В чем заключается сущность изготовления отливок литьем в оболочковые формы
Сущность литья в оболочковые формы
Литье в оболочковые формы является одним из сравнительно новых технологических процессов, обеспечивающих получение отливок с более высокой точностью и меньшей шероховатостью поверхности по сравнению со способом литья в обычные песчаные (песчано-глинистые) формы.
Основные технологические операции при литье в оболочковые
сборка оболочек формы;
установка форм под заливку металла;
плавка металла и заливка форм;
выбивка и финишная обработка
Литейная форма при этом способе имеет вид прочной оболочки толщиной 5. 15 мм. Для получения такой формы необходимы подогреваемые до 400 °С металлические модельные плиты и стержневые ящики, а также специальные формовочные смеси, состоящие из мелкого кварцевого песка и термореактивной смолы. Наилучшими эксплуатационными свойствами обладают модельные плиты, изготовленные из стати или серого чугуна. Алюминиевые сплавы, характеризующиеся лучшей обрабатываемостью, мало пригодны для модельных плит из-за низкой теплоемкости и значительного коэффициента линейного расширения. Металлические модельные плиты должны иметь толкатели для съема получаемых оболочек. С одной чугунной или стальной полмодельной плиты можно получить 100- 120 тыс. оболочек.
После образования оболочки необходимой толщины излишек непрореагировавшей формовочной смеси удаляют (рис. 4.9, б). Образовавшаяся первоначально на плите полутвердая оболочка 4 из песчано-смоляной смеси не имеет еще достаточной прочности. Поэтому ее вместе с модельной плитой помещают в печь 5, имеющую температуру 300. 400°С, где заканчивается процесс полного отвердевания смеси (рис. 17.1, в). Время выдержки оболочки в печи составляет 0,5. 5 мин. После полного отвердевания смолы прочность оболочек при растяжении достигает 250. 300 МПа и при изгибе 800. 900 МПа. Твердую оболочку (полуформу) снимают с модельной плиты при помощи толкателей (рис. 17.1, г), которые закреплены в плите 3.
При наличии двух оболочковых полуформ и стержней, которые также могут быть оболочковыми, необходима сборка литейной формы (рис. 4.9, д). Стержни 6 проставляют, как при изготовлении обычных песчаных форм. При сборке оболочковые полуформы после простановки стержней скрепляют различного рода зажимами или склеивают по поверхности разъема. Собранную оболочковую форму заливают жидким сплавом в горизонтальном или вертикальном положении. Иногда для повышения прочности собранные оболочковые формы помещают в металлические яшики и засыпают опорным материалом (металлической дробью, крупным кварцевым песком и др.).
При нагреве свыше 600 °С у оболочковых форм начинается очень заметное падение прочности, а при 700 °С начинается процесс выгорания термореактивной смолы. Поэтому после заливки сплава в оболочковую форму и его затвердевания форма легко разрушается.
Процесс изготовления оболочковых форм легко поддается механизации и автоматизации. Габаритные размеры модельных плит могут достигать 600×850 мм при максимальной высоте моделей до 300 мм.
Изготовление отливок литьем в оболочковые формы
Сущность метода и область применения. Сущность заключается в том, что разовую литейную форму изготовляют в виде оболочки, используя для формовочной смеси в качестве связующего материала фенольные термореактивные смолы, прочно цементирующие мелкий кварцевый песок, являющийся наполнителем. Изготовление оболочковой формы исключает потребность в опоках, резко снижает расход формовочной смеси, легко механизируется и автоматизируется. Использование формовочной смеси, состоящей из 92-95% мелкого кварцевого, магнезитового или циркониевого песка и 4-6% термореактивной фенолформальдегидной смолы, обеспечивает малую шероховатость поверхности и более высокую точность отливок (5-8 класса), чем изготовленных в песчано-глинистых формах, так как оболочка твердеет на модели и сохраняет ее размеры.
Литье в оболочковые формы применяют в крупносерийном и массовом производствах при получении ответственных фасонных мелких и средних отливок из различных сплавов.
Рисунок – Схема изготовления оболочковых форм
Рисунок – Модельная плита с оболочковой полуформой и собранная форма.
Для снятия готовой оболочковой полуформы (рисунок ) модельная плита 1 с закрепленной полумоделью 3 снабжена толкателями 4, находящимися на уровне плиты, и толкателями 2, которые выступают из нее и образуют в полуформе углубления. На другой модельной плите толкатели расположены на несколько миллиметров ниже плоскости разъема, чтобы образовать выступы на второй полуформе против углублений на первой. С помощью этих выступов и углублений фиксируют положение полуформ при сборке оболочковой формы. При нажатии на плиту 6 толкатели снимают полуформу 5 с модельной плиты. В одной из полуформ на стержневые знаки устанавливают стержень, закрывают другой полуформой, скрепляют их скобами, струбцинами или склеивают по плоскости разъема. Собранную оболочковую форму 7 помещают в. металлический ящик 8, засыпают крупным песком или чугунной дробью 9 и заливают металлом. К моменту полной кристаллизации металла отливки смола из смеси выгорает, форма и стержни разупрочняются и легко разрушаются, освобождая отливку при выбивке.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Литье в оболочковые формы
Вопрос №10.
Сущность литья в оболочковые формы заключается в изготовлении отливок путем заливки расплавленного металла в разовую тонкостенную разъемную литейную форму, изготовленную из песчаносмоляной смеси с термореактивным связующим по металлической нагреваемой модельной оснастке, с последующим затвердеванием залитого расплава, охлаждением отливки в форме и выбивкой ее из формы.
Отличительными особенностями способа являются:
-малая интенсивность теплообмена между отливкой и формой;
— использование песчано-смоляной смеси с высокой подвижностью для получения четкого отпечатка модели;
-применение термореактивных смол в качестве связующих для получения тонкостенных форм с высокой прочностью и повышенной размерной точностью полости формы;
-использование мелкозернистого огнеупорного материала для получения поверхностного слоя отливок с малой шероховатостью.
Оболочковые формы (разъемные, тонкостенные) изготовляют следующим образом. Металлическую модельную плиту, нагретую до температуры 200…250°С, покрывают разделительным составом из термостойкого каучука, закрепляют на опрокидывающемся бункере (рис. 4.35, а) с формовочной смесью 3 и поворачивают его на 180° (рис. 4.35, б).
Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротвердеющим клеем на специальных прессах, предварительно установив в них литейные стержни, или скрепляют скобами. Кроме оболочковых форм этим способом изготовляют оболочковые стержни, используя металлические нагреваемые стержневые ящики. Оболочковые формы и стержни изготовляют на одно- и многопозиционных автоматических машинах и автоматических линиях.
Заливка форм проводится в вертикальном или горизонтальном положении. При заливке в вертикальном положении литейные формы 6 помещают в опоки-контейнеры 7 и засыпают кварцевым песком или металлической дробью 8 (рис35, д) для предохранения от преждевременного разрушения оболочки при заливке расплава.
Выбивку отливок осуществляют на специальных выбивных или вибрационных установках. При очистке отливок удаляют заусенцы, зачищают на шлифовальных кругах места подвода питателей. А затем их подвергают дробеструйной обработке.
Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую геометрическую точность отливок, так как формовочная смесь, обладая высокой подвижностью, дает возможность получать четкий отпечаток модели. Точность отпечатка не нарушается потому, что оболочка снимается с модели без расталкивания. Повышенная точность формы позволяет в
2 раза снизить припуски на механическую обработку отливок.
Применяя мелкозернистый кварцевый песок для форм, можно снизить шероховатость поверхности отливок. Высокая прочность оболочек позволяет изготовлять формы тонкостенными, что значительно сокращает расход формовочных материалов.
Литье в оболочковые формы. Литье по выплавляемым моделям
Литье в оболочковые формы
В оболочковые формы отливают преимущественно детали массой до 200 кг при крупносерийном производстве. Преимуществом этого вида литья является гладкая поверхность форм и стержней, обеспечивающая высокое качество поверхности отливок. Оболочки имеют большую жесткость, что обеспечивает точность размеров детали.
Оболочковые формы имеют толщину до 20 мм. Они состоят из двух полуформ, склеиваемых друг с другом или соединяемых с помощью струбцин. Материалом для оболочки служит мелкозернистый кварцевый песок и связующее в виде специальной термореактивной смолы с добавками уротропина – пульвербакелита. При нагреве до 120 °С смола плавится и покрывает поверхность зерен песка клейкой пленкой. При дальнейшем нагреве до 250 °С смолы затвердевают и получается прочная форма. Для изготовления формы сначала приготавливают смесь холодным или горячим способом. При холодном приготовлении смолу растворяют в спирте или ацетоне и смешивают с песком. Смесь при непрерывном перемешивании продувают воздухом для испарения растворителя и разминают до получения однородной массы.
При горячем приготовлении нагретый до 150 °С песок замешивают со смолой, добавляют уротропин, перемешивают, потом смесь разминают до однородного состава.
Для изготовления форм применяют чугунные или алюминиевые модели. Модели нагревают до 250 °С и покрывают разделительным составом из пульверизатора, затем модель обсыпают формовочной смесью. В течение 10 – 20 c смесь прогревается и образует оболочку толщиной до 15 мм, остальная часть смеси обсыпается с поверхности модели. Затем для окончательного затвердевания модель с оболочкой помещают в электрическую печь при температуре 350 °С, где окончательно происходит затвердевание оболочки. Потом оболочку в виде полуформы снимают с модели. Устанавливают стержни и соединяют две полуформы. Форму помещают в короб и снаружи засыпают песком или чугунной дробью для закрепления. При заливке металла оболочка прогревается. При температуре свыше 400 °С связующее разлагается и оболочка постепенно разрушается, отливки легко освобождаются от остатков формовочного материала.
В оболочковых формах отливают сложные тонкостенные отливки, например, ребристые цилиндры для мотоциклов, коленчатые валы для автомобильных моторов.
Литье по выплавляемым моделям
Сущность этого способа литья состоит в отливке сложных по конфигурации и внутренним полостям деталей с небольшой толщиной стенок в тонкостенные формы (керамические, оболочковые), изготовленные с использованием моделей. Этот метод позволяет практически из любых сплавов получать очень сложные отливки с тонкими стенками с высоким качеством поверхности, минимальными припусками на обработку, возможностью создания сложных конструкций, объединяющих несколько деталей. Возможно получение деталей со стенками толщиной от 0,6 мм и размерами до 1 м, массой от нескольких граммов до десятков килограммов. Таким способом получают детали турбинных лопаток из жаропрочных сплавов, в частности, для реактивной авиации, которые плохо обрабатываются резанием, колеса насосов из коррозионностойких сплавов, постоянные магниты с ориентированной кристаллической структурой. Этот вид литья широко используется в серийном, массовом производствах.
Материалом для моделей служат легкоплавкие органические материалы, используют смеси парафина, стеарина, различных восков с добавками органического происхождения.
На рис. 158 приведена схема литья по выплавляемым моделям. В металлическую пресс-форму 1 заливают жидкий модельный состав или запрессовывают воздухом пастообразный состав. Получают модель 2.
После затвердевания модели 3 ее извлекают из формы и соединяют с моделями литниково-питающей системы в блок 4. В массовом производстве изготовляют одновременно несколько моделей и соединяют их в общий блок с одной литниковой системой. Для получения оболочковой формы модельный блок погружают в огнеупорную суспензию (а), создающую оболочку. Затем оболочку формы обсыпают песком в псевдоожиженном слое (б), далее сушат на воздухе (в). Затем на блок наносят второй и последующие слои с обсыпкой песком каждого слоя. Так повторяют 4 – 6 раз. После сушки последнего слоя модель вытапливают в баке с горячей водой или в расплаве модельной массы (г). В последнее время вытапливание моделей производят в автоклаве при давлении до 1 МПа горячим паром. Затем оболочковую форму сушат на воздухе, помещают в опоку, засыпают снаружи опорным кварцевым песком (д) и обжигают в печи при 1000 °С. Жидкий металл заливают в нагретую форму. Для стальных отливок форму нагревают до 700 °С, для жаропрочных сплавов до 900 °С, для медных сплавов до 700 °С (е). Очистку литья производят вибрационным способом электрогидравлической выбивкой. Остатки формовочной смеси из внутренних полостей удаляют механическим путем или химической очисткой в горячих водных щелочных растворах, нагретых до 150 °С.
Литье в оболочковые формы (Shell Moulding)
Изготовление отливок методом литья в оболочковые формы (Shell Moulding) базируется на способности синтетических смол необратимо затвердевать при нагревании. Процесс был разработан и запатентован И. Кронингом в Германии во время Второй мировой войны, потому его иногда называют Croning process. Он позволяет получать высококачественные отливки с превосходными: размерной точностью (по ISO-IT 12…14 квалитет) и качеством поверхности отливки (Rz =80…40 мкм), из широкой гаммы черных и цветных сплавов и по более низкой цене, чем при литье по выплавляемым моделям. Обычно в оболочковых формах изготавливают сложные тонкостенные отливки развесом от 0,2 до 100 кг, с толщиной стенки 3…15 мм.
Оболочковая форма состоит из двух полуформ, соединенных между собой скобами или путем склеивания. Технология изготовление оболочковых полуформ из песчано-смоляных смесей на основе сыпучих термореактивных смол (пульверакелита) заключается в нанесении термореактивной смеси на покрытую разделительным составом металлическую модельную плиту, предварительно разогретую до 220-280°С, одним из следующих способов:
Указанные методы различаются, по сути, лишь приемами нанесения песчано-смоляной смеси на модельную оснастку. Бункерный способ обычно применяют в мелкосерийном и серийном производстве, в крупносерийном и массовом производстве обычно используют пескодувные машины. Входящий в состав смеси пульвербакелит, нагреваясь на модельной плите, расплавляется и спекается, образуя оболочку толщиной 8-20 мм (в зависимости от времени выдержки – 20-50 с). В дальнейшем, модельная плита с оболочкой поступает в печь с температурой 300-350°С для окончательного (необратимого) отверждения в течение 1-2 мин. На следующей стадии процесса оболочковую полуформу снимают с модельной плиты с помощью толкателей. Аналогичным образом получают вторую полуформу. Полуформы склеивают или соединяют скобами (зажимами), полученная оболочковая форма готова к заливке.
Бункерный способ изготовления оболочковых форм
В мировой практике широкое применение получил бункерный способ формообразования оболочки, основанный на использовании поворотного бункера, для свободной засыпки формовочной смесью металлической модельной плиты. Чуть ниже на этой странице, мы приводим учебный фильм повествующий о данной технологии, отснятый в одном из европейских университетов. К сожалению повествование идет на испанском языке. Потому небольшой комментарий перед просмотром. Технологический процесс предусматривает следующие технологические операции:
Предлагаем посмотреть фильм о производстве оболочковых форм бункерным способом:
Материалы для производства оболочковых форм
В качестве разделительных покрытий, предотвращающих прилипание сухой формовочной смеси к модельной плите, используют: силиконовые жидкости; минеральные масла; раствор синтетического термостойкого каучука в бензине (выдерживает до 50 съемов); эмульсии КЭ-60-09, КЭ-10-01, озокерит М60; СКТ-Р (3-4%-ный раствор каучука марки СКТ в уайспирите). Покрытия наносят с помощью пульверизатора на горячие модельные плиты.
Для склеивания полуформ используют сухой пульвербакелит или жидкий клей, состоящий из 32,4% пульвербакелита; 54,1% машинного масла и 13,5% керосина.
Смеси для изготовления оболочковых форм состоят из огнеупорного наполнителя, термореактивных смол и различных добавок, для улучшения технологических свойств. В литейном производстве используются смеси двух типов: плакированные и неплакированные. В плакированной смеси зерна песка покрыты сплошной тонкой пленкой смолы, в неплакированной смеси смола находится в тонкомолотом порошкообразном состоянии.
Неплакированные смеси пригодны только для изготовления оболочковых полуформ методом засыпки. Формовочная смесь содержит наполнитель — мелкозернистый кварцевый песок (или маршалит) — 100%; связующее — пульвербакелит (фенолформальдегидная смола СФ-12, СФ-15 и др. с добавкой уротропина в количестве 8–12% от содержания смолы или уже готовые связующие фенольные порошковые СФП-011Л, СФП-012Л, СФП-015Л) — 5-7%; увлажнитель (керосин, глицерин) — 0,2-0,5%. Приготовление в следующей последовательности: сухой, просеянный песок засыпают в смеситель и добавляют 0,4% увлажнителя. После 2-3 минут перемешивания вводят 5% пульвербакелита и продолжают перемешивание в течение 5 мин.
В серийном и массовом производстве оболочковые формы обычно изготавливают пескодувным способом с использованием плакированных смесей (иностранцы часто именуют эти смеси, как плакированный песок). Сущность плакирования состоит в том, что в смесь вводят 4-6% жидкой смолы, которая равномерно обволакивает зерна песка в процессе перемешивания. После испарения растворителя пленка прочно удерживается на поверхности зерен песка. Известно несколько способов плакирования песка. Плакированные смеси в готовом виде производятся специализированными предприятиями, как в Украине так и за ее пределами.