Что понимают под пластичностью формовочной смеси

Понятие о свойствах формовочных и стержневых смесей

Исходные формовочные материалы, употребляемые для изготовления разовых форм, делятся на следующие группы: основные (песок, глина) и вспомогательные (связующие для стержней, уголь, древесные опилки, торф, графит, краски для форм и стержней, припылы, стержневой клей и др.).

Для получения качественных отливок различные исходные материалы смешивают друг с другом в разных пропорциях. Основной частью формовочной смеси является кварцевый песок; глина добавляется для связывания зерен песка между собой. В зависимости от рода сплава в формовочных смесях, кроме песков и глин, применяют высокоогнеупорные материалы в виде шамота, хромистого железняка, магнезита, асбеста или вводят про-
тивопригарные вещества типа каменноугольной пыли, графита, пылевидного кварца, мазута, талька и т. п.

При изготовлении стержневых смесей применяют связующее на основе растительного масла (4ГУ), продуктов переработки нефти, торфа, угля, сланцев и древесины (ГТФ, П, ПС, УСК-1, КО, ПТ, сульфитная барда и др.), синтетической смолы (М, УКС, ВР-1, ФФ-1С, ПК-104), неорганических соединений (этилсили-кат, жидкое стекло, цемент) и др.

Для получения качественных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать разнообразными свойствами, главнейшими из которых являются: пластичность, влажность, прочность, газопроницаемость, податливость, огнеупорность, непри-гораемость, долговечность.

Пластичность — свойство формовочной смеси отчетливо воспроизводить отпечаток модели или стержневого ящика. Необходимая пластичность достигается определенным содержанием в смеси глины и воды.

Влажность влияет на свойства формовочных смесей. Недостаток влаги приводит к снижению прочности смеси и увеличению осыпаемости формы, а ее избыток — к снижению прочности и газопроницаемости. Особое влияние на качество отливок оказывает влажность при производстве литья в сырых формах.

Прочность — способность уплотненной смеси сопротивляться внешним усилиям. При недостаточной прочности смеси отдельные части формы могут разрушаться, что может быть причиной брака отливки.

Г азопроницаемость характеризует свойство формовочной смеси в уплотненном состоянии пропускать газы. Это свойство смеси необходимо для удаления из полости формы водяных паров и газов, выделяющихся из самой смеси и из расплава во время ее заполнения.

Податливость — способность смеси литейных форм и стержней деформироваться под действием сил, возникающих при усадке отливки. Недостаточная податливость приводит к образованию горячих трещин.

Огнеупорность — свойство формовочных материалов не размягчаться и не расплавляться под воздействием высокой температуры залитого металла. Недостаточная огнеупорность приводит к образованию на поверхности отливок термического пригара, ухудшающего качество отливок и затрудняющего процесс очистки.

Непригораемость характеризует свойство формовочной смеси легко отделяться от поверхности отливки в процессе выбивки форм. Это свойство смеси обусловливается взаимодействием ее составляющих с окислами заливаемого в форму металла.

Долговечность — способность формовочных материалов сохранять свои свойства после повторных заливок.

Источник

Что понимают под пластичностью формовочной смеси

Пригодные для изготовления литейных форм формовочные пески с необходимым содержанием глины встречаются в карьерах редко. Исключением являются некоторые пески Каслинских карьеров на Урале (Лазаретский и Конский). В большинстве же случаев глину и песок добывают отдельно и смешивают в определенных пропорциях для получения смеси, необходимой для формовки. На рисунке ниже показана схема структуры формовочной смеси.

Основную часть смеси составляют зерна 1 песка, оболочка глины 2 обеспечивает склеивание зерен песка и прочность смеси. Междузерновые пространства 3 обеспечивают газопроницаемость смеси. Для получения художественной отливки, имеющей сложный рисунок поверхности и тонкие стенки, большую роль играет качество формовочной смеси, из которой приготовляют литейную форму. Качество формовочной смеси определяется следующими качествами:

Прочность формовочной смеси зависит от количества в ней глины и влаги, от формы и поверхности зерен песка и степени уплотнения смеси в форме. Чем больше в смеси глины при нормальном содержании влаги, тем равномернее на каждом зерне песка слой глины, тем прочнее зерна смеси склеены между собой. Чем шероховатее поверхность зерен смеси и выше степень уплотнения ее в форме, тем прочнее формовочная смесь.

Газы препятствуют нормальному заполнению металлом полости формы. Заполнение полости металлом может быть неполным, если газы не будут своевременно удалены из формы. При повышенном давлении газа в форме он может проникать в жидкий металл и образовывать газовые раковины в отливках.

Полость формы заполняется металлом нормально, если в процессе заливки газ из нее выходит через вентиляционные каналы формы или непосредственно через ее стенки — уплотненную формовочную смесь. Способность формовочной смеси пропускать через стенки формы пары и газы, образующиеся при ее заливке, называется газопроницаемостью. Газопроницаемость формовочной смеси зависит от однородности, размера и формы зерен песка, количества глины и влаги, находящихся в смеси, и от степени уплотнения смеси в форме. Формовочные смеси с крупными округлой формы зернами песка, с небольшим содержанием глины и влаги обладают хорошей газопроницаемостью. Смеси с мелкими остроугольной формы зернами песка, с большим содержанием глины и влаги имеют меньшую газопроницаемость. Частицы песка в такой смеси, плотно прилегая друг к другу, оставляют малые между- зерновые пространства, являющиеся каналами для газов в стенках формы. Сильное уплотнение смеси в форме снижает ее газопроницаемость.

Поэтому лучшей считается такая формовочная смесь, у которой газотворная способность меньше. Формовочная смесь не должна выделять большого количества газов, особенно сразу после заливки формы, когда газ, стремясь выйти из формы, могут проникнуть в еще не затвердевший металл и оставаться в нем, в результате чего могут образоваться газовые дефекты.

Огнеупорность. При заливке формы металлом ее стенки подвергаются действию высокой температуры, а слой формовочной смеси, соприкасающейся с металлом, может образовать на поверхности отливки трудноотделимую корку пригара. В этом случае отливка будет иметь неровную шероховатую поверхность, очистка которой иногда стоит дороже самой отливки. В отливках художественных изделий, имеющих сложную поверхность, пригар во многих случаях считается неисправимым браком. Хорошая формовочная смесь не должна оплавляться при соприкосновении с металлом; температура оплавления-спекания смеси должна быть выше температуры заливаемого в форму металла. Способность формовочной смеси сопротивляться оплавлению под действием температуры металла называют огнеупорностью.

Огнеупорность смеси зависит от размеров зерен песка и его химического состава. Чем крупнее зерна, тем труднее металлу оплавлять их при заливке формы, тем меньше смесь будет пригорать к стенкам отливки. Чем меньше в смеси легкоплавких составляющих, тем выше ее огнеупорность.

Литейная форма, особенно та ее часть, которая образует внутреннюю полость отливки (выступ, стержень), не должна сопротивляться усадке металла отливки. В противном случае из-за напряжений, возникающих в металле, в стенках отливки могут образовываться трещины Свойство формовочной смеси, характеризующее сопротивление усадке отливки в форме, называется податливостью.

Долговечность. Долговечность формовочной смеси — это ее способность сохранять свои первоначальные свойства после многократного использования. Под действием высокой температуры металла, заливаемого в форму, зерна песка смеси растрескиваются, глина теряет свою связующую способность и превращается в пыль. Для дальнейшего использования такой смеси ее следует освежать, т. е. добавлять в нее свежие материалы и отсеивать мелкие частицы — пыль.

Долговечность формовочной смеси зависит от правильного обращения с ней и ее хранения. Бережное обращение со смесью правильное ее использование увеличивает срок службы смеси, сокращает расход формовочных материалов, снижает стоимость отливок.

Источник

Требования к формовочным и стержневым смесям

Пластичность формовочных и стержневых смесей

Пластичностью называется способность смесей деформироваться под действием внешних нагрузок без нарушения целостности и сохранять приданную им форму после снятия нагрузки. Эти свойства необходимы для получения в форме отчетливого отпечатка модели. Пластичность формовочной смеси возрастает при увеличении содержания в ней воды до 6%, глины и связующих мм и риалов, а также песка с мелким зерном.

Газопроницаемость формовочных и стержневых смесей

Газопроницаемостью называется способность смесей пропускать газы вследствие своей пористости. Из формовочных материалов во время заливки формы сплавом выделяется большое количество газов. Если газопроницаемость смеси недостаточна, то газы опадают в металл, что вызывает брак отливки по газовым раковинам. Чем крупнее и чем однороднее по размерам зерна песка,. Чем меньше в смеси глины, тем газопроницаемость смеси выше. Газопроницаемость определяют прибором, на котором через стандартный образец, изготовленный из формовочной смеси, пропускают 2000 см 3 воздуха и определяют время прохождения воздуха. По полученным данным по расчетной формуле подсчитывают газопроницаемость смеси в условных единицах. Газопроницаемость формовочных смесей колеблется от 30 до 150 единиц.

Прочность формовочных и стержневых смесей

Противопригарность формовочных и стержневых смесей

Противопригарностью формовочных и стержневых смесей называется способность смесей не сплавляться и не спекаться с расправленным металлом. Формовочные смеси иногда пригорают к отливке и образуют на ее поверхности сплошную корку из смеси окиси металла и песка, которая сильно затрудняет механическую обработку.

Податливость формовочных и стержневых смесей

Податливостью называется способность смесей сжиматься под действием внешних сил. Это необходимо для того, чтобы форма или стержень не препятствовали свободной усадке при затвердевании отливки. При недостаточной податливости материала формы в остывающей отливке возникают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин.

Хорошей податливостью обладает крупный речной песок. Глина, располагаясь в промежутке между зернами песка, ухудшает податливость формовочной смеси. Состав и свойства формовочных материалов, применяемых для изготовления смесей, играют большую роль в получении качественной отливки.

Источник

Свойства формовочных смесей

Для получения отливок высокого качества формовочные и стержневые смеси, из которых делают разовые литейные формы, должны обладать определенными механическими, технологическими и физическими свойствами.

Основные механические свойства смесей, прочность, поверхностная прочность, пластичность, податливость.

Прочность– способность смеси обеспечивать сохранность формы (стержня) без разрушения при ее изготовлении и пользовании. Формы (стержни) не должны разрушаться от толчков при сборке и транспортировке, выдерживать давление заливаемого металла. Стандартными характеристиками являются для сырых смесей – предел прочности при сжатии s_сж, для сухих форм (после сушки) – предел прочности при растяжении s_р. Для песчано-глинистых смесей s_сж = 30. 70кПа, s_р= 80. 200 кПа.

Поверхностная прочность(осыпаемость) – сопротивление истирающему действию струи металла при его заливке. При недостаточной поверхностной прочности наблюдают осыпаемость, т.е. отделение частиц формовочной смеси, попадающих в отливку.

Пластичность– способность смеси воспринимать очертания модели (стержневого ящика) и сохранять полученную форму.

Податливость– способность смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава. При недостаточной податливости в отливке возникают напряжения, которые могут привести к образованию трещин.

Технологические свойства смесейхарактеризуются их текучестью, термохимической устойчивостью, негигроскопичностью, выбиваемостью и долговечностью.

Текучесть– способность смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого ящика. Перемещение частиц формовочных смесей должно происходить при возможно минимальном усилии в процессе формовки и обеспечивать одинаковое уплотнение во всех частях формы (стержня) без рыхлых мест и пустот.

Термохимическая устойчивость или непригораемость –способность смеси выдерживать высокую температуру заливаемого сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия. Пленки пригара ухудшают качество поверхности и затсудняَт ооследуюшую обрааотку отливки. При оплавлении формовочной смеси резко снижается ее газопроницаемость.

Негигроскопичность– способность смеси после сушки не поглощать влагу из воздуха в течение длительного времени.

Выбиваемость– способность легко удаляться из форм и полостей отливок при их выбивке после охлаждения. Хорошую выбиваемость имеют смеси, в которых связующие вещества теряют прочность при нагреве после заливки сплава.

Долговечность– способность смесей сохранять свои свойства при многократном использовании.

Технологические свойства не могут быть выражены количественно, их оценивают по экспериментальным данным.

Теплофизические свойства– теплопроводность, удельная теплоемкость – существенно влияют на скорость кристаллизации металла и его последующего охлаждения и тем самым на структуру и свойства отливок.

Свойства песчано-глинистых смесей являются функцией многих параметров. Так, прочность и пластичность их увеличиваются с повышением содержания глины, зависят также от размеров и формы зерен песка, влажности и других факторов. Составы формовочных и стержневых смесей с требуемыми свойствами выбирают в зависимости от литейного сплава, массы и конфигурации отливок и других условий.

Источник

Определение свойств формовочной смеси

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

раздел: Литейное производство

Набережные Челны, 2006

Технология конструкционных материалов. Лабораторный практикум (раздел: литейное производство) для студентов технических специальностей / Составители: Волков Д.А, Жигулев И.О. Набережные Челны: ИНЭКА, 2006.

Лабораторный практикум предназначен для студентов, выполняющих лабораторные работы по курсу «Технология конструкционных материалов». Приводится описание порядка выполнения лабораторных работ, методические указания, краткие теоретические положения и контрольные вопросы.

Работа подготовлена на кафедре «Машины и технология обработки металлов давлением» и предназначена для студентов технических специальностей.

Рецензент: профессор, д.т.н. Шибаков В.Г.

Печатается в соответствии с решением научно-методического совета Камской государственной инженерно-экономической академии

Введение

Раздел «Литейное производство» лабораторного практикума по технологии конструкционных материалов составлен в соответствии с учебной программой подготовки студен­тов технических специальностей.

Целью проведения лабораторных работ является закрепление теоретического материала курса и ознакомление студента на практи­ке с методами и приборами проведения испытаний формовочных материалов и смесей, а также приобретение навыков в проведении и оформление законченных экспериментальных работ.

Раздел «Литейное производство» состоит из двух работ, каждая из которых рассчитана на 4 часа, содержит необходимые теоретические сведения, описание методики, оборудования, приборов, материалы для проведения работ, а также методические указания порядка выполнения работ и составления отчетов.

В основе каждой лабораторной работы положено параллельное выполнение работ и принцип максимальной самостоятельности сту­дентов.

В отдельных случаях персоналом лаборатории могут выполняться вспомогательные работы, такие как подготовка исходных формовочных материалов, связующих, приборов и приспособлений.

Началу работ предшествует вводная беседа преподавателя, в которой студентам даются некоторые теоретические сведения, отно­сящиеся к данной работе, ставятся задачи лабораторной работы, разъясняются последовательность ее выполнения, правила внутрен­него распорядка и требования, предъявляемые к отчету.

Приступая к выполнению работы, студент должен изучить нас­тоящее руководство, методику и принцип работы приборов. Лабораторные работы проводятся под руководством преподавателя и лабо­ранта.

По работе составляется отчет, где должно быть отражено: название и цель работы, дата проведения, номер группы и фамилия студента; основные теоретические данные по работе, методике и порядок ее проведения, необходимые схемы; таблицы, графики, выводы и рекомендации.

Оформленный отчет сдается преподавателю перед началом сле­дующей работы.

Студенты, пропустившие лабораторную работу, выполняют ее в конце семестра по особому графику.

Студент, не сдавший в установленный срок лабораторные ра­боты, зачет не получает и к экзаменам не допускается.

Лабораторная работа № 1

Определение свойств формовочной смеси

Цель работы: изучение методики определения влажности и газопроницаемости в формовочной смеси; изучение влияния влаги на свойства формовочной смеси, изучение влияния добавок (глины, влаги и др.) на газопрони­цаемость формовочной смеси.

Оборудование и инструмент: Лабораторные бегуны, технические весы с разновесами, сушильный шкаф с термометром для измерения температур до 300°С, прибор для ускоренного определения влажности, прибор для определения газопроницаемости, коробка для смеси, сухой песок, формо­вочная глина, вода.

Для изготовления разовых форм применяются единые, облицовоч­ные и наполнительные формовочные смеси. Единые смеси, как пра­вило, используется для формовки по сырому, т.е. когда заливка металла производится в сырые формы. Облицовочные смеси служат для выполнения поверхности формы, непосредственно контактирующей с металлом.

Их применяют при изготовлении средних и крупных форм, которые подвергают сушке или поверхностной подсушке. Облицовочную смесь наносят на модель слоем 50-60 мм, остальной объём опоки заполняют наполнительной смесью. В последнее время в качестве облицовочных смесей крупных форм используют самотвердеющие смеси, позволяющие исключить операцию сушки.

В зависимости от условий работы и технологического процесса изготовления отливки формовочные и стержневые смеси должны обладать следующими основными свойствами:

1) прочностью – способностью форм и стержней не разрушаться под действием внешних усилий;

2) поверхностной прочностью (осыпаемостью) – сопротивлением поверхностного слоя формы или стержня истирающим усилиям;

3) поверхностной твердостью – способностью поверхности формы (или стержня) сопротивляться проникновению в нее более твердого тела;

4) газопроницаемостью – способностью смеси пропускать через себя газы, выделяемые формой и жидким металлом; если газопроницаемость смеси недостаточна, то газы попадают в металл, вызывая брак отливки.

Газопроницаемость формовочной смеси зависит от величины и формы зерен формовочного песка, количества глины в смеси, влажности и степени уплотнения смеси при формовке. Чем крупнее и однороднее зерна песка, тем больше размеры пустот между ними и тем легче проходят газы через стенки формы или стержня. Однако грубые и очень крупные пески дают шероховатую неровную поверхность отливки. Средние и мелкие пески способствуют образованию ровной и гладкой поверхности отливки, но газопроницаемость их в несколько раз ниже. Поэтому при выборе песка руководствуются весом и конфигурацией отливки. Содержание глины в небольших количествах (6-7%) практически не снижает газопроницаемости, так как глина в виде оболочки окружает зерна песка, незначительно уменьшая сечения каналов для прохода газов. При обычном содержании глины в смеси (8-12%) газопроницаемость снижается более чем на 20%.

5) малой газотворностью – способностью смеси выделять газы при нагревании;

6) текучестью – способностью смеси перемещаться под действием внешних усилий или собственного веса;

7) податливостью – способностью форм и стержней сжиматься при усадке остывающей отливки;

8) влажностью – способностью смеси удерживать влагу;

9) низкой гигроскопичностью – способностью компонентов поглощать влагу из окружающей среды;

10) малой прилипаемостью – способностью смеси прилипать к стенкам модели или стержневого ящика;

11) огнеупорностью – способностью смеси выдерживать высокую температуру без оплавления;

12) низкой пригораемостью – способностью смеси привари­ваться к стенке отливки в результате механического и химического взаимодействия с металлом;

13) высокой выбиваемостью – способностью форм и стержней легко разрушаться после охлаждения отливки;

14) долговечностью – способностью смеси сохранять свои свойства после повторных заливок;

15) «живучестью» – способностью смесей сохранять свои физико-механические свойства от момента их приготовления до применения.

В литейных цехах контроль качества формовочных и стержне­вых смесей сводится к определению следующих физико-механических характеристик: влажности, газопроницаемости, предела проч­ности при сжатии во влажном и высушенном состояниях, предела прочности при растяжении, а иногда при изгибе.

Кроме того, при разработке новых составов смесей производят определение газотворности, осыпаемости, поверхностной твердости, долговечности, текучести, выбиваемости и «живучести».

Методика определения влажности

Под влажностью формовочной смеси понимается содержание в ней свободной и гидроскопической влаги, выражаемой в процентах к весу смеси. Влияние влажности на газопроницаемость показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зависимость газопроницаемости смесей от содержания влаги

Содержание влаги в смесях определяют одним из двух методов: нормальным и ускоренным.

Нормальный метод. Навеску 50±0,01 г. исследуемой смеси помещают в предварительно высушенные и взвешенные фарфоровые чашки и переносят в сушильную печь. Температура в печи должна быть 105-110°C.

По истечении 1 часа чашку с навеской вынимают из печи и взвешивают, затем опять помещают в печь. Этот процесс повторяют до установления постоянного веса. После этого чашку с навеской охлаждают до комнатной температуры. Охлажденную навеску взвешивают.

Влажность смеси определяется по формуле:

, (1)

где G – вес смеси до сушки в граммах;

G₁– вес смеси после сушки в граммах.

Ускоренный метод. В предварительно высушенную и взвешенную металлическую чашечку с сетчатым дном помещают 25±0,01 грамм смеси. Чашечку с навеской устанавливают в прибор и пропускают через неё нагретый до температуры 110-150 о С воздух в течение 5-6 мин.

После этого навеску с чашечкой взвешивают и по приведенной выше формуле определяют содержание влаги в смеси.

В настоящее время для ускоренного определения влаги в формовочных смесях используют новый прибор (рисунок 2) лампового типа. Навеску 1 исследуемой смеси насыпают на поворотный столик 3 прибора, а затем помещают под колпак 2 на 3 мин.

Рисунок 2 – Прибор для определения влажности смеси

Для определения газопроницаемости смеси существует два метода: нормальный и ускоренный.

Нормальный метод. Через стандартный образец диаметром 50 мм и высотой 100 мм пропускают 2000 см 3 воздуха при комнатной температуре, при этом фиксируют давление воздуха перед образцом и время прохождения всего объема воздуха.

Величину газопроницаемости вычисляют по формуле:

, (2)

где V – объем воздуха, прошедшего через образец, в см 3

h – высота образца, см.

P – давление воздуха перед образцом, г/см 2

t – время прохождения через образец см 3 воздуха в мин

Газопроницаемость выражается безразмерным числом.

Газопроницаемость смеси определяют на специальном приборе (рисунок 3). Трёхходовой воздушный кран 10 прибора ставят в положение «открыто» и осторожно поднимают колокол 3 до тех пор, пока отметкаX, имеющаяся на колоколе, не совпадёт с верхней кромкой бака 5; после этого кран прибора переклю­чают на положение «закрыто».

Из исследуемой смеси изготавливают стандартный образец в металлической гильзе. Гильзу с образцом 7 вставляют в чашку 9 затвора и поворотом гайки плотно зак­репляют.

Кран 10 ставят в положение «испытание», колокол 3 начинает опускаться. При совпадении отметки 0 на колоколе с краем бака 5 включают секундомер; при прохождении отметки 1000 фикси­руют по манометру12 давление воздуха Р под испытуемым образ­цом, а при прохождении отметки 2000 останавливают секундомер и фиксируют время, в течение которого через образец прошло 2000 см 3 воздуха. Трехходовой кран ставят в положение «зак­рыто». Зная Р и t по формуле находят газопроницаемость смеси. За показатель газопроницаемости принимают среднее арифметическое результатов испытания трёх образцов.

Если результат одного испытания, отличается от среднего ариф­метического, более чем на 10%, испытания повторяют на трёх но­вых образцах.

1 – ручка; 2 – грузы; 3 – колокол; 4 – стержень; 5 – бак; 6 – направляющая трубка;

7 – исследуемый образец; 8 – ниппель; 9 – чашка затвора; 10 – трехходовой кран;

11 – воздухопровод; 12 – водяной манометр; 13 – станина.

Ниппели устраняют необходимость пропускания через образец 2000 см 3 воздуха и позволяют определять газопроницаемость смеси по показаниям водяного манометра с помощью таблицы 1.

Порядок проведения работы

1. Приготовить формовочную смесь следующего состава:

кварцевого песка – 82 %

формовочной глины – 3 %

влаги произвольное количество.

2. Определить влажность смеси по обычному способу и ускоренному способу.

3. Приготовить формовочную смесь следующего состава:

кварцевого песка – 92 %

формовочная глина – 3 %

кварцевого песка – 88 %

формовочная глина – 7 %

4. Определить газопроницаемость формовочных смесей по нормальному и укрепленному составу.

1. Состав смеси и режим ее приготовления.

2. Описание методики определения влажности.

3. Описание методики определения газопроницаемости.

5. Результаты испытаний.

1. Какими свойствами должны обладать формовочные и стержневые смеси?

2. Влияние влаги на свойства формовочной смеси.

3. Влияние влаги на качество отливки (газовые поры и раковины).

4. Оптимальное содержание влаги в формовочных смесях в летний и зимний периоды.

5. Методы определения влаги в формовочных смесях.

6. Понятие о газопроницаемости формовочной смеси.

7. Какова газопроницаемость сухого и сырого образца.

8. Методика определения газопроницаемости формовочной смеси.

9. Связь между газопроницаемостью литейной формы и качеством отливки (газовыми раковинами и газовой пористостью).

1 Курдюмов А.В., Михайлов A.M. и др. «Лабораторные работы по технологии литейного производства» издат. М.: 1970

2 Берг П.П. «Формовочные материалы» М.: Машгиз, 1963

Лабораторная работа № 2

Литейные формы

Цель работы: приобретение практических навыков расчета литниковой системы и изготовления разовой литейной формы, ознакомление с формовочным инструментом и приспособлениями, с процессом заливки формы металлом, выбивки отливки и определении видов брака.

Оборудование и инструмент: модель отливки, опоки, формовочный инструмент и приспособления, формовочные смеси, кокиль.

Литейное производство – это отрасль машиностроения, где фасонные детали или заготовки получают заливкой жидкого металла в специальную литейную форму. Литейная форма – это система элементов, образующих рабочую полость, конфигурация которой соответствует изготовляемой детали. При охлаждении залитый металл затвердевает. Полученные таким путем детали или заготовки называются отливками.

В зависимости от материала (песчано-глинистая смесь, сплавы различных металлов, огнеупоры, гипс, цемент и др.) из которого изготовлена литейная форма их делят на разовые, полупостоянные и постоянные.

Разовыми называются формы из песчано-глинистых смесей. Они служат для получения лишь одной отливки. При выбивании готовой отливки форма разрушается.

Полупостоянными называются формы, изготовленные из огнеупорных материалов – шамота, магнезита и др. Такие формы выдерживают несколько десятков заливок.

Постоянными называются формы, изготовленные из сплавов различных металлов. Такие формы называют кокиль. В них может быть получено от несколько сотен до десятков тысяч отливок. Лучшим материалом для изготовления кокилей является серый чугун, который удовлетворяет основным требованиям металлической формы – достаточной теплопроводностью, хорошо противостоит разгару и короблению. Также кокили изготавливают из сталей и иногда из цветных металлов.

Формовочные смеси могут быть различных типов: единые (используют в массовом производстве при машинной формовке), облицовочные и наполнительные (используют в индивидуальном производстве).

Литейная форма (рисунок 4) состоит из двух полуформ (верхней и нижней), которые образуют полость. Полуформы изготавливаются из песчано-глинистой смеси в литейных опоках (приспособления для удержания смеси, т.н. рамки из стали, чугуна или из алюминиевых сплавов). Центрирование верхней опоки с нижней осуществляется фиксирующими штырями. Для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки, используется модельный комплект – совокупность технологической оснастки, в который входят модели, модели элементов литниковой системы, стержневые ящики и т.д.

Модель – приспособление для образования полости в литейной форме. Форма и размеры этой полости близки к конфигурации отливки. По конструкции модели бывают не разъемными (цельными), разъемными и с отъемными частями. В серийном и массовом производствах применяют металлические и пластмассовые модели, в мелкосерийном и индивидуальном – деревянные. Модель имеет большие размеры, чем отливка или готовая деталь, т.к. изготавливается с учетом припусков на усадку (свойство литейных сплавов уменьшаться в объеме при затвердевании) и механическую обработку.

Модель формирует внешние контуры отливки. Для образования внутренних полостей отливки, отверстий и других сложных контуров служат стержни, которые устанавливают в углубления в форме. Эти углубления остаются после извлечения модели в форме от специальных выступов – стержневых знаков (рисунок 4), предусмотренных на модели.

Рисунок 4 – Литейная форма в сборе:

Весь процесс формовки осуществляется в опоках. Их наполняют формовочной смесью лопатами и уплотняют ее пневматическими и ручными трамбовками. После сборки литейная форма заливается жидким металлом. Для вывода газов и воздуха из формы при ее заливке изготавливают выпоры, одновременно служащие для контроля заполнения формы металлом. Газопроницаемость стенок формы повышают накалыванием вентиляционных каналов.

Для подвода расплавленного металла в полость формы, ее заполнения и питания отливки при затвердевании используется литниковая система – система вертикальных и горизонтальных каналов. Эта система должна обеспечивать заполнение литейной формы жидким металлом с необходимой скоростью, непрерывную подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке, выход паров и газов из полости формы, задержание шлака и других неметаллических включений, иметь, по возможности, малый вес и легко отделяться от отливки.

Литниковая система (рисунок 5) состоит из литниковой чащи 1, стояка (вертикального конического канала) 2, шлакоуловителя 3 и питателей 4. Литниковая чаща служит для приема жидкого металла из ковша. В ней ослабляется динамический напор струи и частично отделяется из металла шлак. Шлакоуловитель трапецеидальный, сечение его большее, чем у питателей. Поэтому шлаковые и земляные включения успевают всплыть на поверхность металла и задержаться в шлакоуловителе. Питатели служат для подвода жидкого металла в полость формы и располагаются в нижней ее половине.

Рисунок 5 – Литниковая система

Во избежании брака отливок литниковая система должна быть заполнена жидким металлом на протяжении всего времени заливки формы. Разрыв струи приводит к засасыванию воздуха и шлака в полость формы и к образованию оксидных плён. Поэтому между элементами литниковой системы (питатели, шлакоуловитель, стояк) должно соблюдаться определенное соотношение, величина которого определяется маркой литейного сплава:

Расчет литниковой системы производится по способу Озанна-Диттерта.

Сечение питателей находим по формуле:

, (3)

r – плотность материала отливки, кг/см 3 ; (сталь 0,0073 кг/см 3 ; чугун 0,0078 кг/см 3 ; алюминий 0,0023 кг/см 3 )

t – продолжительность заливки, сек;

m – коэффициент расхода литниковой системы;

g – ускорение силы тяжести, см/с 2 ; g=981;

, (4)

где G_ОТЛ – масса отливки, кг;

Продолжительность заливки полости отливки определяем по формуле:

, (5)

где S – коэффициент, учитывающий толщину стенок отливки;

d – средняя толщина стенки отливки, мм;

Расчетный напор металла определяется по формуле:

, (6)

где Н – высота стояка от места подвода расплава в форму, см;

Р – высота отливки от места подвода расплава, см;

По найденной площади поперечного сечения питателей F_п, с учетом количества питателей n, определяем площадь шлакоуловителя F_шл и стояка F_cт.

Наибольшее применение получило литье в кокиль алюминиевых и магниевых сплавов. Этим методом получают головки блоков автомобилей, поршни, корпуса масляных насосов и т.д. В отличие от разовых форм, разрушаемых после каждой заливки, кокили можно заливать металлом много раз.

Литейная форма изготавливается из теплостойкой легированной стали (обычно применяют 5ХНМ). Форма изготавливается разборной. Внутреннее очертание формы соответствует наружной конфигурации отливки. С целью исключения пригара заливаемого металла к поверхности формы внутренняя полость формы смазывается специальной краской или графитом.

При литье в кокиль сокращается рас­ход формовочной и стержневой смесей. Ко­кильные отливки имеют высокую гео­метрическую точность размеров и ма­лую шероховатость поверхности, что снижает припуски на механическую об­работку вдвое по сравнению с литьем в песчаные формы. Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты из залитого металла, что обеспечивает более высокие плотность металла и ме­ханические свойства, чем у отливок, полученных в песчаные формы. Этот способ литья высокопроизводителен.

Недостатки кокильного литья: высо­кая трудоемкость изготовления коки­лей, их ограниченная стойкость, тру­дность изготовления сложных по кон­фигурации отливок, пониженная заполняемость формы, частое получение отбела в отливках из чугуна, что затрудняет их механическую обработку.

Конструкция кокиля для получения литой латунной гайки представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Металлическая форма – кокиль:

Порядок проведения работы

1. Произвести расчет параметров литниковой системы для своего варианта согласно таблицы 3.

Таблица 3 – Исходные данные для расчета литниковой системы

2. Формовка по разъемной модели в двух опоках начинается с изготовления нижней полуформы и производится в следующей последовательности:

— нижнюю половину модели кладут плоскостью разъема вниз на подмодельную плиту, припыливают пудрой и накрывают нижней опокой;

— через сито просеивают облицовочную смесь, покрывая модель слоем толщиной 15-20 мм, а остальную часть опоки засыпают с избытком наполнительной смесью;

— уплотняют смесь ручной трамбовкой;

— срезают излишки формовочной смеси заподлицо с опокой;

— иглой накалывают вентиляционные каналы;

— набитую опоку переворачивают на 180º;

— на нижнюю полумодель устанавливают верхнюю полумодель и припыливают ее;

— плоскость разъема формы посыпают разделительным сухим песком;

— на нижнюю опоку по штырям накладывают верхнюю опоку;

— устанавливают модели шлакоуловителя, стояка, выпора;

— просеивают облицовочную смесь, уплотняя ее руками вокруг модели литниковой системы;

— засыпают верхнюю опоку с избытком наполнительной смесью;

— уплотняют формовочную смесь и срезают излишки смеси заподлицо с опокой;

— накалывают вентиляционные каналы в верхней полуформе и вырезают возле стояка литниковую чащу;

— удаляют из формы модели стояка и выпора;

— снимают верхнюю опоку и переворачивают на 180º;

— кистью смачивают формовочную смесь вокруг полумодели;

— удаляют полумодели из формы;

— в нижней полуформе вырезают питатели;

— устанавливают в нижнюю полуформу готовые стержни, если деталь с отверстием;

— накрывают верхней полуформой и нагружают.

— нагретые в печи полуформы с помощью транспортировочных штырей переносятся на стол;

— внутренняя поверхность полуформ смазывается графитолом;

— складывают по центрирующим штырям полуформы;

В отчете указать тему и цель работы, используемое оборудование и инструмент, понятие о форме, ее материалах, литниковой системе, привести эскизы используемой модели, литниковой системы, формы в разрезе и полученной отливки.

1. Что такое литейная форма?

2. Какие бывают формы в зависимости от их материала?

3. Что собой представляет литниковая система? Ее элементы?

4. Что должна обеспечивать литниковая система

5. Что такое опока? Что такое модель? Каковы ее конструкции? Из чего изготавливают модели?

6. Как готовиться формовочная смесь?

7. Какова технология изготовления разовой литейной формы?

8. Назначение выпора, вентиляционных каналов?

1 Рожнецкий И.А., Колесничеснко А.Г., Иванов В.Т. Практические и лабораторные работы по литейному производству. – К.: Вища школа, 1973.

2 Дальский А.М. Технология конструкционных материалов. – М.: Машиностроение, 1985.

3 Казаков Н.Ф., Осокин А.М. Технология металлов и других конструкционных материалов. – М.: Металлургия, 1975.

Источник