а)деталь б) отливка Вид на фланец по А.

Рис.2 Чертеж детали и отливки

Расположение плоскости разъема устанавливают исходя из следующего:

1. Обрабатываемые поверхности отливки должны находиться внизу;

2. Более высокую часть отливки следует располагать в нижней полуформе;

3. Избегать криволинейных разъемов;

4. Обеспечения более легкого удаления модели из формы.

Плоскость разъема обозначают знаком , где В- верх, а Н- низ формы.

Припуск на механическую обработку это дополнительный слой металла 1 (рис. 2), который удаляют в процессе механической обработки отливки, чтобы обеспечить точность и шероховатость поверхности, которые невозможно было выполнить выбранным способом литья. Величина припуска зависит от расположения отливки в форме. Обычно верхний припуск больше нижнего. На чертеже отливки припуск обозначают штриховкой или красным цветом..

Литейные уклоны служат для удобства извлечения моделей или отливок (при литье под давлением и в кокиль) из формы. Уклоны назначают на поверхности отливки, расположенные перпендикулярно плоскости разъема. Размеры уклонов обозначают буквой «а» (в миллиметрах или градусах). В зависимости от высоты h модели или отливки уклон регламентируемый ГОСТом, составляет 1-8 мм или 0,5-3,0.

Опознавательные данные - необходимые размеры, марка сплава, масса сплава отливки и др. наносят на чертеж отливки.

Изготовление модели и стержневого ящика. Обычно форма изготовляется из формовочной смеси (формовочная смесь – многокомпонентная смесь формовочных материалов, формовочные материалы – природные и искусственные материалы (песок, глина, вода и другие), используемые для приготовления формовочных смесей) по модели. Модель – это приспособление для получения в форме отпечатка, соответствующей конфигурации и размерам отливки. Для упрощения процесса изготовления формы чаще всего модель делят на две части, по которым отдельно выполняют полуформы (эскиз модели см. рис. 4). Для соединения частей модели предусматривают центрирующие штыри. Поверхность модели должна быть гладкой, чистой, чтобы при извлечении ее из формы, она легко отделялась от формовочной смеси.

Рис. 3 Последовательность изготовления отливки.

Рис. 4 Эскиз модели.

Отверстия или внутренние полости отливки оформляются отдельными частями формы – стержнями, (литейный стержень- элемент литейной формы для образования отверстия, полости или иного сложного контура отливки) которые изготавливаются в стержневых ящиках (стержневой ящик- приспособление, имеющее рабочую полость для получения в ней стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси). Стержни устанавливаются в форме в специальных углублениях, которые оформляются знаками моделей. Модели и стержневые ящики делают из древесины, металла, пластмассы и гораздо реже из других материалов. Выбор материала зависит в основном, от типа производства, числа изготовляемых отливок и требований, которые предъявляются к отливке в отношении точности размеров и шероховатости поверхности (эскиз стержневого ящика см. рис. 5)

Рис. 5. (а – стержневой ящик, б - стержень).

При конструировании моделей и стержневых ящиков учитывают величину усадки металла отливки, поэтому размеры модели больше размеров отливки.

L_мод =L_отл.+ L_отлК/100

где К- линейная осадка металла, выражается в процентах и колеблется в значительных пределах для разных сплавов: чугуна 0,8-1,2 %, углеродистой стали 1,5-2,0 %, алюминиевых сплавов 1,5-2,0%.

Формовочные и стержневые смеси и их приготовление. Форма изготавливается из формовочной смеси. Формовочная смесь для литья алюминиевых сплавов состоит из кварцевого песка – 60 %, глины – 30%, крепителя (сульфитная барда) – 3%, противопригарная добавка (бентонит – 2%), вода – 5%. Так как стержни испытывают более высокие нагрузки при сборке и заливке формы, то используют смесь, позволяющие получить их более повышенную прочность. Для алюминиевых отливок применяется стержневая смесь следующего состава: песок кварцевый – 87%, глина – 8%, крепитель – 5%.

Формовочные и стержневые смеси должны иметь хорошую пластичность, текучесть, газопроницаемость, достаточно высокую прочность и противопригарность. Текучесть – способность смеси под действием внешних сил заполнять полость стержневого ящика или обтекать модель. Газопроницаемость – способность формы и стержня пропускать газы, выделяющиеся из формовочных и стержневых смесей при заливке сплава. Если газопроницаемость смеси недостаточна, то газы могут попасть в сплав, что вызовет брак отливок по газовым раковинам. Противопригарность – способность смесей не спекаться и не сплавляться с расплавленным металлом.

Формовочная смесь приготовляется при перемешивании составляющих компонентов в специальных смешивающих бегунах.

Изготовление формы и стержней. При литье в землю формы изготавливают разъемные, т.е. состоящие обычно из двух полуформ. Последовательность действий при изготовлении полуформ ручной формовкой следующая (схема формовки и сборки формы показана на рис.6). На модельную плиту 1 устанавливают нижнюю половину детали (НПМ), модель питателя 10 и нижнюю опоку 2. Литейная опока – рамка с перфорированными стенками для удержания формовочной смеси при изготовлении литейной формы. В опоку насыпают формовочную смесь 3 и уплотняют ее различными способами: вручную с помощью трамбовки или машинами- прессованием, встряхиванием и другими способами. После уплотнения излишки формовочной смеси удаляются линейкой и со стороны уплотнения металлической иглой делаются вентиляционные наколы 4 для удаления из формы воздуха и газов при заливке ее металлом. Затем нижнюю опоку 2 вместе с землей и моделью переворачивают на 180 и устанавливают на подмодельной плите так, что модель находится сверху. С помощью центрирующих штырей устанавливают вторую половину модели, а по штырям 7 ставят верхнюю опоку 5. В верхней полуформе кроме рабочей полости делают каналы литниковой системы (ЛС), по которым в полость поступает жидкий металл. Литниковая система, состоящая из стояка 8, коллектора 9 и питателей 10, это система каналов и элементов формы для подвода в ее полость расплавленного металла, обеспечивающая заполнение и питание отливки при затвердевании. Для удаления воздуха из полости формы делают специальные каналы 6, которые называют выпоры. Часто в форме делают дополнительную полость - ПРИБЫЛЬ (II). Более подробно назначение прибыли будет рассмотрено ниже. После того как смесь в верхней опоке уплотнена полуформы разнимаются и из них извлекаются половинки моделей и элементы, оформляющие литниковую систему.

Изготовление нижней полуформы. Установка верхней половины модели и л.с.

Форма в сборе поднять Отливка с литниковой сис-

Темой

Рис. 6 Схема формовки.

Это рис 7

При изготовлении стержня смесь засыпается отдельно в каждую половину ящика, уплотняется, зачищается и по плоскости разъема промазывается клеем. Затем половинки ящика соединяются по центрирующим штырям, половинки стержней склеиваются и целиковый стержень извлекается из ящика, после чего он отправляется на сушку, так как невысушенные стержни имеют небольшую прочность. После просушивания при температуре 150-300 стержень становится достаточно прочным и его можно устанавливать в форму.

Сборка формы. Тщательность сборки в значительной мере определяет точность размеров отливки, образование заливов и трудоемкость их зачистки. Сборку начинают с продувки нижней полуформы сжатым воздухом для удаления сора и пыли, попавших при извлечении модели и ремонте полуформы. В чистую полость полуформы устанавливают стержни. После этого нижнюю полуформу накрывают верхней. Операцию осуществляют плавно, тщательно без перекосов верхней полуформы относительно нижней. Точность совмещения нижней и верхней полуформ обеспечивается центрирующими штырями 7. Для предотвращения подъема верхней полуформы статическим давлением металла ее скрепляют с нижней полуформой скобами 12 или ставят грузы.

Заливка форм сплавом. (рис. 1). Сплав заливают в форму с помощью ковшей ручных или крановых, в зависимости от веса отливки. Принимают следующую температуру заливаемого сплава: стали 1500-1600, алюминиевых сплавов 700-780, магниевых сплавов 680-780.

Охлаждение формы. Длительность охлаждения отливок в форме определяется теплосодержанием металла, толщиной стенок отливки, теплофизическими свойствами формы, склонностью сплава к образованию трещин. Для небольших простых отливок со стенками малой толщины продолжительность охлаждения в форме исчисляется минутами.

Выбивка отливок из формы. После охлаждения металла в форме отливку из нее удаляют (выбивают), при этом форма разрушается. Выбивку отливок из формы можно выполнять, когда температура мелких стальных отливок достигает 700-800С, средних 400-500С. Алюминиевые отливки извлекаются при температуре 200-300С. Выбивка литейных форм в цехах серийного и массового производства осуществляется специальными механизмами – выбивными решетками. На рис. 1 показана отливка с литниковой системой после выбивки ее из формы.

Отрезка литников прибылей и выпоров. Литники чугунных отливок выбивают. Литники отливок из вязких металлов удаляют дисковыми или ленточными пилами: первыми чаще литники стальных отливок, вторыми литники отливок из цветных металлов. Прибыли стальных отливок удаляются газорезкой, а прибыли из цветных металлов отрезают пилами.

Очистка отливок. После выбивки отливок из формы на их поверхности остается пригоревшая формовочная смесь, заливы которые очищаются в обрубном отделении цеха. Применяются следующие способы очистки отливок. Дробометная или дробоструйная обработка струей чугунной или стальной дроби, направляемой на поверхность отливки с большой скоростью. Обработка ударным действием гидравлической или пескогидравлической струи. На поверхность отливки направляют струю воды с песком под давлением 35 атм. и очищают ее пригоревшей к ней формовочной смеси.

Глава 3Свойства литейных сплавов и их влияние на качество отливки

1.Качество отливки, факторы влияющие на качество

Под качеством отливки понимается точность размеров, шероховатость поверхности, физико-химические свойства, герметичность и пористость. Операции заливки и охлаждения формы оказывают основное влияние на формирование качества отливок независимо от того, каким они способом изготавливаются. Возможность получения доброкачественных тонкостенных отливок, сложных по форме или больших по размерам, без раковин, трещин пригара и других литейных эффектов предопределяется качеством и свойствами формы (теплопроводностью) и литейными свойствами сплавов. Влияние этих факторов и проявляется именно при заливке жидкого металла в форму и в процессе ее охлаждения.

2.Свойства литейных сплавов

Качество металлов и сплавов оценивают по их свойствам. Свойства сплавов бывают: физические (теплопроводность), химические (коррозионная стойкость), механические (прочность, твердость и другие) и технологические.

К технологическим свойствам относят: обрабатываемость, свариваемость, ковкость, герметичность и литейные свойства.

Обрабатываемость – способность материалов обрабатываться режущими абразивными или иными инструментами.

Свариваемость – способность материалов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного материала.

Ковкость – способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением. Ковкость характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации.

Герметичность – способность материала не пропускать жидкость или газ при избыточном или пониженном давлении.

К основным литейным свойствам сплава относят следующее:

1. Жидкотекучесть – способность сплавов в жидком состоянии заполнять формы и точно воспроизводить их очертания в отливке.

2. Склонность к образованию в результате кристаллизации структуры сплава (кристаллизация).

3. Усадка и склонность к образованию усадочных раковин и пор.

4. Склонность к поглощению газов и образованию по этой причине дефектов в отливках (газы).

5. Склонность к образованию неметаллических включений.

6. Склонность к ликвации.

7. Склонность к образованию литейных напряжений и трещин.

Значение литейных свойств очень велико и должно быть учтено в следующих случаях:

1. В процессе создания и проектирования отливки; надежность и долговечность изделий в значительной степени предопределяется литейными свойствами используемого для их изготовления сплава.

2. При разработке технологического процесса изготовления отливок.

Рассмотрим более подробно литейные свойства сплавов и их влияние на формирование качества отливок.

3.Жидкотекучесть

Правильное представление о жидкотекучести различных сплавов можно получить только при соблюдении постоянства таких факторов, как конфигурация и размеры полостей, через которые течет расплав, и свойства формы. Поэтому жидкотекучесть сплавов определяют по стандартной пробе, отлитой в песчаную форму при постоянной температуре заливки. Наиболее простая проба имеет вид прутка и получается в форме, имеющей заливочную чашу стандартной величины Н, для того чтобы обеспечить постоянство напора, и канал Д калиброванного диаметра. Жидкотекучесть того или иного сплава определяется по длине пути l прутка. Чем длиннее пруток, тем больше жидкотекучесть сплава (см. рис. 8) Жидкотекучесть одного и того же сплава различна при различных температурах заливки t_зал . Это хорошо иллюстрируется диаграммой состояния сплава (рис. 9). При охлаждении сплав способен течь до определенной температурой ниже ликвидуса (линия 2). Эта температура называется температурой нулевой текучести (линия 3). У сплавов данной системы (А-В) температура нулевой текучести объясняется следующим. После того, как температура опустилась ниже ликвидуса (меньше t₁) произошло выделение твердой фазы из расплава, при этом получившаяся композиция представляет собой суспензию твердой фазы в жидкой. Появившаяся твердая фаза оказывает сопротивление продвижению сплава и при увеличении ее до 20- 30% (что происходит при температуре t₀) от всей композиции движение расплава прекращается вовсе, хотя жидкая фаза в сплаве присутствует, так как его температура выше температуры полного затвердевания или выше линии солидуса 1. Из диаграммы видно, что сплавы эвтектического состава имеют большую жидкотекучесть, чем затвердевающие в интервале температур t₁-t₂, т.е. жидкотекучесть зависит от состава сплава, что иллюстрируется диаграммой состав-текучесть (рис.9). Жидкотекучесть сплава кроме интервала затвердевания и перегрева сплава, зависит от его физических свойств: вязкости и поверхностного натяжения.