В чем заключается сущность изготовления отливок литьем в песчаные формы

Сущность литья в песчаные формы

Литье в песчаные формы в настоящее время является универсальным и самым распространенным способом изготовления отливок. Этим способом изготовляют раз­нообразные по сложности отливки любых массы и размеров из сталей, чугунов и сплавов цветных металлов.

Сущность литья в песчаные формы за­ключается в изготовлении отливок сво­бодной заливкой расплавленного металла в разовую разъемную и толстостенную литейную форму, изготовленную из фор­мовочной смеси по многократно исполь­зуемым модельным комплектам (деревян­ным или металлическим), с последующим затвердеванием залитого металла, охлаж­дением отливки в форме, извлечением ее из формы с последующей отделкой.

Отличительными особенностями спо­соба являются малые теплопроводность, теплоемкость и плотность песчаной фор­мы, что позволяет получать отливки с ма­лой толщиной стенки (2,5. 5 мм).

Невы­сокая интенсивность охлаждения расплава в форме приводит к снижению скорости затвердевания отливки, укрупнению структуры и к появлению в массивных узлах усадочных раковин и пористости; сравнительно низкая огнеупорность мате­риала способствует развитию на поверх­ности контакта форма – отливка физико-химических процессов, которые могут приводить к появлению пригара в поверх­ностном слое отливки.

Рис. 5.1 – Схема технологического процесса получения отливок

Для изготовления отливок используют сырые, сухие и подсушенные песчаные формы; химически твердеющие формы, изготовленные из специальных самотвер­деющих смесей; формы, изготовленные по газифицируемым моделям; формы, изготовленные из песчано-смоляных смесей по металлической нагреваемой оснастке и др.

Технологический процесс изготовле­ния отливок состоит из ряда основных и вспомогательных операций, выполняемых в определенной последовательности (рис. 5.1). Для изготовления литейных форм используются модельный комплект, формовочные и стержневые смеси и дру­гие материалы и оборудование.

Дата добавления: 2015-03-26 ; просмотров: 3402 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Изготовление отливок в песчаных формах

Литьё в песчаные формы в настоящее время является универсальным и самым распространённым способом изготовления отливок. Этим способом изготовляют разнообразные по сложности отливки любых масс и размеров из сталей, чугунов и сплавов цветных металлов.

Сущность литья в песчаные формы заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в разовую разъёмную и толстостенную литейную форму, изготовленную из формовочной смеси по многократно используемым модельным комплектам (деревянным или металлическим), с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме, извлечением её из формы с последующей отделкой (рис.10).

Рис. 10. Литьё в песчаные формы

Для изготовления литейных форм используется модельный комплект, формовочные и стержневые смеси и другие материалы и оборудование.

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 и другие приспособления (рис. 11; рис. 12).

Рис. 11. Модельный комплект: а – литейная модель; б – стержневой ящик; в – отливка; г – литейный стержень

Рис. 12. Модельный комплект в сборе

Чертёж детали. Исходным документом для разработки чертежа модельно-литейных указаний является чертёж детали(рис.13), на котором указаны разъём модели и формы, положение отливки в форме при заливке, припуски на механическую обработку, формовочные уклоны, число стержней, размеры стержневых знаков, границы стержней и т.п.

Рис.13. Чертежи детали (а) и литейно-модельных указаний (б) для корпуса вентилятора: 1 – припуск; 2 – припуск на обработку; 3 – стержень; 4 – формовочные уклоны; 5 – галтели

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 термической устойчивостью, что позволяет получать отливки без пригара.

Стержневая смесь – это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней.

Стержни при заливке расплавленного металла значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны отличаться более высокими огнеупорностью, малой газотворной способностью, легко выбиваться из отливок и т.д.

Литниковая система (рис.14; 15 и 16) – это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

Рис.14. Модель отливки с литниковой системой

Рис.16. Литниковая система для отливки (балка подрессорная)

Изготовление литейных форм. Основные операции изготовления форм (формовки):

· уплотнение формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание форме достаточной прочности;

· устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы, образующихся при заливке;

· извлечение моделей отливки и литниковой системы из формы;

· отделка и сборка форм.

Технологический процесс получения отливок.Сборка литейной формы – процесс установки, соединения и закрепления между собой стержней и различных частей литейной формы.

Заливка литейных форм – процесс заполнения полости литейной формы расплавленным металлом из ковшей. Температуру заливки назначают с учётом технологических свойств сплава (жидкотекучесть усадка и др.) и конструктивных особенностей отливки (габаритные размеры, толщина стенок, сложность её конструкции и т.д.).

Охлаждение отливки в литейных формах после заливки продолжается до температуры выбивки.

Выбивка отливки – процесс удаления затвердевших и охлаждённых до определённой температуры отливок из литейной формы, при этом литейная форма разрушается.

Обрубка отливки – процесс удаления с отливки прибылей, литников, выпоров и заливов по месту сопряжения полуформ.

Очистка отливок – процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смесей с наружных и внутренних поверхностей отливок. Её осуществляют в галтовочных барабанах периодического или непрерывного действия, в гидропескоструйных и дробемётных камерах, химической и электрохимической обработкой и другими способами (рис. 17; рис. 18).

Рис.17. Схема поточной линии для зачистки отливок

Рис.18. Поточная линия для зачистки отливок

Термическую обработку отливок проводят для снижения литейных напряжений и твёрдости, устранения ликвационных зон, улучшения обрабатываемости, повышения механических свойств и др.

Определённый вид термической обработки назначают, учитывая род сплава, из которого изготовлена отливка, конкретные условия её производства, требования, предъявляемые к отливке, и др.

Дефекты отливок – это отдельные несоответствия их установленным требованиям. По внешним признакам их подразделяют на наружные (песчаные раковины, перекос, недолив и др.); внутренние(раковины усадочные и газовые, трещины горячие и холодные).

Методы обнаружения дефектов. Наружные дефекты отливок обнаруживаются внешним осмотром непосредственно после извлечения отливок из форм или после их очистки. Внутренние дефекты отливки выявляются радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии.

Газовую и электрическую сварку применяют для исправления дефектов на необрабатываемых поверхностях (раковины, сквозные отверстия, трещины). Дефекты в чугунных отливках заваривают с использованием чугунных электродов и присадочных прутков, в стальных отливках – электродами соответствующего состава. Чугунные отливки перед заваркой нагревают до температуры 350…600 о С, а после заварки их медленно охлаждают до температуры окружающей среды. Для лучшей обрабатываемости отливки подвергают отжигу.

Источник

Литье в песчаные формы

v Сущность процесса заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в песчаную форму. После затвердевания и охлаждения отливки осуществляется ее выбивка с одновременным разрушением формы. Способ ЛПФ наиболее распространенный. Им изготовляют 80% отливок, т.к. этот способ простой и дешевый. Однако литье в песчаные формы имеет крупный недостаток, отливки не имеют точных механических размеров, нужно давать припуск на механическую обработку и усадку.

v Материалы и оснастка.

Ø Песчаная форма(ПФ) – разовая литейная форма, изготовленная из уплотненной формовочной смеси. ПФ состоит из двух полуформ. Для образования отверстий применяются песчаные стержни.

Ø Типовые составы формовочных и стержневых смесей.

§ Формовочная смесь – кварцевый песок, 3 – 5% огнеупорная глина, каменноугольная пыль (для повышенной податливости формы), древесные опилки для образования пористости.

§ Стержневая смесь – более прочная на порядок формовочной смеси, т.к. в нее добавляют упрочнители (олифа).

Ø Модельный комплект: модель детали, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики.

v Основные технологические операции.

Ø Изготовление полуформ по модельным плитам(наиболее распространенными способами уплотнения смеси при машинной формовке являются прессование, встряхивание и их сочетание).

Ø Изготовление стержней.

Ø Сборка формы с простановкой стержней и подготовка ее к заливке.

Ø Заливка форм расплавленным металлом.

Ø Затвердевание и охлаждение отливок.

Ø выбивка отливок из форм и стержней из отливок.

Ø Отделение литниковой системы от отливок, их очистка и зачистка.

Ø Контроль качества отливок.

v Возможные дефекты отливок, причины и меры по их устранению.

Ø Недоливы и спаи. Образуются от не слившихся потоков металла, затвердевающих до заполнения формы. Возможные причины: холодный металл, питатели малого сечения.

Ø Усадочные раковины – закрытые внутренние полости в отливках с рваной поверхностью. Возникают вследствие усадки сплавов, недостаточного питания. Устраняют с помощью прибылей.

Ø Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса. Склонность сплава к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов, серы и других примесей. Образование горячих трещин вызывают резкие перепады толщин стенок, острые углы, выступающие части. Высокая температура заливки также повышает вероятность образования горячих трещин.

Ø Для предупреждения образования горячих трещин в отливках необходимо обеспечивать одновременное охлаждение толстых и тонких частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.

Ø Пригар – трудноудаляемый слой формовочной или стержневой смеси, приварившийся к отливке. Возникает при недостаточной огнеупорности смеси или слишком большой температуре металла.

Ø Песчаные раковины – полости в теле отливки, заполненные формовочной смесью. Возникают при недостаточной прочности формовочной смеси.

Ø Газовые раковины – полости отливки округлой формы с гладкой окисленной поверхностью. Возникают при высокой влажности и низкой газопроницаемости формы.

Ø Перекос. Возникает из-за неправильной центровки.

v Область применения.

Ø Применяют во всех областях машиностроения. Получают отливки любой конфигурации 1…6 групп сложности. Точность размеров соответствует 6…14 группам. Параметр шероховатости Rz=630…80мкм.

Ø Можно изготавливать отливки массой до 250т. с толщиной стенки свыше 3мм.

v Преимущества.

Ø Конфигурация 1…6 групп сложности.

Ø Возможность механизировать производство.

Ø Дешевизна изготовления отливок.

Ø Возможность изготовления отливок большой массы.

Ø Отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких.

v Недостатки.

Ø Плохие санитарные условия.

Ø большая шероховатость поверхности.

Ø Толщина стенок > 3мм.

Ø Вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

Литье в кокиль

v Сущность процесса заключается в изготовлении отливок из жидкого расплава, свободной его заливкой в многократно используемые металлические формы – кокили, обеспечивающие высокую скорость затвердевания жидкого расплава и позволяющие получать в одной форме от нескольких десяток до нескольких тысяч отливок.

v Виды.

Ø Вытряхные(не разъемные) – отливки простой конфигурации.

Ø С вертикальным разъемом – отливки не сложной конфигурации с небольшими выступами и впадинами на наружной поверхности.

Ø С горизонтальным разъемом – изготовление крупных простых по конфигурации отливок.

v Материалы и оснастка.

Ø Форма отливки – кокиль.

Ø Расплавленный металл.

Ø Теплоизоляционное покрытие.

v Последовательность изготовления отливок.

Ø Подготовка кокиля к работе: очистка от остатков теплоизоляционного покрытия, нагрев до температуры 150-200° и нанесение свежего слоя теплоизоляционного покрытия толщиной 0,1…0,5мм, а на литниковые каналы и прибыли до 1мм.

Ø Сборка кокиля: установка стержней, соединение частей кокиля.

Ø Заливка расплавленного металла в кокиль.

Ø Затвердевание и охлаждение отливки.

Ø Удаление из отливки металлических стержней (если они есть) после образования в ней достаточно прочной корки.

Ø Извлечение отливки из кокиля после ее охлаждения до температуры 0,6…0,8 от температуры солидуса.

Ø Охлаждение или подогрев кокиля до оптимальной температуры 200-300°С и подкраска(при необходимости) рабочей поверхности кокиля.

v Область применения. Литьем в кокиль изготавливают отливки из чугуна, стали и цв. сплавов. Трудно получить сложные стальные отливки ввиду значительной усадки литейных сталей, что ведет к образованию трещин(в отсутствии податливости формы). Целесообразно применять в серийном, крупносерийном и массовом производствах. Этим способом изготавливают отливки из стали массой до 160кг., из цв. сплавов – до 50кг. с толщиной стенок от 3 до 100мм. Точность размеров соответствует 4…12 классам. Можно изготавливать отливки 1…5 группы сложности. Параметр шероховатости поверхности Rz = 80…20мкм.

v Преимущества.

Ø Повышенная точность геометрических размеров (по сравнению с литьем в ПФ).

Ø Снижение шероховатости поверхностей отливок (по сравнению с литьем в ПФ).

Ø Снижение припусков на механическую обработку на 10-20%.

Ø Лучше санитарно-гигиенические условия.

Ø Мелкозернистая структура отливок( > прочность).

v Недостатки.

Ø Сложность изготовления кокилей, их ограниченный срок службы (особенно при литье черных сплавов).

Ø Неподатливость кокиля и металлических стержней.

Ø Затруднен вывод газов из полости формы.

Ø Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления

Ø Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность процесса.

Ø Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.

Источник

Литье в песчаные формы

Литье в песок (литье в песчано-глинистые формы) — один из самых распространенных методов получения литых заготовок во многих отраслях промышленности – станкостроение, автомобильная отрасль и многое другое. Этот способ широко применяют при единичном, серийном и массовом производстве.

Технология литья в песчаные формы

Технология литья в формы из песка не отличается сложностью. Такой метод литья применяют для изготовления отливок и деталей из серого чугуна, низкоуглеродистые стальные сплавы. Иногда, литье в песчаные формы используют для обработки цветных металлов – алюминия, меди и пр.

Выбирая такое литье в песок технолог, должен понимать, что качество готовых деталей будет довольно низким. Это связано в первую очередь с тем, использование такой технологии не может гарантировать того, что в жидкий сплав не попадут посторонние включения. При литье в песчаные формы весьма бурно происходить газообразование, особенно этот процесс, проявляет себя при литье во влажные формы. Допустимо использовать такую форму литья для получения деталей со сложной геометрией. Но ряд ограничений на получение таких заготовок накладывает то, что изъятие готовой отливки сопряжено с определенными сложностями.

Литье в песок позволяет получать заготовки до сотен тонн весом. Таким образом, производят станины для металлорежущего оборудования, корпусные детали и пр.
Между тем точность получаемых заготовок ниже 14 квалитета, кроме того, на поверхности отлитых деталей можно встретить раковины, посторонние включения. Именно поэтому те поверхности, которые будут контактировать с другими деталями, всегда подвергают механической обработке.

Литейная продукция

Литье в песок или землю применяют для производства множества деталей. Для удобства потребителей их можно систематизировать в несколько групп.
Группа А – к этой группе относят отливки простой формы – кольца, колеса, маховики и пр.
Группа Б – к этой группе относят элементы арматуры, подшипниковые корпуса, сложные поверхности с тупым или острым углом.
Группа В – она включает в себя заготовки для зубчатых колес, станины, кожуха и пр.
Группа Г – это отливки для производства станочных станин, сложные корпусные детали.
Группа Д – это отливки, которые получают методом формования по модели.

Таким образом, можно сделать вывод, что в формы из песка можно выполнять отливку и канализационных люков, и детали со сложной геометрической формы, например, кожуха ступеней компрессоров и пр.
При проектировании формы из песка, конструктор должен учитывать то, что в том направлении куда будет извлекаться готовая отливка не должна иметь никаких препятствий в виде выступающих стержней и пр.

Литейные модели

Модели для такой формы литья в песок должны выдерживать довольно большое давление, которое возникает при набивке опоки литейной землей. Именно поэтому для изготовления литьевых форм применяют металл, твердую древесину. Все материалы, которые допустимо использовать для изготовления литьевых форм допускается комбинировать. То есть их можно собирать на резьбовых соединениях, склеивать и пр. Для устранения пор на деревянных частях моделей из тщательно обрабатывают абразивной шкуркой. Затем, ее покрывают лаком. При изготовлении литейных форм необходимо учитывать то, что необходимо выдерживать углы наклона вертикальных плоскостей. Наличие этих углов впоследствии облегчит изъятие готовой отливки из формы.

Основные элементы литья в песчано-глиняные формы

Одним из ключевых факторов, определяющих качество выполнения литья – это свойства песка (земли), применяемого для получения литьевой оснастки. Практика показывает то, что чем мельче и чище песок, тем качество получаемой отливки будет выше.
Нельзя забывать и о стержнях, которые могут быть много- или одноразовые.

Общая классификация песчаных формовочных смесей

В зависимости от применения смеси можно разделить на следующие подвиды:

Общая классификация песчаных формовочных смесей

Облицовочные материалы обладают толщиной, которая определяется толщиной будущей отливки, она может составлять 20 – 100 мм. Сверху смеси, применяемой для облицовки, может быть засыпана наполнительная смесь.
Наполнительную или единую смесь применяют для набивки всей формы и применяют для производства оснастки при всех видах производства, начиная от единичных изделий и заканчивая массовым.

Изготовление литейной песчаной формы

Литье в песчаные формы начинается с ее создания. Отличительной чертой песчаной оснастки является то, что их можно использовать только один раз и для получения новой детали необходимо изготавливать новую.

Оснастку производят, имея на руках модель будущей детали. Ее устанавливают в опоку (деревянная или металлическая коробка для формовочной смеси), засыпают землю. Затем необходимо уплотнить засыпанную песчаную смесь. Для этого используют ручной или механизированный инструмент ударного действия и приспособления. По достижении смесью необходимой кондиции, то есть необходимой плотности, модель извлекают и в распоряжении литейщиков останется готовая технологическая оснастка.

Для получения полостей расположенных внутри будущей отливки применяют стержни. Их как правило, изготавливают из того же материала, что и саму оснастку.
В процесс производства литейной формы из песка входят следующие основные этапы.

Трудоемкость и технология производства литейной оснастки во многом зависит от следующих параметров:

Если изготавливаемая форма требует дополнительного нагрева или запекания, то затраты времени на ее производство резко вырастут. Для облегчения изъятия готовой отливки на рабочие поверхности наносят различные смазки, например, солидол.

Сборка песчаной литейной формы

После того как оснастка для литья произведена, ее готовят для заливания расплава. Рабочие поверхности необходимо смазать специальным составом, который способствует свободному извлечению готовой отливки. После подготовки рабочих поверхностей выполняют установку литьевых стержней.

Процесс изготовления формы

На завершающем этапе, полуформы соединяют между собой и надежно скрепляют. Надежность сборки не позволит расплаву вытечь за пределы формы.

Типы песчаных форм

Многообразие песчаных форм для литья позволило их разделить на несколько групп, предназначенных для получения отливок с разными характеристиками.

Песчаные литейные формы

Всего можно назвать 7 групп литейной технологической оснастки или модельных комплектов.

Сырая песчаная форма

Для производства литьевой оснастки используют смеси, состоящие из песка, воды, глины и какого-либо связующего материала. Типовой рецепт выглядит примерно так:

Сырая песчаная форма

Оснастку такого типа относят к весьма экономичным и широко используемым.

Подсушенная песчаная форма

Производство такой оснастки похоже на производство сырой формы, но в рецептуру вводят дополнительные материалы, предназначенные для связывания компонентов смеси.

Подсушенная песчаная форма

Рабочие поверхности оснастки просушивают прогреванием. Такой подход к изготовлению форм приводит к росту точности размеров заготовок и их качества. Производство таких форм требует больших затрат времени и в результате их стоимость растет, а выпуск деталей нижается.

Сухая песчаная форма

В оснастке такого типа используют добавки органического типа. Их задача связывание компонентов смеси в единое целое. Окончательную обработку производят в печи. К явным достоинствам этих изделий можно отнести точность выполненной отливки. Но надо понимать, что эти формы обладают высокой стоимостью изготовления и низкой производительностью выполнения отливок.

Химически твердеющая песчаная форма

В формовочный состав химически твердеющей оснастки вводят смолы. Они обеспечивают формирование модели на открытом воздухе без использования термической обработки.

Химически твердеющая песчаная форма

В основе смеси лежит кварцевый песок. Кроме, песка в состав смеси входит жидкое стекло и едкий натр. Добавление этого химиката оказывает влияние на технологические свойства литейной формы. В частности, будет продлен срок ее эксплуатации. После затвердевания, ее прочность будет выше, чем у смесей другого типа.

Характеристики литейного песка

Выполняя литье в песчаную оснастку надо понимать, что качество отливки напрямую зависит от состава и свойств литейного песка. Практикой литейного дела определены пять ключевых параметров, которые определяют качество литейного песка.

Физические характеристики песка

Прочность

Прочностью называют способность смеси сохранять заданные параметры во время выполнения литейной операции и транспортировки опоки внутри производственного помещения.

Газопроницаемость

Газопроницаемость – это способность песка пропускать через себя газы, образовывающиеся при затвердевании расплава. Если смесь обладает высокой проницаемостью, будет снижена пористость отливки. Если проницаемость низкая, то качество поверхности будет значительно лучше. Газопроницаемость напрямую зависит состава и фракции песчаной смеси.

Термическая стабильность

Возможность оснастки при воздействии температуры сохранять заданную форму, оказывать сопротивление растрескиванию и появлению иных дефектов, проявляющихся при действии большой температуры расплавленного металла, называют термической стабильностью.

Способность к просадке

Способность формовочной смеси плотно сжиматься в процессе затвердевания отлитой детали. Если бы песок не обладал таким свойством, то отлитая заготовка не имела бы возможности изменять размеры внутри формы. А это в результате привело бы к растрескиванию заготовки и проявлению других дефектов, возникающих при разливе расплавленного металла.

Повторное применение

Это обозначает возможность использования формовочной смеси для производства оснастки, предназначенных для формирований новой партии отливок.

Источник