Литье 2010 (Что-то вроде лекций или метод), страница 7

Формовочную смесь приготовляют из мелкозернистого песка и синтетической термореактивной смеси (3-7%), которая является связующим. Эти смеси являются песчано-смоляными. Способ изготовления оболочек обоснован на специфических свойствах термореактивных смол.

Смолы при комнатной температуре находятся в твердом состоянии, при нагреве до 70-120С размягчаются, становятся полужидкими, вязкими, клейкими. При дальнейшем нагреве до 200-250С термореактивные смолы необратимо твердеют, прочность их резко повышается и сохраняется после охлаждения до комнатной температуры.

Изготовление оболочковых форм. Модельную плиту 1, на которой закреплена модель 4 (модельную плиту и модель изготавливают из металла) (рис. 25, а), нагревают до 200-250С и на ее рабочую поверхность пульверизатором или кистью наносят тонкую пленку разделительного состава, например силиконовой жидкости, чтобы предотвратить прилипание смеси к моделям.

На горловину поворотного бункера 2 со смесью 3 устанавливают горячую модельную плиту, после укрепления которой поворачивают бункер на 180. Песчано-смоляная смесь падает на поверхность плиты и модели. Под действием тепла слой 5 смеси, прилегающий к модели и плите, прогревается за 15-25 с до температуры расплавления смолы на глубину 6-10 мм. В этом слое зерна песка оказываются склеенными расплавленной смолой. Остальную сыпучую часть смеси удаляют поворотом бункера на 180 в исходное положение. Оставшуюся полутвердую оболочку вместе с подмодельной плитой помещают в печь, где она необратимо затвердевает при температуре при нагревании ее в течении 50-60 с при температуре 300-350С. После извлечения из печи прочную оболочковую полуформу 5 снимают с модельной плиты при помощи выталкивателей 6. Также изготавливают вторую оболочковую полуформу.

Процесс изготовления оболочковых стержней аналогичен процессу изготовления полуформ. В подогретый и смазанный стержневой ящик 7 (рис.25 б) насыпают песчано-смоляную смесь 8, через 15-20 с после образования оболочки высыпают непрогретую оставшуюся сыпучую смесь. Оболочка твердеет при дальнейшем нагреве ящика. Затем ящик раскрывают и извлекают стержень 9.

Модели, плиты и стержневые ящики в основном изготавливаются из чугуна, реже из стали и алюминиевых сплавов.

Оболочковые полуформы собирают, склеивая быстротвердеющим термореактивным клеем. В охлажденную полуформу устанавливают стержень на ее края наносят клей толщиной 0,1 мм, накладывают вторую горячую (120-150С) полуформу, прижимают ее к первой специальным приспособлением и выдерживают 5-10 с для отвердения клея. Для центрирования полуформ в одной из них делают углубления, в другой – выступы 9.

Рис.25. Схема литья в оболочковую форму.подпись перевенуть

Готовые (склеенные) оболочковые формы 11 (рис. 25 в) устанавливают в металлические ящики 10, засыпают песком или чугунной дробью 12, заливают жидким металлом и получают отливку 13 после разрушения оболочки.

Особенности способа и области его применения. Применение мелкозернистых песков в смесях способствует получению гладкой рабочей поверхности оболочковых форм и стержней.

Твердение смеси непосредственно на модели или в стержневом ящике позволяет получать точные по размерам формы и стержни.

Оболочки обладают достаточной прочностью, жесткостью и газпроницаемостью в период заливки и затвердевания сплава. Вместе с тем по мере прогрева отливки теплом оболочка разрушается: прочность ее падает, она превращается в песок, что способствует свободной усадке отливок.

Отмеченные возможности дают возможность изготовлять сложные тонкостенные отливки из черных и алюминиевых сплавов массой до 100 кг. Точность отливок находится в пределах 11-14 квалитетов (11 квалитет) на отдельные размеры, не связанные с плоскостью разъема, а шероховатость поверхности соответствует 25мкм.

В оптико-механической промышленности этим способом изготовляют корпуса аэрофотоаппаратуры проекторов, лабораторных приборов.

Оболочковые стержни применяют не только в оболочковых формах, но и в песчаных, а также в кокилях для выполнения сложных полостей в алюминиевых и магниевых отливках.

Расход формовочной смеси при литье в оболочковые формы в 8-10 раз меньше, чем при литье в земляные формы.

Процесс изготовления оболочек хорошо поддается автоматизации.

3.Литье по выплавляемым моделям

Литейная форма представляет собой неразъемную тонкостенную прочную оболочку, негазотворную, высокоогнеупорную, с гладкой рабочей поверхностью. Оболочку изготовляют из мелкозернистых формовочных материалов по разовым (выплавляемым или растворяемым) моделям. Разовые модели 3 (рис. 26 а) отливки 1 изготовляют в прессформах 2 путем заливки или запрессовки шприцем беззольных, легкоплавких или легко растворимых модельных составов, например ПС50-50 (50% парафина, 50% стеарина). Прессформы выполняют одноместными или многоместными. Модели, полученные в одноместных формах, припаивают паяльником 5 к модели 4 литниковой системы, изготовляемого из того же модельного состава в прессформе.

В многоместных формах получают звенья моделей. При сборке звенья моделей насаживают на металлический каркас-стояк, последнее звено прижимают навинчиванием колпачка (из того же модельного состава) на каркас-стояк. Соединенные в одно целое модели отливок и модели литниковой системы называют блоками моделей. Затем на поверхность блока моделей наносят (формируют оболочку) слой огнеупорной смеси (рис. 26 б). В отличие от песчано-глинистой смеси, смесь, используемая при литье по выплавляемым моделям, представляет собой жидкую суспензию, состоящую из пылевидного огнеупорного материала, например пылевидного кварца циркона, корунда и связующего коллоидного раствора двуокиси кремния. Связующий раствор изготовляют путем гидролиза этилсиликата.

Рис.26 Схема процесса литья по выплавляемым моделям.

Этилсиликат – это смесь эфиров кремниевых кислот. Этилсиликат характеризуется условно процентным содержанием двуокиси кремния. На практике широко распространен этилсиликат 40, содержащий 40+2% Si₂O.

Гидролиз – это процесс замещения в эфирах этоксиальных групп (C₂H₅OH) гидроксильными группами ОН, например:

2(C₂H₅O)₁₂Si₅O₄ + 17H₂O= 5H₂OSiO₂ + 24 C₂H₅OH

кремниевая спирт

кислота

Кремниевая кислота переходит в коллоидное состояние – золь двуокиси кремния. Собственно связующим в растворе является двуокись кремния, склеивающая зерна основы. Для получения необходимой прочности формы достаточно иметь 12-16% (по массе) SiO₂ в растворе. Так как этилсиликат содержит 40% SiO₂, то при гидролизе вводят растворители – спирты или ацетон, чтобы довести содержание SiO₂ в готовом растворе, например, до12-16% . Для ускорения гидролиза вводят катализатор – соляную кислоту (0,2-0,3 HCl на 1 кг этилсиликата).

Для приготовления суспензии в бак 6 с быстроходной пропеллерной мешалкой 7 наливают растворитель, воду и соляную кислоту, затем насыпают пылевидный материал. На один объем суммы жидких составляющих дают до двух объемов пылевидного материала и перемешивают 50-60 мин.

Процесс формирования оболочки состоит в следующем. На поверхность модельного блока окунанием в бак 6 наносят суспензию, которую немедленно закрепляют сухим зернистым огнеупорным материалом (размер зерна равен 0,25 мм). Обычно огнеупорный материал наносится при спускании блока в бак 7 с «кипящим» песком. Через слой песка продувают воздух, песчинки находятся во взвешенном состоянии, а поверхность песка похожа на кипящую воду. В «кипящий» песок тело входит так же легко, как в воду. Затем образовавшийся слой оболочки толщиной около 1 мм сушат при комнатной температуре в течение 3 часов. При сушке испаряется растворитель, слой оболочки твердеет вследствие необратимого процесса перехода коллоидного раствора двуокиси кремния из неустойчивого состояния – золя в устойчивое – гель. Гель цементирует зерна основы и сообщает слою оболочки прочность. Для получения оболочки необходимой толщины на блок наносят последовательно 4- 6 слоев и более. Таким образом, цикл нанесения оболочки длится 12-18 часов. Из оболочки моделей отливок и литниковой системы удаляют выплавлением паром или в горячей воде, помещая блок в бак 8 с водой. Получают прочную неразъемную с гладкой рабочей поверхностью оболочковую литейную форму 9. Оболочка 9 после выплавления из нее моделей пропитана водой и частично модельным составом. Для удаления всех веществ, которые могут быть источниками газов, оболочку прокаливают при температуре 900- 1000С. Для прокаливания оболочки засыпают сухим песком в ящиках 10 из жаростойкой стали (рис. 26 в). После прокаливания в печи формы заливают жидким сплавом 11. Отливки с литниковой системой называют блоками отливок 12.

Литниковая система в отличие от обычного способа литья называется литниковопитающей. Она является несущей конструкцией от момента укрепления на ней моделей до момента отрезки отливок, обеспечивает заполнение полостей формы сплавом и служит прибылью в период затвердевания отливок. Поэтому металл подводят в наиболее массивные части отливок. После охлаждения блока оболочка легко отстает от наружных поверхностей, но прочно удерживается в полостях и отверстиях. Из последних ее удаляют химическим способом – выщелачиванием. (Выщелачивание – извлечение отдельных составляющих твердого материала с помощью растворителя). Отливки, отдельные от литников, загружают в переносный перфорированный барабан вместе со стальной дробью диаметром 1 мм. Барабан погружают в 45%-й водный раствор едкого натра, нагретый до 150С и вращают 30-40 мин. со скоростью 20-30 об/мин. Едкий натр взаимодействует с пленками геля в оболочке, образуя раствор силиката натрия. После выщелачивания отливки промывает в подогретой до 50- 80С воде, затем пассивирует (пассивация- перевод поверхностного слоя металла из активного (в химическом отношении) состояния в пассивное с целью придания ему коррозионной устойчивости) в водном растворе соды с 0,3% натриевой селитры и сушат.

Очищенные отливки подвергают термической обработке в печах с защитной атмосферой и контролируют.

Особенности способа и его применение. Жидкая суспензия пылевидного огнеупорного материала прочно прилипает к модели и точно воспроизводит ее очертания и поверхность. После выплавления моделей из жесткой прочной оболочки образуется неразъемная форма с гладкой рабочей поверхностью и точными размерами, что способствует получению точных по размерам (II квалитет с чистой поверхностью R_а=2,5 мкм) отливок из всех известных сплавов. Форма после прокаливания не содержит газотворных составляющих. Это уменьшает вероятность образования газовых раковин в отливках. Заливка же в горячие формы дает возможность изготовлять тонкостенные сложнейшие отливки. В горячей форме отливка затвердевает медленно, что способствует фильтрации жидкого металла из литниковопитающей системы в отливку и получению металла в ней.

Отмеченные особенности литья по выплавляемым моделям дают возможность получать отливки, сложные по конфигурации с толщиной стенки 1-3 мм и массой до 300 кг.

Стоимость 1 тонны отливок, получаемых по выплавляемых моделям, в 3- 10 раз выше, чем изготовляемых другими способами.

В приборостроении литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления отливок в основном из сталей. Обычно отливки бывают сложные небольших размеров с тонкой стенкой и чистой поверхностью. Изготовить сложную тонкостенную стальную деталь другими способами литья не представляется возможным, а изготовление из куска дороже, чем литье по выплавляемым моделям.

4.Литье в кокиль

Кокилем называют металлическую литейную форму из чугуна или стали. Перед заливкой кокилей, рабочую поверхность их окрашивают. Заливают расплав. Кокиль в 3-5 раз быстрее песчано-глинистой формы отводит тепло. Интенсивность затвердевания отливки, а также ее отдельных частей регулируют главным образом температурой нагрева кокиля и толщиной теплоизоляционной краски. Из кокиля отливку удаляют горячей, после чего кокиль охлаждают или подогревают до оптимальной температуры 200-300С. Цикл повторяется.

Особенности способа и область его применения. Для обеспечения направленного затвердевания рабочую поверхность покрывают краской. Причем литниковые каналы и прибыли покрывают более толстым слоем краски, чем рабочие поверхности, чтобы увеличить время их затвердевания. Интенсивность теплообмена между отливкой и кокилем выше, чем при литье в разовые формы. Поэтому отливки получаются с более плотной мелкозернистой структурой, что значительно повышает свойства магниевых и алюминиевых сплавов. Так как при литье в кокиль можно использовать земляные или оболочковые стержни и вставки, то это дает возможность получать отливки с существенным местным изменением свойств сплава. Например, часть отливки, затвердевающая при контакте с кокилем, тверже, чем при контакте с земляной вставкой.

Трудоемкость изготовления в кокилях меньше, чем при литье в разовые формы, качество поверхности и точность размеров отливок выше, меньше припуски на обработку, лучше условия труда.

В кокилях трудно изготовлять фасонные стальные отливки, так как из-за интенсивного теплообмена между отливкой и кокилем увеличивается вероятность образования трещин в стали.

Кокиль применяют для изготовления отливок, к которым предъявляются повышенные технические требования, например, плотные без усадочной рыхлости с повышенными механическими свойствами отливки из алюминиевых сплавов с широким интервалом температур затвердевания. Этот способ экономически целесообразно применять, когда партия составляет 300-500 отливок.

5.Литье под давлением

Физическая сущность литья под давлением

Процесс литья под давлением заключается в том, что расплавленный металл заливается в камеру прессования машины, соединенную литниковыми каналами с замкнутой полостью разъемной металлической формы. Под действием поршня металл принудительно перегоняется в полость разъемной металлической формы, заполняя ее, он затвердевает и образует отливку. При раскрытии формы отливку удаляют.

Из существующих типов машин для литья под давлением в настоящее время наибольшее распространение получила машина с горизонтально расположенной камерой прессования. На примере этой машины и рассмотрим более подробно цикл литья под давлением.

Современные машины литья под давлением (рис.4.1) состоят из следующих главных механизмов: механизма для заполнения формы (устройство перегоняющее металл из камеры прессования в форму и создающее давление на металл в форме); механизма запирания (устройство закрывающее и открывающее форму) аппаратура для управления машиной и гидравлического привода.

Рис.4.1. Схема машины литья под давлением с горизонтальной камерой прессования.