Стали специального назначения 10 страница

Горячетвердеющие смеси не нуждаются в катализаторе, но требуют применения нагреваемой оснастки. Типичным пред­ставителем термореактивной смолы является пульвербакелит, который в виде пудры или раствора вводится в состав стержне­вой смеси в количестве 3...5 %.

Состав формовочных смесей определяется маркой литейного сплава, массой отливки, спрсобом изготовления форм, массово­стью производства и другими факторами. Смеси бывают едиными (в массовом производстве), облицовочными и наполнительными (в мелкосерийном производстве крупных отливок). Облицовоч­ной смесью высокого качества обкладывают модель, а все осталь­ное пространство опоки заполняют низкокачественной наполни­тельной смесью, изготовленной из оборотной смеси и не содер­жащей в качестве крепителя других связующих, кроме глины. Типичный состав единой смеси для сырых форм: свежий песок — 5... 15 %, каменноугольная пыль — 0,5...1,5 %, глина — 8... 19 %, связующие добавки типа сульфидно-спиртовой барды — 0,5 %, остальное -— бывшая в употреблении оборотная смесь. Естественно, облицовочная смесь содержит больше свежего пес­ка, угольной пыли и специальных добавок.

К стержневым смесям предъявляют более высокие требова­ния, чем к формовочным, так как во время заливки форм и ох­лаждения металла стержни со всех сторон окружены расплавом и испытывают высокие статические, динамические и термиче­ские нагрузки. Стержни разделяют на классы в зависимости от сложности конфигурации, наличия тонких сечений и количест­ва стержневых знаков. Для каждого из классов разработаны ти­повые смеси, для которых строго оговорены количество свежего песка, наличие оборотной смеси, тип и количество связующего, содержание глины, использование специальных добавок (опи­лок, солей, асбестовой крошки и др.).

Круговорот смеси в литейном цехе и оборудование, применяе­мое для подготовки исходных компонентов, представлены на схеме, приведенной на рис. 13.3. После выбивки залитых форм на выбивной решетке 1 оборотная смесь для разрушения комьев пропускается между валками 2 и подается на магнитный сепа­ратор 3, где из нее извлекают куски металла, попавшие в смесь при выбивке форм. Затем смесь просеивается на полигональных ситах 4 и подается в бункеры 5, установленные над смесителем 6. Наиболее часто для перемешивания компонентов смеси применя­ются бегуны с вертикальными или горизонтальными (маятнико­вого типа) катками. На схеме показаны бегуны с вертикальными катками. Свежий песок со склада сушится в барабанных суши­лах 7, просеивается на ситах 8 и засыпается в бункеры 5, откуда через дозирующее устройство периодически засыпается в сме­ситель. Глина перемешивается с водой в лопастных смесителях 9 и в виде эмульсии через насос 10 подается по мере надобности в смеситель 6. Готовая формовочная смесь выдерживается в бун­керах-отстойниках 11 с целью усреднения влаги, после чего раз­рыхляется в аэраторах 12 и по транспортерам подается в бун­керы 13, установленные над формовочными машинами. Залитые формы подаются на выбивную решетку 1, и круговорот смеси повторяется.

Следует отметить, что для стержневых смесей схема подго­товки исходных материалов проще, так как в их состав не вхо­дит оборотная смесь. Для их приготовления используют свежий сухой песок и крепители, которые перемешивают в смесителях. Для холоднотвердеющих смесей катализаторы (ортофосфорную кислоту) вводят в смесь непосредственно перед заполнением стержневого ящика, для чего ее дополнительно перемешивают с катализатором в лопастных или шнековых смесителях.

В мелкосерийном производстве крупных отливок широко применяются жидкие самотвердеющие смеси различных соста­вов. В состав наиболее ходовой смеси входит 5 % белого ферро-

СГЗ3

Рис. 13.3. Круговорот смеси

Песок

ю

Склад

хромового шлака, 5 % жидкого стекла, 0,5 % пенообразователя (ДС-РАС, контакт Петрова), 0,1 % стабилизатора пены (асидол, мылонафт), 1,5 % воды и сухой песок. Отвердение смеси проис­ходит благодаря взаимодействию (Ca0)₂Si0₂, входящего в белый шлак, с жидким стеклом (раствор Na₂0 • mSi0₂). Поверхностно- активный пенообразователь вводят для образования пузырьков пены, которые снижают коэффициент трения между зернами песка и способствуют его легкому перемещению, т.е. обеспечи­вают жидкоподвижность смеси, вследствие чего она легко за­полняет стержневые ящики и не требует уплотнения.

ИЗИ Изготовление форм вручную

В литейном производстве свыше 20 % отливок получают в фор­мах, изготовленных вручную. Этот метод предусматривает уплот­нение формовочной смеси пневматическими трамбовками в опо­ках, почве (в полу литейного цеха), кессонах — ямах, выложенных кирпичом. При этом могут быть использованы разъемные и не­разъемные модели, шаблоны, скелетные модели и образцы де­талей.

Последовательность операций изготовления формы по двух­сторонней разъемной модели методом ручной формовки показа­на на рис. 13.4. Модельную плиту 2 с моделями низа 3 и верха 4 устанавливают на одну из опок 1, после чего накрывают второй опокой 5. Модель низа припыливают разделительным слоем 6, в качестве которого может использоваться каменноугольная пыль, молотый кварцевый песок, тальк. Иногда ее опрыскивают через пульверизатор керосином или разведенным мазутом. Затем в верх­нюю опоку слоями засыпается и утрамбовывается пневматиче­скими или ручными трамбовками 8 формовочная смесь 7. Верхний слой смеси срезают до верхнего уровня опоки и с помощью средств механизации поворачивают всю систему в сборе на 180°. На штырь шлакоуловителя устанавливают стояк с литниковой чашей 9, при­пыливают модель и заполняют опоку верха, уплотняя формовоч­ную смесь слоями. Затем поднимают полуформу верха, удаляют из опоки низа модель с модельной плитой, а из опоки верха — элементы модели литниковой системы. При необходимости от­делывают полуформы, исправляя в них дефекты, и приступают

д I-			1 А Ц f
и С			zH li' '

Рис. 13.4. Технология изготовления форм вручную: установка опок; б — нанесение разделительного покрытия; в — набивка полуформы низа; г — набивка полуформы верха; д — удаление модели; е — сборка формы

к сборке формы. В процессе сборки в полуформу низа устанав­ливают отдельно изготовленный и высушенный стержень 10, после чего ее закрывают полуформой верха, скрепляют опоки (или форму нагружают грузом) и заливают расплавленным ме­таллом. После затвердевания металла и охлаждения отливки до определенной для каждого сплава температуры форма разруша­ется, отливка подается на обрубку и очистку, а опоки — на по­вторный цикл формовки.

Машинная формовка

Машины позволяют механизировать операции уплотнения формовочной смеси, удаления модели из формы, а для опок низа — поворот полуформы. Механизация процесса формовки улучшает качество и равномерность уплотнения смеси, точность размеров отливки, повышает производительность и облегчает условия труда. Машинная формовка предполагает раздельное изготовление полуформ на разных машинах и их сборку на про­межуточном конвейере или плацу. Иногда в массовом производ­стве мелких и средних отливок применяют безопочную формовку. Вернее, формовка осуществляется в опоках, которые удаляют­ся после сборки форм.

По методу уплотнения формовочной смеси различают следую­щие типы формовочных машин: прессовые, встряхивающие, пескометы, пескодувные, пескострельные, импульсные, вакуум­ные, специальные и комбинированные (пескодувно-прессовые, гравитационно-прессовые и др.). Выбор типа машины определя­ется размерами и конфигурацией отливки, серийностью произ­водства и традиционными особенностями сложившегося на заводе технологического процесса. В целом же считается, что прессо­вый, пескодувный и пескострельный типы машин применяются для мелких отливок, хотя прессование под высоким давлением может быть использовано для средних и даже крупных форм. Встряхивающие машины и импульсная формовка обычно при­меняются для средних по размеру форм. Крупные формы наби­вают пескометом.

Прессовые машины бывают нескольких разновидностей. Наиболее часто применяют машины с верхним и нижним прес­сованием, а также прессование эластичной диафрагмой и много­плунжерной головкой (рис. 13.5). Кроме того, на этом рисунке для верхнего и нижнего прессования приведено распределение плотности смеси (р) по высоте опоки Н после уплотнения.

При верхнем прессовании модель 2 с модельной плитой 1 монтируют на рабочем столе и припыливают или обрызгивают, после чего устанавливают опоку 4 и наполнительную рамку 6. В опоку засыпают дозированную порцию формовочной смеси 3 и накатывают прессующую колодку 5, затем в цилиндр 7 пода­ется сжатый воздух. Поршень 8 перемещается вверх, в резуль­тате чего прессующая колодка входит в наполнительную рамку и уплотняет смесь.

При нижнем прессовании вместо прессующей колодки 5 ис­пользуется модельная плита 1, а наполнительная рамка 6 уста­навливается ниже опоки, и в процессе уплотнения модель вдав­ливается в формовочную смесь. Анализ кривых распределения плотности по высоте показывает, что оно более благоприятно при нижнем прессовании. Тем не менее этот способ применяется реже в связи с трудностями его технического выполнения и необходи­мостью тщательного дозирования засыпаемой в опоку смеси.

Прессование эластичной диафрагмой 10 не улучшает распре­деления плотности по высоте опок, но обеспечивает ее равно­мерность независимо от перепада высот контура модели. Сама диафрагма устанавливается в накатываемом на опоку колпаке 9.

Еще большей равномерности плотности по площади опоки мож­но добиться, применяя прессование многоплунжерной головкой. Прессующие колодки 11 имеют индивидуальный привод от гид­равлических цилиндров 12, соединенных с единой системой по­дачи рабочей жидкости от нагнетающего насоса.

Эскиз формовочной прессовой машины модели 4821 приведен на рис. 13.6, а ее внешний вид на рис. 13.7. Управление машиной осуществляется с пульта 1. Для изготовления полуформы опока устанавливается на рабочем столе 2, где расположена модель, и заполняется формовочной смесью, после чего механизм разрав­нивания формовочной смеси 3 перераспределяет ее по площади опоки и с помощью цилиндра 7 траверса 5 с многоплунжерной головкой 4 перемещается в положение над опокой. Рабочая жид­кость от гидростанции 6 подается в рабочий цилиндр, и опока со смесью поднимается вверх. Плунжеры головки давят на смесь, уплотняя ее.

Рис. 13.5. Уплотнение преосованием: а — верхнее прессование; б — нижнее прессование; в — уплотнение диафрагмой; г — уплотнение многоплун­жерной головкой; I — статическое положение подвижных частей перед началом рабочего хода; II — положение в конце рабочего хода

Рис. 13.7. Внешний вид машины модели 4821

 

Эскиз многоплунжерной головки приведен на рис. 13.8. В кор­пусе 4 головки установлены цилиндры с пружинами 2 и 1. По мере сжатия пружины 1 возрастает давление на формовочную смесь, передаваемое через плунжеры 5 и колодки 6, в связи с чем обеспечивается равномерное распределение плотности смеси по площади опоки. Рабочая жидкость в головку подается от гидро­станции по трубам через приемное устройство 3.

Прессовый метод очень часто применяют в комбинации с дру­гими способами уплотнения (например, пескодувно-прессовый, гравитационно-прессовый, вибропрессовый и т. д.).

Встряхивающие машины применяются для изготовления средних по размеру отливок, имеющих большой перепад высот относительно плоскости разъема формы. При встряхивании наи­более сильно уплотняются нижние слои смеси, непосредственно прилегающие к модельной плите. По мере удаления от плиты степень уплотнения снижается и верхние слои остаются рыхлы­ми. Для их уплотнения встряхивание сочетают с последующей

 

 

Рис. 13.8. Многоплунжерная головка

 

подпрессовкой или при встряхивании укладывают на формовоч­ную смесь массивную металлическую плиту. Последний вариант обычно применяется для нижних полуформ.

На схеме уплотнения встряхиванием с подпрессовкой (рис. 13.9) модель 1 с модельной плитой размещается на рабо­чем столе машины. На стол устанавливают опоку 4 с наполни­тельной рамкой 3 и после опрыскивания керосином засыпают формовочную смесь 2. Для уплотнения смеси через канал 9 в цилиндр встряхивающего механизма подается сжатый воздух, под действием которого поршень 5 поднимается вверх, в резуль­тате чего в какой-то момент каналы 6и8 совмещаются, давление в цилиндре падает, и поршень 5 вместе с полуформой опускается вниз.

В момент удара поршня о фланец цилиндра 10 происходит резкая остановка, и верхние слои смеси уплотняют расположен­ные под ними. После 15...40 ударов осуществляютподпрессовку. Для этого прекращают подачу воздуха через канал 9 и включа­ют его подачу через канал 11. Поршень прессового механизма 7

\////////////Л

\////////////Л

•10 •11

УУ//////УУ//М

У////////////Л

Рис. 13.9. Уплотнение форм встряхиванием: а — начало втягивания; б — верхнее положение механизма встряхивания; в — подпрессовка; г — протяжка модели

 

(он же цилиндр встряхивающего) поднимается вверх, в резуль­тате чего поворотная или накатываемая плита 12 уплотняет верхние слои формы. После подпрессовки полуформа фиксиру­ется в верхнем положении, а модель уходит вниз, освобождая полуформу для выполнения операции сборки.

Пескометы применяются преимущественно для набивки крупных опок и стержневых ящиков и по конструктивному вы­полнению могут быть стационарными, к которым по конвейеру подаются опоки, установленные на модельные плиты, и пере­движными, которые сами перемещаются вдоль установленных в ряд опок. В обоих случаях основной частью пескомета является головка 1 (рис. 13.10), которая с помощью шарнирных соедине­ний может перемещаться во всех направлениях. Через окно 2 в головку по транспортеру подается формовочная смесь. Быстро- вращающийся ротор с лопаткой 3 бросает через выходное отверстие смесь, заполняя ею опоку 4. Кинетическая энергия падающей смеси гасится находящейся в опоке смесью, производя ее уплот­нение. Степень уплотнения невысокая и в ряде случаев требует доуплотнения пневматической трамбовкой, но она равномерна по высоте опоки.

1 2

Рис. 13.10. Схема пескометной набивки

 

Уплотнение на пескодувных машинах редко применяется для изготовления форм, оно характерно для изготовления стержней и будет рассмотрено ниже.

Импульсная формовка появилась сравнительно недавно и счи­тается одним из самых прогрессивных направлений развития литейного производства. Сущность метода заключается в том, что в течение 0,01 с над опокой, заполненной формовочной смесью, создается давление до 1,5 МПа. Динамический удар приводит песок в подвижное состояние, в результате чего степень уплот­нения смеси выше, а плотность равномернее распределяется по периметру и высоте оцоки. Давление над смесью можно созда­вать, используя сжатый воздух, накопленный в ресивере, или воспламеняя смесь воздуха с газом. Схема импульсной формов­ки, при которой используется энергия сжатого воздуха, приве­дена на рис. 13.11.

1 Б 2 Рис. 13.11. Схема импульсной формовки

Воздух из ресивера поступает в полость А, расположенную под кожухом 2 головки машины. Внутри находится клапан 3, с помощью пружины 1 закрывающий отверстие, которое соеди­няет полости А и В. После установки под головкой заполненной формовочной смесью опоки 6 с наполнительной рамкой 5 голов­ка плотно прижимается рассекателем 4 к наполнительной рам­ке и поворотом крана 9 воздух подается в полость Б. Клапан 3 поднимается вверх, и воздух из полости А поступает в полость В и далее через рассекатель, выравнивающий давление по площади опоки, — в наполнительную рамку, оказывая динамическое дав­ление на смесь. В модельной плите 7 и в опоках устанавливают венты 8 (пробки с тонкими щелевыми отверстиями, задерживаю­щими смесь, но не препятствующими выходу воздуха). После уплотнения полуформы и удаления наполнительной рамки из­лишек смеси срезается специальным приспособлением.

Вакуумная формовка (рис. 13.12) также относится к разряду прогрессивных технологических процессов. Изготовление форм основано на формообразовании и придании им необходимой прочности за счет разности давлений с внешней стороны формы и внутри, между частицами цеска. Модель 3 вентами соединя­ется с вакуумируемой полостью внутри модельной плиты 4, что облегчает ее покрытие пленкой 2, подогреваемой нагревателем 1 до термопластичного состояния. На покрытую пленкой модель 5 устанавливают опоку 7, также оборудованную вакуумируемой камерой, которая связана вентами с внутренней полостью опо­ки, после чего в нее засыпают просеянный песок 6. Не снимая вакуума, опоку закрывают пленкой 8 и после снятия вакуума в полости модельной плиты извлекают модель. Таким же обра­зом изготовляют полуформу низа, после чего в нее, если это необ­ходимо, устанавливают стержень и собирают форму. Не снимая вакуума, форму заливают расплавленным металлом и подают на выбивку, которая сводится к снятию вакуума, в результате чего отливки вместе с песком выпадают из опок. Остатки плен­ки механически удаляют с лада опок, и цикл формовки повто­ряется снова. Песок используется многократно.

Вакуумная формовка выгодно отличается от обычной: отпа­дает необходимость в связующих материалах и выбивных уст­ройствах; отсутствует износ моделей, так как пленка защищает ее от абразивного воздействия песка; повышается качество отли­вок, в частности устраняется брак по газовым раковинам; облег­чается борьба с запыленностью в литейном цехе, так как ваку- умирование удаляет из песка пылевидную фракцию.

 

13.6.