124725 (Формовка и формовочные материалы)

Формовка и формовочные материалы

1. Формовка

Процесс получения отливки состоит в том, что с помощью модели отливаемого изделия различных приспособлений и инструментов из смеси формовочных материалов, называемой формовочной смесью изготовляют литейную форму. В форму заливают расплавленный металл, из которого необходимо получить отливку. Жидкий металл заполняет полость формы и остывает в ней, получается отливка желаемых очертаний.

В зависимости от требований, предъявляемых к отливкам, их изготовляют из чугунов, бронз, латуней и других сплавов. Наиболее сложным и продолжительным в производстве отливок является процесс изготовления литейной формы. Процесс изготовления такой формы называют формовкой, а рабочего, занятого изготовлением литейных форм, – формовщиком.

В зависимости от сложности и размеров отливок, формовочной смеси, применяемой для изготовления литейной формы, способа формовки и степени механизации процесса формовку подразделяют на формовку по-сырому, по-сухому, по модели, по шаблону, в почве и в опоках, ручную и машинную.

2. Литейный цех и технологический процесс производства отливок

На предприятии литейным цехом называют цех, в котором получают отливки – металлические изделия или их части в специально изготовленных литейных формах путем их заливки расплавом необходимого металла.

Производство отливок представляет собой сложный процесс, состоящий из ряда технологических операций, для выполнения которых литейный цех имеет несколько отделений.

1. Модельное отделение для изготовления моделей отливаемых изделий, литниковых систем, шаблонов. В модельном отделении располагаются оборудование, механизмы и приспособления, необходимые для выполнения работ по изготовлению моделей.

2. Отделение подготовки формовочных материалов и приготовления формовочных смесей. В отделении два участка. На первом участке подготовляют материалы для приготовления формовочных смесей с использованием сушильных установок, бегунов, механических сит, магнитных и электрических сепараторов и другого оборудования. На втором участке, оборудованном смесителями н машинами для разрыхления смесей, из материалов готовят формовочные и стержневые смеси.

3. Формовочное отделение цеха художественного лнтья, предназначенное для изготовления литейных форм. Оно имеет несколько участков: а) участок изготовления литейных форм по-сырому для ажурных отливок; б) участок изготовления форм, заливаемых после сушки, приспособлен для кусковой формовки форм для кабинетных литых изделий; в) участок скульптурного литья, предназначенный для кусковой формовки в опоках, кессонах, по металлическим, гипсовым и восковым моделям; г) участок архитектурного литья, оборудованный формовочными машинами, подъемно-транспортными механизмами и имеющий плац для формовки по шаблону и в почве.

4. Стержневое отделение для изготовления стержней, применяемых для получения пустотелых изделий.

5. Плавильное отделение, оборудованное печами для плавки металлов, механизмами и приспособлениями для заливки форм.

6. Отделение выбивки, оборудованное установками и механизмами для выбивки отливок из форм.

1. Отделение обрубки и очистки для очистки отливок от формовочной смеси и ее пригара, удаления следов литниковых систем, выпоров и прибылей.

Во многих цехах художественного литья в последние годы появилось новое отделение, технологическое оборудование которого предназначено для получения отливок по выплавляемым моделям.

Итак, чтобы получить отливку, необходимо изготовить модель, опоку, подготовить инструменты, формовочные материалы, приготовить формовочную и стержневую смеси, затем из них изготовить литейную форму и залить ее расплавленным металлом. После остывания металла по выбранному режиму форму надо выбить из опоки, поверхности отливки очистить от пригоревшей смеси.

3. Формовочные материалы и их свойства

В зависимости от срока службы литейные формы бывают разовые и многократные.

Разовые формы – это формы, которые заливают металлом только один раз. При удалении отливок формы разрушают. Разовые формы изготовляют из формовочных смесей, основной состри 1 нищей которых является кварцевый песок. В качестве связующей добавки, придающей смеси прочность, используют формы для художественных отливок могут быть сухими, сырыми, разъемными и неразъемными, цельными и кусковыми

Многократные формы – это формы, прочность и огнеупорность которых позволяет при небольшом ремонте их внутренних поверхностей после каждой заливки использовать их повторно. Такие формы изготовляют из огнеупорных материалов – молотого шамота, графита, асбеста и используют для производства толстостенных отливок несложной конфигурации. К многократным литейным формам относятся и металлические формы – кокили. Кокили чаще всего используют при производстве отливок специальными способами литья: литьем под давлением, центробежным, кокильным

Формовочные материалы – совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей, формовочных красок, разделительных составов и припылов. Различают исходные формовочные материалы и смеси, исходные материалы подразделяют на основные и вспомогательные.

Свойства формовочных материалов. Различают природные и технологические свойства формовочных материалов. Природные свойства характерны для исходных формовочных материалов – песков и глин. К природным свойствам относятся морфологический, зерновой и химический составы материалов

Морфологический состав. Формовочные материалы являются продуктом разрушения горных пород под действием различных атмосферных явлений природы: тепловой энергии солнца, движения воздуха, воды Перепады температуры в прогреваемой солнцем горной породе в различное время года создают в ней внутренние напряжения, вызывающие растрескивание, размельчение на более мелкие частицы. Измельченные частицы породы ветром и водами рек переносятся на значительные расстояния от места образования. По пути движения они осаждаются на дне водоемов» поверхности земли, образуя аллювиальные и аллювиальные отложения – залежи. В первом случае пески имеют остроугольную форму, во втором – округлую.

Залежи песков – не редкое явление, многие заводы с литейным производством работают на местных песках. Известный, например, своим художественным литьем Каслинский завод на Урале располагает местными, прекрасными для этого вида литья формовочными песками, обеспечивающими получение отливок с высоким качеством поверхности.

Зерновой состав характеризуется размером и формой зерен формовочного материала, соотношением между количеством зереи различных размеров. Зерновой состав влияет на свойства формовочных песков, определяющих качество приготовляемых из них формовочных смесей, литейных форм и отливок. Так, пески с крупными зернами, имеющими округлую форму и гладкую поверхность, обладают большей газопроницаемостью, чем пески с мелкими зернами, имеющими остроугольную форму и шероховатую поверхность.

Размер зерен песка влияет на качество поверхности отливки. Мелкие зерна обеспечивают более чистую поверхность отливки, чем крупные. Это очень важно в производстве художественного литья, где чистота поверхности и точность соответствия ее поверхности модели имеют первостепенное значение при оценке качества отливки

Химический состав. В состав формовочных материалов входят различные минералы, которые, взаимодействуя с заливаемым в литейную форму металлом, создают в ней условия, влияющие на качество получаемой отливки. Зная химический состав формовочного материала, наличие в ием вредных и полезных примесей, можно оценить возможность его применения для приготовления формовочных смесей со свойствами, обеспечивающими получение отливок хорошего качества.

Качество формовочного материала улучшают на обогатительных фабриках. Там материал освобождают от вредных примесей путем промывки. С уменьшением количества вредных примесей в формовочном материале улучшается его химический состав, увеличивается вероятное получения отливки без пригара, газовых раковин, с гладкой поверхностью.

Технологические свойства формовочных материалов – зависят от требований, предъявляемых к литейной форме. Например, формовочная смесь литейной формы для художественной отливки должна обладать хорошей пластичностью в целях обеспечения получения сложной поверхности.

4. Основные формовочные материалы

К основным формовочным материалам относятся пески, глины н связующие.

Формовочные пески. Формовочные пески представляют собой осадочные горные породы, основную часть которых составляет кварц в виде кремнезема SiO_a. Зерна чистого кварца твердые, имеют большую огнеупорность, прозрачны, поэтому кварцевые пески имеют белый цвет. Различные оттенки формовочному песку придают примеси. Чем меньше содержится в песке примесей, тем он светлее и огнеупорное. Формовочные пески кроме зерен кварца содержат глину.

В зависимости от содержания кремнезема и глинистой составляющей формовочные пески по ГОСТ 2138–84 делят на классы.

Обогащенные кварцевые пески в зависимости от содержания глинистой составляющей, кремнезема и вредных примесей делятся на три класса: Об1К» 062К, ОбЗК, обогащенные пески по

содержанию кремнезема – иа четыре класса: IK, 2К, ЗК, 4К и природные пески по содержанию глины – на четыре класса: Т – тощий, П – полужирный, Ж – жирный, ОЖ – очень жирный.

В формовочных песках различают основную фракцию и глинистую составляющую. К основной фракции относятся частицы размером более 0,022 мм, к глинистой – частицы размером менее 0,022 мм. Основная фракция влияет на все технологические свойства формовочной смеси. В зависимости от размера зерен формовочные пески делятся на восемь групп.

Анализ песка по размеру зерен проводится путем просеивания его через стандартный набор сит. Номера сит соответствуют размерам стороны ячейки.

Для фасонных отливок наиболее распространенными марками латуней являются ЛЦЗОАЗ, ЛЦ38Мц2С2, ЛЦ16К4.

Алюминиевые сплавы. Чистый алюминий, как и все чистые металлы, в производстве сложных отливок не применяют. В литейном производстве широко используют сплавы алюминия, которые обладают хорошими литейными свойствами, достаточно прочны, имеют малую плотность, хорошо обрабатываются.

Литейные алюминиевые сплавы по химическому составу делятся на группы и марки. В производстве отливок наибольшее применение получила группа сплавов алюминия с кремнием АЛ2, АЛ4, АК9, АЛ9 и АК7, называемых силуминами. Такие сплавы по сравнению с другими обладают лучшими литейными свойствами.

Серый чугун. Медные сплавы благодаря хорошим литейным свойствам и коррозионной стойкости долгое время считались единственно подходящими литейными материалами для производства художественного литья. Однако в связи с дефицитностью и высокой стоимостью медных сплавов их применение для изготовления художественных изделий, особенно малой скульптуры, в настоящее время значительно сократилось. Хорошим заменителем медных сплавов в производстве художественных отливок является серый чугун. Обладая хорошими технологическими свойствами и низкой стоимостью, серый чугун в настоящее время является распространенным литейным материалом для архитектурных отливок и малой скульптуры.

Серый чугун представляет собой сплав железа с углеродом и другими элементами. Химический состав серого чугуна, наиболее часто применяемого в производстве художественных отливок, %: 2,5–3,7 С; 0,5 – 0,8 Мп; 1,0–2,9 Si; 0,2–1,0 Р; до 0,12 S.

Углерод в твердом чугуне может быть в виде химического соединения с железом – цементита – илн в свободном состоянии

в виде графита Цементит – твердое, хрупкое соединение в изломе белого цвета, образуется в чугуне при быстром охлаждении. Чугун с такой структурой по цвету в изломе называют белым. При медленном охлаждении чугуна углерод выделяется в виде пластинок графита, которые придают сплаву в изломе серый цвет. Чугун с такой структурой называют серым. Он обладает хорошими литейными и механическими свойствами, отливки из него легко обрабатываются.

На свойства серого чугуна существенно влияют и другие элементы, входящие в его состав.

Кремний способствует выделению в чугуне углерода в виде графита, понижает температуру его плавления, обеспечивая высокие литейные и технологические свойства.

Марганец действует на свойства чугуна противоположно кремнию, он препятствует выделению в чугуне углерода в виде графита, увеличивая устойчивость цементита. Марганец повышает твердость чугуна и прочность отливок.

Сера, как и марганец, задерживает выделение в чугуне углерода в свободном состоянии. Способствует отбеливанию чугуна, делает его более тугоплавким, снижает жидкотекучесть. Поэтому в чугуне сера считается вредной примесью.

Фосфор в сером чугуне может оказывать и вредное, и полезное влияние. Повышая хрупкость, фосфор снижает механические свойства чугуна. Следовательно, в чугуне для машиностроительных отливок, требующих высокой прочности, значительное содержание фосфора может быть вредной примесью. Фосфор увеличивает жидкотекучесть металла. Следовательно, в чугуне для тонкостенных, со сложной поверхностью отливок, не требующих высокой прочности, повышенное содержание фосфора будет желательным. При изготовлении художественных отливок, особенно ажурных, содержание фосфора в чугуне до 1% считается полезной примесью, увеличивающей жидкотекучесть расплава и стойкость отливок против коррозии.

Высокопрочный чугун. Обыкновенный серый чугун имеет высокие литейные свойства, хорошо обрабатывается, но вязкость его низкая; отливки из этого чугуна не выдерживают ударной нагрузки. Это связано с тем, что выделившийся в чугуне свободный углерод имеет форму пластинок, которые являются в металлической основе чугуна надрезами.