Технология литья по выплавляемым моделям. Составляющие литейного модельного комплекта

2. Технология литья по выплавляемым моделям. Составляющие литейного модельного комплекта

  2.1 Технология литья по выплавляемым моделям

Метод литья по выплавляемым моделям, благодаря преимуществам по сравнению с другими способами изготовления отливок, получил значительное распространение в машиностроении и приборостроении.

Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью Rz = 20 мкм до Ra = 1,25 мкм и повышенной точностью размеров.

Указанные возможности метода позволяют максимально приблизить отливки к готовой детали, а в ряде случаев получить литую деталь, дополнительная обработка которой перед сборкой не требуется. Применение литья по выплавляемым моделям открывает перед конструкторами возможности проектировать сложные тонкостенные конструкции, объединять различные детали в компактные цельнолитые узлы, уменьшая массу и габариты изделий, создавать детали невыполнимые никаким другим методом обработки.

Этим способом отливки получают путем залива расплавленного металла в формы, изготовленные по выплавляемым моделям многократным погружением в керамическую суспензию с последующими обсыпкой и отверждением.

Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов, состоящих из двух или более легкоплавких компонентов (парафина, стеарина, жирных кислот, церезина и др.).

Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают в пресс-формы. После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в модельные блоки с общей литниковой системой. В один блок объединяют от 2 до 100 моделей.

Керамическую суспензию приготовляют тщательным перемешиванием огнеупорных материалов (пылевидного кварца, электрокорунда и др.) со связующим – гидролизованным раствором этил-силиката.

Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде. Для этого их погружают на несколько минут в бак, наполненный водой, которая устройством нагревается до температуры 80–90 °С.

После охлаждения отливки форма разрушается. Отливки на обрезных прессах или другими способами отделяются от литников и для окончательной очистки направляются на химическую очистку в 45%-ном водном растворе едкого натра, нагретом до температуры 150 °С. После травления отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю. Недостатком этого способа является высокая себестоимость отливок. Поэтому в условиях массового производства его следует применять для таких деталей, которые невозможно получить другими методами литья.

 

2.2 Составляющие литейного модельного комплекта

МОДЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТ

Модельный комплект – это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают: модели, модельные плиты, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы и другие приспособления.

Литейная модель (рис. 4) - приспособление, при помощи которого в литейной форме получают полость с формой и размерами близкими к конфигурации получаемой отливки.

Литейные модели бывают неразъемными, разъемными, с отъемными частями и др.

Рис. 4. Модели отливок: а, в – неразъемные; б – разъемные

Для того чтобы вытолкнуть получившуюся модель, в форме устанавливают подъемы различных модификаций: остроконечные, крючковые, вертикальные полосовые и болтовые.

Модельная плита– металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы. Ее применяют, как правило, при машинной формовке.

При извлечении отливки из формы пользуются молотками и металлическими стержнями. При этом молотком с силой ударяют в различных направлениях по нижней части стержня так, чтобы растолкать модель. Для предохранения отливки от разрушения необходимо в наиболее прочных местах установить металлические пластины, в которых предварительно проделать отверстия для стержня. Такие пластины могут быть комбинированными, то есть иметь два отверстия: одно для расталкивателя, а другое, с резьбой, для установки в модели подъема.

Литейные формы. С помощью модели отливаемого изделия, различных приспособлений и инструментов из песчаной смеси, называемой формовочной, изготавливают литейную форму. В нее заливают расплавленный металл, который заполняет полость и остывает в ней. После этого образуется отливка, внешне повторяющая очертания модели. Литейные формы бывают разовые и многократные.

Опоки (полуформы). Литейная форма состоит из двух полуформ-опок, служащих для того, чтобы удерживать смесь при ее уплотнении, а также при перемещении и закреплении полуформ (рис. 5).

Рис. 5. Литейная форма: а, б – полуформы-опоки; в – крестовины опок; г – штырь; д – литниковая чаша; е – холодильник; ж – полость формы.

Опоки, как правило, заполняют смесью из неорганичеких и органических материалов. На боковой стороне опок необходимо сделать цапфы или небольшие ручки для удобства транспортировки.

Литниковая система. Литниковая система устанавливается для обеспечения плавного и равномерного продвижения жидкого металла по каналам формы, а также является своеобразным фильтром для используемого расплава. Подобная система, как правило, состоит из литниковой чаши (воронки), стояка, шлакоуловителя, питателей и прибылей.

Воронка. Из разливочного ковша расплавленный металл наливают в литниковую чашу, или воронку, которая располагается в верхней части формы. Для изготовления небольших по размеру отливок из алюминия или чугуна в форме проделывают воронку. Для литья крупных изделий в форме создают чашу. Причем выступ на ее дне служит в качестве своеобразного шлакоуловителя.

Стояк. Из литниковой чаши (или воронки) жидкий сплав попадает в стояк, обычно вертикально расположенный в верхней полуформе под углом 2–4° и имеющий коническую или цилиндрическую форму. Модели стояков лучше всего изготавливать из дерева.

Шлакоуловитель. Он является своеобразным передаточным звеном, откуда очищенный от шлаков сплав поступает к питателям. По внешнему виду шлакоуловитель представляет собой горизонтально расположенный канал.

Поскольку плотность жидкого металла и шлаков различна, последние быстрее всплывают на поверхность. В остывшем вязком сплаве этот процесс идет медленнее, и мелкие включения не успевают всплывать на поверхность. Поэтому очистку лучше проводить, пока металл еще не успел охладиться.

Рис. 6. Виды шлакоуловителей: а – обычный; б – с удержанием шлака в широком канале; в – с удержанием шлака в высоком канале.

 

Питатели. Питатели имеют обычно прямоугольную или трапециевидную форму. Они должны легко отделяться от полученного в процессе литья и затем охлажденного изделия. Питатели чаще всего делаются прямоугольной или трапециевидной формы, реже – полукруглой. Из них жидкий металл попадает непосредственно в полость формы.

Прибыли. В форме необходимо также расположить прибыли. При охлаждении некоторые металлы дают очень большую усадку, поэтому недостаток металла необходимо компенсировать. Для этого в верхних полуформах создают дополнительные каналы и полости, в которые заливается добавочный металл (рис. 7).

Рис. 7. Прибыли: а – полости для прибылей; б – каналы для выхода воздуха.

 

Холодильник. С помощью холодильников можно регулировать процессы охлаждения металла внутри формы. Различают внешние и внутренние холодильники.

Внешние холодильники располагают в различных местах формы: под фланцем отливки, под полкой, в углу стенки, сверху и в углах Т-образной стенки. Такие холодильники, как правило, вклеивают внутрь формы с помощью жидкого клея.

При литье крупных изделий отдельные части холодильника (шпильки, проволочную спираль или металлическую пластину) размещают внутри полости формы, причем при взаимодействии с жидким металлом такой внутренний холодильник должен полностью расплавиться.

Выпоры. Для выведения из полости лишнего воздуха и образующихся в процессе литья газов в форме делают выпоры – вертикально расположенные каналы, которые выходят наружу и в полость формы. С этими же целями в полуформах с помощью длинных игл – душников – проделывают вентиляционые каналы.

Жеребейки. Для стержней при отливе необходимо установить дополнительные опоры – жеребейки, которые должны будут сплавиться с жидким металлом. Для лучшего сплавления их поверхность рекомендуют покрывать оловом. Жеребейки бывают самых разнообразных конфигураций. Они должны иметь гладкую и чистую поверхность.

Добавки. Добавки – это опилки, молотый каменный и древесный уголь, конский волос, чугунная дробь. Их используют при изготовлении крупных форм и стержней, подвергающихся сушке перед заливкой металла. Для уменьшения пригара смеси к стенкам отливки добавляют 3–6% каменноугольной пыли. В производстве крупных архитектурных отливок, во избежание образования трещин, которые появляются при сушке, в формовочную смесь добавляют конский волос. Для быстрого охлаждения массивных частей отливки применяют чугунную дробь, которую добавляют в формовочную смесь.

Припылы. Припылы – это порошки, наносимые на внутреннюю поверхность сырой формы Это делается для того, чтобы расплавленный металл не смачивал стенки формы, и с целью предупреждения образования пригара на отливке.

Формовочные и стержневые смеси. Формовочные материалы – это совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей. В качестве исходных материалов используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связующей способностью и термохимической устойчивостью, что позволяет получать отливки без пригара.

Формовочная смесь – это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь – это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.

Наполнительная смесь – это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка в глины). Облицовочные и наполнительные формовочные смеси используют при изготовлении крупных и сложных отливок.

Единая смесь – это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производствах. Единые смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность.

Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость и т. д.

Продолжительность отверждения смесей составляет 1–20 мин.