяет повысить прочность модельных блоков, упростить процесс изготовления моделей литниковой системы, сократить рас­ход модельного состава и облегчить выплавление его из форм, обес­печить удобство транспортирования, хранения и просушивания бло­ков при изготовлении оболочки. Блоки моделей, собранные при­паиванием, показаны на рис. 5.36. Для подвода металла сифоном

к металлическому стояку припаивают коллекторы из модельного состава, изготовляемые в пресс-форме.

При припаивании моделей необходимо зачищать место спая, выполняя плавные переходы от питателя на модели к сопрягаемому с ним элементу литниковой системы.

Сборка в кондукторе. Сборка моделей в кондукторе позволяет устранить припаивание вручную, обеспечить прочное соединение моделей детали и литниковой системы, точно выдержать заданное положение моделей на литниковой системе. Однако высокая сто­имость изготовления кондукторов ограничивает их применение. Сборочные кондукторы следует применять для соединения в блок моделей из плохо спаивающихся модельных составов, например типа КбНк 90—10. Сборочные кондукторы часто выполняют так, чтобы можно было совместить операцию соединения моделей в блок с отливкой модели литниковой системы (рис. 5.37).

Сборка механическим скреплением. В НИИТАвтопроме разрабо­тан высокопроизводительный метод сборки моделей в блоки на металлический стояк-каркас с механическим зажимом (рис. 5.38). Стояк-каркас предназначен для сборки моделей звеньями (рис. 5.39, а), изготовленными в многоместных пресс-формах, с частью модели стояка (втулкой). На рис. 5.39, б изображена конструкция этой части с замком (на торцовой части по диаметру 32 мм), исключающим относительное перемещение звеньев, собран­ных в блок. К преимуществам звеньевой сборки на стояк-каркас по сравнению с припаиванием относятся в 10—20 раз большая произ­водительность и обеспечение полной повторяемости конструкции блока, разработанной технологом. Исключается возможность сме­щения моделей, наблюдаемого при некачественной сборке припаива­нием, искажения размера питателя в результате излишнего его оплавления, непрочного присоединения моделей, образования вслед-ствие.неполного пропаивания зазора между питателем и соединяемым с ним элементом литниковой системы. Последний недостаток может быть причиной не только отламывания моделей на последующих операциях, но и брака по засорам вследствие проникновения в зазор суспензии и образования керамических гребешков в форме на пути потока металла при заливке, а также усадочных дефектов в отливке из-за местного сужения сечения питателя.

Метод сборки на стояк-каркас с прижимным устройством с успе­хом применяется в цехах крупносерийного и массового производства отливок, на автоматических линиях, причем конструкции исполь­зуемых стояков-каркасов весьма разнообразны. На рис. 5.38 пока­заны стояки-каркасы двух разновидностей. Модели литниковых воронок и колпачков, оформляющих конец стояка (металлоприем-ник) изготовляют в отдельной пресс-форме. Изображенный на рис. 5.40 стояк является универсальным, так как перемещением опоры 2 можно регулировать длину его рабочей части.

В тех случаях, когда для изготовления моделей используют материал, не поддающийся припаиванию, например полистирол, применяют следующий метод механического скрепления моделей. В модели литниковой системы делают паз, а на модели детали — шип в виде ласточкина хвоста или другой формы; шип на модели детали должен плотно входить в паз модели литниковой системы, чем и обеспечивается необходимая прочность соединения частей блока.

Сборка склеиванием моделей. При использовании модельных составов, не поддающихся припаиванию, применяют и приклеивание моделей. Для этого могут быть использованы клеящие вещества и растворители модельных составов. В настоящее время этот способ применяют редко.

Охлаждение и хранение блоков. После сборки моделей методом спаивания, особенно при одновременной отливке элементов литни­ковой системы (в кондукторе), необходима выдержка для полного охлаждения всех частей модельного блока до температуры производ­ственного помещения.

Для естественного охлаждения и хранения блоков перед нанесе­нием оболочки их устанавливают или подвешивают на стеллажи, этажерки, подвесные конвейеры-накопители, ставят в шкафы или термостаты. Устройства для хранения модельных блоков изгото­вляют и устанавливают так, чтобы исключалась опасность поломки моделей и загрязнения их поверхности. Недопустимо колебание температуры.

Наиболее благоприятные условия для открытого хранения моде­лей и блоков создаются в цехах с изолированными от смежных участков модельными отделениями, снабженными установками для кондиционирования воздуха.

В условиях массового поточного производства целесообразно применять специальные конвейеры для охлаждения модельных блоков и передачи их на участок изготовления оболочек.

Рис 5 39 Звено моделей, изготовленное в многоместной пресс-форме (а) и конструктивный вариант втулки модельного звена (б), исключающий сдвиг звеньев относительно друг друга, L — высота втулки, выбираемая с учетом длины рабочей части стояка, размеров моделей и числа звеньев, собираемых в блок

Рис. 5.40. Универсальный стояк для сборки моделей в блок припаива-нием с набором конструктивных эле­ментов, образующих модель литниковой системы:

/ — трубчатый корпус; 2 — опора чаши; 3 — модель чаши; 4 — втулки из мо­дельного состава, образующие модель стояка; 5 — пружина прижимного устройства; 6 — стержень зажимного устройства; 7 — пробка; 8 — переход­ная втулка из модельного состава; 9 — колпачок из модельного состава; 10 - прижимная пластина

Глава 6

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

6.1. ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И ЗАТВЕРДЕВАНИЯ В НИХ ОТЛИВОК

Литейная форма — инструмент для обработки расплава металла в целях получения отливок с заданными размерами, шероховатостью поверхности, структурой и свойствами. Основа способа литья по выплавляемым моделям — оболочка: неразъемная, горячая, не-газотворная, газопроницаемая, жесткая, с гладкой контактной поверхностью, точная.

Известны два типа оболочек в зависимости от способа их изгото­вления: многослойные, получаемые нанесением суспензии с последу­ющей обсыпкой и сушкой, и двухслойные, получаемые электро-форетическим способом.

Многослойная оболочка. Поверхность блока моделей смачивают суспензией окунанием и тут же обсыпают зернистым материалом. Суспензия прилипает к его поверхности и точно воспроизводит конфигурацию; зернистый же материал внедряется в слой суспензии, смачивается ею, фиксирует суспензию на поверхности блока, создает скелет оболочки и утолщает ее.

Свеженанесенный слой оболочки практически не обладает проч­ностью и удерживается на поверхности блока только благодаря действию сил смачивания; упрочнение его происходит в процессе сушки — химического твердения. Оболочку формируют последова­тельно: смачивают блок суспензией, обсыпают и сушат. Обычно наносят четыре — шесть слоев, а при изготовлении крупных от­ливок до 12 и более. Первый облицовочный слой обсыпают мелко­зернистым. (0,1—0,16 мм) материалом, чтобы получать гладкую контактную поверхность.

Двухслойная оболочка. Первый облицовочный слой получают так же, как при многослойных оболочках, а перед нанесением вто­рого слоя — форетического— первый обязательно смачивают сус­пензией, содержащей электролит (проводник 2-го рода, например, соляную кислоту) совместно со связующим (например, кальций-алюмохромфосфатом), и обсыпают зернистым материалом. Первый слой — токопроводный, а второй осаждают на первый в электро­лизере из форетической грубодисперсной суспензии (рис. 6.1) и об­сыпают зернистым материалом. После наращивания второго слоя оболочку сушат. Если необходима оболочка с толщиной стенки большей, чем 6—8 мм, после сушки первых двух слоев на блок на­носят следующие два слоя. Такие оболочковые формы называют двухцикличными [42, 76].

Рис. 6.1. Схема электрофоретического способа изготовле­ния двухслойных оболочек:

1 — блок моделей; 2 — облицовочный и токопроводный слой со связующим раствором; 3 — форетический слой; 4 — форетнческая суспензия; 5 — водоохлаждаемый ги­др о л из ер из коррозионно-стойкой стали

Модели при обоих способах удаляют без нарушения целостности оболочек, что обеспечивает повышенную геометриче­скую точность отливок.

Процесс изготовления оболочек закан­чивают прокаливанием их при 800— 1100°С для удаления газотворных со­ставляющих и лучшего заполнения рас­плавом.

Особенности затвердевания отливок.

Обычно расплав заливают в горячие обо­лочковые формы. Это обусловливает хорошую заполняемость тонких сечений отливок сложной конфигурации, высокую их плотность.

Оценить влияние температуры формы на продолжительность затвердевания отливки или ее части и рассчитать эту продолжитель­ность с достаточной точностью можно [6, 108] по формуле

(6.1)

Где где R_э — эффективная приведенная толщина части отливки, м, в общем виде R_э = V/S_э [V — объем части отливки, м³; S_э — пло­щадь поверхности отливки, через которую она (или ее часть) отдает теплоту форме, м²); р₁ — плотность расплава вблизи t_л, кг/м³; L₁ — теплота кристаллизации сплава, Дж/кг; b_ф — коэффициент аккуму­ляции теплоты оболочки, Вт/*с¹/²/(м*°С); t_кр —температура кристал­лизации сплава, °С, t_кр = (t_л + t_coл)/2 {t_л и t_сол — температуры ликвидуса и солидуса сплава соответственно, °С); t_н.ф — темпера­тура оболочки в начале заливки, °С; у_к — безразмерный коэффи­циент, характеризующий конфигурацию той части отливки, для которой рассчитывают τ₃, например, можно принимать для части отливки типа плиты у_к = 1; если часть отливки можно считать брусом или цилиндром, у_к = 0,6; если часть отливки по форме близка к шару, у_к = 0,4.

Продолжительность τ₃ — важнейший параметр процесса форми­рования структуры сплава и внутренних пороков в отливках. Как следует из формулы (6.1), т_э тем больше, чем меньше разность тем­ператур во второй степени между t_кр и t_{H. ф}. При этом на поверх­ности отливки не всегда образуется твердая корка, и сплав какое-то время проходит через стадии жидко-твердого и твердо-жидкого состояний; укрупняются зерна его, а при объемном затвердевании может образоваться рассредоточенная усадочная пористость. Однако при медленном затвердевании одновременно создаются условия, благоприятствующие процессу фильтрации жидкого сплава из ЛПС в отливку и получению плотного металла в ней с повышенными прочностью и особенно пластичностью. При замедленном затвердевании увеличивается продолжительность проникновения расплава в образующиеся межкристаллитные усадочные пустоты, т. е. улуч­шается питание отливок; растворенные в сплаве газы успевают выделиться и удалиться из отливки.

На рис. 6.2 приведены опытные данные для бронзы БрОЦС 5—5—5. Аналогично улучшаются свойства сталей типа коррозионно-стойких и углеродистых (см. гл. 8).

Для того, чтобы оболочка, нагретая до 900—1000 °С, аккумулиро­вала теплоту перегрева и кристаллизации, например стали, толщина ее должна быть близка к толщине отливки или больше. Это всегда следует учитывать при расположении отливок в блоке.

В горячих формах вследствие благоприятных условий фильтра­ции при обязательном обеспечении направленного затвердевания в сторону питающих элементов (стояка, коллектора, прибыли) и достаточного запаса расплава в них к концу полного затвердевания теплового узла получают плотные, без усадочных пороков, отливки.

При повышении температуры формы увеличивается радиус (ди­станция) действия прибыли. Замедленное остывание в горячей форме затвердевшей отливки способствует уменьшению температурного перепада в толстых и тонких частях ее, вследствие чего снижаются

температурные напряжения н вероятность образования трещин. Однако расплав и его окислы могут проникать в поры оболочки, образуя механический и химический пригар. Поверхность отливки окисляется, а поверхностный слой, например стали, обезуглерожи­вается на глубину до 1 мм. На отливках из высокохромистых сталей наблюдаются поверхностные пороки в виде пятен или точек (питтинги), углубляющихся в тело отливки до 0,6 мм. При заливке в горячую форму требуется особый подход к выбору состава оболочки в зависимости от природы сплава.

Таким образом, нагревом и охлаждением оболочки перед залив­кой расплава можно регулировать ход процесса кристаллизации, а выбором формовочных материалов обеспечивать получение каче­ственной поверхности отливок из любых сплавов.

6.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ

В основу классификации положены линейное расширение образца оболочки при нагреве, конструкция формы, ее химические свойства.

Линейное расширение оболочки. Оболочка состоит из 95—97 % основы (часто называемой наполнителем) и связующего, которое в виде тончайших пленок цементирует зерна основы. Линейное расширение оболочки определяет главным образом основа (рис. 6.3).

Конструкция оболочковых форм. Тепловое расширение основы и масса отливок определяют конструкцию оболочковых форм и, сле­довательно, условия прокаливания их и заливки (табл. 6.1, рис. 6.4).

Конструкция / — оболочки прокаливают любым способом с лю­бой возможно большей скоростью нагрева; заливают расплав в горя­чие или охлажденные оболочки; трещины в них не образуются; такие формы называют истинно оболочковыми.

Конструкция II — оболочки прокаливают 2—3 ч, постепенно их нагревая, заливают расплав только в горячие оболочки. При быстром прокаливании или заливке охлажденных оболочек в них образуются трещины.

Конструкция III — оболочковые формы, не выдерживающие резкого изменения температуры, вследствие чего их заформовывают в сыпучий опорный наполнитель (см. рис. 6.4, А и Б). Роль напол­нителя — фиксирование в пространстве положения оболочки, пред­охранение ее от быстрого нагрева и охлаждения и разрушения при заливке. Возможны три способа изготовления форм с сыпучим на­полнителем: из оболочки выплавляют модель; затем ее заформовы­вают в опоку и прокаливают (рис. 6.4, III А); оболочку после выплавления модели прокаливают и перед заливкой заформовывают горячим наполнителем; в опоку заформовывают оболочку вместе с заключенной в ней моделью, выплавляют модель в положении, перевернутом на 180°, и затем форму прокаливают. При всех спо­собах наполнитель используют многократно.

Формы с сыпучим наполнителем следует заменять истинно обо­лочковыми, чтобы при прокаливании до 900—1000 °С исключить нагрев опорного наполнителя, масса которого в 8—16 раз боль­ше массы оболочки.

Конструкция IV— оболочковые формы с прочным наполнителем

(6.4, В и Г). Форма не выдерживает резкого изменения температуры и не обладает достаточной прочностью, поэтому пространство между оболочкой и опокой заполняют жароупорным бетоном, который приобретает прочность после его твердения, сушки и прокаливания формы. Такие формы следует применять при получении крупно­габаритных отливок (более 0,5 м).

Химические свойства. В зависимости от используемого огнеупор­ного материала основы оболочки (т. е. окисла и соединений окислов), а также связующего, оболочковые формы разделяют на кислые, амфотерные и основные. При заливке сплавов, таких, как марган­цовые стали, образующих основные окислы, следует применять оболочки только из основных окислов.

6.3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ

Формовочные материалы включают основу, связующее, раствори­тели, добавки. Основа может быть пылевидной для суспензий и зер­нистой для обсыпки слоев суспензий на блоках моделей.

Основа оболочковых форм. Материалы основы состоят из окислов или их соединений (табл. 6.2).

Окислы. Кварцы Si0₂ используют кристаллической и аморф­ной модификации. Первый — природный, второй получают искус­ственно плавлением первого и часто называют плавленым кварцем, или кварцевым стеклом. Отличаются они строением (рис. 6.5) и тер­мическим расширением.

Кварц кристаллический добывают в карьерах в виде кварцевых песков — формовочных и более чистых — стекольных. При нагреве и нормальном давлении он претерпевает четыре полиморфных пре­вращения с изменением плотности (от 2650 до 2200 кг/м³):

Наиболее существенно быстропротекающее превращение при 573 °С, когда при нагреве увеличивается линейный размер на 1,4 %. Это одна из причин образования трещин в оболочках и засоров в отливках.

Превращения при 870 °С происходят крайне медленно и для практики литья значения не имеют. При заливке сталей и сплавов с высокой температурой плавления контактный слой оболочки нагревается до 1500 °С и выше, что приводит к кристобаллитизации кварца с увеличением размеров. Этим объясняется низкая термо­стойкость кварцевых оболочек.

Кварц кристаллический молотый пылевидный получают помолом чистого кварцевого песка. Предусмотрено две марки молотого пыле видного кварца (МПК) (табл. 6.3).

Кварц марки А рекомендуют для облицовочного (контактного) слоя оболочки, а марки Б — для последующих слоев с этилсиликатным связующим.

Mapшалит — природный пылевидный кристаллический кварц, встречающийся крайне редко, содержит 96—98% SiO_a, неодноро­ден по химическому и зерновому составу; его применять не следует.

Кварцевый песок применяют для обсыпки облицовочного (кон­тактного) слоя марки 1К016, 1К020, а для последующих — более крупные, например 1КОЗ 15.

Кварц аморфный — кварцевое стекло [114]. Как показано выше, при рассмотрении полиморфных превращений при 1713 °С кристо-баллит переходит в вязкое кварцевое стекло, называемое также плавленым кварцем. В отличие от кристаллического плавленый кварц представляет собой затвердевшую переохлажденную жидкость с неупорядоченным строением. Его называют аморфным (см. рис. 6.5).

Известны два вида кварцевого стекла: прозрачное и непрозрачное (НКС). Первое выплавляют из чистейшего кристаллического кварца и применяют для оптических приборов. Второе выплавляют из обычного стекольного или отмытого кварцевого песка. Непрозрачным оно получается потому, что содержит мельчайшие пузырьки воздуха (0,003—0,3 мм), не успевшие выйти из вязкого расплава. После рас­плавления песка и охлаждения бруса последний дробят, размалы­вают, просеивают, получают порошки НКС, которые обладают ничтожно низким коэффициентом термического расширения и высо­кой термостойкостью, в этом их преимущество перед другими окислами [651. Как и все аморфные вещества НКС при нагреве до температуры выше 1200 °С кристаллизуется уменьшением объ­ема — это его второе преимущество перед порошками окислов оболочковых форм, так как вследствие частичной кристаллизации

только поверхностного слоя оболочка легко отделяется от поверх­ности стальных отливок.

Полунепрерывный процесс получения бруса НКС и технические условия (ТУ 21-55-52—80) на порошки разработаны ГОСНИИКС (г. Ленинград). В табл. 6.4 приведены сведения из этих ТУ.