1 Технологический процесс ЛПФ (Раздаточный материал)

Процесс получения отливки в песчаной форме представлен на рис. 4Л.

Рис. 4Л Процесс получения отливки в песчаной форме:

а – отливка (втулка); б – разъёмная деревянная модель втулки; в – стержневой ящик; г –стержень с коническими выступами по краям, предназначенными для установки в специальные углубления в литейной форме, называемые стержневыми знаками. д – установка нижней половины модели в нижнюю опоку, расположенную на модельной плите; е – формовка нижней опоки; ж – переворот нижней опоки, установка верхней половины модели и моделей литника и выпора (чаша вверху литника условно не показана); з – формовка верхней опоки; и – снятие верхней полуформы и установка стержня в нижнюю полуформу в специальные углубленна (стержневые знаки); к – сборка формы; л – скрепление боковыми зажимами собранной под заливку формы; м – заливка в форму расплавленного металла; н – литник и выпор в литейной форме; о – литниковая система и выпор в готовой отливке

Схема технологического процесса ЛПФ представлена на рис.5Л

Рис. 5Л Схема технологического процесса ЛПФ

Модельный комплект – приспособления, необходимые для образования при формовке рабочей полости литейной формы. В модельный комплект входят: литейная модель, модели литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики.

Литейная модель – приспособление при помощи которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации отливки (модель отливки) и стержневых знаков.

Модель отливки должна иметь формовочные уклоны для предотвращения разрушения формы при извлечении из неё модели (рис. 6Л). Уклоны выполняются в направлении извлечения модели (перпендикулярно плоскости разъема литейной формы). Кроме того, модель должна иметь радиусы скругления (галтели) (рис. 6Л) в местах сопряжения различных поверхностей для предотвращения разрушения литейной формы при извлечении модели и предотвращения появления концентраторов напряжений. Формовочные уклоны и скругления, первоначально выполненные на модели, переходят затем в форму литейной полости, полученной с помощью данной модели, а после – и в геометрию полученной в данной полости отливки. Модели бывают неразъёмные, и разъёмные.

Модель литниковой системы – приспособление , при помощи которого в литейной форме получают отпечаток каналов, которые служат для заполнения полости формы расплавленным металлом.

Модель выпора - приспособление , при помощи которого в литейной форме получают отпечаток каналов, которые служат для контроля степени заполнения полости формы расплавленным металлом.

Модель прибыли - приспособление , при помощи которого в литейной форме получают отпечаток каналов, которые служат для подпитки усадки твердеющей отливки расплавленным металлом (см. рис. 10Л).

Модельная плита оформляет разъем литейной формы. На модельной плите крепятся опока, литейная модель, модель литниковой системы и осуществляется набивка опок формовочной смесью.

Стержневой ящик – приспособление, имеющее рабочую полость для получения в ней стержня нужного размера и конфигурации.

Модели, стрежневые ящики и модельные плиты для единичного и серийного производства изготавливаются деревянными, а для крупносерийного и массового производства – металлическими или пластмассовыми. Изготовление литейных форм с применением металлических приспособлений вместо деревянных обеспечивает бόльшую точность и более высокое качество поверхности отливок.

Формовочная смесь – смесь материалов, необходимая для непосредственного образования литейной формы. Состав формовочной смеси – кварцевый песок, формовочная глина , вспомогательные материалы.

Кварцевый песок (наполнитель) обеспечивает огнеупорность и газопроницаемость формовочной смеси.

Формовочная глина (связующий элемент) обеспечивает прочность формовочной смеси, связывая зерна песка.

Вспомогательные материалы: молотый каменный уголь, графит, мазут (обеспечивают антипригарные свойства формовочной смеси).

Стержневая смесь должна иметь боле высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки. Состав стержневой смеси – кварцевый песок (наполнитель), связывающие элементы ( олифа, синтетические смолы ) и вспомогательные материалы – те же, что и в формовочной смеси. Использование других связующих элементов по сравнению с формовочной смесью объясняется более жестким температурным режимом работы стержня (стержень со всех сторон окружен расплавленным металлом).

Изготовление стержней. В полость стержневого ящика засыпается влажная стержневая смесь и уплотняется вручную или машинным способом (прессованием, встряхиванием или их сочетанием). Затем в стержне металлической иглой прокалываются продольные вентиляционные каналы (обеспечение выхода газов) со стороны стержневых зщнаков. После этого стержень просушивают в стержневом ящике при температуре Т=200-300°С в течение 2-12 часов и извлекают его. Стержни могут быть разъемными и неразъемными.

Изготовление литейных полуформ (см. Приложение Формовка «Изготовление литейных форм»).

Сборка литейной формы (см. рис. 4Л Процесс получения отливки в песчаной форме)

Приготовление расплавленного металла. Важнейшими литейными сплавами являются чугун (серый, высокопрочный), сталь (углеродистая, легированная), медные сплавы (бронза, латунь), алюминиевые, магниевые сплавы и сплавы тугоплавких металлов.

Наилучшим комплексом литейных свойств обладают серый чугун, бронза, сплавы алюминия с кремнием (силумины).

Плавка чугуна производится в вагранках, индукционных и шахтных печах. Вагранка представляет собой вертикальную шахту-печь непрерывного действия, работающую на литейном каменноугольном коксе и воздушном дутье.

Индукционные печи работают на токах промышленной частоты. Их применение позволяет выплавлять чугун однородного состава с высокими механическими свойствами и тем самым значительно снизить массу отливок. Высокая температура нагрева в индукционных печах дает возможность использовать недорогостоящие стальные отходы и путем науглероживания их получать чугун необходимого химического состава.

Плавка сталей выполняется в мартеновских и электродуговых печах. Для неответственных отливок применяются конвертеры. Для ответственных - индукционные высокочастотные печи и установки электрошлакового переплава.

Плавка цветных металлов и сплавов в зависимости от их свойств (температуры плавления, химической активности и т, п.) и масштабов производства плавятся в индукционных, вакуумно-дуговых, вакуумных электронно-лучевых печах. Плавку тугоплавких металлов и сплавов ведут в вакууме или в среде защитных газов.

После плавки производится улучшение качества расплавленного металла (расплав модифицируется, легируется и рафинируется).

Модифицирование – введение в жидкий расплав тугоплавких частиц - модификаторов

( нитридов , карбидов ) в сотых или десятых долях процента от массы жидкого металла. Модификаторы либо образуют новые центры кристаллизации, либо, осаждаясь на поверхности уже образовавшихся зерен, сдерживают их рост. Введение модификаторов способствует получению мелкозернистой структуры, что улучшает механические свойства отливки (мелкозернистая структура повышает пластичность, ударную вязкость).

Легирование – введение в расплав легирующих элементов до нескольких десятков процентов от массы жидкого металла. Легирование позволяет получить необходимые эксплуатационные свойства изделия (износостойкость, коррозионную стойкость, жаропрочность, жаростойкость).

Рафинирование – очистка расплава от газов, неметаллических включений, вредных примесей (сера, фосфор). Для рафинирования применяются флюсы различного состава, обработка расплавленного металла синтетическим шлаком, вакуумирование расплава, продувка расплава в вакууме инертными газами.

После улучшения расплавленный металл разливается в ковш.

Заливка формы. Из ковша расплав заливается в литниковую систему, из которой жидкий металл поступает в полость литейной формы. Качество отливок во многом зависит от соблюдения правил заливки. Металл в форму заливают плавно, непрерывной струей до тех пор, пока он не покажется в выпорах и прибылях. Температура заливки всегда выше температуры плавления сплава, однако, перегрев его должен быть минимальным для обеспечения хорошего заполнения формы. При слишком высокой температуре заливки происходит обильное газовыделение, формовочная смесь пригорает к поверхности отливки, увеличивается ее усадка. Контроль температуры заливаемого металла осуществляется оптическими пирометрами или термопарами.

Выбивка отливки из формы. После затвердевания и охлаждения до определенной температуры, при которой отливки приобретают достаточную механическую прочность, производится выбивка их из форм; стержни выбиваются позднее, после дополнительного охлаждения отливок.

Выбивка отливок — одна из самых тяжелых операций литейного производства, сопровождающаяся большими выделениями теплоты и пыли. По трудоемкости операции выбивки, обрубки и очистки составляют 30.. .40 % от общей трудоемкости изготовления отливок.

Сущность процесса выбивки заключается в разрушении формы, освобождении отливок от окружающей их формовочной земли. В современных литейных цехах процесс выбивки механизирован и осуществляется на различных вибрационных машинах, чаще всего, на встряхивающих решетках. Формовочная смесь проваливается через решетку, попадает на ленточный конвейер и транспортируется в формовочное отделение для повторного использования.

Выбивку стержней осуществляют вибрационно-пневматическими и гидравлическими устройствами.

Очистка отливки. После выбивки производится обрубка и очистка отливок. Обрубка заключается в отделении от отливок прибылей, выпоров и заливов.

Обрубка — тяжелая операция, трудно поддающаяся механизации. Ее производят с помощью пневматических зубил, ленточных и дисковых пил, прессов, газовой резки.

Очистка отливок, осуществляемая после обрубки, заключается в удалении пригара формовочной земли (корки), окалины, мелких заусениц. Основная цель очистки — уменьшение трудоемкости последующей механической обработки и снижение интенсивности изнашивания режущего инструмента. Зачистка мелких заусениц, неровностей, оставшихся после обрубки, производится на переносных и стационарных шлифовальных станках крупнозернистыми абразивными кругами.

Очистка осуществляется в очистных барабанах (для мелких отливок), на дробеструйных установках а также химической и электрохимической обработкой внутренних поверхностей отливок, труднодоступных при других способах очистки.

При очистке в очистных (галтовочных) барабанах отливки загружаются в барабан и он приводится во вращение. Отливки трутся друг о друга и очищаются от остатков формовочной и стержневой смеси, пригара, окалины. При очистке на дробеструйных установках отливки помещаются в специальную камеру, куда под давление сжатого воздуха подается дробь. Очистка происходит при соударении быстролетящей дроби с поверхностью отливки.

Контроль качества осуществляется визуально при внешнем осмотре отливки для обнаружения поверхностных дефектов или с помощью рентгеновских и ультразвуковых установок для выявления внутренних дефектов. Брак может возникать по различным причинам на всех стадиях литейного производства, при этом бывает брак исправимый и неисправимый. Основными видами дефектов в отливках являются: коробление; газовые, усадочные, песчаные и шлаковые раковины; усадочная пористость; трещины; недолив металла и спай; пригар; перекос; отбел поверхности (у чугунных отливок). Поверхностные неглубокие дефекты устраняются заваркой, запрессовкой (эпоксидными смолами), металлизацией. Коробление иногда можно исправить правкой. Отбел ликвидируют дополнительным отжигом отливок.

При внутренних и глубоких наружных дефектах отливки отправляют на переплавку.

Годные отливки направляют в механические цехи для дальнейшей обработки или на склад готовой продукции.

Перед отправкой отливки обязательно подвергаются термической обработке (отжигу или нормализации) для снятия внутренних напряжений и измельчения зерна металла. В отдельных случаях термической обработке подвергаются отливки и из других сплавов.

5