Технологий литейного производства - Титов Н.Д., Степанов Ю.А.

Автор: Титов Н.Д. Степанов Ю.А.

Теги: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления машиностроение металлургия металлы литейное производство издательство машиностроение

Год: 1974

Похожие

Технология литейного производства

Основы литейного производства

Технология литейного производства

Текст

Т 45 -
УДК 621.74.002(075.3)
Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технологий литейного
производства. М., «Машиностроение», 1974, 472 с.
В учебнике описаны процессы производства модель-
ных комплектов, приготовления формовочных и стерж-
невых смесей, изготовления литейных форм и стержней,
плавки, заливки, выбивки и очистки отливок. Приведены
конструкции и методы расчета литниковых систем для
отливок из различных сплавов.
Изложены основы' теории литейных процессов, воп-
росы приготовления жидких сплавов, а также особен-
ности производства отливок из ковкого чугуна, стали,
цветных сплавов. Приведены общие сведения по спе-
циальным способам литья. *
Учебник написан в соответствии с учебной програм-
мой для техникумов по специальности «Литейное про-
изводство черных металлов» и предназначен для уча-
щихся машиностроительных техникумов.
Рецензенты: Цикловая комиссия
литейного производства Ленинградского
машиностроительного техникума
(инж. Н. М. Гудков) и инж. Д. Т. Карасева
31204-043
038(01)-74
© Издательство «Машиностроение», 1974 г,
ВВЕДЕНИЕ
Партией и Правительством поставлены грандиозные задачи
по созданию материально-технической базы коммунизма. Особенно
большое внимание обращено на развитие машиностроения, опре-
деляющего прогресс в экономике страны. Большие задачи стоят и
перед литейным производством. Значение литейного производства
в народном хозяйстве чрезвычайно велико: почти все машины и
приборы имеют литые детали. Нет такой отрасли машиностроения,
приборостроения, строительства, где не применялись бы отливки.
Литье является одним из старейших способов, которым еще в
древности пользовались для производства металлических изде-
лий — вначале из меди и бронзы, затем из чугуна, а позже из стали
и других сплавов.
Первым литейным заводом в России по производству бронзовых
отливок был пушечно-литейный завод (Пушечная изба), построен-
ный в Москве в 1479 г.
В России были изготовлены самые крупные в мире отливки,
такие, как «Царь-колокол» (Иваном Моториным), «Царь-пушка»
(Андреем Чеховым), замечательные произведения искусства: памят-
ник Минину и Пожарскому, «Медный всадник» и т. д. Первые чу-
гунные отливки изготовлялись на металлургических заводах непо-
средственно из жидкого металла, выплавленного в доменных печах.
Позже на машиностроительных заводах стали строить самостоя-
тельные чугунолитейные цехи, где в специальных печах перепла-
вляли чушковый доменный чугун с металлическим ломом. Цех
такого типа впервые был построен в 1774 г. на Гусевском заводе,
где были установлены опрокидывающиеся шахтные печи — про-
тотип современных вагранок. В 1868 г. на Мальцевских заводах
впервые были получены стальные фасонные отливки.
После Великой Октябрьской революции начался рост промыш-
ленности и соответственно литейного производства. За годы Совет-
ской власти построено много крупных литейных цехов и заводов,
оснащенных современным оборудованием, освоены новейшие спо-
собы производства отливок.
СССР занимает по выпуску отливок одно из ведущих мест в мире.
Бурный рост народного хозяйства поставил перед литейным
производством задачу: удовлетворить потребности различных от-
1*
3
раслей промышленности в отливках при постоянном росте их вы-
пуска.
Основными процессами литейного производства являются плавка
металла, изготовление форм, заливка металла и охлаждение, вы-
бивка, очистка, обрубка отливок, термическая обработка й конт-
роль качества отливок.
В зависимости от металлов, из которых изготовляют отливки,
различают отливки из черных металлов и сплавов (стали, серого и
ковкого чугуна), а также отливки из цветных металлов и сплавов
(медных, алюминиевых, магниевых).
Основным способом изготовления отливок до настоящего вре-
мени остается литье в песчаные формы, в которых получают около
80% отливок от общего количества. Однако точность и чистота
поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих
случаях не удовлетворяют требованиям современного машинострое-
ния. В связи с этим в последнее время бурно развиваются специаль-
ные способы литья: в металлические формы (кокили), под давле-
нием, по выплавляемым моделям, центробежное, в оболочковые
формы, позволяющие получить отливки повышенной точности,
с чистой поверхностью и минимальным объемом механической
обработки.
По сравнению с другими способами изготовления заготовок для
деталей машин (прокатка, ковка, сварка) литейное производство
обладает значительными преимуществами. Литьем можно изготов-
лять заготовки любой конфигурации с минимальными припусками
на механическую обработку, хорошими механическими свойствами.
Технологический процесс изготовления отливок механизирован и
автоматизирован, что снижает стоимость литых заготовок по срав-
нению с поковками, сварными конструкциями, деталями из про-
ката. Дальнейшее совершенствование технологии, механизация и
автоматизация изготовления отливок, повышение их качества осу-
ществляются на базе научных исследований. Достижения совре-
менной науки во многих случаях позволяют коренным, образом
изменить технологический процесс, резко увеличить производи-
тельность труда, создать новые высокопроизводительные литейные
машины и автоматы.
Раздел первый
технология литейных форм
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ
Отливка получается в результате заполнения полости литей-
ной формы расплавленным жидким металлом. После заливки
жидкий металл охлаждается в форме и затвердевает, образуя от-
ливку.
Последовательность технологического процесса изготовления
отливки рассмотрим на примере отливки чугунной втулки 1 (рис. 1).
По чертежу втулки изготовляют деревянную модель 2.
Модель'— это приспособление для получения в форме отпе-
чатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Мо-
дели делают из дерева, металла, гипса, пластмассы и других мате-
риалов.
Модель втулки состоит из двух половин, которые взаимно цент-
рируются с помощью шипов и гнезд.
Отверстие втулки 1 выполняется стержнем 3. Стержень —
это часть литейной формы. Его изготовляют из стержневой
смеси, уплотняемой в ящике 4. После извлечения из ящика
стержень подвергают сушке в печи. При сборке формы сухой стер-
жень устанавливают стержневыми знаками в соот-
ветствующие гнезда формы, полученные с помощью знаков 5 мо-
дели 2. Длина стержня больше длины полости отливки на величину
знаков.
Литейную форму для втулки собирают из двух полуформ:
верхней 6 и нижней 7. Полуформы изготовляют из формовоч-
ной смеси, уплотняемой в чугунных или стальных рамках 8,
которые называют опоками.
Изготовление литейной формы втулки. На подоночный
щиток 9 устанавливают половину модели 2, по которой необхо-
димо получить отпечаток в нижней полуформе, а также опоку 8
(рис. 1, а). Поверхность модели 2 и щитка 9 посыпают сухим раз-
делительным песком или опрыскивают разделительной жидкостью
(керосином), после чего в опоку насыпают формовочную смесь и
уплотняют ее. Излишек формовочной смеси счищают с поверхности
уплотненной полуформы, опоку перевертывают на 180° и устаиав-
$
ливают на подопечный щиток 9. Затем на нижнюю половину модели
устанавливают верхнюю половину модели, на нижнюю опоку —
верхнюю (рис. 1, б). Вновь посыпают поверхность модели разде-
Рис. 1. Последовательность процесса изготовления чугунной отливки втулки
лительным песком, ставят модели литниковой системы, засыпают
формовочную смесь в верхнюю опоку и уплотняют ее.
Снимают верхнюю полуформу, извлекают половины моделей,
устанавливают стержень (рис. 1, в) и собирают форму. Для точной
сборки формы опоки имеют специальные втулки /0, в которые
6

входят центрирующие штыри 11. Жидкий металл при заполнении
формы давит на стенки формы, в результате чего верхняя опока
может подняться, и тогда по плоскости разъема образуется зазор,
через который металл может вытекать из формы. Для предупрежде-
ния этого верхнюю полуформу крепят к нижней скобами 12, а иногда
ставят на верхнюю опоку груз (рис. 1, г).
При заливке жидкий металл поступает в полость 13 формы по
литниковым каналам. Систему каналов, подводящих металл в
форму, называют литниковой. Литниковая система состоит
из стояка 14 (вертикального канала), шлакоуловителя 15 и пита-
теля 16, через который металл поступает в полость формы. К лит-
никовой системе относится также выпор 17 (рис. 1, д). Выпор слу-
жит для выхода из формы воздуха и газов, а также для контроля
заполнения формы металлом.
После затвердевания и охлаждения металла форму разрушаю!
и освобождают отливку от формовочной смеси, отрезают литники
и поверхность отливки очищают от формовочной смеси.
Описанную выше литейную форму называют разовой, так
как ее используют однократно. Обычно разовые литейные формы
изготовляют из формовочных смесей, основной соста-
вляющей которых является кварцевый песок. В качестве связующей
добавки, придающей прочность смеси, используют глину. Прочность
таких смесей относительно невысока, а давление жидкого металла
на стенки формы достаточно велико, поэтому формы из песчано-
глинистых смесей приходится делать толстостенными.
Однако, если в качестве связующего использовать специальные
материалы, придающие высокую прочность формовочной смеси, то
разовую литейную форму можно сделать оболочковой
(тонкостенной). Это позволяет резко сократить расход формовоч-
ной смеси, а также благодаря ее особым свойствам повысить точ-
ность и чистоту поверхности отливок.
В разовых толстостенных формах из песчано-глинистых смесей
можно получать отливки весьма сложной конфигурации массой от
нескольких граммов до десятков тонн из различных сплавов как
в условиях единичного, так и серийного и массового производства.
Это объясняется относительной простотой технологического про-
цесса, дешевизной используемых материалов, достаточной точ-
ностью отливок, хорошей чистотой поверхности, возможностями
механизации и автоматизации процесса их изготовления.
В литейном производстве применяют также формы, изготовляе-
мые из специальных высокоогнеупорных масс, например на основе
графита. В таких формах можно получать до нескольких десятков
отливок без существенного износа формы. Эти формы называются
полупостоянными. Их применяют при мелкосерийном
производстве отливок из чугуна и цветных сплавов (алюминиевых,
магниевых, медных). Для массового и крупносерийного производ-
ства стойкость этих форм недостаточна, а для единичного производ-
ства высока стоимость их изготовления.
7
Широкое применение находят металлические формы,
называемые также постоянными. В этих формах можно полу-
чать от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок из стали,
чугуна и цветных сплавов. Отливки могут иметь сложную конфи-
гурацию и массу несколько тонн. Наиболее часто-в металлических
формах изготовляют отливки малой и средней (до нескольких
десятков килограммов) массы из легких цветных сплавов.
Отливки, полученные в металлических формах, имеют чистую
поверхность и повышенную точность размеров. Применение по-
стоянных форм позволяет исключить формовочную смесь, улучшить
условия труда, механизировать и автоматизировать производство.
Однако стоимость металлических форм достаточно высокая, поэтому
их применяют в условиях крупносерийного и массового производ-
ства отливок.
Технологический процесс изготовления отливок в разовых
формах широко распространен в литейном производстве. Он скла-
дывается из различных процессов, которые осуществляются в
специальных -цехах или отделениях литейного
цеха (рис. 2).
Технологический процесс изготовления отливки начинается
с подготовки модельного комплекта: моделей или мо-
дельных плит, модельных щитков, стержневых ящиков, сушильных
плит, шаблонов для проверки размеров формы и стержней, кондук-
торов и шаблонов для контроля правильности установки стержней
в форме, опок, штырей и т. д.
Модельный комплект изготовляют в модельном цехе
или модельном отделении литейного цеха.
Не менее важным звеном технологической цепи является под-
готовка материалов для изготовления литейной формы. Формо-
вочными материалами называют материалы, приме-
няемые для изготовления разовых и полупостоянных форм. Это
пески, связующие и специальные добавки. Исходные формовочные
материалы хранят на складе формовочных мате-
риалов в специальных емкостях и бункерах. При поступлении
на склад обязательно проверяют соответствие их качества сертифи-
кату. Контроль качества формовочных материалов производят
в специальных лабораториях.
Формовочные материалы поступают в с м е с е п р и г о"т о в и •
тельное отделение, где приготовляют в специальных
машинах формовочные и стержневые смеси, контролируют их каче-
ство и транспортируют вформовочные истержневые
отделения литейного цеха.
Процесс изготовления литейных форм называют ф ормовкой.
В литейном производстве используют ручную и .машинную фор-
мовку: в единичном и мелкосерийном производстве — ручную фор-
мовку (формы изготовляют обычно по деревянным моделям), в по-
точно-массовом и серийном производстве — машинную (формы
изготовляют на машинах по металлическим моделям).
8 .
Стержни получают с помощью ящиков или шаблонов. Готовые
стержни сушат в специальных печах (сушилах) для увеличения их
прочности, газопроницаемости, а также уменьшения газотворной
способности. Стержни перед установкой в форму окрашивают
красками, состоящими из огнеупорных материалов: графита, пыле-
видного кварца, циркона обезжелезненного и др,, что необходимо
для повышения чистоты поверхности отливки.
Перед сборкой сырые полуформы припыливают (графитом, таль-
ком, древесным углем и др.) и окрашивают для получения чистой
поверхности отливки. При формовке по-сухому формы окрашивают
и сушат. Если отливка имеет полость, то в форму перед сборкой
устанавливают стержень. Затем форму собирают, скрепляют опоки
болтами или скобами и подают на заливку жидким металлом.
В качестве исходных материалов для получения жидкого чу-
гуна и стали применяют чушковые литейные и передельные чугуны,
9

чугунный и стальной лом, брикетированную стружку, ферро-
сплавы, топливо и флюсы. Эти исходные материалы называют ших-
товыми. Их хранят на с к л а д е шихты, где также произ-
водят подготовку исходных материалов к плавке: сортировку,
дробление до необходимых размеров, шихтовку — взвешива-
ние отдельных порций различных материалов в соответствии с рас-
четом для получения заданного химического состава металла.
Подготовленную шихту специальными транспортными средст- '
вами подают в плавильное отделение для пригртов-
ления жидкого металла (плавки металла).
Плавильными печами называют агрегаты, предназ-
наченные для расплавления и перегрева черных и цветных метал-
лов и сплавов. Для плавки чугуна применяют специальные печи-
вагранки, электропечи и пламенные печи; для плавки стали — мар-
теновские печи, конверторы, электропечи, для плавки цветных
сплавов — электропечи и пламенные печи.
Расплавленный металл должен быть перегрет в печи до опре-
деленной температуры, чтобы он хорошо заполнял литейную форму.
После расплавления и перегрева металл сливают из печи в разли-
вочные ковши и транспортируют на участок заливки форм. Металл,
залитый в форму, отдавая теплоту форме, охлаждается и затверде-
вает.
После охлаждения отливки формы разрушают (выбивают) и от-
ливки извлекают из форм. Выбивку форм производят только
после остывания отливок до определенной температуры, так как
при высоких температурах сплавы недостаточно прочны и отливка
может разрушиться. Выбивку форм осуществляют на специальных
“установках, расположенных вотделении или на у ч а с т к е
выбивки.
Отливки имеют литники, выпоры, иногда заусенцы и заливы
металла, их поверхность может быть загрязнена пригоревшей к ней
формовочной смесью. Отрезку или обрубку литников, выпоров,
заусенцев, очистку поверхности отливок производят вот д е л е -
нии очистки и обрубки отливок специальным инстру-
ментом, на дробеструйных п дробеметных установках, в гидравли-
ческих, пескогидравлических и очистных барабанах.
После этого отливки поступают в отдел технического
•контроля (ОТК). Здесь производят контроль отливок: про-
веряют их размеры и герметичность, наличие внутренних и внеш-
них дефектов (усадочных раковин, газовых раковин, трещин и др.),
-механические свойства и структуру металла. Отливки, имеющие
незначительные дефекты, исправляют различными способами: газо-
вой и электрической заваркой, пропиткой различными смолами,
нанесением замазки и др.
Очень часто для получения требуемых структуры и механиче-
ских свойств, снятия внутренних напряжений отливки подвергают
термической обработке — нагреву и охлаждению по
строго заданным режимам (по времени и температуре) в термических
10
печах. Эта операция производится в термическом
отделении литейного цеха. Затем отливки вновь подвергают
очистке и контролю.
Принятые ОТК или мастером литейного цеха отливки отправ-
ляют на склад готовых изделий, а оттуда на механическую обра-
ботку. Некоторые отливки перед отправкой в механический цех
окрашивают, чтобы предотвратить коррозию.
При механической обработке отливкам придается окончатель-
ная геометрическая форма, требуемые точность и чистота поверх-
ности, предусмотренные чертежами и техническими условиями на
готовую деталь. Это наиболее трудоемкий процесс в машинострое-
нии, так как затраты на механическую обработку составляют 40—
60% всех затрат на изготовление машины. Следовательно, необхо-
димо стремиться получать отливки с минимальными припусками на
механическую обработку или такими точными и чистыми, чтобы не
требовалась механическая обработка.
ГЛАВА 11
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для изготовления отливок применяют большое число различных
приспособлений, которые называют литейной оснасткой. Часть
литейной оснастки, включающей все технологические приспособле-
ния, необходимые для получения в форме отпечатка модели о т -
л и в к и, называют модельным комплектом.
Модельный комплект состоит из моделей отливки и элементов
литниково-питающей системы; стержневых ящиков; модельных
плит для установки или крепления моделей отливки и литниковой
системы; сушильных плит и приспособлений для доводки и конт-
роля форм и стержней.
При формовке кроме модельного комплекта используют опоки и
различные приспособления — наполнительные рамки, щитки,
штыри, скобы и т. д. Поэтому наряду с понятием «модельный ком-
плект» употребляют понятие «формовочный комплект», т. е. полный
комплект оснастки, необходимый для получения разовой формы.
Модельные комплекты изготовляются рабочими-модельщиками,
как правило, высокой квалификации.
Модельный комплект должен удовлетворять следующим основ-
ным требованиям:
1) обеспечивать получение отливки определенной геометриче-
ской формы и размеров;
2) обладать высокой прочностью и долговечностью, т. е. обеспе-
чивать изготовление необходимого числа форм и стержней;
3) быть технологичным в изготовлении;
11
4) обладать минимальной массой и быть удобным в эксплуата-
ции;
' 5) иметь минимальную стоимость с учетом стоимости ремонта;
6) сохранять точность размеров и прочность в течение опреде-
ленного времени эксплуатации.
Требуемые точность, прочность и долговечность модельного
комплекта зависят от условий производства единичного, серийного,
массового. В единичном и мелкосерийном производстве чаще всего
используют деревянные модельные комплекты; в массовом и круп-
носерийном производстве — металлические модельные комплекты,
которые хотя и дороже, но значительно долговечнее деревянных.
В серийном производстве во многих случаях успешно приме-
няют модели из пластмасс, например эпоксидных смол, а также
из гипса и цемента.
Металлические и пластмассовые модели в течение длительного
срока службы сохраняют точность размеров, способствуют получе-
нию четкой конфигурации отливки, прочны и долговечны. Однако
стоимость изготовления металлических и пластмассовых моделей
в 3—5 раз превышает стоимость изготовления деревянных, поэтому
их применение должно быть обосновано экономическим расчетом.
Правильный, экономически обоснованный выбор материала для
модельного комплекта позволяет существенно снизить себестои-
мость отливок.
§ 2. ДЕРЕВЯННЫЕ МОДЕЛИ
Свойства древесины
Древесина как модельный материал обладает рядом положи-
тельных свойств: малой плотностью, хорошей обрабатываемостью,
способностью к склеиванию, удержанию лака и красок, низкой
стоимостью. Однако древесина имеет неоднородное строение, спо-
собна поглощать и испарять влагу; при этом изменяются ее объем
и механические свойства, она коробится. Указанные недостатки
древесины можно частично устранить выбором соответствующих
сортов дерева, режимом ее сушки и обработкой при изготовлении
моделей.
Породы дерева, применяемые в модельном производстве. В за-
висимости от назначения и срока службы модели изготовляют из
различных пород дерева: мягких, небольшой и средней твердости,
твердых.
Липа — очень мягкое дерево, легко обрабатывается, обладает
низкой прочностью и большой гигроскопичностью, кроме того,
имеет большую усадку; применяется для мелких и средних моделей.
Ольха — сравнительно мягкое дерево, легко обрабатывается,
имеет небольшую усушку и коробление, применяется для промо-
делей (модель для изготовления модели), мелких и средних моделей,
стержневых ящиков, а также моделей с тонкими стенками и ребрами.
12
Сосна хорошо обрабатывается, обладает небольшой усушкой
и незначительным короблением, применяется для средних и круп-
ных моделей любой сложности, а также стержневых ящиков, шаб-
лонов, кондукторов и т. д.
Ель очень трудно обрабатывается; поверхность модели после
обработки получается негладкой, особенно в торцовой части, сильно
коробится. Ель применяется для изготовления, главным образом,
крупных или неответственных моделей, 'для моделей различных
приспособлений и стержневых ящиков.
Береза хорошо обрабатывается на токарном станке, сильно
коробится, имеет большую усушку, гигроскопична, сравнительно
быстро гниет. Поверхность модели после обработки получается
очень гладкой. Береза применяется для мелких изделий и частей
моделей, имеющих форму тел вращения (стержневых знаков, бобы-
шек, ободьев шкивов и др.), а иногда и для облицовки средних
и крупных моделей.
Клен трудно обрабатывается, имеет высокую твердость,
небольшую усушку и незначительное коробление. Поверхность
модели после обработки обычно получается чистой и гладкой..
Клен применяется для мелких ответственных моделей в единичном
и серийном производстве, а также для облицовки ответственных
частей крупных и средних моделей, для изготовления промоделей и
модельных шаблонов.
Дуб трудно обрабатывается, имеет ^высокую твердость, при-
меняется для модельного и формовочного инструмента.
Фанера березовая, ольховая или буковая 1-го сорта хо-
рошо обрабатывается, незначительно коробится, имеет чистую и
гладкую поверхность, применяется для изготовления плоских
тонкостенных моделей, модельных плит, рамок, щитков и других
частей моделей.
Пластик древесный слоистый — материал типа
фанеры, изготовляется в виде листов толщиной 1—12 мм и плит
толщиной 15 мм горячим прессованием березового шпона, пропи-
танного раствором синтетической смолы, после обработки имеет
гладкую поверхность, малое коробление и небольшую гигроскопич-
ность, применяется для тех же целей, что и фанера.
Согласно ГОСТ 8486—66, пиломатериалы делятся на д о с к и —
если ширина превышает двойную толщину, бруски— если
ширина не более двойной толщины, брусья — если толщина и
ширина больше 100 мм.
Сушка древесины
Для предотвращения коробления деревянные модели и стержне-
вые ящики изготовляют из высушенной древесины, кроме того, их
рабочую поверхность покрывают нитроэмалями, а иногда лаком.
Согласно техническим условиям, для моделей нельзя использовать
древесину, имеющую пороки в виде сучков, ухудшающих обраба-
13
тываемость и механические свойства, гнили, трещин, косослоя, что
снижает качество поверхности модели, увеличивает отходы и ко-
робление моделей.
Пиломатериалы (доски или брусья) подвергают сушке сначала
естественной, затем искусственной в специальных сушилах.
При естественной сушке используют движение ок-
ружающего воздуха, омывающего поверхность пиломатериала.
Для сушки пиломатериалы укладывают в штабеля под навесами,
на заранее подготовленные деревянные или бетонные фундаменты.
Процесс сушки древесины длится для мягких пород дерева до 2 лет,
для твердых — до 4 лет и более.
Преимущество естественной сушки в том, что нет надобности
в специальном оборудовании, а недостаток — в длительности про-
цесса сушки и возможности загнивания материала.
Наиболее распространенным способом сушки является искус-
ственная сушка подогретым воздухом в специальных су-
шилах. Преимущества этого способа в том, что сокращается продол-
жительность сушки, влажность древесины доводится до требуемой
величины согласно техническим условиям и качество древесины
повышается. К недостаткам следует отнести значительные затраты
на специальное оборудование, а также большой расход пара.
Для сушки применяют камерные сушила: паровые, газовые и
электрические. Наиболее распространены воздушно-паровые су-
шила; в них воздух нагревается перегретым паром при помощи
труб, калориферов или батарей. Конструкция сушильных камер
безопасна в пожарном отношении, кроме того, обеспечивает необхо-
димую температуру и влажность воздуха в камере, удобна и надежна
в эксплуатации.
Воздушно-паровые сушила бывают периодического и непрерыв-
ного действия (туннельные). Сушила обоих типов имеют естест-
венную или принудительную циркуляцию воздуха. Сушку древе-
сины целесообразно производить в сушилах периодического дей-
ствия. Продолжительность цикла сушки зависит от породы дерева,
его толщины и влажности. Чтобы устранить коробление пиломате-
риалов в процессе сушки, их предварительно пропаривают. Для
этого в камеру подают влажный пар. Пропаривание производят до
3 раз. Мягкие породы древесины сушат при 40—75° С, твеодые —
при 35—55° С.
Чтобы предотвратить появление изменений в структуре поверх-'
, ностных слоев древесины, увеличивающих твердость и ухудшающих
ее обрабатываемость, температура сушки не должна превышать
80° С.
Продолжительность сушки в камерных сушилах мягких пород
древесины составляет 5—8 дней, твердых — 8—16 дней. Продол-
жительность сушки в электрических сушилах с использованием
токов высокой частоты составляет всего несколько часов; при этом
древесина высушивается равномерно, не коробится и не имеет
трещин.
14
Влажность древесины, употребляемой для моделей, не должна
превышать 8—12%. В процессе сушки древесины происходит ее
усушка. Древесина усыхает неравномерно; в продольном направле-
нии 0,1—0,3%, в радиальном 3—8% и в направлении по касатель-
ной к годичным слоям 5—12%.
Классификация деревянных моделей
Деревянные модельные комплекты классифицируют по различ-
ным признакам: по роду металла, для которого они предназначены,
по конструкции, способу формовки, сложности, прочности и точ-
ности изготовления. Конструкция модели зависит от конструкции
детали и особенностей технологии литья сплава, из которого будет
изготовлена эта деталь.
По конструкции модели могут быть разъемные и
неразъемные, полые и цельные (массивные). Мелкие модели делают
цельными, а крупные — полыми, что облегчает модель, снижает
расход материала и стоимость модели.
По неразъемным моделям можно получить отпечаток, соответст-
вующий конфигурации отливки, целиком в одной полуформе.. Фор-
мовка по таким моделям требует специальных приемов, усложняю-
щих изготовление формы. Поэтому обычно применяют разъемные
модели, состоящие из частей (половин), по которым производят
формовку в отдельных полуформах, собираемых перед залив-,
кой.
Конструкция модели зависит от способа формовки. Модели
для машинной формовки должны иметь плоский разъем, минималь-
ное число отъемных частей. В этом случае отверстия, полости и
углубления в отливке выполняются стержнями. Модели для руч-
ной формовки могут иметь отъемные части, криволинейный разъем.
Модели для машинной формовки пригодны и для ручной, модели
для ручной формовки не всегда пригодны для машинной.
По сложности изготовления модели разделяют
на простые, средней сложности, сложные, очень сложные. Простые—
'это небольшие неразъемные или с плоским разъемом модели без отъ-
емных частей. К моделям средней сложности относятся модели
с криволинейными поверхностями и небольшим числом стержней,
к сложным и очень сложным моделям — крупные модели с криво-
линейными поверхностями для тонкостенных отливок с большим
числом стержней.
Деревянные модели и стержневые ящики делят по проч-
ности на три класса. • ' ,
По первому классу делают ответственные модели и стержневые
ящики с повышенной точностью, а также модели для серийного про-
изводства. Модели изготовляют из бука, клена, дуба и других
твердых пород. Тонкие части моделей выполняют из алюминия.
Отъемные части в моделях для ручной формовки крепят на метал-
лических шипах (шпонах) типа ласточкина хвоста. Поверхность
15
модели тщательно отделывают и покрывают последовательно не
менее 3 раз лаком.
По второму классу прочности делают модели для мелкосерий-
ного производства и модели сложных единичных отливок. Модели
изготовляют из сосны, липы и других пород дерева 1 и 2-го сорта.
Стержневые ящики выполняют разъемными. Тонкостенные модели
изготовляют с модельными плитами. Поверхность модели тщательно
отделывают и покрывают 2 раза лаком.
По третьему классу прочности делают модели Для ручной фор-
мовки единичных отливок, а также скелетные модели и шаблоны.
Модели изготовляют из ели, сосны, липы и других пород дерева.
Отдельные части модели соединяют клеем или гвоздями.
Минимальное число съемов форм составляет с моделей первого
класса — 150, второго — 30 и третьего — 8.
По точности изготовления деревянные модели
делят на три класса: I, II, III.
Точность обусловливается величиной отклонения размеров мо-
дели от указанных в чертеже. Отклонения могут быть в сторону
увеличения размера — верхние отклонения (+) или уменьшения —
нижние отклонения (—). Получить и сохранить высокую точность
деревянных моделей труднее, чем металлических моделей, так как
древесина впитывает влагу, набухает, а затем так же легко высы-
хает. Точность деревянных моделей связана с -их конструкцией и
прочностью. Прочная модель лучше сохраняет точность. Поэтому,
например, модели 1-го класса точности должны быть изготовлены
по первому классу прочности и т. д.
В серийном производстве делают одновременно два-три модель-
ных комплекта (дублера), которые попеременно находятся в ра-
боте и в ремонте. Эти комплекты должны быть взаимозаменяемы, т. е.
стержневые ящики одного комплекта должны подходить к модели
другого и наоборот. Взаимозаменяемость возможна только при
изготовлении модельных комплектов с отклонениями в пределах .
допусков для данного класса точности.
Конструирование модельных комплектов
Деревянные модели и стержневые ящики выполняют по рабо-
чим чертежам детали, на которых технолог-литейщик обозначает
цветными карандашами, в соответствии с нормалями на оформле-
ние чертежа отливки, места и величину припусков на механиче-
скую обработку, контуры стержневых знаков модели, устанавли-
вает их размеры, форму и номера стержней. Поверхность разъема
формы на чертеже указывают стрелками с надписями В (верх) и Н
(низ). Чертеж детали, таким образом, превращается в технологи-
ческий чертеж отливки.
На рис. 3 приведен пример нанесения упрощенным способом
на чертеж детали технологических указаний для изготовления
модельного комплекта. В соответствии с технологическим черте-
16
жом отливки модельщик вычерчивает модель на деревянном щитке,
склеенном из досок, или на фанере, а иногда острой чертилкой на
алюминиевом листе.
На чертеже модели вычерчивают отливку и ее сечения в нату-
ральную величину по специальному усадочному метру
(линейке) без размеров и штриховых линий. Так же, как и на тех-
нологическом чертеже отливки, модельщик указывает припуски
на механическую обработку, знаковые части стержня, формовочные
Рис. 3. Пример нанесения на чертеж детали технологических указаний
для изготовления модели
уклоны, положение поверхности разъема формы. По чертежу мо-
дели определяют величину заготовки, размечают и изготовляют
шаблоны, а также контролируют размеры моделей, стержневых
ящиков в период их изготовления и при приемке ОТК, цеха.
Кроме того, модельщик продумывает технологический процесс
изготовления модели, намечает заготовки для частей модели и метод
соединения их. После выполнения чертежа модели модельщик при-
ступает к изготовлению модельного комплекта.
Литейные уклоны. Чтобы при извлечении модели форма не
разрушалась, вертикальные стенки модели делают с уклонами.
С такими же уклонами делают и стенки стержневых ящиков. Ук-
лоны бывают конструктивные и формовочные.
Конструктивными называют предусмотренные при
конструировании детали уклоны, облегчающие извлечение модели
17

из формы и стержней из ящиков. При этом размеры отливок соот-
ветствуют указанным на чертеже.
Формовочными называют -уклоны, которые указывает
технолог-литейщик на рабочих чертежах деталей в случае отсутст-
вия конструктивных уклонов. Такие уклоны изменяют чертежные
размеры отливки.
Существуют три способа выполнения формовочных уклонов на
моделях (рис. 4). По первому способу (рис. 4, вариант I) уклон
дают сверх припуска на механическую обработку, например, уклон
на обрабатываемых вертикальных стенках отливки, перпендику-
Рис. 4. Варианты (1, 11, III) выполнения литейных уклонов
на поверхностях моделей:
а — наружных; б ~ внутренних; в — наружных размерами менее
500 мм
лярных к плоскости разъема. Если вертикальную стенку не обра-
батывают и толщина ее менее 8 мм, то уклон также выполняют по
первому способу.
По второму способу (рис. 4, вариант II) уклоны делают на не-
обрабатываемых вертикальных стенках толщиной 8—12 мм при
одновременном увеличении и уменьшении толщины стенок отливки.
По третьему способу (рис. 4, вариант III) уклоны делают на
необрабатываемых вертикальных стенках с уменьшением толщины
отливки, если ее высота до 100 мм, а толщина более 12 мм. При
высоте необрабатываемой вертикальной стенки более 100 мм и тол-
щине более 12 мм уклон делают в плюс — минус по варианту II.
В табл. 1 приведены значения минимальных формовочных укло-
нов на моделях. На ребрах жесткости и других несопрягаемых по- с.
верхностях моделей уклоны делают несколько большими, чем ука-
зано в табл. 1. Если высота обрабатываемой вертикальной стенки '
менее 500 мм, то формовочный уклон делают по первому способу,
а припуск на обработку нижней части стенки уменьшают на 30%
(рис. 4, в). Это объясняется тем, что при заливке металла в форму
происходит деформация формы и стенки отливки утолщаются.
18 . :
Таблица 1
Зависимость формовочных уклонов Р и Pi от высоты наружных
и внутренних поверхностей моделей (ГОСТ 3212—57)
Модели Вертикальные поверхности Уклоны р и 0! при высоте поверхности, мм
До 20 21—50 51-100 101—200
Металлические Наружные Внутренние 1°30' 3° 1° *2° 0°45' 1° 0°30' 0°45'
Деревянные Наружные . ... . . . Внутренние 3° 3° 1°30' 2° 1° 1°30' 0°45' 1°
Модели Вертикальные . поверхности Уклоны р и pi при высоте поверхности, мм
201-300 301—800 801—2000 Св. 2000
Металлические Наружные ...... Внутренние 0°30' 0°45' .0°20' 0°30' 0°20' 0°30' — .
Деревянные Наружные ...... Внутренние ...... 0°30' 1° 0°30' 0°45' '0°20' 0°30' 0°15' 0°30'
Формовочные уклоны на ребрах, перегородках-толщиной 6—
10 мм при большой их высоте принимают около 30'.
Рис. 5. Выполнение галтелей:
а — в отливках; б — в крупных моделях
Галтели. Сопряжение стенок в отливках должно быть плавным,
углы не должны быть острыми (рис. 5). Скругление внутренних
углов поверхностей отливки называют галтелью, а наружных —
закруглением. Галтели облегчают извлечение модели из формы,
предотвращают появление трещин и усадочных раковин в отливке.
Радиус галтели необходимо принимать от Ч5 до 1/а средней арифме-
тической толщин двух стенок, образующих угол модели. Например,
19
при толщине одной' стенки а = 24 мм и другой Ь — 18 мм
a + b 1 24 + 18 1 -
Г— 2‘3 2 ' 3 — 7 ММ'
При изготовлении моделей I класса прочности галтели вырезают
в теле модели. На модели II класса прочности галтели вклеивают;
на моделях III класса прочности выполняют из замазки. На круп-
ных моделях галтели радиусом более 15 мм допускается делать при
помощи маяков (см. рис. 5, б), устанавливаемых на расстоянии
800—1000 мм друг от друга.
Припуски в литейных моделях на усадку сплавов. Усадкой
называют уменьшение объема металла при его охлаждении. Изме-
нение линейных размеров отливки, вызванное усадкой, называют
линейной усадкой. Модель должна быть больше отливки на
величину усадки. Наибольшую усадку имеют отливки простой кон-
фигурации, так как в них нет препятствий усадке. Усадка отливок
со стенками разной толщины получается неравномерной вследствие
неодновременного затвердевания и остывания всей отливки, так
как более толстые стенки затвердевают позднее тонких. Отливки
с большим числом стержней также не имеют равномерной усадки,
стержни препятствуют ей.
Величину линейной усадки ел определяют по формуле
где /мод и 10ТЯ — размеры модели и отливки по чертежу.
Ниже приведены значения линейной усадки литейных сплавов.
Линейная усадка литейных сплавов,
%
Чугун;
серый ................ 0,6—1,3
белый ................ 1,6—2,3
ковкий перлитный . . . 1,2—2,0
ковкий ферритный . . . 1,0—1,2
аустенитный........... 1,3—2,0
чугаль (18-25% А1) . . 2,4-2,7
Сталь;
углеродистая (0,14—
0,75% С) ............. 1,5-2,0
марганцовистая (10—
14% Мп) .............. 2,5-3,8
жаростойкая ..........' 1,8— 2,2
Бронза:
оловянная ........ 1,4—1,6
алюминиевая.......... 1,5—2,4
Латунь:
цинковая ............ 1,5—2,2
кремнистая ........... 1,6—1,8
Сплавы:
силумин (5—14% Si) . . 1,0—1,2
алюминиевые........... 1,0—2,0
магниевые . ......... 1,1—1,9
цинковые ............ 1,0—1,5
Отливка соответствует размерам чертежа в тех случаях, когда
при изготовлении модели правильно учитывается линейная усадка
сплава. С этой целью используют модельные усадочные метры
(линейки), которые больше нормального метра на величину усадки
соответствующего сплава.
20
Таблица 2
Припуски на механическу(р обработку отливок из серого чугуна
I, И, III классов точности, мм (ГОСТ 1855—55)
Наибольший габаритный размер отливки, мм Положение поверх- ности при заливке Номинальный размер Ч мм
До 50 Св. 50 до 120 Св. 120 до 260
I II 1 и III I II III
До 120 Верх Низ, бок 2,5 2,0 3,5 2,5 2,5 2,0 4,0 3,0 4,5 3,5 . — — —-
121—260 Верх Низ, бок 2,5 2,0 4,0 3,0 3,0 2,5 4,5 3,5 5,0 4,0 3,0 2,5 5,0 4,0 5,5 4,5
261—500 Верх Низ, бок 3,5 2,5 4,5 3,5 3,5 3,0 5,0 4,0 6,0 4,5 4,0 3,5 6,0 4,5 7,0 5,0
501-800 Верх Низ, бок ..... 4,5 3,5 5,0 4,0 4,5 3,5 6,0 4,5 7,0 5,0. 5,0 4,0 6,5 4,5 7,0 5,0
801-1250 Верх Низ, бок 5,0 3,5 6,0 4,0 5,0 4,0 7,0 .5,0 7,0 5,5 6,0 4,5 7,0 5,0 8,0 6,0
1251-2000 Верх . . ; Низ, бок ..... 5,5 4,0 7.0 4,5 6,0 4,5 7,5 5,0 8,0 6,0 6,5 4,5 8,0 5,5 8.0 6,0
2001-3150 Верх Низ, бок 6,0 4,0 7,0 5,0 6,5 4,5 7,5 5,0 9,0 7,0 6,5 4,5 8,0 5,5 9,0 7,0
3151-5000 Верх Низ, бок 6,0 4,5 7,5 5,5 6,5 5,0 7,5 5,5 9,0 7,0 7,0 5,0 8,0 6,0 10,0 8,0
5001-6300 Верх Низ, бок — 7,5 5,5 — 8,0 6,0 9,0 7,0 — 8,5 6,5 10,0 8,0
6301-10 000 Верх . Низ, бок ..... — — —- —- 9,0 7,0 . — — 10,0 8,0
1 Под номинальным размером понимается наибольшее расстояние между проти- воположными обрабатываемыми поверхностями нли расстояние от базисной поверх- ности или оси (отливки, детали) до обрабатываемой поверхности.
21
Таблица 3
Припуски на механическую обработку отливок из стали I, II, 111 классов
точности, мм (ГОСТ 2009—55)
Наибольший габаритный размер отливки, мм Положение поверхности прн заливке ' Номинальный размер, мм
До 120 Св. 120 цо 2С0 Св. 260 до 500
I II III I II III I 11 III
До 120 Верх . . . ... Низ, бок .... 3,5 3,0 4,0 4,0 5,0 4,0 — — —- — — —
121-260 Верх Низ, бок .... 4,0 3,0 5,0 4,0 5,0 4,0 4,0 3,5 6,0 4,0 6,0 5,0 — —
261-500 Верх ...... Низ, бок .... 5,0 3,0 6,0 5,0 6,0 5,0 5,0 4,0 7,0 5,0 8,0 6,0 6,0 4,0 7,0 6,0 9,0 6,0
. 501—800 Верх Низ, бок .... 5,0 4,0 7,0 5,0 7,0 5,0 6,0 4,5 8,0 6,0 8,0 6,0 7,0 5,0 9,0 6,0 10,0 7,0
801-1250 gepx Низ, бок .... 7,0 5,0 8,0 6,0 9,0 6,0' 7,0 5,0 9,0 7,0 10,0 7,0 8,0 6,0 10,0 7,0 11,0 8,0
1251—2000 Верх Низ, бок .... 8.0 6,0 9,0 7,0 10,0 7,0 11,0 6,0 9,0 7,0 12,0 8,0 9,0 6,0 10,0 8,0 12,0 9,0
2001—3150 Верх Низ, бок .... 9,0 7,0 10,0 7,0 10,0 8,0 9,0 7,0 11,0 8,0 11,0 9,0 10,0 7,0 11,0 8,0 13,0 10,0
3151—5000 Верх Низ, бок .... 10,0 8,0 10,0 8,0 12,0 9,0 10,0 8,0 11,0 8,0 13,0 10,0 11,0 8,0 12.0 9,0 14,0 11,0
5001—6300 Верх Низ, бок .... — 12,0 9,0 —1. — 13,0 9,0 10,0 14,0 — 13,0 10,0 15,0 11,0
6301—10 000 Верх Низ, бок . . . . — 16,0 12,0
Припуски на механическую обработку. Припуском на меха-
ническую обработку называют слой металла, который удаляют
с поверхностей отливки в процессе механической обработки для
< получения размеров и чистоты поверхностей, соответствующих
чертежу детали. Припуски дают на все обрабатываемые поверхно-
сти отливки. Величина припуска зависит от материала отливкй,
ее размеров, характера производства (массового, серийного, еди-
ничного), способа формовки, степени сложности отливки, положе-
ния обрабатываемой плоскости при формовке и заливке.
Припуски на механическую обработку отливок принимают при
ручной формовке всегда больше, чем при машинной формовке. Наи-
большие припуски предусматривают для поверхностей отливки,
которые расположены в верхней части формы, так как они в зна-
чительной степени засорены неметаллическими включениями. При
22 .
массовом производстве отливок из серого чугуна литьем получают
отверстия размерами (диаметрами) свыше 20 мм, при серийном —
свыше 30 мм и при единичном — свыше 50 мм.
Величина припусков на механическую обработку отливок регла-
ментируется соответствующими ГОСТами или нормалями машино-
строения, (табл. 2, 3 и 4)>
Таблица 4
Припуски на механическую обработку для отливок из цветных сплавов1, мм
Наибольший габаритный Производство
- массовое серийное единичное
размер, Отливки
мм
- простые сложные простые сложные простые сложные
200 2,0 2,0 2,0 3,0 3,0 4
201—300 .... 2 . 2 2 4 . 4 5-
301—500 .... 3 3* 3 5 5 - 6
501—800 . . . . 3 4 4 5 5 7
801—1200 . . . 4 5 5 6 б 8
1201—1800 . . . 4 5 5 7 7 9
1801—2600 . . . 5 6 6 8 8 10
2601—3800 . . ; . — — 7 9 9 11
3801—5400 . . . —— — 8 . 10 10 13
Свыше 5400 . . — — 9 12 12 15
» Бронза, латунь, силумин.
Отрицательные припуски на моделях. Отрицательным припу-
ском называют уменьшение размера модели по сравнению с разме-'
ром, указанным на чертеже детали, на величину возможной неточ-
ности изготовления формы и стержней. Эта неточность появляется
обычно при ручной формовке вследствие расталкивания модели во
время извлечения ее из формы, отделки формы и стержней и т. д.
Уменьшение толщины стенок (отрицательный припуск) делают за
счет уменьшения наружных размеров модели, так как после изго-
товления и отделки форма всегда имеет несколько большие размеры.
Величину отрицательных припусков назначают по ГОСТу.
Стержневые знаки. Стержневыми знаками называют выступаю-
щие части на моделях, образующие в форме углубления, в которые
устанавливаются знаковые части стержня. По расположению на
модели различают стержневые знаки вертикальные и горизонталь-
ные. Стержневые знаки могут быть круглой, квадратной или
Другой формы.
Стержневые знаки обеспечивают устойчивость стержня в форме,
точную фиксацию его положения, а также вывод газов, выделяю-
щихся из стержня при заливке металла в форму. Знаки должны
быть таких размеров, чтобы выдерживать нагрузку от массы стер-
жня, давления жидкого металла на верхнюю форму и стержень без
23

53-
53
x О
x u
s I
Для двухопорных горизонтальных стержней.
24
их деформации, а также иметь такую конфигурацию, которая исклю-
чала бы возможность каких-либо смещений стержня.
Рис. 6. Типы фиксаторов, предотвращающих:
а — осевое смещение; б, в — вращение; г — осевое смещение и вращение; / — форма;
2 — стержень
Устойчивое положение стержней обеспечивается фиксаторами,
(рис. 6). На горизонтальных стержнях с двумя знаками фиксаторы
делают только на одном из знаков.
Рис. 7. Размер вертикальных и горизонтальных знаков
Точность изготовления отливок во многом определяется точно-
стью установки стержней в форму, их фиксацией при сборке. Точ-
ность установки стержня обеспечивается соответствующей конфи-
гурацией его знаковых частей, их размерами, которые назначают
25
по ГОСТ 3606—57 с учетом размеров стержня, способа формовки
и его положения в форме (рис. 7).
Высоту ha нижних стержневых знаков выбирают в зависимости
* от длины стержня L и его диаметра D, для стержней прямоуголь-
ного сечения — от величины —— (табл. 5).
Высоту йв верхних стержневых знаков вертикальных стержней
выбирают в зависимости от высоты йн нижнего знака в соответствии
'с рядом:
Лн, мм 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100
йв, мм 15 15 20 20 25 30 35 40 50 55 60
йн, мм ПО 120 130 140 150 160 170- 180 190 200
hB, мм 65 70 80 85 90 95 100, 110 115 120
Длину горизонтальных стержневых знаков I (рис. 7, д) выбирают
с учетом способа формовки. Для формовки по-сырому значения I
приведены в табл. 5; для формовки по-сухому значения I следует
брать несколько меньше. Длину знаков консольных стержней можно
увеличивать до длины L .стержня.
С целью облегчения сборки формы и повышения ее точности -
стержневые знаки делают с уклонами (рис. 8 и табл. 6).
Рис. 8. Уклоны знаков стержней
Таблица 6
Уклоны стержневых знаков
(рис. 8) по ГОСТ 3606—57
Высота знака Лн нлн hB, . мм Знаки
верти- кальные горизонталь- ные -•
а Э а cti 6
До 20 21—50 51—100 101—200 10° 7° 6° 5° 15° 10° 8° 6° 10° г 6° 5° 3° ИЗО' 1° 0°45' 15° 10° 8° 6°
Зазоры между знаковыми поверхностями форм и стержней де-
лают для правильной установки стержней в форму. При очень ма-
лых размерах зазоров или при их отсутствии в процессе сборки
формы приходится опиливать знаки стержней и подгонять их так,
чтобы они хорошо устанавливались в форме. Подпиливать стержни
без контрольных средств (шаблонов, кондукторов и др.) нельзя,
так как изменяются размеры отливок, снижается производитель-
ность труда сборщиков форм и т. д. Слишком большие зазоры также
изменяют размеры отливок. В отливках появляются увеличенные
заливы металла в местах сопряжения стержней и формы; кроме
того, облегчаются условия для проникновения металла в газоот-
26
водные каналы стержней, что приводит к образованию газовых ра-
ковин в отливках.
Знаки стержня должны, входить в соответствующие’отпечатки
в форме возможно более точно, без подгонки. Для этого диаметр
и ширину основания знаков модели 2 (рис. 7, а) делают больше соот-
ветствующего размера стержневого ящика 1 (рис. 7, б) на удвоен-
ную величину зазора Si (для нижнего знака) или S3 (для верхнего
знака). Высота верхнего знака модели ha превышает высоту знака
стержня на величину S2 (рис. 7, в). Если отношение размеров стер-
жня -р 2s 5, то рекомендуется увеличить диаметр основания нижнего
знака в 1,5—2 раза по сравнению с диаметром стержня (рис. 7j г).
Значения зазоров приведены в табл. 7.
Таблица 7
' Зазоры между знаками формы и стержня при формовке по-сырому,
мм (ГОСТ 3606—57)
Высота знака Лн нли hv< им Зазор St при длине стержня L или диаметре D, мм Зазор S,
1 До 50 51—100. 101—300 301—500 501—750 751 — 1000 1001—1500 1501—2000 2001—2500
До 25 26—50 51—100 101—200 201—300 301—500 ' 501—750 751—1000 1001—1250 1251—1500 0,15 0,25 0,5 1,0 1,0 1,0 0,15 0,25 0,5 1,0 1,0 1,5 0,25 0,5 1,0 1,0 1,0 1,5 2,0 1,0 ' 1,0 1,5 1,5 2,0 2,0 2,5 3,0 3,0 1,о 1,5 2,0 2,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,5 1,5 2,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 4,0 2,5 3,0 з,о 3,5 3,5 4,0 4,0 4,5 3,0 3,5 3,5 4,0 4,0 4,5 4,5 5,0 3,5 4,0 4,0 4,5 4,5 5,0 5,0 5,5 1,5—2,5 2,0—5,0 3,0—6,0 3,0—6,0 .4,0—7,5 5,0—8,0 5,5—9,0 6,5—9,5 7,5—10,5
Зазор S2 0,15 0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,0 4,0 —
Оборудование и инструмент
Оборудование. Для обработки дерева применяют циркулярные
и ленточные пилы, станки: фуговальные, рейсмусовые, фрезерные,
шлифовальные, шипорезные.
Циркулярный круглопильный станок (рис. 9) используют для
продольной и поперечной распиловки досок и брусков.
Ленточный станок применяют для прямолинейной и криволиней-
ной распиловки досок. Пиломатериалы подают вручную под режу-
щую кромку движущегося вертикально замкнутого ленточного
полотна. Для безопасной работы ленточное полотно вместе со шки-
вами ограждают кожухом из металлической сетки.
27
Фуговальный станок (рис. 10, а) применяют для обработки
плоскостей брусков и досок. На плите стола станка находится
вал с пластинчатыми ножами, который вращается от электродви-
гателя. Перемещением плиты стола с помощью винтов устанавли-
Рис. 9. Круглопильный станок модели Ц-2-М:
1 — станина; 2 — шкив; 3 — защитный кожух с установкой
для отсоса опилок; 4 — стол; 5 — расклинивающий нож;
6 — дисковая пила; 7 — направляющий угольник '
вают определенную толщину 6 срезаемой стружки (рис. 10, б).
Доски на фуговальный станок подают вручную, с прижимом доски
к плите. ,
Рейсмусовый строгальный станок применяют для строгания
поверхности доски и для выравнивания ее толщины. Обычно на
рейсмусовых станках строгают доски, одна из поверхностен которых
обработана на фуговальном станке. Рейсмусовый строгальный ста-
Рис. 10. Фуговальный станок модели СФ-6 (а) и схема основного узла (б):
I и 2 — передняя и задняя плиты; 3 — ножевой вал; 4 — ножи
нок имеет стол, . перемещающийся по вертикали для установки
заданной толщины обстругиваемой доски (рис. 11), вал 2 с ножами,
вращающийся от электродвигателя. Доска к ножевому валу по-
дается специальными валиками и роликами.
На фрезерных станках обрабатывают криволинейные поверхно-
сти деревянных заготовок, особенно для стержневых ящиков, кото-
рые имеют большое число криволинейных поверхностей. Фрезерные
станки бывают нескольких типов; вертикальные, горизонтальные и
копировальные.
28
Шлифовальный станок применяют для шлифования лентой или
шкуркой деревянных заготовок моделей и стержневых ящиков.
Шлифовальные станки бывают различных конструкций: ленточные,
дисковые и комбинированные.
На станине 1 станка (рис. 12)
смонтированы в кожухе 2 диск,
бобина (цилиндр) и электродви-
гатель. Диск укрепляют на валу
электродвигателя 3, а бобину —
на шпинделе, имеющем кроме
вращательного движения посту-
пательное в вертикальной плос-
кости. Заготовку устанавливают
на столе 4 и прижимают к по-
верхности шлифовального диска.
Токарный станок применяют
для обработки заготовок моде-
лей и стержневых ящиков, имею-
щих форму тел вращения. За-
готовку укрепляют в центрах
станка на планшайбе или в спе-
Рис. 11. Рейсмусовый станок модели
СРС-2:
/ — чугунный колпак для отвода струж-
ки; 2 — ножевой вал; 3 — прижимная
головка; 4 — козырек; 5 и 9 — подающие
задний (гладкий) и передний (рифленый)
валики; 6 — ннжнне ролики; 7 — плита
стола; 8 — тормозные пальцы
циальном патроне. Заготовки диаметром 150—300 мм с располо-
жением волокон древесины перпендикулярно оси вращения за-
крепляют на планшайбе шурупами. Заготовки моделей шкивов,
маховиков и других моделей диаметром 3000 мм и более обраба-
Рис. 12. Шлифовальный станок мо-
дели ШЛ-ДБ
тывают на токарнолобовых стан-
ках. На станине 1 станка (рис. 13)
смонтированы передняя непо-
движная бабка 2, подвижная
задняя бабка 3 и подручник 4
для упора режущего инстру-
мента при ручной подаче. При
механической подаче резца при-
меняют суппорт.
Для строгания, фрезерова-
ния, сверления, шлифования,
завинчивания шурупов и т. д.
применяют электрифицирован-
ный инструмент, значительно
облегчающий труд модельщика.
Наиболее распространены сле-
дующие инструменты: дисковая электропила модели И-78 с ре-
дуктором для обрезки заготовок, пропиливания пазов и других
работ,- ленточная электропила, электрорубанок, электрофрез,
электроразвертка, а также инструмент для электрошлифования
поверхностей модели.
Мерительный инструмент. При изготовлении моделей и стержне-
вых ящиков пользуются мерительным инструментом: усадочным
29

метром, угольником, малкой, рейсмусом, циркулем, кронциркулем,
нутромером и штангенциркулем (рис. 14).
Усадочным метром измеряют размеры заготовок мо-
делей и стержневых ящиков. Усадочные метры (линейки) изготов-
Рис. 13. .Токарный станок модели ТП-200
ляют длиной больше обыкновенного простого метра на величину ;
усадки сплава отливки. )
Угольником проверяют прямые углы и размечают пер- j
пендикулярные линии на брусках и досках, он состоит из колодки и 1
Рис. 14. Мерительный инструмент: 1
а — угольник; б — малка: в — циркуль; г — кронциркуль; д — нутромер; J
Z — колодка; 2 — линейка |
вставленной в нее под прямым углом тонкой линейки. При. пользо- |
вании угольником колодку (толстую часть) прикладывают к пло- .1
скости заготовки, принятой за базу. 1
Малка, металлическая или деревянная, служит для проверки
различных углов и для разметки, состоит из колодки и линейки
(пера), соединенной с колодкой шарнирным винтом,
'30
Рейсмус необходим для проведения параллельных линий на
брусках и досках. В колодку рейсмуса вставлены два деревянных
или металлических бруска, имеющие на концах металлические
шпильки. При работе колодку прижимают к базовой плоскости
доски, а каждый брусочек закрепляют на определенном расстоя-
нии от плоскости колодки до металлической шпильки. При пере-
мещении колодки металлическая шпилька наносит на поверхность
доски риску.
Кронциркулем измеряют наружные размеры тел вра-
щения, а также толщину изделий, нутромером — диаметры
отверстий, углубления и расстояния между отдельными частями
модели.
Штангенциркулем размечают окружности больших
размеров.
Рис. 15. Режущие инструменты:
7 — плос-кие стамески; 2 — полукруглая стамеска; 3 — йлю-
карзь) разных профилей; 4 — долото
Режущий и строгальный инструмент. При изготовлении мо-
делей и стержневых ящиков используют строгальный и режущий
инструмент (рис. 15): стамески, шерхебели, рубанки, фуганки,
цинубели, сверла и приспособления для свертывания.
Плоскими стамесками обрабатывают плоские и вы-
пуклые поверхности. Полукруглыми стамесками вырезают
внутренние кривые поверхности. К jlio к а р з а м и обрабаты-
вают поверхности, которые невозможно обработать обыкновенными
стамесками. С помощью долота получают углубления в моде-
лях и стержневых ящиках.
Шерхебель используют для грубой обработки древесины.
В прорезь колодки шерхебеля вставляют под углом 45° пластину
с лезвием полукруглой формы, закрепленную клином.
Для получения более чистой поверхности применяют одинар-
ные или двойные рубанки (рис. 16).
31
a) . i>)
Рис. 16. Одинарный (а) и двойной (б) рубанки:
7 — колодка; 2 — резец; $ — горбатик; 4 — клин; 5 — стружка
Рубанками с двойными резцами обрабатывают торцовые и
долевые поверхности заготовок.
Плоскости длиной более 300 мм, когда нужно получить плоскую
поверхность изделия, строгают фуганком. Устройство фуганка
аналогично устройству рубанка.
Изготовление модельного комплекта
В качестве примера рассмотрим изготовление модельного ком-
плекта для конического катка. По чертежу отливки (рис. 17, а)
модель конического катка должна быть цельной, с отъемной верх-
ней муфтой, так как плоскость разъема формы пройдет по ли-
нии 1—1. Модель изготовляют по первому классу прочности из
березы или сосны. Для придания модели прочности обод катка
(рис. 17, б) делают из косяков /, т. е. из кольцевых секторов, рас-
положенных в три ряда по шесть косяков в каждом; диски — из двух
кругов 2, которые склеивают.так, чтобы их долевые волокна были
взаимно перпендикулярны.
Шаблоны косяков / кладут на доску, обводят карандашом и
получают контуры косяков, затем по этим контурам выпиливают
из досок заготовки косяков /. Шаблоны делают из картона или фа-
неры с размерами, соответствующими размерам косяков каждого
ряда. Припуск на обточку заготовки берут не менее 4—5 мм на ка-
ждую сторону. Долевые волокна дерева должны быть направлены
в косяке только по хорде (рис. 17, в).
Склеенную заготовку обтачивают на токарном станке при по-
мощи планшайбы 3 или ее прикрепляют шурупами к деревянному
кресту 4 (рис. 17, г). Внутренние поверхности в нижней и верхней
частях модели вытачивают резцом. Углубления в диске делают
с обеих сторон для установки в них частей модели — муфт со зна-
ками. Затем вытачивают стержневые знаки 5, 6 и муфты 7, 8. Муфту 8
приклеивают к модели, а муфту 7 выполняют отъемной для удоб-
ства формовки.
Стержневой ящик (рис. 17, б) изготовляют разъемным по оси
из симметричных половинок. Сначала спаривают бруски для сред-
32
ней части 14 ящика, полукруглой стамеской вырезают цилиндриче-
скую полость с помощью шаблона 9 и угольника 10. Эту полость
можно изготовлять и на фрезерном станке. Конические полости
ящиков для знаков стержня получают на токарном станке из двух
заготовок 11, склеенных через бумагу и скрепленных железными
гребенками 12.
Каждую заготовку 11 привертывают к планшайбе 13 шурупами
и растачивают резцом. После снятия с планшайбы состругивают
плоскости заготовок до требуемой высоты знака и разъединяют
заготовки стамеской по плоскости склейки. Бумагу с клеем удаляют,
заготовки 11 приклеивают к средней части 14 ящика и приверты-
2 Титов
33
вают шурупами. Для прочности к каждой половине ящика при-
клеивают деревянный щиток 15.
Готовый модельный комплект подают в отдел технического конт-
роля (ОТК) модельного цеха. Модельный комплект проверяют по
чертежу и модельным щиткам, по которым изготовлялись модели
и стержневые ящики, проверяют все элементы модели и ящиков:
галтели, отъемные части, крепежные детали, а также взаимозаме-
няемость моделей-дублеров и стержневых ящиков.
Окраска моделей. Принятый модельный комплект поступает
в отделение окраски. Модели и стержневые ящики окрашивают для
предохранения их от влаги, повышения поверхностной прочности,
уменьшения шероховатости поверхности, а также для уменьшения
прилипаемости формовочной и стержневой смеси.
Процесс окраски включает операции грунтовки, шпаклевки,
двух- или трехразовой лакировки и шлифования. Шлифование про-
изводят абразивной бумагой после каждой из операций.
Грунтовка сглаживает неровности древесины после обра-
ботки режущим инструментом. Грунтовку выполняют смесью олифы
и Красителей.
Шпаклевку применяют для заделки выбоин, щелей, ско-
лов и других мелких дефектов поверхности модели.
Таблица 8
Окраска поверхностей деревянных моделей (ГОСТ 2413—67)
Поверхности Окраска
Не подвергающиеся механической ‘ обработке Красная для отливок из* чугуна, се- рая — из стали, желтая — из- цвет- ных сплавов
Подвергающиеся механической об- работке Черные круглые пятна по красному, серому, желтому фону
Знаков Черная
Сопряжения моделей с отъёмными частями Окантовка сопряжений черной поло- сой
Скрепляющих частей моделей и стержневых ящиков, отпечаток которых в формах и стержнях подлежит заделке Черные полосы по красному, жел- тому или неокрашенному фону в виде штриховки под углом
Прибылей, элементов литниковой системы, приливов для отбора проб и образцов Отделяются от основного фона модели ' черной полосой по контуру сопря- гаемых элементов
Рабочих кромок шаблонов и мо- дельных плит Того же цвета, что и основной фон модельного комплекта
34
Состав шпаклевки: 70% молотого мела, 15—20% жидкого клея,
10—15% олифы. Для упрощения изготовления литейной формы
различные поверхности моделей и стержневых ящиков окрашивают
в разные цвета (табл. 8).
Окраску моделей производят в специальном, изоли-
рованном от цеха помещении, снабженном хорошей приточно-вы-
тяжной вентиляцией и противопожарным оборудованием, так как
лаки являются вредными и огнеопасными веществами.
Окрашенный модельный комплект маркируют в соответствии
с ГОСТ 2413—67. Для этого на нерабочую поверхность моделей и
стержневых ящиков прибивают цифры и буквы из тонкой листовой
латуни. Модели, стержневые ящики, их отъемные части, входящие
в один комплект, должны иметь общий номер по чертежу. На модели
указывают число стержневых ящиков и отъемных частей к ней.
После окраски и маркировки модельный комплект направляют
в литейный цех или на склад моделей для хранения. Деревянные
модельные комплекты необходимо хранить в сухом, вентилируемом
помещении с постоянной влажностью и температурой; мелкие мо-
дели и стержневые ящики — покомплектно на полках или специ-
альных стеллажах.
§ 3. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
Металлические модели и стержневые ящики обычно применяют
в массовом и крупносерийном производстве. Металлические мо-
дельные комплекты по сравнению с деревянными более долго-
вечны, точны, имеют гладкую поверхность, не деформируются при
хранении. Их используют в основном для машинной формовки, по-
этому конструкция моделей и стержневых ящиков связана с кон-
струкцией формовочных и стержневых машин.
Основными элементами металлического модельного
комплекта являются модельная плита и стержневые ящики, вспо-
могательными элементами — сушильные плиты, кон-
дукторы для зачистки и сборки стержней и т. д.
Металлические модельные плиты делают составными и цельно-
литыми. В первом случае модель изготовляют отдельно и затем
монтируют на плите, во втором случае модель и плиту изготовляют
вместе как одно целое.
Цельнолитые плиты бывают односторонние (модель или ее
часть располагается только на одной стороне плиты) и двусто:
ронние (модель располагается с обеих сторон плиты для последова-
тельной формовки нижней и верхней опок).
Обычно на плитах вместе с моделями отливок закрепляют мо-
дели элементов литниковой системы — питателей, шлакоуловителей
и т. д., что устраняет ручные операции при формовке.
Материалы. Металлические модельные комплекты изготовляют
из алюминиевых сплавов АЛЗ, АЛ24, АЛ25, АЛ26 и АЛ27. Крупные
модели и стержневые ящики, выступающие части которых могут ра-
2»
35

ботать на изгиб, рекомендуется изготовлять из сплава АЛ28.
Небольшие модели и стержневые ящики, а также модельные плиты
изготовляют из чугуна марок СЧ 12-28, СЧ 15-32. Модели из чугуна
обладают высокой прочностью, хорошо обрабатываются, но имеют
большую массу, склонны к коррозии.
Изготовление металлического модельного комплекта. Сначала раз-
рабатывают чертежи элементов металлического модельного комп-
лекта. Величины формовочных уклонов назначают по ГОСТ 3212—57,
а размеры стержневых знаков и допуски на них — в соответствии
с ГОСТ 3606—57. Размеры модели должны отличаться от размеров
отливки на величину усадки сплава и учитывать припуски на меха-
ническую обработку отливки. При разработке чертежа модельного
комплекта производят пересчет размеров с учетом усадки сплава,
проставляя на чертеже размеры, уже учитывающие усадку.
Заготовки металлических моделей, стержневых ящиков и плит
получают литьем в песчаные формы по деревянным моделям, кото-
рые называют промоделями, т. е. модели для изготовления.моделей.
Промодели изготовляют с припусками на механическую или ручную
обработку для получения металлической модели. При определении
размеров деревянной про-
модели учитывают суммар-
ную усадку сплава модели
и сплава отливки.
Например, если материа-
лом металлической модели
является алюминиевый
сплав с усадкой 1,25%, а .
отливки — сталь с усадкой
2%, то промодель нужно
изготовлять с учетом сум-
марной усадки, равной
3,25%.
Металлические модели,
стержневые ящики, модель-
ные и сушильные плиты
усиливая их ребрами жест-
Таблица 9
Номинальная толщина стенок металлических
моделей и стержневых ящиков, мм
(ГОСТ 13138—67)
Средний габа- ритный размер отливки, мм Алюминиевые сплавы Чугун
Модели Ящики Модели Ящики
•До 250 8 8 6 6
251—400 9 10 7 8
401—630 10 12 8 10
631—1000 12 15 10 12
1001—1600 15 — — —-
1601—2000 18 — — —
рекомендуется делать тонкостенными,
кости. Толщину стенок моделей и стержневых ящиков назначают
, по ГОСТ 13138—67 (табл. 9). .
Толщина ребер жесткости составляет 0,7 — 0,8 толщины стенки
модели или ящика, толщина бортов — 1,25—1,3 толщины стенок.
Толщину стенок стержневых ящиков для пескодувных Машин и
моделей для формовки прессованием под высоким давлением необ-
ходимо увеличивать на 30—35%. Расстояние между ребрами жест-
кости должно быть не более 300 мм. Ребра и стенки моделей и
ящиков должны иметь формовочные уклоны в пределах 1° — 1°30'.
Точность размеров и шероховатость поверхности металлических
моделей и стержневых ящиков регламентируются ГОСТ 11961—66
и 13355—67. Шероховатость поверхности моделей I—II клас-
36
сов точности обычно соответствует 6-му классу чистоты по
ГОСТ 13355—67.
Заготовки металлических моделей и. стержневых ящиков обра-
батывают на обычных универсальных металлорежущих станках:
токарно-винторезных, фрезерных, строгальных, сверлильных, шли-
фовальных, зуборезных, а также на станках для резки заготовок
(ножницах, ленточных пилах).
На токарно-винторезных станках обтачивают цилиндрические,
конические фасонные детали — тела вращения моделей и стержне-
вых ящиков: бобышки, втулки, штыри, штифты и т. д. На фрезер-
ных станках обрабатывают плоские и сложные фасонные поверх-
ности моделей и ящиков; на строгальных станках — протяженные
плоские поверхности модельных, сушильных, подопочных плит, а
также моделей и ящиков.
На копировально-фрезерных станках обрабатывают'Чложные
криволинейные поверхности моделей, а на зуборезных — модели
зубчатых колес.
Шлифовальные станки применяют для чистовой обработки ра-
бочих поверхностей, плоскостей разъема и посадочных поверхностей
(отверстий центрирующих и направляющих втулок, центрирую-
щих штырей, штифтов и т. д.). Кроме этого, в модельных цехах
используют координатно-расточные и горизонтально-расточные
станки. .
Для механической обработки моделей применяют резцы, сверла,
фрезы.
В цехах, изготовляющих металлические модельные комплекты,
большой объем работ выполняют на слесарно-сборочных участках,
где производят разметку заготовок, опиливание, сверление, пайку,
подгонку собираемых деталей моделей и стержневых ящиков,
а также ремонт моделей. Эти участки оборудуют верстаками, раз-
меточными плитами, сборочными приспособлениями, переносными
электрическими и пневматическими инструментами, абразивными
кругами, шаберами, зубилами и т. д.
После разметки литые заготовки модели подвергают механичес-
кой обработке в соответствии с чертежом модели. Для более точного
изготовления металлической модели контуры модельного чертежа,
отдельные разрезы и сечения вычерчивают в натуральную величину
на алюминиевом листе, предварительно покрытом акварельной
краской или светлым лаком. Вычерчивание отдельных проекций
металлических моделей необходимо для изготовления металлических
шаблонов, для пригонки отдельных частей и т. д. Перед механичес-
кой обработкой рабочие поверхности моделей сначала строгают
и фрезеруют в плоскостях разъема (поверхности соприкосновения
полумодели с плитой), а затем спаривают (чтобы они не смещались)
при помощи контрольных штифтов из стали.
После механической обработки модели монтируют на заранее
подготовленные плиты. Предварительно на каждой плите делают
монтажные разметочные риски, как правило, от контрольного
37
МИ

штыря. При монтаже полумоделей на плиты необходимо учитывать
размеры и конструкцию опок.
При машинной формовке обычно используют две плиты: одну
для нижних полуформ (рис. 18, а), а вторую для верхних полуформ
(рис. 18, б).
Модели литниковой системы монтируют на плитах после уста-
новки моделей отливки в соответствии с чертежом (для верха и
низа). На рис. 19 приведен пример монтажа моделей на односто-
ронних плитах, предназначенных для машинной формовки. Литые .
полумодели строгают по плоскости разъема, спаривают при помощи
Вис. 18. Модельные плиты для машинной формовки:
I — плита; 2 — половина модели; 3 — модели литниковой системы; 4 — центрирующие
штыри; 5 — контрольные штифты
контрольных штифтов 1 (рис. 19, а) и обрабатывают на токарном
станке. Затем на поверхности полумоделей наносят монтажные
осевые риски.
На подготовленные плиты (верхнюю и нижнюю) после механи-
ческой обработки наносят монтажные риски и одну из частей модели
накладывают на модельную плиту (рис. 19, б) так, чтобы монтаж-
ные риски модели и плиты совпали. В таком положении половину
модели прижимают к плите и просверливают отверстия в плите,
причем модель используют как кондуктор. После этого половину
модели освобождают от зажима, снимают с плиты, а модельную
плиту накладывают рабочей поверхностью на другую плиту и
центрируют при помощи направляющих штырей (рис. 19, а). Через
отверстия для контрольных шпилек плиты просверливают отверстия
в другой плите.
Плиты разъединяют, ставят направляющие штыри, монтируют
модели на плитах и фиксируют их контрольными штифтами, чтобы
исключить перекос отливки. Модели крепят снизу стальными вин-
38
тами 2, а иногда болтами, к плите для нижней полуформы (рис. 19, а)
прикрепляют модели питателей 3, а к другой плите (рис. 19, д) —
модель шлакоуловителя -/."Монтаж моделей на односторонних плитах
г) 2 3 д)
Рис. 19. Монтаж моделей на односторонних плитах
производят обычно с помощью монтажного шаблона. Если на плите
устанавливается несколько моделей, то следует пользоваться мон-
тажным шаблоном, изготовленным из листовой стали толщиной
2—5 мм.
Рис. 20. Модельная плита для безопочной формовки
Модельную плиту двустороннюю (рис. 20)
изготовляют обычно из алюминиевых сплавов, так как она должна,
быть более легкой. Модельные плиты для безопочной формовки
при криволинейной поверхности разъема формы отливают заодно
39
с моделями. Монолитные плиты получают из алюминиевого сплава
по деревянным модельным плитам вместе с моделями. Модели с про-
стым прямолинейным разъемом устанавливают на плите с двух
сторон: на одной стороне монтируют часть 1 модели, а на другой —
часть 2 модели. Литниковую систему 3, шлакоуловитель и стояк
монтируют на верхней поверхности плиты, а питатели — на ниж-
ней.
Металлические стержневые ящики применяют в серийном и
массовом производстве. Основные типы конструкций стержневых
ящиков приведены на рис. 21.
Рис. 21. Основные типы металлических стержневых ящиков для машин-
ной формовки
, В неразъемных вытряхных ящиках (рис. 21, а) изготовляют
стержни, ограниченные с одной стороны плоскостью. После уплот-
нения стержневой смеси ящик накрывают сушильной плитой 1 и
поворачивают на 180°,. затем его снимают, и стержень остается
на плите. В вытряхных ящиках с вкладышем 2 (рис. 21, б) изготов-
ляют фасонные стержни.
Ящики с вертикальным разъемом (рис. 21, в) после уплотнения
смеси накрывают сушильной плитой /, поворачивают на 180° и,
раздвигая стенки ящика, освобождают стержень. Для получения
в верхней части стержня углубления применяют ящики с верти-
кальным разъемом и отъемным дном 3 (рис. 21, г). Ящики с гори-
зонтальным разъемом бывают открытые (рис. 21, д) и закрытые
(рис. 21, е).
Металлические ящики используют для ручной и машинной
формовки стержней. Однако наиболее целесообразно применять
машинную формовку даже для небольшой серии стержней. В усло-
виях массового и серийного производства смесь уплотняют чаще
40
всего на стержневых пескодувных и пескострельных машинах.
Ящики для этих машин должны иметь по возможности одну плос-
кость разъема и минимальное число отъемных частей. На рис. 22
показан металлический ящик для изготовления стержней на песко-
дувной машине.
Половины корпуса 1 ящика из алюминиевого сплава центри-
руются с помощью втулок 2 и штырей. Для уменьшения износа от
плотного соприкосновения половин ящика и предотвращения про-
рыва смеси по разъему поверхности разъема ящика покрывают'
стальным листом — броней 3, прикрепляемой к корпусу ящика
Рис. 22. Металлический ящик для изготовления стержней на
пескодувной машине:
/ — корпус; 2 — центрирующая втулка; 3 — броня; 4 — вентиляционное
отверстие (вента); 5 — вкладыш; 6 — вдувное отверстие
винтами. Броню'ящика шлифуют. Во вдувное отверстие 6, служа-
щее для подачи стержневой смеси в ящик, вставляют сменную
стальную втулку, напротив которой в стенку ящика запрессовывают
сменную предохранительную стальную шайбу — вкладыш. Этот
вкладыш необходим для уменьшения износа стенки от абразивного
действия песчаной струи, с силой ударяющей в стенку при заполне-
нии ящика стержневой смесью. Для выхода воздуха в стенках
стержневого ящика делают вентиляционные отверстия, которые
закрывают специальными пробками — вентами. Венты имеют тон-
кие прорези или сетку, через которые свободно проходит воздух
и не проходит стержневая смесь. Конструкции центрирующих
41
втулок и штырей, вдувных втулок, предохранительных шайб и вент
выбирают по машиностроительным нормалям МН 2469—61 ч-
ч- 2494—61.
В крупных ящиках делают специальные приливы для установки
и фиксации каркасов стержня в ящике перед его заполнением
смесью.
Рис. 23. Конструкции затворов для разъем-
ных стержневых ящиков
Половины металлических стержневых ящиков перед формовкой
скрепляют затворами: барашковыми (рис. 23, а) или с шарнирной
скобой (рис. 23, б). Бараш-
ковый затвор прост в обра-
щении и легок, но накиды-
вание болта 1 и завертыва-
ние гайки 2 требует затрат
большего времени, чем по-
лорот скобы 5. Для умень-
шения износа ушек ящика3
их поверхности армируют
стальными накладными
пластинами 6. Центрирова-
ние половины ящика про-
изводят по сменным сталь-
ным втулкам и штырям 4.
§ 4. ПЛАСТМАССОВЫЕ
МОДЕЛИ
Деревянные модельные
комплекты недолговечны,
быстро изнашиваются, де-
формируются и не обеспе-
чивают высокой точности
размеров отливок. Металлические модельные комплекты более
долговечны и точны, но более дороги и трудоемки в изготовлении,
окупаются только в условиях массового и крупносерийного про-
изводства. Применение пластмасс для модельных комплектов сни-
жает трудоемкость изготовления, позволяет экономить цветные
металлы, сократить производственные площади и парк станочного
оборудования модельных цехов.
Пластмассовые модели обладают малой плотностью, высокой
коррозионной стойкостью, большей, чем деревянные, прочностью,
к ним меньше прилипает формовочная смесь. Особенно целесооб-
разно применять пластмассу для изготовления моделей-дублеров
взамен деревянных моделей и стержневых ящиков, так как в этом
случае по одной промодели можно быстро изготовить необходимое
число моделей-дублеров.
Для изготовления моделей применяют различные пластмассы
на основе эпоксидных, фенольноформальдегидных, полиэфирных
смол, полиэтилен, полихлорвинил и т. д. Наиболее широко приме-
42
н я ют пластмассы холодного отверждения на основе эпоксидных
смол марок ЭД-5 и ЭД-6 и акрилатов марок ТШ и АСТ-Т.
Технологический процесс изготовления
моделей из пластмасс холодного отверждения, например
эпоксидных ЭД-5, ЭД-6, включает изготовление промодели, формы
и самой модели. Промодель обычно делают из дерева по обычной
технологии получения деревянных моделей 2—3-го классов проч-
ности. Размеры промодели выполняют в. соответствии с чертежом
пластмассовой модели с учетом припусков на механическую обра-
ботку, формовочных уклонов и суммарной усадки пластмассы и ме-
талла отливки.
Формы для изготовления пластмассовых моделей могут быть
разовые и полупостоянные, по которым изготовляют несколько
моделей. Разовые песчано-глинистые формы используют для изго-
товления крупных моделей.
Полупостоянные формы получают из гипса. Гипсовую форму
сначала сушат на воздухе, а затем в сушильном шкафу. Сухую форму
покрывают нитролаком с помощью пульверизатора или кисти.
Перед заливкой пластмассы поверхность формы покрывают раз-
делительным веществом: солидолом или машинным маслом. Для
изготовления модели приготовляют специальную композицию (ком-
паунд) из эпоксидной смолы, наполнителя, отвердителя и пласти-
фикатора. Эпоксидные смолы дороги, поэтому основная масса
модельного компаунда состоит из наполнителя, в качестве которого
применяют металлические порошки, и пылевидный кварц. Наполни-
тели придают моделям необходимую прочность, твердость, износо-
стойкость. Эпоксидные смолы самопроизвольно не твердеют, поэтому
для получения твердой эпоксидной пластмассы в состав композиции
вводят отвердитель. Отвердитель вызывает полимеризацию эпок-
сидной смолы, в результате чего она приобретает необходимую
твердость. В качестве отвердителя используют полиэтиленполи-
амин, гексаметилендиамин и другие вещества.
Для придания затвердевшей эпоксидной пластмассе необходи-
мой вязкости в модельную композицию вводят пластификатор,
чаще всего дибутилфталат. Живучесть композиции (время пребыва-
ния ее в достаточно подвижном для заполнения формы и получения
модели состоянии) составляет 1—3 ч. Поэтому ее приготовляют
непосредственно перед изготовлением модели , или стержневого
ящика.
Примерный состав заливаемой пластмассы в частях (по массе)
Связующее — эпоксидная смола .......................... 100
Пластификатор — дибутилфталат, олеиновая кислота......... 15
Наполнитель — железный порошок......................... 200
Отвердитель — полиэтиленполиамин ........................ 20
Порядок загрузки составляющих. В смолу
.вводят пластификатор и тщательно перемешивают, а затем наполни-
тель (железный порошок, песок, пылевидный кварц, тальк) и отвер-
43
шияи»
дитель. При перемешивании смесь нагревается за счет теплоты
реакций твердения до 55° С.
Готовую смесь необходимо заливать в формы через 3—5 мин после
приготовления, так как она быстро густеет. Иногда залитые формы
подвергают вакуумированию в специальных камерах в течение
5—10 мин для удаления из пластмассы пузырьков воздуха. Пласт-
массовые модели затвердевают в течение 20—24 ч.
В целях улучшения пластических свойств модели после затвер-
девания пластмассы подвергают термической обработке. Режим
термической обработки моделей: 1) мелких и средни^ — нагрев
от 50 до 100° С в течение 4—5 ч с дальнейшим охлаждением до ком-
натной температуры; 2) сложных и крупных, а также стержневых
ящиков — нагрев до 60° С с выдержкой залитых форм в течение
30—32 ч, затем охлаждение до комнатной температуры.
Пластмассовые модели, обработанные по разъему, крепят на
модельной плите контрольными штифтами и винтами. Головки вин-
тов при креплении углубляют в тело модели на 1,0—1,5 мм.
Углубления предварительно зачищают, промывают ацетоном и
заделывают ремонтным составом.
Модели из эпоксидных смол, обладающих токсичностью, необ-
ходимо изготовлять в отдельном помещении модельного цеха, хо-
рошо оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией.
Максимальное число съемов полуформ с моделей из эпоксидных
смол при ручной формовке 2000 и машинной 30 000.
Газифицируемые модели. Изготовление отливок по газифици-
руемым моделям — новый технологический процесс, сущность
которого состоит в том, что модель, получаемая из специальной
пористой пластмассы, чаще всего пенополистирола, обладающего
малой объемной массой (0,02 г/см3), не извлекается из формы перед
заливкой, а под действием теплоты металла плавится, испаряется,
газифицируется, освобождая металлу полость формы. Обычно
модель точно воспроизводит конфигурацию отливки с учетом при-
пусков на механическую обработку и усадку, так что полости,
поднутрения и отверстия в отливке выполняются без стержней.
Это упрощает изготовление модельного комплекта, сокращает
трудоемкость и сроки его изготовления, исключает необходимость
применения стержневых ящиков, снижает расход материала.
Так как пенополистироловые газифицируемые модели не извле-
каются из формы перед заливкой металла, то формы делают неразъ-
емными, что способствует повышению точности отливок. Пено-
полистирол — легкий пористый материал, имеющий плотность
около 20—25 кг/м3, температуру плавления 164° С и испарения
316° С.
Для изготовления газифицируемых литейных моделей применя-
ют специальный пенополистирол марки ПСБ-Л. Этот материал
обладает малой плотностью (до 18—20 кг/м3), повышенными проч-
ностью (до 2,5—3 кгс/см2), скоростью испарения и газификации, что
способствует устранению специфических дефектов в отливках.
44
. J
1
Пенополистирол ПСБ-Л хорошо обрабатывается йа Деревообра-
батывающих станках, а также на специальных станках, в которых
в качестве режущего инструмента используется нагретая электри-
ческим током до 200—300° С проволока из нихрома диаметром 0,5 мм.
Плиты полистирольного пенопласта ПСБ-Л имеют размеры от
800 X 900 х 100 мм до 1000 X 2000 х 200 мм, что позволяет при
изготовлении моделей исключить операции сплачивания, вырезки
и склейки отдельных частей крупных моделей и тем самым уйростить
технологию их изготовления. Пенополистирол склеивают такими же
клеями, что и древесину. Однако высыхающие водорастворимые
клеи применять нежелательно, так как пенополистирол негигро-
скопичен и клей может долго не высыхать, что приведет к удлинению
цикла изготовления модели или даже браку отливок по газовым
раковинам.
Из пенополистирола получают модели разового использования
(модель при заливке формы газифицируется). Поэтому пенополисти-
роловые газифицируемые модели применяют в условиях единичного
и мелкосерийного производства отливок из чугуна, стали, цветных
сплавов.
Такие модели крупных отливок широко используют на Волжском
автомобильном заводе (ВАЗ) для изготовления крупных отливок
из чугуна и стали (см. гл, IV, § 2).
§ 5. ГИПСОВЫЕ И ЦЕМЕНТНЫЕ МОДЕЛЙ
Гипсовые модели применяют в единичном и серийном произ-
водстве. Они менее прочны по сравнению с металлическими моде-
лями, но их стойкость выше деревянных моделей. Например, если
по деревянной модели 1-го класса прочности можно изготовить
до 300 форм, то по гипсовой— 1000 форм.
Гипс представляет собой водную сернокислую соль кальция.
Для получения жидкой композиции в гипс добавляют 40—60% (по
массе) воды. Продолжительность текучести гипсовой композиции
всего 2—4 мин; формовочный гипс схватывается через 3—5 мин.
Для испарения влаги и уменьшения гигроскопичности композиции
ее целесообразно перед употреблением просушить при темпера-
туре 150° С. Гипсовую композицию приготовляют из 5 частей
гипса, 1 части цемента и 1 части мелкого кварца.
Сначала получают деревянную промодель, формуют ее в мелко-
зернистой глинистой формовочной смеси. После извлечения дере-
вянной модели форму тщательно отделывают, затем на нее накла-
дывают специальную чугунную рамку и заполняют гипсовой ком-
позицией. Через 1—3 ч рамку с гипсовой композицией извлекают
из формы, отделывают и через сутки окрашивают лаком (2—3 раза),
после чего модель готова для использования. Хранить такие модели
необходимо в сухом помещении, так как они обладают большой
гигроскопичностью. В большинстве случаев из гипса изготовляют
модели простой конфигурации и небольших размеров (не более
45
600 х 500 х 300 мм). Гипсовые модели на встряхивающих машинах
применять не рекомендуется, так как они быстро разрушаются.
Цементные модели значительно прочнее гипсовых при ударных
нагрузках, поэтому их можно применять при уплотнении форм
на встряхивающих формовочных машинах Технологический про-
цесс изготовления цементных моделей аналогич&н процессу изго-
товления моделей из гипса. Крупные цементные модели упрочняют
проволочной арматурой — каркасами.
Состав, из которого изготовляют такие модели, включает
водный раствор цемента, смешанного с двумя частями мелкого
кварцевого песка. Для моделей рекомендуется использовать порт-
ландцемент марок 400, 500 и 600. Цементные и железобетонные
модели после выдержки в' течение 3—7 дней покрывают лаком.
ГЛАВА 111
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СМЕСИ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Формовочными материалами называются материалы, применя-
емые для изготовления литейных форм и стержней. Формовочные
материалы разделяют на исходные формовочные материалы, формо-
вочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы.
Исходные формовочные материалы делятся
на две группы: 1) основные — огнеупорная основа смеси (кварце-
вый песок и т. д.), связующие материалы (глина, различные смолы,
другие связывающие вещества); 2) вспомогательные, например
различные добавки (уголь, древесная мука, торф и т. д.), при-
дающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства.
Формовочные и стержневые смеси приготовляют из исходных
формовочных материалов и из отработанных смесей (смеси, бывшие
в употреблении). Состав смесей зависит от назначения, способа
формовки, рода заливаемого в форму металла.
Вспомогательные формовочные составы —
это материалы (краски, клеи, замазки), необходимые для отделки
и исправления форм и стержней.
§ 2. ФОРМОВОЧНЫЕ ПЕСКИ
Формовочные пески и глины являются осадочными горными
породами. Они образовались в результате последовательного отло-
жения минеральных веществ, а также выветривания осадков из
различных растворов.
Формовочные пески и глины добывают в специальных карьерах,
например Люберецком, Гусаровском, Кичигинском, Ореховском
и других. Обычно пески носят название карьера, в котором их
добывают. Разработку месторождений песка и глины ведут откры-
46
тым способом. Если песок содержит примеси или имеет неоднород-
ный зерновой состав, то на карьерах производят обогащение
песка — освобождение его от посторонних примесей (остатков расте-
ний, глины, известняка), а также разделение на фракции по размерам
зерен.
Чаще всего в качестве основного формовочного материала при-
меняют кварцевые пески, которые достаточно широко
распространены в природе, а поэтому дешевле других и вместе
с тем обладают необходимыми свойствами, главное из которых—
огнеупорность.
Основной составной частью этих песков является минерал
кварц (кремнезем), представляющий собой химическое соединение
SiO2 плотностью 2,5—2,8 г/см3, температура его плавления 1713° С.
При нагреве кварц переходит в другие кристаллические модифика-
ции, что сопровождается изменениями его объема. При 573° С
а-кварц переходит в p-кварц, объем изменяется на ±2,4%; при
870° С р-кварц-> fJ-тридимит, изменение объема 15,1%; при 1470° С
p-тридимит-> p-кристобалит, изменение объема 4,7%; при 1743° С
p-кристобалит-> расплав, изменение объема 0,1%. Кроме кварца
песок может содержать полевые шпаты, слюду, окислы железа,
гидраты окислов железа, карбонаты, а также глинистые минералы.
Эти примеси придают песку различную окраску и ухудшают его
свойства, понижая температуру плавления.
В природных условиях в воде вместе с крупными песчинками
оседают и мелкие, поэтому в песках могут находиться одновременно
зерна размером от нескольких миллиметров до нескольких микронов.
Условились зерна размером менее 22 мкм независимо от их химичес-
кого состава относить к глинистой составляющей, а зерна более 22
мкм — к зерновой составляющей песка. Содержание глинистой
составляющей в формовочных песках определяют отмучиванием,
т. е. отмыванием, отделением песка от глины. В зависимости от
содержания глинистой составляющей формовочные пески делят на
кварцевые и глинистые.
Кварцевыми песками называют пески, содержащие глинистых
составляющих не боЛее 2% 90—97% SiO2 и до 10% посторонних
примесей. Пески, содержащие более 50% глинистых составляющих,
называют глинами. В табл. 10 приведена классификация формовоч-
ных песков по ГОСТ 2138—56.
При выборе песков для литейного производства нельзя ограни-
чиваться только химическим составом и наличием в песке глинистых
составляющих. Необходимо также учитывать минералоги-
ч е с к и.й состав песка. По ГОСТ 2138-56 пески по форме
зерен разделяются на округл ы е, полуокруглые, ост-
роугольные и осколочные. Для получения отливок
без пороков необходим песок определенной зернистости.
Зерновой состав формовочных песков определяют просеива-
нием навески 50 г сухого безглинистого песка или формовочной
смеси. Для этого их предварительно подвергают отмучиванию.
47
Таблица 10
Классификация и состав формовочных песков, % (ГОСТ 2138—56)
Песок Класс Глини- стая соста- вляющая SiO, Вредные примеси
сера суль- фид- ная окисли щелочног земельных и щелоч- ных металлов окислы железа
Кварцевый 1К Э?97 — <0,5K2O-pNa2O <l,OCaO + MgO 0,75
2К До 2 =3:96 0,025 1,5 1,0
ЗК 0,025 2,0 1,5
4К 5=90 — —
Кварцево- полево- шпатовый кп До 2 <90 . — —
Тощий т Св. 2 до 10 '— —- — —
Полу- жирный п Св. 10 до 20 —— — — —
Жирный ж Св. 20 до 30 — — — —
Очень жирный ,ож Св. 30 до 50 *— — . —
Таблица 11
Классификация песков на группы по величине зерен
основной фракции (ГОСТ 2138—56)
Песок Группа Номера сит, иа которых остаются зерна основной фракции
Грубый 063 - ч 1; 063; 04
Очень крупный 04 063; 04; 0315
Крупный 0315 04; 0315; 02
Средний . 02 0315; 02; 016
Мелкий 016 02; 016; 01
Очень мелкийу 01 016; 01; 0063
Тонкий . 0063 01; 0063; 005
Пылевидный '. . 005 0063; 005; тазик
Песок просеивают через набор калиброванных сит с точными раз*
мерами ячеек (табл. 11). Нормальный набор состоит из 11 сит с
ячейками размерами от 2,5 до 0.05 мм. Сито № 2,5 сверху накрывают
крышкой, снизу под сито № 005 подставляют металлический тазик.
Навеску песка рассеивают с помощью специального приспособле-
ния. Песок, оставшийся в наибольшем количестве на трех смежных
ситах, называется основной зерновой фракцией.
48
При оценке песков одного месторождения с различной зернис-
тостью следует отдавать предпочтение песку с более крупными
зернами, так как последний является более чистым в химическом
и минералогическом отношении. При выборе песков следует учи-
тывать характер производимых отливок. Для крупных отливок надо
применять более крупный песок, так как он обеспечивает более вы-
сокую газопроницаемость и огнеупорность формовочных смесей;
для* мелких отливок — более мелкозернистый песок в целях полу-
чения более чистой поверхности.
Пески делят на две категории А и Б. К категории А относятся
пески с большим остатком основной фракции песка на крайнем
верхнем сите (из трех смежных), к категории Б — пески с большим
остатком на крайнем нижнем сите.
Кварцевые пески с рассредоточенной зерновой структурой раз-
деляются На четыре группы: 1 — крупный КРК (сита 04, 0315
и 02); 2 — средний КРС (сита 0315, 02 и 016); 3 — мелкий КРМ
(сита 02, 016 и 01); 4 — с общей рассредоточенностью КРО (в основ-
ной фракции на трех любых ситах менее 60%). Суммарный остаток
на ситах должен быть для первых трех групп не менее 60%.
При маркировке песка на первом месте ставят обозначения
класса, на втором — группы и на третьем — категории. Например,
кварцевый песок средней зернистости обозначается 1К02А, 2К02А,
ЗК02А или 1К02Б, 2К02Б, ЗК02Б; песок с рассредоточенной зер-
нистостью— 2КРСА, 1КРСА или 2КРСБ, 1КРСБ; тощие пески —
—- Т0315А и т. д.; полужирные и очень жирные пески—П025,
Ж016, ОЖ01.
Для повышения чистоты поверхности отливок применяют
взамен кварцевого песка высокоогнеупорные формовочные материа-
лы: цирконовый песок, оливинит, хромистый железняк, магнезит.
Цирконовый песок ZrSiO4 отличается высокими физико-химичес-
скими свойствами, обладает хорошей теплопроводностью и большой
плотностью, не дает пригара на поверхности отливок. Температура
его плавления свыше 2400° С.
Цирконовый песок применяют для приготовления облицовочных
и стержневых смесей, а также формовочных красок для крупных
отливок.-Вследствие большей теплопроводности цирконовый песок
Способствует более быстрому охлаждению отливки по сравнению
с обычными формовочными материалами, что дает возможность регу-
лировать процесс затвердевания и кристаллизации металла.
Оливинит — магнезиальный силикат Mg2SiO4. Огнеупорность
оливинита 1750—1830° С. Оливинитовые пески по эффективности
и экономичности занимают среднее место между цирконовыми и
кварцевыми Наиболее эффективно применение оливинита в про-
изводстве отливок из марганцовистой стали благодаря получению
высокой чистоты поверхности отливок.
Хромистый железняк FeO-Сг2О3 (хромит) в молотом виде вводят
в состав облицовочной смеси, используемой для форм крупных
стальных отливок. Температура плавления (1450—1850° С) хро-
49
мистого железняка понижается с увеличением содержания окислов
железа. Хромистый железняк применяют в виде порошка, просеян-
ного через сито с ячейками 1,5 мм. После просева хромистый желез-
няк должен иметь следующий зерновой состав: остаток 60—70%
на ситах 1—04 и 30—40% на ситах 1—063. Хромистый железняк
не должен содержать посторонних примесей, понижающих его
огнеупорность.
Природные свойства хромистого железняка: высокая огнеупор-
ность, постоянство объема при нагревании, отсутствие химического
сродства с окисью железа — обеспечивают получение отливок
с повышенной чистотой поверхности.
Магнезит MgCO3 после обжига имеет температуру плавления
2800° С. В состав магнезита, кроме MgO, который образуется после
обжига, входят песок, глина, известь и окислы железа. Магнезит
применяют в облицовочных смесях для отливок из высокомарган-
цовистой стали 110Г13Л (сталь Гадфильда).
Шамот (40% А12О3, остальное SiO2) представляет собой предва-
рительно (до спекания) обожженную огнеупорную глину; имеет
высокую огнеупорность 1670—1750° С. Шамот применяют для
изготовления сухих форм крупных стальных отливок.
§ 3. ФОРМОВОЧНЫЕ ГЛИНЫ
Литейными формовочными глинами называются горные породы,
состоящие из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов
и обладающие связующей способностью, термохимической устой-
чивостью, что позволяет использовать их в качестве связующего
для приготовления прочных и не пригорающих к отливке формо-
вочных смесей.
Классификация глин по ГОСТ 3226—65. В зависимости от мине-
ралогического состава формовочные глины разделяются на четыре
вида: каолинитовые — К, гидрослюдистые — Г, монтмориллони-
товые (бентонитовые) — М, полиминеральные —П. Чаще применяют
каолинитовые и бентонитовые глины, так как они обладают боль-
шей термохимической устойчивостью.
Бентонитовые глины — это формовочные глины, состоящие из
очень мелких зерен (размером 0,001 мм и менее) и образующие
с водой коллоидный раствор, что делает эти глины пластичными
и клейкими.
Бентонитовые глины имеют следующие преимущества по срав-
нению с обычными глинами:
1. При смешивании с кварцевым песком или смесью, бывшей
в употреблении, требуется в 2—3 раза меньше бентонита, чем, обыч-
ной глины, так как бентонит обладает значительно большей свя-
зующей способностью.
2. При использовании бентонита в смесь вводят меньше воды,
благодаря этому улучшается газопроницаемость и снижается брак
отливок по газовым раковинам.
50
3. Формовочные смеси на бентоните обладают большей теку-
честью и лучше заполняют опоки и стержневые ящики.
4. Бентонитовые смеси уменьшают засоры в отливках и улуч-
шают их поверхность
5. При изготовлении стержневых смесей на бентоните можно
наполовину сократить расход связующих.
В зависимости от связующих свойств, определяемых пределом
прочности при сжатии технологической пробы, формовочные глины
делятся на классы и сорта (табл. 12).
Таблица 12
Классификация формовочных глии йо прочности (ГОСТ 3226—65)
Глина Сорт Предел проч-, 'ности при ежа- • тии во влажном состоянии, кгс/см2 Класс .Предел проч- ности при сжа- тии в сухом СОСТОЯНИИ, кгс/см2
Прочносвязующая . . I 1,1 1 5,5
Среднесвязующая . . II 0,79-1,1 2 3,5-5,5
Малосвязующая . . . III 0,5-0,8 3 3,5
Основной составляющей, обеспечивающей огнеупорность глины,
является глинозем А12О3. Примеси, как известь, щелочь и раз-
личные окислы, способствуют понижению огнеупорности глины.
По огнеупорности (термохимической устойчивости) глины делятся
на группы: высокую — Тг; среднюю — Т2; низкую — Т3.
При маркировке глины на первом месте ставят вид глины,
затем сорт, класс и группу, например КШ/2Т2 — каолинитовая
глина III сорта, 2-го класса, 2-й группы.
По ГОСТ 3226—65 формовочные глины рекомендуется применять
в составах песчано-глинистых смесей в зависимости от метода
формовки и материала отливки. Например, для чугунных отливок
со стенками толщиной от 10 до 50 мм и мелких стальных при фор-
мовке по-сырому рекомендуется применять глины марок
I—Ш/1—3Tj; для стальных отливок со стенками толщиной более
20 мм при формовке по-сырому — глины марок!—II/1—3 (Tj — Т3),
а при формовке по-сухому — глины марок I—Ш/1—2 (П — Т3).
Глину выбирают с учетом условий образования на отливках
наименьшего пригара и обеспечения максимальной термохимической
устойчивости формовочной смеси. При этом следует иметь в виду,
что при введении в формовочную смесь большого количества глины
с высокой термохимической устойчивостью (ТХУ) огнеупорность
смеси может оказаться ниже, чем при введении небольшого коли-
чества глины с низкой ТХУ. Например, в результате замены као-
линитовой глины меньшим количеством высокосвязующей бентони-
товой глины можно, сохранив достаточную прочность, увеличить
огнеупорность смеси. Уменьшение количества глины в смеси при
51
применении бентонита позволяет также снизить влажность смеси
и прилипаемость смеси, повысить ее газопроницаемость, снизить
брак по газовым раковинам и засорам. ,•,
т!
Z1 “
§ 4. СВЯЗУЮЩИЕ
Связующие вводят в формовочные и стержневые смеси для 5J
связывания песчинок и придания прочности в сыром или сухом н
состоянии формовочным и стержневым смесям. ' ’
К связующим предъявляют следующие требования. Они должны:
1. Равномерно распределяться по поверхности формовочных
песков при приготовлении формовочных и стержневых смесей.
2. Не прилипать к модели и стержневому ящику во время
изготовления стержней и форм.
3. Обеспечивать достаточную прочность в сыром и сухом состоя-
нии.
4. Сообщать смеси пластичность для получения хорошего отпе-
чатка модели в форме. _
5. Способствовать быстрому высыханию стержня' и. формы и
не поглощать влагу при сборке форм и хранении стержней на
складе.
6. Не выделять много газов при сушке и заливке металла
в форму, обеспечивать податливость формы и стержня.
7. Не снижать огнеупорности формовочного материала и не
увеличивать пригара на отлийках.
8. Способствовать легкому удалению стержня из отливки.
9. Быть безвредными и для работающих, и для окружающих
людей (т. е. не разъедать рук и не выделять вредных газов), быть
дешевыми и не дефицитными.
Классификация связующих дана в табл. 13. В основе класси-
фикации лежат два признака: а) природа материала (органические
и неорганические, водные и неводные); б) характер затвердевания
(необратимый, промежуточный, обратимый). Водные и неводные
связующие не смешивают между собой, так как это почти всегда
понижает прочность смеси во влажном и в сухом состоянии, осо-
бенно, если в качестве водного связующего используют формовоч-
ную глину.
Необратимо затвердевающие связующие при затвердевании
претерпевают сложные химические превращения; в основе затвер-
девания лежат процессы полимеризации вещества. Обратимо за-
твердевающие связующие восстанавливают свойства после охлаж-
дения (битумы, пеки, канифоль) или при действии растворителя
(декстрин, пектиновый клей).
Связующие, затвердевающие необратимо, сообщают наибольшую
удельную прочность сухим стержням (более 5 кгс/см2 на 1 % свя-
зующего); связующие с промежуточным характером затвердева-
ния— среднюю прочность [3—5 кгс/(см2 • 1 %)]; обратимо затвер-
девающие связующие — наименьшую прочность [до 3 кгс/(см2 •!%)).
52
Классификация связующих
1 Класс В 1 Связующие В-1 Жидкое стекло 1 ' : i В-2 1 В-3 Цемент 1 Глины формо- j вочные
Характер затверде- вания Необра- тимый 1 । Обрати- мый
| Класс Б ? 1 Связующие Б-1 МФ-17, М, МСБ, СМ-1, НАК ! Б-2 СП, СБ, КТ, кв0, квс Декстрин, пекти- новый клей Б-3 Патока, суль- фитно-спиртовая барда
Характер затверде- вания Необра- тимый Проме- жуточ- t иый Обрати-; , мый
|' Класс А । i Связующие А-1 Льняное масло, оЛифа, П, ПТ, ПТА, КО, ПК-104 ПС-1, 4ГУ (в) А-2 4ГУ (п), ГТФ, ЗИЛ, ДП, БК, слк А-З Древесный пек БТК Канифоль
V । Характер затверде- вания । Необра- тимый Проме- жуточ- ный Обрати- мый
1 Удельная прочность о УД | кН/(мг- 1%) >490 о « <05 <35 04 <294 1
3 S ' Q 5 / * А i 3-5 СО • V
р! >» я са 0,2 S г—' С 111
53
- В соответствии с этим связующие разделяют на три группы по
удельной прочности на разрыв в сухом состоянии.
По табл. 13 органические связующие выделены в два класса:
А— неводные, Б — водные; неорганические связующие занимают
класс В и являются водными.
Органические химически твердеющие связующие. В эту группу
входят органические неводные (А-1 и А-2) и водные (Б-1) связующие.
Химически твердеющие связующие сообщают смеси низкую проч-
ность, хорошую пластичность во влажном состоянии и высокую
прочность в сухом. Из смесей на основе этих связующих получают
тонкостенные сложные стержни, которые сушат на плитах. Для
повышения прочности во влажном состоянии в смесь добавляют 8
глину, декстрин и другие связующие. ,
Химически твердеющие связующие разделяют на две группы::;
масла и синтетические смолы. /
Масла для затвердевания требуют окисления, а синтетические’;
смолы — только нагрева. Масла могут быть растительные, из’
нефтепродуктов и из сланцев.
К растительным маслам относятся льняное мадло и олифа.
Олифа представляет собой растительное масло с добавкой катали-
затора, ускоряющего процесс сушки.
К маслам на основе нефтепродуктов относится петролатум,
растворенный в уайт-спирите в отношении 1/1, выпускаемый под
названием связующее П. Недостатками этого связующего являются
сравнительно высокая прилипаемость, низкая поверхностная проч-
ность и большая продолжительность сушки. С целью устранения
этих недостатков на основе петролатума были разработаны другие
связующие (ПТ, ПС) с улучшенными свойствами.
Из тяжелой фракции генераторной сланцевой смолы изготовляют
связующее ГТФ, из-за недостаточной прочности его применяют
вместе с другими связующими.
К группе органических химически твердеющих связующих отно-
сятся комбинированные связующие, изготовляемые
смешиванием нескольких связующих, что уменьшает расход дефи-
цитных масляных связующих. К таким связующим относят 4ГУ —
раствор растительного масла и канифоли в уайт-спирите; 4ГВ —
раствор растительного масла и битума в уайт-спирите и др.
Связующие группы А-1, А-2 такие, как олифа, П, ПТ, 4ГУ,
вводят в стержневые смеси в количестве 1,5—2%. Температура
сушки этих смесей 200—220° С.
Синтетические смолы вводят в состав смесей для тонкостенных
оболочковых форм, а также быстросохнущих смесей. Эти смолы
могут быть термореактивными и термопластич-
ными. Особенность термореактивных смол в том, что при нагреве
они сначала размягчаются, а затем вследствие химических процессов
затвердевают. Преимущество этих смол — процесс твердения проис-
ходит с большой скоростью и с образованием прочной и эластичной
пленки, что резко ускоряет процесс изготовления стержней и форм.
54
Наиболее широко в литейном производстве применяют пуль-
вербакелит — феноло-формальдегидную смолу — высокомо-
лекулярное (полимерное) соединение. Прочность смесей в сухом
состоянии достигает 60—80 кгс/см3 при содержании 4—6% пуль-
вер бакелита.
Карбамидные смолы — продукты конденсации моче-
вины с формальдегидом — хорошо растворяются в воде и применя-
ются для приготовления быстросохнущих и самовысыхающих
связующих М.Ф-17, М, МСБ. Смеси с этими связующими имеют
низкую прочность во влажном состоянии, добавка в смесь глины
и сульфитно-спиртовой барды повышает прочность смеси. После
сушки стержни на основе карбамидных смол негигроскопичны
и легко выбиваются.
Карбамидные смолы в количестве 2,5—3% вводят в стержне-
вые смеси, предназначенные для алюминиевого и магниевого литья.
Температура сушки стержней 120—180° С.
Органические высыхающие связующие относятся к классам
Б-2 и Б-3. Эти связующие являются водорастворимыми, они хорошо
смешиваются с глиной и поэтому, как правило, используются
вместе. Формовочная глина придает стержневой смеси необходимую
прочность во влажном состоянии, а связующее — после сушки
стержня.
Барда сульфитного щелока — побочный продукт
переработки древесины. В литейном производстве используют
выпаренную сульфитную барду плотностью 1,25—1,3 г/см3. Она
содержит около 50% сухого остатка и называется литейным кон-
центратом барды жидкой (ЛКБЖ). Сульфитная барда, выпаренная
до плотности 1,4 г/см3 и содержащая 76% сухого вещества, назы-
вается литейным концентратом барды твердой (ЛКБТ). Концентрат
барды твердой с содержанием не менее 87% сухого остатка выпуска-
ют в виде порошка марки КБП. Жидкую барду используют без
подготовки, твердую барду перед использованием растворяют.
На основе сульфитной барды разработаны комбинированные
связующие: СП, состоящее из 95% (по массе) сульфитной барды
и 5% окисленного петролатума; СБ, состоящее из 80—90% суль-
фитной барды и 10—20% связующего ГТФ.
Сульфитную барду, связующие СП и СБ вводят в формовочные
и стержневые смеси в количестве 1,5—3%. Температура сушки
160—180° С.
Декстрин — продукт обработки крахмала слабой кислотой
при небольшом нагреве, используют в комбинации с другими свя-
зующими, а также при приготовлении клея для стержней.
Патока — жидкие отходы свеклосахарного производства.
Стержни, полученные из смесей на основе патоки, обладают хорошей
податливостью. Патоку используют также для опрыскивания по-
верхности стержней с целью придания им поверхностной прочности.
Органические затвердевающие связующие относятся к группе
А-3. В твердом состоянии хрупки, поэтому самостоятельно их не
55
используют. Эти связующие применяют в комбинации с глиной
и сульфитной бардой.
Канифоль — продукт переработки смол хвойных деревьев,
входит в состав связующих 4ГУ, П, ЗИЛ.
Древесный пек — остаточный продукт отгонки масел
из древесных смол, применяют вместе с глиной.
Торфяной лек — продукт переработки торфа, исполь-
зуют для приготовления связующего КТ.
Неорганические связующие относятся к классу В, наиболее
распространены из них формовочная глина, цемент, жидкое стекло,
гипс.
Жидкое стекло — водный раствор силикатов натрия
или калия переменного состава Na2O -nSiO2 -mH2O. Жидкое стекло
приготовляют трех марок: А — с модулем 2,61—3,0; Б — с моду-
лем 2,31—2,6; В — с модулем 2,61—3,0. Модуль жидкого стекла
определяют по формуле
'_ %SiO2 < nqo
т~ %NaaO' I’032’
где 1,032 — отношение молекулярных масс окиси натрия и двуокиси
кремния.
Формовочные и стержневые смеси на жидком стекле приобре-
тают высокую (до 25—30 кгс/см2) прочность при нагреве (220—260° С)
или химической сушке (с продувкой углекислым газом СО2). Послед-
ний способ сушки позволяет отказаться от сушил и резко ускорить
производственный процесс.
§ 5. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
К вспомогательным формовочным материалам относятся добавки,
вводимые в формовочные и стержневые смеси для улучшения их
свойств (газопроницаемости, огнеупорности, податливости, выби-
ваемости и т. д.), а также вещества, входящие в состав кра-
сок, клеев, припылов для изготовления и отделки форм и
стержней.
Противопригарные добавки вводят в смеси для уменьшения
пригара формовочной смеси к отливкам, увеличения газопрони-
цаемости, податливости и улучшения выбиваемое™ стержней
из отливок.
Пригаром называют прочное соединение формовочной или
стержневой смеси с металлом поверхности отливки. Пригар затруд-
няет очистку отливок и является причиной быстрого износа режу-
щего инструмента при обработке отливок на металлорежущих
станках. Пригар, бывает термический, механический и химический.
Он образуется вследствие применения формовочных материалов,
обладающих недостаточной огнеупорностью, и малой плотности фор-
мы. Термический и химический пригары образуются обычно на
отливках из чугуна, стали и бронзы, а механический пригар может
образоваться и на отливах из других цветных сплавов.
56
В формовочную смесь (в зависимости от рода металла и толщины
стенки отливки) в качестве противопригарных добавок вводят
каменноугольную пыль, мазут, пылевидный кварц, древесно-
угольную пыль, графит и цемент.
Каменноугольную пыль добавляют в облицовочные
или единые формовочные смеси при литье чугуна. Практика пока-
зала, что лучше всего применять каменный уголь марок Г (газовый)
или Д (длиннопламенный) с малым содержанием золы и серы.
Перед помолом каменный уголь сушат при температуре не более
120° С.
Каменноугольная пыль должна иметь остаток на сите 016 не бо-
лее 5%, на сите 005 не более 70%, остальное на тазике. При нагре-
вании форм жидким металлом угольная пыль сгорает и выделяет
летучие вещества, содержащие газы СО и СО2, образующие газовую
прослойку между стенками формы и жидким металлом, препят-
ствующую появлению пригара.
Количество каменноугольной пыли, вводимой в формовочную
смесь, зависит от толщины стенки отливки. Чем толще стенка
отливки, тем больше каменноугольной пыли добавляют в формо-
вочную смесь. Например, в смеси для тонкостенных отливок
(5—15 мм) вводят 2—6% каменноугольной пыли, а в смеси для
толстостенных отливок — 12%.
Мазут добавляют в облицовочную смесь для получения чис-
той поверхности отливок из чугуна и бронзы при литье по-сырому.
Вследствие малого содержания золы в мазуте увеличиваются
долговечность и газопроницаемость формовочных смесей. Количе-
ство вводимого мазута зависит от толщины стенки отливки. Жела-
тельно применять мазут, содержащий не более 2% золы, 2% влаги
и не более 0,5% серы.
Пек вводят взамен каменноугольной пыли. Содержание золы
и серы в нем меньше, чем у каменноугольной пыли, поэтому он
дает меньший пригар на отливках. Кроме того, пек увеличивает
прочность смеси в сыром и сухом состояниях. Чтобы лучше раз-
молоть пек, его часто смешивают с углем (1 часть пека и 2—3 части
каменного угля).
Древесноугольную пыль используют как противо-
пригарное средство для покрытия поверхностей сырых форм.
Лучшими углями считают березовый и ольховый. Уголь раз-
малывают и просеивают через сито 01. Древесноугольную пыль
наносят на стенки формы припыливанием из полотняного мешка.
Графит серебристый применяют для припыливания поверх-
ности сырых форм, чтобы уменьшить пригар формовочной смеси
к отливке. Графит обладает высокой огнеупорностью. Вместо
графита можно применять эстонский сланец в виде порошка.
Маршалит (пылевидный кварц) применяют в качестве огне-
упорного материала при приготовлении противопригарных красок
для форм и стержней стальных отливок; иногда вводят в состав
облицовочных смесей.
57
Циркон обезжелезненный также применяют для
приготовления огнеупорных красок для форм и стержней стальных
отливок.
Тальк — минерал, водный силикат магния, применяют для
приготовления противопригарной краски. Связующая часть краски
состоит из мелкой огнеупорной формовочной глины, бентонита или
органических водорастворимых добавок, обеспечивающих относи-
тельно высокую прочность.
Древесные опилки вводят в стержневые смеси для
увеличения газопроницаемости и податливости стержней. Перед
употреблением опилки должны быть сухими и проходить через
сито 2,5.
Взамен древесных опилок можно применять торф, содержащий
около 70—73% летучих веществ, не более 5—6% золы, до 25—30%
л влаги.
Недостатком опилок и торфа является их гигроскопичность.
- Поэтому вместо древесных опилок и торфа применяют асбестовую
крошку, она негигроскопична и обладает хорошей формуемостью.
§ в. ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ
Свойства смесей
Для получения качественных форм, стержней и годных отливок
формовочные и стержневые смеси должны обладать технологичес-
кими свойствами, отвечающими определенным требованиям.
Для хорошего уплотнения формовочной смеси в опоке боль-
шое значение имеет пластичность смеси — способность деформи-
роваться под действием приложенных внешних усилий или соб-
ственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели
или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность фор-
мовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих
смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным
связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые
смеси имеют небольшую пластичность.
Литейная форма должна обладать достаточной прочностью,
чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не
разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать
определенной прочностью — способностью сопротивляться разру-
шению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зави-
сит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания
глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьше-
нием размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность
смеси возрастает.
Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на запол-
нение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку,
на качество и длительность перемешивания смеси в смесителях.
58
г
С сыпучестью связана комкуемость — способность смеси
образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности
связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность
смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь
должна иметь хорошую сыпучесть — минимальную комкуемость
Большое значение имеет поверхностная проч-
ность— сопротивление поверхностного слоя формы или стержня
истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемо-
стью.
В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагре-
ваются металлом до высоких температур, равных практически тем-
пературе металла, поэтому формовочные материалы должны обла-
дать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований,
предъявляемых к формовочным материалам.
Огнеупорность — способность смеси сопротивляться размяг-
чению или расплавлению под действием высокой температуры жид-
кого металла — зависит от огнеупорности составляющих смеси и
количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке
и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых сме-
сей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше
кремнезема, тем более огнеупорна смесь.
В процессе заливки формы металлом органические материалы,
входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки), сго-
рают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое коли-
чество паров. Способность смеси выделять газы при заливке
называется газотворностью. Она определяется количеством газов,
выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух
стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому
она должна иметь достаточную газопроницаемость.
Газопроницаемость — свойство смеси пропускать через себя
газы — зависит от качества и количества глинистых составляющих
и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем
он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газо-
проницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности,
наличия пыли, угля, степени уплотнения и т. п. Чем больше пыли
в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром газообразова-
нии и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа пре-
I вышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы
не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут
появиться и газовые раковины.
В процессе затвердевания и охлаждения размеры отливки
уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препят-
ствует усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения
и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь должна обла-
дать податливостью — способностью сокращаться в объеме и пе-
ремещаться под действием усадки отливки.
Высокая прочность и газопроницаемость формовочной смеси
обеспечиваются однородностью — равномерным распределением в
59
формовочной смеси составляющих компонентов в результате тща-
тельного перемешивания.-
Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной
прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит
от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прили-
паемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в
. смеси. Сульфитно-спиртовая ба'рда увеличивает прилипаемость
смеси, масляные связующие уменьшают ее.
Гигроскопичность — способность формовочной и стержневой
смеси поглощать влагу из воздуха — зависит от свойств связую-
щей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной
барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные
формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой
металла, в противном случае увеличивается брак по газовым рако-
винам.
Долговечность — способность смеси сохранять свойства при
- повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют
в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее
переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение
свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.
Выбиваемость — способность стержневой смеси легко удаляться
при выбивке ее из охлажденной отливки — зависит от количества
песка, глины и вида связующего в стержневых смесях. .j
’ ' ’I
Формовочные смеси у
Состав формовочных и стержневых смесей чрезвычайно разно-
образен, он зависит от рода сплава, массы, толщины стенки и кон-
фигурации отливки, предъявляемых к ней требований, характера
производства.
Формовочные смеси делят:
1) по характеру использования — на единые, облицовочные,
наполнительные;
2) по состоянию формы перед заливкой — на смеси для форм,
заливаемых в сыром состоянии, и смеси для форм, заливаемых
в сухом состоянии; '
3) в зависимости от класса применяемого песка «а естественные
и синтетические. 1 •
Если всю форму изготовляют из одной смеси, то такую смесь
называют единой. Единые смеси применяют для машинной формовки
при серийном и массовом производстве. Эти смеси приготовляют из
наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей
способностью, чтобы обеспечить долговечность смеси. При перера-
ботке для повторного использования в них вводят достаточное
количество свежих материалов для придания им высоких техноло-
гических свойств.
Облицовочную смесь наносят на модель, после уплотнения опа
образует слой формы толщиной 15—50 мм (в зависимости от тол-
60
щины стенки отливки), соприкасающийся с жидким металлом.
Облицовочную смесь всегда применяют вместе с наполнительной
смесью, которая заполняет остальной объем опоки. Наполнительная
смесь должна иметь газопроницаемость не ниже облицовочной,
при этом условии наполнительная смесь не будет препятствовать
прохождению газов и паров воды, образующихся в поверхностном
слое облицовочной смеси в начальный момент заливки. При изго-
товлении тонкостенных отливок наполнительная смесь должна
иметь высокую податливость для предотвращения образования
трещин в отливках.
Единая и облицовочная смеси должны обладать достаточной
прочностью, чтобы обеспечивать сопротивление формы давлению
жидкого металла при заливке. При применении облицовочной смеси ,
значительно сокращается расход свежих формовочных материалов
и добавок на 1 т годных отливок, однако усложняются технология
и механизация изготовления формы.
Освежительная смесь предназначена для восстановления отра-
ботанной смеси, содержит свежие пески, глину, связующие, добавки
в количествах, необходимых для восстановления технологических
свойств отработанных смесей.
В природе встречаются пески, содержащие такое количество
глины, которое позволяет после увлажнения и перемешивания ,
использовать их в качестве формовочной смеси. Такие смеси назы-
вают естественными. Примером может служить тамбовский песок,
используемый для изготовления форм отливок из цветных сплавов/
Обычно эти смеси имеют пониженные газопроницаемость и огне-
упорность.
Синтетические смеси — это смеси, в которые глину вводят
в виде самостоятельной добавки; их наиболее широко применяют
на практике.
Формовочные смеси для отливок из чугуна и стали. Чугунные
и стальные отливки изготовляют в сырых и сухих песчаных формах.
Процесс получения отливок в сырых песчаных формах является
более экономичным в связи с сокращением цикла изготовления
отливки. Наряду с этим процесс имеет и недостаток — малую
прочность сырой формы, поэтому по-сырому практически можно
получить отливки массой до 3000 кг. Сухие формы обычно применяют
для средних и крупных отливок в единичном и мелкосерийном про-
изводстве.
Выбор формовочной смеси для чугунных и стальных отливок
зависит от массы отливки, толщины ее стенки и технологии изготов-
ления формы.
Для формовки по-сырому чугунных от-
ливок рекомендуется применять смеси, содержащие прочно-
связующие глины или бентонит в качестве связующего (табл.
14). Это объясняется повышенной прочностью смесей с добав-
кой бентонита или прочносвязующих глин, лучшей их формуе-’
мостью.
61
Таблица 14 |
Свойства и составы формовочных смесей для чугунных отливок j
Назначение смеси Отливки Свойства смеси
Масса, кг Тол- щина сгенкн, мм & Зерновой состав t Содер- жание гли- нистой соста- вляю- щей, % Г азо- проницае- мость Предел прочности при сжа- тии во влажном состоянии, кгс/см2 Влаж- ность, %
Для лнтья До 20 10-25 01А-016А 8-10 25-50 0,30—0,50 4,0-5,5
по-сырому 20-200 25-40 016А-02Б 7-10 40-70 0,30—0,50 4,0-5,5
200-1000 40-50 02Б; 02А 9-12 60-100 0,40-0,60 4,5—6,0
1000- 5000 Св. 50 До 50 02А; 0315А 0315Б; 04А 11-13 12-14 100-200 100-130 0,50-0,80 0,60-0,80 5,0—7,0 5,0-7,0
Для литья До 100 02А; 0315А 12-14 60-80 0,50—0,80 6,0—7,0
по-сухому. Св. 100 — 0315Б; 04А 12-16 80-100 0,50—0,80 6,0—8,0
До 2000 До 30 0315Б; 02А 12- 11 70 0,50—0,65 7,0-8,0
2000— • 15 000 50 04А; 0315Б 14—16 70 0,65-0,80 7,0-8,0
Для круп- ных фасон- ных отливок (ио-еухому) 10 000- 30 000 До 60 04А; 0315Б — — При раз- рыве в сухом состоя- нии 1,5—2,5 12—10
Состав смеси, % по массе
Назначение смеси облицовочной единой ;
Отра- ботан- ная смесь Свежне мате- риалы Ка- мен- ный . уголь Древес- ные опилки Отрабо- танная смесь Свежие мате- риалы Камен- J , ный 1 уголь j
Для литья 78-59 20—38 2-3 — 96,5—94,5 3-5 0,5 J
по-сырому 75—45 22-51 3-4 —- 94,3-92,3 5—7 0,7 :
70-40 26—55 4-5 — 91,0-86,8 8-12 1,0-1,2 )
60—40 34-52 6-8 — — — —
60-40 34-52 6-8 — —г —
Для литья 70-40 27-57 — 3 — 1,
по-сухому 60—35 37-62 — 3 — —— —
60-50 28-40 — 10-12 — / —- ——
50—40 38-50 — 10—12 — — —
Для круп- ных фасон- ных отливок (по-сухому) 20 Песка 27 Глнны 20 — 13 — — —•
62
При изготовлении тонкостенных отливок для улучшения подат-
ливости формы уменьшают содержание в смеси глины, а также
прочность ее до 0,2 кгс/см2. Чистота поверхности отливки, повы-
шение механической прочности и противопригарных свойств дости-
гаются введением в единые и облицовочные смеси каменного угля,
мазута и связующих, например сульфитной барды.
Смеси для изготовления сухих форм чу-
гунных отливок обладают повышенной прочностью и пони-
женной податливостью. Для увеличения податливости в такую
смесь добавляют опилки, торф, асбестовую крошку.
Формовочные смеси для стальных отливок. Эти смеси, как пра-
вило, составляют из песков 1К или 2К с содержанием не менее
95% SiO2 и огнеупорной глины I сорта и 1-й группы (табл. 15).
Это вызвано тем, что температура заливки стали выше, чем чугуна,
поэтому форма должна обладать большими огнеупорностью и
прочностью.
При изготовлении мелких стальных отливок по-сырому приме-
няют облицовочные смеси. В этом случае рекомендуется вместо
глины в смесь вводить бентонит, а для упрочнения формы связую-
щие: сульфитную барду, патоку, жидкое стекло. Введение в смесь
вместо глины бентонита снижает общее глиносодержание, благодаря
чему повышаются газопроницаемость, податливость и механическая
прочность смеси.
При изготовлении мелких и средних по массе отливок рекомен-
дуется применять в составе формовочных смесей пески зернистостью
ОША и 02А. Более крупный песок способствует получению более
грубой поверхности отливки. Для получения чистой поверхности
отливки в смесь рекомендуется вводить до 20% пылевидного кварца
при условии обеспечения достаточной газопроницаемости. Для
формовки по-сухому можно применять кварцевые пески более
крупные, но в этом случае следует тщательно красить форму.
Формы для особо крупных отливок со стенками толщиной
свыше 70 мм из углеродистых и специальных сталей изготовляют
с применением облицовочной смеси из хромистого железняка. В ка-
честве связующего используют сульфитную барду (0,75—3,0%
по массе).
Формы для крупных отливок из коррозионностойких и жаро-
прочных сталей изготовляют с применением облицовочных хромо-
магнезитных смесей на жидком стекле (до 7,5% по массе).
Формовочные смеси для ускоренного изготовления форм. Уско-
ренная технология изготовления литейных форм позволяет резко
сократить технологический цикл, повысить производительность
труда, высвободить производственные площади. Она основана на
использовании в составе формовочной смеси быстротвердеющих
связующих органического и неорганического происхождения.
Для ускорения сушки облицовочного слоя при использовании
органических связующих (СБ, СП) производят поверхностную
сушку форм горячими газами. При использовании жидкого стекла
63

Таблица 15 Свойства и составы формовочных смесей для стальных отливок | Состав смеси, % по массе | Сульфит- ная барда2 1,5—2,0 i До 5,0 Песок и глина—100% | Пылевидный кварц —20%, песок и глина — 80% 2,4-1,5 1
Глина 1 3-6,5 4-8 6-8,5 4-9 4—9
Кварце- вый песок 6,5—8,0 16,5-53,0 КЗ Й 1 о сч 33,5—51,0 15,5—50,5 12,5—45,5
Отра- ботан- ная смесь 92—90 80—40 75—40 60—40 80—40 80—40
0) о S о та « о О та О Влаж- ность, % 3,4—4,5 ю 1 ю СО 4,0—5,0 4,5—5,5 5,0—7,0 6,0—7,0 6,0— 7,0 1 5,0—7,0 i i
Предел проч- ности при сжатии во влажном состоянии, кгс/см2 0,30-0,50 0,30—0,50 । 0,40—0,60 0,50-0,70 0,50-0,70 0,80-1,20* 0,55—0,65 j 0,55—0,65 i 0,35—0,60
о сх о >о Стан 8 я ° u= S- 80—100 80—100 i 1 ' 100-120 100—130 70—100 Не ме- | нее 81 Не ме- нее 50 i 70—100
Содержа- ние гли- j нистой составляю-1 щей, % 8—10 ' 8—10 10—12 11-13 i 12—14 12—15 12-15 12—14 вен.
Зерновой состав о U2 < — СЧ СЧ О О Ф г-• сч сч ООО сч сч О о 02А "0315Б 02А 0315Б 02А 0315Б 02А । 02А 0315Б IX опилок. ЛЯЮЩНХ СМ 1.
i Отливки 1 » ® 5 ' ч я * 2 © S S 2 t-Efg i До 25 До 50 До 50 До 80 До' 80 цревеснь х состав остояник
I Масса, кг До 100 До 100 1 i 100—500 Более 500 До 5000 До юооо| 10 000— 30 000 цят 8—12% огнеупорнь е в сухом с
Смесь и ее назначение г Единая, для 1 литья по-сырому Облицовочная, для литья по-сырому Облицовочная, | для литья по-сухому Для ОТЛИВОК1, | склонных к горя-1 чим трещинам 1 В смесь вво 2 Сверх 100% * При разрыв

64
твердение осуществляется продувкой формы СО2 (углекислым
газом). Возможна и тепловая обработка формы, с поверхности
горячими газами.
Литейная форма, изготовленная по ускоренной технологии,
имеет прочный облицовочный слой заданной толщины и может
выдерживать большие давления. При формовке с быстротвердею-
щими смесями облицовочный слой равномерно распределяется по
поверхности модели толщиной 20—50 мм в зависимости от толщины
стенки и массы отливки. Остальная часть формы заполняется напол-
нительной смесью. После отделки форму окрашивают противопри-
гарной краской и высушивают.
В табл. 16 приведены составы облицовочных быстротвердеющих
формовочных смесей.
Таблица 16
Свойства и составы облицовочных быстротвердеющих смесей
Назна- чение смесн Газо- про- ницае- мость Предел проч- ' иости, кгс/см2 Влаж- ность, % Состав смеси, % по массе
при сжа- тии ВО влажном состоянии при раз- рыве в су- хом состоя- нии Отра- .ботан- ная смесь Песок Глина Связующие
Для чу- гунных отливок 10б 0,25-0,35 3,8 4-5 48-45 ЗК02А 48-50 4-5 СП или СБ 2,5—3,0
ео у 0,30-0,40 3,0 4-5 50-48 ЗК02 40-50 1,5—.2 КТ 1,5-2,0 Сульфитная барда 1,0—1,5
Для чу- .гунных и сталь- ных отлнвок 100 0,15—0,30 7—12 2,4-3,0 — ’ 2К02А 95-97 5-8 Жидкое стекло 5,0—5,5 Мазут 0,5
'100 0,20—0,35 4-15 3-5 40 1К02А 55, Пыле- видный кварц 5 — Жидкое стекло 6,0 Мазут 0,3
Примечания,- 1. Для ускорения процесса сушки в смеси с жидким стеклом
добавляют 0,75—1,0% NaOH (10%-ный раствор).
2. Для стальных отливок употребляют песок 1К02А.
Формоночные смеси для отлинок из цнетных сплавон. Темпера-
тура заливки медных сплавов не выше 1100—1150° С, а алюминие-
вых и магниевых в пределах V50 —800 °C, поэтому огнеупорность
- 3 Титов
65
формовочных смесей для отлийок из этих сплавов может быть ниже
применяемых для чугунных и стальных отливок. .
Для формовочных смесей при литье медных сплавов
применяют глинистые пески класса П с добавкой 0,3—1,5% мазута
и отработанной формовочной смеси. При литье алюминиевых
сплавов обычно используют для освежения смеси глинистый
песок П01А или П063А. Формовочные смеси для магниевых
сплавов должны содержать защитные присадки, предотвра-
щающие окисление сплава в процессе его заливки и затвердевания
в форме. Кроме того, формовочная смесь не должна содержать
посторонних включений (угля, сланцев и др.), так как они способ-
ствуют образованию газовых раковин и других дефектов в от-
ливках.
В качестве защитных добавок вводят 5—8% фтористой' при-
садки или 4—5% борной кислоты. Смеси для сплавов магния при-
готовляют из песка П01А (40—60%) и К02Б (60—40%). Количество
- добавки фтористой присадки зависит от массы и толщины стенки
отливки, а также от влажности смеси. В формовочную смесь для
крупных отливок со стенками толщиной 30—35 мм дополнительно
вводят 2—3% серы в виде серного цвета.
Стержневые смеси
Стержневые смеси чугунных и стальных отливок. Стержни
в процессе заливки испытывают значительно большие термические
и механические воздействия металла по сравнению с формой, по-
этому к стержневым смесям предъявляют более жесткие требования.
Прочность стержня в сухом состоянии и поверхностная твердость
должны быть выше, чем у формы. Стержневые смеси должны иметь
высокую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопич-
ность, особенно при формовке по-сырому, повышенную газопрони-
цаемость и малую газотворную способность.
Стержни делят на пять классов по геометрическим размерам,
конфигурации, условиям работы в литейной форме и требованиям
к качеству литой поверхности.
I класс — стержни сложной конфигурации, ажурные, имеющие
малые знаки, образующие в отливках необрабатываемые полости,
к чистоте поверхности которых предъявляют высокие требования,
> например стержни ленточного типа для отливок корпусов двига-
телей внутреннего сгорания.
II класс — стержни сложной конфигурации, имеющие наряду
с массивными частями тонкие выступы, перемычки. Они обра-
зуют в отливке полностью или частично обрабатываемые поверх-
ности.
III класс — стержни средней сложности с массивными знаками,
не имеющие особо тонких частей, но выполняющие в отливках
полости, к чистоте поверхности которых предъявляют повышенные
требования.
66
IV класс — стержни простой конфигурации, образующие в от-
ливках обрабатываемые и необрабатываемые поверхности, к чи-
стоте которых особых требований не предъявляется.
V класс — массивные стержни, образующие большие полостй
в крупных отливках.
Смесь для стержней I класса должна обладать высокой проч-
ностью, поверхностной твердостью, высокой пластичностью во
влажном состоянии, минимальной газотворностью, хорошей подат-
ливостью и выбиваемостью.
Смесь для стержней II класса должна удовлетворять тем же
самым требованиям, но иметь большую прочность во влажном
состоянии, чтобы массивные и высокие части стержня не разру-
шались под собственной массой.
Смесь для стержней III класса должна иметь высокую прочность
во влажном состоянии, хорошую податливость и выбиваемость.
Смеси для стержней IV и V классов должны иметь высокую
прочность во влажном состоянии, хорошую податливость и выбй-
ваемость.
Технологические свойства стержневых смесей зависят от при-
меняемых связующих и достигаются обычно комбинацией несколь-
ких связующих между собой. В табл. 17 приведены составы стерж-
невых смесей для изготовления стержней вручную и на пескодув-
ных и пескострельных машинах.
В условиях массового производства процесс сушки стержней
снижает производительность труда, удлиняет технологический
цикл, сушильное оборудование занимает значительные площади и
энергоемкое. Этих недостатков не имеет технологический процесс
изготовления стержней из смесей, затвердевающих в горячих
ящиках.
Стержневые смеси для изготовления стержней в горячих ящиках
содержат быстротвердеющие органические или органо-минеральные
связующие, способные быстро затвердевать при нагреве (табл. 18).
Процесс твердения ускоряют введением катализаторов и продувкой
горячим воздухом.
Жидкие самотвердеющие смеси. На долю стержней приходится
25—30% общей трудоемкости изготовления крупных отливок.
Полностью механизировать производство крупных стержней позво-
ляют жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС). Эти смеси настолько
текучи, что легко заполняют стержневой ящик при его вибрации
и затем затвердевают в нем.
Причиной текучести смеси является пена, образующаяся в про-
цессе интенсивного перемешивания обычной жидкостекольной смеси
либо смеси на некоторых других органических связующих с добав-
кой специальных веществ. Пузырьки пены разделяют зерна песка,
облегчают скольжение зерен, уменьшают силы трения, что и при-
дает смеси свойство текучести. Текучесть смеси может изменяться
в зависимости от состава смеси и продолжительности перемешива-
ния. Время сохранения смесью текучести также можно регулиро-
3* 67
Таблица 17
Стержневые смеси для чугунных и стальных отливок
Класс стержней Свойства
Газопроницае- мость Влажность, % Предел прочности, кгс/см2
при сжатии во влажном со- стоянии при разрыве в сухом состоя- нии
I II III IV V . 130 ' 100 100 70 70 1-3 2-4 3—4 4—5 5-6 0,03—0,06 0,05-0,1 0,1-0,16 0,15-0,25 0,2—0,35 7-10 5-7 3,5-6,0 2-3 0,8-1,5
Класс ’ стержней Состав, % по массе
Основные материалы Связующие Опилки древесные
Песок 1К02А Глина Отрабо- танная смесь Класса А-1, А-2 Древес- ный пек, КТ, СП, СБ Сульфит- ная барда
I II III IV- V 100 100-97 100-96 93-59 72—38 0-3 0-4 7-1 8-2 0-1 0—40 20—60 1,0-1,5 2,0—3,0 СО 1 1 1 1 1 1 ( О 1 1 1 1 1 со со со со 0—2 0-3
Примечания. 1. Вместо каолниитовой глины применяют бентонит и глини-
стые пески.
2. Смеси для отливок из цветках сплавов отличаются более мелкозернистым
песком.
Таблица 18
Составы смесей, % по массе, для изготовления стержней
в горячих ящиках
Сплавы Песок _ Связую- щее ВР-1 или ФФ-1С 'Дре- весная мука 1 Окись же- леза Графит сереб- ристый Фтор- борат аммо- ния2
1 К02А/Б !К01А/Б
Сталь 100 3,0—3,5 1,о
Чугун 100 — 3,0—3,5 — 0,7 0,1 —-
Медные . 70 30 3,5-4,0 — — 0,2 —
Алюминиевые . . . . 70 30 2,7-3,2 0,75 — 0,2 —
Магниевые ..... 70 30 3,0—3,5 0,75 ' — — 1,5
1 Древесная мука . пропитанная силикатом натрия.
* Вводится в качестве защитной противоокислительиой присадки.
68
I
вать. Обычно оно составляет 9—10 мин. За это время смесь должна
быть разлита в стержневые ящики.
Через 20—30 мин смесь приобретает достаточную прочность,
и стержень можно извлекать из ящика. Газопроницаемость этих
смесей превышает 1000, прочность при сжатии через 4 ч после
заливки составляет 2—4 кгс/см2.
Смеси ЖСС обладают повышенной прилипаемостью, поэтому
поверхность ящиков должна быть покрыта специальными лаками,
а также разделительными составами. Высокая пористость смесей
ЖСС способствует образованию пригара на отливках. Для устра-
нения этого стержни и формы перед сборкой окрашивают прони-
кающими огнеупорными красками, что позволяет получать отливки
с чистой поверхностью.
Смеси ЖСС позволяют резко повысить производительность
труда стерженщиков, исключить ручной труд при изготовлении
крупных стержней, устранить трудоемкую операцию сушки, создать
поточное производство крупных отливок.
§ 7. ПРОТИВОПРИГАРНЫЕ КРАСКИ, ПАСТЫ
Противопригарные краски, пасты предохраняют поверхность
отливки от пригара, увеличивают поверхностную прочность, умень-
шают осыпаемость форм и стержней, обеспечивают получение
чистых отливок. Для уменьшения пригара применяют краски,
содержащие связующие и огнеупорные материалы. Нанесенные на
поверхность формы или стержня краски образуют прочный слой
огнеупорного материала, препятствующий прониканию металла и
его окислов в поры между зернами смеси, что устраняет пригар
на отливках.
Формовочные краски должны отвечать следующим требованиям:
1) иметь высокую температуру плавления и не размягчаться от
соприкосновения с жидким металлом; 2) не образовывать при со-
прикосновении с металлом легкоплавких соединений; 3) оставаться
постоянными по составу во время их приготовления, хранения
и окраски форм и стержней; 4) обладать хорошей кроющей способ-
ностью; 5) слой краски, нанесенный на поверхность формы или
стержня, не должен трескаться при сушке и подсушке форм и
стержней; 6) после подсушки прочно удерживаться на форме;
7) не расплавляться и не содержать вредных примесей и дефицит-
ных составляющих.
Формовочные краски выбирают в зависимости от рода металла,
массы отливки и способа формовки. Для крупных чугунных отли-
вок в краски обычно вводят связующее и в качестве противопри-
гарного материала черный графит с добавками бентонита. Для
мелких и средних чугунных отливок графит заменяют каменным
углем, молотым коксом и пылевидным кварцем (маршалитом).
Для стальных отливок в качестве огнеупорной составляющей
69
используют пылевидный кварц или циркон с теми же связующими,
что и для чугунных отливок.
При литье чугуна для создания восстановительной атмосферы
в форме в начале заливки в краску рекомендуется вводить до 5%
древесноугольной и каменноугольной пыли, остальные 95% со-
ставляют графит, молотый антрацит и маршалит.
Таблица 19
Составы формовочных красок для форм и стержней чугунных отливок,
% по массе
Краска Пыле- видный кварц Пектино- 'вый клей Бен- тонит Гра- фит Кокс Тальк молотый Вода Плот- ность, г/см*
Ч ГБ КПГ КПГУ ТБ ТГ А. 34 34 3,0 3,4 3,4 3,4 3,7 3,7 4,0 3,0 53,4 17,0 9,0 30,0 17- 17 61 31 40,0 24,7 23,7 35 33 1,30-1,35 1,30—1,35 1,35—1,45 1,40-1,45 1,40-1,45
Примечания: 1. В-краскн ГБ, КПГ, КПГУ вводят 0,2% мылонафта. 2. В краске ТГ пектиновый клей заменяют 3% патоки. 3. Краску ТБ применяют при литье алюминия, краску ТГ — броиз.
Составы красок для форм чугунных и стальных отливок при-
ведены в табл. 19 и 20.
Таблица 20
Составы формовочных красок для форм и стержней стальных отливок,
% по массе
Краска Пыле- видный кварц Бенто- нит X Мыло- нафт Вода Связующие Плотность, * г/см*
СТ 72 1,65 1,25 18,0 Пектиновый клей — 7,1
СТ-1 72 3,0 0,5 14,0 Сульфитный щелок —10 1,40—1,50
СТ-2 78 3,0 0,5 15,0 Декстрин — 3,5
-СТ-3 76 3,0 0,5 8,5 Патока—12
СТ-4 76 3,0 0,5 8,5 Сульфитная барда—12 х 1,50—1,55
Краски СТ-1, СТ-2 и СТ-3 применяются для стержней стальных
отливок со стенками толщиной 20—40 мм.
В процессе окраски стержней или форм необходимо регулярно
перемешивать краску, чтобы не было осаждения составляющих.
При окраске стержней окунанием необходимо для устранения на-
70
плывов стряхивать излишек краски, также следует избегать заливки
вентиляционных каналов.
После приготовления краску проверяют на плотность и проч-
ность слоя краски методом окрашивания стандартного образца.
Для лучшего прилипания краски к поверхности формы или стержня
применяют специальные закрепляющие краски, например, состоя-
щие из 25% сульфитной барды, 75% воды, 2,5% пектинового
клея. Краску наносят обычным способом.
Сушка окрашенных форм и стержней ускоряется при применении
самовысыхающих красок, например, состоящей из 10% (по массе)
серебристого графита, 12% черного графита, 3,5% поливинилбути-
ра'ля и 74,5% растворителя 646 (или спиртовой этилацетатной смеси
1:1). Эту краску используют при литье чугуна. При литье стали
вместо графита вводят цирконовый порошок.
Пасту применяют для натирки стержней в том случае, если
краска не обеспечивает достаточной чистоты поверхности отливки и
точности ее размеров. Вследствие необходимости ручного труда
пасту применяют редко.
Натирочные пасты готовят безводными из 4 частей серебристого
графита и 1 части растительного масла (по объему). Иногда дефи-
цитное масло заменяют сульфитной бардой, а к графиту добавляют
тальк. После натирки стержни подвергают сушке при 220—240° С.
ВНИИЛИТМАШ рекомендует безмасляную пасту, состоящую из
50% (по массе) талька, 15% шамота, 20% графита серебристого,
15% глины. Полученный порошок в сухом виде растворяют в воде
(на 1 кг сухой смеси 0,5—0,6 л воды). Стержни сушат при ПО—
150° С в течение 15—20 мин. Если пасту наносят на горячий стер-
жень, то дополнительной сушки не требуется. '
Замазки применяют для ремонта и заделки швов, получающихся
при склеивании стержней. Ремонтировать можно стержни, имею-
щие трещины, забоины и другие пороки на неответственных местах.
Стержни со сквозными трещинами и отбитыми частями значительных
размеров не ремонтируют.
Наиболее широко для стержней чугунных отливок применяют
замазку, состоящую из 65% (по массе) песка 2К0063, 25% серебри-
стого графита и 10% формовочной глины, просеянной через сито016.
После перемешивания всех составляющих добавляют воду (на
1 кг порошка 0,3 л воды); для повышения пластичности часто вводят
0,5% (по массе) мыльного порошка. Замазка стержней для стальных
отливок содержит 40% огнеупорной глины, 30% пылевидного
кварца и 30% кварцевого песка; порошок из этих составляющих
смешивают с 2% сульфитной барды и в эту смесь добавляют 13%
воды (по массе).
Клей применяют для склеивания отдельных частей стержня.
Для клея обычно используют водорастворимые связующие, а также
глину, бентонит.
Широко применяют клеи следующих составов, % по массе:
1) 50 сульфитной барды; 50 формовочной глины; 20 воды; предел
71
прочности при разрыве должен быть не менее 7 кгс/см2; 2) 40 дек-
стрина и 60 глины. Составляющие клеев размалывают в шаровой
мельнице и смешивают с водой (65 частей воды на 100 частей полу-
ченного порошка).
Припылы или модельные пудры применяют для покрытия моделей Ц
и стержневых ящиков с целью устранения прилипания к ним фор- .-Я
мойочной смеси. В качестве припылов используют ликоподий и ’я
искусственные заменители. я
ЛикопоДий — это порошок светло-желтого цвета, легкий, Я
подвижный, мелкозернистый (проходит через сито 0063, на сите 005 Я
..остается 5%). Недостатком ликоподия является его дефицитность Я
и высокая стоимость. Я
Искусственные пудры (заменители ликоподия) полу- Я
чают специальной обработкой тонких порошков из трепела, доло- Я
мита и других подобных материалов. При обработке зерна порошка я
обволакиваются тончайшей пленкой водонепроницаемых веществ Я
‘ (парафина, жира, воска, стеарина). Я
Прилипание формовочной смеси к модели можно предотвратить Я
протиранием модели керосином с серебристым графитом или подо- Я
гревом ее до температуры 40° С. Пленка керосина на поверхности Я
модели препятствует смачиванию ее водой и прилипанию смеси, я
В целях экономии керосина для смачивания моделей и стержневых
ящиков применяют смесь, состоящую из 50% (по массе) керосина Я
и 50% мазута. Подогрев модели способствует подсушке ее поверх- Я
ности и препятствует конденсации влаги на модели в случае не- Я
остывшей формовочной смеси. , Я
§ 8. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ 9
Формовочные и стержневые смеси приготовляют из свежих
песчано-глинистых формовочных материалов, добавок и отрабо-
танной смеси. В зависимости от массы отливок расход формовочных
смесей колеблется от 500 до 1300 кг, а свежих материалов от 500 .
до 1000 кг на 100 кг годных отливок (по данным московских i
заводов ЗИЛ и «Станколит»).
- Технологический процесс приготовления формовочных смесей ]
складывается из следующих основных операций: 1) предваритель- L
ной обработки свежих формовочных материалов и добавок; 2) пред- «
варительной обработки отработанной формовочной смеси; 3) при- Й
готовления смеси из предварительно подготовленных свежих Jj
и отработанных формовочных смесей, добавок и связующих.
Предварительная обработка свежих формовочных материалов
включает операции сушки песка, тонкого измельчения каменного -4
угля, просеивания песка и угля. Отработанная смесь перед повтор- I *
ным использованием охлаждается, разрыхляется, подвергается L
магнитной сепарации и просеивается. Я
Сушка песка и глины производится в различных печах (трубча- я
' тых, вертикальных и горизонтальных) и на плитах. Наиболее рас- 1
72
пространены вертикальные и горизонтальные сушильные печи.
Вертикальные печи применяют для сушки кварцевых и малоглини-
стых песков. Для жирных же песков и глин их не применяют вслед-
ствие налипания материалов на диски и плужки. Широкое приме-
нение находят установки для сушки песка в кипящем слое. В меха-
низированных цехах песок и глину сушат в барабанах с водяным
охлаждением песка после сушки (рис. 24). Свежий песок сушат
при 250° С. Производительность таких сушил от 5 до 20 т/ч и выше.
Сырой песок или глина грейфером или ленточным транспорте-
ром засыпается в приемный бункер. Из него песок через специаль-
ный дозатор 1 поступает в барабан 2, где и происходит его сушка.
Рис. 24. Схема горизонтального барабанного сушила для песка и глины
Сушило имеет топку 3, барабан 2, электродвигатель, который вра-
щает барабан, разгрузочную камеру и дымосос 4. Сухой песок из
барабана 2 попадает в водоохлаждаемую установку 5. После охла-
ждения сухой песок подается в запасные бункера или непосредст-
венно в бегуны. Преимущество горизонтального барабанного
сушила в том, что оно исключает пережог материала.
В последнее время стали применять установки с сушкой песка
горячим воздухом. Песок из бункера загружают в трубу, в которую
снизу подается воздух, нагретый до 200—250° С. Сырой песок увле-
кается вверх со скоростью 15—17 м/с и быстро высыхает. Произ-
водительность установки может доходить до 15 т/ч сухого песка.
СухукЗ глину размалывают и просеивают до порошкообразного
состояния. Глину размалывают в бегунах или же в шаровых мель-
ницах. Тонкое размельчение глины и каменного угля достигается
в шаровых мельницах. Шаровая мельница представляет собой
металлический барабан, футерованный стальными плитками с зазо-
рами между ними. Глину или каменный уголь загружают в барабан
через воронку. При вращении барабана стальные шары, находя-
щиеся внутри него, размалывают глину или уголь. Размолотый
материал проваливается через зазоры между плитками и просеи-
73
вается через сито. Готовый материал высыпают из барабана. Произ-
водительность шаровых мельниц 100—8000 кг/ч.
Вместо сухой глины часто применяют глинистую и глиноуголь- |
ную эмульсию (раствор глины или глины и угольного порошка 1
в воде). При использовании эмульсии глину и бентонит можно не |
сушить и не молоть, в связи с чем отпадает ряд операций по под- |
готовке и транспортировке этих материалов. Глинистая эмульсия |
должна иметь плотность 1,09—1,15 г/см3, ее приготовляют следую- 1
щим образом: в бак-мешалку с водой загружают глину и переме-1
шивают в течение определенного времени до достижения эмульсией Я
заданной плотности. Готовую эмульсию выпускают через вентиль |
бака-мешалки.
Глиноугольную
в который подают
1 2 3
Рис. 25. Схема работы маг-
нитного сепаратора
эмульсию приготовляют в баке-концентраторе, -
определенное количество глинистой и глино- ;
угольной эмульсии. После наполнения,
бака-концентратора эмульсию переме- /
шивают до нужной плотности (1,1—>
1,5 г/см3) и затем специальными насо- -?
сами-дозаторами автоматически подают:)
в бегуны или смесители. '
Обработка отработанной формовом-)
' ной смеси. Отработанная формовочная ’
смесь, выбитая из опок, перед повтор-^
ным использованием должна быть пред-/
варительно переработана. В немехани-j
зированных литейных цехах ее просей-1
вают на обычном сите или на передвижной смесеприготовительной
установке (ройере), где происходит отделение металлических частиц.®
и других посторонних примесей. В механизированных цехах отра- ®
ботанная смесь подается из-под выбивной решетки ленточным транс- «
' портером в смесеприготовительное отделение. Крупные комки смеси,
образующиеся после выбивки форм, обычно разминают гладкими или
рифлеными вальцами. Металлические частицы отделяют магнитными ||
сепараторами, установленными на участках передачи отработанной^]
смеси с одного транспортера на другой (рис. 25).
Лента 1 с формовочной смесью 2 огибает шкив 4, внутри кото- s
рого смонтирован электромагнит. Немагнитные частицы формовоч-
ной смеси соскальзывают с ленты, а магнитные частицы 3 (застыв-
шие капли металла, крючки, шпильки и т. д.) продолжают дви-
гаться вместе с лентой, пока не прекратится действие магнитного л
шкива, а затем падают в специальную емкость 5. Я
Регенерация (восстановление) заключается в извлечении^
песка из отработанных смесей и приведении его свойств в соответ-0
ствие с установленными техническими требованиями на формовочные 1
пески. В зависимости от условий работы цеха регенерацию отрабо- I
тайной смеси производят различными способами: мокрым, электро- I
коронным и специальным для смесей, приготовленных на жидком I
стекле. I
74
Мокрый способ регенерации применяют главным образом в це-
хах, имеющих гидравлические или пескогидравлические установки
для очистки отливок. При мокром способе зерна песка с помощью
воды отмываются от глины и мелкой пыли, которые потоком воды
уносятся в отстойники и далее в отход. Промытый и обеспыленный
песок оседает на дно сборника, откуда грейфером подается в су-
шильную печь, а затем просеивается и используется для приготов-
ления формовочных смесей.
При электрокоронной регенерации отработанная смесь разде-
ляется на частицы разных размеров с помощью высокого напря-
жения. Песчинки, помещенные в поле электрокоронного' разряда,
заряжаются отрицательными зарядами. Если электрические силы,
действующие на песчинку и притягивающие ее к осадительному
электроду, больше силы тяжести, то песчинки оседают на поверх-
ности электрода. Изменяя напряжение на электродах, можно
разделять песок, проходящий между ними, по фракциям.
Регенерация формовочных смесей с жидким стеклом осуществ-
ляется специальным способом, так как при многократном исполь-
зовании смеси в ней накапливается более 1—1,3% щелочи, что
увеличивает пригар, особенно на чугунных отливках. Во вра-
щающийся барабан установки для регенерации подают одновре-
. менно смесь и гальку, которые, пересыпаясь с лопастей на стенки
барабана, механически разрушают пленку жидкого стекла на
зернах песка. Через регулируемые жалюзи в барабан поступает
воздух, отсасываемый вместе с пылью в мокрый пылеуловитель.
Затем песок вместе с галькой подают в барабанное сито для отсеи-
вания гальки и крупных зерен с пленками. Годный песок из сита
транспортируют на склад.
Приготовление формовочных и стержневых смесей. Очень важ-
ными операциями являются увлажнение и перемешивание смеси.
^Тщательное перемешивание смеси необходимо для равномерного
распределения ее составляющих. При перемешивании глина и свя-
зующее обволакивают зерна песка, комья отдельных составляющих
разрушаются и равномерно распределяется влага. Хорошо переме-
шанная смесь обладает максимальной прочностью и газопроницае-
мостью. Для перемешивания смеси применяют лопастные смесители
или бегуны.
Лопастной смеситель — это машина непрерывного действия,
он может быть встроен в автоматизированную смесеприготовитель-
ную систему. Смеситель часто применяют для приготовления
смесей с низким содержанием глины (наполнительных смесей,
сыпучих и т. д.) или смесей с жидкими связующими. Смеси с высо-
ким содержанием глины в лопастном смесителе плохо перемеши-
ваются и поэтому обладают низкими технологическими свойствами.
Такие смеси обычно приготовляют в катковых смесителях-бегунах.
На рис. 26 приведены бегуны моделей 111 и 112 для приготов-
ления формовочных смесей, применяемые в литейных цехах средней
мощности. В цехах с большим объемом производства применяют
75
смешивающие бегуны модели 115. Эти бегуны называют центробеж-
ными смесителями.
На вертикальном валу 7 центробежного смесителя (рис. 27)
монтируют траверсу 4, на которой подвешены на кривошипах 3
катки 2. Кривошипы 3 имеют шарнирное соединение с траверсой 4.
При вращении вертикального вала 1 катки 2 под действием центро-
бежной силы устремляются к стенке чаши 5, но благодаря ограни-
чительному устройству они не доходят до нее, так что между стен-
кой чаши и рабочей поверхностью катка остается регулируемый
зазор. В отличие от обычных бегунов здесь катки перемещаются
Рис. 26. Смешивающие бегуны:
1 и 4 — катки; 2 и 7 — плужки; 3 — окно в
две чаши; 5 — кожух; 6 — тяга; 8 — верти-
кальный вал
Рис. ’ 27. Схема центробеж-
ного смесителя
по стенке, а не по дну чаши. Под катки смешиваемый материал
подается двумя скребками 6, которые прикреплены к траверсе 4
и установлены таким образом, что материал со дна чаши подни-
мается, попадая под катки. Готовый замес выбрасывается плужками
через окно в дне чаши, открываемое пневматическим цилиндром.
‘Смесь в бегунах охлаждается вентилятором. Цикл перемешивания
в центробежном смесителе 1—1,5 мин.
Порядок загрузки составляющих смеси.
Сначала загружают сухие материалы; песок, глину и отработанную
формовочную смесь. Сухую смесь перемешивают примерно 1—3 мин
и затем увлажняют. В случае применения глинистой эмульсии
(раствора глины в воде или же глиноугольной эмульсии) влажность
регулируют добавлением раствора эмульсии и воды. После увлаж-
нения смесь еще раз перемешивается в течение нескольких минут.
Связующие обычно загружают последними. Продолжительность
76
перемешивания составляет для смеси: наполнительной 2—3 мин,
единой 3—5 мин и облицовочной 5—10 мин.
Для быстросохнущих облицовочных смесей особое значение
имеют порядок загрузки и продолжительность перемешивания сме-
сей. Обычно быстросохнущие смеси приготовляют в смешивающих
бегунах. При приготовлении смесей со связующими СП и СБ сна-
чала в бегуны загружают сухие материалы (отработанную смесь,
глину, песок, добавки и пр.) и перемешивают в течение 5 мин,
затем вводят связующее и воду, все перемешивают еще 7—10 мин.
Готовая смесь должна вылежаться перед употреблением в течение
нескольких часов для равномерного распределения в ней влаги.
Рис. 28. Схема механизированного участка приготовления единой и наполни-
тельной формовочной смеси
При приготовлении быстросохнущих смесей с жидким стеклом
сначала загружают песок, глину и перемешивают 2—3 мин, потом
добавляют едкий натр и смесь еще раз перемешивают 3—4 мин,
затем вводят жидкое стекло и опять перемешивают 10—12 мин.
После этого добавляют мазут и снова перемешивают в течение
4—5 мин.
Механизация приготовления наполнительной и единой формо-
вочных смесей. Формовочную смесь можно приготовлять в цент-
рализованной системе.
Приготовление смеси в централизован-
ной системе. Выбитая из опок смесь падает на ленточный
транспортер 1 (рис. 28), в конце которого установлен магнитный
сепаратор 2 для отделения металлических частиц (всплесков ме-
талла, шпилек) от смеси. Формовочная смесь по ленточному транс-
портеру 1 поступает в элеватор 3 и оттуда на сито 4, просеивается
и далее по ленточному транспортеру 5 подается в шнековый смеси-
тель 6 непрерывного действия, где перемешивается. Затем смесь
увлажняется в барабане 7 и элеватором 8 подается в бункера-отстой-
ники 9. Здесь формовочная смесь выдерживается в течение 1—1,5 ч
77
для равномерного распределения в ней влаги, затем подается лен-
точным транспортером 10 в элеватор И и аэратор 12, где она раз-
рыхляется. Разрыхленная смесь поступает на раздаточный ленточ-
ный транспортер 13, а оттуда к бункерам над формовочными маши-
нами. Металлические частицы от магнитного сепаратора убираются '.
ленточным транспортером. Просыпавшаяся при формовке напол-
нительная смесь через решетку падает на ленточный транспортер,
находящийся под полом цеха, и подается обратно в смесепригото-
вительную систему на переработку. Формовочную смесь для осве- ;
жения приготовляют в бегунах, ее добавляют в наполнительную ;
смесь в количестве 10—12% массы последней. <
§ 9. КОНТРОЛЬ СВОЙСТВ ФОРМОВОЧНЫХ
И СТЕРЖНЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
У формовочных песков и смесей обязательно проверяют следую- |
щие свойства: огнеупорность, содержание глинистых составляющих -
в песке, зерновой состав песка, содержание кремнезема и химиче- 1
ских примесей, газопрони- J
Рис. 29. Прибор для взбалтывания
цаемость и влажность; у
формовочных глин — влаж-
ность, содержание глини-
стых веществ, химический
состав и прочность.
Огнеупорность формо-
вочных песков проверяют
обычно в местах добычи,
т. е. в карьерах. Для ис-
пытания свежих формовоч-
ных материалов берут про-
бы от прибывшей на завод
партии материала.
Определение глинистых
составляющих в песке. Со-
держание глинистой состав-
ляющей в формовочных
песках определяют отмучи-
ванием.. Навеску песка 50 г, высушенного при 105—110° С, вы-
сыпают в литровую стеклянную банку, в которую наливают 475 см3
дистиллированной воды и 25 см3 однопроцентного раствора едкого
натра. Банку устанавливают в прибор для взбалтывания (рис. 29),
где она и вращается в течение 1 ч со скоростью 60 об/мин. (
После этого банку снимают, доливают водой до уровня 150 мм J
от дна и ставят на стол для отстаивания осадка. Зерна песка осе- J
дают на дно банки, а глинистые составляющие остаются во взве-
шенном состоянии в растворе. После 10-минутного отстаивания
слой мутной воды 125 мм удаляют сифоном. К оставшемуся в банке
содержимому доливают воду до прежнего уровня, снова взбалты-
78
вают, дают вторично отстояться 10 мин, а затем воду удаляют
сифоном. Снова доливают воды до уровня 150 мм, взбалтывают,
отстаивают уже в течение 5 мин и удаляют сифоном мутную воду.
Эти операции с 5-минутным отстаиванием повторяют до тех пор,
пока вода в банке не станет совершенно прозрачной, что указывает
на полное удаление глины. Оставшееся в банке фильтруют и полу-
ченный на фильтре песок сушат при 105—110° С, после чего взве-
• шивают с точностью до 0,01 г.
Разница в массах этого остатка
и первоначальной навески (50 г)
указывает на содержание глины
в песке.
Определение зернового соста-
ва песка. Навеску 50 г сухого
безглинистого песка после отму-
чивания просеивают на специ-
альном приборе (рис. 30). При-
бор состоит из электродвигате-
ля, эксцентрикового механизма,
встряхивающего в горизонталь-
1 ной плоскости стопку сит, рас-
положенных в порядке уменьше-
ния размеров ячеек от 2,5 до
0,05 мм. Сито 2,5 накрывают
крышкой, а под сито 005 под-
ставляют металлический тазик.
Прибор совершает около 300 ко-
лебаний в 1 мин. Во время рабо-
ты прибора сверху по крышке
сита ударяет приводной рычаг,
v совершающий 180 ударов в 1 мин.
Продолжительность просеива-
ния на приборе 15 мин.
После просеивания стопку сит снимают с прибора и взвешивают
зерна песка, оставшиеся на каждом сите, а также и в тазике. Ре-
зультаты взвешивания выражают в процентах от первоначальной
навески 50 г. Точность взвешивания 0,01 г. Песок, прошедший
.. через все сита, остается в тазике. Этот остаток также взвешивают
и обозначают словом «тазик» или «лоток».
Сумма остатков на всех ситах вместе с остатком в тазике и гли-
ной должна составлять 100%. Песок, оставшийся на том или дру-
гом сите, называют фракцией и обозначают номером данного сита.
Зерновой состав песка определяют по номерам трех смежных сит,
на которых при просеивании осталась основная масса песка (см. §2
гл. III).
Определение газопроницаемости свежих формовочных материа-
лов и смесей.. Через стандартный образец испытуемого материала,
установленный на приборе, пропускают воздух комнатной темпе-
Рис. 30. Прибор для определения зер
нового состава песка
79
ратуры. Образец изготовляют на лабораторном копре (рис. 31).
Формовочную смесь помещают в металлическую гильзу и уплот-
няют тремя ударами груза массой 6,35 кг, падающего с высоты
50 мм. Размеры цилиндрического образца: d = 50 ± 0,2 мм;
h = 50 ± 0,8 мм. Образец вместе с гильзой переносят на прибор
для определения газопроницаемости смеси (рис. 32).
Через образец, находящийся в металлической гильзе, проду-
вают 2000 см3 воздуха. Зная давление воздуха в гильзе (перед
образцом) и продолжительность про-
Рнс. 31. Копер для изготовле-
. ния образцов
хождения воздуха, можно вычислить
газопроницаемость смесей по формуле
(2)
где V — объем воздуха, прошедшего
через образец, см3; h — высота образ-
ца, см; F — плЬщадь поперечного
сечения образца, см2; р — давление
в полости прибора перед образцом,
см вод. ст.; т — продолжительность
протекания воздуха через образец,
мин.
Для быстрого определения газо-
проницаемости в приборе под образ-
цом устанавливают диафрагмы с ка-
либрованным отверстием диаметром
0,5 или 1,5 мм. Первую диафрагму
применяют для испытания материа-
лов с газопроницаемостью до 50, а
вторую — свыше 50. При работе с
диафрагмами давление под колоколом
при закрытом трехходовом кране дол-
жно быть 100 мм вод. ст. Воздух
(2000 см3) проходит через отверстие
диаметром 0,5 мм в течение 4,5 мин,
а через отверстие диаметром 1,5 мм —
в течение 0,5 мин.
• В справочниках или инструкциях к прибору даны таблицы для
Определения газопроницаемости по давлению перед образцом,
которое измеряют при испытании манометром. В приборах новей-
ших конструкций газопроницаемость образца смеси определяют
по шкале прибора. Образец, испытанный на газопроницаемость,
используют для определения прочности на сжатие в сыром состоя-
нии.
Определение влажности смеси. Навеску формовочной или стерж-
невой смеси 50 г (с точностью 0;01 г) высушивают в шкафу при
105—110° С до постоянной массы. После охлаждения навеску
взвешивают вторично. Потеря массы формовочной смеси в граммах
80
по сравнению с первоначальной массой сырой навески, выражен-
ная в процентах, характеризует влажность формовочной смеси:
№=£=^1100, (3)
где Q и Qi — навеска песка или смеси до сушки и после сушки, г.
На рис. 33 приведен прибор для ускоренного определения
влажности. Навеску песка высушивают в течение 3 мин с помощью
Рис. 32. Прибор для определения
газопроницаемости смеси:
1 — основание; 2 — бак; 3 — трубка;
4 — колокол; 5 — направляющая трубка;
6 — трехходовой кран; 7 — гильза;
8 — груз . ,
лампы. Содержание влаги опре-
деляют по формуле (3).
Определение прочности смеси.
На прочность испытывают смеси
в сыром и в сухом состояниях.
Прочность при сжа-
тии в сыром состоя-
нии определяют на стандарт-
ном цилиндрическом образце
(d = 50 ± 0,2 мм, h = 50 ±
± 0,8 мм) без гильзы в спе-
циальном приборе (рис. 34). По
Рис. 33. Прибор для ускорен-
ного определения вла_жности:
/ — стойка; 2 — лампа; 3 — отра-
жатель; 4 — лоток; 5 — навеска
песка
прибору устанавливают силу, разрушающую образец, а затем по
формуле вычисляют предел прочности при сжатии сырых образцов:
Р 7п
<*сж р > (4)
где Р — сила, разрушающая образец, кгс; F — площадь сечения
образца, см2.
Предёл прочности формовочноисмеси при
растяжении определяют на'сухих образцах в виде восьмерок.
81
Образец формуют в разъемном стержневом ящике и уплотняют
тремя ударами груза на стандартном лабораторном копре. Образцы
высушивают, охлаждают и испытывают на растяжение на спе-
циальном приборе (рис. 35). В конструкциях
современных приборов прочность смеси уста-
навливают по шкале прибора.
Определение прочности глины. Прочность
глины при растяжении определяют на образ-
цах-восьмерках из кварцевого песка 1К02А
111!
Рис. 34. Прибор -для определения прочности формовочной смеси на
сжатие

с добавкой 10% испытуемой глины и 3% воды. Образцы-восьмерки
сушат при 105—110° С. Для испытания образцов на сжатие во
влажном состоянии их изготовляют цилиндрической формы, как
Рис. 35. Прибор для испытания сухих образцов на ра-
стяжение
и для определения газопроницаемости, т. е. d = 50 ± 0,2 мм;
h = 50 ± 0,8 мм. В этом случае для образцов используют песок
1К02А с добавкой 5% глины и 6% (по массе) воды.
82
ГЛАВА IV
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОРМ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Процесс изготовления литейных форм называется формовкой.
Он осуществляется в формовочных отделениях литейного цеха.
Стержни изготовляют в стержневом отделении и подают на сборку
формы в формовочное отделение. Изготовление форм, стержней и
сборка формы — наиболее ответственные этапы производства отли-
вок. Более 80% отливок получают в разовых литейных формах, так
как стоимость их изготовления достаточно низкая, вместе с тем
в них можно получить практически любую по конфигурации, слож-
ности и массе отливку из наиболее распространенных черных и
цветных сплавов.
Применяют следующие способы формовки: 1) в почве и кессо-
нах; 2) в опоках; 3) безопочную; 4) по шаблону; 5) по скелетным
моделям и контрольным сечениям; 6) в стержнях; 7) с применением
быстротвердеющих смесей.
В зависимости от степени механизации процесса изготовления
форм различают три вида формовки: ручную, машинную и авто-
матическую. На машиностроительных заводах ручную формовку
применяют для получения одной отливки или нескольких, например
в условиях опытно-экспериментального производства, при изготов-
лении уникальных отливок, а также для ремонта. Машинную
формовку применяют в условиях серийного и массового производ-
ства отливок, автоматическую формовку — в условиях массового
производства отливок или для автоматизации процесса изготовле-
ния форм какой-либо одной отливки (специализированные авто-
маты).
Инструмент для ручной формовки
Прд изготовлении и отделке литейных форм применяют разно-
образный инструмент (табл. 21). В зависимости от назначения его
можно разделить на две группы.
Первая группа — это инструменты, применяемые для
наполнения опоки смесью, уплотнения смеси и вентиляции формы
(лопаты, сита, трамбовки, ручные и пневматические трамбовки,
вентиляционные иглы и т. д.), а также для проверки положения
модели в горизонтальной плоскости (уровень или ватерпас).
Вторая группа — это инструменты, предназначенные
для извлечения модели из формы и отделки формы (кисти пеньковые
и щетки, подъемы резьбовые и винтовые, крюки, молотки, тяжелые
и легкие гладилки, крючки с лезвием разных размеров, ланцеты,
ложечки, полозки разных профилей).
83
Таблица 21
Формовочный инструмент
Инструмент и его назначение
Инструмент и его назначение
т. п.
Круглое сито
Для просеивания формовочной
смеси, в частности при нанесении
облицовки на модель, ячейки сит.
имеют разные размеры, диаметр
сит 400—500 мм
Лопата
Для выкапывания ям почвенных
форм, а также для подачи смеси
в опоки
Трамбовки
"J f)
Для уплотнения смесей в опоках
или стержневых ящиках при ра-
боте на верстаке. Трамбовка а—,
деревянная, б —чугунная. Иногда
делают трамбовки с резиновыми
наконечниками, что предохраняет
модели от поломок
Длинные трамбовки
М,5м

Для уплотнения крупных форм,
почвенных и расположенных на
полу. Клиновидными трамбовками
уплотняют смесь около стенок
опоки, около модели, в узких
местах; плоскими трамбовками
уплотняют верхние слои формы
Пневматические трамбовки
Для ручной формовки, а также
подтрамбовки на формовочных ма-
шинах. Наконечники у такой трам-
бовки сменные—клиновые или
плоские
Вентиляционные иглы (душники)
я) <9 .
Для выполнения искусственных
газоотводных каналов в формах и
стержнях
84
Продолжение табл. 21
Инструмент и его назначение
Инструмент и его назначение
Деревянные молотки
Для расталкивания модели при
ее выемке и стержневого ящика
перед удалением из него стержня
Пульверизаторы
Для поверхностного увлажнения .
формы перед ее отделкой, а также
для нанесения противопригарных
покрытий (красок), растворов для -
упрочнения поверхности форм и
стержней
Для извлечения модели или ее
отъемных частей из формы
Для нанесения толстого слоя
огнеупорного покрытия на рабо-
чую поверхность формы и стержня
Кисточка
I
Для смачивания формы по кон-
туру модели перед извлечением
последней, а также в некоторых
случаях поврежденных мест перед
их исправлением
Гладилки _
в)
Для отделки форм лезвия гла-
дилок делают прямоугольными (а),
закругленными (б), заостренны-
ми (в)
85
Продолжение табл. 21
Формы в литейном производстве изготовляют в основном в опо-
ках. Опоками называют жесткие рамки (прямоугольные, квадрат-
ные, круглые, фасонные) из чугуна, стали, алюминиевых сплавов,
предохраняющие песчаную форму от разрушения во время ее
сборки, транспортировки и заливки (рис. 36). Опоки изготовляют из
чугуна марок СЧ 15-32, СЧ 18-36 и стали марок 20Л, 25Л и ЗОЛ.
Наиболее совершенными считают литые и сварные стальные опоки,
так как они прочнее чугунных.
Обычно форму изготовляют в двух опоках — верхней и нижней.
Поверхности опок, которые обращены друг к другу при сборке
(плоскости разъема), строгают, а иногда шлифуют для того, чтобы
обеспечить плотность прилегания полуформ.
86
Для транспортировки и перевертывания опок в процессе фор-
мовки (на малых опоках) предусмотрены ручки, на больших (кра-
новых) — цапфы. В стенках опоки делают вентиляционные отвер-
стия для выхода газов, образующихся при заливке формы. Формо-
вочная смесь в опоках больших размеров удерживается ребрами-
крестовинами (шпонами).
А-А
Рис. 36. Типы опок:
а — прямоугольные; б — фасонные; в — круглые
Элементы центрирования опок. Важными элементами, опреде-
ляющими точность сборки формы, являются штыри и втулки.
Существуют два способа центрирования опок при сборке формы:
штырем и на штырь. Штыри бывают трех типов.
При центрировании штырем (рис. 37, а) в ушки верхней опоки
устанавливают штыри и вместе с опокой наводят на ушки нижней
опоки, после установки штыри вынимают из опок и используют
для сборки других форм. При центрировании на штырь (рис. 37, б)
в нижнюю опоку ставят штыри и отверстия ушков верхней опоки
направляют на штыри. Точность центрирования обеспечивается
или специальными втулками, прочно закрепленными в ушках,
или точно обработанными отверстиями в этих ушках. Штыри изго-
товляют из сталей 40 и 45, подвергают термической обработке до
твердости HRC 40—45.
87
Точность установки опок обеспечивается также втулками.
Втулки по форме отверстия разделяют на центрирующие (рис. 38, а)
с круглыми отверстиями и направляющие (рис. 38, б) с прямоуголь-
Рис. 37. Способы центрирования опок
ным или эллиптическим отверстием. Втулки изготовляют из
сталей 40 и 45, подвергают термической обработке до твердости
HRC 45—50.
Различают опоки для ручной, машинной и автоматической фор-
мовки. Опоки для ручной формовки должны иметь минимальную
массу, она не должна превышать
без формовочной смеси 30 кг и
со смесью 60 кг. При исполь-
зовании крана для транспорти-
ровки опок их масса может быть
значительно больше. Эти крано-
вые опоки по объему делят на
три групйьг. малые до 250,
средние до 750 и большие до
1500 дм3.
Опоки для машинной и ав-
томатической формовки — точ-
ный и дорогостоящий инстру-
мент. Они должны обладать
большой жесткостью, точностью
и быть взаимозаменяемыми.
Размеры в свету и по высоте опок, элементы конструкции (стен-
ки, цапфы, ручки, элементы центрирования ит. д.) нормализованы.
Общие вопросы нормализации опок регламентируются ГОСТ
2133—57 и нормалями машиностроения МН5611—64 и МН433—
59 - МН468—59. •
Для безопочной формовки применяют сборные деревянные и
алюминиевые — разъемные литые и съемные конусные опоки
(рис. 39).
88
Жакеты (рис. 40) применяют для безопочной формовки, они
защищают форму от возможного прорыва металла при заливке.
Рис. 39. Опока для безопочной формовки
Жакеты изготовляют сварными из листовой стали или литыми из
ковкого чугуна. В поточно-массовом прбизводстве применяют
литые жакеты из ковкого чу-
гуна КЧ 35-10. Чугунный жа-
кет состоит из отдельных бо-
ковин с пружинами по углам
для лучшего прилегания к
форме. Жакеты надевают на
песчаные формы, изготовлен-
ные в съемных опоках.
Для' транспортировки и
сборки форм часто применяют
подопечные п л и -
т ы. Подопечные плиты де-
лают литыми из вторичных
алюминиевых сплавов, чугу- Рис. 40. Жакет для безопочной формовки
на, реже сварными из листо-
вой стали. Для удаления газов из форм в плите делают отверстия.
Небольшие подопечные плиты имеют приливы — ручки для транс-
портировки, более крупные — цапфы.
89
§ 2. РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Ручную формовку применяют при единичном и мелкосерийном
производстве отливок. Различают следующие виды ручной фор-
мовки: в почве, в парных опоках, по шаблонам, по скелетным
моделям и контрольным сечениям, в стержнях.
Формовка в почве
Формовку в почве применяют обычно в единичном или мелко-
серийном производстве преимущественно при изготовлении круп-
ных отливок, а также для ремонтного литья. Процесс формовки
в почве осуществляют в ямах, которые делают в земляном полу
цеха или кессонах — глубоких ямах в полу цеха, выложенных
кирпичом, с применением газоотводных формовочных постелей.
Рис. 41. Формовка в почве диска по мягкой постели
В зависимости от массы и высоты отливок различают мягкие
и твердые постели. Мягкие постели применяют для формовки пло-
ских отливок небольшой высоты, твердые постели — для крупных
отливок.
/ Формовка в почве имеет недостатки: рытье ям и приготовление
Газоотводной постели (трудоемкие операции); значительный объем
ручных формовочных работ; использование формовщиков высокой
квалификации; тяжелые санитарно-гигиенические условия работы
(пыль, высокая температура и т. д.), незначительный съем годных
отливок с 1 м2 формовочной площади. Однако этот способ прост и не
требует специальной оснастки.
Формовка по мягкой постели. В качестве примера на рис. 41
приведена формовка диска в почве по мягкой постели. В полу 6
литейного цеха роют яму глубиной 200 мм (рис. 41, а) и заполняют
ее наполнительной смесью 1, Ширина и длина ямы несколько
90
больше, чем модели. На два массивных металлических бруса 10,
выверенных ватерпасом по длине и относительно друг друга, уста-
навливают деревянные рейки 11, между которыми засыпают обли-
цовочную смесь слоем 2 толщиной 20—30 мм. Разравнивают ее
линейкой 12, а затем, сняв рейки 11, этой же линейкой уплотняют
ее вровень с плоскостью 1—I.
ТАоттлъ 3 будущей отливки осторожно осаживают легкими уда-
рами молотка 5 по деревянному бруску 4 (рис. 41, б). Горизонталь-
ное положение верхней плоскости, осаженной в формовочную смесь
модели, проверяют ватерпасом 7 (рис. 41, б).
Я
Рис. 42. Формовка по твердой постели
После этого, формовочную смесь уплотняют вокруг модели и
излишек ее с помощью линейки сгребают вровень с верхней пло-
скостью модели. Для отвода газов душником 8 в форме делают
наколы, а затем вынимают модель 3. В целях предохранения формы
от размыва струей жидкого металла литниковую чашу 9 делают
так, как это показано на рис. 41, г. От литниковой чаши к модели
прорезают канал (питатель) для подвода металла, с противополож-
ной стороны делают сливной канал 13.
Формовка по твердой постели. Яму 1 выкапывают глубиной
на 300—500 мм больше высоты модели (рис. 42, а). На сильно
уплотненное дно ямы насыпают слой кокса или коксовой гари 2
(размер кусков 50—70 мм) толщиной 100—250 мм. Слой кокса
уплотняют и сверху насыпают более мелкий кокс 3, который слегка
утрамбовывают и покрывают рогожами или соломой. Для вывода
газов устанавливают трубы 4 так, чтобы верхний конец их был рас-
положен несколько выше уровня пола цеха. В слое 5 формовочной
смеси обязательно делают наколы душником.
На твердую постель насыпают формовочную смесь, которую
после установки модели 6 уплотняют (рис. 42, б). 'Затем поверх-
91
ность формы выравнивают и накрывают опокой 7. В опоке устанав-
ливают модели 9 элементов литниковой системы (питателей, стояка,
шлаковика, выпора) и крючки 8. В опоку засыпают формовочную
смесь и уплотняют.
После этого опоку поднимают краном и извлекают из формы
модель. Верхнюю и нижнюю полуформы отделывают вручную,
форму собирают по центрирующим колышкам 10 и устанавливают
груз 11, а также литниковую чашу 12 и наращалку 13 для выпора
(рис. 42, в).
Если верхняя полуформа имеет выступающие песчаные части
(болваны), то для лучшего удержания их в верхней опоке ставят
проволочные железные крючки 8 (рис. 42, б). Их концы, обращен-
ные к модели, смачивают жидкой глиной или сульфитной бардой,
чтобы обеспечить прилипание к ним формовочной смеси.
Рис. 43. Пример расстановки в верхней опоке солдатиков и крючков
При заливке по-сырому для удержания формовочной смеси
применяют так называемые солдатики — деревянные палочки сече-
нием от 15 х 15 мм до 20 X 20 мм; длина их зависит от высоты
верхней опоки и песчаного болвана. Солдатики и крючки ставят
в формах, имеющих болваны сравнительно небольшой высоты.
Солдатики прислоняют к крестовинам (ребрам) опоки и зафор-
мовывают в смесь. Они не должны соприкасаться с заливаемым
в форму металлом, так как это может привести к браку отливок.
Солдатики^ (рис. 43) нужно ставить в опоку 1 и углублять
так, чтобы они были отделены слоем формовочной смеси (10—12 мм)
от модели.
' Обычно крючки 2 расстанавливают крестообразно, благодаря
этому обеспечивается прочность формы. Крючки 2 навешивают на
крестовины или ребра опоки 1. Расстояние между крючками и мо-
делью 3 для опок среднего размера составляет 70—100 мм, а для
опок больших размеров — 60—80 мм.
Для удержания больших и тяжелых болванов, расположенных
в верхних опоках, используют чугунную и стальную арматуру
в виде рамок, укрепленных при помощи болтов в верхней опоке.
Песчаные болваны должны обладать хорошей податливостью,
так как залитый в форму металл при затвердевании и охлаждении
92
уменьшается в объеме (усаживается). Вследствие низкой податли-
вости болвана в отливках могут появиться горячие трещины,
поэтому внутренние болваны необходимо уплотнять слабее других
частей формы. При формовке по-сухому болваны выполняют пусто-
телыми или применяют формовочные смеси с опилками, которые,
выгорая при заливке, делают болваны податливыми.
Формовка в опоках
В литейном производстве широко распространена формовка
в опоках главным образом по разъемным моделям, причем фор-
мовку чаще всего осуществляют в двух и реже в трех и более опо-
ках. При формовке в опоках отливки получаются более точные,
чем при формовке в почве, так как опоки центрируются при помощи
штырей.
Формовка в опоках является более производительной, чем
формовка в почве. Применяют несколько способов формовки:
1) в двух опоках; 2) с подрезкой; 3) с фальшивой опокой; 4)' с пере-
кидным болваном; 5) в Нескольких опоках; 6) по модели с отъемными
частями.
Формовка в двух опоках по разъемной модели. Процесс изго-
товления формы начинают с установки модели или ее половины 2
(если модель разъемная) на модельную плиту 1 (рис. 44, а). Затем
на плиту устанавливают пустую нижнюю опоку 3 и поверхность
модели смачивают смесью керосина с мазутом (50% керосина,
50% мазута) или припыливают мелким песком (рис. 44, б). После
этого через ручное сито 4 просеивают облицовочную смесь (рис. 44, в).
Толщина слоя облицовочной смеси для мелких отливок 15—30 мм,
а для крупных 30—40 мм. При формовке крупных отливок
с высокими отвесными стенками облицовочную смесь просеивают
через сито только для покрытия горизонтальной плоскости модели.
Обкладку отвесных стенок производят той же облицовочной смесью.
В опоку засыпают наполнительную смесь и ее уплотняют (рис. 44, г).
Для достижения равномерной плотности формы наполнительную
смесь засыпают в опоку слоями (50—75 мм) и уплотняют ручной
или пневматической трамбовкой 5 (рис. 44, д, ё). При уплотнении
нельзя ударять трамбовкой по модели, так как формовочная смесь
в местах удара будет сильно уплотнена и в отливках могут обра-
зоваться газовые раковины. Особенно тщательно следует уплотнять
смесь в углах и у стенок опоки.
Излишек формовочной смеси после уплотнения сгребают линей-
кой 6 (счищалкой) вровень с кромками опоки (рис. 44, ж) и душ-
ником 7 прокалывают вентиляционные каналы так, чтобы душник
не доходил до модели на 10—15 мм (рис. 44, з). Затем опоку вместе
с модельной плитой поворачивают на 180° и устанавливают вторую
половину модели.
Чтобы устранить прилипание формовочной смеси верхней полу-
формы к нижней, плоскость разъема нижней полуформы присыпают
93
сухим разделительным песком. Этот песок сдувают с поверхности
модели сжатым воздухом. Верхнюю опоку ставят на нижнюю и
через сито насыпают на модель слой облицовочной смеси, устанав-
Рис. 44. Последовательность технологических операций при изготовлении фор-
мы в двух опоках
ливают модель стояка и насыпают наполнительную смесь. После
этого уплотняют смесь (рис. 44, и). Излишки смеси сгребают
и делают наколы душником. .
94
Форму раскрывают и смачивают ее поверхность вблизи модели
водой. Для предупреждения, ухода жидкого металла из формы
при заливке по-сырому на плоскости разъема формы делают риски
(подрезки) вокруг модели на расстоянии 50—70 мм от нее.
При заливке металла в сухие формы и особенно при неудовле-
творительном состоянии опок в большинстве случаев на плоскость
разъема формы кладут тонкий слой глины-, который при спаривании
полуформ полностью исключает прорыв металла из формы. Модели
не следует располагать близко к краю опоки; расстояние от модели
до стенки опоки должно быть не менее 25—50 мм в зависимости от
массы отливки и габаритных размеров опоки.
В модель ввертывают или забивают подъем. Затем ее слегка
расталкивают ударами молотка по подъему и извлекают из формы
(рис. 44, к). Так же извлекают модели элементов литниковой системы,
стояка, выпора, питателя. Небольшие модели вынимают из формы
вручную, а крупные — краном.
Извлечение модели из формы является ответственной операцией,
и производить ее нужно очень осторожно, чтобы не разрушить
форму. Сильно расталкивать модель не рекомендуется, так как
при этом отливки получаются с увеличенными размерами и
массой.
После извлечения модели поверхность формы отделывают.
Поврежденные места формы исправляют гладилками, ложечками,
ланцетами и т. д. Некоторые части формы укрепляют шпильками.
Отделанную форму, изготовленную по-сырому, перед сборкой при-
сыпают порошкообразным графитом или древесно-угольным порош-
ком. При формовке по-сухому поверхность формы не припыливают,
а окрашивают. Формы обычно окрашивают после сушки, когда
форма еще не остыла. Иногда формы красят 2 раза: до и после сушки.
Затем устанавливают стержень и собирают форму (рис. 44, л, м).
Формовка в двух опоках по неразъемной модели. Небольшую
крышку получают по деревянной неразъемной модели (рис. 45, а).
Сначала формуют нижнюю опоку. На деревянную плиту устанавли-
вают модель и нижнюю опоку (рис. 45, б), а затем насыпают формо-
вочную смесь и уплотняют ее. Опоку с плитой переворачивают
на 180°, устанавливают верхнюю опоку и модели литниковой
системы (рис. 45, в), и также насыпают в верхнюю опоку формовочную
смесь и уплотняют. После этого поднимают верхнюю полуформу,
переворачивают ее на 180° и извлекают модели из формы. Затем
форму отделывают, собирают (рис. 45, г) и заливают металлом.
На рис. 45, д приведена отливка крышки с литниковой системой.
Формовка с подрезкой. При формовке в опоках по неразъемной
модели, не имеющей плоскости, пригодной для укладки модели
(относительно плоскости разъема опок), применяют формовку
с подрезкой.
Модель (рис. 46, а) прилегает к плите не всей нижней поверх-
ностью, а только выступом, поэтому при уплотнении нижней опоки
В полость 1 попадает формовочная смесь. Чтобы вынуть модель
95
из нижней опоки, формовочную смесь из полости Г срезают гла-
дилкой или ланцетом' (рис. 46, б). Образующуюся поверхность ,,
Рис. 45. Формовка в двух опоках по неразъемной модели
разъема тщательно заглаживают. Это называется подрезкой. Разъем
формы будет уже не плоский, а фасонный.
Затем поверхность разъема нижней опоки, в том числе и поверх-
ность подрезки, посыпают разделительным песком или.при глубокой
подрезке застилают бумагой; устанавливают верхнюю опоку
96 1
(рис. 46, в), засыпают смесь и уплотняют ее обычным способом,
форму разбирают, модель вынимают. Затем форму вновь собирают
для заливки (рис. 46, г).
На рис. 46, д приведена отливка с литниковой системой. Под-
резку применяют только при изготовлении небольшого числа отли-
вок по данной модели.
Формовка с фальшивой опокой. Фальшивая опока может4 быть
выполнена из обычной формовочной смеси, жидкостекольной фор-
мовочной смеси или гипса. Для изготовления большой серии отли-
вок применяют деревянную фасонную модельную плиту, выполняю-
й)
Рис. 47. Формовка с фасонной модельной плитой
шую роль фальшивой опоки. При этом отпадает необходимость
в подрезах разъемов каждой изготовляемой формы. Формовка
ничем не отличается от обычной формовки в двух опоках.
На деревянную фасонную плиту 1 с моделью 2 (рис. 47, а) ставят
нижнюю опоку и уплотняют в ней формовочную смесь. После
уплотнения опоку с плитой переворачивают и снимают фасонную
плиту (рис. 47, б). При этом модель остается в нижней опоке, на
которую ставят верхнюю опоку, засыпают смесь и уплотняют.
Затем разбирают форму, извлекают модель и форму собирают под
заливку (рис. 47, в). При машинной формовке отливок, требующих
разъема с подрезкой, такой фигурный разъем делается на модель-
ной плите.
Формовка с перекидным болваном. При единичном производстве
мелких отливок, имеющих поднутрения или полости, выполняе-
мые песчаным болваном взамен стержня, применяют формовку
с перекидным болваном.
4 Титов
97
Рис. 48. Формовка с перекидным болваном
Рис. 49. Формовка барабана в трех опоках
98
Примером формовки с перекидным болваном может служить
формовка канатного блока. Модель блока (рис. 48, а) разъемная,
состоит из двух частей. Половину 1 модели кладут на плиту 2,
на ступицу блока устанавливают модель стояка 3 и верхнюю опоку;
наполняют ее формовочной смесью и уплотняют (рис. 48, б). Затем
извлекают модель стояка, накрывают опоку деревянным щитком
и вместе с модельной плитой переворачивают на 180° и снимают
модельную плиту.
Чтобы легче было извлечь модель из формы, по окружности
блока по линии 4—7 (рис. 48, в) делают подрезку и образовавшуюся
поверхность посыпают раз-
делительным песком, уста-
навливают вторую полови-
ну 8 модели и уплотняют
полость подрезки (пере-
кидной болван 9 — коль-
цо). Верхнюю поверхность
кольца приглаживают гла-
дилкой и посыпают разде-
лительным песком, полу-
ченное таким образом коль-
цо из формовочной смеси
называют перекид-
ным болваном. По-
верхность болвана посы-
пают разделительным пес-
ком, устанавливают опо- Рис. 50. Крепление отъемных частей на мо-
ку 10 (рис. 48, г), засыпают • делах
смесь и уплотняют ее. Затем
снимают опоку 10, извлекают половину 8 модели и возвращают
опоку 10 на прежнее место. Форму переворачивают на 180° и
снимают опоку 11, извлекают половину 1 модели и продувают
форму сжатым воздухом. После этого устанавливают стержень 12
и форму собирают.
Формовка в нескольких опоках. Если отливка высокая и не
умещается в двух стандартных опоках, а также если сложные части
отливки требуют не одной, а двух и более плоскостей разъема,
иначе они не вынимаются, то формовку выполняют в нескольких
опоках.
Формовку в трех и более опоках производят так же, как и
в двух. В качестве примера на рис. 49 приведена формовка бара-
бана лебедки в трех опоках. Формовку начинают с нижней опоки 2
(рис. 49, а), модель в этом случае разъемная, с двумя отъемными
частями 1, установленными на фасонную плиту 3. После уплотне-
ния нижней полуформы ее переворачивают, ставят на нее цилиндри-
ческую часть 5 модели (рис. 49, б), засыпают смесь и уплотняют
вторую опоку 4. Затем устанавливают верхнюю отъемную часть
Модели и формуют третью опоку. После этого разнимают опоки и
4*
99
извлекают модели из верхней, средней и нижней опок: устанавли-
вают стержень и собирают форму под заливку (рис. 49, в).
Формовка по модели с отъемными частями. В условиях единич-
ного и серийного производства с целью устранения подрезки,
лишних плоскостей разъема, стержней выступающие части модели,
препятствующие ее извлечению из формы, делают отъемными.
Отъемные части 1 прикрепляют к модели шпильками (рис. 50, бив)
или клиновыми шпонками в виде ласточкина хвоста (рис. 50, а).
При извлечении модели отъемные части остаются в смеси, а затем
удаляются через полость, образованную в форме моделью.
Формовка по шаблону
Способ изготовления форм, полости которых получают при
помощи профильных досок-шаблонов, вращающихся вокруг оси или
движущихся по направляющим, называют шаблонной формовкой.
- Полость формы получается либо выгребанием шаблоном предвари-
тельно уплотненной формовочной смеси, либо выравниванием шаб-
лоном накладываемой и уплотняемой смеси.
Формовку по шаблону применяют преимущественно для отливок,
имеющих форму тел вращения (втулок, цилиндров, труб, шкивов,
маховиков и др.), а также для отливок, очертания которых можно
получить протягиванием шаблона по направляющей (протяжные
шаблоны). При формовке с помощью шаблонов не пользуются
моделями, изготовление которых требует длительного времени и
значительного расхода дерева. Однако на изготовление формы
затрачивается значительно больше времени, чем при формовке по
модели, кроме того, необходим труд формовщиков высокой квали-
фикации. Поэтому формовку по шаблону применяют редко и только
для изготовления одной или нескольких отливок.
На практике наиболее распространены шаблоны, вращающиеся
вокруг вертикального шпинделя (рис. 51). Металлический шпин-
дель / устанавливают в подпятнике 2. В отверстие на верху шпин-
деля закладывают болт для подъема шпинделя вручную или кра-
ном. Чугунный подпятник имеет сравнительно большую опорную
поверхность. В чугунной серьге 3 имеются прорези для шаблонов.
Шаблоны закрепляют болтами, вставляемыми в прорези скобы.
Серьгу 3 закрепляют на шпинделе в определенном положении
* зажимным винтом 5. Стопорное кольцо 4 служит для установки
шаблона в определенном положении по высоте.
Ниже в качестве примера описана шаблонная формовка кольца.
Выкапывают яму и устанавливают подпятник шпинделя по ва-
терпасу на определенной глубине под формой так, чтобы он не
мешал формовке (рис. 51, а). После уплотнения смеси вокруг под-
пятника в него вставляют шпиндель. На шпинделе закрепляют сто-
порное кольцо, навешивают серьгу и на ней устанавливают ватер-
пас, по которому проверяют горизонтальное положение серьги,
вращая ее вокруг шпинделя. Затем в яму насыпают формовочную
100
смесь и уплотняют. Вновь проверяют горизонтальное положение
серьги по ватерпасу и приступают к формовке. После уплотнения
вокруг шпинделя формовочную смесь счищают до уровня пола шаб-
лоном № 1 (рис. 51, б), посыпают разделительным песком, ставят
опоку, модели стояка и выпора и уплотняют верхнюю полуформу
(рис. 51, в). Затем в верхней полуформе делают наколы и вынимают
Рис. 51. Формовка кольца по шаблону
модели стояка и выпора. Полуформу отставляют в сторону и из-
готовляют форму кольца по шаблону. На шпиндель надевают сто-
порное кольцо и серьгу с шаблоном № 2, которым затем выгребают
смесь (рис. 51, г). Собранная форма приведена на рис. 51, д.
При формовке по протяжным шаблонам смесь выгребают плос-
кими скребками, направляемыми по особой рамке. В форме же при
помощи скребков можно изготовить и стержень.Таким образом, от-
падает необходимость в изготовлении модели и стержневого ящика.
Этот способ применяют для получения таких крупных отливок,
как патрубки и колена труб большого диаметра и др.
101
На рис. 52 приведена формовка патрубка с фланцами и с двумя
боковыми трубками при помощи протяжных шаблонов. Модели
фланцев 2, 3 и трубок 4, 5 выполняют разъемными из двух поло-
вин. Деревянная рамка 1 имеет две отъемные планки 6, соответ-
ствующие толщине стенки патрубка. По рамке со вставленными
планками 6 направляют скребки, выгребающие стержень, а по рамке
без планок — скребки для внешней формы патрубка.
На подготовленную горизонтальную поверхность твердой пос-
тели укладывают рамку 1 вместе с отъемными планками 6, затем
осаживают в почву нижние половины модели фланцев и скребками-
Рис. 52. Формовка по протяжным шаблонам
шаблонами 7 (положение /) выгребают профиль по размерам внут-
ренней поверхности патрубка. Полученную из смеси поверхность
(.стержневого ящика» обкладывают бумагой и уплотняют стержень.
Сверху его заглаживают шаблоном 8, имеющим контуры внешней
поверхности патрубка (положение II). Затем укладывают модели
фланцев и двух трубок, ставят верхнюю опоку, засыпают формовоч-
ную смесь и уплотняют ее, снимают полуформу и отделывают. После
этого стержню придают окончательные размеры снятием с верхней
его половины слоя 9 смеси, равного толщине стенки патрубка.
Этот слой снимают специальным шаблоном 10.
Стержень поднимают за каркас 12, заложенный в него при
уплотнении, отделывают, красят и сушат. С поверхности нижней
части формы снимают лишний слой смеси 11, равный толщине стенки
патрубка. Стержни для боковых трубок изготовляют отдельно
в ящиках, ставят в форму на знаках и прикрепляют шпильками
к основному стержню. Затем форму собирают и заливают.
Формовка по скелетным моделям
Этот способ формовки представляет собой комбинацию формовки
по моделям и протяжным шаблонам, применяют его крайне редко
для изготовления крупных единичных отливок с переменным сече-
102
нием. По скелетной модели можно получать не только форму, но
и стержень.
На рис. 53, а приведена скелетная модель шестой части сверт-
ного кожуха водяной турбины. Модель выполнена из брусков,
имеющих толщину стенки будущей отливки.
В нижней части формы (рис. 53, б) заформовывают половину
скелетной модели (положение /). Скребковым шаблоном I из внут-
ренней поверхности модели выгребают смесь, образуется стержне-
Рис. 53. Формовка по скелетным моделям
вой ящик, в котором получают нижнюю часть стержня. Верхнюю
часть стержня выполняют по наружной поверхности модели (поло-
жение //). После этого ставят опоку, засыпают смесь и уплотняют,
снимают опоку с верхней половины стержня и скребковыми шаб-
лонами 2 удаляют лишний слой смеси между ребрами модели
(положение III). Затем поднимают верхнюю половину модели и стер-
жень. Теми же скребковыми шаблонами 2 выгребают лишний слой
смеси между ребрами половины модели нижней части формы (поло-
жение IV), вынимают половину модели. Форму отделывают^ сушат
и собирают под заливку.
Формовка в стержнях
Этим способом изготовляют сложные и ответственные отливки,
когда трудно получить равномерное уплотнение смеси в узких
местах формы и поднутрениях модели, а также при большом числе
отъемных частей на модели. Литейную форму целиком собирают из
сухих стержней, которые могут быть изготовлены из различных
смесей. Стержневые формы применяют в массовом и крупносерийном
производстве. Основные преимущества формовки в стержнях:
1) возможность деления сложной формы на простые элементы —
стержни;
2) отсутствие моделей;
3) параллельное изготовление стержней и формы;
103
4) низкая квалификация рабочих;
5) уменьшение трудоемкости процесса выбивки форм после
заливки;
6) улучшение качества отливок и снижение брака.
Рис. 54. Формовка в стержнях:
а — отливка; б — стержни; в — готовая форма
На рис. 54 дан пример формовки в стержнях отливки корпуса
. Электродвигателя. В ящиках изготовляют отдельные стержни
Ст. 1 — Ст. 8, а затем в жакетах из стержней собирают форму.
Формовка в кусках
Этот способ применяют для изготовления отливок художест-
венных изделий. Боковые поверхности моделей таких изделий имеют
впадины, выступы или рисунки, затрудняющие процесс извлече-
ния модели из формы без повреждения последней. Поэтому для при-
готовления форм по этим моделям нельзя применять описанные вы-
ше способы формовки. При изготовлении бюстов, статуэток и дру-
гих художественных отливок применяют более сложные способы
формовки, например формовку в кусках.
Модель барельефа (рис. 55, а) на лицевой поверхности имеет
впадины 1, 2, 3, препятствующие съему с модели верхней части
формы. Для того чтобы снять форму с модели, на впадинах модели
104
уплотняют куски из прочной жирной (глинистой) формовочной
смеби. Куски, если они прилегают друг к другу, разделяют слоем
древесноугольного порошка или ликоподия. Наружную поверх-
ность кусков /, 2 и 3 (рис. 55, б) подрезают в виде болванов с по-
логими стенками, чтобы с них было удобно снять заформованную
на модели нижнюю опоку.
Кроме того, на поверхности кусков для лучшего их удержания
в верхней полуформе делают специальные знаки в виде продолго-
ватых углублений.
Рис. 55. Формовка в кусках
По модели с кусками после их припыливания уплотняют ниж-
нюю опоку Б, которую затем вместе с фальшивой опокой перевер-
тывают. Фальшивую опоку снимают, а на нижней опоке с моделью
уплотняют верхнюю опоку Л (рис. 55, в). Переворачивают обе опоки,
нижнюю опоку снимают так, чтобы модель с прилегающими к ее
поверхности кусками осталась в верхней опоке. Оставшиеся куски
снимают с модели в порядке, обратном их уплотнению (сначала
3, затем 2 и /), причем снимают так, чтобы их не повредить (рис.
55, г). Куски отделывают и согласно их знакам укладывают на
соответствующие места в нижней форме. Куски в форме закреп-
ляют шпильками (рис. 55, д). Таким образом, в нижней опоке по-
лучается полный отпечаток поверхности модели.
В большинстве случаев части формы с закрепленными кусками
просушивают, так как куски уплотняют из недостаточно газо-
проницаемой жирной формовочной смеси. Приведенный пример яв-
ляется простейшим случаем формовки в кусках. Формы более слож-
ных изделий могут иметь несколько десятков кусков, расположен-
ных на поверхности модели.
105
Формовка в глине
Формовку в глине применяют в тех случаях, когда необхо-
димо получить форму очень высокой прочности. Глиняные формы
после сушки обладают большой огнеупорностью, поверхностной
прочностью (поверхность их не размывается при заливке металла
в форму даже при падении струи со значительной высоты),
В большинстве случаев глиняные формы изготовляют без опок.
Вместо опок делают кладку из кирпичей, которую облицовывают
внутри слоем глины. Формовку в глине можно производить по мо-
дели и по шаблону. Слой наносимой глины составляет 10—20 мм.
Рис. 56. Формовка в глине:
а — изготовление иижией части формы; б — собранная форма; а — отливка о литниковой
системой
Для лучшей газопроницаемости к ней примешивают мелкий песок.
Формы и стержни окрашивают после их сушки и полного охлажде-
ния.
Формовку выполняют следующим образом. На полу цеха роют
яму (рис, 56, а), выкладывают ее кирпичом / и устанавливают
шаблон 2 для изготовления рабочей полости формы. На кирпичную
кладку шаблоном наносится слой глины 3 определенной толщины.
После получения нижней части формы изготовляют верхнюю полу-
форму с литниковой системой. Готовые нижние и верхние полу-
формы просушивают с помощью переносных сушил. Затем устанав-
ливают стержни и собирают форму (рис. 56, б).
Формовка в быстротвердеющих смесях
Формовку химически твердеющих смесей на жидком стекле
применяют для получения разнообразных отливок из чугуна, стали
и цветных сплавов массой до 40 000 кг. Длительность процесса
106
химического твердения крупных форм 0,5—1,3 ч в зависимости
от их размера и конфигурации. Технологический процесс формовки
складывается из следующих операций:
1. Установки модели на плиту.
2. Протирки поверхности модели и плиты керосином и гра-
фитом.
3. Нанесения на модель ровного слоя быстротвердеющей смеси
толщиной 60—70 мм.
Рис. 57. Способы подвода углекислого, газа в форму
4. Засыпки в опоку наполнительной смеси и ее уплотнения.
5. Извлечения модели из формы и отделки формы.
6. Продувки формы углекислым газом с помощью специаль-
ных приспособлений.
7. Установки стержней и сборки формы.
При продувке быстротвердеющей облицовочной смеси углекис-
лым газом происходит разложение силиката натрия и образование
углекислого натрия с выделением свободного кремнезема SiO2,
который присоединяет воду и образует прочное химическое веще-
ство — гель кремниевой кислоты. Последний распадается только
при высоких температурах после заливки формы сплавом.
107
Расход углекислого газа составляет 10 кг на 1 т мелких отли-
вок (средняя масса 100 кг) и 3 кг на 1 т средних отливок (средняя
масса 600 кг). При этом продолжительность продувки газом форм
площадью 0,5—8 м2 составляет 8 мин при давлении газа в шланге
2—3 кгс/см2.
Применяют различные способы подачи углекислого газа в форму
(рис. 57). Подвод углекислого газа под зонт / (рис. 57, а), покры-
вающий форму, обеспечивает быстрое, одновременное и равномерное
химическое твердение формы любой конфигурации. Формы под зон-
том можно сушить в любом месте цеха, на рольгангах, на участке
сборки и т. д. На рис. 57, б приведена схема подвода углекислого
газа в форму через модель 1.
Формовка по газифицируемым моделям
Этот новый технологический процесс применяется на Волж-
ском автомобильном заводе (ВАЗ), Горьковском автомобильном
заводе (ГАЗ), Азовском заводе кузнечно-прессового оборудова-
ния (АЗКПО) и других заводах для изготовления крупных единич-
ных отливок штампово-инструментальной оснастки, приспособле-
нии из чугуна и стали массой
от нескольких сотен кило-
граммов до нескольких тонн.
Главная особенность про-
цесса формовки состоит в том,
что модель не извлекается из
формы после уплотнения фор-
мовочной смеси, а во время
заливки испаряется и газифи-
цируется под действием теп-
лоты жидкого металла. При
этом освобождается полость
формы, которая заполняется
металлом (рис. 58).
Газифицируемая модель
имеет точную конфигурацию
отливки и размеры, учитываю-
ние,- 58. Заливка формы с газифицируе-
мой моделью
щие усадку металла и при-
пуски на механическую обработку. Это позволяет не изготовлять
стержней для выполнения полостей, отверстий, выступающих ча-
стей в отливке. Отсутствие разъема формы и операции извлечения
модели уменьшает трудоемкость изготовления формы, способствует
повышению точности отливки, исключает образование заливов и
уменьшает трудоемкость обрубки отливок.
Для повышения чистоты поверхности отливки и устранения
пригара модель покрывают противопригарной краской, состоящей
из обезжелезненного пылевидного циркона и раствора поливинил-
бутираля в спирте.
108
После высыхания краски модель устанавливают в опоку и
присоединяют к ней модели литниковой системы. Для последова-
тельной газификации модели обычно используют подвод металла
снизу. В этом случае газообразные продукты разложения модели
удаляются в форму через зазор между зеркалом металла и поверх-
ностью разложения модели (рис. 58).
Для изготовления формы используют быстротвердеющие смеси,
смеси ЖСС, а также самотвердеющие смеси с повышенной газо-
проницаемостью. При изготовлении форм крупных отливок (массой
до 5—20 т) быстротвердеющие жидкостекольные смеси уплотняют
пневмотрамбовками, стараясь не повредить модели, обладающей
небольшой прочностью. Поэтому для формовки газифицируемых
моделей используют пластичные смеси или ЖСС. В опоку предвари-
тельно заливают небольшое количество смеси ЖСС для образова-
ния слоя, на который устанавливают модель, нагружая ее, чтобы
исключить смещение ее потоком последующих порций смеси. По
окончании формовки в форме делают газоотводные каналы на рас-
стоянии 10—20 мм от модели, что необходимо для удаления газов,
образующихся при газификации модели, и предотвращения сажевы-
деления.
В форме не делают открытых выпоров или прибылей, чтобы
устранить выделение в атмосферу цеха газов и сажи. С этой же
целью применяют способ заливки форм с газифицируемыми моделями
одновременно с подачей СО, в форму. При этом происходит до-
окисление углеводородных паров и газов (продуктов разложения
модели) и значительно уменьшается количество сажи. Однако
во всех случаях заливка форм с газифицируемыми моделями дол-
жна производиться на участках с хорошей вытяжной венти-
ляцией.
В настоящее время многие заводы внедряют технологический
процесс изготовления отливок по газифицируемым моделям в усло-
виях серийного и массового производства.
§ 3. МАШИННАЯ ФОРМОВКА .
Машинную формовку применяют главным образом в серийном
и массовом производстве и значительно реже в мелкосерийном и
единичном производстве. Машинную формовку осуществляют, как
правило, в двух опоках, исключение составляет формовка в стопку
и безопочная формовка.
Форма обычно состоит из двух полуформ — верхней и нижней.
При изготовлении форм на машинах необходимо иметь модели, мо-
дельные плиты, спаренные стальные опоки, штыри. В массовом-
и крупносерийном производстве применяют металлические модели,
в серийном производстве — деревянные модели, укрепленные на
координатных плитах. Во всех случаях формовку на машинах осу-
ществляют по моделям, смонтированным на металлических плитах,
что повышает точность отливок, а механизация основных операций-
109
(уплотнения формы и извлечения модели) полностью освобождает
формовщиков от трудоемких ручных операций.
Машинная формовка по сравнению с ручной имеет ряд преи-
муществ: высокая производительность, точность отливок и, как
следствие, меньшие припуски на механическую обработку, равно-
мерность уплотнения формы, возможность выполнения работы фор-
мовщиками более низкой квалификации.
Точность размеров отливок при машинной формовке обеспе-
чивается применением более точных (с меньшими уклонами) моде-
лей, заменой операции расталкивания моделей вибрацией при их
извлечении из формы, хорошим центрированием опок.

4
♦
5±
+
4
4
4
4
4 4
4
’ 1150^0,1
I
| £4
I
Г74
Рис. 59. Модельные плиты:
1100
100x8-800
О)
4'

4 4* 4 4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
a — односторонняя; б — координатная; 1 — плита; 2 — модель
Для машинной формовки используют три типа модельных плит:
1) односторонние (рис. 59, а) — на одной плите смонтирована
нижняя часть модели, а на другой — верхняя часть модели; 2) дву-
сторонние — на одной стороне плиты смонтирована модель верха,
а на другой — низа (формовка на одной машине); 3) реверсив-
ные — нижнюю и верхнюю опоки формуют на одной плите, а при ’
сборке верхнюю опоку поворачивают на 180°. |
Постоянное крепление моделей к плитам используют в мае- i
совом и крупносерийном производстве. Сборные модельные плиты
(рис. 60), состоящие из вкладышей с моделями, применяют в мел-
косерийном производстве; координатные модельные плиты — в еди-
ничном и мелкосерийном производстве. Координатные плиты (рис.
59, б) имеют отверстия для установки модели и определения пра-
вильности ее положения. Отверстие на плите обозначают шифром, ;
состоящим из буквы и цифры. С помощью этого шифра устанавли-
вают модели на плите. :
Технологический процесс изготовления литейных форм на !
машинах складывается из ряда операций. Основные операции —
ПО
уплотнение формовочной смеси в опоке и извлечение модели из
формы определяют качество будущей отливки: наличие в ней за-
соров, газовых раковин, трещин; правильность геометрии; чистоту
поверхности. Вспомогательные и транспортные операции — уста-
новка пустой опоки на машину, опрыскивание и обдувка модель-
ной плиты, засыпка формовочной смеси в опоку, транспортировка
готовых форм — выполняются специальными вспомогательными
и транспортными механизмами машины.
1
Рис. 60. Сборная модельная плита:
/ — основная плита; 2 — съемный вкладыш с моделью; 3 — модель; 4 — мо-
дель коллектора; 5 — модель стояка; 6 — упорные вннты
В' зависимости от степени механизации вспомогательных и
транспортных операций различают: 1) механизированную формовку,
когда рабочий вручную управляет работой механизмов, выполня-
ющих основные, вспомогательные и транспортные операции, и
2) автоматическую формовку, когда работой механизмов управляет
машина.
Наиболее трудоемкими и ответственными являются операции
уплотнения литейной формы и извлечения модели.
Существует несколько способов уплотнения формовочных сме-
сей на машинах: прессованием, прессованием с вибрацией, встря-
хиванием, встряхиванием с подпрессовкой, пескометом, прессово-
пескодувный.
Уплотнение прессованием
Наиболее простым, производительным и экономичным является
уплотнение форм прессованием — верхним или нижним.
При верхнем прессовании на столе 1 прессовой машины (рис.
61, а) монтируют плиту с моделью 2. На модельную плиту по шты-
рям устанавливают опоку 3 и наполнительную рамку 4. Вышена-
111
полнительной рамки находится траверса 6 с прессовой колодкой 5.
Высота прессовой колодки равна высоте наполнительной рамки.
При подъеме стола прессовая колодка входит внутрь наполнитель-
ной рамки, вытесняя из нее формовочную смесь в опоку. Нижняя
плоскость колодки в конце прессования доходит до уровня верх-
ней кромки опоки. На некоторых прессовых машинах опускается
траверса с прессовой колодкой, а стол машины остается на месте.
При нижнем прессовании смеси (рис. 61, б) стол / с плитой 6
и моделью 2 перемещается вертикально относительно неподвижной
рамки 5. Модель 2 перед прессованием располагается ниже верх-
ней плоскости рамки 5, на которую по штырям устанавливают опо-
ку 3. Снизу опоки делается запас формовочной смеси для прес-
сования, объем которой определяется высотой слоя Н и площадью
Рис. 61. Схема нижнего и верхнего прессования
опоки. После заполнения опоки формовочной смесью над ней уста-
навливают неподвижную траверсу 4. При подъеме стола смесь
из рамки 5 впрессовывается в опоку снизу. Формовочная смесь
в опоке прессуется модельной плитой 6 при ее движении вверх.
Ход стола должен быть равен высоте И слоя смеси, для того чтобы
в конце прессования плоскость модельной плиты совпала с плос-
костью разъема опоки.
Наиболее широко применяют верхнее прессование и верхнюю £
подпрессовку форм, так как при нижнем прессовании вследствие
попадания формовочной смеси между столом 1 и рамкой 5 быстро
изнашиваются трущиеся поверхности. Кроме того, затрудняется
переналадка формовочных машин на другой размер опоки. Для
получения заданной плотности формы необходимо подобрать соот-
ветствующую высоту наполнительной рамки. При определении вы-
соты наполнительной рамки (рис. 62) учитывают, что масса фор-
мовочной смеси до прессования равна массе смеси после прессования.
Вводим обозначения: 60, 6 — плотность формовочной смеси
соответственно до прессования и после прессования; F — площадь
опоки в плане; Н — высота опоки; h — высота наполнительной
рамки; V — объем модели.
112
Справедливым является равенство
F80(H + h)~F8H,
из которого находим высоту наполнительной рамки
/г = Я('А_1\
Если в опоке имеется модель, высоту рамки подсчитывают по
формуле
[F(H-h)-V] 60 = (FH-V)6,
откуда
= 1).
\ F J \ °о J
При уплотнении смеси происходит изменение плотности фор-
мовочной смеси. Плотность неуплотненной формовочной смеси
обычно составляет 1—1,1 г/см3, а уплотненной 1,4—1,6 г/см3.
Рис. 62. Схема прес-
сования профильной
прессовой колодкой:
а и б — форма до н
после уплотнения
Плотность формовочной смеси в различных местах формы опре-
деляют обычно трудоемкими способами. и применяют только при
исследованиях процесса уплотнения.
В производственных условиях измерение плотности заменяют
измерением твердости поверхности формы твердомерами (рис. 63).
Поверхность твердомера с выступающим шариком прикладывают
к поверхности формы. При этом шарик твердомера диаметром 10 мм
углубляется в форму лишь на некоторую величину в зависимости
от твердости формы: чем тверже форма, тем меньше углубляется
в нее шарик. Внутри прибора на шарик постоянно давит точно
тарированная пружина с силой 1 кгс. Поэтому глубина погруже-
ния шарика в форму зависит только от твердости поверхности
формы. Перемещение шарика передается на вращающуюся стрелку.
Шкала твердомера разделена на 100 частей. Чем тверже форма,
тем большую цифру показывает стрелка прибора. Твердость формы
по делениям шкалы твердомера составляет при слабом уплотне-
нии 25—30, среднем 50—60, сильном 70—80 и очень сильном 85—
90 единиц.
113
Процесс уплотнения формовочной смеси в опоке прессованием
можно представить следующим образом. Формовочная смесь со-
стоит из зерен разных размеров, покрытых пленками глиняной
пасты и некоторых добавок. Между зернами формовочной смеси
имеются поры. Весь процесс прессования можно условно разделить
на два периода.
В первый период происходит пластическая деформация смеси
за счет перемещения зерен относительно друг друга и разруше-
ния отдельных комков, а также заполнение пор между зернами.
Формовочная смесь приобретает структуру, при которой большин-
ство пор имеет одинаковые размеры.
Во второй период смесь уплотняется за счет взаимного пере-
мещения песчинок и деформации их глинистых оболочек. Так как
Рис. 63. Твердомер
зерна оболочки обладают определен-
ной упругостью, то деформация в
этот период приобретает характер
упругих деформаций. С повышением
упругости смеси увеличиваются бо-
ковое давление ее на стенки опоки
и трение формовочной смеси о стенки
опоки. Величина бокового давления
составляет 30—40% давления под ко-
лодкой. Вследствие этого формовоч-
ная смесь уплотняется неравномерно.
Установлено, что плотность смеси
непрерывно уменьшается по мере уда-
ления от прессовой колодки. Это объ-
ясняется трением смеси о стенки
опоки. Наличием трения смеси о стен-
ки опоки объясняется и значительно меньшая, чем в центре опоки,
плотность формы у стенок опоки; чем выше опока, тем больше
неравномерность распределения плотности по ее высоте. Поэтому
с увеличением высоты формы средняя плотность уменьшается,
а неравномерность уплотнения возрастает.
Величина и характер распределения плотности~в литейной
форме зависят от отношения высоты Н формы к ее наименьшему
размеру Bmin в плане. При н— ^1-4-1,25 плотность в центре
^min
формы распределяется равномерно. С увеличением этого отношения
плотность формы распределяется неравномерно (рис. 64).
Приведенные данные относятся к уплотнению смесей в опоке
без моделей. Если имеются модели, то за величину прини-
^min
мают минимальное расстояние между моделью и опокой.
Исследованиями было установлено, что уплотнение формы
зависит от величины трения формовочной смеси об опоку и мо-
дель, давления, свойств формовочной смеси и состояния поверх-
ности модельно-опочной оснастки.
114
На основании исследований Н. П, Ак-
сеновым была выведена зависимость
средней плотности литейной формы 6Ср
от давления в пределах 1—5 кгс/см2:
6ср = 1 + Ср№,
где р — давление прессования под ко-
лодкой, кгс/см2; С — опытный коэффи-
циент уплотняемости, зависящий от раз-
мера формы и качества формовочной
смеси. Обычно С = 0,4 -ь 0,6.
Для преодоления трения формовоч-
ной смеси о стенки опоки и модели и
достижения равномерного уплотнения
формы принимают различные меры: по-
вышают давление прессования, приме-
няют вибрацию во время прессования,'
используют специальные формовочные
смеси, применяют различные технологи-
ческие приемы, многоколодочное (диф-
ференциальное) прессование, прессова-
ние резиновой диафрагмой.
При низких и средних давлениях
прессования часто применяют профиль-
ные колодки, размеры выступов кото-
рых делают в соответствии с моделью
(см. рис. 62). Высоту выступов х про-
фильной колодки можно определить
следующим образом. В соответствии с
обозначениями для столба смеси / имеем
а для столба /I
h + x=(H-x)(~-1^. (5)
Затем подставим в формулу (5) вы-
ражение для h и после соответствующих
преобразований получим
х = Ям(1-|).
Кроме того, при прессовании приме-
няют вибрацию. Вибрация уменьшает
трение формовочной смеси о стенки
опоки вследствие образования зазора
между смесью и опокой, что позволяет
достичь равномерной плотности формы.
Рис. 64. Распределение плот-
ности формы при уплотнении
прессованием в зависимости
от соотношения размеров
опоки:
Н
^min
4,03;
.min “min
Рис. 65. Распределение плот-
ности по высоте формы при
уплотнении:
1 — без вибрации; 2 — с вибра-
цией
2
115
Из^ сравнения данных, характеризующих влияние вибрации на
уплотнение формы (опоки 300 X 300 X 600 мм), видно, что прес-
сование с одновременной вибрацией увеличивает равномерность
уплотнения формы (рис. 65).
При уплотнении формовочной смеси резиновой диафрагмой
(рис. 66) сжатый воздух, поступая под диафрагму, равномерно
давит на формовочную смесь со всех сторон. Это позволяет достичь
Рис. 66. Схема уплотнения формовочной смеси резиновой диа-
фрагмой:
а — перед началом прессования; б — прессование; в — подъем диафраг-
мы, вытяжка модели; 1 — кожух; 2 — резиновая диафрагма; 3 — модель;
4 — модельная плита; 5 — опока
высокой и равномерной плотности во всех частях формы. На таких
машинах можно изготовлять оболочковые формы из быстротвер-.
деющих смесей с последующей продувкой углекислым газом,’
Формы с повышенной точностью размеров на машинах с ди-
афрагменным уплотнением можно получать при давлении 7 кгс/см2.
Недостатком таких машин является низкая стойкость диафрагмы,
последняя обычно не превышает 60 000 съемов. Несмотря на недо-
статки, эти машины широко применяют за рубежом.
Уплотнение встряхиванием
На столе формовочной машины монтируют модельную плиту, на
нее ставят опоку и заполняют формовочной смесью. Стол машины
поднимается на высоту 50—60 мм и, падая, ударяется о станину
машины. Кинетическая энергия при ударе переходит в работу уплот-
нения формовочной смеси в опоке. В результате повторных ударов
происходит уплотнение формовочной смеси. Число ударов в 1 мин
120, продолжительность встряхивания 15—20 с. •
Работа уплотнения формы при встряхивании
A = i\Qhn,
где Q — масса формовочной смеси; h — высота подъема стола;
п — число ударов; ц — коэффициент использования энергии, для
пневматических формовочных машин равен 0,3—0,7.
116
Удельная работа уплотнения, затрачиваемая' на 1 см2 площади
F опоки,
Q и
а = -^х\пп.
Н. П. Аксенов предложил эмпирическую формулу для опреде-
ления среднего уплотнения формы 6 в зависимости от величины
удельной работы
6=1 4-Ла0'3,
где k — опытный коэффициент уплотнения встряхиванием, за-
висит от размеров формы и качества
= 0,35 н- 0,55.
Плотность смеси в форме при уплот-
нении встряхиванием распределяется
неравномерно. Слои смеси у модельной
плиты более уплотнены, чем слои в
верхней части формы. Так происходит
потому, что при ударе каждый верхний
слой воздействует на нижний. Поэтому
верхние слои формы имеют малую плот-
ность, практически равную насыпной
массе смеси, что не обеспечивает требуе-
мой прочности формы. Особенно боль-
шая неравномерность уплотнения формы
возникает вблизи углов модели (рис. 67).
формовочной смеси; k =
Рис. 67. Распределение плот-
ности по высоте формы с мо-
делью при уплотнении встря-
хиванием
При сопоставлении встряхивания и прессования следует от-
метить, что наряду с такими недостатками, как быстрый износ
трущихся частей машины, большой шум, необходимость дополни-
тельного уплотнения верхней части формы, возможность переуп-
лотнения в нижней части формы, образование рыхлоты на верти-
кальных поверхностях около углов и т. д., уплотнение встряхи-
ванием имеет существенное преимущество — возможность уплотне-
ния форм большой высоты. Поэтому уплотнение форм встряхиванием
широко применяют в литейных цехах.
В промышленности используют встряхивающие формовочные
машины различных типов: с допрессовкой, с поворотной или от-
кидной траверсой (для небольших по размеру верхних полуформ),
с допрессовкой и с поворотным столом (для нижних полуформ),
с перекидным столом (для крупных форм). На встряхивающих сто-
лах изготовляют особо крупные формы.
Формовка на встряхивающей с допрессовкой машине. На таких
машинах (рис. 68) изготовляют небольшие (500 х 400 х 200 мм)
формы. Перед формовкой модель обдувают сжатым воздухом и оп-
рыскивают керосином или составом из 50% керосина и 50% мазута.
Затем устанавливают опоку 9 на модельную плиту 8. Наполняют
ее из бункера формовочной смесью, включают встряхивающий ме-
ханизм машины и уплотняют смесь в опоке. По окончании встря-
117
хивания устанавливают наполнительную рамку, досыпают смесь и
подпрессовывают, счищают излишки формовочной смеси, включают
механизм съема формы. Механизм съема — штифтовой. Для об-4
легчения съема формы с модельной плиты одновременно с меха-
низмом съема включают вибратор, установленный на плите. После,
съема со стола машины полуформу осматривают, продувают сжа-
Рис. 68. Схема устройства встряхи-
вающей формовочной машины с до-
прессовкой:
/ — встряхивающий поршень; 2 — ци-
линдр встряхивающего поршня, он же
прессовый поршень; 3 — цилиндр прессо-
вого поршня; 4 — штифт для съема опоки;
5 — уравнительная рама; 6 — цилиндр
механизма вытяжки; 7 — клапан управле-
ния; 8 — плита с моделью; 9 — опока;
10 — прессовая колодка; 11 — поворотная
траверса
является одновременно цилинд-
ром встряхивающего механизма. При пуске машины прессовый
поршень поднимается, соединяет встряхивающий механизм с воз-
душной магистралью. Сжатый воздух поступает под встряхиваю-
щий поршень, и начинается уплотнение формы встряхиванием.
Затем срезают лишнюю смесь механическим скребком 5(рис. 70, а),
накладывают на опоку 2 подопочный щиток 4 и пневмозажи-
мами 6 закрепляют их на столе 1. Специальным механизмом
стол с полуформой поворачивается на 180° (рис. 70, б). Вклю-
чают механизм прессования и подпрессовывают форму. Затем авто-
матически срабатывают пневмозажимы и освобождают полуформу от
щитка (рис. 70, в). Готовую полуформу сталкивают с прессового стола
на рольганг сборки. Поворотный стол с моделью 3 возвращается
в исходное положение.
тым воздухом и отправляют на
сборку.
Для формовки верхних полу-
форм применяют также встряхи-
вающие с допрессовкой машины
с рамочным съемом (рис. 69). На
столе 1 машины установлена
плита с моделью 2. Смесь в
опоке 3 уплотняется встряхива-
нием. Уплотненная форма 4
(рис. 69, а) допрессовывается
плитой 5 (рис. 69, б). После
допрессовки полуформы стол 1
(рис. 69, в) вместе с плитой 6 и
моделью 2 опускается, а верхняя
полуформа 4 остается на про-
тяжной рамке 7. Затем полуфор-
ма 4 снимается с протяжной
рамки и подается на сборку
формы.
Формовка нижних опок на
встряхивающей машине с пово-
ротным столом и допрессовкой.
Встряхивающая формовочная
'машина с поворотным столом и
допрессовкой (рис. 70) имеет
прессовый цилиндр, встроенный
в станину. Прессовый поршень
118
Формовка на встряхивающих машинах с перекидным столом,
формовку крупногабаритных и высоких полуформ производят на
машинах с перекидным столом. Формовочная смесь уплотняется
Рис. 69. Схема изготовления верхней
полуформы для отливки тормозного
барабана:
а — встряхивание; б — прессование;
в,— съем модели; 1 — поворотный стол;
2 — опока с формовочной смесью;
8 — модель; 4 — щиток; 5 — механи-
ческий скребок; 6 — пиевмозажимы
Рис. 70. Схема уплотнения полу-
форм на машине с рамочным
съёмом
только встряхиванием без дополнительного прессования. Верхние
слои формовочной смеси уплотняют ручными пневматическими трам-
бовками. Минимальные размеры опок на машинах с перекидным сто-
лом до 300 х 200 х 600 мм. Эти машины часто применяют для
формовки крупных стержней.
119
Формовочная машина с перекидным столом (рис. 71) состоит
из трех основных частей; встряхивающего механизма, перекидного
и приемно-вытяжного столов. Эти машины снабжены клапаном
времени встряхивания.
Опоку устанавливают на модельную плиту машины (рис. 71, а),
модель обдувают сжатым воздухом и опрыскивают смесью керосина
с мазутом. Опока наполняется формовочной смесью из бункера.
После включения встряхивающего стола смесь в опоке уплотняется,
Рис. 71. Схема работы формовочной машины с перекидным столом:
а — встряхивание; б — поворот стола с опокой; в — вытяжка модели; / — опока;
2 — модельная плита; 3 — перекидной стол; 4 — рычаги; 5 — приемное устройство
а затем с помощью пневматических трамбовок подуплотняют верх-
ний слой полуформы. На опоку устанавливают деревянный подо-
печный щиток и крепят к столу пневматическими зажимами, ско-
бами или клиньями. Включают механизм поворота стола, полуформа
/поворачивается и устанавливается на стол приемно-вытяжного
механизма (рис. 71, б). Полуформа отсоединяется от стола, вклю-
чается вибратор, и вытяжной стол вместе с полуформой медленно
опускаются; модель извлекается из формы (рис. 71, в). Полуформа
подается на приемный рольганг, и перекидной стол возвращается
в исходное положение.
Безопочная формовка. При массовом производстве мелких
(от 0,1 до 3 кг) несложных отливок с целью уменьшения числа
опок на конвейере применяют безопочную формовку. Безопочная
формовка обычно производится по двусторонним модельным плитам
120
на одной формовочной машине. При этом способе формовки исполь-
зуют специальные опоки, которые снимают с формы после ее уплот-
нения. Перед заливкой на форму надевают особые жакеты для предо-
хранения формы от разрушения во время заливки. Наиболее рас-
пространены безопочные формы размерами 400 X 250; 400 х 300;
450 х 300 и 450 X 350 мм при высоте полуформы 150 мм.
формовку начинают с изготовления нижней полуформы. Модель-
ная двусторонняя плита (рис. 72, а) лежит на перевернутой верхней
съемной опоке. На плите стоит также перевернутая нижняя опбка.
После уплотнения нижней полуформы на нее накладывают подопоч-
ный щиток (рис. 72, б). Обе опоки с модельной плитой и щитком пере-
ворачивают и уплотняют верхнюю полуформу (рис. 72, в). Перед
уплотнением верхней и нижней полуформ модельная плита
очищается от приставшей к ней формовочной смеси сжатым возду-
хом и опрыскивается разделительной смесью.
Если по технологическому процессу применяется облицовоч-
ная смесь,то обе половины плиты покрываются облицовочной смесью;
Формы уплотняются на встряхивающих с допрессовкой формовоч-
ных машинах. После уплотнения форму разбирают, снимают
щиток, поднимают верхнюю полуформу с модельной плиты и из-
влекают модель стояка, а с нижней полуформы снимают модельную
плиту (рис. 72, г). В нижнюю полуформу ставят стержни, накры-
вают ее верхней, безопочную форму на щитке передают на заливку,
где на нее надевают жакет и кладут груз в виде чугунной плиты
(рис. 72, д).
Для предохранения от сдвига верхней полуформы относительно
нижней, а также от прорыва металла по разъему формы на модель-
ных плитах для безопочной формовки делают уступы с замком вы-
сотой 10 мм и уклоном 45°. Уступ предусматривают в верхней
121
опоке для того, чтобы облегчить массу полуформы и упростить
съем ее с модельной плиты.
В последнее время часто осуществляют безопочную формовку
на автоматических формовочных машинах.
Стопочная формовка. Основным преимуществом стопочной фор-
мовки является экономия производственных площадей. Наиболее
распространена формовка в опоках, воз-
можна также и формовка в разъемных
рамках и в стержнях. Готовые полуформы
собирают в стопки (рис. 73, а), устанав-
ливаемые на специальном поддоне, и за-
ливают через общий стояк.
Рис. 73. Формы, собранные в стопку (1 — отливка)
При стопочной заливке со ступенчатой установкой форм (рис.
73, б) последние изготовляют и собирают обычным способом, но
для экономии площади три-четыре формы устанавливают друг на
друга. Каждая вышележащая форма сдвинута относительно нижеле-
жащей на расстояние а, зависящее от размера литниковой чаши.
Каждую форму заливают отдельно жидким металлом через свой
стояк.
Уплотнение пескометом
Основным рабочим органом пескомета является метательная
головка (рис. 74). Головка имеет корпус-кожух 1, внутри которого
на валу 2 насажен ротор с метательной лопаткой 4. Формовочная
смесь через отверстие в торцовой стенке кожуха подается ленточ-
ным транспортером 3 внутрь головки пескомета. Вал 2 с ротором
и метательной лопаткой 4 вращается с угловой скоростью 1450 об/мин.
Метательная лопатка, захватывающая порцию формовочной смеси
(пакеты), с большой скоростью (до 16—30 м/с) выбрасывает эти
пакеты через окно 5 практически непрерывной струей. Падая в
опоку, пакеты формовочной смеси ударяются о модель и модельную
плиту и уплотняются за счет кинетической энергии удара.
122
Для требуемого уплотнения формовочной смеси в опоке не-
обходимо метательную головку равномерно перемещать над опокой,
что требует определенных навыков
рабочего. При достаточном навыке
пескомет обеспечивает равномер-
ную плотность.
Метательную головку закреп-
ляют на малом рукаве пескомета
(рис. 75), который может вра-
щаться вокруг вертикальной оси,
закрепленной на конце большого
рукава пескомета. Большой рукав
пескомета может поворачиваться
практически на 320° вокруг вер-
тикальной колонны, смонтирован-
ной на тумбе пескомета. Такая
конструкция пескомета позволяет
обслуживать значительную пло-
щадь. Малый и большой рукава
пескомета приводятся специаль-
ными гидравлическими устройства-
ми, что облегчает труд рабочего.
Рис. 74. Схема работы пескомета
В отличие от встряхивающих и прессовых формовочных машин
пескомет осуществляет сразу две операции: подачу формовочной
1 — метательная головка; 2 — стойка; 3 — цилиндр подъема большого
рукава; 4 — приемная воронка; 5 — вертикальная колонна; 6 — упор;
7 — станина пескомета; 8 — стойка большого рукава; 9 — ось поворота
малого рукава; 10 — малый рукав
смеси в опоку и ее уплотнение. Пескомет является высокопроизво-
дительной машиной (3—12,5 м®/ч уплотненной формовочной смеси).
123
Поэтому целесообразно пескомет применять для уплотнения круп-
ных и особо крупных форм в опоках размерами в свету более
700 X 600 мм и высотой более 150 мм.
Пескометы бывают двух типов: стационарные и передвижные.
Стационарные пескометы на колонне (рис. 75) обычно устанав-
ливают так, чтобы максимально использовать зону, обслуживае-
мую пескометом. Передвижные пескометы могут перемещаться по
рельсам Вдоль пролета цеха и уплотнять формы. Управление пес-
кометом автоматизировано, пескомет обслуживает, как правило,
один рабочий-формовщик.
§ 4. ОРГАНИЗАЦИЯ ПОТОКА,
КОМПЛЕКСНАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
В ФОРМОВОЧНОМ ОТДЕЛЕНИИ
г
Рис. 76. Схема размещения оборудования
при ступенчатом режиме работы цеха
Производительность труда, качество отливок во многом за-
висят от организации производства в литейном цехе. В основе
организации современного производства отливок лежит разделе-
ние или совмещение по времени или месту основных технологичес-
ких процессов: формовки,
заливки, выбивки. Какой
из принципов — разделе-
ние технологических про-
цессов или их совмеще-
ние — наиболее рациона-
лен? Это определяется кон-
кретными условиями, за-
висящими главным образом,
от масштабов производства.
При единичном или
мелкосерийном производ-
стве применяют сту-
пенчатый режим,
работы литейного цеха, который характеризуется разделением
основных технологических процессов по времени. При ступенчатом
режиме формовку и сборку производят в первую смену, а заливку
и выбивку, подготовку и уборку формовочной площади — во вто-
рую. Все эти операции осуществляют на одной площади.
При параллельном режиме основные техноло-
.гические процессы производят одновременно в течение смены, но
на разных площадях. Готовые формы передают на сборку, затем
на заливку и на выбивку с помощью специальных транспортных
средств — конвейеров, транспортеров или рольгангов. Вдоль этих
транспортных средств размещают формовочные машины, участки'
сборки, участки заливки и соответственно рабочие места формов-
щиков, заливщиков и т. д. Таким образом, создается непрерывный
поток предметов обработки — литейных форм, организуется по-
точно-массовое производство отливок. Параллельный режим ра-
124
боты цеха чаще всего бы-
вает двухсменным. Третья
смена используется для
профилактического осмот-
ра, текущего ремонта обо-
рудования, подготовки про-
изводства.
Параллельный режим
работы цеха и поточная
организация производства
позволяют резко увеличить
производительность труда
по сравнению со ступенча-
тым режимом и поэтому
. используются чаще всего
в условиях массового и
крупносерийного производ-
ства отливок.
Размещение оборудова-
ния в отделении для фор-
мовки и сборки форм зави-
сит от принятого в литей-
ном цехе режима работы.
При ступенчатом режи-
ме работы сборку полу-
форм / (рис. 76), изготов-
ленных на машинах 2, осу-
ществляют в формовочном
пролете на участках, отве-
денных для каждой пары
формовочных машин. Ме-
жду формами, устанавли-
ваемыми рядами, оставля-
ют проходы для заливщи-
ков, а также центральный
проход вдоль пролета. Фор-
мы выбивают на решетке 3,
на которую залитые формы
транспортируют краном 4.
Пустые опоки подают к
формовочным машинам тем
же краном.
При параллельном ре-
жиме в литейных цехах
массового и крупносерий-
ного производства работу
отделений объединяют в
единый производственный
Рис. 77. Схема горизонтально-замкнутого литейного конвейера
125
поток, осуществляемый на литейном конвейере или же иа авто-
матической формовочной линии.
На рис. 77 приведена схема современного литейного конвейера,
наиболее часто применяемого в цехах мелких и средних отливок.
Полуформы изготовляют на машинах 1 (нижние) и 2 (верхние),
затем собирают на рольгангах 3, после чего формы сталкивают на
платформы 4 конвейера 5, который доставляет их в заливочное
отделение. Формы заливают из ковша 6, наполняемого расплавлен-
ным металлом из вагранки и доставляемого по монорельсу 7 к по-
движной заливочной площадке 8. Залитые формы проходят через
охладительное устройство 14, а затем сталкиваются толкателями
9 на выбивную решетку 10.
Выбитая из опок формовочная смесь проваливается через ре-

шетку и ленточным транспортером, расположенным ниже уровня
пола литейного цеха, доставляется на переработку в смесепри-
готовительное отделение. Пустые опоки после выбивки подаются
по рольгангу 11 к формовочным машинам для повторного исполь-
зования. Отливки проваливаются в люк выбивной решетки и пла-
стинчатым транспортером передаются в очистное отделение. Опоки
ставятся на формовочные машины пневматическими подъемниками,
движущимися по монорельсу 12. Подопечные щитки с конвейера
подаются ленточным транспортером 13 на рольганг для подачи
пустых опок 11, а затем к формовочным машинам 1 и 2. Конвейер
приводится в движение приводной станцией с электродвигателем 15.
Формовочная смесь из смесеприготовительного отделения к фор-
мовочным машинам доставляется ленточными транспортерами, рас-
положенными над рабочими местами. При этом смесь поступает
в бункера, а затем в опоки. Стержни из стержневого отделения
к местам сборки форм подаются на этажерках подвесным конвей-
ером 16.
Механизированная поточная линия пескометной формовки. На
Электростальском заводе тяжелого машиностроения (ЭЗТМ) по-
строена и работает механизированная поточная линия (рис. 78)
изготовления крупных форм. Линия состоит из карусели 1, пес-
комета 2, кантователя 3, рольганга 4 и установки 5 для подсушки
форм. На конвейере по рельсам с помощью гидравлического при-
вода перемещается шесть тележек, на которые установлены мо-
дельные плиты и опоки.
На позиции 1 на координатную плиту устанавливают модель,
ее натирают смесью серебристого графита с керосином. На пози-
ции 11 на координатную плиту ставят опоку и наносят слой обли-
цовочной смеси по плоскости разъема полуформы. Позиции I и II
обслуживает консольный кран. На позиции III на ребра опоки наве-
шивают крючки и уплотняют слой облицовочной смеси. На позиции
IV уплотняют формовочную смесь пескометом 2. На позиции V
подтрамбовывают верх полуформы, удаляют излишнюю формовоч-
ную смесь, накалывают иглой вентиляционные каналы, удаляют
модели выпоров и прибылей.
126
На позиции VI кантуют полуформы и извлекают из них модели.
Повернутая полуформа по наклонному рольгангу кантователя
скатывается на механизированный рольганг. На позиции VII отде-
лывают полуформы, окрашивают и подготовляют к подсушке. На
позициях VIII и IX производится подсушка формы в установке 5,
которая имеет две позиции. На позиции X полуформы снимаются
с механизированного рольганга мостовым краном и транспорти-
руются для сборки на плацу. На случай отсутствия крана преду-
смотрена резервная позиция.
На этой линии формуют опоки длиной 2000—3000 мм, шириной
1000—2500 и высотой 300—900 мм. Максимальная масса полуформы
2000 кг; ход вытяжки модели (при высоте опоки 900 мм) 630 мм.
Рис. 78. Механизирован-
ная поточная линия
пескометной формовки
ЭЗТМ
Производительность линии — 4 полуформы в час, производи-
тельность пескомета модели 296М — 20 м3 формовочной смеси в час,
скорость перемещения полуформы по рольгангу 8 м/мин, скорость
поворота кантователя 0,5 об/мин, продолжительность перемещения
тележек карусели с одной позиции на другую 60—70 с.
Автоматические формовочные линии конструкции НИИТРАК-
ТОРСЕЛЬХОЗМАШ успешно эксплуатируют в литейных цехах
многих машиностроительных заводов. Эти формовочные линии имеют
достаточно высокую производительность и надежны.
На рис. 79 представлена схема одной из таких формовочных^
линий, предназначенной для изготовления форм в опоках раз-
мером 900 X 600 X 150/200 мм. Пустые опоки после выбивки по-
ступают в распаровщик 1, который отделяет верхнюю опоку от
нижней. Верхняя опока по приводному рольгангу-накопителю по-
ступает на участок формовки верхних полуформ II, а нижняя — на
участок формовки нижних полуформ I.
Нижняя опока по рольгангу поступает в кантователь 2, где
поворачивается на 180° относительно своей продольной оси. Да-
лее толкателем 3 опока подается в однопозиционный с пневмати-
ческим приводом и рычажным усилителем формовочный пресс 4.
Давление прессования, при котором уплотняются формы, достигает
40 кгс/см2. Готовая нижняя полуформа поступает в кантователь
5, где поворачивается на 180°, а затем на приводной рольганг-
накопитель 6 для установки стержней.
127
Верхняя опока толкателем 7 подается в формовочный пресс 8,
который устроен аналогично прессу 4.для нижних форм, а затем
в кантователь 9 и оттуда на рольганг-накопитель 10. На этом
рольганге производится контроль отпечатка модели в полуформе.
Сборка форм осуществляется также автоматически на участке
Ill. Нижние полуформы с рольганга-накопителя 6 толкателем 11
подаются в автомат сборки 12. Верхние полуформы, находящиеся на
рольганге-накопителе 10 отпечатком вверх, перед сборкой посту-
пают в кантователь 13, а затем в автомат сборки 12. После сборки
готовые формы проходят по рольгангу и толкателями 14 и 15 по-
даются на участок укладки грузов и заливки 16. Попадая на участок
IV заливки, формы автоматически устанавливаются на подопечные
Рис. 79. Схема автоматической формовочной линии конструкции
НИИТРАКТОРСЕЛЬХОЗМАШ
плиты рольганга охладительной ветви VI и нагружаются грузо-
выми плитами. По окончании заливки грузовые плиты припод-
нимаются над формами пневмоприводом, а залитые формы толка-
телем 15 проталкиваются на рольганг охладительной ветви VI,
где под вентиляционным кожухом происходит их охлаждение. Роль-
ганговый транспортер VI имеет два яруса. По верхнему ярусу от
участка заливки формы следуют к участку выбивки форм V. По
нижнему ярусу подопечные плиты возвращаются на участок за-
ливки форм.
После охлаждения формы выбиваются на пятитонном прессе 17.
Выдавленный из спаренных опок ком формовочной смеси вместе
с отливкой попадает на встряхивающую решетку, где формовочная
смесь отделяется от отливки.
Производительность линии — 180 форм в час. Число рабочих,
обслуживающих линию, без учета заливщиков и простановщиков
стержней — 4 человека.
Безопочные формовочные автоматические линии «Дисаматик».
На Волжском автомобильном заводе (ВАЗ) и других заводах страны
и за рубежом эксплуатируются автоматические формовочные линии
датской фирмы Disa модели «Дисаматик». В этих формовочных
128
линиях используется пескодувно-прессовый принцип уплотнения
формовочной смеси.
Формы изготовляются в формовочной камере с модельными пли-
тами 1 и 2 (рис. 80). Камера заполняется формовочной смесью 3
из резервуара 4 под действием сжатого воздуха (позиция I). После
этого плунжером 5 производится прессование формовочной смеси.
Затем модельная плита 2 отходит и поворачивается, а уплотнен-
ный ком 6 формовочной смеси плунжером 5 проталкивается по
Рис. 80. Схема автомати-
ческой формовочной ли-
нии «Дисаматик»
плите 7 до соприкосновения с предыдущим комом 8 смеси, образуя
полость 9 (позиция II). В результате получается непрерывный
ряд форм, которые заливаются металлом из ковша 10. Затем без-
опочные формы попадают на выбивную решетку, где отливки 11
освобождаются от смеси, которая по ленточному конвейеру посту-
пает на переработку и повторное использование, а отливки —
в обрубное отделение.
На этой линии используются высокопрочные формовочные смеси
(более 1 кгс/см2 в сыром состоянии). Производительность таких
линий составляет 300 форм в час. На линиях изготовляют мелкие
фасонные отливки из чугуна, стали, цветных сплавов без стержней,
а также со стержнями из смесей, отверждаемых в горячих ящиках.
Отливки имеют малые припуски на обработку, хорошую поверх-
ность без заливов и заусенцев.
5 Титов 129
ГЛАВА V
ЛИТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ И ПИТАНИЕ ОТЛИВОК
§ 1. ЭЛЕМЕНТЫ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
Одним из важнейших условий получения качественной отливки
является правильное устройство литниковой системы. Литниковая
система служит для плавного подвода жидкого сплава в полость
литейной формы и питания отливок в процессе кристаллизации.
Место подвода сплава к отливке во многом определяет ее плот-
ность, внешний вид и образование различных литейных пороков.
Рис. 81. Чугунная отливка с литнико-
вой системой:
1 — литниковая воронка;’ 2 — стояк;
3 — шлакоуловитель; 4 — питатель;
5 — выпор; 6 — отлнвка
Выбор литниковой системы,
обеспечивающей получение от-
ливок хорошего качества, яв-
ляется наиболее сложной частью
литейной технологии. Поэтому
формовщик, мастер и технолог
при выборе литниковой системы
должны учитывать особенности
литейной технологии.
Правильно построенная лит-
никовая система должна удов-
летворять следующим требова-
ниям: 1) обеспечивать хорошее
заполнение формы металлом и
питание отливки в процессе ее
затвердевания; 2) способство-
вать получению отливки с точ-
ными размерами, без поверх-
ностных дефектов (засоров, ужи-
мин, шлаковых включений и
др.); 3) способствовать направ-
ленному затвердеванию отливки; 4) расход металла на литнико-
вую систему должен быть минимальным.
На рис. 81 приведена чугунная отливка 6 с литниковой систе-
мой. К подводящим элементам литниковой системы относятся
литниковая воронка 1, стояк 2, шлакоуловитель 3, питатели 4.
Эти элементы должны обеспечивать заданный расход металла, опре-
деленную линейную скорость его движения и задерживать шлак.
Литниковая воронка для мелких отливок и литниковая чаша-
резервуар для крупных отливок предназначены для приема струи
металла, вытекающего из ковша, и задержания шлака, попадаю-
щего вместе с металлом в чашу. При полной до краев чаше в стояк
поступает чистый металл, а легкий шлак находится наверху. Кроме
того, обеспечивается непрерывная подача металла в форму при
одном и том же напоре. Для задержания шлака отверстия стояков
иногда закрывают чугунными пробками (рис. 82), тонкими жестя-
ными пластинками. Пробки открывают после того, как вся чаша
130
заполнится металлом, пластинки же расплавляются горячим метал-
лом. Форму необходимо заполнять металлом по возможности быстро,
при этом металл должен иметь достаточную температуру.
Во время заливки металла литниковая чаша обязательно должна
быть полной. При недостаточно большой глубине металла в чаше
Рис. 82. Литниковые чаши для заливки средних (а) и крупных (б) отливок
S)
а)
Рис. 83. Движение металла в
литниковых чашах
образуется воронка, через которую воздух и шлак, плавающий
на поверхности металла, могут попасть в стояк и затем в отливку
(рис. 83, а). Для мелких отливок, особенно в условиях массового
производства, шлак в чаше задерживают фильтровальными сет-
ками (рис. 83, б), которые изготовляют из стержневой смеси.
Стояк — вертикальный канал, передающий металл из воронки
к другим элементам литниковой системы. Его выполняют несколько
суживающимся книзу для удобства
формовки и обеспечения гидравличе-
ского напора в литниковой системе.
Конусность стояка 2—4%. При изго-
товлении крупных отливок стояк и
другие элементы литниковой системы
часто выполняют из стандартных ша-
мотных трубок-кирпичей.
Шлакоуловитель служит для за-
держания шлака и передачи из стоя-
ка металла, свободного от шлака, к
питателям; располагается в горизон-
тальной плоскости. Обычно шлакоуловитель выполняют в верх-
ней полуформе, а питатели — в нижней. Поперечное сечение
шлакоуловителей делают трапецеидальным. В процессе запол-
нения формы металлом для лучшего задержания шлака шлако-
уловитель должен быть обязательно заполнен металлом. Это
обеспечивается соответствующим соотношением сечений стояка,
шлакоуловителя и питателя (рис. 84). Если расход металла через
стояк 1 больше расхода через питатели 2, то шлакоуловитель за-
полняется металлом (рис. 84, а) и шлак 3, всплывая, задерживается
в нем. Если расход через стояк меньше расхода через питатели, то
б*
131
шлакоуловитель будет незаполненным (рис. 84, б) и шлак попадет
в отливку. Таким образом, для задержания шлака сечение стояка
должно быть больше сечения шлакоуловителя, а сечение шлако-
уловителя больше суммарного сечения питателей. Такую литнико-
вую систему называют запертой.
Рис. 84. Схема движения металла в заполненном (а) и не-
заполненном (б) шлакоуловителе
Питатели (литники) — это каналы для подачи жидкого металла
непосредственно в полость формы. Сечение питателей должно быть
такой конфигурации, чтобы металл плавно поступал в полость
формы, мало охлаждался на пути от шлакоуловителя к отливке,
а после затвердевания ее
Рис. 85. Чугунная отливка
с прямой прибылью:
/ — отливка; 2 — литниковая
чаша; 3 — стояк; 4 — питатель;
5 — прибыль
питатели легко отламывались от отливки.
Практикой установлено, что наилучша-я
конфигурация поперечного сечения пи-
тателей — трапеция с переходом в ши-
рокий прямоугольник в месте сопряже-
ния с отливкой. Для лучшего отделе-
ния питателей от отливок, в случае если
толщина ее тела меньше полуторной вы-
соты питателя в месте его подвода к
отливке, на питателях на расстоянии
2—2,5 мм от отливки делают пережим.
Выпоры служат для вывода газов из
полости формы и для питания отливки.
Они же уменьшают динамическое дав-
ление металла на форму и сигнализи-
руют о конце заливки. В зависимости
от величины формы ставят один или
несколько выпоров. Сечение выпора в
сюновании обычно составляет 1/2—1/4 сечения стенки отливки.
Выше основания сечение выпора увеличивается.
К числу элементов литниковой системы, обеспечивающих пи-
тание отливки жидким металлом в процессе ее затвердевания,
относятся питающие выпоры и прибыли.
Прибыли и питающие выпоры применяют для отливок из бе-
лого низкоуглеродистого, легированного, высокопрочного чугуна,
а также для толстостенных отливок из серого чугуна. Они слу-
жат для питания утолщенных мест отливки, застывающих послед-
132
ними. Прибыли располагают так, чтобы металл в них застывал
последним. Толщина прибыли должна быть больше толщины того
места отливки, над которым ее ставят. Прибыли больших разме-
ров экономически невыгодны, так как увеличиваются расход ме-
талла на прибыли и себестоимость отливок.
При конструировании прибылей необходимо руководствоваться
следующими правилами:
1. Прибыль должна затвердевать позже питаемого узла от-
ливки.
2. Размеры прибыли должны быть достаточными, чтобы ком-
пенсировать усадку отливок.
Рис. 86. Отливка коленчатого вала с отводными прибылями
из чугуна с шаровидным графитом:
/ — литниковая воронка; 2 — отводная прибыль; 3 — отливка
3. Высота прибыли должна быть такой, чтобы вся усадочная
раковина разместилась выше шейки прибыли — места соедине-
ния с отливкой. Шейка должна быть возможно короткой и так же,
как прибыль, застывать после отливки. Если отливка имеет не-
сколько утолщенных мест, разделенных тонкими стенками, то
у каждого утолщения необходимо ставить отдельную прибыль.
Схемы установки прямых и отводных прибылей приведены со-
ответственно на рис. 85 и 86. Наиболее часто прибыли применяют
при изготовлении отливок из стали и цветных сплавов, поэтому
более подробно их конструкция и расчет будут рассмотрены в соот-
ветствующих разделах.
§ 2. СПОСОБЫ ПОДВОДА МЕТАЛЛА В ФОРМУ
И КОНСТРУКЦИИ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
При выборе способа подвода металла в форму и конструкции
литниковой системы необходимо учитывать, что металл должен
поступать в форму плавно, без ударов в ее стенки и стержни, без
133
завихрений, с заданной скоростью подъема уровня в форме, а
также обеспечивать последовательное удаление воздуха и газов '
из формы. Кроме этого, способ подвода металла должен обеспе- j
чивать направленное затвердевание отливки с учетом ее конструк- 1
ции и свойств сплава, из которого она изготовляется. ;
Металл обычно подводят в тонкое сечение отливки для вырав- ;
нивания скорости охлаждения ее отдельных частей. Проходя :
через тонкое сечение отливки, металл разогревает в этом месте
форму, более холодные, его порции поступают в массивные сече-
ния отливки. Скорости охлаждения тонкого сечения в нагретой
части формы и более массивного сечения отливки, заполненного
несколько охладившимся металлом, выравниваются, что способствует
5 1
Рис. 87. Литниковая система с под-
водом металла по плоскости разъе-
ма формы:
1 — литниковая воронка; 2 — стояк;
3 — шлакоуловитель; 4 — питатель;
5 — выпор; 6 — отливка
6
получению более качественной от-
ливки, уменьшению внутренних,
напряжений в ней и коробления.
Однако при изготовлении отли-
вок с массивными узлами наряду
с подводом металла в тонкое сече-
ние применяют и подвод его в толс-
тое сечение, под прибыль, для того
чтобы находящийся в прибыли ме-
талл более длительное время оста-
вался В ЖИДКОМ СОСТОЯНИИ И посту-
пал из прибыли в пустоты, обра
зующиеся вследствие усадки от-
ливки (т. е. питал ее).
Металл, поступающий в фор-
му, не должен заливать знаковых
частей стержня и препятствовать выходу газов из стержня и формы.'
Скорость подъема металла в форме должна быть достаточной для
того, чтобы образующиеся газы и воздух, находящийся в полости
формы, могли свободно выйти из формы. Вместе с тем медленная
заливка формы металлом может привести к потере жидкотекучести
металла, незаполнению тонких сечений, а в крупных формах
с развитой поверхностью зеркала металла — к нагреву стенок
формы излучением металла, появлению «ужимин» и засоров в
отливке.
Литниковые системы делят на системы с подводом металла по
плоскости разъема, сифонные, дождевые, комбинированные и ярус-
ные. Каждой из них присущи определенные преимущества и недо-
статки. Выбор литниковой системы зависит от конфигурации, назна-
чения и материала отливки.
Литниковые системы с подводом металла по плоскости разъема
(рис. 87) являются наиболее простыми и широко применяются для^
большинства форм, имеющих глубину от линии разъема до 200 мм-
(допустимая высота, с которой входящий в форму расплавленный !
металл падает на дно формы, не причиняя ей сколько-нибудь замет-.
ных разрушений). В случае применения этой литниковой системы
134
следует учитывать массу металла и давление его на стенки формы,
которое зависит от высоты стояка.
Сифонная литниковая система (рис. 88) обеспечивает спокойное
заполнение металлом формы, ее применяют для мелких и крупных
отливок. В массовом производстве мелких отливок на формо-
вочных машинах сифонную литниковую систему применяют редко,
так как она требует изготовления специальных стержней. Сифон-
ную литниковую систему широко используют при ручной фор-
мовке. Принцип сифонной литниковой системы заключается в том,
что металл подводится к нижней
части отливки. Например, при литье
шестерни с литым зубом исключается
подвод питателя к зубьям шестерни,
питатель необходимо подводить снизу
к муфте.
Рис. 88. Сифонная литниковая си-
стема для чугунной отливки паро-
вой турбины:
1 — литниковая чаша; 2 — стояк;
3— шлакоуловитель; 4 — питатели
Рис. 89. Дождевая литнико-
вая система для отливки чу-
гунного цилиндра:
1 — отливка; 2 — литниковая
чаша; 3 — шлакоуловитель;
4 — питатели; 5 — выпор
Дождевые литниковые системы широко применяются при ручной,
формовке средних и крупных отливок, таких как маховики, ше-
стерни, цилиндры и т. д. Металл подается в форму сверху, через
ряд отверстий малого диаметра, выполненных в верхней опоке
или в специальном литниковом стержне (рис. 89). Дождевая лит-
никовая система имеет недостаток: при падении струй металла
на дно формы или зеркало металла возможно разбрызгивание и обра-
зование «корольков» — капель затвердевшего металла на стенках
формы, не сваривающихся с основным металлом отливки. Поэтому
на практике применяют комбинированную литниковую систему:
используют одновременно дождевую систему и сифонную. Преиму- ’
Щество дождевой литниковой системы — равномерное заполнение
расплавленным металлом всей формы без перегрева отдельных ее
135
частей движущимся металлом. Благодаря этому отливка получается ;
плотной, без газовых раковин и шлаковых включений, кроме того, |
уменьшаются пористость и усадочные раковины в отливках. |
Комбинированные литниковые системы (рис. 90) применяют j
для высоких тонкостенных отливок. В начале заливки форма за-
полняется металлом через сифонную литниковую систему, а затем j
через дождевую. Благодаря такому
заполнению форма не
в ней не образуются
разрушается и
корольки. По
Рис. 90. Отливка с комбинированной литни-
ковой системой:
/ — литниковая чаша; 2 — стояк; 3 — верхний
литниковый канал; 4 — верхний шлакоуловитель;
5 — питатели; 6 нижний шлакоуловитель
1 —- литниковая воронка;
2 — стояк; 3 — питатели;
4 — отливки
мере заполнения формы уровень металла в распределительных
стояках поднимается, и с определенного.момента начинают работать
верхние питатели.
Ярусные литниковые системы (рис. 91) применяют при стопочной
формовке мелких отливок.
Способ подвода металла в форму, конструкция и размеры эле-
ментов литниковой системы, а также выпоров и прибылей зависят
не только от конфигурации и размеров отливки, но и от свойств
сплава, из которого изготовляется отливка. Особенности литниково-
питающих систем для отливок из ковкого чугуна, стали и цветных
сплавов рассмотрены в соответствующих разделах.
§ 3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ
ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
При разработке технологии изготовления отливки технолог-
литейщик должен выбрать способ подвода жидкого металла в форму
и определить размеры элементов литниковой системы. Последнее
136
приобретает важное значение не только потому, что литниковая
система оказывает непосредственное влияние на качество отливки,
но и потому, что расход металла на литниковые системы в зависи-
мости от массы отливки может составлять значительную величину
(рис. 92).
Коэффициентом выхода годного металла считают отношение
массы годных отливок к массе жидкого металла, израсходованного
на отливку, литники, прибыли, на бракованные отливки и скрап
(брызги, сплески, остатки в ковше). Коэффициент выхода годного
металла всегда меньше 1 и в
среднем составляет при произ-
водстве простых массивных от-
ливок, например чугунных плит,
изложниц, 0,85—0,95, отливок
простой конфигурации из стали
0,75—0,85, крупных чугунных
машиностроительных отливок
0,65—0,75, крупных стальных
машиностроительных отливок
0,55—0,65, мелких чугунных от-
ливок 0,45—0,55, мелких сталь-
ных отливок 0,35—0,45.
Коэффициент выхода годного
является важным показателем
совершенства технологии. Необ-
ходимо стремиться повысить
коэффициент выхода годного,
сокращая расход металла на
литники, прибыли, брак отли-
вок и т. д.
Определение размеров поперечного сечения элементов литнико-
вой системы имеет большое технико-экономическое значение, так
как правильно назначенные размеры литниковой системы позволяют
не только снизить расход металла на литники, выпоры и т. д.,
но и снизить брак отливок.
Задача определения точных размеров литниковой системы в каж-
дом конкретном случае является трудновыполнимой вследствие
сложности явлений, происходящих при заполнении формы жидким
металлом. Поэтому на практике используют упрощенные методы,
основанные на следующих допущениях. Жидкий металл рассматри-
вается как идеальная жидкость с постоянной вязкостью; тепловое
взаимодействие металла и формы (охлаждение металла и нагрев
формы) при ее заполнении не учитывается; движение жидкого ме-
талла рассматривается как движение тяжелой жидкости по закры-
тым и открытым каналам формы.
Расчет литниковой системы по способу Озанна-Диттерта. Прежде
всего находят суммарное сечение питателей, а затем размеры осталь-
ных элементов литниковой системы (стояка и шлакоуловителя).
хода Q металла в % от массы G отли-
вок:
1 — среднего станочного машиностроения;
' 2 — единичных
137
Суммарное сечение питателей находят по формуле
yrv утр, V 2gHp ’
где G — масса отливки, г; у — плотность металла, для расплавлен-
ного чугуна у = 7 г/см3; о —скорость истечения металла, см/с; р—
коэффициент сопротивления;
т — продолжительность заливки,
с; g — ускорение свободного па-
дения, см/с2; Нр — расчетный
статический напор, см.
Рис. 93. К расчету напора металла при заливке
Неизвестными в формуле (6) являются Нр, р, т. Расчетный ста-
тический напор зависит от размера отливки и определяется из сле-
дующего соотношения:
где Н — высота стояка от места подвода металла в форму, см;
С — высота отливки, см; Р — высота отливки от места подвода
металла в форму, см.
При сифонной заливке Р — С (рис. 93, а)
при заливке сверху Р = О (рис. 93, б)
НР = Н.
При подводе металла по плоскости разъема формы (рис. 93, в)
п С .
при Р = ~2-
Время заливки формы тонкостенных, сложных по конфигурации
отливок со стенками толщиной 2,5—15 мм и массой до 450 кг опре-
138
деляют по формуле
t = s]/G,
где G — масса отливки с литниками, кг; s — коэффициент, учиты-
вающий толщину стенок отливки; при толщине стенок 2,5—3,5 мм,
3,5—8,0 мм, 8—15 мм коэффициент s соответственно равен 1,68;
1,85; 2,2.
Для средних и крупных отливок массой до 1000 кг
t = sKG6;
где S — толщина отливки, мм;
д. мм До 10 20 40
s . 1,0 1,35 1,5
До 80 и выше
1,7
(7а)
Значительно труднее определить коэффициент р, который харак-
теризует общее гидравлическое сопротивление формы движущемуся
металлу и зависит от сопротивления в литниковой системе и со-
противления в форме р2:
р, = щр2.
Исследованиями было установлено, что для чугунных отливок
среднее значениер = 0,75 ч- 0,85, т. е. потери в литниковой системе
на трение в каналах, повороты, завихрение, сужение струи и др.
составляют приблизительно 20%. Коэффициент р2 формы зависит
прежде всего от конфигурации отливки, количества выделяющихся
газов из формы, газопроницаемости и влажности смеси, завихрений
и ударов металла в форме. Величину р невозможно подсчитать,
поэтому ее принимают для расчетов на основании практических дан-
ных. Например, для тонкостенных чугунных отливок (стенки тол-
щиной до 10 мм) с большим сопротивлением формы р = 0,34.
Подставляя значение р в формулу (6), а также значение т, у,
получим
f =;_________________
“ 0,34s VG • 0,31 /Яр ’
Обозначим Q 31 1 3— через х, тогда формула примет следующий
вид: '
F - .xVG
п /я;'
При толщине стенок отливки 2,5—3,5 мм; 3,5—8,0 мм; 8—15 мм
х соответственно равняется 5,8; 4,9; 4,3.
Из формулы видно, что при одной и той же массе отливки, но
с уменьшением толщины стенки суммарная площадь питателей
увеличивается и наоборот.
По найденной площади питателей F„ находят площадь шлако-
уловителя Кшл и стояка F„ для отливок:
139
тонкостенных мелких
Fn :/гшл:Гст= 1 : 1,06 1,11; ;
средних и мелких I
Fn : ^ст= 1: 1,1 : 1,15; 1
средних и крупных я
ЕП:ЕШЛ:Е„=1:1,5:2; |
крупных 1
Fn г/^шл 1 :1,2: 1,4. |
Расчет литниковой системы по номограмме К. А. Соболева. J
На основании обобщения большого практического опыта по конст-Я
руированию и расчету литниковых систем для чугунных отливок |
К. А. Соболев разработал номограмму, которая значительно упро-1
щает расчет литниковой системы. 1
По номограмме К. А. Соболева (рис. 94) рассчитывают площади 1
сечения питателей для средних машиностроительных отливок. |
Номограмма К. А. Соболева позволяет определить суммарную пло- |
щадь сечения питателей F„ в зависимости от массы отливки G, 1
толщины стенки 6 и расчетного напора Hv. I
Допустим, что необходимо рассчитать литниковую систему для
чугунной отливки массой 900 кг с преобладающей толщиной стенки
15 мм. Расчетная высота стояка равна 60 см, форма отливки имеет |
среднее сопротивление. По номограмме в правой части находим j
точку, соответствующую 900 кг, затем из нее проводим вертикаль- |
ную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей J
толщине стенки 15 мм. Из найденной точки проводим линию, парад-1
лельно оси абсцисс, до пересечения с наклонной линией, соответст- |
вующей расчетной величине напора 60 см, и из точки пересечения 1
этих линий опускаем вертикаль на ось абсцисс. Пересечение этой
вертикали с осью абсцисс указывает на то, что для формы со средним
сопротивлением суммарная площадь сечения питателей Fn состав-
ляет 19,5 см2. По данной номограмме определяется суммарная пло- ,
щадь питателей для сырых форм. Если же формы заливают металлом
по-сухому, то вводят поправочный коэффициент 0,8—0,85. |
Конструкция и расчет дроссельных литниковых систем. Литни- |
ковые системы с последовательным уменьшением площадей попе-1
речного сечения элементов от стояка к питателям иногда приводят!
к браку отливок по шлаковым раковинам и засорам вследствие!
размыва формы струей, вытекающей из питателей с большой ско-1
ростью. ' , |
Для регулирования скорости поступления металла в форму!
и лучшего задержания шлака применяют дроссельные литниковые,!
системы (рис. 95). Дроссели — это узкие щелевидные каналы, ко^|
торые располагаются между стояком и питателями. Дроссель опре-1
деляет массовый расход металла, протекающего через литниковую j
140
Рис. 94. Номограмма К. А. Соболева для расчета сечения питателей
141
систему, а питатель — линейную скорость металла, поступающего
в форму, которую выбирают минимальной, но достаточной, чтобы
шлакоуловитель был заполненным. Сечение шлакоуловителя берут
таким, чтобы скорость металла в нем была меньше критической, при
которой происходит замешивание шлака в металл.
При движении металла через дроссели турбулентное перемеши-
вание в потоке уменьшается, а вследствие резкой потери скорости
1 и 2 — верхняя и нижняя полуформы; 3 — чаша;
4 —-фильтровальная сетка; 5 — стояк; 6 — дроссель;
7 — питатели; 8 — шлакоуловитель
за дросселем всплывает шлак. Увеличение сечения питателя позво-
ляет уменьшить скорость поступления металла в форму и количество
засоров в отливках.
Дроссельные литниковые системы рассчитывают по методу
Б. В. Рабиновича. Для расчета размеров литниковой системы необ-
ходимо следующее:
1. В соответствии с положением отливки при заливке определить
место подвода металла, составить схему литниковой системы и вы-
числить напор по формуле (7).
- 2. По графику (рис. 96) найти массовую скорость заливки,
зная массу отливки с литниками и прибылями, а также выбрав режим
142
заливки (быстро, нормально, медленно). Медленная заливка реко- '
мендуется для отливок: толстостенных из серого чугуна, с верти-
кальными массивными стенками и для отливок с большими стерж-
нями и малыми знаками, заливаемых перегретым чугуном. Быст-
рая заливка рекомендуется для отливок с тонкими стенками
и сложной конфигурацией при сифонном подводе металла, а также
3. По массовой скорости заливки и расчетному напору опреде-
ляют по графику (рис. 97) номер дросселя. В соответствии с номером
дросселя и выбранной конструкцией его по табл. 22 находят размеры
дросселя.
4. По известной массовой скорости заливки определяют площадь .
сечения и размеры шлакоуловителя, а также суммарную площадь
143
питателей. Для этого на оси ординат номограммы (рис. 98) находят
расход металла, протекающего через рассчитываемую ветвь шлако-
уловителя (если от стояка отходят две ветви шлакоуловителя, то
берется половинный расход, обеспечиваемый выбранным дросселем),
и проводят горизонталь до пересечения с кривой /. От точки пере-
сечения опускают вертикаль через ось абсцисс до пересечения с кри-
вой //.
От новой точки пересечения проводится горизонталь налево
до оси ординат, на которой отложены размеры основания шлако-
уловителя р мм. Остальные его размеры обозначены на графике
(Л = р, h = 0,75р). Площадь сечения шлакоуловителя F см2 находят
на оси абсцисс.
Таблица 22
Размеры односторонних одноходовых дросселей, мм
Аналогично по графику (рис. 98) находят суммарную площадь
питателей. Для этого по оси ординат находят расход металла, про-
текающего через ветвь шлакоуловителя, и, проведя горизонталь до
пересечения с кривой 1, опускают вертикаль до пересечения с осью
абсцисс, где отложены значения площади поперечного сечения пита-
телей.
Число питателей и их расположение назначают в зависимости
от.конструкции отливки.
5. Зная расход, по табл. 23 находят диаметр чаши-воронки
и ее высоту.
144
Расчет литниковом системы по удельной скорости заливки
(метод Ново-Краматорского машиностроительного завода им. Ле-
нина). Этим методом определяют размеры литниковой системы
для крупных отливок из чугуна. Суммарную площадь питателей
вычисляют по формуле
= (8)
где Ку — удельная скорость
заливки, кг/(см2-с).
В формуле (8) неизвест-
ными являются т и Ку.
Продолжительность залив-
ки находят по формуле
T = s]/2pG,
где р — постоянный параметр,
равный 0,62 (вычислен на
основе того, что 1 т чугуна
заливается за 35 с).
Удельную скорость залив-
ки Ку определяют по графику
(рис. 99). Сначала устанавли-
вают объемный коэффициент
К®:
К ___: б
Ди — у ,
где G — масса жидкого метал-
ла с литниками, кг; V — объем
отливки, взятый по крайним
точкам (по -чертежу), дм3.
Таблица 23
Размеры чаши-воронкя
Рис. 99. К определению удельной ско-
рости заливки
№ воронки °C. . кг/с ММ
1 До 1,5 50
2 1,5—2,5 60
3 2,5—3,5 75
4 3,5—5,0 90
Удельную скорость заливки Ку находят по графику в зависимости
от массы отливки и Ко- Затем найденные значения т и Ку подстав-
ляют в формулу (8) и вычисляют F„.
Для определения площадей сечения элементов литниковой сис-
темы рекомендуется следующее соотношение:
Г„:КШ)1:К„= 1:1,2 :1,4,
145
Другие методы расчета литниковых систем основываются на опре-
делении оптимальной продолжительности заливки или весовой ско-
рости заливки, чаще на производственных данных с учетом местных
условий, поэтому они не являются универсальными.
ГЛАВА VI
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Стержни применяют в основном для выполнения в отливках
отверстий и полостей, а также наружных поверхностей отливок
сложной конфигурации.
При заливке формы стержни обычно бывают со всех сторон окру-
жены жидким металлом. Поэтому они должны обладать высокой
газопроницаемостью, прочностью, податливостью, выбиваемостью,
что обеспечивается выбором соответствующей стержневой смеси
и конструкцией стержня.
В зависимости от конфигурации и условий работы стержни делят
на пять классов. Наиболее сложными являются стержни 1-го
класса (см. гл. III, § 6).
Стержни получают в ящиках вручную или на машинах с помощью
тех же приемов, что и при формовке. Отделение литейного цеха,
в котором изготовляют стержни, называют стержневым.
§ 2. КОНСТРУКЦИЯ СТЕРЖНЕЙ
Получение в 'отливке полостей и отверстий точных размеров,
соответствующих чертежу отливки, зависит от точности геометри-
ческих размеров стержней и их точной установки в форме. Для этой
цели стержни должны иметь достаточное число знаков определенных
размеров, обеспечивающих устойчивое положение стержня в форме.
Знаки стержней. Размеры знака стержня находят исходя из
наименьшей поверхности, при которой давление на участок формы,
сопряженный со знаком стержня, не превышает 50—75% прочности
формовочной смеси на сжатие осж. Величина поверхности знака
в нижней полуформе зависит (рис. 100) от массы стержня Q:
После заливки металла в форму стержень можно рассматривать
как тело, погруженное в жидкость; тогда сила действия стержня
на верхнюю полуформу
P=Vy-Q,
где V — объем стержня без знаков; у — плотность металла; Q —
масса стержня со знаками.
146
Поверхность каждого знака в верхней полуформе (рис. 100, а)
определяют по формуле
S = ^.
' ^сж
Сила от всплывания стержня в случае, приведенном на рис. 100, б,
P = ^(Dl-Dl)Hy-Q.
Зная число знаков в верхней части стержня и допустимое напря-
жение на сжатие осж верхней опорной части формы, можно опре-
делить минимальную поверхность сопряжений верхних знаков.
Если при расчете числа знаков их поверхность оказывается недоста-
Рис. 100. К расчету размеров
знаков стержня:
а «— горизонтального; б — верти-
кального
точной и увеличить ее невозможно, то в форме устанавливают жере-
бейки (см. рис. 129), которые удерживают стержень в заданном
положении.
Для предупреждения смещения стержней в горизонтальном и вер-
тикальном направлениях делают специальные фиксаторы (см. рис. 6).
Каркасы стержней. Для увеличения прочности стержней в них
заформовывают специальную упрочняющую арматуру-каркас, ко-
торый изготовляют из стальной проволоки или чугунных литых
рамок. Арматура для стержней должна отвечать следующим требо-
ваниям: 1) обеспечивать достаточную прочность и жесткость стерж-
ня; 2) не пружинить и не отставать от стержневой смеси, поэтому
проволока должна быть мягкой и отожженной; 3) не препятствовать
усадке отливки; 4) не мешать устройству в стержнях вентиляцион-
ных каналов; 5) легко удаляться из отливки при выбивке стержня-.
При изготовлении тонких стержней в ящики закладывают арма-
туру из проволоки диаметром 1—12 мм.
Для мелких и средних стержней используют главным образом
вязаные каркасы из проволоки диаметром 6—10 мм, а для связыва-
ния отдельных частей каркаса применяют более тонкую проволоку.
В крупных стержнях из песчано-глинистых смесей устанавливают
147
литые каркасы (рамки) из чугуна и стали с залитой в них проволокой
диаметром 6—10 мм. . .
В каркасах (рис. 101) для крупных и средних стержней делают
подъемы, за которые стержни подвешивают на кране при транспор-
тировке и установке их в форму. Проволочные каркасы укладывают
вдоль стержня, они должны быть короче стержня со знаками не более
чем на 2—3 мм с каждой стороны. Каркас для создания большей
прочности должен заходить в знаки. Если стержень имеет два знака,
Рис. 101. Каркасы стержней:
а — мелких; б — цилиндрических мелких; е, г, д — призматических;
е — крупных цилиндрических; 1 — основа; 2 — подъем; 3 — литые прутья;
4 — проволочные элементы
расположенные один против другого, то каркас должен их соединять.
Проволоку, составляющую остов каркаса, называют основой, а про-
волоку, которая повторяет очертания стержня и укрепляет отдель-
ные его части, называют контурной.
Располагать каркас слишком близко к поверхности стержня
или на его поверхности нельзя, так как это приводит к привариванию
каркаса к отливке и образованию в ней газовых раковин и горячих
трещин. Допускаемое расстояние от проволочного каркаса до поверх-
ности стержня 5—10 мм. Для литых каркасов это расстояние в стерж-
нях размерами до 500 х 500; (500 -ъ 1000) х (500 ч- 1000) и более
1000 х 1000 мм составляет соответственно 20—30; 25—30 и 30—
35 мм.
148
Если в стержень ставят один каркас, то его следует располагать
в центре стержня, а несколько каркасов устанавливают равномерно
по сечению. В стержни, имеющие изогнутую ось, лучше укладывать
несколько тонких каркасов вместо одного толстого, чтобы облегчить
удаление их из отливки.
Применять каркасы в условиях массового производства отливок
нежелательно, так как увеличивается трудоемкость изготовления
стержней и выбивки их из отливок. Поэтому необходимая прочность
стержней часто достигается за счет высокой прочности стержневых
смесей.
Рис. 102. Схема расположения вентиляционных каналов
в стержнях и форме чугунного корпуса коробки скоростей
трактора:
/ —. стержневые пробки; 2 — вентиляционные вертикальные ка-
налы; 3, 5, 6, 7 — стержни; 4,8 — вентиляционные наклонные и
горизонтальные каналы
Устройство вентиляционных каналов в стержнях. При заливке
формы металлом ее стенки и стержни быстро нагреваются и выделяют
большое количество газов. Особенно сильно прогреваются в момент
заливки стержни, поэтому стержни должны иметь газоотводные вен-
тиляционные каналы (рис. 102). Их выполняют в стержнях различ-
ными способами: накалыванием стержней душником; заформовыва-
нием в стержнях стальных прутков с последующим их извлечением,
труб стальных или чугунных (часто служат каркасами), восковых
фитилей (воск при сушке стержня выплавляется, шнуры вынимают),
капроновых сетчатых трубок, соломенных жгутов при изготовлении
труб и цилиндров, которые выгорают при заливке металла; укладкой
кокса или коксовой гари внутрь крупного стержня при его изготов-
лении.
149
В стержнях, склеиваемых из двух половин, вентиляционные
каналы выполняют прорезкой по плоскости разъема в одной или двух
половинах стержня. Наилучший эффект дают вентиляционные ка-
налы, полученные при помощи прутков, пропускаемых через отвер-
Рис.- 103. Варианты устройства вентиляционных каналов 1 и уста-
новки каркасов 2 в стержнях
стия в стенке ящика до наполнения его смесью; после уплотнения
стержня прутки из ящика удаляют, и в стержне образуются венти-
ляционные каналы.
Правильные и неправильные варианты устройства вентиляцион-
ных каналов в стержнях приведены на рис. 103.
§ 3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ ВРУЧНУЮ
В условиях единичного и мелкосерийного производства отливок
часто стержни изготовляют ручным способом по стержневым ящикам
и шаблонам.
Наиболее простым и распространенным является изготовление
стержней в ящиках. Этот способ не требует высокой квалификации
стерженщиков.
Изготовление стержня по неразъемному вытряхному ящику.
Вначале подготовляют стержневой ящик (рис. 104) к работе. После
очистки и обдувки ящик опрыскивают разделительной смесью
(керосин — мазут) из пульверизатора или припыливают ящик лико-
подием или его заменителями. Затем наполняют ящик смесью
(рис. 104, а). В зависимости от размеров стержня эта операция вы-
полняется совком, лопатой, непосредственно из бункера или из
расположенного над стержневым ящиком резервуара со смесью.
Для повышения прочности стержней устанавливают каркасы 1.
Смесь уплотняют ручными или пневматическими трамбовками, снаб-
женными резиновыми или из мягкого цветного сплава наконечни-
Рис. 104. Изготовление стержня по неразъемному вытряхному
ящику
ками. После уплотнения стержня делают вентиляционные наколы 2
(рис. 104, б). Затем поворачивают ящик на 180° (рис. 104, в) и извле-
кают стержень (рис. 104, а). Готовые стержни подаются в сушильные
печи.
Изготовление стержня по разъемному ящику. На рис. 105 при-
веден пример изготовления стержня из смеси пониженной прочности
по разъемному деревянному ящику. Половины ящика скрепляют
скобами или струбцинами и затем его ставят на верстак вертикально.
Стерженщик совком или лопатой постепенно насыпает стержневую
смесь в ящик и уплотняет ее трамбовкой (рис. 105, а). После напол-
нения ящика и уплотнения смесь (рис. 105, б) счищают скребком,
вставляют проволочный каркас /, делают вентиляционные каналы
и производят несколько слабых ударов по ящику молотком, чтобы
облегчить извлечение стержня. Слишком сильные и резкие удары
по ящику могут исказить форму стержня. При расталкивании '
151
стержня лучше ударять по торцу ящика, когда ящик находится
еще в вертикальном положении. После изготовления стержня сни-
мают скобы 2 или струбцины, удаляют одну половину ящика
Рис. 105. Изготовления стержня по разъемному деревянному ящику
(рис. 105, в), вынимают стержень из ящика и укладывают его на
сушильную плиту (рис. 106, а) или песчаную постель, а затем
транспортируют в сушило.
Рис. 106. Укладка стержня на фасонную сушильную
плиту (а) и песчаную постель (б):
/ — половина стержневого ящика; 2 — фасонная плита;
3 — песчаная постель
В. случаях, когда нет фасонной сушильной плиты, а контур
стержня имеет сложную конфигурацию, применяют песчаную
постель (рис. 106, б) или, как говорят, подсыпку. Такая постель
выполняет те же функции, что и фасонная сушильная плита, с той
152
лишь разницей, что после снятия верхней'половины ящика на ниж-
нюю половину накладывают деревянную или металлическую рамку
и затем полностью заполняют ее сырым кварцевым песком. На рамку
, Рис. 107. Изготовление крупного стержня по вытряхному ящику
накладывают сушильную плиту и все вместе поворачивают на 180°;
удаляют нижнюю половину ящика., .и стержень на рамке в постели
транспортируют в сушило.
Изготовление крупного стержня по вытряхному ящику. Вначале
подготовляют литой каркас: загибают проволочные прутки по внут-
реннему контуру рабочей поверхности ящика, доя чего литой каркас
153
опускают в полость ящика для проверки; очищают ящик от пристав-
шей смеси и пыли, протирают его рабочую поверхность керосином;
наполняют смесью слоем 50—70 мм и уплотняют ручной трамбовкой.
Затем устанавливают в ящик 2 каркас /, смазанный раствором
глины, а в выступающие и узкие места стержня устанавливают
у/ г)
Рис. 108. Изготовление стержня для отливки шкива насоса гидроусилителя
стальные крючки 3 (рис. 107, а). Рабочие поверхности ящика обкла-
дывают стержневой смесью и уплотняют ее в узких полостях и углуб-
лениях ручной трамбовкой, а затем пневматической трамбовкой,
имеющей резиновый наконечник (для того чтобы не разбить деревян-
ный ящик). После этого устанавливают деревянный вкладыш 4
(рис. 107, б), образующий в стержне полость для засыпки кокса или
гари газоотводной постели,
засыпают ящик смесью во-
круг вкладыша и уплотняют
смесь пневматической трам-
бовкой.
Толщина стенки стержня
зависит от его габаритных
размеров и устанавливается
практически. Вкладыш 4 вы-
нимают, накалывают душни-
ком газоотводные каналы 5
и засыпают полость стержня
коксовой гарью 6, смесью и
Рис. 109. Изготовление комбинирован-
ного стержня
уплотняют трамбовкой (рис.
107, в). На стержневой ящик накладывают сушильную плиту 7
(рис. 107, г) и поворачивают его вместе с ней на 180°.
Стержневой ящик расталкивают деревянным молотком и снимают
верхнюю его часть 8 (рис. 107, б), осторожно отводят в стороны вкла-
дыши 9 и 10 ящика (рис. 107, е). Стержень отделывают, проверяют
его плотность, ремонтируют испорченные при извлечении места,
скругляют острые углы, прошпиливают тонкие места и углы. Гото-
вый стержень направляют в сушило, затем его окрашивают.
154
На рис. 108 приведен пример изготовления стержня отливки
шкива. Стержень имеет тонкие стенки, и поэтому приходится его
сушить вместе с вкладышем. Такой стержень изготовляют следую-
щим образом. После подготовки ящика 1 в нем на штырь 2 устанав-
ливают вкладыш <3,(рис. 108, а), насыпают смесь и уплотняют ее *
трамбовкой. Каркас устанавливают в середину стержня.
После уплотнения смеси и снятия с ящика лишней смеси на него
кладут сушильную плиту 4 (рис. 108, б), ящик вместе с плитой 4
Рис. ПО. Изготовление цилиндрического стержня при
помощи шаблона
переворачивают на 180°, расталкивают деревянным молотком, и сни-
мают со стержня 5 (рис. 108, в). Стержень вместе с вкладышем 3
(рис. 108, г), оставшимся на плите 4, подают в сушильную печь.
Изготовление комбинированного стержня. Комбинированным
называют стержень, состоящий из двух частей, одна из них предва-
рительно высушивается, а вторая изготовляется из обычной сырой'
формовочной смеси. Комбинированный стержень (рис. 109) изготов-
ляют в ящике. После уплотнения сырой половины стержня на нее
накладывают сухую половину со съемным приспособлением, все
переворачивают на 180°. Нижнюю часть ящика снимают. Стержень
подают к месту сборки формы, где вынимают его из съемного приспо-
собления. Такой способ изготовления стержней применяют в массо-
вом производстве, например при изготовлении детали коробки
скоростей. Это позволяет экономить стержневую смесь.
Изготовление стержня при помощи шаблона. Различают не-
сколько способов изготовления стержней по шаблонам: неподвиж-
ным, протяжным, вращающимся и др. Изготовление стержней по
155
шаблонам менее производительно по сравнению с изготовлением по
ящикам и требует высокой квалификации стерженщиков.
На стойках 1 (рис. ПО) устанавливают каркас 3 стержня 5.
Каркас представляет собой трубу с большим числом отверстий на
поверхности для отвода газов из стержня. Для обеспечения подат-
ливости стержня на каркас наматывают соломенный жгут 4. Жгут
смазывают жидкой глиной, чтобы стержневая смесь хорошо соеди-
нялась с ним. На шаблон 8 накладывают стержневую смесь и, пово-
рачивая вал 2 каркаса 3, проталкивают смесь в зазор 6 между жгу-
Рис. 111. Продувка стержня углекислым газом . через отверстия
в стенках ящика:
/ —. стенки ящика; 2 — зазор между стенками; 3 — отверстия во внутрен-
ней стейке; 4 — коллектор; 5 — шланг подвода СО2
том и рабочей частью 7 шаблона. Эту операцию называют заточ-
кой стержня. После первой заточки стержень сушат и вторично
накладывают указанным выше способом слой стержневой смеси.
Поверхность стержня отделывают и после сушки красят.
Изготовление стержня из смесей на жидком стекле. Стержни
из жидкостекольных смесей можно изготовлять вручную и на ма-
шинах. Стержни можно продувать углекислым газом через знаковую
часть, отверстия в стенках ящика или стержня, через трубки с отвер-
стиями, а мелкие стержни — под общим зонтом. В крупных стерж-
нях душником делают наколы диаметром 6—10 мм, на ящик накла-
дывают зонт, через который подводят углекислый газ.
На рис. 111 приведен стержневой ящик с двойными стенками.
В каждой наружной стенке сделано по одному отверстию и к нему
от коллектора 4 подведены трубки с углекислым газом. Внутрен-
ние стенки имеют отверстия 3, через которые углекислый газ прохо-
дит в стержень,

156
§ 4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ НА МАШИНАХ
В массовом и крупносерийном производстве стержни изготовляют
на специальных машинах, которые все шире внедряют й в мелко-
серийное производство.
Стержневые машины увеличивают производительность труда
рабочих-стерженщиков, облегчают их труд и обеспечивают большую
точность стержней. На стержневых машинах обычно используют
смеси пониженной прочности во влажном состоянии, хорошо запол-
няющие ящик по всему объему.
Стержни изготовляют на машинах различных типов: встряхи-
вающих, прессовых, пескометах, пескодувных, пескострельных,
мундштучных и специальных.
Изготовление стержня встряхиванием. На встряхивающих ма-
шинах получают средние и реже крупные стержни в открытых ящи-
ках. Для более крупных стержней применяют встряхивающие
машины с перекидным столом и с поворотным столом.
После уплотнения смеси встряхиванием (рис. 112) ящик 2,
закрепленный на столе /, вместе с находящимся в нем стержнем 3
и сушильной плитой 4 (она закреплена ручными или пневматичес-
кими зажимами) переворачивается на 180° и устанавливается на
приемном столе 5. Стержень 3 извлекается из ящика 2 при опуска-
нии приемного стола 5. Расталкивание стержня в ящике осуществ-
ляется вибратором, укрепленным на столе машины, что дает возмож-
ность получать стержни более точных размеров по сравнению с руч-
ной формовкой.
157
Изготовление стержней прессованием. Прессованием изготовляют
мелкие стержни. Верхнюю половину 1 металлического ящика укреп-
ляют на траверсе машины (рис. 113), нижнюю половину 2— на
прессовом столе. Планки 3, установленные на нижней половине
ящика, образуют наполнительную рамку и одновременно служат
направляющими. Высоту планок рассчитывают по необходимому
для стержня объему смеси. С торцов ящик закрывается задвижками.
Перед формовкой ящик протирают керосином с графитом, заполняют
до половины смесью, укладывают каркас и сверху на него — душ-
ник. Весь объем ящика с наполнительной рамкой заполняют стерж-
а) 6) i)
Рис. 113. Схема изготовления стержней прессованием
невой смесью (рис. 113, а). После уплотнения (рис. 113, б) стол ма-
шины с нижней половиной ящика и стержнем опускается (рис. 113, в),
траверсу отводят в сторону и стержень извлекают из ящика.
Изготовление стержней на пескодувных машинах. Это наиболее
высокопроизводительные машины. Пескодувный процесс широко
применяют для изготовления стержней, он является высокопроиз-
цодительным методом машинной формовки мелких и средних стерж-
ней любой сложности и высокого качества.
Сжатый воздух, проходя через головку-резервуар пескодувной
машины (рис. 114), наполненную стержневой смесью, увлекает
смесь через отверстия в днище (пескодувной плите) головки в ящик
и уплотняет ее. Сжатый воздух выходит из ящика через неплотности
по плоскости разъема ящика или в зазор между ящиком и надувной
плитой, а также через специально сделанные в стенках ящика щеле-
вые или сетчатые отверстия — венты.
Ящик 1 механизмом 2 прижимается к надувной плите 3 рабочего
резервуара 4, периодически наполняемого стержневой смесью.
158
Сжатый воздух, поступающий в рабочий резервуар из клапана 5,
устремляется в ящик, увлекая за собой стержневую смесь, которая
заполняет рабочую полость ящика. Воздух из ящика удаляется через
разъем и венты 6.
Машины работают под давлением воздуха в сети не менее
6 кгс/см2. Такое повышенное давление необходимо для изготовления
стержней особо сложной конфигурации. Как показали исследова-
ния, смесь в пескодувном процессе
уплотняется за счет кинетической
энергии песка, вдуваемого сжа-
тым воздухом в полость ящика,
и разности входного и выходного
давления воздуха, проходящего
и фильтрующегося через слой смеси
в стержневом ящике.
Недостаток пескодувного спосо-
ба—это применение стержневых сме-
сей с низкой прочностью во влаж-
ном состоянии (0,02—0,03 кгс/см2),
что затрудняет транспортировку,
извлечение стержней из ящиков
и т. д.
Выбор и расположе-
ние вент в стержневых
ящиках. Венты устанавливают
для удаления воздуха из ящика
при изготовлении стержня. Кроме
того, они обеспечивают направлен-
ность потока смеси и воздуха. На
рис. 115 приведены конструкции
вент, применяющиеся для песко-
дувных стержневых ящиков. Рис. 114. Изготовление стержня, на
Выбор размеров и числа вдув- пескодувной машине
ных отверстий, а также их располо-
жение в стенках стержневых ящиков имеет большое значение. Не-
правильный подбор вент и мест их расположения приводит к нерав-
номерному уплотнению различных участков. В ящиках простой
конфигурации с горизонтальным разъемом венты следует распола-
гать равномерно в нижней половине ящика. В ящиках сложной
конфигурации венты устанавливают в стенках и дополнительно во
всех углублениях, чем обеспечивается необходимое направление
потока воздуха и смеси. В ящиках с вертикальным разъемом
венты устанавливают в дне и нижней части боковых стенок
ящика.
- Так как венты часто приходится менять вследствие их быстрого "
износа (засоряются отверстия и прорези), а на это затрачивается
много времени, то вместо вент можно применять универсальные пли-
ты. В плите для нескольких групп стержневых ящиков имеется за-
159
слонка, передвигая которую, можно открывать те или иные отвер-
стия.
Для мелких стержней массой до 0,3 кг диаметр вдувного отвер-
стия можно принимать из конструктивных соображений 8—12 мм,
а больших стержней — 16—20 мм. Число вдувных отверстий опре-
деляют опытным путем: одного отверстия указанных размеров бы-
вает достаточно на 50—60 см2 площади стержня в плане. Плотность
стержня зависит от отношения суммарных площадей поперечного
Рис. 115. Конструкция вент:
а — с прорезными отверстиями; б — с проволочной сеткой;
в — с щелевыми прорезями
сечения Гвент.к живому сечению вдувных отверстий Гвятв. По
данным НИИТ АВТОПРОМа, для мелких стержней (массой до
0,4 кг)
-=^-==0,154-0,6;
'"вд. отв
для стержней спрочностью во влажном состоянии 0,15—0,20 кгс/см2
-/вент- = 0,14-0,9.
• ВД. ОТВ
Изготовление стержней на пескострельных машинах.. Песко-
стрельный процесс является разновидностью пескодувного процесса
уплотнения смесей.
Сжатый воздух из резервуара 1 (рис. 116) через быстродействую-
щий клапан 2 большого сечения поступает непосредственно в песко-
стрельный резервуар 3 машины. Давление в нем мгновенно повы-
шается, и воздух выталкивает столб смеси через конусный насадок 7
в стержневой ящик. Подача сжатого воздуха в рабочий резервуар
прекращается после закрытия клапана, и цикл продолжается за
счет расширения воздуха, находящегося в резервуаре.
Гильзу 4 устанавливают с зазором. На боковой поверхности
гильзы имеются прорези, через которые действует сжатый воздух,
что уменьшает трение смеси о стенки и исключает ее зависание. Бла-
годаря этому в пескострельных машинах можно применять малоте-
кучие стержневые смеси с большой прочностью во влажном состоя-
ло
Рис. 116. Изготовление стержня на песко-
стрельной машине
нии. При пескострельном процессе воздушно-песчаная струя не обра-
зуется и практически небольшое количество воздуха попадает в по-
лость ящика во время надува смеси. Воздух из стержневого ящика
выходит через венты 8. Пескострельные машинй снабжают комплек-
том быстросменных пескострельных головок для изготовления стерж-
ней различной конфигурации.
Большинство простых стержней получают с помощью универ- -
сальной пескострельной головки со сменными насадками (рис. 116).
Головка состоит из корпуса 5, вентиляционной плиты 6 с вентами 8
и сменного насадка 7. Отвер-
стие в насадке может быть
круглым, продолговатым или
крестообразной формы.
Основные преимущества
пескострельных машин: 1) воз-
можность применения дере-
вянных ящиков, что имеет
большое значение для мелко-
серийного и единичного про-
изводства; 2) малый износ
ящиков вследствие отсутствия
абразивного действия воз-
душно-песчаной струи; 3) воз-
можность применения смесей
с более высокой прочностью
в сыром состоянии, чем на
пескодувных машинах; 4) не-
большое число вент, необхо-
димых для удаления воздуха
из полости ящика; 5) малый
расход сжатого воздуха.
Изготовление стержней на пескодувных машинах в нагреваемых
ящиках. Сушка является одной из наиболее продолжительных опе-
раций технологического процесса изготовления стержней. Этой
операции не имеет технологический процесс изготовления стержней
из смесей с быстротвердеющими связующими в нагреваемых ящиках.
Сущность процесса состоит в том, что на пескодувной машине стерж-
невая смесь с быстротвердеющим связующим вдувается в ящик,
предварительно нагретый до определенной для данного связующе-
го температуры. Под действием теплоты связующее размягчается,
обволакивает песчинки, а при дальнейшем нагреве затвердевает
(полимеризуется), придавая прочность стержню. После непродол-
жительной выдержки (от нескольких секунд до 2—3 мин в зави-
симости от вида связующего и размеров стержня) ящик раскры-
вают и извлекают сухой прочный стержень.
Основные преимущества этого технологического процесса:
1) устранение сушки стержней; 2) высокая прочность и малая осы-
паемость в сухом состоянии; 3) хорошая газопроницаемость; 4) вы-
6 Титов
161
сокая точность и чистота поверхности; 5) хорошая выбиваемость
стержня из отливки. К недостатку процесса следует отнести слож-
ность конструкции стержневых ящиков.
Для приготовления смесей применяют быстротвердеющие свя-
зующие (ВКС, гидросил, сульфитно-спиртовую барду), а также
синтетические смолы: мочевино-формальдегидные (М-56, М-60,
УКС), феноло-формальдегидные (ВР-1, фенолоспирт), фурановые
(ФФ-1С). Характеристика некоторых указанных смесей приведена
в табл. 24. Эти смеси имеют невысокую прочность во влажном состоя-
нии, поэтому стержни из них, как правило, изготовляют на песко-
дувных машинах.
х _ Таблица 24
Характеристика стержневых быстротвердеющих смесей
(данные ВНИИЛИТМАШа)
- Назначение смеси Составляющие смеси Содержа- ние, % по массе Предел прочности,. -кгс/см2 в состоянии
влажном при сжа- тии сухом при рас- тяжении
Стержни III класса для отливок из чу- гуна и стали Песок 1К02А или Б Связующее — гидро- сил Раствор мазута 100 4—6 0,2—0,4 0,03—0,05 22—27
Стержни для отливок из цветных сплавов Песок 1К02А или Б Связующее М-56 или . УКС Катализатор 1 100 2,5—3 2—5 0,04—0,05 20г—27
Стержни I—Ш клас- сов для отливок из чугуна, стали и бронзы Песок 1К02А или Б Связующее — фено- лоспирт Мочевина 100 2—4 0,2—0,4 0,03—0,06 12—20
Стержни I—Ш клас- сов для отливок из чугуна, стали,брон- ' ЗЫ ' . Песок 1К02А или Б Связующее ФФ-1С 100 2,5—3,5 0,03—0,04 7 22—27
1 В процентах от связующего. * Для ответственных стержней рекомендуется применять пески, из которых удалены глина н пылевидные составляющие. специально отмытые
Стержни изготовляют в ящиках, по конструкции несколько отли-
чающихся от обычных ящиков для пескодувных машин. Процесс
твердения смеси в ящике протекает при 200—250° С, поэтому кон-
струкция ящиков должна быть достаточно жесткой, способной про-
162
тивостоять короблению вследствие периодического нагрева и охлаж-
дения. Материал стержневых-ящиков должен обладать высокой теп-
лопроводностью и теплоаккумулирующей способностью, малым
коэффициентом теплового расширения, высокой прочностью и хими-
ческой стойкостью по отношению к связующим. Этим требованиям
наиболее полно отвечает серый чугун. Отливки (заготовки) стержне-
вых ящиков подвергают многократному отжигу при 600—650° С
для уменьшения их деформаций при нагреве в процессе эксплуата-
ции. Эти ящики имеют толкатели для удаления стержней.
Ящики можно нагревать в печах, а также встроенными электри-
ческими нагревателями или газовыми горелками. Например, стерж-
невой ящик со встроенными нагревателями (рис. 117) состоит из
половинок 7, закрепленных в двух корпусах 5, нагревательных эле-
ментов 8, плит 3 с толкателями 2 и контртолкателями, изоляционных
6.7 8 9
Рис. 117. Стержневой ящик со встроенными нагрева-
телями
прокладок 6. Корпуса 5 соединены колонками 9. Плиты толкателей
смонтированы на. направляющих 1, обеспечивающих направленное
их перемещение. Температура ящика регулируется по показаниям
термопары 4.
Технологические режимы изготовления
стержней назначают в соответствии со свойствами применяе-
мого связующего, размерами и конфигурацией стержня, заданными
физико-механическими свойствами стержня.
Оптимальные температуры нагрева ящиков зависят от связую-
щего и составляют дляфенолоформальдегидных смол (ВР-1, феноло-
спирт) 220° С, мочевино-формальдегидных смол (М-56, М-60, УКС)
240° С и для фурановых связующих 230—240° С. Продолжитель-
ность выдержки стержня в ящике в зависимости от свойств связую-
щего, толщины стенки и конфигурации стержня составляет от не-
скольких секунд до нескольких минут.
Для устранения прилипания стержневой смеси рабочую поверх-
ность ящика покрывают разделительным составом, в качестве кото-
рого применяют 3%-ный раствор каучука марки СКТ в уайт-спирите.
Его наносят при помощи пульверизатора на поверхность ящика,
нагретую до 80—100° С, и подсушивают 10—15 мин. Последующие
6*
163
покрытия наносят при рабочей температуре. Стойкость покрытия
20—50 стержней.
Изготовление стержней из холоднотвердеющих смесей. Этот
процесс имеет все преимущества процесса изготовления стержней
в горячих ящиках. Однако твердение этих смесей не требует нагрева,
что позволяет применять более простую конструкцию ящиков. В на-
стоящее время этот процесс развивается в двух направлениях:
1) изготовление стержней из смесей, в которые катализатор тверде-
ния вводят непосредственно при ее изготовлении (эти смеси обладают
. малой живучестью); 2) продувка стержней в ящиках газообразным
катализатором твердения. Наибольшее распространение получило
первое направление. Для стержней в
этом случае используют связующие
М19-62 с фуриловым спиртом, карбамид-
но-фурановые смолы БС-40, БС-70,
КФ-40, КФ-80. В качестве катализато-
ров твердения используют органические
и неорганические кислоты: БСК, орто-
фосфорная, азотная. Эти смеси обладают
низкой живучестью и приготовляются
непосредственно на месте изготовления
стержней в быстродействующих лопаст-
ных смесителях с автоматическими до-
заторами компонентов. Компоненты
Рис. 118. Схема установки смеси вводятся в смеситель одновременно
для изготовления стержней и перемешиваются 15—20 с. Готовая
из ЖСС - смесь сразу же подается в ящики, где вы-
держивается 2—15 мин (до прочности при
сжатии 3—5 кгс/см2), затем стержень извлекается из ящика и выдер-
живается на воздухе 30—120 мин. При этом он приобретает проч-
ность до 8—12 кгс/см2. Находят применение смеси состава, % по
массе: 100 песка 1К02А(Б), 1,7—2 связующего (смола М19-62
с фуриловым спиртом в отношении 1/0,7) и 0,7—1,5 катализатора.
При использовании смеси для пескострельных машин катали-
затором служит смесь 75—85%-ной ортофосфорной кислоты и 55%-
ной азотной кислоты в соотношении 4/3.
На рязанском заводе «Центролит» внедрена в производство техно-
логия изготовления стержней из смесей со связующим УКС-Л.
Стержни изготовляют в деревянных или металлических ящиках,
предварительно покрытых краской на основе керосина и графита.
Состав смеси (% по массе): 100 песка К02А (Б); 2,2—2,3 смолы
УКС-Л; 0,7—0,8 фурилового спирта; 1,2—1,4 ортофосфорной кис-
лоты (Н3РО4) плотностью 1,57—1,58 г/см3.
Эти смеси обладают резким запахом, поэтому требуется хорошая
вентиляция участка.
При изготовлении стержней из холоднотвердеющих смесей,
отверждаемых продувкой газообразным катализатором, также выде-
ляется значительное количество токсичных продуктов. Поэтому
164
эТот способ не нашел широкого применения. Однако разработан
способ интенсификации процесса твердения таких смесей продувкой
стержня в ящике сжатым воздухом, что позволяет сократить время
твердения в 5—7 раз. Он применяется при изготовлении стержней
на многопозиционных машинах.
Пескометы. Пескометы для уплотнения стержневой смеси при-
меняют сравнительно редко, главным образом при изготовлении
крупных стержней. В процессе изготовления стержня можно регу-
Рис. 119. Сечения стержней, изготовляемых на мундштуч-
ных машинах
лировать плотность смеси изменением подачи ее в головку песко-
мета, а также увеличением или уменьшением угловой скорости вра-
щения ротора. Предел прочности применяемых стержневых смесей
во влажном состоянии составляет 0,3 кгс/см2. При большой окруж-
ной скорости лопатки хорошие результаты получаются и в случае
использования смесей с прочностью во влажном состоянии до
0,55 кгс/см2.
Для поворота средних и крупных ящиков и вытяжки стержня
после уплотнения пескометом применяют поворотно-вытяжные
машины.
Изготовление стержней из жидких самотвердеющих смесей. Этот
процесс изготовления стержней разработан в ЦНИИТМАШе. Одно
165
из важных технологических
свойств
смеси
Это позволяет заливать смесь в
— ее высокая текучесть
ящик и
получать
стержень без
уплот
нения. Другое важное свойство — способность смеси к самозатвер
деванию. Это исключает тепловую сушку.
Жидкие самотвердеющие смеси обладают повышенной прилипа
емостью к стержневым ящикам. Поэтому рабочие поверхности ящи
ков окрашивают специальными лаками, химически стойкими по отно
шению к компонентам смеси. Кроме того, перед заливкой смеси
рабочую поверхность ящика покрывают специальными разделитель
ными составами. Смесь из смесителя 1 (рис. 118) заливается в собран
ные стержневые ящики 2, установленные на транспортном устрой
Рис. 120. Схема изготовления стержней на мундштучной машине
стве 3 (карусели). После выдержки в течение 20—30 мин ящик рас
крывают и извлекают стержень. Затем стержень отделывают, окра
шивают противопригарными красками и подают на участок сборю
форм.
Изготовление стержней на мундштучных машинах. Мелкие
стержни различных сечений (рис. 119) изготовляют на мундштучных
машинах. Форма и размеры сечения стержня определяются формой
и размерами сечения выходного отверстия мундштука.
На этих машинах (рис. 120) стержневая смесь 3 выдавливается
шнеком / (или поршнем) через сменный мундштук 2. Стержень 4
выходит из мундштука непрерывной лентой, которую разрезают
на куски нужной длины. После сушки при необходимости затачи
вают знаковые части стержня. Эти машины просты по устройству
надежны в эксплуатации и достаточно производительны.
§ 5. ОТДЕЛКА, КОНТРОЛЬ И ХРАНЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
После сушки стержни до отправки на склад подвергают допол
нительной обработке: зачистке заусенцев, замазке мелких дефектов
и другим операциям. Заусенцы зачищают наждачным камнем, на
пильником, проволокой, твердой резиной и наждачной бумагой
Зачистка стержней. Стержни в массовом и крупносерийном
производстве зачищают на карусельно-шлифовальных станках

166
Рис. 121. Схема заточки
стержней:
1 — шлифовальный круг; 2 —
припуск; 3 — стержень; 4 — кон-
дуктор; 5 — стол шлифоваль-
ного станка
в специальных кондукторах. Припуск на зачистку стержней состав-
ляет 1,5—2 мм.
Кондукторы изготовляют из алюминиевых сплавов, их монти-
руют на столе карусельного станка. В зависимости от габаритных
размеров стержня на карусели шлифовального станка (рис. 121)
устанавливают от 4 до 8 кондукторов.
После зачистки стержень имеет ровную
поверхность, обеспечивающую точные
размеры при спаривании половин. Мак-'
симальная угловая скорость вращения
камня 8 об/мин; минимальная —
4 об/мин. Производительность станка
до 700 стержней в час.
Заусенцы на стержнях зачищают
вручную на столах, а в механизирован-
ных цехах — на конвейерах.
Сборка стержней. При склеивании
нескольких стержней один из них дол-
жен быть основанием, базой для осталь-
ных. Положение стержней проверяют
шаблонами, щупом или инструментом.
Чтобы предупредить сдвиг одного стержня относительно другого,
их закрепляют прокладками, которые вынимают после высыхания
клея или затвердевания легкоплавкого сплава.
Сложные стержни целесообразно изготовлять по частям в ящи-
ках, а затем собирать в одно целое. Обычно каждый стержень
устанавливают в форму отдельно, но укладка нескольких стержней
Рис. 122. Склеивание цилиндрического
стержня
занимает много времени, а слож-
ные стержни зачастую вообще
нельзя установить в форму по-
одиночке. В таких случаях
стержни предварительно соби-
рают в узлы, склеивают их и.
уже в собранном виде устанав-
ливают в форму. Стержни склеи-
'. вают декстриновым или сульфит-
ным клеем, жидким стеклом и
др. Клей наносят кистью или
специальным шприцем.
Пример наиболее простой
сборки—это склеивание половин
Цилиндрического стержня (рис. 122). Половину стержня 1 уклады-
вают в приспособление 2 плоской стороной вверх. Затем на нее на-
кладывают другую половину, и их притирают друг к другу. Стерж-
невой ящик делают с припуском 0,5—1 мм на притирку. Во время
Притирки половины стержня двигают одну по другой в продольном
Направлении. После притирки и проверки шаблоном точности диа-
метра стержня верхнюю половину снимают.
167
’ Таблица 25
Режим подсушки стержней после
склеивания (по данным завода
- «Станколит»)
- Масса стержня, кг Режим подсушки
Продолжи- тельность, мин Темпера- тура, °C ,
До 5 10 200—220
. 5—20 20—50 12
50—100 100—200 12—15 15—20 220—250
Затем на плоскую поверх-
ность наносят клей двумя по-
лосками так, чтобы после скла-
дывания половин он распростра-
нился по всей поверхности, но
не залил вентиляционный канал
и не выступил наружу.
Для точного склеивания при-
меняют кондукторы. После
склеивания швы заделывают
пастой, затем стержни направ-
ляют на подсушку. Если стержни
склеивали теплыми, то подсуш-
ку не производят.
Обязательно
подсушивают стержневую смесь,
нанесенную на поломанные во
время сборки места стержней, а
также слой краски на холодных стержнях. Продолжительность
и температура подсушки (табл. 25) зависят от массы стержней.
Подсушивают стержни в небольших вертикальных печах, обыч-
ных камерных сушилах или
с конвейерной загрузкой
и выгрузкой. Подсушен-
ные стержни поступают на
склад или участок ком-
плектовки, откуда их по-
дают на участки сборки
форм.
специальных проходных установках
Рис. 124. Блок стержней шпиндельной бабки
расточного станка:
1 — кондуктор-кантователь; 2 — упорный уголь-
ник; 3 — контрольная планка; 4 — клин;
5 — стальная стяжка; 6 — шайба; 7 — части
стержня
Рис. 123. Соединение стержней
цинковым сплавом;
1 — нижний стержень; 2 — кондук-
тор; 3 — залитое цинком отверстие;
4 — замазка; 5 — верхний стержень

В массовом производстве части ответственных стержней скреп-
ляют заливкой легкоплавкого сплава в каналы, специально преду-
смотренные в знаках стержня (рис. 123). Сплав после заливки
в каналы не должен выступать на рабочей поверхности стержня,
168
а оставшееся углубление во входном отверстии каналов заделывают
стержневой смесью или пастой.
При машинном изготовлении отдельных частей (простых стерж-
ней) сложного стержня для обеспечения наибольшей точности
отливки их собирают в блоки, при этом пользуются шаблонами и кон-
дукторами. Перед сборкой в кондукторах плоскости стержней зачи-
щают специальными ножами или на шлифовальных станках абра-
зивным кругом. На рис. 124 показан блок стержней шпиндельной
1575
1
Рис. 125. Блок стержней для тонкостенной отлнвкн:
1 и 2 — жакеты; 3 — контрольный штырь
бабки расточного станка, собранный в кондукторе перед установкой
его в форму. -
Главное, на что надо обращать внимание при сборке сложных
стержней, — на правильное устройство вентиляционных каналов,
Предупреждение сдвига (смещения) стержней и попадания в венти-
ляционные каналы клея и мусора.
Формы для особенно тонкостенных и сложных отливок собирают
Целиком из стержней в специальных металлических ящиках, так
называемых жакетах.- В этом случае стержни можно не склеивать
(рис. 125).
Приемка стержней. После изготовления стержни осматривают
и проверяют по размерам. При внешнем осмотре стержней обращают
внимание на плотность стержня, состояние поверхности, взаимное
Положение частей, образованных верхней и нижней половинами
169
Рис. 126. Шаблоны для проверки
стержней:
' I — стержень; 2 — шаблон
ящика, на точность спаривания стержней, заделку швов, окраск$Л
и сушку. зН
При проверке геометрических размеров, оговоренных в опера-™
ционных технологических картах на данные стержни, применяют
' измерительный инструмент, различные шаблоны, скобы и приспособ-
ления. Размеры стержней контролируют по шаблону, величину за- ”
зора между стержнем и шаблоном
определяют при помощи щупа.
Контроль размеров стержней мож-
но осуществлять и по двум шаб-
лонам (рис. 126): проходному и
непроходному. Стержень считают '
годным, если проходной шаблон,
определяющий максимальный раз- <
мер сте; жня, проходит, а непро-
ходной не проходит.
Хранение стержней. После
окончательной приемки стержней
ОТК цеха они поступают на склад,
где их укладывают на обитые вой-
локом стеллажи. Мелкие стержни '
складывают в специальную тару,
которую затем устанавливают на
подвесной конвейер для подачи
их на рабочие места. Стержни ак-
куратно ставят на дно металлического ящика; иногда между ними
делают прокладки из тонкого войлока.
Стержни, находящиеся на складе, нельзя подавать горячими
в формовочное отделение, так как они быстро впитывают влагу
и в отливках образуются газовые раковины. Помещение склада
Должно быть сухим. Стержни необходимо держать там определенное
время, так как при длительном хранении они разрушаются. Срок j
хранения стержней, изготовленных из смесей на безмасляных свя- j
зующих, не должен превышать 5—7 дней. Л
Стержни в формовочное отделение можно подавать на тележках, Я
подвесных конвейерах, краном или электрокарами и другими сред- Я
ствами. Я
§ 6. СУШКА СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ Я
Формы и стержни сушат с целью увеличения их газопроницае- 1
мости, прочности и уменьшения газотворной способности. Режим !
сушки стержней и форм устанавливают для различных групп стерж- |
ней и форм исходя из опыта. |
Процесс сушки форм и стержней условно можно разделить,на три |
этапа. На первом этапе прогревается вся толща формы или стержня, i
Влажная смесь значительно теплопроводнее сухой, поэтому на пер- |
вом этапе сушки необходимо по возможности стремиться удержи- i
вать влагу в стержнях и не давать ей быстро испаряться. Темпера-.1
170
тура в сушиле не должна повышаться слишком быстро. Присутствие
влаги в атмосфере печи и умеренная температура уменьшают ско-
рость испарения влаги £ поверхности формы и способствуют ее про-
греву.
На втором этапе сушки необходимо быстро повысить температуру
до максимальной и при этой температуре выдерживать стержни
в течение некоторого времени. Быстрое повышение температуры
после предварительного прогрева стержней способствует интенсив-
ному испарению влаги с поверхности и притоку ее из внутренних
слоев стержней к наружным. В этот период сушки вместо уходящих
газов, содержащих испарившуюся из форм и стержней влагу, в су-
шило должны интенсивно поступать свежие более сухие печные газы.
На третьем этапе сушки формы и стержни охлаждаются при
выключенной топке и полуоткрытом дымовом шибере до температуры
разгрузки. Стержни в этот период не только охлаждаются, но и досу-
шиваются за счет аккумулированного в них тепла.
Продолжительность сушки зависит от многих
факторов: температуры сушки, толщины стержней и форм, условий
-передачи тепла в сушиле и т. д. и колеблется от нескольких минут
до нескольких часов. Продолжительность сушки устанавливают
экспериментально.
Продолжительность подсушки форм и стержней также колеблется
..от нескольких минут до 1 ч и более в зависимости от габаритных их
размеров.
Для хорошей сушки и подсушки форм и стержней необходимы
следующие условия: 1) постепенный подъем температуры в камере
сушила, а затем поддержание равномерной максимально допусти-
мой температуры в течение сушки; 2) колебания температуры в раз-
личных зонах рабочего объема сушила не должны превышать при
сушке 10—15° С; 3) обеспечение равномерного движения газов во
всем объеме сушила со скоростью 1,8—2,2 м/с.
' При сушке стержней, изготовленных на масляных
связующих и их заменителях, помимо испарения,
влаги происходят процессы окисления и полимеризации. Процесс
окисления заключается в нарушении связи между атомами углерода,
входящими в состав масла, и в присоединении кислорода. В процессе
- полимеризации укрупняются молекулы. В результате химических
изменений, а также удаления при нагреве некоторых составляющих,
выделяющих газ, масло превращается в густую клейкую массу
(линоксин), образуется прочная пленка, соединяющая зерна песка.
Окисляемость масла улучшается при добавке солей марганца
и свинца. Масло начинает окисляться при ПО—140° С, а при 170—
230° С окисление происходит очень быстро. В процессе окисления
масло поглощает 20—30% (по массе) кислорода. Кроме того, выде-
ляется теплота, повышающая температуру стержней, что способ-
ствует ускорению окисления масла.
После нагрева стержней, изготовленных на искусствен-
ных термореактивных смолах, и выделения воды
171
смолы становятся неплавкими и нерастворимыми в воде. Термореак-1
тивные смолы при сушке стержней образуют пленки на песчинках.
Сухие стержни отличаются незначительной гигроскопичностью.
Температура сушки стержней на этих связующих 150—160° С.
При сушке стержней, изготовленных на сульфитной
барде, декстрине, патдке, пектиновом клее
и др., частицы связующего сближаются, в результате чего между •
молекулами возникают силы молекулярного сцепления. В стержнях,
изготовленных на связующем, содержащем крахмал, помимо удале-
ния влаги при 60—80° С происходит процесс клейстеризации. При
дальнейшем нагревании зерна крахмала переходят в коллоидальный
раствор. Смеси, содержащие крахмал, рекомендуется сушить при
165—190° С. В смесях, содержащих патоку, после удаления воды
образуется сахароза, а в смесях, содержащих сульфитную барду, —
смола, которая обладает склеивающей способностью.
Стержни, изготовленные на глине, гипсе, цементе
и др., сушат при 350—400° С, а при использовании бентонитовых
глин при 200° С.
Кроме обычной сушки еще применяют провяливание форм
и стержней при 40—100° С с подогревом и без подогрева воздуха.
Провяливанием можно получить на поверхности форм и стержней
прочную корочку. Хорошие результаты достигаются при применении
песчано-цементных смесей, смесей с жидким стеклом, а также пес-
,чано-глинистых смесей с небольшими добавками (0,5—0,8%) патоки
или сульфитной барды.
Твердение стержней из смесей на жидком стекле. При приготов-
лении стержневой или формовочной смеси на жидком стекле зерна
песка в результате их перемешивания в бегунах покрываются тон-
кой пленкой раствора жидкого стекла (силиката натрия). В про-
цессе продувки стержневой смеси углекислым газом последний
растворяется в воде и частично реагирует с ней, образуя уголь-
ную кислоту.
В результате взаимодействия с кислотой и водой жидкое стекло
разлагается и образуется гель кремниевой кислоты, который связи-1
вает зерна (песчинки) смеси. Общая химическая формула крем-1
ниевой кислоты mSiO2 -нНзО. |
Чем больше удаляется воды из геля, тем выше прочность стержня. I
Стержни из смесей на жидком стекле сушат при 200—250° С. I
Прочность высушенных стержней выше прочности стержней, про-1
'дутых углекислым газом.
Сушка форм. Формы сушат полностью или только с поверх-j
ности. Для большинства форм крупных отливок с целью сокращения )
процесса применяют только поверхностную сушку. Полную сушку I
форм производят при изготовлении особо ответственных отливок.
Мелкие, средние и крупные формы тонкостенных и сложных отли- ]
вок также сушат полностью.
Поверхностную сушку форм производят на глубину от 10 мм i
и более различными способами: 1) использованием загорающихся 1
172
красок на бензине и спирте; 2) газовыми и керосиновыми горелками;
3) переносными сушилами; 4) инфракрасными лучами от специаль-
ных электроламп мощностью 250—500 Вт.
Рекомендуемые режимы поверхностной подсушки форм приве-
дены в табл. 26.
Таблица 26
Рекомендуемые режимы поверхностной подсушки форм
(по данным завода «Станколит»)
• Отливки Масса отливок, кг Формовоч- ная смесь Краска Режим подсушки форм
Приспособ- ления Температура,! °C 1 Продолжи- тельность, х “МИН Глубина вы- сушенного слоя, мм
Мелкие До 100 Песчано- глинисгая Графитовая до подсуши- вания Горелки — 2—3 1-3
Средние 100—I 000. Облицовочная со связую- щими кт. СП и СБ 260—290 20—30 8-10
Крупные 1000—5000 Песчано- глинистая Упрочняющая до подсуши- вания, гра- фитовая после подсушива- ния Перенос- ные сушила 280—320 40—60 70—80 15—20* 18—25**
На жидком стекле Графитовая до и после подсушива- ния 270—300 20—35* 45—70*» 18—20* 20—25**
* При глубине полости формы до 400 мм. ♦* При глубине полости формы до 1000 мм. *
Сушка форм, полная или сквозная, производится в различных
сушилах. В большинстве случаев применяют сушила периодического
действия: 1) тупиковые (рис. 127), представляющие собой камеры
с полками и дверцами, причем последние имеются только с одной
стороны; 2) проходные, отличающиеся от тупиковых наличием две-
рей с двух сторон; 3) ямные, расположенные ниже уровня пола.
Проходные сушила загружают формами с помощью тележек,
а ямные — мостовым краном. Для этой цели свод ямного сушила
делают съемным из отдельных секций.
Сушила периодического действия отапливаются твердым, жид-
ким и газообразным топливом, в них можно производить и сушку
стержней.
В табл. 27 приведена продолжительность сушки в зависимости
от габаритных размеров форм. При применении быстросохнущих
173
облицовочных смесей продолжительность сушки сокращается - до
нескольких минут. • -
Окраска и сушка стержней. Для получения чистой поверхности
отливки и предупреждения пригара краску наносят различными
способами: окунанием, пульверизатором, кистью, натиранием спе-
циальной пастой.
Рис. 127. Тупиковое сушило периодического действия для форм и крупных
стержней: ,
1 — топка; 2 нЗ- вытяжной и газовые боровы; 4 — тележка; 5 — допускаемые габарит- *.
ные размеры стержня
При разовом окрашивании стержня краску рекомендуется на-
носить до .сушки, так как на влажной поверхности лучше запол-
няются поры между зернами смеси, поверхность выравнивается,
и создается прочный противопригарный слой.
Таблица 27
Продолжительность сушки форм, ч
Габаритные размеры форм Отливки
из чугуна и цветных спла- вов из стали
(опок), мм
До 500 X 400X250 4—6 6—8
> 1000 X 800X400 6—8 8-12
> 3000 X 2000 X 500 8—12 12—16
> 5000 X 3000 X 700- 12—24 ' 16—24
Св. 5000 X 3000 X ТОО 24—36 24—36
Крупные стержни для толстостенных отливок окрашивают 2 раза
с последующей подсушкой при 120—150° С. Вторичное окрашива-
ние рекомендуется производить при температуре не выше 50—70° С,
так как при более высокой температуре краска неровно распреде-
174
ляется на поверхности стержня. При температуре выше 100° С
краска на стержнях кипит, растрескивается и отслаивается. Стержни
из смесей на жидком стекле окрашивают безводными самовысыхаю-
щими красками. После .окраски стержни выдерживают на воздухе
в течение 2—2,5 ч.
Стержни, окрашенные водными красками, необходимо подсу-
шивать. В случае натирки стержней пастой подсушивание не про-
изводят.
Крупные стержни для стальных отливок окрашивают пастой,
состоящей из 82—85% измельченного хромистого железняка, 3%
патоки и 12—15% воды. Пасту наносят слоем 3—5 мм, а затем вы-
равнивают гладилкой, провяливают и прошпиливают.
С целью снижения брака крупных отливок по ужиминам и тре-
щинам для изготовления стержней можно применять менее прочные
смеси, однако при этом необходимо поверхностное упрочнение
стержня. В качестве упрочнителей применяют различные связую-
щие: КВ, сульфитную барду, жидкое стекло и др. Упрочняющий
слой наносят до окрашивания стержней. После сушки на поверх-
ности стержня образуется корка толщиной 2—3 мм, имеющая проч-
ность при растяжении более 3 кгс/см2.
В условиях мелкосерийного производства отливок стержни
* малых и средних размеров сушат в шкафах различных конструкций
(с секторными или выдвижными полками), а также в тупиковых
сушилах с вытяжными стеллажами. Стерженщики у рабочих мест
загружают стержнями стеллажи и завозят их в сушила на электро-
карах или автокарах с подъемными площадками. Такие сушила
занимают большую площадь и не обеспечивают высокой производи-
тельности.
Мелкие стержни массой до 600 г сушат в электрических печах
с помощью воздуха, нагреваемого в калориферах, установленных
сверху сушила.
В литейных цехах поточно-массового производства отливок
стержни сушат в четырехходовых горизонтальных и вертикальных
конвейерных сушилах, а также и в печах с помощью т. в. ч. В табл. 28
приведена продолжительность сушки стержней в зависимости от
их размеров и связующих.
Таблица 28
Продолжительность сушки стержней
Связующие Темпера- тура сушки. °C Продолжительность сушки, ч при толщине стенок стержней, мм
До 100 100—200 Св. 200
Органические 160—240 0,75—1,5 1,5—3,0 3,0—7,0
Глина . 300—350 1,0—2,0, 2,0—5,0 5,0—24,0
Жидкое стекло . . . 200—250 0,75—1,0 1,0—2,0 2,0—5,0
Термореактивиые смолы .... 300—400 "0,3—0,75 0,75—1,5 —
175
На рис. 128 приведена схема горизонтального четырехходового
сушила конструкции ЗИЛ для сушки мелких и средних стержней.
Сушило представляет собой кожух 1 коридорного типа, установ-
ленный на стойках. Внутри сушила под потолком проходит замкну-
тый цепной конвейер 2 с подвешенными этажерками 3 для разме-
щения стержней. Скорость конвейера 0,52—2,43 м/мин. Длина
конвейера в сушиле 154 м, число этажерок 146. Полезная площадь
этажерки для укладки стержней 4 м2.
Рие. 128. Схема горизонтального конвейера четырехходового сушила для стерж-
ней
Сушило делят на три зоны (/, II и III): подогрева, сушки и
охлаждения; соответственно этому сушило имеет три самостоятель-
ных коридора. В зоне подогрева проходит одна ветвь конвейера,
в зоне сушки — две, в зоне охлаждения — одна. Длина зоны поу
догрева 37 м, температура 40—80° С. Длина зоны сушки 83 м, тем-
пература сушки колеблется от 200 до 235° С в зависимости от свя-
зующего. Продолжительность сушки 110—120 мин при скорости
конвейера 1—1,5 м/мин. Производительность сушила до 3000 кг
сухих стержней в 1 ч.
Вертикальное сушило применяют для сушки не-
больших стержней после склеивания, ремонта и окраски. В верти-
кальном кожухе, стоящем на фундаменте, перемещается вертикаль-
но-замкнутый конвейер с подвешенными этажерками. Загрузку.
сырых стержней на этажерки производят через окно: Стержни на.
этажерках поднимаются, попадают в зону более высоких темпера^
тур, затем опускаются к разгрузочному окну. При этом стержни
176
охлаждаются потоком холодного воздуха. Топка находится внутри
сушила несколько выше загрузочного и разгрузочного окон. Су-
шило отапливается газом или мазутом. Производительность сушила
0,8—2,5 т сухих стержней в 1 ч.
Токами высокой частоты (т. в. ч.) сушат стержни,
изготовленные на связующих, не требующих окислительного про-
цесса. Особенностью сушки стержней т. в. ч. является то, что вы-
деление тепловой энергии происходит в самой массе нагреваемого
материала, т. е. в стержне. Для этого стержень помещают между
двумя параллельными электродами — металлическими пластин-
ками, присоединенными к высокочастотному генератору. Такой
способ сушки исключает пережог стержней, так как температура
стержня сначала резко повышается, а затем, достигнув наибольшей
величины, падает по мере удаления влаги и уменьшения диэлектри-
ческих потерь.
В печь следует загружать стержни одинаковых размеров и без
каркасов, чтобы исключить местный перегрев стержней. При сушке
стержней в высокочастотном поле необходимо соблюдать следующие
условия: 1) сушильная камера должна иметь тепловую изоляцию
и быть проходного типа (для создания потока); 2) сушка должна
быть комбинированная, т. е. стержни нагреваются т. в. ч. и в ка-
меру подается воздух, подогретый до 120—180° С; 3) сушильные
плиты должны иметь температуру 30—50° С; 4) газы, выделяющиеся
из стержней, должны удаляться из печи с помощью вентиляцион-
ного устройства.
ГЛАВА VII
СБОРКА И НАГРУЗКА ФОРМ
§ 1. СБОРКА ФОРМ
Сборка формы является ответственным процессом, требующим
внимания и аккуратности. Сборка включает операции: подготовки
полуформ и стержней, установки стержней (обычно в нижнюю
полуформу), контроля положения стержней, накрытия нижней
полуформы верхней, установки выпорных и литниковых чаш, скреп-
ления полуформ или их нагружения.
Полуформы и стержни, поступившие на сборку, тщательно осмат-
ривают; к сборке не допускаются стержни и полуформы, имеющие
.какие-либо повреждения или дефекты> Перед сборкой полость формы
продувают сжатым воздухом, для того чтобы удалить из нее ча-
стицы смеси или инородные тела.
Стержни устанавливают в форму в последовательности, указан-
ной на сборочном чертеже или в технологической карте. При этом
необходимо следить за тем, чтобы знаки стержней точно станови-
лись в отпечатки знаков модели. Если знак стержня почему-либо
не подходит к своему гнезду в форме, то подгонка его опиливанием
177
не допускается. Только в исключительных случаях', в условиях -I
единичного или мелкосерийного производства, допускается под- 1
гонка знаков стержня по специальным контрольным шаблонам. 1
Положение каждого стержня относительно формы и других стерж- 1
ней проверяют контрольными шаблонами, а в поточно-массовом |
производстве — кондукторами.
Размеры тела отливки, образованные стержнями и формой или
только стержнями, проверяют толщиномерами. В условиях единич-
ного производства при сборке сложных форм используют контроль-
ное перекрытие формы, если толщину тела отливки, образуемую
формой и стержнями, нельзя проверить контрольным или измери-
тельным инструментом. Перед контрольным перекрытием на поверх-
ность формы и стержней в необходимых местах устанавливают куски
Рис. 129. Конструкции жеребеек
глины — «мушки». Затем делают контрольное перекрытие формы^И
в процессе которого куски глины сжимаются до толщины просветДИ
между формой и стержнем, что должно соответствовать толщине J
тела отливки. После раскрытия формы «мушки» вынимают, изме- 1
ряют их толщину и таким образом определяют возможную толщину 5
.стенки отливки. J1
Обычно стержни устанавливают в нижнюю полуформу на зна-fl
ках, однако иногда, в условиях единичного производства, стер-fl
жень крепят в верхней полуформе. Эта операция должна быть вы-fl
полнена особенно тщательно, так как недостаточно надежное креп-fl
ление стержня может привести к отрыву его от формы при сборке,fl
поломке формы и стержня и даже к несчастным случаям. fl
В отдельных случаях для большей устойчивости стержня в fl
форме при ее заливке металлом стержень устанавливают на жере- fl
бейки (рис. 129) — жесткие металлические опоры. Высота жере- fl
178
бейки соответствует толщине тела отливки. Сплав для изготовле-
ния жеребейки обычно выбирают в соответствии с заливаемым
в форму сплавом. При литье чугуна или стали жеребейки изготов-
ляют из белой жести, низкоуглеродистой стали.
Поверхность жеребеек должна быть чистой, без' следов ржав-
чины, влаги и масла. При подготовке жеребейки пескоструят,
часто окрашивают алюминиевой краской, иногда лудят. Чистые
жеребейки хорошо свариваются с основным металлом отливки и не
вызывают образования раковин или других несплошностей. Однако
для отливок, работающих под давлением жидкости или газа, при-
менять жеребейки нежелательно, а иногда недопустимо.
§ 2. КРЕПЛЕНИЕ ОПОК И РАСЧЕТ ГРУЗА
При заполнении формы жидкий металл создает давление на
стенки формы, пропорциональное плотности жидкого металла и
высоте его столба. Под давлением жидкого металла верхняя опока -
может приподняться, в результате по разъему формы образуется
Рис. 130. Способы крепления форм
щель, через которую металл может вытечь. Чтобы исключить
это, скрепляют верхнюю и нижнюю полуформы болтами, скобами,
струбцинами, клиньями или на собранную форму кладут груз
(рис. 130). Иногда давление жидкого металла может быть весьма
значительным, тогда форму устанавливают в кессон и уплотняют
с боков формовочной смесью, а сверху кладут грузы.
Для того чтобы рассчитать крепление или вес груза, необходимо
знать силу, с которой металл действует на верхнюю опоку.
Сила, с которой жидкий металл действует на верхнюю опоку,
равна весу воображаемого столба жидкого металла над частью от-
ливки (находящейся в верхней опоке), имеющего высоту до уровня
179

металла в литниковой чаше. На рис. 131, 132 эти воображаемые
столбы жидкости заштрихованы в клетку.
Например, рассчитаем груз для формы, приведенной на рис. 131.
Рис. 131. К расчету груза
Расчет груза и крепления форм. Для определения груза или
усилия, по которому должно быть выбрано крепление формы,
необходимо подсчитать силу действия жидкого металла на верхнюю
опоку. Так, для чугунной плиты (рис. 131) сила действия металла
на верхнюю опоку при удельном весе его у = 7,0 кгс/дм3 составит
PM==Fftv = 20-20-3.7 = 8400 кгс,
где F — площадь проекции отливки. .
Рис. 132. К расчету силы действия жидкого металла на верхнюю опоку
Полученное значение Р„ необходимо несколько увеличить для|
предотвращения раскрытия формы от динамического воздействия!
металла на форму при заливке и неравномерности распределения]
действия металла по площади опоки. 4 . |
Рассчитаем силу воздействия жидкого металла на верхнюю|
опоку формы цилиндра при горизонтальной заливке (см. рис. 132). |
Примем удельный вес жидкого чугуна у = 7 кгс/дм3. |
180
Сила действия жидкого чугуна на внутреннюю поверхность
формы соответствует весу чугуна.. Внешний диаметр трубы d =
= 1400 мм, длина / = 2000 мм, высота уровня металла h = 1000 мм:
Л. = («*/Л-у~/)т =
= (14-20-10-4-0,785- 14а-2о)-7=8820 кгс.
Так как стержень со всех сторон окружен жидким металлом
и испытывает действие металла снизу вверх, то сила этого действия
равна весу жидкости, вытесненной стержнем, например:
D nd2 , 3,14- 13а on -7 ю ППЛ
^ст = —4-^ = ^^----20-7=18 590 кгс,
где d — внутренний диаметр трубы (d = 13 дм).
Действие стержня передается верхней опоке: Поэтому сила,
с которой жидкий металл стремится поднять верхнюю опоку,
. Р.= РМ +Рет = 8820+18 590 = 27 410 кгс. '
Для --определения усилия, которое должно выдержать крепле-
ние опок, из полученной величины Р нужно вычесть вес верхней
опоки. Найденное усилие следует увеличить на 30—40%, так как
необходимо учитывать гидравлический удар металла при заливке
формы.
ГЛАВА VIII
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
§ 1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
При конструировании литых деталей необходимо стремиться
к максимальному уменьшению их массы, размеров и упрощению
конфигурации исходя из требуемой расчетной прочности. При этом
следует учитывать: 1) литейные свойства сплава (усадку, жидко-
текучесть, склонность к горячим трещинам, ликвацию и т. д.);
2) удобство механической обработки; 3) удобство и простоту фор-
мовки; 4) удобство обрубки и очистки отливки.
При конструировании литых деталей необходимо предусматри-
вать минимальное число разъемов модели или.формы, причем по-
верхность разъема рекомендуется делать плоской; ограничивать
число выступающих частей, особенно тех, которые на моделях вы-
полняют отъемными. Полости деталей рекомендуется конструиро-
вать так, чтобы их можно было оформить без стержней или с мини-
мальным их числом.
Смежные полости детали необходимо соединять окнами для
обеспечения устойчивого положения стержня в форме, а следова-
тельно, и точности размеров литой детали.
181
В отливках необходимо предусматривать отверстия. под знаки
стержней (рис. 133, а) и по возможности избегать установки под-
весных стержней на жеребейках (рис. 133, б). Вообще применять
Рис. 133. Положение стержйей в отливках
жеребейки не рекомендуете^, так как иногда они не свариваются
с металлом отливки.
Конструкция отливки должна обеспечить простоту формовки.
Например при формовке отливок, приведенных на рис. 134, б, при-.
Рис. 134. Примеры конструкций отливок
дется выполнять сложный разъем подрезкой или применением
фальшивой опоки или фасонной модельной плиты. Но разъем формы
упростится, если изменить конструкцию отливок так, как показано
на рис. 134, а.
Особо сложные детали целесообразно упрощать делением на
части простой конфигурации, изготовляемые отдельно и соединяе-
182
Рис. 135. Примеры сопряжения'стенок разной толщины
Рис. 136. Рекомендуемое расположение ребер жесткости на
отливках
Рис. 137. Варианты выполнения бобышек на
отливках
183
мые сваркой (сварно-литые конструкции) или болтами (сборные
конструкции). -
Отливка значительных размеров не должна иметь тонких сте-
нок, так как металл полностью не заполнит форму. .Отливка не
должна иметь острых углов и резких переходов от толстых стенок
к тонким, так как в этих местах образуются внутренние напряже-
ния, вызывающие появление трещин. Сопряжения стенок необхо-
димо выполнять галтелями (рис. 135). Стенки отливки должны быть
равномерной толщины и не иметь местных утолщений, так как в по-
следних появляется рыхлота усадочного происхождения.
При большом числе пересекающихся ребер в отливке (рис. 136)
их следует объединять кольцевым ребром. Бобышки, платики,
приливы необходимо выполнять так, чтобы не затруднять извлече-
ния модели из формы. Например, бобышки, приведенные на
рис. 137, а, будут препятствовать извлечению модели из формы.
Их придется выполнять отъемными частями или с помощью стерж-
ней. Более технологична конструкция бобышек, приведенных на
рис. 137, б.
§ 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМОВКИ
Основной задачей при проектировании литейной технологии
является выбор способов производства, обеспечивающих высокие
технико-экономические показатели и необходимые эксплуатацион-
ные качества литых деталей. При оценке того или иного техноло-
гического процесса следует учитывать затраты на получение отли-
вок в литейном цехе и механическую обработку. Поэтому необхо-
димо максимально уменьшать припуски на механическую обра-
ботку, упрощать технологический процесс формовки, использовать
существующее производственное и вспомогательное оборудование.
При разработке технологического процесса изготовления литей-
ной формы для той или иной конкретной отливки необходимо опре-
делить следующее: 1) способ формовки; 2) поверхность разъема
формы; 3) способы установки стержней в форму; 4) конструкцию
литниковой системы; 5) способ сборки формы; 6) положение формы
при заливке ее металлом; 7) габаритные размеры опок; 8) положе-
ние модели на модельной плите при машинной формовке и в опоке
при ручной формовке. Кроме этого, необходимо разработать чертеж
отливки.
Технолог-литейщик совместно с конструктором должен изу-
чить конструкцию детали с целью улучшения ее технологичности.
В случае необходимости следует увеличить галтели, выравнять
толщину стенок и устранить резкие переходы от толстой части от-
ливки к тонкой.
При выборе положения отливки в форме следует наиболее от-
ветственные части располагать в нижней части формы, так как
металл в них получается более плотным. Кроме того, необходимо
соблюдать правила:
184
1) положение отливки в форме при заливке и затвердевании
должно обеспечивать направленное затвердевание металла;
2) обрабатываемые поверхности отливки следует располагать
в нижних частях формы, вертикально или наклонно;
3) поверхности отливки, служащие базой при механической об-
работке, должны находиться в одной полуформе;
г)
Рис. ,138. Примеры правильного положения формы при заливке
металла
4) очень длинные отливки необходимо заливать в наклонном
положении, а отливки цилиндрической формы, внешние и внутрен-
ние поверхности которых подвергаются механической обработке, —
в вертикальном положении.
На рис. 138, а показан способ заливки формы в наклонном по-
ложении, при котором достигается хорошая плотность металла при
минимальном его расходе на прибыль. Вертикальный способ за-
ливки (рис. 138, б) стальных и чугунных втулок, крановых бараба-
нов и других деталей обеспечивает получение плотной отливки и
правильное питание ее при затвсрфвапии.
При изготовлении тонкостенного картера из чугуна (рис. 138, в)
обрабатываемый фланец следует располагать внизу,' так как бол-
185
ван в нижней полуформе более устойчив, чем в верхней, а из
стали — вверху (из-за возможного недолива днища, образования
рыхлот и появления течи).
Бронзовые диски для подпятников конусных дробилок при
заливке кантуют (рис. 138, г), этим обеспечивается высококачест-
Рис. 139. Примеры правильного (а) и
неправильного (б) выбора разъема формы
венная поверхность отливки.
При определении поверх-
ности разъема формы (рис/
139) необходимо руководство-
ваться следующими положе-
ниями.
1. Всю отливку, если по-
зволяет ее конструкция, по-
мещать в нижней опоке, что
исключает перекос отливки,
а при формовке в почве основ-
ные части отливки распола-
гать только в нижней части
формы.
2. Поверхность разъема
формы по возможности дол-
жна быть горизонтальной при
заливке и обеспечивать сво-
бодное извлечение модели из
формы, удобную установку
Рис. 140. К определению размеров
болванов
стержней, а также согласование технологического процесса полу-
чения отливки с ее механической обработкой.
3. Выбранный разъем формы должен обеспечивать .удобство
уплотнения и сборки формы, надежность установки стержней и
удобство контроля их положения в форме.
4. В форме должно быть минимальное число стержней (для
уменьшения числа стержней следует применять болцаны).
При машинной формовке выбор поверхности разъема формы
зависит от типа имеющихся формовочных машин. .
Выступающие части формы* (болваны) не должны быть высо-
кими, иначе может произойти обвал формы. Практикой установлены
следующие соотношения размеров болванов (рис. 140) для форм:
186
нижних Н D и верхних Н 0,3D. При ручной формовке эти
соотношения уменьшают до 50%, а в случаях больших соотноше-
ний НЮ применяют стержни.
При определении границ стержней необходимо стремиться к
тому, чтобы в процессе изготовления небольшие и средние стержни
кантовались не более одного раза. Стержень после извлечения его из
ящика должен укладываться на сушильной плите в таком положении,
в каком его ставят в форму. В этом случае красить, транспортиро-
вать стержень значительно легче. При разработке конструкции
ящика для изготовления крупного стержня, транспортируемого
краном, стремятся устранить операцию кантовки.
_Рис. 141. Выбор границ,
обеспечивающих удобство
установки стержней при'
сборке формы
Рис. 142. Выбор границ стерж-
ней при соединении полостей в
отливке каналом малого сече-
ния
Выбранные границы стержня должны обеспечить удобную уста-
новку его в форму и контроль всех размеров. Например, при сборке
формы (рис. 141) сначала устанавливают стержни Ст. 1, а затем
Ст. 2 и Ст. 3. Стержни Ст. 2 и Ст. 3 нельзя объединить, так как
общий стержень невозможно установить в форму. Для удобства
установки стержня Ст. 2 в форму размеры знаков стержня Ст. 3
должны быть больше углубления, а в стержне Ст. 1 на 15 мм.
Две небольшие полости в отливке, соединенные каналом, полу-
чают с помощью двух стержней, при использовании одного стержня
возможна поломка тонкой перемычки 1 стержня (рис. 142).
„ Деление сложных стержней на части позволяет применять ма-
шинный способ изготовления их с последующей склейкой или
сборкой. -При определении' границ стержней следует учитывать
конфигурацию отливок и габаритные размеры, определяющие рас-
ход смесей на их изготовление. Повышенная прочность смесей в су-
хом состоянии позволяет изготовлять пустотелые стержни вместо
сплошных. При этом улучшается газопроницаемость стержней,
сокращаются продолжительность их сушки и расход формовочной
187
смеси. Для отливок, в которых необходимо получить особо чистые
внутренние поверхности, желательно применять оболочковые стер-
жни из смесей на основе кварцевых или цирконовых песков й пуль-
вербакелита в качестве связующего.
При выборе способа формовки следует стремиться к изготовле-
нию форм и стержней на машинах: отливки получаются с минималь-
ными припусками на механическую обработку й с более чистой
поверхностью.
Габаритные размеры опок определяются габаритными разме-
рами модели, числом моделей и их расположением в опоке, разме-
рами литниковых систем и стержневых знаков.
Необходимо учитывать также массу собранной полуформы,
грузоподъемность кранов, размеры формовочного стола на маши-
нах и имеющихся опок. Кроме того, следует учитывать: 1) тол-
щину слоя формовочной смеси вокруг отливки, который не разру-
шался бы в процессе заливки металла в форму (расстояние от
• отливки или модели до стенки опоки должно быть для опок: мел-
ких 30—50 мм, средних 50—100 мм, крупных 100—150 мм); 2) рас-
стояние от стержневого знака до боковой стенки опоки (примерно
О—50 мм); .3) расстояние от модели до нижней или верхней пло-
скости опоки (принимается для опок: мелких 40—60 мм, средних
60—120 мм, крупных 100—150 мм).
При формовке нескольких моделей в одной опоке расстояние
между ними в плоскости разъема должно быть для тонкостенных
отливок и неглубоких форм не менее 20 мм, толстостенных отливок
и глубоких форм не менее 30 мм.
Разработку чертежа отливки производят в соответствии с нор-
мами ЕСКД и РТМ 1—59 Г В массовом и серийном производстве
разрабатывают специальный чертеж отливки, а в мелкосерийном и
единичном производстве на чертеже детали указывают поверхность
разъема модели и формы, положение отливки при заливке, припуски
на механическую обработку, положение стержней и их знаки,
отъемные части, прибыли, выпоры, литниковые каналы, приливы
и холодильники.
Разъем модели и формы обозначают на чертеже детали во всех
ее проекциях жирной синей линией. Положение отливки при за-
ливке отмечается стрелками, а у линии разъема указывают «Верх»
и «Низ». При неразъемной модели и несовпадении разъема формы
с разъемом модели наносят линию разъема формы.
П р и п у с к и на механическую обработку
указывают на чертеже детали красным карандашом и штрихуют
только в плоскости разреза. Над знаками обработки дают величину
припуска на механическую обработку, зависящую от рода металла
(см. табл. 2—4).
Места установки стержней определяют по чер-
тежу детали. Затем намечают предварительные границы между
1 Единая система, конструкторской документации.
188
основными стержнями, устанавливают назначение каждого стержня,
условия его изготовления, число стержней, определяют способы
изготовления и установки каркасов, вентиляции, состав смеси,
условия сушки, контуры и размеры знаков, а также зазоры по кон-
туру знаков для каждого стержня (ГОСТ 3606—57).
Контуры стержней указывают штриховкой детали
синими линиями. Зазоры между знаками формы и стержней при-
водят на чертеже только в случае отклонений от рекомендуемых
нормалей. Места сопряжения стержней друг с другом обозначают
Рис. 143. Пример технологической разработки отливки
шкива компрессора
жирной или двойной синей линией. Номер стержня соответствует
порядковому номеру при установке его в форму. Стержни, изготов-
ляемые по одному ящику, с вкладышами и без них обозначают таким
же порядковым номером, но с добавлением индекса, например 1;
1а; 2; 2а и т. д. Плоскость уплотнения стержней указывают стрел-
кой, а плоскость разъема ящика — синей линией.
На чертеже отливки дополнительно дают пояснения об условиях
изготовления отливки. При изготовлении отливки по шаблону
желтым карандашом указывают профили шаблонов, а литниковую
систему прибыли и выпоры — красным карандашом. Места для
прилитых проб, ложные ребра (стяжки) отмечают красным каран-
•Дашом. Устанавливаемые в форму холодильники обозна-
чают зеленым карандашом с указанием размеров. Размеры отливки,
подлежащие проверке, обводят желтым кружком и на выносной
стрелке ставят соответствующий номер контрольного шаблона.
189
Техническая документация на изготовление отливок. После
разработки технологического процесса па изготовление отливки
и модельной оснастки приступают к составлению технологических
карт в соответствии с требованиями ЕСТД.
Рис. 144. Модельные плиты для изготовления от*
ливки шкива:
а — нижняя модельная плита: / — модель; 2 — плита;
$ — центрирующий штырь; 4 — модель питателей;
б —, верхняя модельная плита: / — плита; 2 — центри*
рующий штырь; 3 — модель; 4 — плита машины; 5 — мо-
дель шлакоуловителя
Технологическая карта является основным документом, в ко-
тором зафиксированы технологический процесс, методика и порядок
всех операций изготовления отливки. В операционно-технологиче-
ской карте указывают наименование детали, тип формовочной ма-
шины, число деталей на изделие, черную и чистую массу отливки,
способ формовки (по-сырому и по-сухому, со стержнями’или без
стержней), число деталей и стержней в форме и т. д.
190
Кроме того, в операционно-технологической карте кратко опи-
сывают основные технологические операции (формовку, сборку
А-А
Рис. 145. Стержневой ящик для отливки шкива
формы, изготовление и сушку стержней, заливку металла в формы,
выбивку отливки из формы, отбивку или отрезку литников и при-
былей, выбивку стержней из отливки, очистку отливки и т. д.).
Ф70
Рис. 146. Форма для отливки шкива
В картах указывают оборудование, основной и вспомогатель-
ный инструмент, нормы выработки в смену, разряд рабочего, число
191
рабочих, часовую тарифную ставку и расценки на одну отливку.
Все указания должны быть обязательно выполнены.
Техническая документация включает также чертежи отливки,
модельного комплекта, формы в сборе. '
На рис. 143 приведен технологический чертеж отливки шкива
компрессора с припусками на механическую обработку (указаны
. черным цветом), поверхностью разъема формы, формовочными укло-
нами. На плитах с моделями отливки шкива закреплены и модели
литниковой системы (рис. 144). Стержень для образования канавки
в ободе шкива изготовляют в металлическом стержневом ящике
(рис. 145), состоящем из двух частей, центрируемых штырем. Форма
в сборе и сечения элементов литниковой системы приведены на
рис. 146.
ГЛАВА IX
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
§ 1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
В Директивах XXIV съезда КПСС по 9-му пятилетнему плану
развития народного хозяйства СССР поставлены грандиозные за- ,
дачи перед машиностроителями нашей страны. В 1971—1975 гг.
предусматривается увеличить выпуск продукции по машинострое- :
нию и металлообработке в 1,7 раза. При этом производительность
труда в машиностроении должна увеличиться в 1,5—1,8 раза. Эти ''
задачи, как отмечается в Директивах XXIV съезда КПСС, могут
быть решены на основе развития научно-технического прогресса,
в частности, внедрения новой передовой технологии, превосходящей >
по своим технико-экономическим показателям лучшие отечествен- .
ные и мировые достижения.
Литейное производство поставляет литые заготовки практически
для всех отраслей машиностроения и приборостроения. Поэтому
повышение экономической эффективности литейного производства
является важнейшей задачей литейщиков. (
Каждое производственное предприятие работает на основе зада- 1
ний государственного плана, который оно обязано выполнять, )
/используя выделенные государством средства производства и внут- ]
. ренние резервы. Выполняя план, предприятие должно добиваться |
наибольшей экономической эффективности при наименьших затра- 3
тах. Поэтому весь коллектив предприятия должен строго соблю- |
дать режим экономии в расходовании материалов, топлива, электро- |
энергии, внедрять новейшие достижения науки и техники, передо- |
вого опыта, снижать себестоимость продукции. |
Себестоимость продукции — это сумма затрат предприятия на |
производство и сбыт продукции. На величину себестоимости влияет |
любое изменение в процессах производства. Себестоимость продук- 1
192
ции снижается в результате роста Производительности труда, сокра-
щения затрат на материалы/ топливо, электроэнергию, внедрения
прогрессивных технологических процессов, комплексной механи-
зации и автоматизации производства.
Важнейшими технико-экономическими показателями работы ли-
тейного цеха являются следующие:
выпуск годных отливок, т/год;
трудоемкость изготовления 1 т годных отливок, человеко-час,
выпуск годных отливок с 1 м2 общей площади литейного цеха, т;
выпуск годных отливок на одного работающего в цехе, т/год;
выпуск годных отливок на одного производственного рабочего,
т/год;
цеховая себестоимость 1 т годных отливок, руб./т.
Цеховая себестоимость складывается из суммы затрат на основ-
ные материалы (формовочные пески, глину, связующие, специаль-
ные добавки в смеси, шихтовые материалы и т. д.), производственное
топливо, заработную плату основных производственных рабочих
(формовщиков, стерженщиков, плавильщиков, заливщиков, обруб-<
щиков и т. д.), а также цеховых накладных расходов (на сжатый
воздух, воду, ремонт оборудования и оснастки, вспомогательные
материалы, заработную плату вспомогательных рабочих и т. д.).-
Себестоимость отливок, как видно из изложенного выше, во мно-
гом зависит от принятого варианта технологического процесса.
Поэтому правильный выбор технологического процесса, экономи-
чески оптимального для данных условий производства, является
важнейшей задачей технолога-литейщика.
Для обеспечения высоких технико-экономических показателей
производства предприятие должно систематически изыскивать воз-
можности повышения производительности труда, увеличения объема
выпускаемой продукции, улучшения ее качества, повышения эф-,
фективности использования основных фондов (оборудования, про-
изводственных площадей и т. д.), улучшения использования обо-
ротных средств (запасов материалов, топлива) и их экономии,
снижения себестоимости выпускаемой продукции, повышения
идейно-политического и ' профессионально-технического уровня
рабочих, техников, инженеров, а также улучшения условий
труда.,
Важнейшим условием обеспечения высоких технико-экономиче-
ских показателей производства является внедрение системы внутри-
заводского хозяйственного расчета. По каждому подразделению
завода расходы на производство продукции должны укладываться
в установленную для него величину или быть меньше. >
Сущность хозяйственного расчета заключается в организации
работы, обеспечивающей выполнение плана при минимальных
затратах на производство и сбыт продукции.
Различают хозяйственный расчет цехов, участков, бригад, от-
дельных рабочих мест (индивидуально-бригадный хозяйственный
расчет). 1
7 Титов
193.
При внедрении системы хозяйственного расчета цеха основными
технико-экономическими показателями являются следующие:
задание по объему производства (в тоннах отливок или их число
в стоимостном выражении — рублях, нормо-часах, в определенной
номенклатуре отливок);
лимиты (ограничения) численности рабочих и фонда заработной
платы;
задание по производительности труда;
общая сумма затрат по работам, выполняемым данным цехом.
Хозяйственный расчет участков и бригад включает меньшее
число показателей, чем для цеха, а именно:
задания по объему производства (в тоннах или число годных от-
ливок, установленных по номенклатуре);
общая сумма затрат на выполнение производственного задания.
Например, для бригад, обслуживающих плавильные печи, уста-
навливают нормы затрат шихтовых материалов, флюсов, энергии
в количественном выражении (тоннах, киловатт-часах), а также
в денежном выражении (рублях). При хозяйственном отношении
к выполнению производственного задания технико-экономические
показатели работы бригады, участка будут высокими.
Индивидуальный хозяйственный расчет является дальнейшей
формой хозяйственного расчета в цехе, на участке, в бригаде. Эта
форма хозяйственного расчета с каждым днем получает все более
широкое развитие на передовых предприятиях нашей страны.
Обычно индивидуальный хозяйственный расчет возникает по ини-
циативе самих рабочих, проявляющих истинное коммунистическое
отношение к труду, берущих на себя социалистические обязатель-
ства: добиться определенной экономии при выполнении производ-
ственных заданий.
Коммунистическое отношение к труду наиболее'полно раскры-
вается в массовом социалистическом соревновании, которое стало
важнейшим фактором успешного выполнения и перевыполнения
народнохозяйственных планов, роста производительности труда,
укрепления социалистической экономики нашей Родины.
§ 2. ЭКОНОМИЧНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ отливок
Экономичность технологического процесса изготовления отли-
вок зависит от большого числа факторов: сложности конфигурации
отливки, ее массы и размеров, состава сплава, характера производ-
ства (единичное, серийное, массовое), способа изготовления формы,
стержней и т. д.
Один из важных факторов, влияющих на технико-экономические
показатели, — это технологичность конструкции отливки, т. е.
степень ее соответствия оптимальным производственно-технологи-
ческим условиям изготовления при заданной программе выпуска.
Технологичность конструкции отливки — понятие комплексное;
194
его можно оценить с помощью показателей технологичности. Пока-
затели технологичности делят на две группы: расходные и унифи-
кационные. Расходные показатели определяют трудоемкость, ме-
таллоемкость, себестоимость отливки. Чем ниже трудоемкость,
металлоемкость, себестоимость отливки при изготовлении в литей-
ном цехе, а также трудоемкость, величина припусков на обработку,
себестоимость обработки отливки в механическом цехе, тем более
технологична ее конструкция.
Унификационные показатели определяют возможность типиза-
ции и стандартизации отдельных узлов отливки (платики, бобышки,
диаметры отверстий, толщины стенок), что позволяет применять
типовые технологические процессы, оснастку и приспособления при
ее изготовлении в литейном цехе и при ее последующей механиче-
ской обработке, снизить себестоимость отливок и повысить технико-
экономические показатели.
Общие принципы создания технологичных отливок и примеры
технологичных и нетехнологичных конструкций отливок в зави-
симости от способа изготовления и состава сплава были рассмотрены
в соответствующих разделах. Следует отметить, что технологич-
ность конструкции отливки, правильность найденного конструкто-
ром решения должны оцениваться технологами-литейщиками, спе-
циалистами по термической и механической обработке. Только после
такого анализа выбирают вариант конструкции отливки, обеспе-
чивающий высокие эксплуатационные показатели, минимальную
трудоемкость технологического процесса изготовления отливки,
термической и механической обработки.
Часто бывает так, что при заданной программе выпуска в усло-
виях данного производства изготовление той или иной отливки
экономически нецелесообразно. В этом случае заменяют литую де-
таль сварной,-сварно-литой или кованой. При необходимости выпол-
нения детали именно в литом варианте передают заказ на ее изготов-
ление другому литейному цеху или специализированному заводу.
Важным моментом является выбор материала для изготовления
отливки. Чугун обладает хорошими технологическими свойствами,
отливки из него дешевые. Выход годного при изготовлении из чу-
гуна сложных отливок составляет 50—60%, простых отливок 75—
80%.
Отливки из стали более дорогие, так как требуются на плавку
стали большие энергозатраты, повышается расход свежих формо-
вочных материалов, увеличивается расход сплава на литниково-
питающую систему. Выход годного составляет 35—70%.
Алюминиевые и магниевые сплавы дорогие, их применяют в слу-
чаях, когда отливка должна обладать малой массой, определенной
теплопроводностью, коррозионной стойкостью.
Медные сплавы дорогие, но обладают рядом ценных свойств —
высокой теплопроводностью, электропроводностью, коррозионной
стойкостью, низким коэффициентом трения, их применяют в спе-
циальных конструкциях машин.
7*
195
Если принять стоимость 1 т отливок из чугуна за единицу, то
относительная стоимость отливок из различных сплавов будет:
_ Стоимость
Сплавы отливок
Чугун: серый ..................................... . 1,0
высокопрочный ...............................1,1—1,3
ковкий.......................................1,2—1,5
Сталь: углеродистая ................................1,5—2,0
высоколегированная...........................6,0—8,0
Медные..............................................6,0—8,0
Алюминиевые и магниевые..............................8,0—10,0
Себестоимость отливок зависит также от способов их изготовле-
ния. Многие специальные способы литья позволяют повысить точ-
ность отливок, уменьшить припуски на механическую обработку,
повысить производительность труда за счет автоматизации трудоем-
ких технологических операций. Однако окончательное решение о це-
лесообразности изготовления отливки тем или иным способом может
быть принято только после подробного расчета технико-экономи-
ческой эффективности с учетом особенностей номенклатуры отливок
и условий производства.
При увеличении серийности выпуска (объема производства)
трудоемкость изготовления и себестоимость отливок уменьшаются,
с уменьшением серийности выпуска трудоемкость изготовления и
себестоимость отливок резко возрастают.
С уменьшением серийности увеличиваются удельные затраты на
изготовление оснастки (моделей, стержневых ящиков, пресс-форм,
кокилей и т. д.). В мелкосерийном производстве необходимо приме-
нять наиболее дешевую оснастку, изготовление которой требует
минимальных затрат труда и материалов. Поэтому многие способы
литья, требующие дорогостоящей оснастки (литье под давлением,
в оболочковых формах), не применяют в единичном или мелкосерий-
ном производстве. Однако литейщики постоянно работают над со-
вершенствованием, упрощением и удешевлением технологической
оснастки. Например, крупные единичные отливки можно изготов-
лять литьем в формы с газифицируемыми моделями. Трудоемкость
изготовлений' таких моделей в 2—5 раз меньше, чем деревянных.
Это позволяет резко сократить затраты труда, снизить себестои-
мость отливок и сократить время их изготовления.
- С увеличением серийности выпуска отливок экономически целе-
сообразно применять более совершенную, хотя и дорогостоящую
оснастку. При этом экономически выгодно широко использовать
автоматизацию производственных процессов, транспортных опера-
ций. В результате трудоемкость и себестоимость отливок могут
быть резко снижены. Особенно значительный эффект снижения
трудоемкости с увеличением серийности выпуска достигается при
литье способами, требующими дорогостоящей оснастки. Ниже при-
веден пример изменения трудоемкости изготовления отливок по
выплавляемым моделям в зависимости от серийности выпуска:
196
Соответственно изменяется
себестоимость 1 т отливок по вы-
плавляемым моделям от 4000 до
800—900 р. Широкое внедрение
специализированных цехов и
литейных заводов, выпускающих
Годов'ой выпуск
отлнвок,
шт.
25
50
150
500
Трудоемкость изго-
товления одной
отливки, нормо-
часы
2000—3000
1200—1800
800—500
400—500
определенную номенклатуру от-
ливок, позволит повысить технико-экономические показатели про-
изводства и качество отливок.
При оценке экономичности изготовления- отливок важно учиты-
вать также стоимость материалов, применяемых для изготовления
форм и стержней.
Например, литьем в оболочковые формы можно получать от-
ливки из стали, чугуна, медных сплавов с повышенной точностью
размеров и чистой поверхностью. При этом достигается экономия
в результате уменьшения черной массы отливок и припусков на
механическую обработку, повышения производительности при
изготовлении форм и стержней, снижения трудоемкости обрубных
и очистных работ. Ниже приведены данные сравнительной трудоем-
кости операций изготовления отливок в сырых песчаных формах
и в оболочковых формах.
Трудоемкость изготовления 1 т отливок
из серого чугуна, ч
'МЫ
Операции песчаные оболочковые
Приготовление смеси .... 3 0,5
Формовка . . 10 5
Выбивка 2 0,5
Очистка отливки . . 10 5'
Прочие операции ...... . . 15 15
Итого . . . 40 , 26
В состав смесей для изготовления оболочковых форм входит
дорогостоящее связующее — пульвербакелит (ПК-104), поэтому,
несмотря на 10-кратное уменьшение расхода смеси на изготовление
оболочек по сравнению с песчаными формами, во многих случаях
перевод деталей на литье в оболочковые формы оказывается неце-
лесообразным. Производственный опыт и технико-экономический
анализ показывают, что на литье в оболочковые формы наиболее
целесообразно переводить сложные по конфигурации отливки,
требующие применения стержней, трудоемкие по очистке и механи-
ческой обработке, изготовляемые из поковок или сваркой. Правиль-
ный выбор номенклатуры деталей для литья в оболочковые формы
и автоматического оборудования позволяет на 30—50% снизить
общую трудоемкость и на 20—30% себестоимость изготовления отли-
вок по сравнению с литьем в песчаные формы.
197
При оценке целесообразности перевода деталей на лйтье в ме-
таллические формы (кокили) следует учитывать, что при литье
в кокиль в 2—3 раза уменьшаются припуски на механическую
обработку и увеличивается выход годного до 75—90%, резко сокра-
щается, а иногда и полностью устраняется необходимость приме-
нения формовочных и стержневых смесей, исключаются трудоемкие
операции формовки, сборки и выбивки форм, что создает условия
для полной механизации и автоматизации технологического про-
цесса .
Наряду с этим следует учитывать высокую стоимость металли-
ческих форм и их ограниченную стойкость. Например, при литье
чугуна серийность должна составлять не менее 400 отливок в год,
а при литье алюминиевых сплавов 400—700 отливок в год. Поэтому
важными практическими задачами расширения области применения
этого прогрессивного технологического процесса являются изыска-
ния способов повышения стойкости металлических форм и уменьше-
ния трудоемкости их изготовления. Однако достигнутый уровень
технологии и автоматизации литья в металлические формы позво-
ляет снизить себестоимость изготовления отливок на 15—30% по
сравнению с литьем в песчаные формы.
При оценке целесообразности перевода деталей на литье под
давлением также следует анализировать достоинства и недостатки
этого способа.
Вследствие высокой стоимости пресс-форм применять литье под I
давлением целесообразно в массовом и крупносерийном произвол- I
стве отливок из легких сплавов (алюминиевых и магниевых), цинко- 1
вых и медных. Возможность полной автоматизации технологиче--1
ского процесса, начиная от заливки металла в форму и кончая об- |
рубкой и зачисткой заусенцев, открывает широкие перспективы 1
использования этого прогрессивного способа литья.
Себестоимость отливок, полученных литьем под давлением, |
также зависит от серийности выпуска, сложности конфигурации, |
массы, состава сплава и других показателей. . |
При оценке экономической целесообразности перевода отливки j
с существующего технологического процесса на новый, проектируе- |
мый, пользуются единой методикой определения экономической i
эффективности внедрения новой техники, механизации и автома- 1
тизации в промышленности. Для этого подсчитывают себестоимость
изготовления отливки по каждому варианту технологического
процесса. Ожидаемый годовой экономический эффект (в рублях)
от внедрения новой технологии определяют по формуле j
9=[(C1 + EK1)-(C2. + E^)\N, \ 1
где N — годовая программа выпуска отливок, шт.; Сг — себе- 1
стоимость 1 т отливок по старой технологии, руб.; Са — себестои- )
мость 1 т отливок по новой технологии, руб.; /С(, — основные
фонды на 1 т отливок по старой и новой технологии соответственно; ••
Е — нормативный коэффициент экономической эффективности.
198
Рентабельность технологического процесса по основным фондам
определяют по формуле
р__10% себестоимости
- Основные фонды
Если ожидаемый экономический эффект достаточно высок,
чтобы рентабельность соответствовала установленным нормам,
новый технологический процесс должен быть внедрен в производ-
ство.
§ 3. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ эффективности
ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Пути повышения экономической эффективности производства
четко определены Директивами XXIV съезда КПСС. Основой
повышения экономической эффективности является технический
прогресс. Технический прогресс — это процесс совершенствования
производства, технологических методов и форм организации труда
и производства, состоящий в непрерывном совершенствовании
производства на базе новой техники, научных достижений и пере-
дового опыта.
Технический прогресс включает создание новых, прогрессивных
методов производства (новых машин, материалов), технологических
процессов обработки материалов, новых форм организации труда и
производства, обеспечивающих наиболее высокую производитель-
ность труда.
К основным направлениям технического прогресса относятся:
1. Электрификация производства — широкое применение элек-
трической энергии для технологических процессов, орудий труда,
управления и контроля производства. Например, в Директивах
XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития на 1971—
1975 гг. указывается на необходимость широкого внедрения элект-
рических индукционных печей для плавки, особенно чугуна. Это,
как указывалось ранее, позволяет повысить качество чугунных
отливок, сократить расход топлива, более успешно внедрять ав-
томатизацию процессов, повысить экономическую эффективность.
2. Комплексная механизация и автоматизация производства —
замена ручного труда все более сложным комплексом машин-авто-
матов, выполняющих основные и вспомогательные технологические
операции и процессы контроля и управления. Особенно важным
это направление является для литейного производства, представляю-
щего комплекс трудоемких и тяжелых работ. Все более широко
внедряются автоматические комплексы изготовления форм, приго-
товления формовочной и стержневой смеси, изготовления стерж-
ней, заливки металла в формы, выбивки и очистки отливок. За годы
пятилетки в строй действующих вступят десятки автоматических
линий, что существенно изменит облик литейного производства,
позволит получать отливки высокого качества при высокой эконо-
мической эффективности, улучшит условия труда литейщиков.
199
3. Химизация производства — Применение достижений совре-
менной химии — новых синтетических материалов, внедрение мето-
дов химической технологии обработки материалов.
В литейном производстве широко используют новые связующие,
затвердевающие при контакте с нагретой модельной оснасткой,
а также холоднотвердеющие связующие. Литье оболочковое, по
выплавляемым моделям и по газифицируемым моделям является
отражением широкого использования достижений химии в совре-
менном литейном производстве.
Таким образом, технический прогресс в литейном производстве
базируется на достижениях естественных наук и их приложении ;
к решению непосредственно производственных задач. Успешное
использование передовой техники и технологии в литейном произ-
водстве способствует быстрейшему решению грандиозной задачи,
стоящей перед нашей Родиной, — построения материально-техни-
ческой базы коммунизма.
Раздел второй
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
ГЛАВА I
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФОРМЫ С МЕТАЛЛОМ
§ 1. ГАЗЫ В ОТЛИВКАХ
Отливки часто бывают поражены газовыми раковинами и пори-
стостью (рис. 147). Газовые раковины — это пустоты в теле отливки,
имеющие чистую, гладкую, неокисленную или с небольшими цве-
тами побежалости поверхность. Газовые раковины как всякая
Рис. 147. Газовые раковины в отливке
несплошность отливки снижают ее прочность и поэтому являются
недопустимым дефектом отливки. Отливки, имеющие газовые рако-
вины, обычно бракуют.
Газы в металле отливок могут быть в виде растворов и хими-
ческих соединений.
Газы, растворенные в металле, ухудшают пла-
стичность металла, при выделении из раствора они могут вызвать
появление раковин и пористости в отливках. Пористость ухуд-
шает качество отливок, но может быть исправимым браком.
Газы, содержащиеся в металле в виде
химических соединений, снижают механические свой-
ства отливок, могут; вызвать трещины, межкристаллитный излом
Я т. д. .
201
Растворимость газов в расплавах. Металлы и сплавы растворяют
значительное количество газов в жидком и твердом состояниях.
Расплав может насыщаться газами при загрузке в плавильную
печь сырой, ржавой или покрытой маслом шихты, из воздуха, пода-
ваемого в печь для горения топлива, из влажного топлива, руды,
флюсов и т. д., а также от длительного соприкосновения расплава
с атмосферой печи, газы которой способны растворяться в жидком
сплаве.
Растворимость газа в расплавах подчиняется закону Сивертса:
где s — количество газа, растворенного в расплаве, см®/100. г,
ръ Pi — парциальные давления газа соответственно в окружающем
пространстве и в сплаве; К — константа растворимости, зависящая
от температуры.
Растворимость газа в жидком сплаве возрастает с увеличением
его парциального давления над зеркалом сплава. С повышением
температуры растворимость газа, не образующего с металлом
химических соединений, увеличивается. Если газ образует с ме-
таллом химическое соединение, то с повышением температуры его
растворимость уменьшается. Наибольшей растворимостью в чер-
ных сплавах обладают водород, азот и кислород. Водород в растворе <
находится в ионном состоянии, в чистом железе при 1550° С раство-
ряется 27,8 см3/100 г. Однако содержание водорода в стали обычно
не превосходит 10—20 см3/100 г. Водород в стали и цветных сплавах
является причиной образования пор, флокенов или трещин.
Кислород в жидких сплавах находится в виде окислов FeO,
МпО, А12О3 и т. д. Форма, в которой в жидких сплавах присутст-
вует азот, точно не установлена, однако есть предположение, что
в железоуглеродистых сплавах азот находится в виде нитридов
железа, кремния, титана и других элементов.
Растворимость газов резко уменьшается с повышением темпе-
ратуры, поэтому при кристаллизации сплавов из них могут выде-
ляться газы. Считают, что наибольшей склонностью к образованию
-самостоятельной фазы (пузырьков) обладает водород.
Окись углерода растворяется в металлах незначительно, по-
этому предполагают, что в жидкой стали окись углерода образуется
в результате химических реакций. Многоатомные газы непосред-
ственно не растворяются в металле, но они могут диссоциировать
с выделением, например, водорода, который растворяется в металлах.
Образование газов при химических реакциях. К таким реакциям
относится реакция восстановления закиси железа FeO углеродом
в нераскисленной стали:
FeO4-C = Fe-FCO. (9)
Если реакция восстановления закиси железа углеродом не заканчи-
вается до заливки стали в форму, то она продолжается и в стали,
залитой в форму, а пузырьки СО из-за высокой скорости охлажде-
202
ния стали в форме остаются в отливке, в результате образуются
раковины.
При литье медных сплавов, вследствие недостаточной их рас-
кисленности, может происходить восстановление- окиси меди угле-
родом, входящим в состав покрытий форм:
CuO + C = Cu+CO.
Эта реакция происходит наиболее интенсивно в зоне высоких
температур — вблизи питателя и часто приводит к образованию ра-
ковин в отливках.
Влага, содержащаяся в формо-
вочной смеси, при прогреве формы
жидким металлом испаряется, в
результате при литьё железоугле-
родистых сплавов может протекать
реакция
Fe + Н2О = FeO 4- Н2.
Выделяющийся водород может
растворяться в металле, a FeO,
взаимодействуя с углеродом сплава
по реакции (9), создает условия
для образования СО и соответст-
венно раковин в отливках.
Механическое замешивание га-
зов в металл. Это возможно при
заполнении формы металлом пу-
тем инжекции воздуха и газов, а
Рис. 148. Образование разрежения
и инжекция газов при заливке че-
рез литниковую чашу (а) и из сто-
порного ковша (б)
также внедрения газов в отливку с поверхности газового потока.
Инжекция воздуха происходит при течении жидкого металла через
каналы литниковой системы. Движущийся металл может захватить
воздух еще в литниковой чаше или воронке. Поэтому конструкция
чаши должна обеспечивать не только отделение частиц шлака от
металла, но и от пузырьков воздуха. Уровень металла в чаше необ-
ходимо поддерживать максимальным, исключающим образование
вихревых воронок (см. рис. 82, а), способствующих засасыванию
воздуха в стояк. Воздух и газы также будут засасываться через
газопроницаемые стенки каналов литниковой системы в местах,
где возможно разрежение (рис. 148) из-за большой скорости дви-
жения металла или из-за обтекания металлом острых углов.
Если пузырьки воздуха и газов, попавшие в металл, не задер-
живаются в шлаковике или других каналах литниковой системы,
то они попадают в отливку, что вызывает образование в ней газовых
раковин и пористости. Поэтому литниковая система должна быть
заполненной, давление во всех ее местах должно быть положитель-
ным и больше давления газов в стенках ее каналов.
Внедрение газов в отливку с поверхности раздела металл—форма.
При заливке металла происходит разложение газотворных веществ
203
формы с выделением паров и газов. Увеличение объема газов в по- |
рах формовочного материала вызывает повышение в них газового |
давления. Поры в формовочном материале не являются изолирован-
ными, поэтому при избыточном давлении выделяющиеся газы уда-
ляются через форму в атмосферу. Таким образом, в форме, залитой
металлом, наряду с тепловым режимом устанавливается также опре-
деленный газовый режим. Величина давления газов в порах форм и
стержней зависит от скорости выделения и отвода газов, а также .
от объема пор, являющихся в данном случае емкостями и каналами,
по которым движутся газы. В свою очередь, процессы газовыделе-
ния и газоотвода зависят от газотворности и газопроницаемости
формовочных смесей. ,’Я
Газовый режим формы очень влияет на качество отливки, в част- Я
ности, на возможность возникновения ужимин, пригара, вскипа и Я
на образование газовых раковин. '-Я
Проникновение газов из формы в металл. Источниками газов, 1
-выделяющихся из формы в момент заливки и при дальнейшем охла- я
, ждении отливки, могут быть: 1
1) воздух, заполняющий поры в форме и расширяющийся при 1
нагревании; Я
2) влага, находящаяся в формовочной смеси и испаряющаяся, Я
особенно при заливке по-сырому; у
3) органические примеси, случайно попавшие в смесь или вве- j
денные в виде добавок (угля, связующих); «•
4) воздух, вытесняемый струей металла при заливке;
5) химические реакции на поверхности металл —форма.
Выделяющиеся из формы пары и газы создают на поверхности у
соприкосновения формы и металла повышенное давление.
Если сопротивление формовочной смеси движению газов от по- |
верхности раздела металл—форма в глубь формы будет больше, I
то создаются условия для проникновения газов в жидкий металл
и образования газовых пузырьков на его поверхности. По мере ;
поступления газа в полость пузырька из пор формы его размеры .
увеличиваются, и, наконец, наступает момент, когда под действием л
подъемной силы он всплывает. Если продолжительность всплыва- *
ния газовых пузырьков будет меньше времени заливки формы, то
газовые раковины могут не образоваться. Это возможно при малой <
скорости заливки. Однако всплывающие газовые пузырьки остаются I
б отливке при образовании корки затвердевающего металла. В этом j|
Случае возможно появление газовых раковин в отливке. Я
Проникновение пузырьков газа в отливку прекращается в момент Я
образования достаточно прочной затвердевшей корки металла на т
поверхности отливки. Такая корка быстро образуется при изготов-
лении отливок из чистых металлов и эвтектических сплавов с узким
интервалом кристаллизации. Причиной появления в отливках из
этих сплавов газовых раковин чаще всего бывают пузыри газа,
образующиеся в момент после начала заливки. В отливках из широ-
коинтервальных сплавов, затвердевающих с большой двухфазной J
204
зоной (твердо-жидкой), образующиеся пузырьки газа при всплы-
тии испытывают дополнительное сопротивление растущих кристал-
лов, а сплошная корка твердого металла в этом случае образуется
на поверхности формы позже. Поэтому при литье широкоинтерваль-
ных сплавов опасность возникновения раковин от сопротивления
растущих кристаллов больше.
Меры предупреждения образования газовых раковин и пористо-
сти в отливках. Газовые раковины и пористость в отливках можно
уменьшить только при соблюдении строгой технологической дис-.
циплины на всех этапах изготовления отливки — от приготовления
жидкого металла до заливки формы и затвердевания отливки. Меры
по борьбе с газовыми дефектами в отливках разделяют на три
группы.
К первой группе относят меры, предупреждающие
насыщение сплава газами в процессе плавки. Большое значение
имеет подготовка качественных шихтовых материалов, например
1 % ржавчины в стальной шихте вносит в плавильный агрегат около
2,5 м3 газов на 1 т жидкого металла. Поэтому шихтовые материалы
перед плавкой необходимо тщательно очищать от ржавчины, масла,
влаги.
Для предотвращения насыщения сплавов газами при плавке
в печи на поверхности зеркала сплава наводят слой флюса, а также
применяют плавку в среде защитного газа, инертного по отношению
к жидкому сплаву. При плавке сплавов для особо ответственных
отливок шихту подвергают сушке или прокалке, а иногда вакууми-
рованию.
Плавку и заливку металлов и сплавов, применяемых для отли-
вок, в которых содержание газов должно быть минимальным, обычно
производят в вакуумных плавильно-заливочных агрегатах. К этим
металлам и сплавам относятся титан и его сплавы, молибден, спе-
циальные высокопрочные сплавы.
Ко второй группе относят меры, предусматривающие
дегазацию жидкого сплава вне плавильного агрегата перед заливкой
в форму или в процессе заливки — это вакуумирование сплава
в ковше, разливка в вакуумных установках, обработка сплава
ультразвуком, а также продувка сплавов инертными газами, напри-
мер хлором, азотом, аргоном. Последний способ наиболее широко
применяют при приготовлении алюминиевых сплавов.
Хлор, взаимодействуя с алюминием, образует газообразный
хлористый алюминий А1С13. В пузырьки, пронизывающие жидкий
сплав, диффундирует водород, растворенный в сплаве. Пузырьки,
содержащие водород, всплывают на поверхность зеркала сплава,
вынося водород из ванны.
На практике широко используют выдержку алюминиевых спла-
вов перед разливкой, при этом сплав медленно охлаждается и рас-
творенные газы выделяются из него. Затем сплав быстро нагревают
до заданной температуры и заливают в формы. Этот способ удале-
ния газов называется вымораживанием. Однако количество газо-
205
вых раковин и пористости в алюминиевых отливках можно умень-
шить не только удалением газов из жидкого металла, но и с помо-
щью торможения этого процесса, например кристаллизацией ме-
талла под давлением 4—5 ат в автоклавах по способу акад. А, А. Боч-
вара и проф. А. Г, Спасского (см. раздел шестой, гл. II).
К третьей группе относят меры, улучшающие качество
формы. Главное внимание обращают на соблюдение направленного
газового потока от отливки в форму. Большое значение имеет вывод
газов через стенки формы и знаки стержней. Упрощенная схема
газовых потоков в форме приве- '
дена на рис. 149'
Для предупреждения образова-
ния газовых раковин в отливках
необходимо принимать следующие
меры:
1) увеличивать газопроницае-
мость формы и стержня;
2) снижать влажность формо-
вочной смеси;
3) увеличивать газопроницае-
мость формовочной и стержневой
смеси;
Рис. 149. Схема газовых потоков 4) подсушивать формы;
в форме 5) покрывать поверхность фор
мы материалами, улучшающими
смачиваемость формы, в частности, графитовыми припылами;
6) использовать формовочные и стержневые смеси с минималь-
ной газотворной способностью.
Следует отметить, что газовые раковины, образующиеся из-за
некачественной подготовки формы, особенно часто встречаются в от-
.ливках из чугуна и цветных сплавов. Отливки из стали меньше под-
вержены таким газовым раковинам, так как сталь заливают
с меньшим перегревом и при заливке быстро образуется прочная
корка, которая мешает проникновению газов формы в отливку.
§ 2. ТЕПЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛА НА ФОРМУ
В период заливки, затвердевания и охлаждения металл отдает
теплоту форме конвекцией, излучением и посредством теплопровод-
ности. Чем дольше протекает металл по определенному участку
формы и находится в ней в жидком состоянии, тем сильнее прогре-
вается поверхность формы и тем медленнее остывает отливка,
В результате нагрева формы ‘на поверхности контакта металла и
формы интенсивно развиваются тепловые, физико-химические и
механические процессы, которые проходят в период заливки и
затвердевания металла. Вследствие этих процессов на поверхности
отливки образуется пригар — трудно отделимый от поверхности
отливки слой из металла, его окислов и частиц формовочной смеси
206
(рис. 150). Пригар ухудшает поверхность отливки, увеличивает
трудоемкость ее очистки и резко снижает стойкость инструмента
при механической обработке.
Особенно значительный пригар образуется на стальных отлив-
ках. Это объясняется тем, что сталь заливается в форму при высо-
кой температуре, поэтому физико-химические процессы между
отливкой и формой развиваются наиболее интенсивно. Различают
два вида пригара — химический и механический.
Такое условное деление пригара необходимо для наглядного пред-
ставления и выяснения причин его возникновения и для предупре-
ждения его при изготовлении
отливок. В действительности,
пригар — явление комплекс-
ное.
Химический пригар обра-
зуется на отливках в период
охлаждения и усадки, т. е.
в период соприкосновения
формы с полузатвердевшим
или затвердевшим металлом,
еще имеющим высокую тем-
пературу. Химический при-
гар появляется в основном
на отливках из стали и чугу-
на, при температуре заливки
которых могут образоваться
жидкие силикаты. Химиче-
ский пригар появляется так-
Рис. 150. Слой пригара на отливке
же, если компоненты стали
или чугуна и поверхностного слоя формы имеют химическое срод-
ство и высокая температура на поверхности соприкосновения сплава
с формой поддерживается в течение определенного времени.
При образовании химического пригара на стальных отливках
происходят следующие реакции:
Fe + ^O2 = FeO;
(из ,
стали) ф3 ПОР
формы)
2FeO+2SiO.2 = 2FeO • SiO2.
(сталь) (песок) (файялит)
Из этих реакций видно, что в результате окисления поверхно-
сти стальной отливки образующиеся окислы железа соединяются
с кремнеземом формы SiO2, образуя файялит, который имеет темпе-
ратуру плавления ниже температуры кремнезема SiO2 и стали.
Файялит — жидкоподвижное соединение, проникающее в толщу
формы. В результате на поверхности отливки образуется химиче-
ский пригар—слой, состоящий из файялита, обволакивающего
зернй песка.
207
Доказано, что спекшийся слой пристает к отливке только при
определенных условиях, а .также вполне возможно получение на
отливках легкоотделимого слоя пригара.
Легкоотделимый слой пригара содержит много окислов металла,
до 15—20% стекловидного вещества и имеет аморфное строение]
а трудноотделимый слой пригара — кристаллическое строение. 1
На появление химического пригара очень влияет присутствия
в формовочной смеси окислов щелочных и щелочно-земельных ме*
таллов, образующих с закисью железа силикаты сложного состава
с низкой температурой плавления. Эти силикаты могут проникать
между песчинками, образуя пригарную корку. Поэтому для умень-
шения химического пригара необходимо применять формовочные
пески с минимальным содержанием вредных примесей — окислов
щелочных и щелочно-земельных металлов.
Интенсивность образования пригара зависит также от состава
газовой среды вокруг отливки. Поэтому создание определенной га-
- зовой среды вокруг отливки является одним из средств борьбы с при-
гаром. Например, при литье чугуна, медных сплавов создание вос-
становительной атмосферы способствует устранению пригара. Для
Этого при литье чугуна в формовочную смесь вводят углеродистые
добавки, например мазут, молотый уголь, при разложении которых
под действием теплоты металла в форме образуется восстановитель-
ная газовая среда. При литье стали в форме создают окислительную
среду, для чего в формовочную смесь добавляют марганцевую руду,
пятиокись ванадия V2O5 и др.
Чтобы облегчить отделение пригара от отливки, поверхности
формы и стержней покрывают противопригарными красками. На-
пример, при изготовлении форм крупных стальных отливок приме-
няют краски на основе хромистого железняка, который должен
содержать не менее 36% окиси хрома, а также быть размолотым
в порошок и просеянным через сито с ячейками 1 х 1 мм. Состав
краски в % по объему: 88 хромистого железняка, 10—12 патоки,
2 декстрина; воды до необходимой вязкости. Поверхность формы
покрывают краской слоем от 1,5 до 4 мм. Формы сушат при 360—
380° С.
Для предупреждения химического пригара на отливках из
чугуна и медных сплавов формы и стержни покрывают графитовой
•или коксографитовой краской. Добавка в краску графита или кокса
‘ предотвращает образование окислов на поверхности отливки. С этой
же целью поверхность сырых песчаных форм для чугунных отливок
опрыскивают мазутом.
Механический пригар образуется вследствие механического про-
никновения жидкого металла между песчинками на поверхности
формы и стержней под действием напора жидкого металла в период
его заливки и затвердевания, т. е. связкой пригоревшей смеси к от-
ливке служит сам металл. Механический пригар трудно удалить
с поверхности отливки из-за образования прочной корки, состоя-
щей из формовочной смеси, пропитанной металлом (металлизация
208
формы или стержня). Эти отливки очень трудно обрабатывать, так
как часто ломается режущий инструмент и обычными резцами
пригар не может быть удален.
Образование механического пригара зависит от ряда факторов:
свойств металла, его перегрева и плотности, свойств формы и кон-
струкции отливки. Чем меньше вязкость металла и выше удельная
теплоемкость, теплота кристаллизации и температура заливки ме-
талла в формы, тем больше опасность образования механического
пригара. Для проникновения жидкого металла в поры формы тре-
буется определенный критический напор металла (высота столба).
Металл в поры формы может проникнуть только, когда гидростати-
ческий напор превзойдет капиллярное давление металла в порах-
формы, зависящее от поверхностного натяжения его, угла смачива-
ния металлом песчинок, размера пор.
Также важным фактором является вязкость металла, зависящая
от температуры металла. Чем ниже температура, тем выше вязкость.
При заливке в форму поверхностные слои металла охлаждаются,
резко увеличивается вязкость, затрудняется проникновение ме-
талла в толщу формы. В период заливки или непосредствен-
но после заливки проникновение металла в толщу формы не-
велико.
Механический пригар на отливках образуется обычно через не-
которое время после заливки, когда форма и стержень подвергаются
тепловому и механическому воздействию жидкого металла. В ре-
зультате усадки затвердевающего металла, химического воздействия
окислов металла и участков формы, соприкасающихся с отливкой,
создаются новые поры, несплошности и рыхлоты. В эти поры и про-
никает жидкий металл из центральных зон отливки через полуза-
твердевшие поверхностные зоны.
Если корка затвердевшего металла в форме образуется в первый
период после заливки, то благодаря замедленной теплоотдаче она
расплавится частично или полностью, и механический пригар на
отливке увеличится. Поэтому механическим пригаром поражаются
участки формы с затрудненной теплоотдачей, прогревающиеся до-
вольно быстро до высоких температур.
Механический пригар может образоваться вследствие недостаточ-
ной плотности форм и больших размеров пор между зернами песка.
Чем слабее уплотнена форма, тем глубже проникает металл в поры
формы и тем больше механический пригар. Чем крупнее песок, тем
больше в нем пор, а следовательно, легче образуется механический
пригар.
Механический пригар часто появляется на высоких отливках
с большой относительной толщиной стенок. Внутренние углы и
карманы высоких отливок, особенно в частях, расположенных внизу
формы, очень подвержены механическому пригару.
Механический пригар иногда сопровождается более слабым или
более сильным химическим пригаром в зависимости от условий.
Таким образом, чисто механический пригар маловероятен.
209
Возникающий на отливках пригар можно назвать физико-хими-
ческим, так как на поверхности формы и стержня происходят хими-
ческие реакции, способствующие пригару.
Пригар на отливках можно устранить:
1) снижением температуры заливки металла;
2) выбором формовочной смеси надлежащей зернистости и уплот-
нением рабочей поверхности формы;
3) припыливанием (при литье чугуна) поверхности сырой формы
каменноугольной пылью, выделяющей при заливке чугуна в форму
газы, давление которых препятствует проникновению в форму;
4) покрытием сухих форм защитными красками или красками,
уменьшающими поверхностную пористость; наиболее распростра-
ненной краской для форм стальных отливок является маршалито-
вая,- содержащая не менее 98% маршалита (пылевидного кварца)
с добавкой какого-либо связующего и воды (плотность краски по
ареометру 1,15—1,25);
5) уменьшением пор в формовочной и стержневой смеси введе^
нием маршалита (30—40%), мелкозернистого кварцевого песка, мо*|
логого кварца. 1
Для предупреждения образования механического пригара на)
крупных стальных отливках применяют специальные облицовочные
смеси, которые приготовляют с добавкой хромистого железняка,
просеянного через сито с ячейкой 3x3 мм1.
Иногда при использовании некачественных формовочных ма*
териалов с недостаточной огнеупорностью на поверхности отливки
вследствие расплавления или шлакования формовочной смеси обра-
зуется термический пригар. Этот пригар устраняется заменой фор-
мовочных материалов более огнеупорными.
§ 3. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СПЛАВОВ В ФОРМЕ
Залитый в форму металл при охлаждении начинает кристаллизо-
ваться. Кристаллизация — это процесс образования кристаллов
при переходе из жидкого или газообразного состояния в твердое,
а также при превращении одной фазы в другую в процессе остыва-
ния затвердевающего сплава. Образование кристаллов при переходе
из жидкого или газообразного состояния в твердое называют пер-
вичной кристаллизацией, а изменение формы кри-
сталлов в твердом состоянии называют вторичной кри-
сталлизацией. От первичной кристаллизации зависит и вто-
ричная кристаллизация. Поэтому первичная кристаллизация яв-
ляется важнейшим фактором, определяющим механические и
другие свойства отливки.
Для образования кристалла из расплава необходим зародыш
или центр кристаллизации. При определенных условиях из заро-
дыша вырастает кристалл. Зародыши кристаллизации могут иметь'
различное происхождение. Некоторые зародыши образуются само-
произвольно в переохлажденном расплаве при быстром охлаждении.
210
В жидком состоянии атомы движутся беспорядочно и при умень-
шении свободной энергии (охлаждении сплава) они способны обра-
зовать группы в виде зародышей кристаллизации. Однако центрами
кристаллизации могут стать только зародыши некоторой критиче-
ской величины. Кроме самопроизвольно образующихся зародышей
в сплаве всегда присутствуют зародыши в виде примесей — про-
дуктов реакций металлургических процессов в ванне печи и на
поверхности футеровки. Эти зародыши также являются центрами
кристаллизации.
Для начала кристаллизации необходимо уменьшить свободную
энергию, т. е. переохладить сплав, отвести некоторое количество
теплоты, чтобы на имеющихся в сплаве зародышах начался рост
кристаллов. Такое переохлаждение сплава и максимальное число
центров кристаллизации наблюдается вблизи стенок формы. По-
этому затвердевание отливки всегда начинается у стенок формы.
Рост первичного кристалла. Из зародыша кристаллизации мо-
жет вырасти кристалл, если сплав продолжает охлаждаться. Форма
и внутреннее строение первичного кристалла зависят от скорости
охлаждения, поверхностного натяжения на границе между твердой
и жидкой фазами и от числа активных зародышей в единице объема
расплава.
Чем больше центров кристаллизации, тем мельче будут кри-
сталлы, и наоборот. Вследствие быстрого охлаждения сплава на по-
верхности отливки образуются мелкие кристаллы; в средней части
отливки, где охлаждение медленное, происходит более свободный
рост столбчатых кристаллов по направлению к центру отливки.
В центральной части отливки образуются более крупные равноос-
ные кристаллы, ориентированные беспорядочно.
В зависимости от различных факторов, влияющих на первичную
кристаллизацию, строение отливки определяется видом и взаимным
расположением кристаллов затвердевающего сплава. Структура от-
ливки, затвердевшей в песчаной или металлической форме, может
иметь кристаллы трех видов: столбчатые или дендритные, с парал-
лельным расположением больших осей, глобулярные (шаровые) —
округлой или шестигранной формы и смешанные с беспорядочной
ориентацией осей.
Если столбчатые кристаллы простираются до оси симметрии се-
чения отливки, то такую структуру называют транскристаллической
(рис. 151, б), а процесс образования такого строения — транс-
кристаллизацией.
Кроме того, по величине кристаллов различают мелкозернистое
и крупнозернистое строение.
Наибольшей прочностью и пластичностью обладают отливки
с мелкими, шаровидными кристаллами. Худшими свойствами об-
ладают отливки, имеющие столбчатую кристаллическую или транс-
кристаллическую структуру.
В фасонных отливках обычно присутствуют кристаллы трех ви-
дов. Наружная зона / около стенок формы состоит из шаровидных
211
зерен, а иногда даже из тонких игл; средняя зона // — из дендри-
тов, а центральная зона III — из равноосных беспорядочно ориенг
тированных кристаллов. Стальные и чугунные отливки имеют боле<
развитую зону смешанных кристаллов, а отливки из цветных сила-
вов — все перечисленные зоны. Это объясняется составом сплаво!
и их свойствами.
На структуру отливок влияет большое число факторов, главным!
из которых являются следующие: свойства шихтовых материалов i
условия плавки, температурный интервал кристаллизации, примеси,
содержащиеся в сплаве, условия подвода сплава в форму и охлажде
ния отливки в форме, механическое воздействие на процесс кристал-
лизации.
Рис. 151. Кристалличе-
ское строение отливки:
а — нормальное; б — при
транскрнсталлизацнн
Влияние свойств шихтовых материалов и условий плавки. Основ-
ные составные элементы шихтовых материалов почти целиком пере-
ходят в расплав, а затем в отливку. Поэтому кристаллическое строе- ;
ние отливки зависит от состава и состояния шихты, от температур-J
ного режима плавки, раскисления металла. Установлено, что наи-1
более благоприятное кристаллическое строение имеют стальные от-
ливки при ведении плавки с интенсивным кипением ванны, а также ’
при тщательном рафинировании. ;
Влияние температурного интервала кристаллизации. Академик
А. А. Бочвар установил, что в сплавах с узким температурным интер- ;
валом кристаллизации, т. е. небольшой разницей между температу-
рами ликвидуса и солидуса, чаще всего образуются столбчатые
кристаллы. В сплавах с широким интервалом кристаллизации
. образуются беспорядочно расположенные дендриты. Поэтому от-
ливки из чистых металлов, низкоуглеродистых сталей, латуней,
белого чугуна имеют развитую зону столбчатых кристаллов.
Влияние примесей. Акад. А. А. Байков установил, что нераство-
римые примеси, содержащиеся в расплаве, играют роль центров
кристаллизации, если параметры их кристаллической решетки
близки к параметрам решетки металлической основы сплава. Благо-
даря этому строение сплава получается мелкозернистое, свойства
212
его улучшаются. Однако при перегреве сплава выше определенной
температуры происходит разрушение активного слоя на границе
примеси и сплава и ее дезактивация.
Выяснение роли примесей в кристаллизации сплавов позволило
направленно изменять кристаллическое строение отливок, т. е.
модифицировать сплав, улучшая его свойства.
Влияние модифицирования. Модифицирование — это
обработка жидких сплавов малыми специальными добавками (мо-
дификаторами) перед заливкой их в формы с целью измельчения
кристаллов в процессе первичной кристаллизации. В результате
модифицирования сплав становится однородным, отливки — плот-
ными .
Различают модифицирование I и II рода. При модифицировании
I рода модификатор, являясь поверхностно-активным веществом,
препятствует росту кристаллов и способствует получению мелко-
зернистой структуры. При модифицировании II рода модификатор
искусственно увеличивает число зародышей кристаллов. Например,
этот эффект модифицирования достигается при введении бора, алю-
миния и других элементов в сталь.
Влияние условий заполнения формы и охлаждения отливки. Ме-
талл, заливаемый в форму, отдает теплоту стенкам формы. Однако
вблизи питателя жидкий металл прогреет стенки формы больше,
в результате чего к моменту окончания заполнения температура
металла в форме и температура в разных местах формы будут,
различные. Поэтому в фасонных отливках тепловые условия
кристаллизации металла и кристаллическое строение его будут
различные.
Скорость кристаллизации тонких и массивных частей отливок
различна, поэтому они имеют различное кристаллическое строение.
В тонких местах отливки строение кристаллов глобулярное, а
в толстых — дендритное. С увеличением скорости кристаллизации
величина первичных кристаллов уменьшается. Поэтому отливки,
полученные в металлических формах, имеют мелкозернистое строе-
ние. Большое влияние на величину зерна оказывает температура,
заливки. С уменьшением температуры заливки величина зерна
уменьшается.
Влияние механического воздействия. Впервые Д. К. Чернов
указал на возможность управления кристаллическим строением
слитка с помощью его кантования при затвердевании, а также пере-
мешивания жидкого незатвердевшего объема слитка. Механическое
воздействие на кристаллизующийся сплав способствует разруше-
нию растущих дендритов, обломки которых могут быть дополни-
тельными центрами кристаллизации, изменяющими строение от-
ливки. На этом принципе основаны такие способы управления кри,-
сталлизацией отливок, как заливка в вибрирующие формы, элект-
ромагнитное перемешивание и т. д. Эти способы позволяют получать
фасонные отливки с мелкозернистой структурой из сплавов, склон-
ных к транскристаллизации.
213
§ 4. ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ОТЛИВКАХ
г
В отливках при их затвердевании и охлаждении возникают
внутренние напряжения, причиной которых является усадка ме- .J
талла. Эти напряжения могут приводить к короблению отлпвой|Я
а иногда и к появлению в них горячих и холодных трещин.
Одной из основных причин образования трещин в отливках яв^Н
ляется торможение усадки формой. Во время усадки отливка дави^И
своими выступающими частями на стержень или форму. Одновра^И
менно форма препятствует усадке, вызывая напряжения в отливке^Я
Величина этих напряжений зависит от податливости формы и стерж-
ней. Чем выше податливость формы и
стержня, тем меньше напряжения в I
отливке и меньше вероятность обра- I
зования в ней трещин. Если вели-
чина напряжений превзойдет предел J
прочности сплава в данном участке У
отливки, то в отливке появится тре- 1
шина. Если сплав отливки имеет до- У
статочную прочность и пластичность
и способен противостоять действию
возникающих напряжений, то конфи-
гурация отливки искажается, она ч
искривляется и коробится.
Горячие трещины в отливках воз-
никают при температуре, близкой к
- температуре солидуса. Напряжение в т
форме можно определить по формуле 1
Пф==£'ф5ф, J
где £ф — модуль упругости смеси; 4
6ф — деформация формовочной смеси. 1
Введем следующие обозначения: 1
Т\ — Т2 — температурный интервал,
в котором возникают напряжения; £ф — опорная площадь формы
(рис. 152, a); f — площадь сечения отливки; а — коэффициент J
термического сжатия металла отливки. JI
Найдем зависимость напряжений в отливке от относительной де-'И
< формации ее: Я
5)
Рис. 152. К расчету напряжений
в отливке с затрудненной усад-
кой:
а — при равномерной толщине стен-
ки; б — при наличии «горячего» ме-
ста в теле отливки; 1 — отливка;
2 — форма
б = а(Т1-Т2) —6ф;
а = Е [a(Ti — Т2)-бф].
Условие равновесия в форме выражается уравнением
£ф5фЛц = of,
(юя
откуда
л of
б^""£фГф-
214
Подставляя значение 6$ в формулу (10), имеем
L г ф J
Решив относительно о, получим
а=Ч~Т17Т2\-- <п)
Из формулы (11) следует, что усадочные напряжения в отливке,
вызванные сопротивлением формы, зависят от физико-механических
свойств отливки и формы в данном интервале температуры и соот-
f
ношения .
7'Ф
Обычно трещины в отливках возникают на участке с замедленной
скоростью охлаждения, т. е. в горячих местах (рис. 152, б).
Допустим, что отливка имеет горячий узел длиной I. Тогда во
время усадки вся отливка будет деформироваться за счет горячего
узла, поэтому напряжения необходимо рассчитывать в этом узле,
как наиболее опасном вследствие неравномерного охлаждения.
Обозначим длину отливки без горячего узла через Lr, тогда —
= L — I. Абсолютную деформацию более холодной части отливки
можно найти по формуле
е0 = ocLi (7\ — Т 2),
а абсолютную деформацию горячего участка
еу = а/(Т1 —Т;),
где Тъ — температура участка длиной I в момент охлаждения основ-
ной части отливки до 1\, при этом 74 ">' Т2.
Общая абсолютная деформация отливки
е = е0 еу = (7\ — Т2) а/ (Т\ —
Так как эта деформация происходит за счет участка I, то отно-
сительная деформация на этом участке составит
6 А = иЛ1 (Ь ~ Гг) + а (Л - Т2)
Согласно уравнению (11) напряжения а на горячем участке
длиной I и сечением Д можно определить по следующей формуле:
° = - (12)
Е Гф ‘
Подставив в формулу (12) L — I, получим
215
Из этой формулы видно, что напряжения в опасной зоне почти
' пропорциональны длине отливки. Поэтому чем длиннее отливка,
тем больше вероятность образования трещин.
Из приведенного следует, что образование усадочных трещим
зависит от величины 6ф и при 6Ф = а (7\ — Т2), т. е. при абсолют®
ной податливости формы, напряжения в отливке возникать не бу®
ДУТ-
Горячие трещины имеют окисленную, неровную, темную ил®
цвета побежалости поверхность. Это объясняется тем, что тре®
щины обычно проходят по границам зерен, а темный цвет по®
верхности трещины есть результат окисления при высоки®
температурах. Горячие трещины возникают главным образом
в утолщенных местах, в местах перехода от толстого сечения
к тонкому.
На склонность сплава к образованию горячих трещин влияет
содержание некоторых примесей, газов и неметаллических включе-
- ний. Склонность стали и других сплавов к образованию горячих
трещин резко повышается при увеличении содержания серы. Это
объясняется тем, что сульфиды располагаются между кристал-л
лами и резко снижают прочность при температурах выше 1100—|
1000° С. |
С целью исключения образования горячих трещин в отливкаЙ
необходимо на практике соблюдать следующее: ’ ®
1) выплавлять сплав строго заданного химического со'става®
2) устранять причины, вызывающие затрудненную усадку в про®
цессе охлаждения отливки в форме (применять податливые формо^
вочные и стержневые смеси с органическими добавками, выгораю-
щими и создающими пористость в форме, благодаря чему увеличи-
вается податливость формы и стержня; применять оболочковые
формы и стержни);
3) при конструировании отливок устранять резкие переходы от
толстых к тонким сечениям и делать плавные переходы; |
4) обеспечивать равномерное охлаждение толстых и тонких се-|
чений отливок с помощью холодильников; 1
5) применять конструкции литниково-питающей системы, исклю-1
чающие местные перегревы формы и отливки; ]
6) применять ложные (усадочные) ребра для увеличения проч-|
ности массивного сечения отливки, где часто образуются-горячие|
'трещины (при обрубке эти ребра удаляют). •1
Напряжения в отливках могут возникнуть не только из-за тор-|
можения усадки отливки формой, но также часто из-за термического!
торможения усадки. Например, в отливке массивной чугунной!
рамы (рис. 153) тонкие ребра затвердевают первыми и оказывают^
сопротивление усадке массивной окантовки, затвердевающей 1
несколько позже. В результате в углах рамы, затвердевающих...
последними, возможно появление трещин, так как в ней возник-
нут напряжения растяжения, а в тонких фебрах — напряжения
сжатия.
216
отливки спицы делают S-образной
ужинят, компенсируя частично воз-
Напряжения от механического й от термического торможения
усадки не всегда могут вызывать образование трещин в отливках.
Очень часто эти напряжения приводят к короблению отливок, что
также может быть причиной их брака. Например, если маховик
имеет массивный обод и тонкие спицы, то тонкие спицы затверде-
вают первыми и испытывают сжатие при усадке массивного обода,
который при усадке растягивается и, деформируясь, теряет свою
форму. Если, наоборот, маховик имеет тонкий обод и массивные
спицы, то затвердевший первым обод тормозит усадку спиц, которые
испытывают растягивающие напряжения. Обод при этом сжимается,
также деформируется и теряет правильную форму. Поэтому часто
для уменьшения деформации
формы, благодаря чему они п]
никающие напряжения. Кро-
ме того, при литье шкивов с
массивным ободом применяют
внешние холодильники, что
выравнивает скорость охлаж-
дения массивного обода и тон-
ких спиц, и напряжения
уменьшаются.
В отливках с элементами
типа балок таврового сечения,
например направляющих ста-
нин станков, также очень ча-
сто возникают деформации,
. приводящие к потере точности
уже готовых станков. Рис. ^з. Усадочная трещина в отливке
Для устранения напряже- рамы
ний отливки подвергают тер-
мической обработке. Чугунные отливки нагревают до температуры
850—900° С и затем медленно охлаждают, чтобы не допустить боль-
шой разницы температур в тонком и толстом сечениях. При нагреве
напряженные части отливки могут деформироваться, благодаря чему
напряжения уменьшаются. Отливки станин для точных станков
очень часто подвергают естественному старению, т. е. выдержке
в течение нескольких месяцев на складе, которую совмещают с пе-
риодической механической обработкой. Сначала отливки подвер-
гают грубой механической обработке, оставляя припуски для
последующей обработки, затем отправляют их на склад. По про-
шествии некоторого времени их вновь подвергают обработке
и т. д.
При снятии стружки нарушается равновесное напряженное
состояние отливки и она деформируется. В процессе выдержки
между обработками происходит перераспределение напряжений и
снижение их значений. Кроме естественного старения применяют
искусственное старение, состоящее в нагреве отливки до 500—550° С
и медленном охлаждении.
217
ГЛАВА II
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Литейными свойствами называют технологические свойства ме- Я
таллов и сплавов, которые проявляются при заполнении формы, I
кристаллизации и дальнейшем охлаждении отливки.
Наиболее важные технологические свойства — это жидкотекуЯ^И
честь, усадка (объемная и линейная), склонность к ликвации, Склон^^Н
ность сплавов к образованию горячих трещин, склонность к поглс^^Н
щению газов и образованию газовой пористости.
§ 1. ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ
Жидкотекучесть — это способность металлов и сплавов в рас-^
плавленном состоянии заполнять полость формы и точно воспроиз- *
водить очертания отливки. Хорошая жидкотекучесть сплава обес- <
печивает получение плотных высококачественных отливок, умень-
шение газовых и усадочных раковин, а также уменьшение опасности •
образования всех видов пористости, недоливов и др.
Способность металла или сплава заполнять полость формы за-
висит от их физических свойств: вязкости и поверхностного натяже-
ния. Кроме того, на жидкотекучесть влияют содержание примесей
в металле или сплаве, склонность к окисляемости и теплоотводя- )
щая способность литейной формы. Почти у всех металлов и .сплавов '
чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. Вязкость
сплавов — это свойство динамическое, характеризует взаимное j
трение частиц сплава при его движении, измеряется в пуазах. Вяз-
кость сплава зависит от его состава и температуры, наличия вклю-
чений. Например, твердые включения и продукты раскисления |
х • увеличивают вязкость сплава, жидкие же неметаллические включе- )
ния с температурой плавления ниже температуры плавления основ- ’
ного металла уменьшают ее.
Вязкость одного и того же сплава может быть различной при
различных способах металлургической обработки. Например, вяз-
кость стали, раскисленной шлаком, меньше вязкости стали, раскис-
ленной свежими раскислителями — ферросилицием и алюминием.
Особенно высокую вязкость имеют титанистые стали с твердыми
включениями Т1О2. Высокая вязкость часто является причиной
брака отливок по недоливам.
Повышение температуры сплава снижает вязкость и соответ-.
ственно повышает его жидкотекучесть. При понижении температуры
вязкость сплава повышается, причем особенно сильно вязкость повы-
шается при температуре ниже линии ликвидуса.
По данным Ю. А, Нехендзи, нулевая жидкотекучесть (т. е. сплав *
перестает течь) наступает у чугунов при содержании 30% твердой
фазы, а у сталей — 20%.
Поверхностное натяжение — очень важная ха-Ц
рактеристика жидкого сплава, измеряется в динах на сантиметда
218
(дн/см). С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть
ухудшается, особенно при заполнении тонких каналов.
Для улучшения заполняемости форм рекомендуется разрушать
окисные плены химическим путем. Например, при литье чугуна это
достигается обрызгиванием рабочей поверхности формы нефтью или
керосином, которые, разлагаясь, создают восстановительную атмо-
сферу в форме.
Влияние свойств формы. При заливке формы отнимают у распла-
ва теплоту. Способность формы отнимать от расплава теплоту опре-
теплоемкостью с и плотностью у
деляется ее теплопроводностью л,
материала формы, т. е. тепло-
аккумулирующей способностью
формы
Ьф = "КХсу [ ккал/(м2ч1/2° С) ].
Величина холодной формы
из кварцевого песка меньше ве-
личины холодной формы из
дробленого магнезита. Песча-
ная форма медленно отводит
теплоту, и расплав заполняет ее
лучше, чем форму из магнезита.
Металлическую форму (кокиль)
расплав заполняет хуже, чем
песчаную форму, так как кокиль
Рис. 154. Влияние углерода, кремния
и фосфора иа жидкотекучесть чугуна
более интенсивно отводит теплоту от движущегося металла. Разные
места формы неодинаково нагреваются протекающим расплавом.
Между текущим расплавом и формой возникает трение. Это
внешнее трение, оно тем больше, чем быстрее заливают расплав
в форму, чем больше давление расплава на поверхность формы и
выше коэффициент трения.
Коэффициент трения расплава о форму уменьшается с увеличе-
нием гладкости рабочей поверхности формы, причем уменьшается
в значительной степени в случаях, когда на поверхности формы
образуется тонкая газовая пленка из нанесенной на поверхность
формы краски или припыла. Если количество образующихся в форме
газов больше, чем это необходимо для создания газовой пленки на
поверхности контакта, а газы и пары не выделяются свободно из
формы, то в форме создается противодавление. В таких случаях
. необходимо устраивать выпоры на всех выступающих частях от-
ливки .
Влияние химического состава. Жидкотекучесть чугуна возрастает
с увеличением содержания кремния, фосфора и, особенно, углерода,
Достигая максимума в чугунах эвтектического состава, определяе-
мого суммой С + у Si -f- у Р (рис. 154).
Фосфор улучшает жидкотекучесть чугуна, уменьшает его по-
верхностное натяжение и вязкость, образует легкоплавкую фосфид-
219
ную эвтектику. Большое значение имеет повышенное содержание
фосфора (до 1—1,5%) для художественного литья, когда требуется
повышенная жидкотекучесть. Сера и марганец в отдельности слабо
влияют на жидкотекучесть, но при наличии обоих элементов обра-
зуется сульфид марганца, сйльно понижающий жидкотекучесть.
Низкоуглеродистый перлитный чугун (2,8—3% С) на диаграмме
состояния Fe — FesC располагается дальше от эвтектики (4,3% С),
чем высокоуглеродистый (3,5% С), поэтому его жидкотекучесть
меньше жидкотекучести серого чугуна. Белые
чугуны обладают
Рис. 155. Технологическая проба для определения жидкотекучести
чугуна
худшей жидкотекучестью по сравнению с перлитными, так как они
находятся еще дальше по составу от эвтектики. Никель и медь
слабо влияют на повышение жидкотекучести низколегированных
чугунов, а хром, молибден и титан понижают ее.
Определение жидкотекучести сплавов. Способность жидкого
сплава заполнять форму необходимо рассматривать как комплексное
технологическое свойство, на которое оказывают большое влияние
свойства сплава, свойства формы и конфигурация ее полостей.
Жидкотекучесть сплавов определяют с помощью заливки специаль-
ных технологических проб в виде тонких прутков, пластин прямых и
спиральных. По пути, пройденному сплавом по каналам технологи-
ческой пробы (т. е. по длине прутка), находят жидкотекучесть спла-
-ва. Жидкотекучесть чугуна часто определяют по спиральной пробе
- (рис. 155) с трапециевидным сечением площадью 0,56 см2. После
заливки измеряют длину заполненной части спирали, которая харак-
теризует жидкотекучесть чугуна.
§ 2. УСАДКА
Общие сведения
Усадка — это свойство металлов
сплавов
уменьшать
объем
при
затвердевании и охлаждении. Различают линейную елин
объемную еи усадки, которые выражают не в абсолютных значе'
и
и
220
ниях, а в относительных:
елии = ^^100%,
'о
^=^юоуо,
где — линейный размер литейной формы; /0 — размер отливки
при обычной температуре после затвердевания; — объем формы;
у0 — объем отливки при обычной температуре.
Линейная усадка. Линейную усадку определяют специальными
приборами, один из них приведен на рис. 156.
Линейная усадка начинается не с момента окончательного за-
'твердевания отливки, а несколько раньше — после образования
Рис. 156. Прибор Для определения линейной усадки:
1 — корпус; 2 — диске циферблатом; 3 — индикаторная головка; 4 — ро-
лик; 5 — форма; 6 — передняя каретка; 7 — шпилька; 8 — пробный бру-
сок 30 х 25 х 175 мм; 9 — контрольная планка; 10 — задняя каретка
достаточно прочного скелета из соприкасающихся между собой кри-
сталлов, способного противостоять давлению жидкого сплава.
Следовательно, температурой начала линейной усадки будет тем-
пература, находящаяся между ликвидусом и солидусом. Только
у чистых металлов начало линейной усадки совпадает с критической
температурой.
С увеличением интенсивности теплообмена линейная усадка от-
ливки заметно возрастает, т. е. зависит от скорости охлаждения
отливки.
В некоторых металлах и сплавах происходят фазовые превраще-
ния. Например, у чугуна — графитизация, у стали — выделение
газов и т. д. Эти превращения способствуют росту объема и увеличе-
нию линейных размеров отливки. Такое увеличение размеров назы-
вается предусадочным. расширен и ем.
Предусадочное расширение существенно влияет на усадку, осо-
бенно высокоуглеродистых сплавов, когда в них происходит про-
цесс графитизации, а также на усадку многих легированных и
221
средне- и высокоуглеродистых сталей. Предусадочное расширение
сказывается на объеме усадочных раковин и склонности к образова-
нию трещин. При увеличении предусадочного расширения сплава
объем усадочных раковин и склонность к образованию трещин
уменьшаются.
Литейная усадка. Литейной усадкой называется разница между
лцнецными размерами модели /мод и отливки /отл:
1ОТЛ
Рис. 157. Кривая линейной усадки чугуна
Литейная усадка отличается от линейной тем, что она зависит
не только от свойств и состояния металла и сплава, но также и от
конструкции отливки, кон-
струкции формы и некото-
рых других факторов.
Сложные по конфигура-
ции отливки подвергаются
совместному воздействию
механического и термиче-
ского торможения. Поэто-
му принято различать
с'В ободную и за-
трудненную усадку.
Усадка чугуна. В период
охлаждения жидкого чугу-
на объем его уменьшается.
Одновременно с этим происходит графитизация чугуна, способ-
ствующая увеличению его объема. Суммарная объемная усадка жид-
кого чугуна составляет 1,1—1,8% на каждые 100° С понижения
температуры расплава.
. Объемная усадка чугуна в период затвердевания тем меньше,
чем меньше интервал кристаллизации и больше содержание графита,
выделяющегося непосредственно из жидкого чугуна при затвердева-
нии. В процессе графитизации объем чугуна увеличивается, по-
этому усадка, его колеблется от 1 до 1,3%.
Усадка чугуна (определяется обычно как линейная) протекает
в несколько этапов (табл. 29 и рис. 157), из которых имеют практи-
ческое значение три: предусадочное расширение ерас, доперлитная
усадка едп и послеперлитная усадка епп. Кроме того, различают
полную еп и действительную ед усадку. В чугуне предусадочное
расширение ерас зависит от процесса графитизации, от того коли-
чества графита, которое выделяется в твердой массе металла в пе-
риод затвердевания. На предусадочное расширение ерас влияют
давление жидкого чугуна на твердую массу чугуна и выделение гра-
фита в жидкой части отливки.
Свободная усадка зависит главным образом от состава чугуна и
скорости охлаждения. Свободная усадка тем меньше, чем больше
содержание углерода и кремния и больше толщина отливки. При
222
Таблица 29
Линейная усадка чугунов на разных этапах, %
Чугун ерас 8доп Епп 8д 8п
Белый 0,1 0,6—1,0 0,9—1,05 1,5—2,0 1,5—2,1
Серый 0,1—0,25 0,2—0,35 0,9—1,05 0,9—1,3 1,1—1,4
Высокопрочный со струк- турой: П-)-Г, П-рФ-рГ, п+ш-г . 0,2—0,3 0,6—0,85 0,9—1,05 1,2—1,7 1,5—1
этом послеперлитная усадка епп изменяется мало и составляет всего
1%. Полная усадка еп представляет собой сумму доперлитной и
послеперлитной усадок. Действительная
же усадка ед не учитывает предусадоч-
ного расширения.
При торможении усадки отливки
полная усадка и действительная усадка
соответственно уменьшаются.
На рис. 158 приведена усадка чугуна
в зависимости от толщины отливки и
состава чугуна.
Полная объемная усадка. Усадка
ev любого металла или сплава при
’'пол г
заливке и охлаждении отливки в форме
складывается из усадки сплава в жидком
состоянии еУжид, усадки при затвердева-
нии ev , т. е. при понижении темпе-
V33TB г
ратуры от ликвидуса до солидуса, и
усадки в твердом состоянии еУтв:
чугуна и толщины отливки s
на линейную усадку:
gy — gy Ч~
4 кпол Ижид 1 кзатв ктв*
Значение коэффициентов объемной ' -з-2! % а ';25% si; г -
усадки разных сплавов различное. На- i,78% si; 4 -зло% с; i,98% si
пример, коэффициент объемной усадки
жидкой стали составляет 0,9 -10-4 на 1° С, жидкой меди — 1,89 -10'4
на 1°С. При затвердевании эти величины для стали и меди соот-
ветственно будут 0,034 и 3,91 10~2 на 1°С.
Усадочные раковины
Усадочные раковины в отливках — это полости, возникающие
вследствие усадки сплавов при затвердевании.
Схема образования в фасонной отливке усадочной раковины
приведена на рис. 159. Тонкие стенки могут частично затвердевать и
усаживаться уже при заполнении формы металлом (рис. 159, а).
223
Твердая корка образуется не сразу после заливки формы металлом.
В этот период отливка питается за счет литниковой системы. Затем
следует усадка жидкого металла внутри твердой корки при охла-
ждении до температуры начала кристаллизации или температуры
•ликвидуса (рис. 159, б и в). Усадка сплава и уменьшение объема при
переходе из жидкого состояния в твердое превышают усадку корки.
Поэтому в определенный момент сплав отделяется под действием
силы тяжести от верхней затвердевшей корки и опускается. В сле-
дующий период происходит кристаллизация жидкого металла внутри
твердой корки, при которой металл усаживается, и в результате
образуется раковина (рис. 159, г, о}. В раковине в отливках из
сплавов, не содержащих газов, создается разрежение, - вследствие
чего тонкая корка может прогнуться внутрь раковины.
а/ S) в) г) д)
Рис. 159. Схема образования усадочной раковины в фасонной отливке
Чтобы не допустить образования усадочной раковины, необхо-
димо на отливках устанавливать прибыли, из которых под действием
силы тяжести жидкий сплав перемещается в затвердевающую от-
ливку. Усадочная раковина в этом случае образуется только в при-
были, которую отделяют от отливки.
Относительная величина усадочной раковины различна у разных
сплавов. Например, объем усадочной раковины в отливках из стали
составляет 3—10% начального объема сплава, из серого чугуна
1,5—2,5%, модифицированного чугуна 2—3,5%, белого чугуна
2,5—6%, чугуна с шаровидным графитом 0—13%. ’
Относительный объем усадочной раковины можно рассчитать
по формуле

Vn===8y 4- By —(®у —8у )•
Р ижид 1 изатв ' vot ктв'’
где еКот— усадка отливки.
Объем усадочной раковины зависит от многих факторов:
1) коэффициента усадки металла или сплава в жидком состоя-
нии, который зависит от химического состава металла или сплава;
2) температуры жидкого металла или сплава к началу затверде-
вания отливки; чем выше эта температура, тем больше объем уса-
дочной раковины;
224
3) величины усадки при затвердевании еКзатв, зависящей только
от природы и состава сплава;
4) степени графитизации чугунов; чем больше в чугуне графити-
зирующих элементов (кремния, углерода и др.), тем меньше его
усадка;
5) податливости формы и стержня; чем податливее форма и
стержень, тем больше усадка и наоборот;
6) конструкции отливки при резких переходах от толстых частей
к тонким. Чем больше разница этих частей по толщине, тем больше
усадка.
Усадочная пористость
Усадочная пористость — это скопление мелких пустот (пор)
неправильной формы, которые образовались в отливке в результате
объемной усадки при отсутствии доступа жидкого металла.
Усадочные поры появляются в междендритных про-
странствах в тот момент, когда объемная усадка 'еще продолжается,
а доступ жидкого металла к порам прекратился. В процессе затвер-
девания сплава растущие дендриты соединяются, образуя изоли-
рованные друг от друга и от прибыли ячейки. При прекращении
питания ячеек жидким металлом возникают небольшие раковины,
совокупность которых дает усадочную пористость.
Различают следующие виды пористости: рассеянную, осевую и
местную.
Рассеянная пористость — очень мелкие поры, равномерно
рассеянные по большей части объема отливки. Рассеянная пори-
стость сильно развивается при медленном затвердевании массивных
отливок из сплавов с большим температурным интервалом между
ликвидусом и солидусом.
Осевая пористость образуется в центральных частях отли-
вок, а также в длинных и тонких сечениях. Это объясняется тем,
что объемная усадка центральной части еще не закончилась,
а доступ к ней жидкого сплава ухудшился или же вовсе прекра-
тился.
Местная пористость образуется в частях отливки, отделенных
от жидкого сплава уже затвердевшим сплавом, который прекратил
доступ жидкого сплава в них. Местная пористость состоит из пор
больших размеров, сконцентрированных в утолщенных местах отли-
вок с резкими переходами от тонкой части к толстой и в местах под-
вода литников.
Способы устранения усадочных раковин и пористости
Усадочные раковины и усадочная пористость нарушают и ослаб-
ляют сечение отливки. Они часто являются также местами концен-
трации напряжений и образования горячих трещин. Обычно уса-
дочные раковины и поры возникают в тех местах отливок, которые
затвердевают последними. Поэтому единственным способом полу-
8 Титов
225
чения отливок без усадочных раковин и пор является подача жид.
кого сплава в форму в течение всего процесса затвердевания сплава
в форме. Подвод жидкого сплава к Кристаллизующемуся месту
должен быть непрерывным до полного затвердевания отливки.
Избежать образования усадочных раковин и пористости можно
только в том случае, если кристаллизующийся объем отливки будет
находиться в непосредственном соприкосновении с жидким сплавом.
С этой целью на отливки устанавливают прибыли — искусст-
венные резервуары с необходимым запасом жидкого сплава для
питания отливки в течение всего периода кристаллизации. Для обес-
печения питания отливки жидким сплавом из прибыли необходимо
выполнять следующие условия: 1) запас сплава, т. е. объем при-
были, должен быть таким, чтобы его хватило на компенсацию
у.садки во время затвердевания отливки; 2) прибыль должна затвер-
девать позже отливки; 3) необходимо ставить прибыль на отливке
там, где она обеспечит доступ жидкого сплава на участки отливки,
затвердевающие последними.
Для получения плотных отливок без усадочных раковин и по-
ристости должны быть созданы условия для направленного затвер-
девания сплава, т. е. наиболее удаленные от прибыли (питателя)
участки отливки должны затвердевать в первую очередь, за ними
менее удаленные участки и в последнюю очередь участки отливки,
расположенные под прибылью, а затем и сама прибыль.
При направленном затвердевании обеспечивается непрерывное
поступление жидкого сплава из прибыли в последовательно затвер-
девающие участки отливки, так как эти участки соединены непосред-
ственно с жидким сплавом, находящимся в прибыли.
При последовательном затвердевании создаются благоприятные
условия для передвижения жидкого сплава по незатвердевшей части
отливки, и поэтому легко образуется сосредоточенная усадочная
раковина. Условия направленного затвердевания отливки улуч-
шаются при выравнивании отвода теплоты от ее массивных и тонких
мест, что достигается установкой в форму холодильников — массив-
ных металлических элементов, обладающих повышенной теплоем-
костью и теплопроводностью.
Наружные холодильники устанавливают в форму
с внешней стороны массивных частей отливки. Вследствие высокой
теплопроводности и большой теплоемкости холодильника отвод
теплоты от массивной части отливки -происходит интенсивнее, чем
от тонкой. Это способствует выравниванию скоростей затвердевания
массивной и тонкой частей, уменьшению объема усадочной рако-
вины, а в некоторых случаях полному ее устранению. Для полного
устранения усадочной раковины в массивных частях одновременно
с холодильниками используют прибыли на этих частях.
Внутренние холодильники устанавливают внутрь
полостей формы, образующих неответственные массивные части
отливки. Эти холодильники изготовляют из сплава одного хими-
ческого состава -со сплавом отливки.
При заполнении формы внутренние холодильники омываются
сплавом и частично расплавляются, соединяясь с ним. Однако
иногда поверхность внутренних холодильников плохо сваривается
с основным сплавом, поэтому в ответственных отливках применять
их не рекомендуется. Способы установки холодильников различ-
ного типа приведены на рис. 221.
При объемном затвердевании кристаллизация происходит по
всему объему отливки одновременно, поэтому сосредоточенной ра-
ковины не образуется, а возникает большое количество мелких ра-
ковин (усадочная пористость).
При промежуточном затвердевании образуются сосредоточенная
усадочная пористость в отливках.
Для обеспечения оптимальных условий питания отливок и полу-
чения их без усадочных раковин и пористости используют различные
способы, например установку прибылей с атмосферным и газовым
давлением в стояке или изотермических прибылей, подогрев прибы-
лей, а также различные методы физического воздействия, например
ультразвук, электромагнитное перемешивание, вибрацию и др.
Этими способами можно в той или иной степени управлять процес-
сами питания отливок.
§ 3. ЛИКВАЦИЯ
Ликвация — это неоднородность химического состава сплава
в различных частях отливки или слитка. Ликвация возникает
в процессе затвердевания отливки. Причиной ликвации является
различная растворимость отдельных компонентов сплава в его твер-
дой и жидкой фазах. Чем больше это различие, тем неоднороднее
распределяется примесь по сечению отливки и тем больше ликвация
примеси. В железоуглеродистых сплавах заметно ликвируют сера,
фосфор, углерод. Ликвация вызывает неоднородность механических
свойств в различных частях отливки, что приводит к поломкам дета-
лей при эксплуатации.
Различают дендритную и зональную ликвацию. Дендритная лик-
вация — это химическая неоднородность отдельных дендритов
сплава. Она возникает вследствие процесса «избирательной кри-
сталлизации»: растущие первыми оси дендритов содержат меньшее
количество примесей, чем исходный сплав, а остающийся жидкий
сплав обогащается примесями. В результате в межосных простран-
ствах дендритов скапливаются примеси — возникает ликвация
внутри дендритов.
Зональная ликвация — это химическая неоднородность сплава
в различных частях затвердевшей отливки. В образовании зональной
ликвации наряду с «избирательной кристаллизацией» большую роль
играют процессы, приводящие к перемещению ликвирующих эле-
ментов из одной части отливйи в другую при кристаллизации. Это
могут быть диффузия примесей из двухфазной области кристалли-
зующейся отливки в объем незатвердевшего жидкого сплава, кон-
векционные токи в жидкой части сплава, всплывание загрязненных
примесями объемов вследствие их меньшей плотности по сравнению
с основным сплавом, действие центробежных сил и т. д.
Разновидностью зональной ликвации является ликвация по
плотности, при которой происходит механическое разделение ком-
понентов сплава, имеющих различную плотность. Такой ликвации
часто подвержены, например, высокосвинцовистая бронза или свин-
цовосурьмянистые баббиты, при медленном охлаждении которых
свинец опускается в нижние части отливки.
Зональная ликвация может быть прямой и обратной.
При прямой ликвации центральные слои отливки содержат
большее количество примесей, понижающих температуру плавления
сплава. Содержание этих примесей в поверхностных слоях ниже
среднего по объему отливки. 1
При обратной ликвации в центральных частях содержится мень-
шее количество легкоплавких примесей, а в поверхностных —
большее. Развитие того или другого вида зональной ликвации свя-
зано с характером кристаллизации сплава и условиями охлажде-
ния отливки. Прямая ликвация характерна для сплавов, затверде-
вающих последовательно, а обратная — для сплавов, затвердеваю-
щих почти объемно.
Для устранения явлений дендритной ликвации отливки подвер-
гают отжигу, в процессе которого выравнивается содержание приме-
сей в пределах отдельных дендритов. Однако устранить зональную
ликвацию с помощью термообработки невозможно. Поэтому необ-
ходимо для уменьшения зональной ликвации выравнивать толщину
стенок отливки, избегая местных скоплений металла, в которых
трудно достигнуть равномерного затвердевания отливки и избежать
скопления ликватов; в сплавы, содержащие ликвирующие элементы,
вводят добавки, уменьшающие ликвацию.
Литниковая система оказывает большое влияние на развитие
зональной ликвации. Для уменьшения зональной ликвации необ-
ходимо: 1) применять рассредоточенный подвод металла, в форму,
способствующий выравниванию скоростей затвердевания отдельных
частей отливки; 2) увеличивать скорость охлаждения отливки за
счет использования формовочных смесей с высокой теплоаккумули-
рующей способностью; 3) изготовлять отливки в металлических
формах. Сплавы, склонные к зональной ликвации, необходимо за-
ливать при минимальных перегревах над температурой ликвидуса.
Раздел третий
ПРОИЗВОДСТВО отливок
ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
ГЛАВА I
СЕРЫЕ ЧУГУНЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Чугун является наиболее распространенным материалом для
изготовления фасонных отливок благодаря хорошим технологиче-
ским свойствам и относительной дешевизне по сравнению с другими
литейными сплавами.
Чугун — это многокомпонентный сплав железа с углеродом (бо-
лее 2%) и другими элементами, затвердевающий с образованием
эвтектики.
Согласно диаграмме железо — углерод (рис. 160) при стабиль-
ном равновесии весь углерод в чугуне кристаллизуется в виде гра-
фита, а металлическая основа — в виде феррита (серый чугун); при
метастабильном равновесии весь углерод кристаллизуется в составе
цементита Fe3C (белый чугун). На характер кристаллизации чугуна,
а также на форму, размеры и расположение образующихся фаз
влияют следующие факторы: химический состав сплава, скорость
охлаждения, толщина стенок отливки. Конечную структуру можно
изменять воздействием на жидкий чугун (перегревом, модифициро-
ванием, вибрацией, ультразвуком и другими способами), а также
термической обработкой отливок.
Серый чугун содержит углерод в виде графита и цементита,
находящегося в перлите. Свойства серого чугуна во многом зависят
от количества графита и перлита, а также от формы и величины гра-
фитных включений. Графит сильно влияет на основные свойства
чугуна, особенно на прочность, характеризующую чугун как кон-
струкционный материал.
На прочностные свойства чугуна оказывают влияние включения
графита, которые ослабляют поперечное сечение металлической
основы в направлении, перпендикулярном к приложению внешней
растягивающей силы, особенно при хаотическом расположении
включений графита в чугуне.
Включения графита оказывают также «надрезывающее» действие
на металлическую основу; «надрезывающее» действие пластинчатого
графита снижает прочность чугуна тем больше, чем больше в нем
229
содержится графита и чек! он крупнее. Графит уменьшает предел
прочности чугуна при растяжении, а также предел упругости и
пропорциональности; пластичность (относительное удлинение, удар-
ную вязкость), модуль упругости. Отрицательное влияние графита
на эти свойства можно снизить уменьшением количества и разме-
ров включений и максимальным приближением их формы к шаро-
видной.
Чугун, в отличие от стали, обладает низкой чувствительностью
к надрезам. Появляющиеся в чугунной отливке надрезы (раковины,
Рис. 160. Диаграмма состояния железоуглероди-
стых сплавов
поры, неметаллические включения, риски, образующиеся при меха-
нической обработке, и т. д.) в небольшой степени уменьшают кон-
структивную прочность чугуна. Такие же надрезы в стальной
отливке резко ухудшают ее свойства, особенно пластичность и уста-
лостную прочность.
Эта особенность чугуна объясняется наличием большого числа
надрезов, образуемых включениями графита и высокой цикличе-
ской вязкостью чугуна. Циклическая вязкость характеризуется
энергией, которая рассеивается (переводится в теплоту) при пере-
менных нагрузках в упругом материале.
230
§ 2. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЧУГУНА
По содержанию углерода чугуны делятся на доэвтектические,
эвтектические и заэвтектические. При затвердевании доэвтектичес-
ких чугунов выделяется в первую очередь высокоуглеродистая
фаза — первичный графит или первичный цементит. Затвердевание
эвтектики происходит при температуре эвтектической остановки.
Состав эвтектики и температура эвтектического превращения зави-
сят от того, в какой системе, стабильной или метастабильной, оно
происходит. Структура чугуна окончательно формируется при эв-
тектоидном превращении.
При кристаллизации серого чугуна к моменту эвтектоидного
превращения основными структурными составляющими являются
аустенит и графит, образовавшийся при эвтектическом превращении
и выделившийся из аустенита при охлаждении в интервале темпера-
тур от эвтектического до эвтектоидного превращения. При эвтекто-
идном превращении происходит перегруппировка (переупаковка)
атомов железа из кубической гранецентрированной решетки у — Fe
в кубическую объемноцентрированную а — Fe и диффузионное от-
деление углерода от железа. В результате превращения образуются
структуры, состоящие из феррита и высокоуглеродистой фазы. При
медленном охлаждении происходит полное диффузионное отделение
углерода, кристаллизующегося в виде графита. В этом случае окон-
чательной структурой чугуна будет феррит + графит (Ф + Г).
На диаграмме (см. рис. 160) кроме Fe — Fe3C нанесены штриховые
линии системы Fe — С, когда углерод не вступает в химическое
соединение с железом и не образует цементит. Диаграмма Fe—С
в общем сходна с диаграммой Fe—Fe3C, но линии ее несколько
смещены влево и вверх. Характерные точки диаграммы Fe—С обоз-
начены теми же буквами, что и на диаграмме Fe—Fe3C, но со штри-
хом сверху.
По линии CD’ происходит выпадение первичного графита, по
линии Е'СF' — затвердевание графитовой эвтектики — это тонкая
механическая смесь аустенита и графита. При дальнейшем охлажде-
нии до линии P'S'K' выделяется эвтектоидная смесь, состоящая
из феррита и графита. Чугуны, в которых углерод частично или
полностью выделился в виде графита, называют ферритными,
так как металлическую основу их составляет феррит. Углерод в виде
графита выделяется лишь при очень медленном охлаждении. При
быстром же охлаждении в процессе кристаллизации (первичной и
вторичной) выделяется не графит, а цементит.
При некотором увеличении скорости охлаждения выделение
графитового эвтектоида прекращается до линии P’S'К' и оставшийся
Углерод переходит (по линии PSF) в цементит, в результате чего
образуется некоторое количество перлита. Такой чугун будет
иметь основу — феррит, перлит и включения графита (Ф 4~ П ~Ь Г).
Этот чугун называют ферритно-перлитным.
231
При дальнейшем увеличении скорости охлаждения до линии
Р'S' К' выделение графитового эвтектоида не происходит, а аусте-
нит по линии PSK. превратится в перлит. Такой чугун будет иметь
основу — перлит и включения графита в виде чешуек. Такой чугун
называют перлитным, он имеет структуру перлит 4- графит
(П + Г).
При увеличении скорости охлаждения между линиями эвтекти-
ческого и эвтектоидного превращения из аустенита еще до перлита
будет выделяться не графит, а цементит. Такой чугун имеет струк-
туру перлит— вторичный цементит — графит (П 4- Ц 4- Г); его
называют перлитно-цементитным чугуном. Иногда
в структуре чугуна наряду с графитом находится ледебурит (при
увеличенной скорости охлаждения и эвтектическом превращении).
Такой чугун называют половинчатым. Белый чугун является
совершенно не графитизированным, углерод в нем находится в виде
химического соединения с железом. Структура белого чугуна состоит
из перлита и структурно-свободного цементита (П 4- Ц).
Чугуны считаются эвтектическими, если они содержат 4,2—
4,3% С. При наличии многих компонентов возможно образование
в чугуне сложных эвтектик. Например, фосфор (при содержании
в чугуне не менее 0,06—0,08% Р, обычно при 0,1—0,2%) образует
с железом и углеродом фосфидную эвтектику, затвердевающую при
950° С. Фосфидная эвтектика в обычных серых чугунах, содержа-
щих около 2% Si, затвердевает в виде тройной эвтектики аусте-
нит — цементит — фосфид.
Размер и форма включений графита зависят от наличия в жидком
чугуне центров кристаллизации, скорости охлаждения и содержа-
ния графитизирующих примесей. Чем больше в жидком чугуне
нерастворимых мелких частичек (центров кристаллизации), тем
мельче будет графит.
Для увеличения количества центров кристаллизации в жидкий
чугун перед разливкой вводят вещества, называемые модифи-
каторами. В качестве модификаторов применяют алюминий,
кремний, графит и другие вещества. С уменьшением продолжитель-
ности кристаллизации и повышением содержания графитизирую-
щих компонентов в чугуне пластинки графита укрупняются и удли-
няются. Большое влияние на графитизацию чугуна оказывают крем-
ний, углерод, алюминий, никель, марганец, хром, сера, молибден,
магний.
Кремний уменьшает растворимость углерода в жидком и твер-
дом растворах, способствует графитообразованию. Поэтому с уве-
личением содержания кремния механические свойства высокоугле-
родистых чугунов понижаются. При содержании же свыше 3%
кремния растворимость углерода в чугуне уменьшается, в резуль-
тате образуются крупные выделения графита (спели) и феррита,
вызывающие повышение твердости и хрупкости чугуна. Каждый
процент кремния уменьшает содержание углерода примерно на
0,3%, т. е. изменяет степень эвтектичности чугуна. Степень эвтек-
232
тичности чугуна определяется долей эвтектики в его структуре.
В случае превращения в метастабильной системе степень эвтектич-
ности находят по формуле
„ _ С-2 _ С—2
дэ~ 4,3—2, 2,3 ’
где С — содержание углерода в чугуне.
Для сплава, не содержащего кремния, степень эвтектичности,
равная 1, соответствует содержанию 4,3% С (рис. 160), соответ-
ственно, S9 = 1. Для доэвтектических чугунов Ss< 1, а заэвтек-
тических S3 > 1.
Поскольку, как указано выше, кремний изменяет степень эвтек-
тичности чугуна, то влияние его на степень эвтектичности выра-
жают при помощи «углеродного эквивалента», вычисляемого в про-
центах. С учетом содержания кремния в чугуне углеродный экви-
валент будет
C9 = C-|-0,3Si.
С учетом содержания кремния и фосфора
Сэ = С+0,3 (Si +Р).
Чугуны считаются эвтектическими, когда углеродный эквивалент
равен 4,2—4,3%. Соответственно с учетом влияния кремния и фо-
сфора степень эвтектичности чугуна может быть определена из вы>
ражения
<? ________2______
3 4,3-0,3 (Si + P) ’
Углерод и кремний оказывают количественное влияние не только
на структуру чугуна, но также и на дисперсность структурных
составляющих. При повышении углеродного эквивалента Сэ уве-
личивается количество графита Г, снижается количество перлита П
и одновременно укрупняются включения графита и уменьшается
дисперсность перлита П. Поэтому для повышения прочности чугуна
необходимо снижать содержание углерода и кремния (только до
определенного предела из-за возможного появления структурно-
свободного цементита и ухудшения механических свойств), что при-
водит к получению дисперсного перлита, уменьшению содержания
феррита и графита, а также к измельчению последнего.
Марганец образует с углеродом карбиды Мп3С и Мп3С4 и ряд
твердых растворов, с серой — сульфид марганца MnS по реакции
FeS + Мп MnS + Fe,
который почти не растворяется в железе. Марганец растворяется
в феррите и соединяется с углеродом, образуя прочные карбиды, что
повышает прочность чугуна и несколько снижает вязкость. Таким
образом, марганец в чугуне нейтрализует вредное влияние серы.
При содержании в шихте до 1,2% марганца в шлаках резко уве-
личивается содержание серы (в 2—3 раза); 0,5—1% марганца в чу-
233
гуне не препятствует графитизации. Это объясняется тем, что мар- J
ганец является раскислителем и десульфуратором; он уменьшает |
количество закиси железа и серы в чугуне, которые препятствуют 1
графитизации.
Марганец снижает температуру превращения у -» а, расширяет
область у-раствора и способствует стабилизации и повышению
дисперсности перлита. Благодаря этому содержание до 1,5% мар-
ганца положительно влияет на механические свойства серого чу- j
гуна. Карбидообразующее действие марганца заметно влияет при я
относительно высоком его содержании (1,5—2%). 1
Сера соединяется с железом, образуя легкоплавкую эвтектику |
Fe + FeS с температурой плавления 985° С. В жидком чугуне сера Ц
может растворяться в неограниченном количестве, а в твердом —-3
незначительно. М
Сера, присутствующая в виде сульфидов, богатых железомИ
или в виде эвтектики, сильно тормозит графитизацию в низкомарИ
ганцовистых чугунах, снижает их механические свойства из-за обраИ
зования на границах зерен хрупкой эвтектики. Нейтрализация этогИ
влияния серы и максимальная степень графитизации для данного^
jVln . — ,—г
чугуна обычно достигаются при отношении -^- = 4-5-5. При этом
сера в основном находится в виде сульфидов марганца, не влияю-
щих на графитизацию. J
Сульфидные соединения увеличивают вязкость чугуна, ухудшают»
жидкотекучесть и механические свойства. При содержании 0,12—»
0,14% серы резко понижается жидкотекучесть и увеличивается ко-Я
личество цементита и перлита в структуре чугуна — появляется от- 3
бел в тонких сечениях отливок. О т б е л получается вследствие |
того, что сульфиды железа, имея низкую температуру плавления, |
кристаллизуются по границам зерен и препятствуют растворимости I
углерода, кремния в железе и распаду цементита. Я
Фосфор уменьшает растворимость углерода в чугуне и темпера-
туру эвтектического превращения. Фосфор при содержании до ?
0,3% полностью растворяется в чугуне, а свыше 0,3% образует '
фосфидную эвтектику в виде отдельных включений Fe3P—Fe3C—Fe, ?
плавящуюся при 950° С. При содержании свыше 0,6—0,7% фос- :
фора фосфидная эвтектика выделяется в виде сплошной сетки, рас-
положенной по границам кристаллов. Поэтому в чугуне для ответ- 1
/ственных отливок должно быть не более 0,15—0,20% фосфора, а "
для отливок, работающих на истирание без удара, когда требуются
хорошие антифрикционные свойства, — до 0,6—0,7% фосфора. |
Фосфор' повышает жидкотекучесть, поэтому содержание фосфора I
в чугуне для художественного литья увеличивают до 1 % и выше. |
На графитизацию фосфор влияет незначительно.
Хром в чугуне при эвтектическом превращении является кар-
бидообразующим элементом, а при эвтектоидном повышает устой-
чивость аустенита. Хром увеличивает прочность чугуна при повы-
шенных температурах и многократных нагревах, поэтому его вводят
234
в состав жаростойких и окалиностойких чугунов. Хром повышает
твердость, сопротивление износу, коррозии в морской воде и слабых
растворах кислот, но увеличивает хрупкость чугуна. При содержа-
нии свыше 0,8% хрома прочность чугуна-понижается из-за образо-
вания свободных карбидов хрома. Самостоятельно в качестве леги-
рующего элемента хром применяют редко, его чаще всего применяют
вместе с никелем, молибденом, медью и др.
Никель в сплавах железо — углерод понижает критические точ-
ки Ах и А3, сдвигает влево и вниз критические точки Е и S, немного
повышает температуру эвтектического превращения, увеличивает
устойчивость аустенита, растворимость углерода в жидком и твер-
дом растворах, а также содержание углерода в эвтектике и в эвтек-
тоиде, является графитизирующим элементом. Никель действует
на эвтектическое превращение аналогично кремнию, в то же время
задерживает распад эвтектоидных карбидов, тем самым стабилизи-
рует перлит и способствует повышению его дисперсности.
При содержании более 2% никеля структура чугуна становится
сначала полностью перлитной, затем сорбитной; при содержании
4,5—5% никеля образуется мартенсит, а при 20% никеля чугун
имеет мартенситную структуру. Никель повышает коррозионную
стойкость чугунных отливок в морской воде и щелочах.
Медь при содержании до 3—4% легко растворяется в жидком
чугуне, способствует графитизации и уменьшает твердость чугуна,
в сером чугуне — стабилизации перлита и увеличивает твердость,
понижает температуру эвтектического превращения, способствует
получению структуры, близкой к однородной в тонких и толстых
сечениях отливки. Пониженное содержание меди в высокоуглероди-
стом чугуне повышает прочность и твердость. Оптимальное содер-
жание меди в легированном сером чугуне 3—4%.
Медь во время затвердевания чугуна способствует графитиза-
ции, но в процессе эвтектоидного превращения она препятствует
распаду перлита. Медь увеличивает сопротивление чугуна коррозии
в атмосферных условиях, в растворах солей, кислот, нефти. При
содержании меди более 2% заметно превращение шаровидного гра-
фита в пластинчатый, а при содержании 3% меди получить шаровид-
ный графит не удается.
Титан понижает температуру эвтектического превращения и
способствует переохлаждению чугуна, при содержании до 0,5%
в доэвтектическом чугуне способствует графитизации и выделению
графита в виде мелких пластин. Обычно в чугун вводят 0,05—0,1%
титана и только в чугун для поршневых колец — до 0,2%. Титан
является хорошим раскислителем, способствует равномерному рас-
пределению в чугуне графита. Максимальное выделение графита на-
блюдается при 0,1% титана. Титан нейтрализует действие хрома в
чугуне, являясь модификатором, вследствие чего отпадает необхо-
димость в повышении содержания кремния. Титан способствует по-
вышению механических свойств, особенно прочности высокоуглеро-
Дистых чугунов.
2Э5
Титан не растворяется в цементите, с углеродом и азотом образует 1
карбонитриды, являющиеся самостоятельной фазой. Титан, связы- 1
вая азот в виде нитрида, облегчает разложение эвтектического и 1
эвтектоидного цементита, т. е. способствует графитизации чугуна. ’
При содержании свыше 0,18—0,20% титан с углеродом образуют
карбиды и препятствуют графитизации. Титан используется как
модификатор при производстве ковкого чугуна и является нежела-
тельной примесью для отливок из высокопрочного чугуна, так как
препятствует образованию шаровидного графита.
Молибден снижает температуру начала и конца кристаллизации
аустенита, в чугуне образует твердые растворы с цементитом и
растворяется в нем до 1,3%. При обычных скоростях охлаждения J
для отливок из серого чугуна молибден ускоряет графитизацию. Я
При содержании Молибдена в сером доэвтектическом чугуне до 1 % Я
количество цементита не увеличивается, при содержании молибдена Я
до 3 % тормозится графитизация, при более высоком содержании Я
молибдена чугун затвердевает белым. Молибден увеличивает проч- Я
ность и твердость доэвтектических чугунов, также повышает крат- Я
ковременную прочность чугуна при высоких температурах, тепло- Я
стойкость, ростоустойчивость, сопротивление износу и ударную Ц
вязкость. Молибден улучшает жаропрочность чугуна и в этом отно- Я
шении превосходит все другие элементы. Я
§ 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУНОВ Я
Белый чугун (рис. 161) состоит из перлита и структурно-свобод-Я
ного цементита (П + Ц), углерод находится в нем в виде химиче- Я
ского соединения с железом. Белый чугун обладает высокой твер- Я
достью, хрупкостью и не поддается обработке резцом, поэтому его И
применяют в машиностроении очень редко, только в тех случаях, Я
когда деталь работает на износ (щеки камнедробилок, мелющие ша- Я
ры, тормозные вагонные колодки и т. д.). Рабочая поверхность от- 1
ливок должна иметь структуру белого чугуна, а центральная часть, я
как более прочная, — структуру серого. Такие отливки называют Я
отбеленными или закаленными. 1
Белый чугун, низкоуглеродистый и низкокремнистый, приме- 1
няют также для производства ковкого чугуна. Сначала отливки 1
/получают из белого чугуна, а затем они подвергаются специальной 1
' термической обработке — отжигу на ковкий чугун. 1
Серый чугун обычно имеет пластинчатый графит, но модифици- Я
рование жидкого чугуна магнием или церием способствует получе- Я
нию в отливках графита шаровидной формы. По составу основной
металлической массы отливки из серого чугуна могут быть четырех Я
типов. и
Перлитно-цементитный серый чугун Я
(П 4- Ц -j- Г) состоит из перлита, включений структурно-свободного Я
цементита и пластинчатого графита. Такую структуру можно полу-
чить при пониженном содержании кремния в чугуне и быстром охла-
236
ждении отливок в форме. Эти чугуны обладают повышенной проч-
ностью и плохо обрабатываются резцом.
При модифицировании магнием или церием можно получить се-
рый высокопрочный чугун с перлитно-цементитной структурой и
шаровидным графитом. /
Перлитный серый чугун (П + Г) состоит из пер-
лита и пластинчатого графита, после модифицирования магнием
или церием (рис. 162) — из перлита и графита шаровидной формы.
Перлитный чугун обычно имеет мелкопластинчатый графит и обла-
дает умеренной твердостью (НВ 200—230), высокими прочностью и
износостойкостью и хорошо обрабатывается резцом. Перлитный
серый чугун с шаровидным графитом обладает еще большей механи-
ческой прочностью, поэтому называется высокопрочным.
Перлитно-ферритный серый чугун (П +
+ Ф + Г) состоит из перлита, феррита и графита (рис. 163), после
модифицирования магнием — из перлита, феррита и шаровидного
графита. Перлитно-ферритный чугун менее прочен по сравнению
с перлитным чугуном, так как пластинки графита в нем крупнее,
Чем в перлитном чугуне. Он более мягкий и легче подвергается
механической обработке. Структура П + Ф + Г с пластинчатым
237
графитом чаще всего встречается в обычных чугунных отливках
применяющихся в машиностроении.
Рис. Г62. Перлитный серый чугун:
а —с пластинчатым графитом (X 300); б — с шаровидным графитом (X 400)
Ферритный
рита и пластинчатого
серый
графита
ч у г у н (Ф + Г) состоит из фер
содержании кремния и углерода
(рис. 164),
получается
при
высоком
в толстостенных отливках и мед
Рис. 163. Перлитно-ферритный се-
рый чугун
Рис. 164. Ферритный серый чугун
ленном охлаждении их в форме. Включения графита очень крупные
Ферритный чугун обладает низкими механическими свойствами
очень мягкий, хрупкий, быстро изнашивается, но легко обрабаты
вается. Для машиностроительных отливок такой чугун не при
годен.
238
§ 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧУГУНА ДЛЯ ОТЛИВОК
Серый чугун с пластинчатым графитом используют для отливок
главным образом деталей машин. Основными потребителями яв-
ляются различные отрасли машиностроения (автомобильное, тран-
спортное и др.). Качество чугуна для отливок оценивают по его
механическим свойствам. Свойства отливок регламентируются
ГОСТ 1412—70 (табл. 30). При выборе состава чугуна литейщик
должен учитывать технологический процесс его получения с учетом
влияния различных факторов на структуру чугуна и его механиче-
ские свойства.
Таблица 30
Механические свойства отливок из серого чугуна
Марка чугуна Предел прочности, кгс/мм8 Стрела про- гиба при изгибе, мм (расстояние между опо- рами 300 мм) НВ
При растя- жении при изгибе
СЧ 00 Испытания не производятся -
СЧ 12-28 12 28 2,0 143—229 '
СЧ 15-32 15 32 2,5 163—229
СЧ 18-36 18 36 2,5 170—229
СЧ 21-40 21 40 170—241
СЧ 24-44 24 44 170—241
СЧ 28-48 28 48 3,0 • 170—241
СЧ 32-52 • 32 52 187—255
СЧ 36-56 36 56 197—269
СЧ 40-60 40 60 3,5 207—269
СЧ 44-64 44 64 ' 229—289 •
Чугуны повышенной прочности марок СЧ 24-44, СЧ 32-52,
СЧ 36-56, СЧ 40-60 применяют, когда необходимо по техническим
условиям получить отливки для работ в условиях повышенного из-
носа (например, детали двигателей, различные цилиндры, отливки
металлорежущих станков и т. п.) и когда требуется повышенная
твердость массивных рабочих поверхностей и определенная микро-
структура чугуна, содержащего дисперсный перлит и мелкие вклю-
чения графита.
Согласно ГОСТ для определения механических свойств чугуна
отливают цилиндрические заготовки диаметром 30 мм и длиной
360 мм или же квадратные — сечением 25 х 25 мм, такой же длины.
Образцы для испытания на растяжение вытачивают из отдельно
залитых заготовок, диаметр расчетной части должен быть 10; 15;
20 и 25 мм.
239
Таблица 31
Диаметры заготовки и бруска
для испытания серого чугуна
на разрыв, мм
Толщина стенки отливки, мм Заготовка Брусок
До 16 20 10
16—30 30 15
31—50 40 20
50—70 50 25
Диаметр заготовки образца (бруска) для испытания на разрыв
выбирают в зависимости от толщины стенок отливки (табл. 31).
Нормальный образец для определения механических свойств
чугуна должен иметь диаметр 20 мм. Длина образца (расчетная)
должна быть 100 мм (укороченный) .1
или 200 мм (нормальный). |
Чугуны марок СЧ 28-48 и выше 1
называют высококачественными. Они Ч
имеют перлитную структуру (П + Г) |
с мелкораздробленными пластинками -1
графита. Эти чугуны рекомендуется |
получать модифицированными. Серый |
чугун повышенного качества можно J
получить без модифицирования и ле- ]
гирования, а именно за счет ввода в i
шихту стали, перегрева чугуна и вы- 1
держки жидкого чугуна перед залив- 1
кой его в формы. Ввод в шихту стали
для получения перлитной структуры
широко используют в литейных цехах при изготовлении большого I
числа отливок разнообразной номенклатуры. Такой чугун назы- j
вают сталистым. Сталь вводят в шихту при выплавке чугуна для
последующего модифицирования. Jfl
§ 5. МОДИФИЦИРОВАНИЕ СЕРОГО ЧУГУНА Я
Цель модифицирования серого чугуна — это получение в отлив-
ках однородной перлитной структуры с мелкопластинчатым графи-
том, а также высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Мо-
дифицирование ковкого чугуна- применяют для ускорения отжига
белого чугуна.
В качестве модификаторов используют силикокальций (0,3—
0,8% массы жидкого чугуна), ферросилиций (0,3—0,8%) и графит
в виде порошка (0,06—0,1 %). Модификаторы перед вводом в жидкий
чугун рекомендуется прокаливать при 300—400° С. Модификаторы
в раздробленном виде (куски размером не более 5—6 мм) специаль-
ными дозаторами подают на желоб вагранки. После модифицирова-
ния чугун сразу же разливают в формы, чтобы не уменьшить эффект
модифицирования и не охладить чугун.
Модифицирование само по себе мало повышает свойства серого
чугуна, оно дает хорошие результаты только как составная часть
комплекса технологических мероприятий: перегрева жидкого чу-
гуна; снижения содержания углерода и кремния в чугуне; повыше-
ния содержания марганца до 1,0—1,5%.
При перегреве чугуна графит становится мельче, а количество
связанного углерода увеличивается. Однако перегрев вызывает
переохлаждение чугуна при затвердевании, благодаря чему чугун
отбеливается особенно в тонких сечениях отливок. Увеличение
240
содержания кремния с целью предотвращения отбела в тонкостенных
отливках способствует появлению мелких дисперсных выделений
графита и феррита, что также нежелательно. При модифицировании
же чугун дегазируется, создаются добавочные центры кристаллиза-
ции и устраняется переохлаждение, вследствие чего происходит
интенсивная графитизация и предупреждается отбел.
Модифицирование увеличивает прочность серого чугуна и его
износостойкость, улучшает плотность, теплостойкость и обрабаты-
ваемость. Хорошие результаты дает модифицирование с легирова-
нием. При плавке модифицированного высокопрочного серого чугуна
необходимо соблюдать ряд технологических условий: перегревать
чугун до 1420—1440° С, добавлять в шихту 40—60% стали, приме-
нять в шихте низкокремнистые доменные чугуны.
§ 6. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ЧУГУНЫ
Высокопрочным называют чугун, модифицированный магнием
с последующей обработкой ферросилицием (75% Si). При введении
магния в чугун изменяются условия роста зародыша графита, что
влияет на его форму: он становится шаровидным. Эта форма графита
способствует повышению прочности и особенно пластичности чугуна.
Высокопрочный чугун по сравнению с углеродистой сталью
имеет следующие преимущества: более низкую температуру плав-
ления, лучшую жидкотекучесть, меньшую склонность к образова-
нию горячих и холодных трещин, меньшую плотность, более высо-
кую прочность, износостойкость и лучшую обрабатываемость реза-
нием. По сравнению с серым чугуном он обладает более высокими
прочностью, пластичностью, жаростойкостью и лучшей сваривае-
мостью.
В чугун вводят 0,15—0,45% Mg от массы жидкого чугуна. Ко-
личество магния зависит от способа его ввода.
Магний несколько увеличивает жидкотекучесть при прочих
равных условиях (химическом составе, температуре заливки, ско-
рости охлаждения и т. д.). Линейная усадка высокопрочного чугуна
составляет около 1,7—1,8%, что больше усадки обычного чугуна;
при затвердевании по стабильной системе она может быть такой же,
как и у серого чугуна. Магний улучшает износостойкость и корро-
зионную стойкость чугуна. При вводе магния чугун сильно охлаж-
дается, поэтому его необходимо перегревать до 1400—1450° С.
В последнее время для модифицирования чугуна применяют це-
рий. Расход его составляет 0,2—0,3%. Церий вводят в виде кусков
непосредственно в ковш во время заполнения его чугуном. Церий
на форму графита оказывает такое же влияние, как и магний. Об-
разование шаровидной формы графита под влиянием церия возможно
в доэвтектическом и заэвтектическом чугуне, при этом чугун необ-
ходимо перегревать до 1500° С. Литейные свойства и прочность
цериевого чугуна выше, чем магниевого, однако церий — очень
Дефицитный металл, поэтому его используют редко.
241
После модифицирования магнием или церием рекомендуется
присадка 75%-ного ферросилиция для регулирования структуры ме-
таллической основы. Присадку ферросилиция можно вводить также
вместе с магнием, при этом его необходимо предварительно раздро-
бить на куски размерами 6—10 мм. Количество ферросилиция,
вводимого в ковш, зависит от состава чугуна, толщины стенок от-
ливок, количества модификаторов (магния или церия) и других
условий, обычно оно составляет 0,3—1,2% массы жидкого чугуна.
Магний вводят в жидкий чугун в лигатурах Mg—Ni, Mg—FeSi,
Mg—Cu, Mg—CaS и др., а также иногда и в чистом виде. Применяют
несколько способов ввода магния и его лигатур в жидкий чугун:
1) в ковш с помощью колокольчика; 2) в копильник вагранки;
3) в специальные герметизированные ковши.
Магний вводят при обычном атмосферном давлении (открытым
способом) либо при повышенном давлении на поверхности модифи-
цированного чугуна (закрытым способом). В процессе обработки
чугуна магнием последний испаряется с выделением большого ко-
личества белого пара; температура чугуна понижается на 120—
150° С. Поэтому модифицирование чугуна производят в специально!^
копильнике или в герметизированном ковше.
На рис. 165 приведена установка для ввода магния или магние-
вой лигатуры непосредственно в копильник вагранки. В копильнике
магний лучше усваивается чугуном, чему способствуют испарений
магния при температуре 1400° С и повышенное давление паров маг-)
ния, достигающее 8 кгс/см2. - а
Таблица 32
Механические свойства высокопрочного чугуна
Марка чугуна Временное сопротивле- ние разрыву, кгс/мм2 Предел текучести, кгс/мм2 Относитель- ное удлине- ние, % Ударная - вязкость, КГС-М/СМ2 ’ НВ
ие менее
ВЧ 38-17 38 24 17 6 140—170
ВЧ 42-12 42 28 12 4 140—200
ВЧ 45-5 45 33 5 3 160—220
ВЧ 50-2 50 38 2 2 180—260
ВЧ 60-2 60 40 2 2 200—280
ВЧ 70-3 70 40 3 , 3 229—275
ВЧ 80-3 80 ,50 3 , 2 220—300
ВЧ 100-4 100 70 4 3 302—369
ВЧ 120-4 120 90 4 3 302—369
В центральном научно-исследовательском институте технологии ’
машиностроения (ЦНИИТМАШ) разработан способ ввода магния '
с замедленным испарением последнего (рис. 166). Чугун заливается <
в герметически закрытый ковш барабанного типа, а магний предва- -
рительно кладут в боковой патрон. После заливки ковш закрывается,^
поворачивается и чугун соприкасается с магнием. Магний испа-'"
242
Рис. 165. Установки для ввода в копильник металлического маг-
ния:
1 — груз; 2 — колокольчик с магнием; 3 — вагранка: 4 — кольца;
5 — направляющие для груза
обработки чугуна магнием
Рис., 166. Герметизированный ковш для
(ЦНИИТМАШ):
— ковш; 2 — горловина для заливки жидкого чугуна; 3 — патрон для укладки Магния
243
ряется, в ковше повышается давление (2,5—3 ат). Чугун перемеши-
вается с магнием постепенно, и усвоение магния чугуном в таких '
ковшах достигает 30—40%.
Механические свойства высокопрочного чугуна регламенти-
' руются ГОСТ 7293—70 (табл. 32).
Высокопрочный магниевый чугун применяют в машиностроении
для различных деталей: коленчатых валов, прокатных валков, зуб-
чатых колес, поршней, станин прессов, лопаток турбин, изложниц,
коробок скоростей для деталей тракторов и т. д.
§ 7. ЛЕГИРОВАННЫЕ ЧУГУНЫ
Легирующие элементы улучшают механические свойства, корро-
зионную стойкость, износостойкость, жаропрочность, антифрикцион-
ные и другие свойства чугуна. В зависимости от содержания леги-
рующих элементов чугуны можно разделить на низколегированные 5
(до 3% легирующих элементов), среднелегированные (3—10% ле- 1
гирующих элементов), высоколегированные (более 10% легирую- ;
щих элементов). Наиболее часто ё качестве легирующих элементов |
чугуна применяют никель, хром, молибден, марганец, алюминий, I
медь, титан. В соответствии с этим чугун называют никелевым, хро-1
мистым, титаномедистым и т. д. Наибольшее распространение в ма-1
шиностроении получили низколегированные хромоникелевые чу-я
гуны, выплавляемые с присадкой в шихту природнолегированиых 1
доменных чугунов. 1
Низколегированные конструкционные чугуны. Легированные!
хромоникелевые чугуны различных марок содержат 0,3—0,4% СгЯ
и 0,1—2% Ni. В шихту вводйт до 8% Орско-Халиловского чу-1
гуна, содержащего в среднем 1% Ni и 2,5—2,7% Сг. Чугун, леги- я
рованный 0,25—0,35% Сг и 0,25—O,35?o Ni, успешно применяют!
для изготовления блоков цилиндров автомашин. Такие чугуны Л
обеспечивают повышенные механические свойства и хорошую из-!
носостойкость. 1
В низколегированном чугуне эффективность легирования опре-!
деляется присутствием хрома. В тонкостенных отливках из хромо-1
никелевого чугуна при содержании 0,3—0,4% Сг и 0,1—2% Ni l
может получиться отбел. Поэтому в таких случаях производят 1
Модифицирование жидкого чугуна ферросилицием или другими мо-1
"дификаторами. Для станин металлообрабатывающих станков при-1
меняют чугуны, легированные 1,25—1,75% Ni с небольшими добав-1
ками хрома (0,25—0,35%) и молибдена (0,3—0,4%). 1
Автомобильные поршневые кольца изготовляют из низколеги-1
рованного чугуна, содержащего 3,8—3,9% С; 2,4—2,6% Si; 0,2—Я
0,1% Сг; 0,15—0,25% Ni; 0,35—0,5% Си; 0,1—0,2% Ti. Для полу-]
чения чугуна такого состава в шихту вводят титаномедистый чу-Я
гун, имеющий в небольшом количестве легирующие элементы: хром, 1
никель, медь и титан. Крупные тормозные барабаны грузовых авто- 1
мобилей и самолетов изготовляют из чугуна, содержащего 3,8% С; |
244 1
1,35% Si; 2,0% Ni; 0,25—0,35% Сг; 0,4—0,5% Mo. Прочность
при растяжении чугуна до 28 кгс/мма. Такой низколегированный чу-
гун имеет однородную структуру и хорошо обрабатывается.
Износостойкие чугуны. Такие чугуны применяют для отливок,
работающих в условиях повышенного износа (для подшипников,
цилиндров, втулок, тормозных барабанов и др.). С целью достиже-
ния высокой износостойкости чугун легируют так, чтобы в его
структуре образовались карбиды с наибольшей твердостью. По-
этому чугун необходимо легировать элементами, способствующими
образованию карбидов (хромом, молибденом и др.).
Чугун типа нихард имеет состав: 2,7—3,6% С; 0,4—1,0% Si;
0,25—0,7% Мп; 3,0—5,0% Ni; 1,2—2,8% Сг; до 0,15% S; до 0,4% Р.
При производстве крупных отливок к нихарду добавляют молиб-
ден, который является карбидообразующим элементом. Такой чугун
с целью уменьшения остаточного аустенита подвергают нагреву
до 700—760° С и выдержке несколько часов, а затем охлаждают.
Износостойкий чугун применяют для отливок волочильных досок,
форм для керамики, роликов конвейеров, размалывающих шаров
и т. п.
Чугун нихард имеет мартенситную структуру, обладающую
высокой износостойкостью, большую линейную усадку (до 2%) и
низкие литейные свойства, как и белые чугуны.
Немагнитные чугуны. Это высоколегированные чугуны, содер-
жащие в качестве основных легирующих элементов никель, марга-
нец, медь и алюминий. При присадке таких элементов чугун будет
иметь аустенитную структуру. В случае легирования чугуна нике-
лем и марганцем ориентировочное содержание в них углерода для
получения аустенитной структуры должно удовлетворять равен-
ству
[% NiJ +2,5 [% Мп] 4-1,8 [%С] =33.
Немагнитные чугуны содержат 9—12% никеля; добавка 2% меди
дает возможность снизить содержание'никеля..
В связи с дефицитностью никеля разработаны чугуны с содер-
жанием до 12—16% марганца, а также чугуны с содержанием до
20—30% алюминия.
Коррозионностойкие чугуны. Коррозия чугунов зависит от
следующих факторов: структуры металлической основы; содержа-
ния графита и связанного углерода; характера распределения гра-
фита; общего химического состава; плотности. Низкохромистые
чугуны характеризуются повышенной коррозионной стойкостью
в морской и водопроводной воде. Чугуны, легированные 0,5—
1,0% Ni, обладают повышенной стойкостью в щелочах, еще
большей стойкостью обладают чугуны, легированные хромом и
никелем (по 0,5—1,0% каждого). Чугуны, легированные медью
и сурьмой (до 0,8% каждого), имеют высокую коррозионную
стойкость в соляной кислоте (в 20—30 раз больше нелегирован-
ных чугунов).
245
Особое место среди коррозионностойких сплавов занимают так
называемые ферросилициды. Это сплавы, содержащие 14,5—18% Si
и около 0,5% С.
Высококремнистые чугуны типа ферросилицидов обладают хоро-
шей жидкотекучестью, большой линейной усадкой (1,7—2,3 %)j
хорошо сопротивляются износу, плохо обрабатываются, хрупки!
НВ 300—460. Эти сплавы имеют высокую коррозионную стойкост]
в серной кислоте при любых концентрациях, что обусловлено обра"
зованием защитной пленки кремнезема SiOa вследствие действия
кислоты на отливку. В горячей соляной кислоте и некоторых
других веществах пленка SiO3, защищающая отливки из высоко-
кремнистых сплавов от коррозии, разрушается. В этих случаях при-
меняют кремнемолибденовые чугуны, называемые антихлорами.
В такие чугуны дополнительно вводят 3,5—4,0% молибдена.
Высокой коррозионной стойкостью обладают чугуны с аустенит-
ной структурой, например чугун нирезист. Он обладает высокой
: химической стойкостью при обычной температуре в серной, му-
равьиной, уксусной кислотах, каустической соде и в некоторых
солях и щелочах, а также в морской воде. Состав нирезиста: 2,75—
3,1% С; 0,4% Р; до 0,12% S; 12—16% Ni; 6-8% Си; 1,5—4,0% Сг.
Эти чугуны обладают хорошей износостойкостью и температуростой-
костью; их применяют для гильз блоков цилиндров автомобильных
двигателей.
Жаропрочные чугуны. Применяют для отливок, работающих при
температурах до 600° С под нагрузкой. Для повышения жаропроч-
ности в чугун вводят легирующие добавки — никель, хром и молиб-
ден. Структура таких чугунов должна быть аустенитно-карбидной;
графит должен иметь шаровидную форму. Отливки из чугуна марок
4Н19ХЗШ подвергаются термической обработке по режиму: нагрев
до 1030—1050° С, выдержка 2—4 ч, нормализация и последующий
отпуск при температуре 550—620° С.
Жаростойкие чугуны. Это чугуны, способные оказывать сопро-
тивление росту (не более 2%) и окалинообразованию [не более
0,5 г/(м2ч)] при заданной температуре в течение 150 ч. Чугунные
отливки, работающие при высоких температурах, разрушаются
не только от недостаточной жаростойкости, но и от увеличения
объема, которое происходит при нагреве выше 400° С. С увеличе-
нием температуры объем может увеличиться из-за роста чугуна до
10%. Чугунные отливки при этом коробятся, в них образуются
трещины, и они выходят из строя. Поэтому отливки, работающие
при высоких температурах, должны сопротивляться не только хи-
мическому воздействию среды, но и росту. Увеличение объема чу-
гуна объясняется тем, что цементит, находящийся в чугуне, рас-
падается с выделением графита. Каждый процент углерода, находя-
щегося в чугуне в виде цементита, при распаде увеличивает объем
примерно на 2,5%, так как газы, окисляющие чугун, проникают
вдоль выделений графита. Проникновение газов в чугун и его окис-
ление будет тем больше, чем крупнее графит, выделившийся в чугуне
246
при распаде цементита. Следовательно, для получения чугунных
отливок с повышенной жаростойкостью и ростостойкостью необ-
ходимо подбирать чугун такого химического состава, чтобы на от-'
ливках могла образоваться стойкая защитная пленка, которая бы
препятствовала проникновению в чугун газов, при этом исключа-
ется распад цементита.
Чугун, содержащий более 5% Si, называется силалом, а^ чугун,
содержащий 19—25% А1,—чугалем.
Силал имеет низкую прочность, вязкость, склонен к обра-
зованию трещин, при добавке марганца или хрома улучшаются
его механические свойства, а при добавке меди повышаются окали-
ностойкость и жидкотекучесть. Очень высокой окалиностойкостью
и ростостойкостью обладает кремнистый чугун с шаровидным гра-
фитом.
Чугаль отличается высокой жаростойкостью и сравнительно,
удовлетворительными литейными свойствами, обрабатывается реза-
нием. Он имеет большую усадку, объем усадочных раковин состав-
ляет 3—7% при содержании 18—23% А1, линейная усадка2,4—2,6%
при содержании 25 % А1. Чугаль с шаровидной формой графита имеет
более высокую жаростойкость, чем серый чугун с пластинчатым
графитом. Из этого чугуна часто изготовляют тигли для сплавов
алюминия.
ГЛАВА II
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ШИХТОВКА
§ 1. МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ШИХТА
Основными материалами, входящими в состав металлической
шихты при плавке чугуна, являются доменный чушковый чугун,
лом чугунный и стальной, брикетированная чугунная и стальная
стружка, возврат собственного производства (литники, скрап,
бракованные отливки).’ В качестве добавок в зависимости от марки
выплавляемого чугуна используют ферросплавы: ферросилиций,
силикокальций, ферромарганец.
Доменные чушковые чугуны
Чугуны, выплавляемые в доменных печах, подразделяют по
назначению на литейные и передельные. Литейный чугун, в свою
очередь, делится на чугун общего назначения и специальный (для
отливок валков прокатных станов, отливок из ковкого чугуна и
Других отливок с отбеленной поверхностью). В зависимости от рода
топлива, на котором выплавляют литейный и передельный чугуны,
их подразделяют на коксовый и древесно-угольный чугуны. Чугун,
выплавленный в доменных печах из руд, содержащих легирующие
элементы, называют природнолегированным. Доменные чугуны
247
Состав литейного коксового чушкового чугуна, % (ГОСТ 4832—72)
Примечания: 1. Чугун М2 всех групп, классов и категорий (за исключением IV категории) допускается использовать для
передела в кислородно-конверторных печах.
2 Чугуны Ml, М2, М3 допускается поставлять с содержанием не более 0,3% меди.
248
поставляют заводам-потребителям в чушках. Практикой установ-
лено, что отливки, полученные при применении чушковых литейных
чугунов одинакового химического состава, но поставляемые раз-
ными металлургическими заводами, обладают различной структу-
рой и механическими свойствами.
К недостаткам литейных чугунов относят склонность их к усадке,
выделение спели (выделение графита), микропримесей, неметалли-
ческие включения и газы. Лучшими считают чугуны, имеющие
наименьшую загрязненность микропримесями. Наименьшая за-
грязненность микропримесями у чугунов, выплавленных на криво-
рожских рудах.
На качество литейного чушкового чугуна влияют также условия
его разливки, определяющие в известной мере структуру чугуна и
степень ее загрязнения спелью и шлаковыми включениями. При
длительном пребывании жидкого чугуна в ковше перед разливкой
его в чушки загрязненность спелью чугуна увеличивается, а при
быстрой разливке чугуна, особенно в небольшие чушки, содержание
спели уменьшается. Перегревом и модифицированием чугуна, вы-
плавленного в вагранках и электропечах, можно ослабить или вовсе
ликвидировать влияние наследственности. Чушковый литейный
чугун коксовый по составу делят на семь марок (табл. 33). Чугуны
каждой марки подразделяют по содержанию марганца на группы,
фосфора — на классы, серы — на категории.
Исследованиями и практикой установлено, что при использова-
нии литейных чугунов с содержанием 2,7% кремния и выше от-
ливки получают более низкого качества, так как при переплаве
такого чугуна графит полностью в жидком чугуне не растворяется.-
Для получения чугуна с высокими механическими свойствами сле-
дует применять низкокремнистые доменные чугуны с содержанием
0,75—1,75% кремния и передельные чугуны Ml, М2 и бессемеров-
ские Б1 и Б2 с добавкой доменного ферросилиция.
Передельные чугуны по составу делят на пять марок (табл. 34).
Литейные древесноугольные чугуны в общем балансе доменного
производства выплавляют в незначительном количестве. По содер-
жанию кремния их делят на три марки: ЛД1, ЛД2 и ЛДЗ (табл. 35).
Содержание серы и фосфора в них низкое. Древесноугольный чугун
обладает меньшей склонностью к отбелу по сравнению с чугунами,
выплавляемыми на коксе.
Таблица 35
Состав литейного древесноугольного чушкового чугуна, %
Марка чугуна Si Мп Р S
Не более
ЛД1 ЛД2 ЛДЗ 2,26—2,75 1,76—2,25 1,25—1,75 0,7—1,20 - 0,5—1,00 0,5—1,00 0,3 0,02 0,03 0,03
249
Литейный специальный чушковый чугун используют для отли-
вок, которые из-за содержания кремния, марганца или фосфора
нельзя получить из обычного литейного чугуна. Литейный спе-
циальный чушковый чугун применяют для отливок из ковкого чу-
гуна, валков прокатных станов и других отливок (табл. 36).
Таблица 36
Состав литейного специального чушкового чугуна, % (ГОСТ 4834—49)
- Марка чугуна Si Мп р S Сг. Примечание ч 5
не более
кк КД1 КД2 1,00—1,50 0,71—1,50 0,15—0,70 0,20—0,60 0,10—0,40 0,10—0,30 0,10 0,03 0,04 Отливкн ковкого чугуна
0,15 0,03 0,04
ВК1 ВК2 0,50—1,00 0,10—0,50 0,20—0,60 0,40 0,03 0,04 Валкн прокатных станов
ВД1 ВД2 0,81—1,30 0,30—0,80 0,20—0,80 0,40 0,06 0,04
чк Л КА При 4,2%; ЛК 2. Со 0,50—1,00 2,76—3,75 / м е ч а и и я А — от 3,5 до держание ме/ 0,50—1,00 0,50—0,90 1. Содержа! 3,8%. 1,и в чугуне 0,02—0,35 0,6 —0,9 ие углерода IК не должг 0,07 0,025 В чугу! о превь 0,19 iax ЧК 1шать 0 Колеса с отбелен- ным ободом, в авиационной промышленности должно быть не более 3%.
у— - Таблица 37 Состав доменных легированных чугунов, %
j Марка чугуна Si ' Мп Ni + Со Сг Примечание
ЛХЧ1 ЛХЧ2 Sa 2,76 2,26—2,75 0,61—1,2 1,20 . \y\v, оо 2,20—2,70 2,20—2,70 Для цилиндровой группы машиностроительных отливок
лхчз 1,76—2,26 До 0,60 Э=1,0 2,71—3,20 Для закаленных отливок
ЛХЧ4 ЛХЧ6 1,26—1,75 По заказу До 0,60 До 1,2 Ssl,0 Ss 0,80 2,71—3,20 Ss3,0 Для жаростойких отли- вок
Природнолегированные доменные чугуны вводят в шихту для И увеличения прочности и износостойкости отливок. Для легирования чугунных отливок рекомендуется применять в шихте 8—12% хро-
250
щоникелевого чугуна. При этом шихта становится несколько до-
роже. Эти чугуны широко используют в тракторной, станкострои-
тельной и других отраслях промышленности. Чугун хромоникеле-
вый поставляется четырех марок: ЛХЧ1, ЛХЧ2, ЛХЧЗ, ЛХЧ4 и
ЛХЧ6.
Состав различных доменных природнолегированных чугунов,
выпускаемых Орско-Халиловским комбинатом, приведен в табл. 37.
Титаномедистый чугун применяют для антифрикционных отли-
вок и особенно при индивидуальном литье поршневых колец, ци-
линдров и. др. Литейный чугун, легированный титаном и медью,
поставляют трех марок (табл. 38).
Таблица 38
Состав тнтаномеднстого чугуна, %
Марка чугуна S1 Мп Р, не более S Си Ti
БТМЛЗ . . . . БТМЛ4 .... БТМЛ5 .... Примечав до 0,050%. 1,75 и выше 1,26—1,74 0,75—1,25 и е. Содержани 0,4—1,0 е никеля и 0,50 ограничив 0,03 0,04 0,04 ается, 2,0 . оде ржа 0,60—1,20. иие хрома —
Ферросплавы и модификаторы
Ферросплавы доменные. При плавке чугуна в вагранке приме-
няют доменный ферросилиций и ферромарганец доменный (табл. 39).
Таблица 39
Состав доменных ферросплавов, %
Ферросплав Марка Si Мп Р S С
ие более - Прибли- зительно
Ферросилиций до- менный чушко- вый Си 15 Си 10 Свыше 13,1 9-13,0 3,0 3,0 0,2 0,2 0,04
Зеркальный 341 342 343 2,0 20,1-25,0 15,1-20,0 10,0-15,0 0,22 0,20 0,18 0,03
Ферромарганец доменный Мн5 Мнб 2,0 Свыше 75,1 70,0—75,0 Группа А — 0,35 Группа Б — 0,45 0,03 6,0-6,0 6,0 5,5-6,5
Примечание. По требованию потребителя ферросилиций не должен содер-
жать более 0,15% хрома.
251
Таблица 40
Состав ферросилиция, % (ГОСТ 1415—70)
Марка Si С S р А1 Мп Сг
не более
ФС90 Не менее 89 __ 0,02 0,03 3,0 0,2 0,2
ФС75ч 74—80 0,1 0,02 0,03 1,3 0,3 0,2
ФС75 74—80 — - 0,03 0,05 2,5 0,4 0,4
ФС65 63—68 — 0,03 0,05 2,0 0,4 0,4
ФС45 41-47 — 0,03 0,05 2,0 0,6 0,5
ФС25 ' 22-29 0,6 0,03 0,06 1,0 0,9 —
ФС18 17-22 1,3 0,04 0,10 1,0 1,0 —
Ферросплавы электротермические вводят в качестве раскислите-
лей при плавке стали и в качестве модификаторов при плавке чугуна.
Высокопроцентные ферросилиций (табл. 40) и ферромарганец
в вагранку вводить не рекомендуется, так как они сильно окисляются
при плавке. Такие ферросплавы, как феррохром, ферровольфрам,
ферромолибден, ферротитан применяют в качестве легирующих
добавок при производстве стали и чугуна. Феррофосфор применяют
для подшихтовки при плавке чугуна с высоким содержанием фос-
фора (при литье чугунной посуды, художественных изделий).
Фосфор добавляют в ковкий чугун для увеличения жидкотекучести,
а также в цветные сплавы при плавке для раскисления меди. Ферро-
фосфор содержит около 1,2% С, не более 2,2% Si, не более 6% Мп,
14—18% Р, до 0,5% S, остальное железо.
Таблица 41
Состав силикокальция, % (ГОСТ 4762—71)
Марка свлнкокаль- ция ' Са Fe Ai Углерод классов р 1
. А Б
не более 1
СК 10 СК15 10-15 15-20 Не менее 25 > > 20 1,0 0,2 . ОД 0,02
СК20 20-25 . — — — — —
СК25 скзо 25-30 Более 30 •До 10 » 6 • 2,0 0,5 1,5 0,4
В качестве раскислителей при плавке стали и модификаторов
при плавке чугуна применяют алюминий, силикокальций, магний.
Силикокальций изготовляют трех марок (табл. 41). Для модифици-
рования чугуна магнием применяют лигатуру ЖКМ, содержащую
61% Si, около 30% Fe, 5% Mg, около 2% Al, 1,7% Са и 0,3% Р.
В качестве модификаторов используют церий, ферроцерий и лига-
туры ФЦМ-5. Ферроцерий содержит 15% Fe, 40—55% Се, осталь-
252
ное — редкоземельные элементы (РЗМ). Сплав ФЦМ-5 — это сплав
РЗМ с магнием, состоящий из 40—50% Се, до 1% Fe, 3,6—7,5% Mg
и элементов цериевой группы. .
Иногда используют в качестве модификатора бор, ферробор,,
содержащий 4—7% В и примерно такое же количество алюминия.
Чугунный лом и возврат собственного производства
Кроме чушкового чугуна, получаемого с металлургических за-
водов, в ваграночную металлическую шихту обязательно вводят чу-
гунный и стальной лом, возврат производства: литники, прибыли,
скрап, брак, стружку и т. д. Металлы должны поступать на произ-
водство рассортированными, проверенными на взрывоопасность.
Нормы качества чугунного лома и отходов для вагранок должны со-
ответствовать ГОСТ 2787—63.
При вводе в шихту чугунного лома, отходов собственного про-
изводства ускоряется процесс расплавления и лучше перегревается
чугун. Габаритные размеры кусков лома не должны превышать
250 X 200 X 100 мм, масса кусков должна быть не менее 1 кг и не
более 35 кг. Крупный чугунный лом разбивают под копром. Сталь-
ной лом разделывают с помощью огневой, электрической или газо-
вой резки. Крупный и стальной лом можно дробить взрывным спо-
собом в специальных подрывных ямах. Необходимо иметь в виду,
что при хорошей разделке лома увеличиваются производительность
вагранок и температура выпускаемого чугуна. Лом и отходы произ-
водства перед употреблением очищают от песка, окалины и грязи.
Лом, попадающий в литейный цех извне, обязательно должен иметь
сертификат, указывающий его химический состав. Чугунный лом и
отходы не должны иметь легирующих примесей, так, для отливок из
ковкого чугуна содержание хрома выше 0,06% недопустимо, в про-
тивном случае чугун не будет отжигаться.
В ваграночную шихту вводят 40—50% стального лома тогда,
когда необходимо уменьшить содержание углерода в чугуне.
К стальному лому относятся обрезки листового и сортового железа,
рельсы, болты, стальные детали и т. д. Габаритные размеры кусков
стального лома должны быть такие же, как и чугунного лома.
Стружку вводят в вагранку в виде брикетов (15—20% чугунной
и стальной 5—7%), На ЗИЛе брикеты размером 100 X 65 мм прес-
суют на гидравлическом прессе. Масса брикета 4,5—5 кг. Брикеты,
должны быть прочными, не рассыпаться под нагрузкой. Стружку
перед брикетированием необходимо очистить от грязи, масла и
ржавчины.
Металлические шихтовые материалы, поступающие на склад
литейного цеха, разгружают и хранят на складе шихты только по-
вагонно. Доменные чушковые чугуны для вагранок малых диаметров
разбивают с помощью чушколома. При ведении плавки в вагранках
диаметром свыше 2 м можно чушки не ломать. Во всех случаях
размеры кусков металлической шихты не должны превышать 1/8
253
внутреннего диаметра вагранки; при больших габаритных размерах
кусков возможно их зависание в вагранке. Средний состав вагра-
ночной щихты приведен в табл. 42.
Таблица 42
Средний состав ваграночной шихты, %
Чугун тэтливкн Домен- ный чугун Лом со стороны ' Собствен- ный лом Ферро- сплавы
чугунный стальной
С шаровидным графитом С пластинчатым графитом Ковкий 30-50 20—40 10-20 20—30 15-25 10-20 0-10 10—20 30-50' 30-35 30—35 35—45 ьэ ьэ •—* 1 1 1 w to !
§ 2. ТОПЛИВО
Основным топливом для плавки чугуна в вагранке является
кокс и реже природный газ. Качество топлива зависит от размеров
кусков, их плотности, реакционной способности, механической проч-
ности, содержания золы и серы Куски кокса должны бЬтть одно-
родны по размерам. В зависимости от внутреннего диаметра ваг-
ранки выбирают размеры кусков кокса:
Внутренний диаметр Размер кусков кокса)
вагранки, мм мм
Менее 900 65—90
900—1000 ' 65—140
1000—1200 90—140
1200-1500 120-140
Более 1500 Более 140
Топливо должно содержать золы не более 8—10%.
В вагранке на кокс холостой и рабочей калош давит тяжелый
металлический столб шихты, поэтому кокс должен быть прочным и
однородным. При разрушении и размельчении кусков кокса трудно
равномерно распределить дутье в шахте вагранки и перегреть ме-
талл. В зоне фурм коксовая мелочь вместе со шлаком способствует
образованию настылей, поэтому кокс необходимо просеивать и
испытывать на прочность.
Кокс испытывают в цилиндрических барабанах диаметром 2 м
и длиной 0,8 м из железных прутьев с зазором между ними 25 мм.
В барабан загружают навеску кокса 410 кг и вращают его в течение
15 мин со скоростью 10 об/мин. Остаток кокса взвешивают, масса
в килограммах является барабанной пробой. Остаток кокса на сите
должен быть не менее 275 кг. Механическая прочность кокса должна
быть после «барабанной пробы» не менее 300—325 кг.
Влажность топлива должна быть минимальной (не более 2—4%).
Чем меньше (не более 25%) реакционная способность топлива, т. е.
способность кокса при 900° С восстанавливать СО., до СО, тем больше
СО,
отношениев ваграночных газах и тем горячее ход плавки.
254
Классификация и свойства ваграночного топлива (кокса)
Проч- ность, % (не менее) Ю О о ig ig |
Остаток кокса в бараба- 1 не, кг '• , 1 1 11 1
1 Объемная 1 масса, кг/м8 3 8 § § 3 3 Ю о о ю 8 8^ = = ° Ю О О ю IQ О . ’’Г О о ’ 00 00 LQ
I Теплотвор- I нал способ- нинь топлива,. ккал/кг 8 8 8 8 8 8 О о о со со ф г- г- г- г- Г- 00 1 11 : 1 Ь 1 8 8 8 8 8 8 Ю 00 00 00 00 IQ CD CD CD • CD CD Г-
Пори- стость, % еч ю сч CM IQ Ю 00 V/ 1 । '1'1 । V/ сч сч £0
Содержа- ние ме- лочи, % । (не бо- 1 лее) 00 ' 00 LQ IQ •М1
о, gj § § я Л ? Оф’ ФО О СЧ СЧ сч сч о 1 Л\ I 1 1 1 • д\ ’u О О О О ’" Г* Г* ’’#• Tf
к.о О'- летучих о - о Я. I сч rf Tt* Г- С- О 1 - II о о со* LQ IQ г-Н v-4
Содержание, влаги 1 . О1’ О О о о 1 сч* сч со
золы ООО ОО Ю z О О ci —г оГ 00 00* ® ffi‘ ’jT 00*
серы ДО ю CDZ© LQ LQ СЧ Г- О сч" О —
1 Топливо « • • . й • • • • о • ••• Л4.» • • tc * «я = 2 н • .. • • и ® •• м • • 9S • к u3 СО Я >-« ’Я»-. » . .. 'н я ь ь 5^ о sscxcx«jcj.cx, *с-> ь z Л1 _ 8®дОО СХОО&Й ° ° ь ой gio 4 g ч ч ч s д « « 5 « .= = о s5 ® ~ о> °Д.сч S g§ | « Ч ь О
255
Содержание серы в ваграночном коксе должно быть минималь-
ным и составлять 0,6—1,4% в зависимости от сорта. Трещинова-
тость кокса должна быть минимальной.
Литейный кокс отличается от доменного (металлургического)
большей плотностью и прочностью, меньшей реакционной способ-
ностью, меньшим содержанием серы. Согласно ГОСТ 3340—71 ли-
тейный кокс по составу делят на три марки (табл. 43). Меньше всех
содержит серы (до 0,6%) кокс КЛ-1, больше всех кокс КЛ-3 (1,4%).
Лучшим по прочности, размерам кусков и пористости является
кокс КЛ-3, затем КЛ-2, КЛ-1.
Хорошим заменителем кокса является термоантрацит, хотя
в настоящее время его производят очень мало.
Термоантрацит получается в результате нагрева антрацита без
доступа воздуха при температуре 900—1000° С и длительной вы-
держке до 14 ч, а также последующего охлаждения в течение 6—8 ч.
Во время термообработки из антрацита удаляется сера в виде сер-
нистых соединений и образуется термоантрацит с малой реакционной
способностью и высокой теплотворной способностью. Термоантра-
цит при плавке металла в вагранке не растрескивается. Реакци-
онная способность его ниже, чем у кокса, но выше, чем у антра-
цита.
Пекококс (табл. 43) также является заменителем кокса, его
получают при коксовании тощих донецких углей и антрацита с до-
бавкой битумов и песка. Пекококс обладает низкими пористостью
(20—25%) и реакционной способностью, мало содержит серы, имеет
высокую прочность и теплотворную способность.
§ 3. ФЛЮСЫ
Флюсами называют минеральные вещества, добавляемые в шихту
для понижения температуры плавления шлака, удаления золы из
топлива в виде шлака, а также для изменения вязкости и жидко-
текучести шлака. При плавке чугуна в вагранке применяют следую-
щие флюсы: известняк, мартеновский шлак, апатито-нефелиновую
РУДУ-
Известняк. Известняк должен содержать 40—50% СаО, не более
1% Si и минимальное количество серы и фосфора. Для ваграночной
плавки достаточно иметь химический анализ известняка на окись
кальция (СаО) и нерастворимый остаток. Качество известняка
можно определить, не прибегая к полному химическому анализу.
Для этого достаточно знать содержание нерастворимого осадка в нем.
Навеску средней пробы известняка 0,5 г измельчают и растворяют
в пробирке с 6,5 см3 соляной кислоты (1 : 1). Известняк растворяется
быстро, в течение 20—30 с. По количеству нерастворимого осадка,
состоящего из SiO2 и А12О3, можно установить сорт известняка
(табл. 44).
Перед плавкой известняк подвергают дроблению на камнедро-
билке, Величина кусков известняка должна быть 25—100 мм, так
256
как крупные куски трудно плавятся, а мелкие выносятся ваграноч-
ными газами, в особенности, если вагранки работают на повышен-
ном давлении дутья.
Таблица 44
Состав известняка, %
Сорт из- вестняка СаО, не менее SiO2 Нераст- воримый осадок AIjOj-f-'FeaOa MgO P2Ot О,
I 52,0 1,75 2,15 2,0 3,5 0,02 0,25
II .50,0 3,0 3,75 3,0 3,5 0,04 ' 0,35
III 49,0 4,0 5,0 3,0 3,5 0,05 0,35
Известняк при плавке чугуна способствует разжижению шлака.
Благодаря этому облегчается выпуск шлака из вагранки и умень-
шается вероятность зависания шихты, процесс плавки идет более
равномерно.
Мартеновский шлак. При плавке чугуна в вагранке применяют
основной мартеновский шлак или шлак из основных электропечей.
Основной мартеновский шлак в изломе — матовый, плотный и
имеет следующий состав: не более 25% SiO2; 40% (СаО + MgO);
не менее 20% (FeO + МпО); не более 2% Р2О5 и 4% CaS. Содержа-
ние окислов железа не должно превышать 10%.
Шлак используют в раздробленном виде, размер его кусков
должен быть 25—100 мм. Мартеновский шлак вводят в шихту в ко-
личестве 0,5—1,2% массы металлической н1ихты.
Плавиковый шпат. Плавиковый шпат представляет собой мине-
рал кристаллического строения, окрашенный в разные цвета. Он
понижает вязкость и температуру плавления шлака, тем самым ус-
коряя химические реакции, происходящие в шлаке, увеличивает
растворимость железа в шлаке и частично сам вступает в соединение
с серой Плавиковый шпат делят на три сорта. В плавиковом шпате
1 сорта должно быть не менее 92% CaF2 и не более 5% SiO2; II сор-
та — не менее 82% CaF2, не более 20% SiOa и III сорта — не менее
25% CaF2; содержание SiO2 не лимитируется. При плавке в основной
вагранке вводят до 8% плавикового шпата.
Распространению плавикового шпата препятствуют его высокая
стоимость и дефицитность. Кроме того, плавиковый шпат сильно
разъедает футеровку вагранки.
Апатито-нефелиновая руда. Эта руда представляет собой ми-
нерал 3 Са3РО4 -2 CaF.,. Руду делят на три сорта: I сорт содержит
25—26% Р2О6; II — 28—29% Р2ОБ и III - 31—32% Р2О5. При
этом 1 кг руды содержит 0,13—0,14 кг фосфора. Для плавки в ва-
гранке рекомендуется применять апатито-нефелиновую руду II сор-
та. Размер кусков руды 25—100 мм. Иногда апатито-нефелиновую
руду применяют взамен известняка (1% руды вместо 0,5% извест-
няка) и при плавке чугуна для насыщения его фосфором с целью
повышения жидкотекучести, особенно при производстве ковкого
чугуна.
9 Титов ' 257
§ 4. РАСЧЕТ ШИХТЫ
Состав чугуна для различных отливок. Состав чугуна для отли-
вок выбирают в зависимости от назначения и толщины стенок, со-
держания в чугуне кремния и углерода. В табл. 45 приведено приб-
лизительное содержание кремния в чугуне в зависимости от толщины
стенки. В каждом случае его приходится уточнять с учетом условий
и характера производства исходных материалов.
Таблица 45
Влияние толщины стенки отливки на содержание кремния в чугуне
Толщина -стенки, мм Содержание кремния, % при литье чугуна
в песчаные формы в кокиль
без стержней со стержнями
6-10 2)2-2,6 3,0—3,3 2,8-3,0
11-20 1,8-2,2 2,8-3,0 2,4-2,7
21-40 1,6-2,0 2,6-2,8 2,2—2,4
41-80 1,5—1,8 2,4-2,6 2,0-2,4
Методы расчета шихты. Для обеспечения заданного химического
состава и качества выплавляемого чугуна следует рассчитать шихту
по принятому химическому составу жидкого чугуна с учетом угара
элементов при плавке.
Расчет шихты делают на 100 кг металлической завалки. Масса
металлической шихты или завалки на данную программу склады-
вается из масс: 1) годного литья, необходимого по программе на
месяц, квартал, год, на день или на плавку; 2) брака литья внутрен-
него и внешнего, т. е. обнаруженного в литейном и механическом
цехах; 3) литников, выпоров и прибылей; 4) угара и механических
потерь металла при разливке (сливы, сплески, брызги и др.).
Масса литников колеблется для мелкого литья от 20 до 80%;
для среднего — от 15 до 25% и для крупного — от 5 до 15% массы
отливки.
Потери металла при разливке чугуна из вагранки можно прини-
мать равными 4—5% общей массы металлической шихты или за-
валки, а из пламенных печей — 6—8%.
Коэффициентом выхода годного литья
называется отношение массы годного литья к массе завалки, выра-
женное в процентах:
.. , . масса годного литья
Коэффициент выхода годного литья =-—------=-------- 100%.
масса металлической завалки
Коэффициент выхода годного литья из серого чугуна составляет
для отливок: мелких 40—60%, средних 55—70% и крупных — 65—
80%; для отливок из ковкого чугуна — 55—62%.
При расчете шихты необходимо учитывать угар элементов при
ваграночной плавке: кремния 10—30%,.марганца 15—25%, хрома
258
16—20%. Пригар серы составляет 40—50% вследствие перехода
серы из кокса в чугун.
Изменение содержания хрома и никеля относится к случаю
шихтовки с применением природнолегированных чугунов. Угар при-
месей в чугуне зависит от абсолютного содержания их в шихте и
от режима плавки (с подогревом дутья, без подогрева, в коксогазо-
вой вагранке и т. п.).
Шихту можно рассчитывать тремя методами: подбором, анали-
тическим и графическим. Наиболее часто шихту рассчитывают
методом подбора, так как он самый простой.
Пример расчета шихты методом подбора. Отливки автомобиль-
ных деталей из серого чугуна должны иметь следующий состав:
3,2—3,4% С; 2,0—2,2% Si; 0,6—0,8% Мп; до 0,15% Р; до 0,12% S.
Угар элементов при плавке в вагранке: 15% Si; 20% Мп и пригар
50% S.
Таблица 46
Состав шихтовых компонентов, %
\ Компоненты с Si Мп Р S
Чушковый чугун: ЛК1 3,5 3,3 0,50 0,11 0,02
ЛК2 3,6 3,0 0,50 0,12 0,03
Возврат собственного про- изводства 3,3 2,1 0,70 0,10 0,09
Лом стальной 0,2 0,3 0,80 0,05 0,05
Брикетированная чугунная стружка 3,3 2,1 0,70 0,10 0,09
Химический состав шихтовых компонентов приведен в табл. 46.
Масса металлической завалки 800 кг. Определяем среднее содержа-
ние кремния и марганца в шихте. Допустим, что искомое содержа-
ние кремния в шихте х%, а марганца у%, угар кремния при плавке
0,15х, марганца 0,20//. В жидком металле остается кремния
х — 0,15х = 0,85х;
марганца
// — 0,20//= 0,80//,
С другой стороны, известно, что в жидком металле должно
оставаться в среднем 2,1% Si и 0,7% Мп. Таким образом,
х = 2,1Si — 9 44°/ • и — _ л оуо/
4 Х 0,85 2,44 /о’ 0,80 и’б//о-
Рассчитаем состав шихты, т. е. определим процентное содержа-
ние компонентов в шихте. В соответствии с заданием (см. табл. 46)
шихту необходимо составить из пяти сортов металла. С учетом имею-
щихся шихтовых материалов и химического состава подбираем
массу отдельных компонентов колоши. Содержание элементов в ко-
лоше проверяем расчетом (табл, 47).
9*
259
Расчет содержания элементов в колоше
[ Содержание элементов, % <л ' 0,25-0,02 = 0,0050 0,15-0,03 = 0,0045 0,30 - 0,09 = 0,0270 0,15-0,09=0,0135 0,15 • 0,05 = 0,0075 0,0575 + 0,0287* = = 0,0862** сокса. ыплавляемом чугуне будет меньше заданного.
CL 0,25-0,11 = = 0,0275 0,15-0,12 = = 0,0180 0,30-0,10 = = 0,03 0,15-0,10= 1 ( =0,015 j 0,15 • 0,05 = = 0,0075 • 0,0980
Мп 0,25 • 0,5 = = 0,125 0,15-0,5 = = 0,075 0,30 • 0,7 = = 0,210 0,15-0,7 = ( = 0,105 0,15 • 0,8 = = 0,120 0,635
СП 0,25 • 3,3 = = 0,875 0,15-3,3 = = 0,450 0,3 - 2,1 = 0,630 0,15-2,1 = ! = 0,315 1 0,15-0,30 = = 0,450 2,260
и 0,25 • 3,5 = = 0,875 0,15-3,6 = = 0,540 0,30 • 3,3 = = 0,990 0,15-3,3 = = 0,495 0,15 • 0,20 = = 0,30 1 3,2
1 ' Масса 30 ю 100
8 8 ! 240 120 ! 120 1 800 i
Компоненты Чугун: ЛК1 ЛК2 Возврат собственного производства ..... Брикетированная чугун- ная стружка Стальной лом Всего * Пригар — 50% S из ? ** Содержание серы в в
260
Из табл. 47 видно, что углерод в выплавляемом чугуйе содер-
жится-в пределах заданного, а кремния не хватит на одну завалку:
2,44—2,26 = 0,18%, или O’^jQ^O°- = 1,44 кг. Также не хватает
марганца: 0,87—0,63 = 0,24%, или =1,92 кг на одну
колошу. Недостаток кремния восполним введением ферросилиция.
1 кг доменного ферросилиция марки СиЮ содержит 0,09—0,13 кг
кремния. Угар кремния в ферросилиции будет около 25%, т. е.
в отливку на 1 кг ферросилиция попадет 0,07—0,09 кг кремния.
Следовательно, в шихту необходимо дать не менее —J?4 =,20,5 кг
20 5
на одну завалку 800 кг или на 100 кг завалки -у— = 2,7 кг.
О
Недостаток марганца восполним введением ферромарганца.
1 кг ферромарганца ФМн75 содержит 0,7—0,75 кг марганца. Угар
марганца около 30%. Следовательно, в шихту можно давать ферро-
1 92 2 7 >
марганца -^ = 2,7 кг на одну завалку 800 кг или -^—==0,33 кг
на 100 кг завалки.
На основании расчета шихты методом подбора можно написать
состав шихты металлической завалки массой 800 кг:
Содержа-
Чугуи: ние, кг
ЛК1 ................'........... 200
ЛК2 ............................• 120
Возврат собственного производства 240
Стальной лом.................... 120
Брикетированная чугунная стружка 120
Итого. . » 800 кг
Расход топлива зависит от способа плавки в вагранке и состав-
ляет 9—16% массы металлической завалки. Например, при плавке
в вагранке без подогрева дутья расход кокса в литейном цехе се-
рого чугуна ЗИЛа составляет 15,5%, с подогревом дутья — 11% и
на коксогазовой вагранке с подогревом дутья 9% массы завалки.
Флюсы вводят в количестве 3% массы металлической завалки.
Шихту методом подбора рекомендуется рассчитывать при стан-
дартной шихте, когда она изо дня в день состоит из металлов одних
и тех же марок. Для расчета же новых шихт следует пользоваться
аналитическим методом.
Пример расчета шихты аналитическим методом. Аналитический
метод расчета шихты заключается в составлении системы уравнений,
в которых неизвестными являются содержания элементов в шихте
и чугуне. Для упрощения расчета задаются значениями двух или
трех неизвестных.
Допустим, что в отливках необходимо получить 1,9% Si и 0,65%
Мп. В вагранке угар кремния примем равным 10% и марганца 20%.
Тогда с учетом угара в шихту необходимо ввести кремния и мар-
261
ганца:
_ 1,9-юо _ 190 _9 . 0,
й1 — (100-10) — 90 — z-1/0>
Мп
0,65 • 100 _ 65
(100-20) — 80
= 0,8%.
Допустим, что шихту надо приготовить из четырех сортов ме-
талла, химический состав которых по кремнию и марганцу приведен
в табл. 48. В шихте возврат собственного производства составляет
40%, металлическая шихта из трех сортов доменных чугунов — 60%.
Таблица 48
Состав шихты, %
Компоненты шихты Содержание, % S1 Мп
Литейный чушковый чугун: А Б .... С . . , Возврат собственного про- изводства X У . г 40 2,1 2,3 2,2 2,0 - 0,9 0,95 0,8 0,7
Для того чтобы убедиться, что можно составить шихту из ком-
понентов, приведенных в табл. 48, предварительно выясним воз-
можность получения требуемых содержаний кремния и марганца.
Среднее содержание кремния в доменных чугунах
Si= 2-1+|-3_+gj. = 2,2%,
а в ломе 2,0%, откуда среднее содержание кремния в 100 кг шихты
с. 60-2,2 . 40-2 о .
-S1 =~loo— 'Ь-юо' = 2’1 кг-
Аналогично определяем содержание марганца:
... 60 Л 0,9 4-0,95 4-0,8 \ 40 „ 7 л oi
Mn = W (— з -- - ) + тбо°’7 = 0’81 кг-
Для нахождения неизвестных величин х, у и г составляем три
уравнения, причем массу шихты при расчете принимаем равной
100 кг. Тогда содержание компонентов в процентах будет равно
их массе в килограммах.
Таким образом, первое уравнение
x-|-z/4-z4-40= 100 или х-\-у-{-г = 100 — 40 = 60.
Второе уравнение для кремния.
1,1х + 2,3у + 2,2г + 40 -2,0 = 100 • 2,1
или
1,1х + 2,3г/Т-2,2г = 210 - 80 = 130.
262
Третье уравнение для марганца
0,9х 4-0,95г/4-0,8г 4-40-0,7= 100-0,8
или
0,9х + 0,95г/ 4- 0,8г = 80 - 28 = 52.
Выразив х через у и г и сделав преобразования, получим два
уравнения с двумя неизвестными:
0,2^4-0,1г=4 и ,0,1г/ — 0,1г = —2.
После сложения обоих уравнений находим у.
0,25г/= 2,0,
откуда у = 8.
Подставив в одно из уравнений значение у, получим г = 24.
Величину х найдем из уравнения
х 4-84-24 = 60,
откуда х = 28.
На основании произведенного аналитическим методом расчета
можно написать состав шихты на 100 кг металлической завалки:
Содержа-
Чугун сорта вне. кг
А.................................. 28
Б................................... 8
С.................................. 24
Возврат собственного производства 40
Итого... 100 кг
Графический метод расчета шихты. Рассмотрим простейший
случай расчета шихты по одному элементу из двух составляющих:
чугунного лома А и чушкового чугуна Б. Обозначим содержание
кремния в шихте через а%, в чугунном ломе a/Zo и в чушковом чу-
гуне а2%, искомое количество лома А в шихте через х% и чугуна Б
через у %.
Составим следующее балансовое уравнение:
х 4- у = 100.
Количество кремния, вносимое в шихту ломом А, составит
Йу’/о и чушковым чугуном Б ^%.
Тогда количество кремния в шихте найдем из следующего урав-
нения:
OjX _
100 Т- 100
Или
flix4-ai#= Ю0а.
263
Таким образом, для расчета шихты из двух составляющих имеем
систему линейных уравнений с двумя неизвестными х и у. I
- х + г/=100; j
+ azy — 100а. 1
Решив эти уравнения, получим -Я
х= ЮО-?^-; (1Д
аа — 01 ’ v .Я
£/=100
а — аг
аг — аг
Эту систему уравнений можно решить графическим способом.
Если на прямой линии (рис. 167, а) координаты точек A (aj
и В (az) соответствуют содержанию кремния в исходных шихтовых
А С в
Рис. 167. к расчету состава
шихты из двух компонентов гра-
фическим методом
конца и начала- отрезка,
Из формул (13) и (14) следует, что
материалах, то между этими двумя
точками будут располагаться точки,
соответствующие возможным вариан-
там состава шихты из лома А и чу-
гуна Б. Этот вариант шихты опреде-
ляется некоторой точкой С (а).
Если бы точка С находилась не
внутри, а вне отрезка АВ, то это
указывало бы на невозможность ра-
счета шихты из выбранных состав-
ляющих.
Из аналитической геометрии из-
вестно, что при любом расположении
точек расстояние от первой точки
до второй равно разности координат
т. е. АС — а — аг и ВС = az — а.
х __ а2 — а
у — а—а.
ИЛИ
х ВС
У ~ АС-
Таким образом, точка С, которая отвечает составу рассчитываем
мой шихты (по кремнию), делит отрезок между составляющими]
-шихты на части, обратно пропорциональные количествам составляю-
щих.
Для расчета количества составляющих шихты возьмем отрезок
DE (рис. 167, б), на котором в произвольном масштабе от точки D
строим равномерную шкалу, численно равную 100%. Через точку D
проводим прямую DM наклонно под произвольным углом а к DE,
а через точку Е — прямую EN, параллельную прямой DM (а при-
нимается в пределах 40—80°).
Если на прямой DM отложим отрезок DB, равный ВС
(рис. 167, а), а на прямой EN — отрезок ЕА = АС, а затем соеди-
ним точки В и А, то точка F пересечения этой прямой с DK опреде-
лит процентное содержание составляющих в шихте.
264
Величина отрезка DF будет соответствовать количеству х лома
д, а величина отрезка FE — количеству у чугуна Б.
Треугольник BDF подобен треугольнику AEF. Следовательно,
из подобия треугольников можно записать
DB _ DF
FA ~ EF ’
откуда DB = ВС и ЕА — АС, а так как согласно уравнению
х ВС х DF
~у~~АС ’ Т° у ~ EF '
, Аналогично можно определить и содержание других элементов
в шихте. Если при проверочном расчете обнаружится несоответ-
ствие расчетного и требуемого со-
держаний элементов в шихте, то
состав шихты следует откоррек-
тировать по марганцу и сере,
подобрав чушковый чугун других
марок и, если чугуны выбранных
марок не обеспечивают заданный
химический состав чугуна, то ис-
пользуют ферросплавы.
Пример расчета шихты графи-
ческим методом. Из имеющихся на
складе шихтовых материалов —
чушкового чугуна, содержащего
3,0% Si, 0,8% Мп, 0,03% Бит. д.,
машинного лома, содержащего
1,9% Si, 0,5% Мп, 0,1% S, 0,6% Р,
требуется составить шихту, пред-
Рис. 168. Пример расчета шихты
графическим методом
назначенную для получения жид-
кого чугуна из вагранки следующего состава: 3,4% С, 2,1% Si,
0,55% Мп, 0,7% Р, до 0,1% S.
По опытным данным цеха, угар кремния составляет 15%, мар-
ганца 20%, пригар -серы 40% из топлива. На прямой,.приняв за
Таблица 49
Составляющие шихты Содержание в шихте, % Мп Р S
в со- став- ляющих шихты в шихте в со- став- ляющих шихты в шихте в со- став- ляющих шихты в шихте
Чушковый чугун Машинный лом . 52,7 47,3 0,90 0,50 0,47 0,23 0,8 0,6 0,42 0,28 0,03 0,10 0,0157 _ 0,0473
Итого:. . 100 — 0,70 — 0,70 — 0,0630
265
единицу масштаба 1 см = 0,1% Si, наносим точки А, В, С (рис.
168, а), соответствующие содержанию кремния в машинном ломе,
чушковом чугуне.и шихте. Отложим на прямой DM (рис. 168, б)
отрезок DB, равный ВС (рис. 168, а), и на прямой EN отрезок ЕА =
= АС. Соединив прямой точки В и А, найдем, что х — 47,3%-
у = ЮО—47,3 = 52,7%, или х = 213 кг, а у = 450 — 213 = 237 кг.
Данные проверочного расчета содержания элементов, которые
не были определены при расчете элементов, составляющих шихту,
приведены в табл. 49. По данным табл. 49, найденное содержание
принятых составляющих шихты обеспечивает получение чугуна
заданного химического состава.
ГЛАВА 111
ПЛАВКА ЧУГУНА В ВАГРАНКЕ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Чугун плавят в вагранках, пламенных печах и электрических
печах. Плавильные печи должны обеспечивать получение металла
заданного химического состава, малый угар металла и минимальное
насыщение его вредными примесями, низкий удельный расход топ-
лива, использование газового и местного топлива.
Литейные печи должны быть приспособлены к режиму работы
цеха и иметь максимальную производительность. Наибольшее при-
менение для плавки чугуна нашли шахтные печи-вагранки.
Вагранкой называется шахтная печь, служащая для расплавле-
ния и перегрева чугуна. Она проста по устройству и обслуживанию,
требует небольшого расхода топлива, производительность ее
500—25 000 кг/ч жидкого чугуна.
По виду используемого топлива вагранки подразделяются на
обычные, работающие на коксе (или термоантраците); коксогазовые,
работающие на коксе и природном газе, и газовые. В вагранке во
время плавки можно менять шихту и получать чугун желаемого
химического состава с температурой на желобе до 1450° С.
Устройство вагранки (рис. 169). Вагранки состоят из опорной
части, шахты, дымовой трубы с искрогасителем, фурменного уст-
ройства и копильника. Стальной кожух 9 вагранки изнутри выложен
огнеупорным материалом. Шахта является главной частью вагранки;
в ней происходят два основных процесса плавки: сгорание топлива
и плавление чугуна.
В верхней части шахты находится окно 10 для загрузки в ваг-
ранку шихты. Шахту от пода до загрузочного окна выкладывают из
огнеупорного кирпича 8 в два ряда толщиной до 250 мм; от загрузоч-
ного окна шахта на высоту 1 м футеруется пустотелым чугунным
кирпичом 12. Выше завалочного окна вагранка футеруется в один
ряд шамотным кирпичом на «плашку».
266
Рис. 169. Вагранка С копильником
267
Толщина стального кожуха вагранки в зависимости от ее диа-
метра составляет 6—12 мм. Для свободного расширения футеровки
во время плавки чугуна между кожухом и футеровкой имеется зазор
25—50 мм, заполненный песком 13. Шахту устанавливают на подо-
вую плиту 4 и колонны 3. Отверстие в плите 4 закрывают откидным
днищем, состоящим из створок 1 и 2. Через рабочее окно 6 нижнюю
часть шахты набивают наполнительной смесью 14 слоем 100—
300 мм. Набивной под —лещадь имеет уклон в сторону чугунной
летки 15. Рабочее окно 6 на время плавки закладывают огнеупорным
кирпичом, забивают формовочной смесью и закрывают дверцей.
Летка 16 для выпуска шлака расположена выше уровня металла
в копильнике.
Нижнюю часть шахты от пода до первого ряда фурм называют
горном. Во время работы вагранки горн и часть шахты запол-
йены раскаленным коксом. Этот слой кокса называют холостой
колошей. На холостую колошу загружают из бадьи 11 отдельными
порциями (слоями) металлическую колошу: чугун,
лом, стальной скрап, а также кокс, называемый топливной
колошей.
Известняк загружают после каждой рабочей колоши кокса. Хо-
лостая колоша высотой 700—800 мм перекрывает фурмы 5. Воздух
в фурмы поступает из фурменной коробки 7. Для полного сгорания
топлива и интенсификации плавки фурмы устанавливают в несколько
рядов. Холостая колоша поддерживает в ходе процесса уровень
пояса плавления на определенной высоте.
Высота горна (расстояние от пода до нижнего ряда фурм) за-
висит от диаметра вагранки и составляет 150—300 мм. В вагранках
без копильника высота горна определяется объемом жидкого чу-
гуна, который необходим для заливки форм в промежутках между
выпусками. Высота горна в таких вагранках составляет 400—
700 мм.
Полезной высотой шахты вагранки называют расстояние между
нижним рядом фурм и порогом загрузочного окна. Чем выше ваг-
ранка, тем длиннее путь газов между кусками металлической за-
валки, тем лучше прогревается шихта. Однако очень высокие шахты
способствуют зависанию шихты и повышению сопротивления движе-
нию газов в вагранке.
В чрезмерно низких вагранках колошниковые газы, наоборот,
имеют высокую температуру и требуют большого расхода топлива
на плавку металла.
Через дымовую трубу вагранки продукты горения топлива
удаляются из шахты наружу. Труба заканчивается искрогаси-
телем 18, который улавливает раскаленную пыль, искры, вы-
брасываемые из трубы, и предохраняет от пожара соседние поме-
щения.
Искрогасители бывают сухие и мокрые. В современных вагран-
ках в соответствии с требованиями охраны воздушного бассейна
кроме искрогасителей устанавливают газоочистители.
268
Вагранка — плавильный агрегат непрерывного действия. В ней
расплавляется 6—10 колош в 1 ч. По мере того, как металл расплав-
ляется и уровень шихты' опускается, в вагранку непрерывно за-
гружают новые колоши. Полученный жидкий чугун выпускают
через летку 17 непрерывно или через небольшие промежутки вре-
мени (8—10 мин).
Подготовка вагранки к плавке. Перед плавкой производят те-
кущий ремонт вагранки. Различают три вида ремонта: случайный,
текущий и капитальный.
Случайный ремонт производят при аварии (обвал
части футеровки во время плавки, прогрев кожуха вагранки, за-
мерзание летки и т. п.). Капитальный ремонт произ-
водят при замене футеровки шахты вагранки от подовой плиты до
загрузочного окна, а также при замене футеровки дымовой трубы
и искрогасителя. При капитальном ремонте, если необходимо, ре-
монтируют кожух вагранки, воздухопровод, фурменную коробку
и искрогаситель. Капитальный ремонт производят 1—2 раза в год,
после продолжительной работы вагранки. Текущий ремонт вагранки
производят после каждой плавки: он заключается в частичной или
полной замене шахты в поясе плавления, зоне фурм и горне ваг-
ранки. Объем текущего ремонта зависит от качества огнеупорных
материалов, длительности плавки в вагранке, а также от качества
предыдущего ремонта. Чем продолжительнее плавка, тем быстрее
разрушается футеровка. Продолжительность плавки зависит от
потребности цеха в жидком чугуне. Вагранку после плавки охла-
ждают естественной тягой воздуха, для чего открывают фурмы и
дверцы днища, а загрузочное окно закрывают. Не рекомендуется
охлаждать футеровку водой, так как резкое охлаждение приводит
к растрескиванию огнеупорного кирпича и тонкого слоя гарнисажа
на поверхности футеровки. Охлаждение футеровки вагранки уско-
ряют продувкой шахты воздухом. Оставшиеся после плавки ма-
териалы (чушки чугуна, лома, куски топлива) убирают из-под
вагранки.
При продолжительности плавки от одной до двух смен футеровка
сильно выгорает и во время ремонта пояса плавления выгоревшие
кирпичи заменяют новыми. Футеровка в поясе плавления почти
полностью выгорает, если продолжительность работы вагранки
более 30 ч. В этом случае выкладывают новым кирпичом не только
пояс плавления, но и фурменную зону.
Вместо кирпичной футеровки часто применяют набивную массу
из 80—85% кварцевого песка, 20—15% огнеупорной глины и
6—8% воды. Эту смесь хорошо перемешивают в бегунах в течение
5—10 мин. Для увеличения прочности смеси по-сырому в воду до-
бавляют жидкое стекло (1 кг на 1 л воды). Набивная футеровка более
стойка по сравнению с кирпичной футеровкой.
Во время ремонта копильник сначала очищают от остатков чу-
гуна и шлака. Затем очищают нижнюю часть копильника и ремон-
тируют летку, шлаковое отверстие и канал, по которому чугун из
269
горна поступает в копильник. После плавки необходимо ремонтиро-
вать желоб вагранки: очистить от настылей и шлаковых наростов и
обмазать его огнеупорной массой, применяемой для ремонта шахты
вагранки. В случае необходимости футеровку желоба меняют пол-
ностью. После ремонта желоб просушивают.
Под набивают после ремонта вагранки. Сначала закрывают от-
кидное днище вагранки, а затем приступают к набивке пода формо-
вочной наполнительной смесью. Смесь набивают слоями 40—50 мм.
Общая толщина набивки 150—250 мм. Чугунную и шлаковую летки
лучше всего делать из специальных огнеупорных кирпичей
(рис. 170).
В кирпиче имеются два отверстия: одно — действующее, а вто-
рое— запасное. Запасное отверстие выше действующего. Иногда
чугунную летку делают набивной из
массы, состоящей из 40% кварцевого
песка, 30% шамотного порошка и 30%
огнеупорной глины.
Диаметр металлической летки за- U
висит от производительности вагран- J
ки и составляет 12—30 мм, диаметр ’1
шлаковой летки 50—100 мм вслед-
ствие вязкости шлака.
Розжиг холостой колоши. Через
рабочее окно на подину укладывают
ровным слоем древесную стружку или
обрезки; на них кладут сухие дрова.
Рис. 170. Специальный кирпич Затем рабочее окно заделывают огне-
для чугунной летки упорным кирпичом, оставив в нем
отверстие в один-два кирпича разме-
ром около 200 X 200 мм для розжига дров и доступа воздуха к ним.
Стружку'и дрова поджигают. Розжиг начинают при закрытых фур-
мах и открытом отверстии в рабочем окне. После того как дрова
хорошо разгорятся, загружают первую порцию кокса холостой ко-
лоши, который должен быть однородным с размерами 80—175 мм (по
диаметру). Для ускорения розжига холостой колоши, в исключи-
тельных случаях, применяют искусственную подачу воздуха от
вентилятора. При этом выделяется большое количество теплоты,
вызывающей оплавление футеровки еще до начала плавки, кроме
того, увеличивается расход кокса.
Розжиг холостой колоши можно производить природным или
генераторным газом с помощью форсунок, вставляемых в рабочее
окно или открытые фурмы. Розжиг холостой колоши газом длится
25—35 мин. После того как кокс разгорится, определяют высоту хо-
лостой колоши железным щупом диаметром до 10 мм с загнутым под
прямым углом концом. Специальная метка на щупе показывает, до
какой высоты необходимо поднять холостую колошу по отношению
к порогу загрузочного окна. При высоте холостой колоши ниже за-
данной в вагранку добавляют кокс. Необходимо следить за равно-
270
мерным расположением столба кокса, не допускать его односторон-
ней засыпки. Под высотой холостой колоши подразумевается часть
столба кокса, находящегося выше фурм. В вагранках с одним рядом
фурм высота холостой колоши определяется расстоянием от верхней
кромки фурм, а в вагранках с 2—3 рядами фурм — от верхнего ряда
фурм. Обычно высота холостой колоши над фурмами составляет
800—1600 мм в зависимости от качества кокса, количества и тем-
пературы дутья, конструкции и диаметра вагранки и т. д.
Высоту холостой колоши устанавливают опытным путем. Если
высота холостой колоши выбрана правильно, расплавленный чугун
появится у фурм через 5—6 мин после пуска, дутья; при слишком
высокой колоше чугун появится через 10—20 мин, а иногда и позже.
Когда кокс холостой колоши хорошо разгорится, вагранщик
заделывает кирпичом отверстие в рабочем окне, набивает зазор
между стенкой и дверцей формовочной смесью, обмазывает глиной
кромки дверцы и плотно ее закрывает. После полного разгара хо-
лостой колоши ее продувают воздухом в течение 2—3 мин при от-
крытых фурмах во избежание взрыва. В процессе продувки выдувают
золу, коксовую мелочь и несколько снижают содержание серы в чу-
гуне первого выпуска.
К моменту выпуска чугуна из вагранки желоб вагранки должен
быть хорошо высушен газовыми горелками. Копильник необходимо
разогревать одновременно с вагранкой генераторным или природ-
ным газом. Для этого устанавливают горелку под сводом копиль-
ника так, чтобы факел был направлен на подину. В этом случае
копильник хорошо и быстро прогревается.
Загрузка шихты в вагранку. На разогревшуюся холостую колошу
загружают шихту отдельными слоями, состоящими из металличе-
ской части, кокса и флюсов, до порога загрузочного окна. Размер
рабочей колоши кокса следует подбирать по объему, а не по массе.
Наилучшая высота слоя рабочей колоши кокса 150—200 мм. По
высоте рабочей коксовой колоши и площади сечения вагранки
можно определить объем, а по нему и массу рабочей колоши. При
этом считают, что масса 1 м3 кокса составляет 450 кг. Допустим, что
диаметр вагранки D = 2 м, а высота рабочей колоши кокса h ~
= 0,18 м, тогда объем рабочей колоши кокса
V = 0,18 = 0,57,
отсюда масса коксовой колоши 450-0,57 = 257 кг. Расход кокса
составляет 10—16% массы металлической завалки. По массе
рабочей коксовой колоши можно определить массу металлической
колоши при любом расходе топлива. Допустим, что масса рабочей
коксовой колоши равняется 12% массы металлической завалки,
257
которая составит = 2100 кг.
Расход кокса зависит от характера отливок. Для тонкостенных
отливок требуется более горячий металл, поэтому расход кокса
2?1
нарушается нормальный ход плавки,
холостой колоши, необходимо через
большой, а для толстостенных отливок можно уменьшить расход
топлива за счет увеличения массы металлической колоши.
Правильная загрузка вагранки металлом, топливом и флюсом
влияет на ход плавки. Так как при длительных плавках футеровка
вагранки выгорает и диаметр шахты вагранки увеличивается, осо-
бенно в поясе плавления, то высота холостой колоши уменьшается,
Чтобы восстановить высоту
15—20 колош делать пере-
сыпку, т. е. загружать до- d
полнительно коксовую ко- j
лошу. I
Во всех случаях, не- '
зависимо от способов за-
валки (ручной или меха-
нической), необходимо со-
блюдать следующие пра-
вила: 1) слои топлива и
металла должны распола-
гаться в вагранке горизон-
тально; кокс и металл
должны загружаться от-
дельно; при совместной за-
грузке кокс будет измель-
чаться; 2) габаритные раз-
меры кусков металла не
должны превышать х/3 диа-
метра вагранки; 3) не про-
водить плавку при непол-
ной загрузке вагранки ших-
той, так как в этом случае
теплота используется ча-
стично, а не полностью.
При механизированной загрузке -шихты все операции: загрузка
шихты в бадью, взвешивание, транспортирование, подъем шихты
на колошниковую площадку, загрузка в вагранку и подача порож-
ней бадьи на шихтовой двор полностью механизированы и автомати-
зированы. • Предварительно взвешенная металлическая шихта по-
дается на колошниковую площадку в саморазгружающихся бадьях.
Металл в бадьи загружается на шихтовом дворе нз специальных
бункеров (каждый металл из своего бункера). Взвешивание метал-
лической шихты производится на механизированной весовой тележке
(рис. 171). Подъем шихты на колошниковую площадку и загрузка
ее в вагранку осуществляется скиповым подъемником (рис. 172).
Подача топлива и флюсов также механизирована.
Пуск дутья и процесс плавки чугуна в вагранке. После загрузки
вагранки до уровня загрузочного окна и выдержки для подогрева
шихты включают дутье при открытых фурмах, чтобы предотвратить
взрыв, который может произойти при смешивании воздуха с СО,
Рис. 171. Механизированная загрузка ших-
товых материалов;
/ — суточные бункера; 2 — пластинчатый тран-
спортер; 3 — бадья; 4 — весовая тележка;
5 — рольганг
272
Рис, 172. Схема механизированной загрузки шихты в вагранку:
1 ~ мостовой кран: 2 — магнитная шайба; 3 — бункер для металлической
шихты; 4 — бадья; 5 — вибролоток; 6 — тележка; 7 — скиповый подъемник;
8 — трос; 9 — электродвигатель наклонного подъемника; 10. — вагранка;
11 — ленточный транспортер; 12 — бункер
проникшим в распределительную фурменную коробку. Через
1—2 мин после пуска дутья фурмы можно закрыть. Чугунная летка
должна быть открыта до появления чугуна на уровне фурм, т. е.
в течение 5—6 мин, после этого ее можно закрыть.
§ 2. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ В ВАГРАНКЕ
При плавке в вагранке находятся шихтовые материалы и газы,
движущиеся навстречу друг другу. Шихтовые материалы опуска-
ются сверху вниз и нагреваются газами, которые движутся снизу
вверх и охлаждаются, отдавая теплоту шихте. Кроме процессов
теплопередачи в вагранке осуществляются многочисленные хими-
ческие процессы.
Вагранку по высоте можно условно разделить на пять зон:
I—шахта вагранки; II—зона плавления; III—редукционная
зона холостой колоши; IV — кислородная зона холостой колоши и
V — горн вагранки (рис. 173). Разберем процессы, происходящие
в различных зонах коксовой вагранки.
ШаХта вагранки. В этой зоне нагревающийся твердый металл
вступает в химические реакции только с газовой фазой. Железо,
273
Рис. 173. Схема
расположения зон
в вагранке
сколько ниже их
соединяясь с газами, образует Fe2O3 и Fe3O4, а также может наугле-
роживаться. При этом происходит растворение углерода в метал-
лической фазе. Растворимость углерода в у—Fe изменяется от 0,8%
при 723° С до 2 % при 1130° С. Избыточный углерод находится в виде
графита либо в форме карбида.
Образование этих обеих фаз протекает по реакциям
2СО^±СО2 + С; I
2СО + 3 FeСО2 + Fe3C Я
В результате окисления углерода образуются газообразные
продукты, удаляющиеся с поверхности металла, в результате окис-
ления кремния и марганца — соединения SiO2
и МпО, которые вместе с FeO образуют на
поверхности металла окисную пленку. Кроме
того, происходит и насыщение поверхности ме-
талла серой. Однако пленка окислов на поверх- ‘
ности твердого металла препятствует насыще-
нию металла серой и его окислению.
Топливо в первой зоне, нагреваясь до 100° С, j
теряет содержащуюся в нем влагу, а затем и ле-
тучие вещества, становится рыхлым и пористым
и приобретает высокую реакционную способ-
ность. Поэтому ваграночное топливо должно со-
держать минимум летучих веществ.
Известняк в первой зоне должен нагревать-
ся до температуры, необходимой для .полной
диссоциации его по реакции
СаСО3 -> СаО + СО2
Крупные куски известняка плохо прогре-
ваются и диссоциируют.
Зона плавления. В этой зоне куски металла,
нагреваясь, начинают плавиться. При этом сред-
няя температура кусков металла будет не-
температуры плавления. Если шихта хорошо
разделана, то плавление всех кусков заканчивается в зоне
III — слабоокислительной, не содержащей кислорода, вследствие
чего металл не окисляется. Наиболее массивные куски металла
могут не расплавиться в зоне III и опуститься до зоны IV, т. е.
до кислородной зоны, что может вызвать сильное окисление
металла. Если металлическая шихта плавится в пределах зоны III,
не содержащей кислорода, то металлургические процессы, проте-
кающие в зоне II, совершенно идентичны процессам, протекающим
в зоне I. <<
В период плавления возможно поглощение серы металлом пр,
реакции й
3Fe-f-SOa = FeS-|-2FeO J
274 ' l]
Я
значительно интенсивнее, чем в верхних слоях шахты вагранки,
разы в этой зоне не изменяют своего состава, но сильно охлаждаются,
так как они отдают теплоту на нагрев и плавление металла.
Редукционная зона. В этой зоне капли металла перегреваются
за счет высокой температуры газовой фазы и главным образом
за счет раскаленного кокса. Атмосфера в зоне, как и в первых
двух зонах, слабоокислительная.
Окислы железа, образующиеся на поверхности капли металла,
растворяются в самой капле и передают кислород элементам чугуна,
имеющим большее сродство с кислородом, чем железо, а именно
кремнию, марганцу и частично углероду. В то же время капли
металла, соприкасаясь с топливом, растворяют углерод и сер^
топлива.
Между газом и топливом происходит реакция
СО2 + С = 2СО.
Вследствие протекания этой реакции, а также передачи теплоты
каплям металла температура газов резко снижается, но остается
несколько выше температуры плавления металла. В этой же зоне
происходит ошлакование твердой извести СаО жидким кремнеземом
SiO2 с образованием шлака.
Кислородная зона. Атмосфера в зоне IV более окислительная,
чем в зоне III, так как в ней имеется свободный кислород. Капли
металла перегреваются за счет теплоты газов и кокса и вследствие
окисления примесей чугуна газовой фазой. Проходя струю холод-
ного воздуха у фурм, капли шлака охлаждаются, а капли чугуна
перегреваются за счет теплоты окисления примесей.
В зоне перегрева температура наивысшая — 1600—1650° С.
Железо окисляется по реакции
' 2Fe + O2 = 2FeO.
Затем кислород соединяется со следующими элементами:
2FeO + Si = SiO2 + 2Fe;
FeO + Мп = MnO -ф Fe;
FeO + C = CO + Fe
Если в чугуне имеется хром, то и он окисляется:
3FeO + 2Сг = Сг2О3 + 3Fe
При сильном перегреве чугуна выгорание кремния, марганца
и хрома может прекратиться. Чем больше перегрев чугуна, тем
интенсивнее выгорание углерода при одновременном насыщении
Жидкого чугуна углеродом из кокса. В зоне IV вагранки сера
Кокса сгорает в основном в SO2.
Горн вагранки. Атмосфера в горне окислительная в верхней
части, в средней — слабоокислительная и у подины неокислитель-
Ная.
275
В зоне V металл и шлак охлаждаются за счет потерь теплота
через стенки и дно горна. 1
Влияние газовой фазы зависит от уровня металла и шлака,
скапливающегося в горне вагранки. Если уровень шлака в вагранке,
не имеющей копильника, поднимается до фурм или близко к ним,
происходит окисление металла через шлак за счет кислорода воз-
духа. Чем ниже уровень шлака, тем менее окислительной будет
атмосфера в горне вагранки. Чем больше глубина горна, тем дальше
от фурм находится уровень шлака; тем меньше окисление металла
в горне, и наоборот: чем меньше глубина горна, тем ближе к фурмам
уровень шлака и больше окисление металла в горне. Чем толще
слой шлака, тем медленнее происходит процесс передачи кисло-
рода металлу, тем меньше его окисление.
Если вагранка имеет копильник, то угар металла при прохож-
дении его через горн будет минимальным. В горне продолжается
процесс растворения углерода в жидком металле, если это раство-
рение не достигло предела насыщения в расположенных выше
зонах III и IV.
Этим пределом насыщения можно считать содержание углерода,
соответствующее эвтектическому.
При науглероживании содержание углерода обычно не превы-
шает эвтектического более чем на 0,1—0,2%.
В первых порциях чугуна растворяется сера из поверхностных
слоев кусков кокса, расположенных в горне вагранки. Плавясь,
металл стекает в горн отдельными каплями и струйками, не пере-
мешивающимися друг с другом. Поэтому в вагранках, не имею-
щих копильника, достаточно полного перемешивания чугуна не про-
исходит.
Процессы, протекающие в копильнике. Чугун стекает с подины
горна через соединительный канал в копильник, где происходит
перемешивание чугуна и за счет диффузии его состав выравни-
вается.
В копильнике кислородом закиси железа будут окисляться
кремний и марганец, так как кремний и марганец имеют большое
сродство с кислородом. Продукты окисления всплывают в шлак.
Чугун в копильнике остывает в результате потери • теплоты
через стенки копильника.
Вследствие прохождения металла через все зоны вагранки
происходит угар тех элементов, которые имеют большее сродство
к кислороду, чем железо. Практически угар кремния составляет
20—25%, а иногда и больше; 25—30% Мп, 20—25% Сг. Никель,
кобальт и медь совсем не выгорают. Углерод угорает, но одно-
временно происходит насыщение чугуна углеродом, и поэтому
чугун в конечном счете насыщается до эвтектического состава.
В некоторых случаях необходимо получать в вагранках низ-
коуглеродистые чугуны. Для этого в шихту добавляют стальной
лом, а фурмы располагают на небольшой высоте (250—300 мм) от
подины, чтобы уменьшить науглероживание чугуна и его насыще-
276 ’
ние серой. В этом случае можно получить чугун с содержанием
2,7—2,8% С.
Низкоуглеродистые чугуны можно получать в вагранках с сили-
катной холостой колошей. Для этого часть холостой колоши ниже
уровня фурм заменяют шамотным кирпичом, выложенным в клетку.
Эту часть колоши предварительно сильно разогревают, чтобы умень-
шить охлаждение чугуна. При добавке в шихту около 35% сталь-
ного лома в вагранках с силикатной колошей можно получать,
чугун с содержанием до 2,2—2,3% С.
Шлаки в ваграночном процессе. Ваграночный шлак влияет на
характер плавки и свойства чугуна. Количество и состав вагра-
ночного чугуна зависят от ряда факторов: режима плавки, каче-
ства исходных шихтовых материалов и флюсов, а также от кон-
струкции вагранок. В процессе плавки источниками образования
шлака являются: 1) зола топлива, переходящая в шлак (1—2%
массы металла); 2) угар элементов: 10—35% Si, 15—50% Мп,
0,25—1,25% Fe, в результате угара примесей в вагранке обра-
зуется 1—2% шлака; 3) оплавление футеровки (0,4—4% массы
металла); 4) песок (0,3—2%) и окислы (0,25—0,75%), попадающие
в вагранку с шихтой; 5) флюсы, которые добавляют для понижения
вязкости шлака (3—4% массы металла). Всего в процессе плавки
образующийся шлак составляет 3—4% массы металла.
Шлак состоит из кремнезема, окиси кальция и глинозема,
суммарное содержание которых достигает 80—90% всей массы
шлака. Соединения типа КгО и Na2O находятся в шлаке в не-
больших количествах (0,2—0,5%), фосфор — в пределах 0,1—0,5%,
сера 0,2—0,8% и окислы металлов остальное. Шлак содержит
небольшое количество чугуна — 0,2—0,5% завалки.
Ваграночный шлак должен обладать низкой температурой
плавления и хорошей жидкотекучестью (малой вязкостью). Высо-
кое содержание окислов железа в шлаке ухудшает механические
свойства чугуна, способствует образованию пористости в отливках,
снижает стойкость футеровки и увеличивает угар элементов в
вагранке. Окислы марганца (МпО) повышают механические свойства
чугуна в результате легирования его марганцем, но с увеличе-
нием содержания марганца снижается стойкость футеровки.
Окислы магния (MgO до 10%) в шлаке повышают прочность
чугуна. Такие окислы, как СаО, А12О3 и SiO2 в допустимых пре-
делах не влияют на механические свойства чугуна. Шлаки, бедные
окислами, не изменяют форму графита и структуру основной ме-
таллической массы. Шлаки разрушают футеровку, поэтому в печах
с кислой футеровкой нельзя применять основные шлаки и наоборот.
Для вагранок, футерованных шамотным кирпичом, желательно
иметь шлаки следующего состава: 42—48% SiO2, 10—15% А12О3;
25—30% СаО; менее 8% FeO; 2—5% МпО и 3—5% MgO. В ваг-
ранке можно обогащать чугун фосфором, марганцем, никелем и
Другими элементами. Для этого следует увеличить количество
окислов указанных элементов в шлаке. Для ввода в чугун фосфора
277
необходимо применять апатито-нефелиновую руду, для ввода мар-Ч
ганца — марганцевую руду, мартеновский шлак.
Способы удаления серы из чугуна. При плавке чугуна в обычной
вагранке на кислых шлаках содержание серы будет зависеть от
содержания серы в шихте и топливе. Установлено, что серы перей-
дет в металл тем меньше, чем меньше ее в применяемом коксе,
так как кокс является главным источником насыщения чугуна
серой. Крупные куски и минимальное количество кокса в колоше
уменьшают содержание серы, так как меньше площадь соприко-
сновения металла с коксом. Со-
Рис. 174. Зависимость содержания
серы в чугуне от основности шлака
держание серы в чугуне зависит
от высоты холостой колоши
кокса (чем ниже холостая ко-
лоша, тем меньше серы). Подача
воздуха в вагранку способствует
удалению серы в атмосферу с
газами (SO2).
Для удаления серы из чу-
гуна применяют обработку ва-
граночного чугуна кальциниро-
ванной содой, карбидом каль-
ция, магнием и кальцием.
Жидкий чугун обрабатывают
содой следующим образом: в
ковш или копильник наливают
жидкий чугун, а затем в жид-
кий чугун вводят присадку соды. При этом в присутствии угле-
рода, действующего как раскислитель, будут протекать следую-
щие реакции:
NaaCO3 + FeS +С = Na2S + Fe+СО 4- СО2;
Na2CO3 + MnS + C = Na2S + Mn + CO + CO2
Чтобы сера не восстанавливалась и не перешла в чугун, необ-^
ходимо на поверхность его насыпать известь, а затем удалять J
шлак с поверхности чугуна счищалкой. Расход соды на 1 т жидкого ;
чугуна составляет 1—1,5 кг, при этом количество серы в чугуне ’
уменьшается на 30—40% общего количества серы, находящейся
в жидком чугуне.
С целью уменьшения содержания серы и фосфора чугун пла-
вят в вагранках с основной футеровкой. В качестве огнеупорного
материала для футеровки вагранки используют магнезитовый,
доломитовый и хромомагнезитовый кирпич. Это позволяет приме-
нять основные шлаки и резко (на 40—60%) снизить содержание ч
серы в чугуне. Основность ваграночного шлака определяется отно-
шением содержания основных окислов в шлаке к кислым:
%СаО + %MgO + %МпО + % FeO
%SiO2+ % (А12О3 + SiO2) + %ТЮ2+ %Р2О6 •
278
При основности до 0,8 принято считать шлак кислым, при основ-
ности 0,8—1,2 — нейтральным и более 1,2 — основным. Основные
шлаки делятся на шлаки пониженной (1,3—1,5), средней (1,8—2,25)
и повышенной (более 2,5) основности.
Зависимость содержания серы в чугуне от основности шлака
приведена на рис. 174.
Подогрев дутья или применение кислорода в дутье также спо-
собствует снижению содержания серы в чугуне.
Для получения в вагранке с основной футеровкой чугуна с низ-
ким содержанием фосфора необходимо иметь в шлаке повышенную
концентрацию СаО и FeO.
Хорошие результаты достигаются при одновременном вводе
в вагранку в качестве флюса известняка и железной окалины или
руды. В этом случае необходимо иметь основность шлака в преде-
лах 1,8—1,9. Чем больше в шлаке FeO, тем быстрее будет проте-
кать процесс обесфосфоривания чугуна.
§ 3. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ В ВАГРАНКЕ
Для увеличения производительности вагранки, повышения тем-
пературы чугуна и экономии топлива применяют следующие спо-
собы интенсификации процесса плавки: 1) регулирование количе-
ства подаваемого воздуха; 2) регулирование количества и каче-
ства топлива; 3) подогрев дутья; 4) обогащение дутья кислоро-
дом.
Подача оптимального количества воздуха в вагранку. Коли-
чество воздуха влияет на высоту зоны горения и на температуру,
развивающуюся в вагранке. С увеличением количества подавае-
мого воздуха скорость движения газов возрастает; следовательно,
и зона горения вытягивается в направлении газового потока.
В результате удлиняется и путь движения капель чугуна в области
высоких температур и перегрев чугуна увеличивается. Кроме того,
повышается температура газов, так как топливо полностью сгорает.
Поэтому при увеличении количества подаваемого воздуха расши-
ряется зона высоких температур, повышается температура газов
и столба кокса холостой колоши.
Установлено, что оптимальное количество подаваемого в ваг-
ранку воздуха должно быть примерно 150 м3/мин на 1 м2 площади
поперечного сечения вагранки.
При увеличенном расходе топлива и постоянном расходе воз-
духа производительность вагранки уменьшается, хотя температура
чугуна повышается. Это объясняется тем, что через зону высоких
температур проходит меньше чугуна. На производительность ваг-
ранки и перегрев чугуна влияет не только количество воздуха,
но и количество и качество топлива. При холодном и горячем дутье
с увеличением количества подаваемого воздуха температура чугуна
и производительность вагранки повышаются (рис. 175). На произ-
водительность вагранки и повышение температуры чугуна влияет
279
также и скорость дутья. Установлено, что более интенсивно чугун”
плавится при скорости воздуха 2,5 м/с, что соответствует удель-
ной подаче воздуха около 150 м3/(м2-мин).
Влияние качества топлива на интенсивность процесса плавки
чугуна. Качество топлива зависит от размеров кусков, их плот-
ности, реакционной способности, механической прочности, содер-
жания золы и серы. При плавке чугуна в вагранке на мелком
коксе понижаются производительность вагранки и температура
чугуна, увеличиваются рас-
ход топлива на плавку и
содержание серы в чугуне.
Чем крупнее куски.кокса,
тем высота окислительной
зоны в вагранке больше
(рис. 176), что обеспечивает
высокий перегрев металла.
Однако чрезмерно круп-
ные куски кокса (более
160 мм) не рекомендуется
Рис. 176. Влияние разме-
ров d кусков кокса на:
1 — высоту Н окислительной
зоны над фурмами; 2 — полноту
сгррання углерода
Рис. 175. Зависимость удельной производи-
тельности G вагранки и температуры чугуна
от количества № воздуха и расхода кокса
при дутье:
а — холодном; б — нагретом до 425° С
употреблять, так как они образуют большие полости, заполнявши
мые воздухом, что вызывает повышенное окисление чугуна. '.ЩЦ
Добавка 20—50% термоантрацита к коксу повышает произво™
дительность вагранки и температуру перегрева чугуна.
Подогрев дутья, подаваемого в вагранку, увеличивает интен-
сивность горения углерода. Это объясняется тем, что горячий
воздух вносит с собой значительное количество теплоты. При
работе вагранки на холодном дутье воздух охлаждает горячий
кокс и требует затраты теплоты на свой подогрев. Вследствие этого
можно уменьшить массы рабочей топливной колоши и холостой
колоши. При снижении же массы рабочей и холостой колош уве-
личивается полнота горения и экономится топливо. В свою оче-
280
редь, снижение расхода кокса повышает скорость схода колош
и производительность вагранки.
Чем выше температура подогретого воздуха, тем больше эко-
номия топлива, выше производительность вагранки, больше пере-
грев чугуна. Практически дутье следует подогревать до 450—550° С.
На рис. 177 приведена зависимость температуры перегрева чу-
гуна от температуры дутья при различном расходе кокса. По дан-
ным ЗИЛа, при подогреве дутья до 450—500° С температура жидкого
чугуна на желобе вагранки повышается на 120—130° С. Установ-
лено также, что подогретое дутье понижает количество закиси
железа в шлаке, вследствие чего уменьшается угар кремния и мар-
ганца в вагранке. При работе
вагранки на подогретом дутье
на угар кремния влияет и тол-
щина слоя шлака над чугуном
в горне вагранки. Чем тоньше
слой шлака, тем больше угар
кремния в чугуне и наоборот.
Угар марганца и серы значи-
тельно меньше при горячем
дутье. Для подогрева дутья при-
меняют рекуператоры. На рис.
178 приведен высокотемператур-
ный рекуператор конструкции
ЗИЛа.
Воздух подогревается в от-
дельной топке газовыми горел-
Рис. 177. Зависимость температуры
перегрева t4 чугуна от температуры
дутья при различном расходе кокса
ками. Продукты сгорания поступают в радиационный рекуператор 5
и, пройдя через него, охлаждаются и поступают в конвекционный
рекуператор 6, а затем удаляются в трубу 7. Радиационный реку-
ператор изготовлен из металлических труб, расположенных концен-
трично с коллекторами. Конвекционный рекуператор 6 изготовлен
из труб углеродистой стали. Холодный воздух от вентилятора про-
ходит через воздухопровод 4 в конвекционный рекуператор, затем
в радиационный и нагревается в них до 500—550° С. Нагретый
воздух поступает из рекуператора по трубопроводу 2 в фурмы 3
вагранки 1. Расход кокса при холодном дутье составляет 15,5%
массы металлической завалки, при подогретом дутье— 11%.
Производительность вагранки на холодном дутье 18 000 кг/ч, а на
подогретом — 23 000 кг/ч. Температура жидкого чугуна на желобе
достигает 1420—1440° С.
Обогащение дутья кислородом. Кислород для обогащения дутья
был применен впервые в Советском Союзе. Кислородное дутье в ваг-
ранках используют для интенсификации процессов горения топ-
лива, повышения температуры чугуна, увеличения производитель-
ности вагранки и снижения расхода топлива при плавке. С повы-
шением концентрации кислорода в дутье уменьшается угар кремния
и марганца и даже образуется пригар кремния вследствие его вос-
281
становления из окислов. Температура чугуна на желобе вагранки
достигает 1450° С и выше. При кислородном дутье увеличивается
жидкотекучесть и уменьшается газонасыщенность чугуна.
Подачу кислорода можно осуществлять периодически и непре-
рывно. При непрерывной подаче повышается себестоимость жидкого
Рис. 178. Рекуператор конструкции ЗИЛа
чугуна. Подачу кислорода целесообразно применять периодически:
в начале работы вагранки и в перерывах для выравнивания хода
плавки или в случае расстройства работы вагранки. При работе
вагранки на дутье, обогащенном кислородом, и расходе кислорода
6 м3 на 1000 кг выплавленного чугуна средняя температура чугуна
на желобе будет 1400—1410° С. При периодической подаче кисло-
рода через каждые 20 мин снижается расход топлива на 10% массы
металлической завалки, а также брак отливок. Ход вагранки
282
можно исправить подачей кислорода в течение 5—10 мин. Такой
гибкостью не обладает ни один из других известных методов фор-
сирования хода плавки в вагранке.
§ 4. НАРУШЕНИЯ ХОДА РАБОТЫ ВАГРАНКИ
Зависание шихты в шахте вагранки является следствием пло-
хого ремонта вагранки и завалки крупногабаритной шихты. Шахта
вагранки после ремонта может иметь уступы, быть не полностью
очищенной от настылей, с резкими переходами в футеровке пла-
вильного пояса. Образующиеся на стенке шахты уступы препят-
ствуют равномерному опусканию шихты, и поэтому во время плавки
металла шихта зависает. Зависание металлической шихты происхо-
дит и при плохой разделке шихты, т. е. в тех случаях, когда длина
металлических кусков больше Ъ'з диаметра вагранки.
При зависании шихты выгорает холостая колоша кокса и металл
поступает в зону фурм в нерасплавленном виде. Образовавшийся
«мост» (зависание) разрушают ломом, а если этого недостаточно,
прекращают дутье и пробивают ломами металлическую шихту до
тех пор, пока она не опустится на рабочую колошу кокса. Затем
делают пересыпку кокса, состоящую из двух и более дополнитель-
ных рабочих коксовых колош до заполнения всей высоты холостой
колоши.
Заливка фурм шлаком или чугуном бывает в том случае, когда
горн переполнен чугуном. При этом шлак поднимается до фурм
и заливает их. Переполнение горна чугуном может произойти при
изменении режима (форсировании) плавки, а также от недосмотра
вагранщика, своевременно не выпустившего чугун.
В таких случаях следует немедленно остановить дутье, выпус-
тить чугун из вагранки, очистить фурмы, а затем включить дутье
и продолжать плавку. Шлаковую летку необходимо располагать
ниже фурм на 100—150 мм. Это дает возможность накапливать
шлак без опасения попадания его в фурмы.
Холодный ход вагранки может произойти от некачественного
розжига холостой колоши; заниженной высоты холостой колоши
перед завалкой шихты; зависания шихты в вагранке и т. д. Рас-
плавленный чугун будет иметь низкую температуру и не пригоден
Для заливки форм. Очень холодный чугун «заморозит» летку. При
холодном ходе вагранки необходимо сделать пересыпку из 2—3
колош кокса. Кроме того, следует иметь запасную летку, располо-
женную выше первой на 70—90 мм, через которую можно выпустить
чугун, если основная летка выйдет из строя.
Взрывы в вагранке происходят главным образом от скопления
гремучего газа, представляющего собой смесь окиси углерода
с воздухом. Гремучая смесь образуется при остановке хода ваг-
ранки; в это время через фурмы в фурменную коробку и воздухо-
провод проникают газы, в том числе и окись углерода. При закрытых
Фурмах воздух смешивается с СО и может образоваться гремучая
283
смесь, способная взрываться. При открытых же фурмах СО по вы-
ходе из фурм окисляется до СО2. Закрывать фурмы следует только
после пуска дутья. Взрыв может образоваться и от попадания
в шихту взрывчатых веществ. Поэтому привозной стальной и чугун-
ный лом необходимо тщательно проверять.
Вынужденные остановки вагранки могут быть предвиденные
(обеденный, межсменный перерывы) и неожиданные (остановка кон-
вейера, оборудования и т. д.). Если в шахте после длительной
плавки образовались настыли, останавливать дутье на длительное
время опасно, так как шлак может заполнить (затянуть) свобод,
ное пространство шахты и опускание шихты прекратится. При
отсутствии настылей можно допустить перерыв в работе вагранки
до нескольких часов, но предварительно выпускают из вагранки
чугун и шлак, закрывают все фурмы, летку заделывают формовоч-
ной смесью и горение кокса прекращается. Иногда при очень дли-
тельных остановках на загруженную шихту насыпают мелкий кокс
или древесный уголь. Перед пуском дутья в вагранку открывают
летку и фурмы.
Прогар кожуха вагранки может произойти вследствие прогара
футеровки в зоне высоких температур. При этом чугун и шлак,
соприкасаясь с прогоревшей футеровкой, вызывают местное покрас-
нение кожуха вагранки. В таких случаях кожух вагранки поливают
водой. После этого можно продолжать работу. В крайнем случае
вагранку останавливают, выбивают и охлаждают кожух водой. При
охлаждении водой чугун, проникший к кожуху, затвердевает и
защищает кожух от дальнейших повреждений.
Прорыв чугуна через под происходит в случае набивки его
очень жирной формовочной смесью, которая при сушке растрески-
вается, жидкий чугун попадает в трещины. Прорыв чугуна также
возможен или при слабой набивке, или при набивке подины сухим
песком. Для предупреждения прорыва подины покрасневшее место
охлаждают струей воды, предварительно остановив дутье и выпу-
стив чугун. Прогоревшее отверстие забивают снаружи жирной
глиной и поддерживают ее металлической плиткой с подпоркой.
сырой глинщ
случае небольшого прогара днища достаточно слоя
В
для заделки прогоревшего места.
§ 5. КОНТРОЛЬ плавки
Правильное ведение процесса плавки в вагранке обеспечивает
получение чугуна не только с достаточно высоким нагревом и
заданного химического состава, но и достижение хороших технико-
экономических показателей ее работы.
В процессе плавки систематически контролируют: 1) количество
подаваемого в вагранку металла, топлива и флюса; 2) давление
и количество подаваемого в вагранку воздуха; 3) высоту столба
шихтовых материалов; 4) температуру жидкого чугуна; 5) темпе-
ратуру и состав колошниковых газов.
284
Рис. 179. Приборы для дутья:
а — жидкостный манометр; б — нормальная
диафрагма
Количество подаваемых в вагранку шихтовых материалов.
Определение количества подаваемых в вагранку шихтовых материа-
лов является одним из основных этапов контроля плавки. От точ-
ности дозирования составных частей шихты (металлической и коксо-
вой колош, флюса) зависит получение в вагранке чугуна точного
химического состава с высокой температурой при минимальном
расходе топлива.
Взвешивание необходимо также и для точного учета количе-
ства проплавленной в вагранке шихты. Для взвешивания шихты
применяют весы шихтовые стационарные, мостовые, циферблатные
крановые, а также весовые
тележки.
В литейных цехах серого
чугуна взвешивание шихты
производится автоматически.
Контроль давления и ко-
личества подаваемого возду-
ха. Контроль давления позво-
ляет обнаружить изменение
сопротивления прохождению
воздуха и газов в вагранке,
предупреждает о неполадках,
которые возникли в процессе
плавки. Такие нарушения ре-
жима плавки, как снижение
высоты столба шихты, зашла-
кование фурм, образование
настылей, зависание шихты и
т. п., зависят в первую оче-
редь от давления дутья. Воз-
дух, подаваемый вентилято-
ром в вагранку, должен находиться под давлением выше атмосфер-
ного, чтобы преодолеть сопротивление столба шихтовых материа-
лов. Давление воздуха в трубопроводе измеряется водяным мано-
метром (рис. 179, а).
Величина избыточного давления, при котором воздух подается
в вагранку, колеблется от 300 до 1200 мм вод. ст.
Количество воздуха, подаваемого в вагранку, контролируют
специальными приборами, основанными на определении скорости
Движения воздуха по трубопроводу.
Расходомерную диафрагму, называемую нормальной диафраг-
мой (рис. 179, б), изготовляют из углеродистой стали. В трубопро-
вод 1 диаметром D вставляют диафрагму 2, имеющую отверстие
Диаметром d. Толщина s диафрагмы колеблется от 6 до 10 мм и
зависит от диаметра трубопровода. Цилиндрическое отверстие
Диаметром d и толщиной s' имеет фаску под углом 45°. Устанавли-
вать диафрагму в воздухопроводе следует так, чтобы воздух входил
в нее со стороны острой кромки. До и после диафрагмы просверли-
285
вают отверстия, в них вставляют штуцера, которые соединяют!
с манометром 3. 1
При прохождении через диафрагму потока воздуха перем
диафрагмой создается статическое и динамическое давление, а после
нее — статическое. Следовательно, перед диафрагмой давление
будет больше, чем после диафрагмы, поэтому жидкость в манометре
3 переместится из правого колена в левое на высоту h. Между
перепадом h давления и количеством проходящего воздуха V суще-
ствует определенная зависимость, которая выражается следующей
формулой: ла
V=183,2d2KVh, -
где d — диаметр отверстия в диафрагме, м; h — перепад давлении^
кгс/м3; К — коэффициент, зависящий от отношения d/D (табл. 50).
Таблица 50
Зависимость коэффициента К от отношения djD
d/D К d/D К- d/D. к
0,700 0,713 0,735 0,766 0,775 0,810
0,705 0,722 0,740 0,772 0,780 0,815
0,710 0,730 0,745 0,778 0,785 0,820
0,715 0,738 0,750 0,748 0,790 0,824
0,720 0,745 0,755 0,790 0,800 0,832
0,725 0,752 0,760 0,795 —
0,730 0,759 0,765 0,800 — —
Контроль уровня шихты в вагранке. Нормальной высотой столба
шихтовых материалов является высота столба от холостой колоши
до порога загрузочного окна. При такой высоте в вагранке соз-
дается определенное сопротивление движению ваграночных газов
и воздуха, подаваемого в вагранку. Заниженный столб шихтовый
материалов резко уменьшает сопротивление шихты движению воз-1
духа и увеличивает его расход. Вследствие этого нарушается нор!
мальный режим горения топлива и шихта не успевает хорошо про-
греться, придя в зону плавления. Плавление шихты будет задержи-
ваться и пойдет за счет выгорания холостой колоши, т. е. расстро-
ится ход вагранки. В таких случаях следует сократить количество
подаваемого дутья или вовсе остановить дутье и догрузить вагранку
до порога загрузочного окна. Высота столба шихты контролируется
прибором с периодическим опусканием груза или контактными
указателями уровня шихты.
Для контроля уровня шихты также применяют радиоактивны6
указатели (рис. 180). Уровень шихты определяют индикаторов
ИУ-2. В качестве источника 1 излучения у-лучей применяют Со80 м2"
лой активности. Интенсивность излучения измеряется счетчиком
286
с газовой трубкой 2 (типа МС-7). Источник излучения Со60 нахо-
дится в свинцовом ящике 3; у-лучи, проходя через шахту вагранки,
не заполненную шихтой, вызовут повышенную частоту разрядов
в газовой трубке, что приведет
к запиранию тиратрона и обес-
точиванию реле в цепи газовой
трубки; при этом устройство для
загрузки начинает работу. Как
только уровень шихты подни-
мется выше уровня хода у-лучей,
частота разрядов в счетчике сни-
жается и возникает ток в цепи
тиратрона, достаточный для
срабатывания реле, выключаю-
Рис. 180. Схема радиоактивного ука-
зателя уровня шихты в вагранке
щего автоматическую загрузку
шихты. Преимуществами радио-
активного датчика являются
его герметичность, надежность работы и непрерывность контроля
уровня шихты.
Измерение температуры. Для получения отливок с высокими
механическими свойствами и для борьбы с браком по недоливам,
спаям, шлаковым включениям, отбелу и газовым раковинам необ-
ходимо знать температуру жидкого чугуна,
выпускаемого из печи. Особенно важно знать
температуру перегрева чугуна при получении
высококачественного модифицированного чу-
гуна.
Важным показателем работы вагранки яв-
ляется также температура колошниковых га-
зов. Нормальной температурой отходящих
газов считают 300—400° С. Более высокая их
температура указывает на чрезмерно большой
расход топлива или малую полезную высоту
вагранки. Температуру чугуна, отходящих
газов и дутья в вагранке контролируют при-
борами, называемыми пирометрами. Наиболь-
шее распространение получили термоэлектри-
Рис. 181. Схема термо- ческие пирометры и пирометры излучения,
электрического пиро- Термоэлектрические пирометры или тер-
метра мопары широко применяются для автомати-
ческого контроля температур. В основе изме-
рения температуры термоэлектрическими пирометрами лежат тер-
моэлектрические явления.
Если спаять или сварить концы Ли Б двух проводников (рис. 181)
Из разных металлов или сплавов, то при нагревании одного из
спаев в нем возникает р'азность потенциалов или так называемая
Термоэлектродвижущая сила (термо-э. д. с.) и по образовавшейся
Замкнутой цепи потечет ток. Величина термоэлектродвижущей
287
силы зависит от материала данной пары проводников, называемых
термоэлектродами, и температуры спаев. Если спай 1 термопары
нагреть, а спай 2 не нагревать и держать при постоянной темпера-
туре, то термо-э. д. с. горячего спая превзойдет термо-э. д. с.
холодного спая и по проводникам потечет ток. В цепь термопары
при помощи проводов 3 включают прибор — гальванометр 4,
измеряющий величину термо-э. д. с. Сопоставлением температуры
горячего спая и величины термо-э. д. с. можно проградуировать
гальванометр в температурных градусах. Такую систему термопары
и гальванометра называют термоэлектрическим пирометром.
Рис. 182. Схема фотометрического пирометра с исчезающей
нитью
Температуру до 1100° С и температуру отходящих газов изме-
ряют хромель-алюмелевыми термопарами (ХА). Платино-платиноро-
диевыми термопарами измеряют температуру до 1400—1600° С, воль-
фрам-молибденовыми термопарами — до 1800—2000° С.
Оптическими пирометрами измеряют температуру тел, нагре-
тых до или выше красного каления. Их работа основана на оценке
интенсивности излучения нагретых тел. Оптические пирометры
бывают двух типов: фотометрические и радиационные. Наиболее
распространены фотометрические пирометры. Температура жидкого
металла определяется сравнением яркости излучаемых им красных
лучей с яркостью красного излучения нити эталонной лампочки
накаливания, находящейся в пирометре. Накал нити лампочки в пи-
рометре регулируют реостатом.
Во время измерения фотометрический пирометр (рис. 182) наво-
дят на светящийся предмет объективом 1, а глаз наблюдателя нахо-
дится перед окуляром 2, имеющим красное стекло 3 и линзу
В окуляре видно излучающее свет тело, температура которого
измеряется, и на фоне этого тела нить 5 лампочки накаливания,
подключенной к батарейке 6. Ток измеряется гальванометром 'ч
288
Рис. 183. Контроль температуры чу-
гуна на желобе радиационным пиро-
метром
шкала которого проградуирована в градусах. Реостатом 8 регули-
руют накал лампочки; при этом добиваются, чтобы яркость нити
накаливания и яркость тела были одинаковы (чтобы нить лампочки
стала незаметна на поле, освещенном измеряемым телом), и стрелка
гальванометра покажет тогда его температуру. При измерении
высоких температур устанавливают дымчатое стекло 9 между лам-
почкой и объективом. Гальванометр имеет две шкалы: одну
для измерения температур 600—1400° С (без дымчатого стекла)
и другую .1200—3000° С (с дымчатым стеклом). Для учета только
красных лучей в фотометрическом пирометре ставят фильтр в виде
красного стекла 3.
Радиационные пирометры
определяют температуру изме-
рением полного излучения на-
гретого тела. Радиационный пи-
рометр представляет собой те-
лескоп, собирающий при помощи
линзы в одной точке (фокусе)
поток лучей, испускаемый в дан-
ном случае жидким металлом,
находящимся в поле зрения те-
лескопа. В фокусе телескопа по-
мещается теплочувствительный
элемент (термоэлемент), состоя-
щий из рабочих концов одной
или нескольких термопар, сое-
диненных последовательно в ба-
тарею. Наводимая термоэлемен-
том термоэлектродвижущая си-
ла измеряется милливольтмет-
ром.
Радиационные пирометры, применяемые для измерения темпе-
ратур жидкого чугуна, имеют шкалы от 900 до 1800° С. При кон-
троле температуры жидкого чугуна радиационный пирометр -
(рис. 183) устанавливают над желобом 1 вагранки на специальном
кронштейне 6. С помощью этого прибора можно измерить вели-
чину термо-э. д. с.
Перед началом работы вагранки пирометр 4 наводят через оку-
ляр 5 на одну из точек желоба, по которой во время плавки будет
проходить струя жидкого чугуна. Пирометр должен быть установ-
лен от желоба на расстоянии 600—1200 мм. Конструкция кронштей-
на 6 при установке пирометра позволяет изменять его положение.
Передняя часть телескопа'закрыта полым металлическим кожухом 2,
В который по трубе 3 подается сжатый воздух для предохранения
пирометра от нагрева. Радиационный пирометр соединяют с галь-
ванометром.
Контроль состава колошниковых газов. Основными составляю-
щими ваграночного газа являются СО2, СО, О2 и Na. По содержанию
10 Титов
289
в колошниковом газе СО2, СО и О2 судят об эффективности горения
топлива. Лучшим показателем, определяющим полноту горения,
является СО2 — продукт полного сгорания. Поэтому при контроле
ваграночных газов за основу берется СО2> количество которого
в хорошо работающей вагранке должно быть 13—15%. Состав
колошниковых газов определяют газоанализаторами. Состав отхо-
Рис. 184. Форма для заливки
клина
дящих газов может колебаться в шире-
ких пределах, например газ № 1 со-
держит 16,5% СО,, 3% СО, а газ
№ 2 — 5,1% СО2 и 26,3% СО. Содер-
жание СО2 и СО в газе № 1 свидетель-
ствует о правильном соотношении коли-
чества кокса-и дутья, а в газе № 2 ука-
зывает на лишний расход кокса или
на недостаток дутья. Если колошнико-
вые газы содержат свыше 1,0—1,5% О2,
то это указывает на большой избыток
дутья, а также на ненормальное горение
топлива с большими потерями теплоты.
Клиновая технологическая проба.
Технологические пробы изготовляют для
контроля чугуна в процессе плавки.
Технологические пробы в виде клина
для определения склонности чугуна к отбелу получают в сырых
песчаных формах (рис. 184).
Большая глубина отбела указывает на образование отбела в тон-
ких частях отливок, а малая глубина отбела — на повышенное
содержание углерода и кремния. Механические свойства такого
ч,угуна будут низкими. Пробы берут также для проверки эффек-
тивности модифицирования чугуна. Клин разбивают и по излому
судят о качестве чугуна. Обычно острие клина в изломе имеет
отбел.
ГЛАВА IV . I
ПЛАВКА ЧУГУНА В ПЛАМЕННЫХ |
И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ j
§ 1. ПЛАВКА В ПЛАМЕННЫХ ПЕЧАХ 1
Пламенные печи применяют в тех случаях, когда необходимо
выплавить чугун с низким содержанием углерода (ниже 2,8%) и
переплавить одновременно большое количество крупногабаритного
лома.
Пламенные печи применяют для плавки ковкого-чугуна и чу-
гуна для крупных прокатных валков.
Пламенные печи стационарного типа строят емкостью до 80 т.
На рис. 185 приведена пламенная печь для работы на мазуте. Кожух
290
пламенных печей собирают из литых чугунных плит, укрепленных
стойками. Под набивают смесью, состоящей из 92—94% кварцевого
песка и 6—8% огнеупорной глины, по кирпичной кладке. Свод
печи состоит из отдельных съемных арок 1. Для загрузки крупного
лома в печах большой емкости свод делают съемным. Пламенная
печь имеет топку для сжигания мазута. Форсунки вставляют в от-
верстия топки. Пламя от форсунки 2 направляют в рабочее прост-
ранство 4 печи. Воздух, необходимый для горения топлива, подается
по трубопроводу. В самой нижней точке ванны сделана летка 3,
через которую готовый чугун выпускают в ковш.
Продукты горения поступают в рабочее пространство 4, где на
поду находится шихта, загруженная через окно 5. В начале плавки
пламя стелется по поверхности твердых кусков шихты и посте-
Рис. 185. Пламенная печь для плавки чугуна
пенно оплавляет их. Дверцы 6, служащие для ремонта и чистки
трубы, во время плавки закрывают или заделывают. Пламенные
печи работают на твердой и жидкой завалке. Например, на твердой
завалке плавят чугун для прокатных валков.
Легкоплавкие шихтовые материалы следует загружать на под
печи, ближе к заднему порогу; крупные же куски и тугоплавкие
материалы загружают сверху, ближе к пламени. Шихтовые матери-
алы не следует загружать плотно. Шихту рекомендуется плавить
коротким пламенем, а во время доводки чугуна по химическому
составу — длинным пламенем, покрывающим всю поверхность
ванны.
Угар элементов чугуна (кремния, марганца и углерода) зави-
сит от следующих факторов: 1) продолжительности плавки: чем
продолжительнее плавка, тем угар больше; 2) температуры в печи:
чем выше температура, тем больше угар; 3) поверхности шихты:
с увеличением поверхности угар увеличивается; 4) содержания
углекислого газа в атмосфере печи; кислорода, закиси железа и
марганца в шлаке: чем их больше, тем угар больше; 5) глубины
ванны: чем меньше глубина ванны, тем больше угар.
При замедленной плавке и повышенном содержании закиси же-
леза способность валков к отбелу уменьшается. Присадку в чугун
10»
291
ферросилиция и ферромарганца следует вводить не в печь, а в ковш
чтобы исключить угар ферросплавов. Для предупреждения восста-
новления кремния из шлака в чугун (когда шлак сильно перегре-
вают и содержание кремнезема в нем более 55%) следует удалять
шлак и посыпать поверхность чугуна мелким известняком или
доломитом. Легирующие же элементы в чугуне (хром, никель и
др.) ведут себя так же, как и при плавке в вагранке. Угар металла
в пламенной печи составляет 5—7% массы шихты. Нормальный
состав шлаков: 45—55% SiO2; 5—20% А12О3; 15—25% (FeO + Fe2O3)-
10—25% МпО и 5—25% (СаО + MgO).
Для ошлакования примесей применяют флюсы, состоящие из
3— 6% плавикового шпата или магнезитового порошка и 6—12%
мартеновского шлака.
Общее количество шлака при плавке составляет 6—8% массы
чугуна. С целью улучшения качества валков рекомендуется произ-
водить раскисление шлака во время плавки в пламенной печи.
В качестве раскислителя применяют смесь, содержащую в опреде-
ленной пропорции молотый ферросилиций, дробленый ферромарга-
нец, молотый кокс, плавиковый шпат, магнезитовый порошок. На
под печи засыпают 0,4—0,5% смеси от массы садки и по ходу плавки
0,2—0,3%.
Оптимальная температура перегрева нелегированного чугуна
для валков 1370—1390°С, а легированного чугуна при выпуске
1410—1420° С.
В случае использования в шихте высококремнистого лома для
увеличения производительности печи рекомендуется продувать
чугун кислородом. Кислород вводят под давлением 12—15 ат
с помощью специальной фурмы, погруженной в чугун на 100—
150 мм. В результате температура чугуна повышается с 1250
до 1430°С.
При работе на жидкой завалке вагранку и пламенную печь
обычно соединяют желобом. В этом случае чугун выпускают из
вагранки при 1300—1360° С и доводят в пламенной печи до
1450—1480° С; на нагрев требуется около 2 ч. При доводке в печи
происходит угар элементов чугуна: на 15—20% С, на 5—10% Si
и на 10—20% Мп, количество серы и фосфора не изменяется. Кроме
того, добавляют стальной лом, чугун и ферросплавы. Для раскис-
ления во время заливки в ковш в струю чугуна вводят присадку
0,02—0,04% А1.
Емкость пламенной печи должна быть примерно в 2—2,5 раза
больше часовой производительности вагранки. Пламенную печь
разогревают за 1 ч до выпуска чугуна из вагранки и за 2,5—3 ч
до заливки чугуна в форму. Печь нагревают до заливки в нее чугуна
до 1400° С. Нагрев чугуна вместе с заполнением и доводкой в печи
длится 1,5—2 ч. Расход мазута на плавку чугуна составляет 22—25%
массы металлической садки при работе на твердой завалке и 10—15%
на жидкой завалке. Продолжительность плавки на твердой завалке
зависит от емкости печи и составляет 7—10 ч.
292
§ 2. ПЛАВКА В ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПЕЧАХ
Электрические печи начинают широко применять в литейных
цехах для получения качественного жидкого чугуна. Их исполь-
зуют как самостоятельные плавйльные агрегаты, а также при
дуплекс-процессе вагранка + электропечь, электродуговая печь +
4- индукционная печь.
Электродуговые печи применяют для плавки чугуна для отли-
вок ответственного назначения, особенно тонкостенных и сложной
конфигурации, легированных чугунов, а также для высокого пере-
грева модифицированного и высокопрочного чугуна с шаровидным
графитом. Электроплавка имеет ряд преимуществ: низкий угар
элементов, возможность получения более точного состава чугуна
с меньшим количеством вредных, примесей, высокий перегрев,
лучшие санитарно-гигиенические условия плавки, большую воз-
можность механизации и автоматизации, а также регулирования
процесса плавки.
Плавку можно вести на твердой и жидкой завалке. Электроду-
говые печи работают на переменном токе (12 500 А), рабочее напря-
жение 105—130 В, емкость их 1500—5000 кг и более (до 40 т).
Электродуговые печи работают с основной и кислой футеровкой.
Наибольшее применение нашли электродуговые печи с кислой
футеровкой. В этих печах стойкость футеровки большая, ее стои-
мость низкая, меньше удельный расход электроэнергии, электродов
и меньше продолжительность плавки. Электродуговые печи с ос-
новной футеровкой применяют для плавки легированных чугунов
с .высоким содержанием алюминия (так как алюминий энергично
восстанавливает кремний из двуокиси кремния и разрушает кис-
лую футеровку печи), марганца и хрома, а также с незначительным
содержанием серы до 0,04% и др.
Устройство электродуговой печи. Как правило, кожух совре-
менных электродуговых печей изготовляют сварным. Верхнюю часть
печи перекрывают съемным сводом. Каркас свода выполняют свар-
ным из листовой или угловой стали. Свод имеет три отверстия для
установки в рабочее пространство печи электродов (угольных или
графитовых). Диаметры отверстий в своде должны быть на 40—50 мм
больше диаметра электродов. Зазор между электродами и огнеупор-
ной кладкой свода перекрывают уплотняющими кольцами, которые
охлаждают водой (холодильниками).
Ширина рабочего (загрузочного) окна обычно составляет 0,3
Диаметра плавильного пространства, а высота — 0,8 ширины окна.
В печах с загрузкой шихты через свод ширину рабочего окна при-
нимают равной 0,25 диаметра плавильного пространства. Диаметр
выпускного отверстия 120—150 мм.
Ток подводится к электродам по электрододержателям, кото-
рые перемещаются по вертикали со скоростью 0,8—1,0 м/мин. Печь
наклоняется плавно без рывков в сторону сливного желоба на угол
40-45° и на угол 10—15° в сторону рабочего (загрузочного) окна
293
для скачивания шлака. Скорость наклона печи зависит от ёе емко-
сти. Например, скорость наклона печей емкостью 10—20 т состав-
ляет 1—1,2 град/с, а емкостью 20 т — 0,7—0,9 град/с. Для наклона
в печах небольшой емкости устанавливают боковой механизм,
а в печах большой емкости — нижние механизмы. Шихту загружают
сверху через съемный отходящий в сторону свод или выводимую
из-под свода печь.
Футеровку печи выполняют при основном процессе магнезито-
вым кирпичом, который обычно укладывают на слой теплоизоля-
ционного кирпича; при кислом процессе — динасовым кирпичом.
Свод делают из динасового или хромомагнезитового кирпича.
Свод из хромомагнезитового кирпича обладает значительно
большей стойкостью, чем из динасового кирпича. На рис. 186 при-
ведена электродуговая печь для плавки чугуна и стали.
Подготовка к плавке. Перед плавкой электродуговую печь футе-
руют. Свод выкладывают по шаблону из динасового кирпича
(ГОСТ 1566—71), а затем футеруют смесью, состоящей из огнеупор-
ной массы (52% кварцевого песка, 26% огнеупорной глины, 22%
воды). Ванну и стены футеруют динасовым кирпичом. При этом
оставляют зазор,между кожухом печи и футеровкой 50—60 мм, ко-
торый засыпают порошком динасового кирпича. Кладку печи про-
изводят в сухую перевязку.
Перед набивкой кирпичную кладку пода просушивают газом
или дровами в течение 3—5 ч. Золу и остатки дров удаляют, после
чего футеровку смазывают жидким стеклом, насыпают смесь (из
92—94% кварцевого песка и 6—8% жидкого стекла) и набивают
слоями толщиной 20—30 мм. Перед набивкой следующего слоя
смеси на предыдущем слое делают насечку и смазывают его жидким
стеклом для лучшего соединения слоев пода, набивают откосы.
После набивки пода и откосов печь накрывают сводом и под
сушат дровами или газом в течение 3—4 ч, затем забрасывают
кокс и усиливают горение вдуванием сжатого воздуха.
Если в электродуговой печи плавили чугун, то производят
горячий ремонт печи. После выпуска чугуна из печи сливают ос-
татки его и шлака из ванны, а затем наваривают под и откосы
огнеупорной массой указанного выше состава. При наросшем
поде перед наваркой для разъедания наростов на него насыпают
плавиковый шпат.
Плавка чугуна. В электродуговой печи плавку можно произво-
дить на твердой завалке из стального лома с науглероживателем
и на шихте из чушкового чугуна и чугунного лома,- При плавке
с науглероживателем на под укладывают крупные куски стального
лома, затем их засыпают коксом, древесным углем или же элект-
родным боем и известью (или известняком при плавке в печи с ос-
новной футеровкой).
При пуске печь включают на «звезду» примерно на 5 мин до
получения устойчивого контакта электродов с шихтой. В период
плавления чугуна печь переключают на «треугольник» и плавку
294
18
Рис. 186. Электродуго-
Вая печь для плавки
чугуна и стали:
i ~ электрод: ? — стой-
1 •> — шины; 4 — ка-
ретка; 5 — электрододер-
жатель; 6 — холодиль-
ник; 7 — стальной трос;
8 — механизм передви-
жения электрода; 9 —
-------------, . стальной кожух; 10 —
топя*ВН?? НЛИ наваРная часть футеровки; 11 — выпускное отверстие; 12 — опора сек-
&ИВЯ ~ сектор для наклона лечи; 14 — каркас свода; 15 — площадка для обслу-
ания; 16 — загрузочное окно; 17 — шпиндель механизма наклона печи; 18 — элек-
тродвигатель
295
ведут на максимальной мощности печи под слоем шлака. Для со-
'крашения длительности расплавления необходимо своевременно
сталкивать шихту с откосов и порога, не допуская образования
мостов.
После расплавления нагревают ванну, удаляют шлак, на поверх-
ность ванны насыпают науглероживатель (электродный бой) кус-
ками размерами не более 50 мм и тщательно перемешивают. После
окончания науглероживания в ванну вводят в кусках ферросили-
.ций и ферромарганец; чугун нагревают до необходимой температуры
и выпускают.
Расход науглероживателя составляет 5—10% массы лома и
зависит от степени усвоения углерода. Степень науглероживания
зависит от природы науглероживателя и содержания в нем золы.
.Наилучшим является электродный бон. С повышением основности
щлака, температуры и при перемешивании ванны степень наугле-
роживания чугуна увеличивается. При переплавке чугуна в за-
валку добавляют 0,3—0,4% науглероживателя для компенсации
небольшого угара углерода в период плавления. Угар остальных
элементов в чугуне незначительный.
Чугун переплавляют под кислым или основным карбидным
шлаком. Кислый шлак состоит из 80% SiO2 и 20% СаО, а карбид-
ный из 60% СаО, 25% CaF2 и 15% молотого кокса. Состав конечного
шлака при кислой футеровке: 55—65% SiO2; 5—25% СаО; 1—3%
MgO; 5—10% FeO; 3—7% МпО и 5—10% А12О3 и при основной
футеровке 15—20% SiO2; 50—60% СаО; 10—15% MgO; 1—2% FeO;
1—2% МпО; 5—8% А12О3 и 2—3% CaF2.
Особенности плавки на жидкой завалке. Плавку чугуна в элек-
тродуговых печах осуществляют периодически или непрерывно.
Белый чугун для ковкого чугуна плавят в электродуговой печи
с кислой футеровкой. Выплавленный в вагранке чугун за час—
полтора до начала работы смены заливают в подготовленную элек-
тродуговую печь (дуплекс-процесс вагранка + электропечь) для
того, чтобы к началу смены печь была заполнена и чугун подогрет
до требуемой температуры. По мере выдачи чугуна печь регулярно
пополняется жидким чугуном из вагранки. Чугун в печи должен
занимать не менее 70% ее емкости. Температура чугуна при заливке
в электродуговую печь 1350—1380° С. Печь работает при напря-
жении 80—100 В. Для быстрого нагрева чугуна печь переключают
на 5—8 мин на работу при повышенном напряжении 120—130 В-
В процессе плавки необходимо следить за тем, чтобы не было
срыва пода, происходящего при чрезмерном перегреве чугуна.
При срыве пода образуется густой шлак и «отсер», т. е. выделение
из белого чугуна графита.
В случае недостатка кремния и марганца в жидкий чугун вво-
дят ферросилиций (ФС45 или ФС75) и ферромарганец, а для умень-
шения содержания углерода — стальные обрезки. После доводки
чугуна по составу и при температуре до 1460—1550° С чугун выпус‘
кают из электродуговой печи.
296
Угара примесей в электродуговых печах практически не про-
исходит.
После окончания плавки все остатки чугуна и шлака необходимо
удалить из печи и под печи тщательно заправить кварцевым песком.
1 Для образования шлака в кислую печь на ванну жидкого чу-
гуна добавляют кварцевый песок и частично отработанную смесь;
шлак разжижают известью. Химический состав шлака, по данным
гдз при плавке чугуна: ковкого — 60—70% SiO,; 8—10% СаО;
io/o MgO; 5—7% МпО; 10—20% (FeO + Ре3О3)Г 2—7% А1аО3;
серого—60% SiO2; 3% СаО; 2% MgO; 10% МпО; 15—18% (FeO+
+ Fe2O3); 10% А12О3. Шлак удаляют из печи по мере его накопления..
При плавке на жидкой завалке в электродуговой печи с ос-
новной футеровкой после заполнения печи удаляют ваграночный
шлак, затем добавляют стальной лом и ферросплавы и наводят
карбидный шлак. По мере нагрева чугуна в печь подают известь, „
шпат и молотый кокс для образования карбидного шлака: 6 частей,
извести, 2 части шпата и 1 часть кокса с таким расчетом, чтобы
количество шлака составляло 20—30 кг на 1 т жидкого чугуна.
Чугун под шлаком выдерживают до получения необходимого коли-
чества серы и необходимой температуры.
При плавке высокопрочного чугуна с низким содержанием серы
карбидный шлак наводят дважды. Для уменьшения содержания
углерода и кремния в жидком чугуне производят присадку сталь-
ного лома (с 0,25% С и 0,25—0,3% Si), количество которого зависит
от исходного и требуемого содержания элементов в чугуне. При
расчете потребного количества стального лома пренебрегают наугле-
роживанием 'чугуна от электродов.
При недостаточном содержании кремния в жидкий чугун вво-
дят 45%-ный ферросилиций. Массу последнего определяют в зави-
симости от исходного и требуемого содержания кремния, при этом .
необходимо учитывать угар кремния, равный 15% его содержания
в ферросилиции. Можно вместо 45%-ного ферросилиция применять
75%-ный ферросилиций, но при этом необходимо уменьшить его
количество в 1,6 раз.
Продолжительность плавки чугуна в печи с основной футе-
ровкой увеличивается на 30—40 мин, удельный расход электро-
энергии повышается на 30—60 кВт-ч/т и увеличивается расход
электродов по сравнению с плавкой в печи с кислой футеровкой.
§ 3. ПЛАВКА В ИНДУКЦИОННЫХ ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ
В соответствии с Директивами XXIV съезда КПСС, 9-м пяти-
летним планом развития народного хозяйства нашей страны пре-
дусматривается широкое внедрение в практику литейных цехов ма-
шиностроительных заводов плавки чугуна в индукционных печах.
Индукционные печи применяют для плавки чугуна на твердой
завалке, а также для подогрева чугуна и доводки его до необхо?
Димого состава.
297
Индукционные печи основаны на принципе, при котором электро-
магнитное переменное поле индуцирует вихревые токи в металле.
При этом в металле электрическая энергия переходит в теплоту,
количество которой зависит от электросопротивления шихты.
Если в печь загружают металлический лом, стружку или другие
мелкие отходы металла, то вихревые токи вследствие больших
переходных сопротивлений образуются между отдельными части-
цами загружаемого металла. Поэтому чем меньше загружаемые
куски, тем больше должна быть частота тока, питающего индуктор,
Рис. 187. Тигельная индукционная печь:
/ — индуктор; 2 — тигель; 3 — механизм поворота печи; 4 — ковш;
5 — крышка
для быстрого расплавления шихты или величина силы тока. Из-1
вестно, что чем выше частота тока при прочих равных условиях, I
тем легче начать плавку на холодной шихте. Питание индукцион-
ных печей осуществляется токами промышленной частоты 50 Гц и
токами повышенной частоты 50—107 Гц.
Основными преимуществами индукционных печей являются
чистота источника теплоты, низкий угар (угар до 5% С, до 5% Si,
до 10% Мп), общий угар металла не превышает 2—3%, возможность
использования небрикетированной стружки и улучшения гигиени-
ческих условий труда.
В литейном производстве применяют индукционные печи без
сердечника и с сердечником. Наибольшее распространение полу-
чили индукционные печи без сердечника. На
рис. 187 показана индукционная печь .емкостью 8 т.
298
Индуктор выполняют в виде многовитковой цилиндрической
однослойной спирали из полой и водоохлаждаемой медной трубки;
питающее напряжение подается на концы индуктора. Индуктор
охлаждается водой. Такие печи широко применяют для плавки
Чугуна, стали и цветных сплавов. Большое распространение в про-
изводстве получили высокочастотные вакуумные печи для выплавки
сталей с низким содержанием газов и вредных примесей. В послед-
нее время широко внедряют в производство индукционные печи
тигельного типа промышленной частоты, емкостью 5—30 т жидкого
металла.
Для подогрева чугуна и стали применяют индукцион-
ные печи с сердечником. Индукционные печи емко-
стью 40 т, 60 т и более с тремя отъемными индукторами в дуплекс-
процессе используют с вагранкой и мартеновской печью. Футе-
ровку в таких печах заменяют приблизительно после выпуска
200—300 т стали. Футеровка печей набивная и преимущественно
кислая. Исходными материалами для набивки футеровки являются
48% по объему кварца (с величиной зерна 15—5 мм и содержанием
не менее 95% SiO2 и минимальным содержанием А12О3; Fe2O3;
СаО и MgO), 50% молотого пылевидного кварца КП-3 (с величиной
зерна не более 1,5 мм) и 1,8% борной кислоты. Перед употреблением
кварц сушат при 250—150° С и просеивают через сито. Молотый
кварц и борная кислота должны быть сухими. Борную кислоту
просеивают через сито с ячейками 0,5 мм. Футеровочную массу
приготовляют в сухом состоянии в смесителе. Приготовленную
смесь просеивают через сито с ячейками 5 мм. Смесь необходимо
быстрее употреблять для набивки, так как борная кислота погло-
щает влагу (время хранения приготовленной смеси должно быть
не более 15 ч).
Перед набивкой футеровки тигля необходимо осмотреть и опро-.
бовать механизм наклона печи, проверить крепление индуктора
катушки, а также проверить индуктор под заданным давлением
воды с целью выявления возможных дефектов (течи, засорения и
т. д.).
Перед плавкой необходимо осмотреть дно тигля, обмазку между
витками индуктора и все места между деревянными перекладинами
и асбестом; повреждения обмазки между витками замазать пастой
(ее состав: три части глиноземистого цемента; одна часть сухого
песка; одна часть молотой глины). Составляющие пасты необхо-
димо тщательно перемешать и добавить воду до консистенции гус-
той сметаны. Обложить внутреннюю часть индуктора асбестовым
листом толщиной 3—5 мм. Затем выложить дно тигля асбестовым
листом общей толщиной 6—10 мм и на дно засыпать просеянный
через сито с размером ячеек 2 мм мелкозернистый кварцевый поро-
шок. Набивку тигля произвести трамбовкой слоями 50—70 мм.
Перед набивкой следующего слоя смеси предыдущий разрыхлить
На глубину 5 мм, чтобы получить плотную связь отдельных слоев.
На уплотненный под установить шаблон из листового железа,
299
а затем в зазоре между шаблоном и изолированной катушкой индук>
тора произвести набивку футеровки слоями 30—40 мм.
После набивки футеровку сушат. Во время сушки в индукцион-
ную катушку пускают воду и через каждые 30 мин катушку осмат-
ривают и в случае обнаружения потения индуктора его необходимо
просушить сжатым воздухом. Во время сушки и плавки темпера-
тура отходящей воды должна быть всегда до 30—35° С. Тигель
сушить током, не допуская оплавления. По данным ЗИЛа, сушка
тигля в индукционной печи емкостью 1 т длится 4 ч.
Чтобы обеспечить минимальный расход электроэнергии и сокра-
тить продолжительность плавки, стенки тигля должны иметь
минимально возможную толщину. В процессе работы печи необхо-
димо проверять футеровку, так как она находится в неблагоприят-
ных условиях: внутренняя поверхность футеровки тигля имеет
температуру жидкого металла, а наружная соприкасается с индук-
тором, охлаждаемым водой. В большинстве случаев для футеровки
индукционных печей емкостью до 30 т применяют молотый кварц
и борную кислоту. Недостаток такой футеровки — это большая
трудоемкость изготовления тигля. Для футеровки индукционных
печей большой • емкости применяют огнеупорный кирпич.
Загрузка. Шихту в тигель следует загружать осторожно без
ударов и возможно плотнее. Габаритные размеры кусков шихты
должны обеспечить хорошую плотность загрузки и отсутствие
зазоров между ними и стенками тигля. Этим достигается быстрое
расплавление металла и минимальный -расход электроэнергии.
Зона наивысшей температуры во время плавки находится в нижней
части тигля, поэтому тугоплавкие ферросплавы следует загружать
на дно тигля. Крупные и тугоплавкие куски шихты загружают,
вертикально, параллельно и ближе к стенкам тигля, легкоплав-
кие составляющие шихты — в середину тигля. Шихту в печи не-
большой емкости загружают вручную, большой емкости — бадьей.
Плавка. В начале плавки 5—10 мин печь работает до прекращения
скачков тока генератора на пониженной мощности, затем мощ-
ность доводят до максимальной. Плавку ведут при закрытом тигле.
Когда шихта частично расплавится, твердые куски осаживают
ломиком, предварительно, выключив ток, затем печь догружают
оставшейся более мелкой шихтой, предварительно подогретой.
Стальной лом присаживают обычно в жидкую ванну, ферросплавы—
в хорошо разогретую ванну до 1430—1450° С. Для науглероживания
чугуна вводят крупный электродный бой (1—2%) на под и мелкий —
на зеркало металла после скачивания шлака. Шлак скачивают при
выключенном токе в резиновых перчатках и очках, стоя на рези-
новом коврике.
Плавку можно вести также и на жидкой завалке; в этом слу-
чае науглероживатели подают только на чистое зеркало металла.
При плавке чугуна в индукционных печах промышленной час-
тоты (50 Гц) на твердой завалке необходимо подбирать шихту в виде
плотных кусков размером не менее 50—70 мм и такой конфигура‘
300
ции, чтобы обеспечить плотное заполнение печи. При плавке мелкой
шихты, например дробленой стружки, часть жидкого чугуна перед
загрузкой стружки оставляют в печи. 'Наиболее хорошо такие
печи работают на жидкой завалке в качестве миксеров, где произ-
водят лодогрев и доводку чугуна по составу.
§ 4. ПЛАВКА В ИНДУКЦИОННЫХ КАНАЛЬНЫХ ПЕЧАХ
Канальные индукционные печи применяют для плавки чугуна
и стали. Особенно эффективны они при производстве отливок из
серого и ковкого чугуна в дуплекс-процессе вагранка — канальная
индукционная печь. При этом достигается более высокое качество*
чугуна, почти полное отсутствие окисления и накапливание в ка-
нальной печи больших масс чугуна с однородным составом.
Одним из ведущих поставщиков канальных индукционных элек-
тропечей является фирма ASEA (Швеция), которая выпускает ряд
печей типа LFR: 2/1, 5/1, 10/4, 20/8, 45/12, 60/15,70/15, 100/25.
В числителе показана емкость печей, а в знаменателе — емкость
плавильных каналов в тоннах. Подводимая мощность зависит от
емкости печи и ее назначения, например для выдержки и перегрева
чугуна в печах емкостью 100/25 она достигает 2200 кВт.
Канальная индукционная печь (рис. 188) состоит из ванны,
служащей металлосборником, и плавильных каналов закрытого
типа, в которых нагревается металл. Каналы расположены в блоках,
выполненных в виде отдельной приставки к ванне печи, поэтому
форма ванны не зависит от них и может быть приспособлена к усло-
виям эксплуатации. Барабанная печь состоит из кожуха 1 и сте-
нок 2, являющихся несущими элементами печи. Печь вращается
на роликах 3. Барабан поворачивается при помощи цепной пере-
дачи 4 двухскоростным асинхронным двигателем 5. Привод имеет
пластинчатые тормоза. В футеровке стенок сделаны сифоны 6 для
заливки металла. Сифон почти полностью предотвращает попада-
ние шлака в ванну, поэтому увеличивается долговечность футеровки '
ванны. Свод имеет плотно закрывающиеся крышкой отверстия 7,
предназначенные для загрузки присадок и скачивания (удаления)
шлака.
Огнеупорная футеровка ванны состоит из нескольких слоев.
Первый наружный слой выкладывают термоизоляционным кирпи-
чом, затем шамотным. Рабочую часть ванны набивают по металли-
ческому шаблону глиноземистой массой, содержащей 81% А12О3,
18% SiO2 и до 1% (TiO2, Fe2O3).
Через каналы 8 производят выпуск металла из печи, отбор
проб и замер температуры. Мундштучные отверстия изготовляют
из глиноземистого бетона, а сифоны — из глиноземистой набивной
массы. Отверстия 9 соединяют канальные блоки с ванной печи.
Канальный блок закрепляют на корпусе печи болтами.
Нагрев металла в печи основан на принципе работы однофаз-
ного трансформатора. Индуктор имеет сердечник 10 с первичными
301
обмотками И, окруженными U-образными каналами 12, являю-
щимися вторичными обмотками, в которых индуцируется вторичный
ток, нагревающий металл.
Плавильный канал выполнен в монолитной футеровке. Мате-
риалы, применяемые для футеровки канальных индукционных
печей, имеют высокую огнеупорность, незначительный коэффициент
Рис. 188. Канальная индукционная печь: 1
. / — кожух; 2 — стенки; 3 — ролики; 4 — цепная передача; Ц
5 — двигатель; 6 — сифоны; 7 — отверстия; 8 — каналы я
для выпуска металла; 9 — соединительные отверстия; .«
10 — сердечник; 11 — первичные обмотки; 12 — каналы -а
расширения, нейтральные свойства и высокую химическую стой-
кость. Для образования канала заданной формы используют метал-
лический шаблон, который расплавляется при первой плавке.
Вокруг шаблона набивают или заливают с применением вибрации
огнеупорную массу.
Первичная катушка индуктора для повышения прочности и
защиты от жидкого металла находится в металлическом корпусе.
Обмотка катушки пропитана жаростойким лаком, изолирована
302
стеклолентой, она выдерживает нагрев до 250° С. Катушка с сер-
дечником охлаждается воздухом, а весь канальный блок помещен
в водоохлаждаемый корпус. Для сушки и спекания футеровки
каналов в блок вмонтировано сопротивление, которое нагревается
от специального трансформатора мощностью 70 кВт. Футеровку
канального блока сушат до установки его в печь при 150—300° С
в течение 24—28 ч.
Футеровку печи тщательно сушат с помощью газовых горелок.
Печь сушат медленно со скоростью 10° С/ч до 1000—1250° С, затем
выдерживают при этой температуре до 6 сут. Сифон после набивки
сушат медленно газовой горелкой до 150° С, а затем следует быстрый
нагрев, до 750° С и выдержка при этой температуре не менее 6 сут.
Температура сушки печи контролируется хромель-алюмелевой термо-
парой с записью температуры на самопишущем приборе. Долговеч-
ность футеровки канальных блоков достигает года благодаря высо-
кому качеству огнеупорных материалов и надежному контролю.
Применение канальных печей в дуплекс-процессе с вагранкой
позволяет снизить температуру чугуна при выпуске его из ва-
гранки, уменьшить расход кокса, снизить содержание серы и умень-
шить науглероживание чугуна. Кроме того, уменьшается разгар
футеровки и увеличивается ее стойкость.
При дуплекс-процессе вагранка — канальная печь заполнение
печи и выпуск чугуна из нее можно производить одновременно и
раздельно, так как печь может работать непрерывно и периоди-
чески. Присадки вводят в чугун на желобе вагранки или в сифоне
канальной печи, а также через верхнее отверстие печи, модифи-
каторы — непосредственно в ковш перед заливкой чугуна в формы.
При непрерывном процессе однородность химического состава
и постоянство температуры достигаются большим скоплением
чугуна, превышающим часовую производительность вагранки в
2,5—3 раза. Преимущество этого способа состоит в том, что для
процесса достаточно одной электропечи. Более однородный чугун по
химическому составу и температуре получается при периодической
работе, когда одну печь наполняют, а чугун второй после доводки
разливают. Но в этом случае требуется установка двух печей.
Индукционные канальные печи применяют в дуплекс-процессе
с вагранкой и для плавки белого чугуна для производства отливок
из ковкого чугуна.
ГЛАВА V
ЗАЛИВКА, ВЫБИВКА, ОБРУБКА
И ПРИЕМКА ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
§ 1. ЗАЛИВКА ФОРМ
Формы заливают на формовочной площадке или на рольгангах,
непрерывно движущихся конвейерах или на движущейся зали-
вочной площадке.
303
Типы ковшей. Ковш служит для транспортирования жидкого
металла и заливки форм. Он представляет собой стальной кожух,
внутренние стенки и дно которого выложены огнеупорным материа-
лом. Для разливки чугуна ковш футеруют шамотом, а для разливки
стали — шамотом или магнезитом. Толщина слоя футеровке
65—180 мм. 1
По конструкции ковши бывают с носком (рис. 189, а), чайника
вые, барабанные (рис. 189, в), стопорные, (рис. 189, г). Для заливкГ
Типы ковшей:
Рис. 189.
1 — жидкий металл; 2 — шлак
чугуна применяют ковши с носком, чайниковые или с перегородкоЯ
(рис. 189, б), а для заливки средних и крупных отливок из стали -Я
стопорные ковши. Ч
Барабанные ковши обычно применяют при изготов- 1
лении тонкостенных мелких и средних отливок (когда особенно
важно сохранить температуру жидкого металла) и как раздаточные
для заполнения более мелких ковшей, из которых затем заливают
формы. Емкость барабанных ковшей 250—5000 кг. |
В чайниковых и стопорных ковшах шлак 1
в процессе заливки задерживается значительно лучше, чем в бара- 1
банных и в ковшах с носком, j
304
Ковши с носком можно применять в механизированных литей-
ных цехах для заливки форм на конвейерах, когда эти ковши
заполняют металлом из больших раздаточных чайниковых, сто-
порных ковшей или из чайниковых копильников.
Стопорные ковши имеют различную емкость — от 1 т
до нескольких тонн и даже десятков тонн.
В зависимости от емкости ковши транспортируют вручную,
При помощи монорельсов, кран-балок или мостовых кранов.. Ковши
емкостью до 20 кг с одной ручкой
переносит один рабочий, такие
ковши называют ложками, а ков-
ши емкостью до 50 кг переносят
двое рабочих. В механизированных
литейных цехах ковши емкостью
70—80 кг транспортируют на под-
весках (рис. 190), ковши емкостью
до 2 т — по монорельсу или при
помощи кран-балок, ковши боль-
шей емкости перевозят мостовыми
кранами.
Ковши емкостью до 250 кг обыч-
но футеруют огнеупорной массой
слоем не более 30—40 мм. Футе-
ровка состоит из 50—60% кварце-
вого песка и 40—50% огнеупор-
ной глины, влажность футеровки
10—15%. Стенки ковша обмазы-
вают футеровкой вручную. Футе-
ровку производят также набивкой
смеси из 60—70% кварцевого песка
и 30—40% огнеупорной глины.
Влажность смеси 8—12%.
Барабанные и открытые ковши
емкостью 500—5000 кг и выше
футеруют шамотным кирпичом на
растворе того же состава, что и
ДЛЯ обмазки ковшей.
Толщина слоя футеровки зависит от размера ковша, а именно:
от внутреннего радиуса 7? верхней части. Рекомендуется принимать
толщину футеровки стенок 0,14 /?, днища 0,2 /?. Толщину футеровки
ковша от днища к верху несколько уменьшают. В стопорном ковше
необходимо обращать особое внимание на футеровку стопорного
Устройства.
Сушка ковшей и подготовка к плавке. Мелкие ковши сушат
На специальной открытой печи — плите с отверстиями, над
которыми ставят ковши вверх дном, в сушилах для форм и в
закрытом шкафу, где ковши устанавливают на полки-колосники
11 нагревают горячими газами, поступающими из топки. Сред-
305
ние и большие ковши сушат горелками, работающими на при.
родном газе. '
При подготовке ковша к плавке производят текущий ремонт
футеровки: удаляют со стенок и днища ковша шлаковые и металли-
ческие настыли вместе со слоем футеровки, после этого футеровку
снова восстанавливают, сушат и разогревают. При капитальном
ремонте старую футеровку полностью удаляют из ковша и заменяют
новой.
Для заливки форм обычного назначения футеровку ковшей
нагревают до 500—600° С, а для заливки форм, требующих высокой
температуры чугуна, до 700—750° С. Ковши сразу же после про-
грева заполняют расплавленным чугуном.
В ковшах открытого типа поверхность расплавленного чугуна
засыпают слоем сухого древесного угля или сухого отсева коксовой
мелочи. i
Заливка форм. Чугун перед разливкой должен быть очищен1!
от шлака. Потери температуры чугуна при выпуске из печи, транс-'
портировании и переливе из ковша в ковш, если это предусмотрено
технологическим процессом, должны быть учтены при установле-
нии температуры заливки форм (табл. 51). При выпуске чугуна из
вагранки потери температуры составляют 20—40° С, а при переливе
из ковша в ковш 30—50° С.
Таблица 51-.
Рекомендуемые температуры заливки чугуна а
Чугун Толщина стенки отливки, мм Температура заливки, “С Чугун Толщина стенки отливки, мм Температура заливки, сС
Серый и высоко- прочный До 4 4—10 10—20 20—50 50—100 100—150 Более 150 1450-1360 1430—1340 1400—1320 1380—1300 1340-1250 1300-1230 1280—1220 Ковкий До 4 4—10 10—20- 1480—1450 1450—1380 1430—1360
Высоколеги- рованный — 1300—1270
Ферросилид марганцови- стый немаг- нитный — 1350—1280
Во время заливки формы заливщик должен внимательно сле-ч
дить за движением расплава из ковша в форму. В начальный момент'/
необходимо поворачивать ковш плавно, без рывков, однако доста-
точно быстро, чтобы заполнить литниковую систему и чашу. В даль-
нейшем заливщик должен поворачивать ковш с такой скоростью,
чтобы уровень расплава в чаше оставался, по возможности, постоян-
ным. Особенно внимательно следует вести заливку в момент оконча- ,|
306
ния заполнения формы; после появления расплава в выпоре залив-
щик должен уменьшить скорость поворота ковша для того, чтобы
расплав не вытек из чаши и выпора.
При заливке металла в формы необходимо строго соблюдать
правила техники безопасности:
1. Ковши наполнять металлом до уровня не более 7/8 высоты
ковша.
2. Ковши емкостью свыше 500 кг снабжать механизмами для
наклона и поворота с самотормозящей червячной передачей; меха-
низм поворота ограждать кожухом.
3. Рельсовые пути, по которым перемещаются ковши с расплав-
ленным металлом, должны быть строго горизонтальными..
4. Проезды и проходы должны быть сухими, так как при
попадании жидкого металла на влажный пол может произойти
взрыв.
5. Заливщики'должны работать в спецодежде: брезентовых
куртках и брюках навыпуск, валенках или другой специальной
обуви, рукавицах, головных уборах и защитных очках.
§ 2. ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВОК И ВЫБИВКА ИХ ИЗ ФОРМЫ
После заливки формы отливка охлаждается и затвердевает.
Полностью затвердевшая отливка должна определенное время
охлаждаться с формой, так как прочность металла при высоких
температурах мала и отливка может разрушиться при преждевре-
менной выбивке из формы. Кроме того, выбивка отливки при высо-
кой температуре нежелательна, потому что охлаждение ее на воз-
духе протекает неравномерно: тонкие части будут охлаждаться
значительно быстрее массивных, что вызовет появление в отливках -
внутренних напряжений, коробление их и даже трещины. Установ-
лено, что для устранения дефектов, связанных с появлением внут-
ренних напряжений в отливках, необходимо выбивать их из формы
при определенной температуре ниже точки А(\ (723 °C), когда
заканчиваются все превращения в металле.
Чугунные тонкостенные отливки выбивают при 400 °C; отливки
средней сложности при 500 °C и толстостенные при 600 °C. Отливки
из белого чугуна при производстве ковкого чугуна выбивают при
температуре выше 760—800 °C. Отливки при температуре ниже
Чс! хрупкие, так как имеют структуру белого чугуна: перлит +
+ цементит. В отливках, выбитых при температурах выше 1000 °C,
могут образоваться трещины вследствие того, что белый чугун
в утолщенных частях еще не успеет затвердеть.
При выбивке стальных отливок из форм следует учитывать
химический состав стали и конфигурацию отливок. Отливки с низ-
ким содержанием углерода (до 0,3%) можно выбивать при 800 °C,
отливки с повышенным содержанием углерода (0,45—0,5%) и со
сложной конфигурацией — при температуре ниже Ас1 вследствие
неравномерного охлаждения их и возможности появления внутрен-
307
них напряжений. От неравномерного охлаждения и повышенного
содержания углерода в отливках могут образоваться трещины.
Отливки из углеродистой стали рекомендуется выбивать при
температурах: 800° С — неответственные, простой конфигурации
Рис. 191. Схема формы с принудительным охлажде-
нием отливки:
/ — отливка; 2 — прибыль; 3 — чугунные трубы — холо-
дильники; 4 — кессои
без затрудненной усадки; 600° С — с неравномерной толщиной
стенки и термическими узлами (после выбивки отливки загружают
в колодцы-томильники); 200° С — ответственные с затрудненной
усадкой, склонные к короблению и трещинам. Продолжительность
выдержки отливок в форме при охлаждении их до заданной те1
пературы выбивки может быть значительной, выдержка крупных"
отливок достигает нескольких суток. Это снижает производитель-
ность литейных цехов. Поэтому на практике применяют принудИ’
308
тельное охлаждение отливок, которое можно осуществлять различ-
ными способами: водой, воздушно-водяной смесью и просто воз-
духом-
Для крупных отливок используют принудительное воздуШнО-
водяное охлаждение (рис. 191). В форме вдоль отливки 1 по стенкам
кессона 4 прокладывают трубы 3. К одному концу трубы подводятся
Рис. 193. Механическая эксцентриковая решетка:
I — электродвигатель; 2 — кожух эксцентрикового вала; 3 амортизатор; 4 — направ-
ляющие; 5 — эксцентриковый вал; 6 — склиз для опок
вода и воздух. Когда затвердевает вся отливка или ее поверхност-
ный слой, в трубы поступает вода, распыляемая сжатым воздухом
Под давлением 5—6 ат. Принудительное охлаждение отливок вдвое
сокращает время охлаждения отливки до заданной температуры
(рис. 192). При этом качество отливок не ухудшается.
На практике часто применяют высокотемпературную выбивку
отливок при 700—750° С, а затем их охлаждают в коробах, колодцах
Или в другом специальном охладительном оборудовании. Отливки
выбивают при температуре, при которой они имеют достаточную
прочность. В поточно-массовом производстве можно регулировать
309
1'
температуру выбивки скоростью формовочного конвейера и его
длиной. Если отливка в форме не успеет охладиться за проход
конвейера от заливочной ветви конвейера до выбивной решетки,
то приходится охлаждать отливки за два прохода или удлинять
конвейер либо устанавливать рольганг для снятия залитых форм
с конвейера.
Процесс выбивки отливок заключается в том, что затвердевшие
и охладившиеся до заданной температуры отливки извлекают из
формы. Форму разрушают, и из отливки удаляют стержни, а также
отделяют литники и прибыли. После этого осуществляют заключи-
тельную операцию — очистку наружной и внутренней поверхности '
отливки от пригоревшей смеси. Выбивка относится к числу наиболее
трудоемких и тяжелых операций при производстве отливок, так
как из формы выделяется большое количество теплоты, газов и пыли.
Поэтому механизация выбивных и очистных работ в литейных цехах
является задачей первостепенной важности.
Для выбивки форм чаще всего используют пневматические, ме-
ханические, эксцентриковые и инерционные решетки. Механические, Н|
эксцентриковые и инерционные решетки являются наиболее эконо-
минными, кроме того, они работают с меньшим шумом. аВ
На рис. 193 приведена конструкция выбивной механической
решетки грузоподъемностью 1500—2500 кг и производительностью
80—100 форм в час.
В литейных цехах крупносерийного и массового производства
операции выбивки отливок из форм, выбивки стержней и транспор-
тирования отливок в очистное отделение механизированы и автома-
тизированы.
§ 3. ОЧИСТКА отливок
Отливки поступают в очистное отделение для очистки, обрубки
и отделки. Эти операции осуществляются в определенной техноло-
гической последовательности, которая зависит от особенностей И
отливок (химического состава, массы, толщины стенок, свойств |И
металла и требований к отливкам). Перед очисткой отливки пред-
варительно осматривают; отливки с явным браком (недолив формы, И
обвал формы, спаи и другие) откладывают, и они на очистку не-И
поступают. '^В
Технологический процесс очистки отливки складывается из М
следующих операций: удаления стержней из отливок; отделения М
литников, выпоров и прибылей; очистки отливок от приставшей -^В
формовочной смеси; удаления заусенцев, окалины, а также правки М
отливок после термической обработки и их окраски (если эти one- ^В
рации предусмотрены технологией); окончательного контроля ка- И
чества отливок после очистки и обрубки. И
Удаление стержней из отливок. Выбивка стержней из отливок-^В
является трудоемкой операцией. В крупносерийном и массовом
производстве для части отливок эта операция механизирована
310
осуществляется либо вибрационными установками (рис. 194), либо
гидравлическими. Вибрационная установка имеет мощный пневма-
тический вибратор, сотрясающий отливку, вследствие чего стержни
разрушаются и их обломки высыпаются наружу.
На ЗИЛе разработана автоматизированная установка для вы-
бивки стержней из отливок. Отливки после выбивки из опок и охла-
ждения поступают на участок удаления стержней на подвесном
конвецере. Под конвейером на этом участке установлены рельсы,
по которым вдоль конвейера передвигаются выбивные устройства,
представляющие собой зажимные приспособления с вибраторами.
Скорость движения приспособлений равна скорости движения
подвесного конвейера. Отливка зажимается приспособлением и
Рис. 194. Вибрационная выбивная установка:
/ и 5 — задняя и передняя бабки; 2 — пружинный упор; 3 — вибратор;
4 — пневмоцилиндр зажима; 6 — боек вибратора; 7 — отливка; 8 — стер-
жень; 9 — каркас стержня
подвергается вибрации; при этом приспособление движется вместе
с отливкой. Куски выбитых стержней проваливаются через решетку
в полу и по наклонному лотку поступают на ленточный транспор-
тер, передающий отходы в систему регенерации. После выбивки
стержней приспособление автоматически разжимается и быстро
отходит по рельсам к следующей отливке. Движением выбивных
приспособлений, зажимов и работой вибраторов управляет рабочий
с пульта. Аналогичная установка работает на заводе Форда в Кли-
вленде.
Стержни, изготовленные из песчано-глинистых смесей, с трудом
выбиваются на таких машинах, поэтому их лучше удалять гидрав-
лическим способом — вымыванием их из полости'отливки струей
воды, вытекающей из сопла под давлением 25—100 кгс/см2. Как
правило, одновременно с этим производится очистка поверхности
отливок.
Поскольку операция выбивки стержней из отливок является
трудоемкой, то при выборе' состава стержневых смесей следует
обращать особое внимание на их выбиваемость. Для этого в состав
стержневой смеси вводят специальные добавки (см. раздел первый).
311
Хорошей выбиваемостью обладают смеси,'применяемые для изго-
товления стержней в нагреваемой оснастке. Такие стержни особенно
целесообразно устанавливать в отливках с труднодоступными для
очистки от стержней полостями, отверстиями, так как после про-
грева металлом стержневая смесь теряет прочность и легко, высы-
пается из отливки.
Способы отделения литников и прибылей. Кроме ручного спо-
соба существует несколько способов отделения литников от отли-
вок: механический, анодно-механическая или газовая резка.
При механическом способе литники отделяются резкой ножовоч-
ными полотнами на круглопильных или ленточных станках, обруб-
кой на прессах.
Для отрезки прибылей от стальных и чугунных отливок широко
применяют станки с ленточной пилой или дисковой. Отрезка на
последних происходит следующим образом. Быстровращающийся
тонкий диск давит на разрезаемый предмет; вследствие значитель-
ного трения выделяется большое количество теплоты и нагретый
до высокой температуры металл становится пластичным и проре-
зается диском. Диск охлаждается водой.
Для отделения литников применяют различные прессы: гидрав-
лические, кривошипные, фрикционные и другие. На зажатый стояк
надевают трубчатый пуансон, внутренний диаметр которого не-
сколько больше диаметра стояка. При рабочем ходе пресса пуансон
срезает питатели, и отливки отделяются от стояка. Гидравлические
прессы применяют также для отрезки остатков литников от отливок
из ковкого чугуна после отжига. Для этой же цели служат фрик-
ционные прессы. В крупносерийном и массовом производстве
изготовляют специальные штампы, в которые вкладывают отливки
с выступающими за пределы штампов остатками литников. На
рис. 195 приведено приспособление для отрезки литников из ков-
кого чугуна на прессе К117. Производительность прессов с такими
штампами 5—6 тыс. ходов в смену.
Анодно-механическую резку применяют для разрезки образцов,
а также отрезки прибылей и литников от отливок из высоколегиро-
ванных сталей. Отливку и инструмент включают в цепь постоянного
тока и соединяют отливку с анодом, а инструмент с катодом. В зону
резания подается водный раствор жидкого стекла плотностью
1,27—1,30 г/см3.
Инструмент имеет рабочее движение и движение подачи. При
определенном зазоре между поверхностями отливки и инструмента
цепь постоянного тока замыкается через выступы поверхности и
начинается процесс резки. В местах контакта инструмента и отливки
оплавляются микровыступы и продукты оплавления в виде шариков
выносятся из зоны резания движущимся инструментом. Анодно-
механическая резка осуществляется двумя инструментами: дискомJ
и замкнутой лентой. Преимущества анодно-механической резки: 4
малые отходы и доста-
малая ширина реза,
ровная поверхность,
точна высокая производительность.
312
Для отрезки прибылей и литников с помощью абразивных кругов
применяют специальные станки типа шлифовальных. При этом
получают гарантированный прямой чистый рез, шум при работе
невелик, но выделяется много абразивной и металлической пыли.
На чугунной отливке твердостью НВ 260 прибыль диаметром 308 мм
отрезается за 20 мин. Однако большое пылевыделение, расход абра-
зивных кругов и сложность использования способа для крупных
отливок ограничивают область его применения.
Процесс газовой резки основан на сгорании нагретого металла
в струе кислорода и удалении этой струей окислов, образующихся
в месте разреза. В качестве горючих материалов при газовой резке
применяют ацетилен, бензин, ке-
росин, реже водород.
Резку электрической дугой ис-
пользуют для отрезки литников
и прибылей от отливок из жаро-
стойкой и кислотостойкой стали, не
Рис. 195. Приспособление для отрезки литников:
/ — стол пресса; 2 — упорный винт; 3 — опора; 4 — отливка;
5 — ползун кривошипного пресса; 6 — державка; 7 — нож;
8 — остаток шейки питателя *
поддающейся обычной газовой резке. Поверхность резания полу-
чается грубой и требует дополнительной обработки.
Очистка отлизок от пригоревшего песка и окалины.. Поверхности
отливок очищают разными способами: в барабанах периодического
и непрерывного действия, в дробеструйных барабанах, на дробе-
метиых столах, в дробеметных камерах, в комбинированных дро-
беметно-дробеструйных камерах, в гидропескоочистных камерах
и барабанах.
Во вращающихся барабанах периодического действия очищают
. наружные поверхности небольших отлцвок (рис. 196) единичного и
массового производства. Операция очистки отливок заключается
во взаимном трении отливок и звездочек из белого чугуна, загру-
жаемых в барабан вместе с отливками в количестве 20—35% массы
Отливок. Мелкие отливки массой до 30 кг загружают в барабан,
а более крупные и тонкостенные укладывают поштучно.
.313
Продолжительность 'цикла очистки зависит от конфигурации
отливок, рода металла и способа загрузки отливок, в барабан.
б 7 4 2
Скорость вращения барабана 30 об/мин. В процессе очистки отливок
удаляются не только песок, но и заусенцы, получающиеся ’ по
разъему формы и у стержневых знаков. Производительность очист-
ного барабана 800—1300 кг/ч.
Рис. 197. Схема дробеструйной камеры для очистки отливок
В барабанах непрерывного действия очищают мелкие отливки
массового производства. Очистка отливок и • стержней, отбивка
литников и заусенцев происходят за счет трения самих отливок и
314
’ Рис. 198. Схема дробеметной установки
с вращающимся столом:
/ — сепаратор; 2 — турбинка; 3 и 4 — очист-
ные воздушные устройства; 5 — вращающийся
стол; 6 — шнек; 7 — ковшовый элеватор;
8 — сито; 9 — отливка
0 специальные ребра, находящиеся внутри барабана. Скорость
вращения барабана 20 об/мин. Барабан устанавливают под углом
1 5—2° к горизонту, что обеспечивает движение отливок вдоль оси
барабана при его вращении.
Дробеструйная очистка отливок производится в барабанах, на
столах и в камерах периодического действия. Отливки очищаются
струей мелкой литой чугун-
ной дроби, выбрасываемой с
большой скоростью сжатым
воздухом из дробеструйного
аппарата.
На дробеструйных столах
процесс очистки отливок та-
кой же, как и в дробеструй-
ных барабанах; разница в том,
что отливки приходится пе-
реворачивать • для очистки
всех поверхностей струей дро-
би. На столах очищают более
крупные отливки массой 30—
120 кг, а в барабанах — мас-
сой до 50 кг.
В дробеструйных камерах
(рис. 197) периодического
действия отливки очищаются
свободной струей чугунной
дроби, направляемой рабочим
с помощью резинового шланга
с соплом на отливку.
Отливки 15 на тележке 8
поступают в камеру 13, где
очищаются мелкой дробью,
подаваемой из аппарата 11
сжатым воздухом, поступаю-
щим по трубопроводу 10 с
помощью резинового шланга
и сопла 9. Дробь после очист-
ки отливок вместе с включе-
ниями падает в бункер, нахо-
дящийся под тележкой <§; из
бункера шнеком 7 подается в сито 6, где она просеивается и от-
деляется от включений. Просеянная дробь падает в бункер 5, а
затем в магнитный сепаратор 4, откуда поступает в бункер 3 и по
трубопроводу 14 подается сжатым воздухом от вентилятора 1 в
бункер 12 и из него в дробеструйный аппарат 11. Пыль от магнит-
ного сепаратора отсасывается вентилятором 19 в циклон 16, из него
в бункер 17 и элеватором 18 подается в вагон 20. Крупные куски
°тходов по элеватору 2 поступают в специальный короб.
315
Ниже приведен расход дроби в зависимости от диаметра сопла
при давлении воздуха 6 ат:
Диаметр сопла, мм
Расход дроби, кг/ч
— 4,8 6,5 8,0 9,0 11,0 12,7
560 1000 1500 1000 2500 3400
Дробеметная очистка происходит за счет кинетической энергии
струи чугунной дроби, выбрасываемой на отливки дробеметным
аппаратом (турбиной).
Рис. 199. Дробеметный барабан непрерывного действия:
1 — приямок для дроби и шлама; 2 — шнек выдачи отливок; 3 — дробе-
метиые аппараты; 4 — вращающийся барабан; 5 ~ система очистки дроби;
'6 — желоба для дроби; 7 — привод скипового подъемника; 8 — короб для
подачи отливок; 9 — привод барабана
На рис. 198 приведена схема дробеметной установки для очистки
отливок. Дробь подается в быстр обращающуюся турбинку со встав-
ными сменными лопастями. Отсюда дробь, вылетающая со скоростью
до 80 м/с, ударяясь о поверхности находящихся на вращающемся!
столе отливок, очищает их от пригара и окалины.
Дробеметное колесо (турбинка) имеет два диска, между которыми
радиально расположены восемь лопаток, изготовленных из изиом
316
с0стойкого хромистого чугуна. _ Скорость, вращения турбины
2250 об/мин. Производительность дробеметной установки периоди-
ческого действия с одной турбинкой 900—1500 кг отливок в час.
В барабанах непрерывного действия (рис. 199) очищают мелкие
отливки массового и крупносерийного производства. Производитель-
ность такого барабана 3000—5000 кг отлиАок в час.
Гидропескоструйная очистка — это очистка влажным песком, не
уступает по производительности дробеструйной и дробеметной
очистке, кроме того, запыленность воздуха значительно ниже допу- »
стимой санитарными нормами. Гидропескоструйную очистку при-
меняют для отливок из черных и цветных сплавов (алюминиевых,
медных и других), которые нельзя очистить в растворах щелочей
или кислот из-за взаимодействия с ними.
Недостатком гидропескоструйной очистки является снижение
коррозионной стойкости отливок, вследствие этого отливки прихо-
дится промывать и сушить.
На НКМЗ для очистки крупных отливок применяют гидравличе-
ские камеры. Отливки очищают водой под давлением 150—200 кг/сма,
производительность камеры до 30 000 кг/ч в зависимости от кон-
фигурации и массы отливок, габаритные размеры камеры 10 X 12 м.
§ 4. ОБРУБКА И ЗАЧИСТКА ОТЛИВОК
Для обрубки заусенцев в местах отливок, не доступных для
зачистки абразивами, применяют пневматические рубильные мо-
лотки (рис. 200) с коротким ходом (до 100 мм) для мелких отливок
и с длинным для крупных отливок. На практике используют рубиль-
НЬ!е молотки РМ-1, РМ-3 и РМ-5 с открытой рукояткой. Производи-
тельность молотка во многом зависит от правильного выбора формы
3Убила. Высокой стойкостью обладают зубила, изготовленные из
сталей 4ХС, 6ХС, 7ХС. Рабочая кромка зубила должна иметь
ТвеРдость HRC 58—61. В последнее время для обрубки и зачистки
отливок применяют электрифицированные молотки.
317
Зачистка отливок абразивными инструментами. Отливки зачи-
щают абразивными кругами с целью удаления заливов, заусенцев
перекосов и неровностей поверхности. Для обработки отливок
применяют абразивные инструменты на керамической, бакелитовой
и вулканитовой связках. Обдирку отливок осуществляют на стан-
ках: шлифовальных с гибким валом, подвесных маятниковых на-
ждачных, стационарных обдирочно-зачистных, кроме того, в полу-
автоматах и автоматах.
4
Рис. 201. Схема полуавтомата для зачистки отливки картера
коробки передач:
/ — правая и левая головки; 2 — электродвигатели; 3 — штурва-
лы; 4 — вращающийся стол; 5 — приспособление; 6 — электро-
двигатель; 7 — отливка
6 7
Шлифовальные станки с гибким валом применяют для прямой
и торцовой обдирки отливок и отрезки стояков. Поверхности отли*
вок зачищают после обрубки или удаления небольших остатков
литников и других приливов. Хорошо работают станки с гибким
валом И-54 и И-54А Ярославского завода «Красный маяк». Крупные
и средние отливки зачищают в поточном производстве подвесными
маятниковыми наждачными станками.
На стационарных обдирочно-зачистных станках удаляют остатки
литников, приливов и заусенцев. При зачистке отливки прижи-
318
мают вручную или специальными приспособлениями к вращаю-
щемуся абразивному кругу. Для уменьшения запыленности воздуха
к кожуху абразивного круга снизу приделана камера, наполненная
водой.
Автоматы и полуавтоматы для абразивной обдирки отливок
впервые были разработаны и внедрены на ГАЗ. Полуавтоматы
в несколько раз повысили производительность труда рабочих,
особенно при обработке мелких отливок. Работа на полуавтоматах
требует разбивки отливок на группы по расположению зачищаемых
мест, конфигурации и размерам.
Кроме того, должны быть сделаны соответствующие приспособ-
ления для закрепления и подачи отливок на полуавтомат и удаления
отливок после очистки. Каждая конструкция зачистных автоматов
рассчитана на обработку отливок определенной группы. В кон-
струкциях предусмотрены сменные приспособления, обеспечиваю-
щие быстрое п надежное крепление отливок.
На рис. 201 приведена схема полуавтомата для обдирки отливки
картера коробки передач и зачистки больших плоскостей отливок.
На вращающемся столе диаметром 2000 мм устанавливают 12 при-
способлений для зажима отливок. При вращении стола отливки
поступают под абразивный круг, закрепленный на шпинделе.
Производительность полуавтомата 180 отливок в час.
Окраска отливок. Отливки окрашивают для защиты от кор-
розии при хранении на складе и в процессе механической обра-
ботки.
Для однослойной окраски отливок из серого и ковкого чугуна,
используют нитроэмаль № 624, которая обладает наилучшей стой-
костью. Отливки перед окраской промывают в двухкамерной
машине и затем сушат теплым воздухом. Отливки промывают
в 0,5%-ном содовом растворе при 80—85° С в течение 1 мин, затем
в горячей воде при той же температуре с последующей просушкой
горячим воздухом в течение 2 мин и охлаждением на воздухе в те-
чение 5—7 мин. Отливки окрашивают нитроэмалью № 624 из
пульверизатора или окунанием в ванну с последующей просушкой
в камере при 60° С в течение 10 мин.
§ 5. ТЕРМООБРАБОТКА ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК
Термообработку отливок из чугуна проводят для снятия литей-
иых напряжений и стабилизации размеров, снижения твердости и
Улучшения обрабатываемости, повышения механических свойств,
также износостойкости. Применяют следующие виды термообра-
ботки чугунных отливок.
Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних
Спряжений. Температуру отжига назначают в зависимости от
химического состава чугуна. Отливки из серого чугуна обычно
°тжигают при 500—700° С; из высокопрочного чугуна при 550—
319
650° С; из низколегированного чугуна при 570—600° С, а из высо.
• колегированного при 600—650° С. Продолжительность выдержки
отливок при температуре отжига зависит от размеров отливки и ее
конфигурации и обычно составляет 3—10 ч. Сложные отливки
отливки с большой разницей в толщинах стенки отжигают более
длительное время. После отжига отливки охлаждают вместе с печью.
Механические свойства отливок при такой термообработке практи-
чески не изменяются.
Графитизирующий отжиг применяют обычно для снижения
твердости и улучшения обрабатываемости резанием. Отливки нагре-
вают в печах до 680—750° С. При этом происходят графитизация и
частичная сфероидизация эвтектоидного цемента, что снижает твер-
дость, улучшает обрабатываемость, но несколько уменьшает проч-
ность чугуна.
Высокотемпературный отжиг отливок производят для графити-
зации первичных карбидов в отбеленном или половинчатом чугуне.
Отливки нагревают до 900—960° С, а затем медленно охлаждают
до 300° С. В отливках образуется перлитная структура, отличаю-
щаяся оптимальной твердостью и прочностью.
Нормализацию применяют для повышения механических свойств
и износостойкости чугуна за счет улучшения его структуры и полу-
чения перлитной металлической основы, а также для отливок,
имеющих ферритную, ферритно-перлитную или ледебуритно-пер-
литную структуры. Отливки нагревают до 850—950° С. При норма-
лизации ферритного или ферритно-перлитного чугуна часть гра-
фита растворяется в аустените и за счет этого количество связан-
ного углерода увеличивается.
При нормализации отбеленного чугуна происходит графитиза-
ция первичных карбидов. В отливках после охлаждения на воздухе
до температуры 500° С образуется перлитная структура. Для сни-
жения напряжений отливки ниже 500° С охлаждают медленно,
вместе с печью.
Закалку и отпуск применяют для отливок из серых, высокопроч-
ных и ковких чугунов с целью повышения прочности, твердости и
износостойкости. Отливки нагревают до 880—930° С и охлаждают
в масле. Структура отливок — мартенсит. Затем производят отпуск
нагревом до 400—600° С с последующим охлаждением.
Отпуск отливок, работающих на износ, производят при 250—
300° С. Отливки из чугуна с шаровидным графитом, работающие на
износ, подвергают изотермической закалке.
Химико-термическую обработку применяют обычно для получе-
ния высокой поверхностной твердости отливок из чугуна с шаровид-
ным графитом (втулок цилиндров двигателей внутреннего сгорания,
коленчатых валов). Наиболее часто применяют азотирование по-
верхностного слоя — процесс диффузионного насыщения поверх-
ностного слоя азотом при нагреве в аммиаке. Температура азоти-
рования 550—560° С. Азотированию подвергают поверхности, обра-
ботанные резанием.
220 I
ГЛАВА VI
БРАК ОТЛИВОК И МЕРЫ ЕГО УСТРАНЕНИЯ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Всякое нарушение технологии — это причина появления дефек-
тов в отливках. Брак отливок даже на передовых заводах состав-
ляет 2—5%, а иногда он достигает 10—20% количества выпускае-
мых годных отливок. В результате народное хозяйство терпит
огромные убытки. В литейных цехах предусматривают специальные'
площадки брака, куда ежедневно поступают отливки с дефектами.
Эти отливки тщательно осматривают и при участии мастеров, тех-
нологов и виновников брака анализируют причины появления
брака; здесь же определяют меры борьбы с ним, проверяют выпол-
нение ранее намеченных мероприятий. Во всех литейных цехах
проводят технологические и организационные мероприятия по
изучению основных видов брака и его устранению.
Классификация дефектов отливок. Наиболее часто встречаю-
щиеся дефекты отливок можно разделить на четыре группы:
1) внешние' дефекты, обнаруживаемые непосредственно на по-
верхности отливки (несоответствие размеров и массы заданным,
спай, заливы и т. д.);
2) объемные дефекты, расположенные внутри отливки и нару-
шающие ее сплошность (горячие и холодные трещины, газовые-
раковины и т. д.);
3) несоответствие химического состава и структуры отливки;
4) неудовлетворительные механические свойства.
§ 2. ПРИЧИНЫ И МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ДЕФЕКТОВ
Несоответствие размеров отливки чертежу может явиться след-
ствием неправильно назначенной усадки при разработке модель-
ного комплекта, а также неточной сборки формы. Этот дефект
может быть устранен доводкой модельного комплекта, повышением
точности сборки формы.
Несоответствие массы отливки заданной по чертежу возникает-
также чаще всего по тем же причинам, йто и несоответствие размеров.
Кроме этого, увеличение массы возможно также и вследствие
деформации формы при заливке ее жидким металлом.
Спай (рис. 202) и недолив (рис. 203) в отливках образуются от
неслившихся потоков металла, потерявших жидкотекучесть и за-
твердевших до заполнения всей формы. Такие потоки получаются
при заливке формы холодным металлом через питатели малого
сечения, при чрезмерно влажной формовочной смеси (в тонкостен-
ных отливках) или большом количестве каменноугольной пыли
в формовочной смеси.
Заливы на отливке возникают обычно по разъему формы вслед-
ствие изношенности опок, их коробления, а также из-за недостаточ-
ного крепления формы.
11 Титов
321
Перекос в отливках образуется при небрежной сборке формы
в результате смещения полуформы или неправильной центровке
Рис. 202. Спай в отливке
опок, из-за износа втулок и штырей, несоответствия знаковых
частей стержня на модели и в стержневом ящике. Отливка полу-
чается со смещенными частями.
Рис. 203. Недолив в отливке
Пригар (см. рис. 150) — прочное соединение поверхности отливки
с формовочной или стержневой смесью, образуется вследствие
недостаточной огнеупорности формовочных материалов, их засо-
322
„енности вредными примесями, плохого качества литейных красок,
слабого уплотнения формы, использования крупнозернистого песка.
Ужимины — узкие и длинные вмятины в отливке, прикрытые
слоем металла, отделенного от тела отливки прослойкой формовоч-
ного материала. Ужимины образуются обычно на плоских больших
поверхностях отливок, особенно при сильном уплотнении сырых
форм. Ужимины (рис. 204) появляются вследствие теплового воздей-
ствия жидкого металла на стенки формы, в результате чего поверх-
ностные слои формы разогреваются и деформируются, образуя
в отливке вмятину. Иногда деформации поверхностного слоя формы
настолько велики, что поверхностная корочка формы отслаивается,
появляется трещина, в которую по-
падает жидкий металл.
С целью устранения ужимин сле-
дует не переуплотнять форму, зали-
вать ее металлом с нормальной тем-
пературой, увеличивать скорость за-
ливки, применять специальные фор-
Ужимина
мовочные краски, позволяющие ис-
ключить появление трещин в форме Рис. 204. Ужимина на поверх-
и ее деформацию при прогреве метал- ности отливки
лом. Ужимины можно устранять на-
несением рисок (в виде сетки пересекающихся линий) на поверх-
ность формы ланцетом или выполнением специальных противоужим-
ных ребер на модели. Риски уменьшают деформацию поверхности
формы, препятствуют ее сжатию и отслаиванию.
Горячие трещины возникают в отливках при высокой темпера-
туре заливаемого металла, повышенной усадке отливки, неправиль-
ной конструкции литниковой системы и прибылей, при плохой
податливости стержня и формы, неправильной конструкции отли-
вок, неравномерном охлаждении, вызывающем внутренние напря-
жения в отливке, а также при отклонениях химического состава
металла от заданного. Горячие трещины имеют темную окисленную
поверхность, тогда как холодные трещины, образующиеся при более
низких температурах металла, имеют светлую металлическую
неокисленную поверхность.
Холодные трещины могут быть следствием как неравномерной
усадки отдельных частей отливки, так и просто механических
повреждений при выбивке и очистке. С целью устранения холодных
трещин необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливки
в тонких и утолщенных местах.
Газовые раковины — пустоты в теле отливки, имеющие чистую
и гладкую поверхность. Они бывают открытые (наружные) или
закрытые (внутренние) и возникают при чрезмерной влажности и
недостаточной газопроницаемости формовочной смеси, недоста-
точной вентиляции формы и стержня или неправильном ее' устрой-
стве, низкой температуре заливаемого металла, плохой просушен-
ности формы и стержня, высоко^ содержании серы в металле и др.
11»
323
1
Устранение этих причин снижает возможность образования газо-
вых раковин.
Рис. 205. Наружная газовая раковингТв отливке
На рис. 205 показаны наружные раковины, образовавшиеся от
чрезмерной влажности формовочной смеси, а на рис. 147 — вну-
тренние газовые раковины,
вскрытые после механической
обработки.
Рис. 207, Песочные раковины в от-
ливке
Рис. 206. Брак отливки из-за обвала
формы
Обвал формы происходит в основном в результате слабого уплот-
нения формы, недостаточной прочности формовочной смеси, а также
от неисправностей формовочного оборудования и сильных толчков
и ударов по опоке во время сборки формы. На рис. 206 приведен
характерный брак отливки, который получился в результате обвала
формы.
324
Песочные раковины (рис. 207) возникают вследствие низкой
прочности и влажности формовочной смеси, недостаточной поверх-
ностной прочности стержня, слабого уплотнения и плохой про-
дувки формы сжатым воздухом перед ее сборкой; кроме того,
отдельные комочки и песчинки смываются струей металла во время
заливки и заносятся в отливку. Этот брак можно устранить нор-
мальным уплотнением формы, тщательной ее продувкой в процессе
сборки и тщательной отделкой литниковой воронки; не следует^
допускать длительного выстаивания формы перед заливкой.
Шлаковые включения могут быть расположены внутри отливки
или на ее поверхности. Шлаковые раковины (включения) всегда
полностью или частично заполнены шлаком, попадающим в отливку
во время заливки металла в форму. Они образуются вследствие
Рис. 208. Отливки с усадочными раковинами и по-
ристостью
недостаточно тщательной очистки шлака с поверхности металла,
перед заливкой его в форму, низкой огнеупорности футеровки
ковшей и неправильной конструкции литниковой системы.
Усадочные раковины возникают вследствие недостаточного пита-
ния отливки металлом в местах скопления последнего, неправиль-
ной конструкции отливок, неправильной установки литников и
прибылей, заливки чрезмерно горячим металлом, а также повышен-
ной усадки металла. Усадочные раковины отличаются неправиль-
ной формой и изрытой шероховатой поверхностью, большей частью
окисленной (рис. 208, а).;
Рыхлота и усадочная пористость в отливках образуются из-за
недостаточного питания отливки жидким металлом в процессе
кристаллизации (рис. 208, б), а также в утолщенных местах отливки.
Для устранения местной рыхлоты рекомендуют в соответствующих
Утолщенных местах отливки ставить холодильники, изменять кон-
струкцию отливки, т. е. выравнивать стенки от тонкой ее части
к толстой. ’
Газовые раковины появляются в результате захвата металлом
в°здуха при образовании завихрений в случае неправильной лит-
никовой системы. Причинами появления газовых раковин могут
325
быть недостаточная вентиляция формы, большая газонасыщенность
сплава и недостаточная газопроницаемость песчаных стержней.
Несоответствие химического состава металла отливок заданному
может произойти вследствие неправильного взвешивания шихто-
вых материалов, смешивания различных сортов материалов, не-
правильного ведения процесса плавки. Чтобы устранить брак ц0
химическому составу, необходимо контролировать исходные шихто-
вые материалы, поступающие на шихтовый двор, строго соблюдать
порядок их взвешивания, следить за ходом плавки, т. е. контро-
лировать количество подаваемого воздуха, давление дутья, коли-
чество загружаемого топлива, состав колошниковых газов и т. д.
Несоответствие (ухудшение) механических свойств отливок за-
данным является обычно следствием несоответствия химического
состава и структуры металла заданным. •
§ 3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК
Контроль отливок начинают с внешнего осмотра в два этапа:
предварительно до очистки и отжига, а затем после окончательной
очистки.
Химический состав отливок определяют в цеховой экспресс-
лаборатории или заводской лаборатории методами химического или
спектрального анализов. Пробой на химический и спектральный
анализ служит обычно прилитый к отливкам образец или образец
для механических испытаний.
При спектральном анализе между электродом и поверхностью
отливки образуется искра или электрическая дуга, свет от которой
разлагается оптической призмой на цветной, спектр, характеризую-
щий химический состав металла. Этот способ основан на сопостав-
лении спектра исследуемого металла со спектром эталона. Сравни-
вая интенсивность линий, -характеризующих содержание того или
иного элемента в спектрах эталона и исследуемого образца, судят
о содержании этого элемента в отливке. Основное преимущество
спектрального анализа заключается в быстроте определения на
спектральном приборе содержания марганца, хрома, никеля, крем-
ния.
Геометрические размеры отливок контролируют с помощью
шаблона, специальных приспособлений и в отдельных случаях по
разметке на плите. Отклонения в размерах не должны превышать
допускаемых.
При контроле механических свойств отливки из серого чугуна
проверяют на изгиб, растяжение, стрелу прогиба, твердость и
иногда на сжатие. Для испытаний отливают специальные образцы.
Отливки из ковкого чугуна испытывают на растяжение, удлинение,
твердость и в некоторых случаях на ударную вязкость, отливки
из стали — по выточенным из заготовки образцам — на растяже-
ние, удлинение, сжатие и твердость, отливки из цветных сплавов —
на растяжение, удлинение и твердость.
326
Структуру металла отливок устанавливают при рассмотрении
специально приготовленных образцов-шлифов невооруженным гла-
зом (макроскопический анализ) по излому специальных технологи-
ческих образцов или под металлографическим микроскопом при
Увеличении в 100—500 раз.
' Дефекты в отливках (трещины, раковины, рыхлоты) можно
обнаружить магнитным способом, просвечиванием рентгеновскими
и гамма-лучами и испытаниями на герметичность.
Рис. 209. Схема .просвечивания отливки рентгенов-
- скими лучами
Магнитный способ испытания основан на том, что предвари-
тельно намагниченную испытуемую отливку помещают между
полюсами, электромагнита или в магнитном поле соленоида, по
которому пропускают ток. Если такую катушку передвигать вдоль
намагниченной отливки, то при встрече ее с каким-либо дефектом
изменяется направление магнитного потока и в витках катушки
нозникает э. д. с. индукции, величина которой измеряется показа-
ниями гальванометра.
При другом магнитном способе обнаружения дефектов намагни-
енную отливку покрывают сухим порошком (метод порошка) или
327
смачивают жидкой магнитной эмульсией (метод эмульсии). Мелкие
отливки иногда помещают в ванну с магнитной эмульсией. Нанесен-
ный на поверхность отливки порошок собирается в месте располо-
жения скрытого дефекта и выявляет, таким образом, его границы.
Контроль отливок рентгеновскими лучами производят при
помощи специальных рентгеновских установок (рис. 209). Рентгенов-
ская трубка представляет собой стеклянный сосуд, из которого
выкачан воздух до разрежения 1О'в—10 7 мм рт. ст. К электродам
1 и 2 присоединяют источник высокого напряжения (100—220 кВ).
Трансформатор 3 накала катода разогревает его, и под действием
электрического поля электроны с катода
устремляются к аноду и создают коле-
бания электронов во внутренних элек-
тронных оболочках атомов металла ано-
да. В результате этих колебаний возни-
кают короткие электрические волны,
называемые рентгеновскими лучами.
Рентгеновские лучи с анода направ-
ляются на отливку 4. Внутренние де-
фекты 5 (трещины, раковины, рыхлоты)
уменьшают фактическую толщину тела
отливки (/г > + /г2), через которую
проходят рентгеновские лучи, поэтому
и поглощение их разными частями от-
ливки различно. Там, где лучи прохо-
дят через раковину или трещину, по-
глощаемость их отливкой будет меньше,
поэтому на фотопластинке 6 местона-
Рис. 210. Схема просвечива-
ния отливки гамма-лучами
хождение раковины, рыхлоты или трещины выявится пятном,
повторяющим очертания дефекта.
Рентгеновские лучи вредно действуют на организм человека,
поэтому при их применении необходимо строго соблюдать правила
техники безопасности.
Просвечивание гамма-лучами позволяет обнаруживать внутренние
дефекты в отливках со стенками толщиной 15 мм. Гамма-лучи
образуются при излучении радиоактивных изотопов. Наиболее
распространены для просвечивания отливок установки с радиоак-
тивными изотопами Со60. Однако Со60 обеспечивает качественные
снимки только при контроле отливок толщиной более 30 мм.
На рис. 210 показана схема просвечивания отливки гамма-
лучами. Ампула 1 с источником гамма-лучей находится в защитном
контейнере 2. Исследуемую отливку 3 помещают над фотопластин-
кой 4. Гамма-лучи проходят через тело отливки и встречают на
своем пути внутренний дефект 6. Интенсивность гамма-лучей буДеТ
больше в месте дефекта, так как здесь они встречают меньшее
сопротивление среды. Поэтому на фотопленке 4 против дефекта о
появится более темный отпечаток 5 по сравнению с остальной
поверхностью фотопленки.
328
Контроль отливок на герметичность производят гидравлическим
испытанием, при котором отверстия полости отливки закрывают,
g качестве жидкости применяют воду. Давление при гидравли-'
ческом испытании назначают в зависимости от условий работы
детали. Наружная поверхность отливки должна быть сухой, иначе
обнаружить следы течи невозможно.
При пневмоиспытании поверхность отливки покрывают мыльным
раствором, в случае течи на поверхности отливок появляются
пузыри.
§ 4. СПОСОБЫ ИСПРАВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ОТЛИВОК
Незначительные дефекты на неответственных поверхностях
отливки могут быть исправлены. Основными способами исправления
дефектов в чугунных отливках являются электросварка, металлиза-'
ция, газовая сварка, декоративное исправление замазками, про-
питка различными составами и механическая заделка.
Холодной сваркой исправляют дефекты чугунных отливок элек-
тродуговым способом стальными, медными или железными элек-
тродами, медными с железной оболочкой, медноникелевыми, а также
специальными электродами. Дефектные места, подлежащие заварке,
разделывают пневматическими зубилами или высверливают. Пра-
вильно разделанная под заварку раковина должна иметь чашеобраз-
ную форму с отлогими стенками под углом 35—40° и с открытым
дном. Трещины следует вырубать на всю глубину.
По сравнению со сталью чугун обладает худшей свариваемостью.
Значительная хрупкость, повышенная чувствительность к скорости
охлаждения, резкий переход от твердого состояния к жидкому и
наоборот осложняют процесс сварки чугуна. Ввиду неравномер-
ности нагрева, имеющего место при сварке, особенно холодной,
завариваемое место получается неоднородным по структуре. При
некачественной сварке в отливке возможно образование трещин и
других дефектов в сварном шве и основном металле.
Сваркой с подогревом чугунными электродами исправляют
дефекты, расположенные на обрабатываемых поверхностях чугун-
ной отливки (раковины больших размеров, сквозные отверстия и
трещины). При этом обеспечивается однородность наплавленного
чугуна с основным. Отливки перед заваркой нагревают до 600—
650° С (темно-красный цвет). Крупные отливки нагревают в особых
ямах, вырытых в почве. Дно таких ям засыпают горящим углем,
а на него укладывают исправляемую отливку. Отливки нагревают
очень медленно — в течение 14—15 ч. Температура нагрева отлив-
ки определяется с помощью контактной термопары. После за-
варки исправленное место засыпают раскаленным коксом. Отливка
Должна охлаждаться медленно, чтобы место заварки не отбели-
валось.
Металлизацию применяют после заварки для устранения пори-
стости в отливках из серого чугуна. Для металлизации место за-
Варки зачищают, слой металла (0,3—0,8 мм) наносят специальным
329
аппаратом — металлизатором, толщина слоя за один проход
0,03 мм. —
Сущность процесса металлизации состоит в том, что мелкие
капли металла, расплавленные электрической дугой, выдуваются
сжатым воздухом и наносятся на место отливки, требующее исправ-
ления.
Газовую сварку с общим подогревом отливок используют для
отливок из серого чугуна, имеющих сложную конфигурацию и
резкие переходы от тонкой к толстой части. Этот способ заварки
гарантирует высокую прочность и плотность сварного соединения,
а также однородность химического состава и механических свойств
основного и наплавленного чугуна. Отливка нагревается перед
заваркой до 700° С для предупреждения появления трещин, напря-
жений и образования отбела в металле отливки.
В качестве присадочного материала применяют чугунные стержни
диаметром 5—6 мм и длиной 350—450 мм. Поверхность стержней
чдолжна быть чистой и плотной, не иметь раковин и шлаковых вклю-
чений. Присадочный материал и места заварки нагревают кисло-
родно-ацетиленовым пламенем или другим газом (водородом, па-
рами бензина, керосина и др.). Отжиг отливок после заварки для
снятия напряжений производят при 450—500° С.
Декоративное исправление чугунных отливок замазками приме-
няют главным образом для улучшения внешнего вида отливки
в местах, не подвергающихся механической обработке. Замазки
должны обладать хорошей плотностью и сцеплением с металлом.
Замазка при обстукивании молотком не должна отскакивать от
отливки и растворяться в керосине, масле и эмульсиях. После
разделки дефектное место на поверхности отливки заполняют
замазкой, образующей плотный слой, который зачищают абрази-
вом. Для приготовления замазок применяют эпоксидные смолы
марок ЭД-5 и ЭД-6. После затвердевания замазку зачищают, а затем
отливки поступают на механическую обработку. Затвердевшая
замазка представляет собой массу высокой прочности, которая
хорошо обрабатывается на металлорежущих станках и йоддается
шлифованию.
Для повышения герметичности чугунные отливки пропитывают
раствором нашатыря, хлорного железа с железным суриком и
натриевой селитрой, раствором углекислой серы под давлением
4—5 кгс/см2 и бакелитовым лаком под давлением 10—30 кгс/см2)
Наиболее распространена пропитка бакелитовым лаком, который
после нагрева до 200° С и медленного охлаждения становится
непроницаем для воды, бензина и масла. Отливки высушивают на
воздухе в течение 2—3 ч.
При заварке бронзовых отливок в качестве присадочного мате-
риала применяют бронзовый пруток, в который вводят в качестве
раскислителей алюминий, фосфор и марганец. В качестве флюс3
применяют 68% буры, 10% борной кислоты, 2% древесного угля
и 20% поваренной соли. Дефекты в бронзовых отливках заваривают
330
газовой горелкой. После заварки бронзовые отливки для улучшения
структуры нагревают до 550—600° С с последующим быстрым
охлаждением. .
При заварке алюминиевых отливок необходимо применять восста-
новительное пламя, так как алюминий сильно окисляется. Для
уменьшения окисления и растворения образовавшегося тугоплав-
кого окисла применяют флюсы следующего состава: 15% LiCl;
7% KF; 3% Na2SO4; 30?zo NaCl и 45% KC1.
Перед заваркой алюминиевые отливки необходимо нагреть до
400° С для уменьшения в них внутренних напряжений. Алюминие-
вые прутки (99% А1 или 92% А1 и 8% Си) являются присадочным
материалом. Для устранения внутренних напряжений алюминие-
вые отливки после заварки нагревают до 350° С.
Раздел четвертый
ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК
ИЗ КОВКОГО ЧУГУНА
ГЛАВА I
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ" ФОРМОВКИ
И ПЛАВКИ КОВКОГО ЧУГУНА
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
&
Ковкий чугун как конструкционный материал широко приме-
няют в автомобильном, транспортном и сельскохозяйственном ма-
шиностроении. Он представляет собой отожженный белый чугун.
После отжига твердость отливок
уменьшается, пластичность и об-
рабатываемость резанием улуч-
шаются- В процессе отжига про-
исходит графитизация белого чу-
гуна — образование углерода от-
жига компактной формы, благо-
даря чему улучшаются механиче-
ские свойства чугуна По сравне-
нию с серым чугуном ковкий чу-
гун имеет высокие механические
свойства (табл. 52), большое
относительное удлинение. По-
этому в ряде случаев выгоднее
изготовлять фасонные тонкостен-
ные отливки из ковкого чугуна,
чем из стали. Однако недостат-
ком ковкого чугуна являетсй
длительный цикл его отжига.
Таблица 52
Механические свойства ковкого
чугуна (ГОСТ 1215—59)
Марка чугуна Времен- ное соп- ротивле- ние раз- рыву, кгс/мм2 Относи- тельное удлине- ние, % НВ \
КЧ 30-6 30 6 163
КЧ 33-8 33 8 163
КЧ 35-10 35 10 163
КЧ 37-12 37 12 163
КЧ 45-6 45 6 241
КЧ 50-4 50 ' 4 Л41
КЧ 56-4 56 4 269
КЧ 60-3 . 60 3 269
КЧ 63-2 63 2 269
Применяют два вида ковкого чугуна: ферритный, или черносер-
дечный, и перлитный, или белосердечный.
Ферритный (черносердечный) ковкий чугун. Этот чугун имеет
бархатистый излом и тонкую наружную светлую кайму. Микро-
структура отожженного черносердечного ковкого чугуна состоит
из углерода отжига в виде компактных звездчатых и паукообраз-
ных образований и феррита.
Механические свойства ферритного 'ковкого чугуна: предел
прочности при растяжении 30—37 кгс/мм2, относительное удлинение
6—12%, НВ 149—163.
332
в ферритном ковком чугуне допускается содержание 10—15%
перлита. Такой чугун обладает большим сопротивлением удару,
применяется обычно для деталей, подвергающихся динамической
нагрузке.
Перлитный ковкий чугун. Ковкий чугун, в котором основная
металлическая масса состоит из перлита и углерода отжига, назы-
вается перлитным ковким чугуном. Его получают в результате
термической обработки по специальным режимам белого чугуна
или ферритного ковкого чугуна, а также легированием чугуна
присадками карбидообразующих элементов.
В зависимости от состава исходного белого чугуна й режима
термической обработки прочность при растяжении может коле-
баться от 50 до 70 кгс/мм2, а относительное удлинение от 2 до 5%.
Перлитные ковкие чугуны делятся на перлитно-ферритные и
перлитные. Кроме этого, различаются чугуны с пластинчатым,
сорбитообразным и зернистым перлитом.
Сфероидизированный ковкий чугун. Структура сфероидизиро-
ванного перлитного ковкого чугуна отличается от структуры обыч-
ного перлитного ковкого чугуна наличием глобулей цементита,
равномерно распределенных в ферритном поле. Размеры и количе-
ство этих глобулей зависят от первоначальной структуры и условий
процесса сфероидизации.
Для получения сфероидизированного перлитного ковкого чугуна
применяют белый чугун с повышенным содержанием марганца
(до 0,7—1,2%) и специальный режим отжига. Особенностью про-
цесса отжига является длительная выдержка при температуре
ниже критической (690—670° С) для сфероидизации пластинчатого
перлита. В зависимости от содержания марганца, температуры и
продолжительности выдержки получается чугун с различными
свойствами: предел прочности при растяжении 48—70 кгс/мм2,
относительное удлинение 6—12%, НВ 179—220.
Перлитные чугуны применяют для отливок, работающих глав-
ным образом на износ.
Литейные свойства ковкого чугуна. При производстве отливок
из ковкого чугуна необходимо учитывать его свойства. Белый
чугун, из которого получается ковкий чугун, по сравнению с серым
чугуном содержит значительно меньше кремния и углерода, обла-
дает меньшей жидкотекучестью, большей усадкой (1,6—1,9%),
большей склонностью к образованию горячих и холодных трещин.
При затвердевании в отливках возникают значительные внутренние
напряжения. Литейные свойства ковкого чугуна обусловливают и
особенности получения из него отливок: в утолщенных местах отли-
вок необходимо ставить питающие бобышки и холодильники для
ликвидации усадочных раковин и рыхлот. В процессе отжига
большинство отливок коробится и после очистки и обрубки
нуждается в правке на прессах в специальных штампах. Отливки
Из ковкого чугуна подвергаются двойной очистке — до и после
отжига.
333
§ 2. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМОВКИ
Формы для отливок из ковкого чугуна ИЗГОТОВЛЯЮТ В ОСНОВНОМ
на формовочных машинах и только небольшое число (для опытных
образцов машин и ремонтных деталей) вручную. Температура
заливки ковкого чугуна (1390—1430° С) выше, чем серого чугуна,
поэтому формовочные и стержневые смеси должны обладать боль-
шей огнеупорностью, газопроницаемостью и податливостью. Фор-
мовочные и стержневые смеси должны содержать большое коли-
чество свежих кварцевых песков. В наполнительную смесь вводят
до 10—12% свежих материалов и добавок для сохранения ее фи-
зико-механических свойств.
4 А
Б-Б
Рис. 211. Форма для отливок ступицы заднего колеса автомашины

kW\W\ X
Формы для мелких отливок изготовляют из единой смеси, а для
более крупных отливок — из наполнительной и облицовочной сме-
сей. Вследствие большой усадки белого чугуна в отливках обра-
зуется много усадочных раковин и рыхлот. С целью устранения
усадочных раковин и рыхлот белый чугун подводят, в отличие от
серого чугуна, к толстым местам отливки и устанавливают в этих
местах питающие бобышки, застывающие после затвер-
девания отливки. 'Питающая бобышка выполняет роль прибыли.
Она имеет цилиндрическую или слегка коническую форму, металл
в ней должен охлаждаться медленно. Около 1/3 высоты бобышки
находится в нижней опоке.
Бобышку следует устанавливать возможно ближе к питаемому
месту отливки и соединять с ней коротким и достаточно широким
334
каналом-шейкой. При длинной и узкой шейке белый чугун прежде-
временно застывает и питание прекращается. Шейка должна иметь
пережим для легкого отделения бобышек от отливки. Сечение шейки
в пережиме рекомендуется делать около 65—75% сечения тела
отливки в питаемом месте. Расстояние от пережима до тела отливки
обычно составляет не более 3 мм. Форма для отливки ступицы
заднего колеса автомашины из чугуна КЧ 35-10 приведена на
рис. 211.
С целью устранения рыхлот и трещин в отливках в утолщенных
местах устанавливают при формовке холодильники для ускорения
Рис. 212. Диаграмма для ра-
счета размеров усадочного
питателя: V и D — объем
и диаметр питателя; f — пло-
щадь сечения шейки
охлаждения утолщенных мест отливши. Благодаря этому выравни-
вается скорость охлаждения отливки и уменьшается вероятность
возникновения трещин и рыхлот. С этой же целью в отливках вы-
равнивают толщину стенок; в сечениях отливки, где возможно
образование усадочных трещин, делают ложные усадочные ребра-
«усы», удаляемые при обрубке. Отливки, имеющие резкие переходы
от тонкой части к толстой, охлаждают в форме до более низких
температур. Для этого удлиняют конвейеры или дополнительно
охлаждают отливки в коме формовочной смеси на пластинчатом
транспортере при подаче их в очистное отделение или помещают
горячие отливки в специальные колодцы, где они медленно охла-
ждаются.
При расчете литниковой системы для отливок из ковкого чугуна
скорость заливки принимается меньшей, чем для серого чугуна,
335
вследствие меньшей жидкотекучести белого чугуна и увеличенного
сечения питателей. Расчет литниковой системы можно производить
по формуле Дитерта, а соотношение принимать
Fa ’>РШЛ :Лт= Ы ! 1.5, . ,
т. е. иное, чем для отливок из серого чугуна. Такая литниковая
система является незаполненной и не может задерживать шлак.
Шлак при заливке белого чугуна в форму задерживается фильтро-
вальными сетками, изготовленными из стержневой смеси, установ-
кой дроссельной литниковой системы и другими способами. Размеры
усадочного питателя можно рассчитывать по следующей методике,
рекомендуемой Б. В. Рабиновичем. Определяем модуль охлаждения
отливки:
Т _ Н.Т
' Ь~ F ’
где Кот — объем отливки; F — поверхность отливки.
Размеры усадочного питателя можно определять по графику,
приведенному на рис. 212, по известным значениям массы отливки
Q и модулю охлаждения L.
-§3. ПЛАВКА БЕЛОГО ЧУГУНА
При производстве высококачественного ковкого чугуна необхо-
димо выплавлять чугун с низким содержанием углерода и кремния,
. определяющим структуру основной металлической массы, количество
и форму графита. Особое влияние на механические свойства чугуна
оказывает содержание углерода. В связи с этим при плавке следует
получать стабильный состав чугуна с пониженным содержанием уг-'
лерода, наименьшей окисленностью и возможно высоким пере-
гревом 1500—1550°. Высокий перегрев необходим для повышения
жидкотекучести чугуна и его модифицирования, так как в процессе
модифицирования чугун охлаждается. Кроме того, при перегреве
чугуна лучше отделяются шлаковые включения и измельчается
графит, в результате ускоряется процесс отжига и при заливке
газы лучше удаляются из отливки.
Белый чугун плавят в вагранке, пламенный печи и дуплекс-про-
цессом вагранка + электропечь, вагранка + пламенная печь, ва-
гранка + индукционная печь. Плавка в вагранке является самым
дешевым и простым способом, но при этом не обеспечивается устой- •
чивое получение ковкого чугуна, наиболее широко употребляемых
марок, так как в вагранке трудно получить белый чугун с низким
содержанием углерода и высоким перегревом.
Качественный ковкий чугун с устойчивым низким содержанием
углерода, высоким перегревом и, соответственно, хорошими меха-
ническими свойствами можно получать дуплекс-процессом вагран-
ка + электропечь с кислой футеровкой. Чугун плавят в вагранке,
затем его переливают в электропечь, в которой нагревают до 1500^
336
1550° С, и доводят состав по содержанию кремния, марганца й
углерода-
Получение чугуна с содержанием 2,6—2,9% С в коксовых ваг-
ранках обычных конструкций — трудная задача, для выполнения
которой необходимо следующее: плавку осуществлять в вагранках
с копильниками; фурмы размещать на высоте 150—100 мм над подом
вагранки, вводить в шихту 40—45 % стальных отходов; повышать
удельный расход воздуха до 130—140 м3/(м2-мин), доводить темпе-
ратуру чугуна на желобе до 1400—1420° С. Отношение Мп : S в
шихте должно быть равным (3,5 ч- 4) : 1; шлаки должны иметь
максимальную жидкотекучесть, что достигается, например, приме-
нением в качестве флюса доломита. Следует проводить плавку при
открытой шлаковой летке в копильни-
ке, что обеспечивает лучший прогрев
чугуна. При содержании в ваграноч-
ном чугуне менее 2,9% С и 0,5—
0,75% Si свободный графит не выде-
ляется и отливка имеет структуру
белого чугуна.
Расчет шихты при плавке ковкого
чугуна. Если шихта состоит из до-
менного чугуна, отходов собственного
производства и стальных отходов,
содержание углерода рассчитывают
раздельно по чушковому чугуну и
возврату, так как содержание крем-
ния в них различное.
При расчете содержание углерода
Таблица 53
Зависимость коэффициента
науглероживания К
от расхода кокса
Расход кокса, % от метал- лозавалки Удельный расход воздуха, м8/ (м2«мин)
100-120 140-160 180-200
9 10 12' 15 20 1,3 1,4 1,5 1,7 1,9 1,1 1,2 1,3 1,5 1,7 0,9 1 1,1 1,3 1,5.
в доменном чугуне и возврате принимают по данным анализов ла-
боратории. Содержание углерода можно рассчитать по формуле
Сж. ч оСч -ф еСст
(15)
где а и в — доли чугуна и стали в шихте; Сч и Сст — содержание
углерода в чугунной и стальной частях шихты с учетом науглеро-
живания при плавке.
При определении степени науглероживания стали рекоменду-
ется использовать соотношение
С = Сст -ф К -ф I, (16)
где Д’ и I — коэффициенты науглероживания стали соответственно
в области холостой колоши выше фурм и в горне вагранки, %.
Величину Сст принимают по фактическим данным, коэффициент
К — в зависимости от расхода кокса и воздуха (табл. 53).
Коэффициент I находят по формуле
l — ah,
гдеа — коэффициент, а= 1 при установке копильника и а — 1,5 при
Вагранке без копильника; h — высота горна, м.
337
1
Пример. Состав шихты: 30% доменного чушкового чугуна
(3,7% С), 50% возврата собственного производства (2,8%.. С) и 20%
стальных отходов (0,04 % С).
В горне вагранки науглероживание очень незначительно, так
как под набит почти до уровня фурм. Расход кокса на рабочую ко-
лошу составляет в среднем 12—14%, удельный расход воздуха
100—ПО м3/(м2-мин); согласно табл. 53, К— 1,5, находим содержа-
ние углерода по соотношению (16) с учетом формулы (15):
Сж. ч = 0,3 3,7 + 0,5 • 0,28 + 0,2 (0,04 + 1,6) = 2,84%.
Для упрощения расчета не учитываем углерод, вводимый в шихту
с ферросплавами. Для получения в жидком чугуне 2,5—2,6% С
увеличивают в шихте количество стальных отходов до 40% с содер-
жанием 0,04% С, доменного чушкового чугуна не.изменяют и умень-
шают до 30%. возврат собственного производства с содержанием
2,8% С. Тогда при расчете по формуле (15) получим в жидком чу-
гуне
сж. , = 0,3 -3,7 + о,3 • 2,8 +0,4 (0,04+1,52) = 2,57%.
На ГАЗе после изменения конструкций горновбй части вагранки
и устройства металлоприемника получают чугун со стабильным со-
держанием углерода не выше 2,7%. Высота горна от нижней кромки
фурм составляет 220—240 мм в результате устройства набивного
пода и металлоприемника у металлической летки в виде усеченного
конуса. Под набивают, как обычно, наполнительной формовочной
смесью. Металловриемник получают заформовыванием деревянного
вкладыша. При загрузке холостой колоши металлов риемник запол-
няют крупным коксом. Для выпуска чугуна из вагранки делают
три летки диаметрами: нижняя 40 мм, средняя 35 мм и верхняя
30 мм. Первый чугун выпускают из вагранки через нижнюю летку.
После того как пойдет достаточно разогретый чугун, нижнюю летку
заделывают и открывают верхнюю, которая является рабочей на
все время плавки. Средняя летка служит запасной на случай выхода
из строя нижней или верхней летки.
Для отделения шлака внутри вагранки и выпуска его отдельно
от чугуна между металлической леткой и внутренним рядом футе-
ровки вагранки сделан вертикальный канал (от пода металлоприем-
ника до верхней! металлической летки). Канал сообщается с метал-
лоприемником через отверстие во внутреннем ряду футеровки горна,
расположенное на уровне пода металлоприемника и нижней метал-
лической летки (рис. 213). Чугун выпускается непрерывно в миксер-
В процессе плавки необходимо следить за количеством подавае-
мого воздуха в вагранку. При завышенном количестве воздуха чу-
гун сильно окисляется и в отливках образуются трещины и недоливы-
Количество подаваемого в вагранку воздуха зависит от диаметра
вагранки в поясе плавления. Например, для вагранки диаметром
1550 мм необходимо подавать воздуха около 135 м3/мин на 1 м
сечения плавильного пояса.
338
Опускание шихты в шахте вагранки более чем на одну колошу
в процессе плавки не допускается. При остановках вагранки более
чем на 30 мин следует делать пересыпку из отборного кокса разме-
ром 40—100 мм. Шлак из вагранки необходимо выпускать периоди-
чески через 20 мин, не допуская ухода чугуна в шлаковую летку
и шлака в металлическую.
В случае повышенного содержания серы в чугуне (от 0,1 до
0,12% и более) первые три-четыре колоши чугуна следует под-
после
хими-
Рис. 213. Горновая часть вагранки
для выплавки низкоуглеродистого
чугуна:
1, 2 и 3 — летки; 4 — вертикальный -
канал
вергать обессериванию кальцинированной содой. Чугун
обессеривания содержит 0,06—0,08% S. Для выравнивания
ческого состава белого чугуна уста-
навливают миксер между двумя
работающими вагранками, их слив-
ные желоба соединяют над миксе-
ром в один желоб.
Дуплекс-процесс вагранка-|-пла-
менная печь. В вагранке распла-
вляют чугун, в пламенной печи ,
его перегревают и доводят до
заданного состава. Вагранки сое-
диняют с пламенными печами с
помощью желобов, имеющих ук-
лон 20°. Чугун, стекающий, из ва-
гранки в пламенную печь, проходит
шлакоотделительную коробку, где
освобождается от шлака. Чтобы
чугун не науглероживался и не
насыщался серой, расстояние от
подины до нижней кромки фурм
должно быть около 100 мм.
Перед заливкой чугуна в пла-
менную печь ее разогревают в те-
чение 2 ч до выпуска первого чугуна из вагранки. Затем в печь
заливают чугун, где он прогревается до заданной температуры. При
доводке чугуна по химическому составу в пламенную печь для сни-
жения содержания углерода добавляют стальной лом, а при не-
достатке углерода в шихту добавляют чушковый чугун и уменьшают
стальной лом. Недостаток кремния и марганца восполняют добав-
кой соответствующих ферросплавов.
После доводки чугуна по составу и достижения необходимой
температуры чугун выпускают из печи и во время выпуска модифи-
цируют алюминием (0,015%). Алюминий подают на дно "Ковша
перед заполнением его жидким чугуном. Температура чугуна на
Желобе пламенной печи 1460—1480° С.
К недостаткам такого дуплекс-процесса, можно отнести боль-
Шие потери теплоты с отходящими газами, высокий угар ме-
талла и частые капитальные ремонты борова печи и отдельных
ее частей.
339
Дуплекс-процесс вагранка + электропечь. Для получения отли-
вок из высококачественного ковкого чугуна на заводах применяют
дуплекс-процесс вагранка + электропечь. Чугун выплавляется в
вагранке без подогрева дутья. Для получения из вагранки чугуна
содержащего 2,6—2,85% С, 0,8—1,1 % Si, 0,15—0,25% Мп, до 0,1 % s'
0,12—0,17% Р и до 0,06% Сг, применяют шихту из 17,6% доменного
чушкового чугуна, 34% возврата собственного производства (лит-
ники, брак, всплески), 42,1% стальных отходов и 5,3% доменного
ферросилиция (с содержанием 18% Si). Чугун из вагранки поступает
в миксер при 1370—1390° С, откуда ковшами емкостью 1,5 т его
передают в дуговую электропечь.
В электропечи чугун доводят по химическому составу и темпе-
ратуре. Чугун, выпускаемый из электропечи, содержит 2,5—2,7% С
0,95—1,15% Si, 0,53—0,6% Мп, до 0,12% S, 0,16—0,18% Р и не
более 0,06% Сг. Для тонкостенных и мелких отливок допускается
содержание до 1,25% Si и выше. Температура выпускаемого из
электропечи чугуна 1460—1500° С. Чугун сначала подают в ковши
емкостью 1 т, а затем разливают в раздаточные ковши небольшой
емкости.
В электропечи для снижения содержания углерода в чугуне и
' получения необходимого количества кремния и марганца добавляют
на 1 т чугуна 25 кг 45%-ного ферросилиция, 25—30 кг 80%-ного
ферромарганца, 42—43 кг стальных обрезков, 1—1,5 кг железной
руды (красного железняка).
Перед заливкой в формы чугун в раздаточных ковшах модифи-
цируют с целью ускорения процесса отжига чугуна в отжигатель-
ных печах и улучшения его механических свойств. В качестве моди-
фикаторов применяют алюминий, висмут и бор.
Алюминий вводят в виде кусков небольших размеров
в количестве не более 0,01—0,15% массы чугуна в разливочные
ковши в начале их заполнения или непосредственно перед заполне-
нием. Содержание алюминия в чугуне не должно превышать
0,15—0,02%, иначе в толстостенных отливках может выделиться'
пластинчатый графит в виде черных пятен. Температура чугуна
при модифицировании должна быть не ниже 1400—1500° С. Алю-
•миний способствует выделению графита, т. е. является графити-
затором.
Бор влияет на графитизацию подобно алюминию и способствует
образованию графитных субмикроскопических включений. Бор
вводят в чугун в виде ферросиликоборала, ферробора и борной кис-
лоты в количестве 0,002—0,01 % массы чугуна. При толщине стенок
отливок до 15 мм оптимальная добавка бора составляет 0,003—0,005%•
Механические свойства чугуна при таком количестве бора заметно
не улучшаются, но процесс отжига ускоряется.
Висмут является антиграфитизатором, его вводят в жидкий
чугун для предотвращения выделения графита при затвердевании
чугуна. Содержание в чугуне тысячных долей процента висмута
почти не влияет на продолжительность первой и второй стадий гра*
340
фИтизации при отжиге чугуна. Висмут сильно переохлаждает чугун
и способствует надежному получению структуры белого чугуна.
Висмут является дорогостоящим элементом, угар его составляет
свыше 70% массы присадки. По этим причинам висмут иногда за-
меняют, например, сурьмой, которая действует аналогично висмуту,
хорошо растворяется в чугуне и практически не окисляется.
При модицифировании комплексным модификатором (висмут-бор-
алюминий) все составные его части ссыпают в бумажный пакет или
брикетируют, а затем забрасывают в ковш при его заполнении
чугуном.
Дуплекс-процесс вагранка -f- канальная индукционная печь.
В литейном цехе ковкого чугуна ЗИЛа для плавки белого чугуна
применяют дуплекс-процесс вагранка + канальная индукционная
печь. Чугун, выплавляемый в вагранке, имеет следующий состав:
2,75-2,86% С, 0,95—1,3% Si, 0,25—0,4% Мп, до 0,16—0,2% S,
до 0,15—0,16% Р и до 0,05—0,06% Сг. Температура чугуна при
выпуске из вагранки 1380—1400° С. Чугун из вагранки подают
в ковшах в канальную индукционную печь промышленной частоты.
Присадка в канальную индукционную печь ферросплавов, же-
лезной руды, стального лома и других добавок для доводки химиче-
ского состава чугуна запрещается. Запрещается также присадка вы-
шеперечисленных добавок в сифон для слива в печь. В случае необ-
ходимости ферросплавы вводят по ходу плавки в горячий ковш,
наполняющийся чугуном из вагранки или копильника. После рас-
творения присадок и удаления шлака чугун заливают в канальную
печь. При этом нельзя допускать попадания шлака в печь. Шлак
необходимо скачивать с каждого ковша непосредственно над при-
ямком у вагранки, сразу же после его заполнения из миксера.
В случае образования слоя шлака в печи, начинающего затягивать
«зеркало» чугуна в зоне видимости через шлаковое окно, его необхо-
димо скачивать при наполненной не менее чем на 50% печи.
Чугун после доведения по составу и достижения температуры
не свыше 1500° С выпускается из электропечи в раздаточные ковши.
При заполнении х/8 ковша чугуном на струю чугуна подают пакет,
с комплексным модификатором, (алюминий + висмут + борная кис-
лота).
Применение канальных печей в дуплекс-процессе с вагранкой
дает возможность получать чугун однородного состава и устранить
переотжиг ковкого чугуна,
§ 4. ОЧИСТКА ОТЛИВОК
Отливки из ковкого чугуна подвергают двойной очистке — до
отжига и после. Очистку отливок из белого чугуна до отжига
производят с целью выявления бракованных отливок, а также
Для отделения формовочной смеси заливов, заусенцев от поверх-
ности отливки, которые после отжига трудно удалять. Литники и
прибыли удаляются легко, их отбивают молотками или кувалдой
341
t
вручную. Эту операцию выполняют аккуратно из-за хрупкости от-
лцвок. Дальнейшие операции очистки отливок такие же, что и при
очистке обычных чугунных отливок.
Отливки после отжига очищают от окалины и формовочной смеси.
Остатки литников и прибылей удаляются на специальных прессах,
пневматическими молотками и на зачистных автоматах. Правка
отливок из ковкого чугуна производится после отжига, очистки и
удаления остатков литников и выпоров-, отливки, засыпанные перед
отжигом песком, имеют небольшое коробление, и поэтому их или
вовсе не правят, или производят незначительную правку. При от-
жиге без засыпки песком отливки коробятся значительно, и почти
100% отливок приходится править в специальных штампах на прес-
сах. Для этой цели применяют фрикционные и гидравлические
прессы. В поточно-массовом производстве в автомобильной промыш-
ленности распространены фрикционные прессы ФА123 и ФА125
усилием 100 и 180 тс. Гидравлические прессы применяют главным
образом для правки отливок сложной конфигурации и больших
габаритных размеров. В настоящее время широко применяют прессы
П457 усилием 200 тс.
ГЛАВА 11
ПРОЦЕСС ОТЖИГА ОТЛИВОК
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Отливки из белого чугуна после очистки подвергают отжигу
в печах периодического и непрерывного действия, отапливаемых
газом, мазутом или в электропечах. В процессе отжига происходит
графитизация чугуна — образование углерода отжига округлой
формы.
Белый чугун отжигают либо до полной графитизации, либо до
графитизации с одновременным обезуглероживанием. При полной
графитизации получается ферритный ковкий чугун или черносердеч-
ный (по излому), при графитизации с-обезуглероживанием — пер-
литный чугун или белосердечный (по излому). Чтобы предупредить
обезуглероживание чугуна, отжиг того или иного типа проводят
в герметичной упаковке, в нейтральных или окислительных
средах. ,
Процесс графитизации разделяется на стадии: начальная проте- )
кает при 960—1050° С; промежуточная — при охлаждении до и
эвтектоидной температуры; конечная — в эвтектоидном интервале j
или несколько ниже его.
В соответствии с происходящими при отжиге превращениями
выбирают режим отжига для получения ковкого чугуна.
Отжиг отливок на ферритный ковкий чугун проводят в нейтраль-
ной среде. При небольших масштабах производства отжиг осу-
342
0,13—0,17% Р; до 0,12% S;
. Чугун подвергают модифици-
Рис. 214. Режим отжига ковкого
чугуна, модифицированного алю-
минием, висмутом (0,008%) и бо-
ром (0,002%) -
и ее массы. Чем больше тол-
ществляют в камерных печах периодического действия, а в крупно-
серийном и массовом производстве—в печах непрерывного действия
и электропечах элеваторного типа. Печи элеваторного типа широко
применяют в автомобильной промышленности, так как в них можно
регулировать температуру с точностью до ±10° С.
Температурный режим отжига ковкого чугуна для отливок мас-
сой 5—Ю кг и толщиной стенки 10—15 мм приведен на рис. 214.
Химический состав белого чугуна до отжига: 2,5—2,75% С;
0 95—1,15% Si, 0,35-0,45% Мп;
о’о5—0,06% Сг; 0,015—0,025% А1
рованию висмутом, бором и алю-
минием.
Отжиг по графику (см. рис.
214) производят в электропечах
элеваторного типа емкостью 25 т.
Первая стадия от-
жига заключается в нагреве от-
ливок до температуры 950—970° С
с длительной выдержкой при дан-
ной температуре. При этом проис-
ходит распад цементита с образова-
нием аустенита и графита. Про-
должительность нагрева зависит
от конструкции отжигательной
печи, массы садки в печи, массы
отливки и толщины ее стенок. Чем
больше масса садки печи, тем боль-
ше продолжительность нагрева.
Выдержка зависит главным обра-
зом от толщины стенки отливки
щина стенки и масса отливки, тем дольше выдержка при первой
стадии графитизации.
Вторая стадия отжига заключается в переходе
эвтектоидной критической температуры, которая в зависимости от
состава чугуна находится в пределах 740—780° С. При этом проис-
ходит превращение аустенита в перлит и разложение цементита,
входящего в состав перлита, на феррит и углерод отжига в виде
мелких пятен. Отжиг на ферритный ковкий чугун длится согласно
приведенному графику, 37—38 ч.
Продолжительность отжига зависит от ряда
факторов: химического состава чугуна, структуры исходного белого.
Чугуна, температуры нагрева на первой стадии отжига, конструк-
ции печи и т. д.
Влияние углерода. Для получения ковкого чугуна с высокими
механическими свойствами необходимо, чтобы содержание углерода
в нем было минимальным. Содержание углерода в белом чугуне
колеблется от 2,2 до 3,2%; при содержании менее 2,2% С ухуд-
шаются технологические свойства чугуна. При содержании в чу-
343
Гуне более 3,2% С затрудняется получение белого чугуна, особенно
в толстостенных отливках, и сильно снижаются механические
свойства ковкого чугуна. Прочность и твердость ковкого чугуна
повышаются с увеличением содержания связанного углерода,
а пластичность снижается. Пластические свойства ковкого чугуна
в особенности удлинение, зависят главным образом не от степени
размельчения углерода отжига, а от плотности его упаковки и
округленности формы его выделений.
Углерод на процесс графитизации в первой стадии влияет мало,
во второй стадии — весьма значительно, сокращая время, необхо-
димое для распада эвтектоидного цементита. Это объясняется тем,
что с повышением содержания углерода в ковком' чугуне увеличи-
вается число центров графитизации.
Влияние кремния. Кремний хорошо растворяется в аустените.
При повышенном содержании кремния в чугуне уменьшается содер-
жание углерода в ледебурите, аустените и перлите. Кремний ин-
тенсивно влияет на процесс графитизации как структурно-свобод-
ного, так и эвтектоидного цементита, способствует увеличению числа
центров графитизации. Повышение содержания кремния в ковком
чугуне ускоряет процесс отжига, но при чрезмерно; высоком со-
держании кремния во время охлаждения отливки вместо белого
чугуна получается половинчатый или серый чугун. Поэтому при на-
значении количества кремния в чугуне следует учитывать химичес-
кий состав остальных элементов в ковком чугуне и скорость ох-
лаждения отливок (толщину стенок отливок)..
Н. Г. Гиршович рекомендует определять графитизирующую спо-
собность для обычных отливок, из ковкого чугуна по формуле
0,5С-ф Si = 2,1 -ъ-2,5.
С увеличением содержания кремния в чугуне уменьшаются удли-
нение, сужение поперечного сечения и ударная вязкость. Предел
.прочности при растяжении при содержании до 1,0% Si остается
без изменения, а свыше 1,0% — уменьшается.
Влияние марганца. Марганец обладает полной взаимной раство-
римостью с железом в жидком и твердом состояниях, образуя
с углеродом карбид марганца Мп3С. Марганец противодействует
графитизации в первой стадии и особенно во второй. Марганец
при содержании 0,5% следует считать элементом, тормозящим
процесс графитизации.
Влияние серы. Сера образует легкоплавкую эвтектику Fe—FeS
и, будучи практически нерастворимой в железе, сильно влияет на
цементит, повышая его стойкость. Сера противодействует графи-
тизации не только при затвердевании, но и при отжиге.
Для нейтрализации вредного влияния серы при производстве
ковкого чугуна вводят марганец, .количество которого определяют
по формуле
Мп 1 <7 I 0>3
s —n'T" S •
<. --
344
Влияние, фосфора. Содержание до 0,18% Р заметно не влияет на
процесс графитизации. Фосфор уменьшает растворимость углерода
в ледебурите и понижает температуру плавления чугуна. Фосфор,
образуя с ферритом твердый раствор небольшой концентрации,
в слабой степени способствует графитизации и не влияет на процесс
отжига ковкого чугуна. Механические свойства ковкого чугуна
ухудшаются, особенно ударная вязкость.
Влияние хрома. Хром является карбидообразующим элементом
и сильным замедлителем процесса графитизации, образует с угле-
родом стойкие карбиды. Н. Г. Гиршович считает, что при 0,1% Сг
в ковком чугуне нельзя получить ферритную структуру, так как
Рис. 215. Микроструктура (Х200):
а — белого чугуна до отжига (П + Ц); б — ферритного ковкого чу-
, гуна после отжига (Ф Г)
происходит сильное торможение первой и второй стадий графити-
зации и возникает склонность чугуна к образованию структуры
зернистого перлита. Это подтверждается практикой ЗИЛа и ГАЗа,
которая показывает, что содержание хрома не должно быть.выше
0,06%.
Влияние структуры исходного белого чугуна в отливках. Чем
мельче структура, которая получилась в результате перегрева
чугуна и быстрого охлаждения отливок, тем быстрее идет процесс
отжига.
Влияние массы садки отливок в печи. Чем больше садка печи и чем
толще стенки отливки, тем медленнее процесс отжига, и наоборот.
Температура нагрева чугуна в первой стадии. Чем выше тем-
пература первой стадии графитизации, тем быстрее идет процесс-
отжига, но нельзя ее повышать до 1000° С, так как при высокой
температуре отливки сильно коробятся и их трудно править, а за-
частую и вовсе невозможно.
345.
_ Конструкция отжигательной печи очень влияет на ускорение
процесса отжига. Например, в методических печах проходного типа
С' защитной атмосферой, где отливки укладывают без тары, на
отливках нет окалины, и процесс отжига значительно сокращается.
Структуры белого и ферритного ковкого чугуна приведены на
рис. 215.
Отжиг отливок на перлитный ковкий чугун. Отливки до отжига
имеют средний состав: 1,8—3,0% С; 0,7—1,1 % Si; 0,35—1,0%
' Мп; до 0,18% Р; до 0,12% S и до 0,08% Сг.
Отливки после отбивки литников и очистки от пригоревшей
формовочной смеси укладывают в ящики и засыпают железной рудой,
затем ящики закрывают крышками, замазывают глиной и ставят
перлитный ковкий чугун
в печи. Отжиг проводят в
окислительной атмосфере
• с поверхностным обезугле-
роживанием.
Процесс отжига заклю-
чается в нагреве отливок
в. печи до 950—1100°С
с длительной выдержкой
их при этой температуре
(рис. 216). Во время на-
грева и выдержки струк-
турно-свободный цементит
распадается на углерод от-
жига, структура чугуна
состоит из аустенита и уг-
лерода отжига. При охлаж-
дении во второй стадии отжига аустенит превращается в перлит,
структура состоит из перлита и углерода отжига. После отжига,
содержание углерода отжига в чугуне уменьшается. В процессе
обезуглероживания отливок происходят следующие реакции:
Fe3C + FeO-^4Fe + CO;
Fe3C+CO2->3Fe + 2CO
' Окись углерода с рудой образует углекислый газ. Перлитный
чугун имеет серебристый излом, и микроструктура отливок по
сечению резко меняется: у поверхности чугун имеет структуру
феррита (обезуглероженный слой), к центру — перлитно-феррит-
ную структуру или перлитную с углеродом отжига. Перлитный
ковкий чугун обладает меньшим удлинением, чем ферритный чугун,
поэтому его применяют для менее ответственных отливок: фитин-
гов, ниппелей, гаек и др.
После отжига отливки контролируют по макроструктуре, меха-
ническим свойствам и микроструктуре. Для определения макро-
структуры на отливках делают приливы (свидетеля) и после от-
жига их отбивают для осмотра излома. Излом ковкого ферритного
316
чугуна должен быть черносердечный с небольшой ферритной кай-
мой. При недостаточно отожженных отливках приливы имеют свет- '
пЫй излом. Такие отливки подвергают вторичному отжигу. Излом
перлитного ковкого чугуна должен быть светлым. Такой чугун
называют иногда белосердечным.
Для определения механических свойств ковкого чугуна отли-
вают образцы по-сырому. Образцы испытывают после отжига на
растяжение. Размеры литых образцов: диаметр 16 мм, расчетная
длина 70 мм и общая длина 190 мм.
§ 2. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ОТЖИГА
КОВКОГО ЧУГУНА
Большая длительность цикла отжига ковкого чугуна заставляет
разрабатывать методы ускорения этого процесса. Ускоренный
отжиг применяют главным образом для получения ферритного
ковкого чугуна.
Ускорение нагрева и охлаждения отливок в печи. Форсирова-
ние скоростей нагрева, охлаждения и прогрева отливок возможно
в основном при отжиге отливок в горшках без засыпки или даже
совсем без горшков. Исключение засыпки позволяет ускорить про-
грев отливок, а также увеличить скорости охлаждения в промежу-
точной стадии отжига. В последнее время для отжига без засыпки
в камерных печах или в печах непрерывного действия применяют
защитную атмосферу. В печь вводят защитный (нейтральный или
слегка восстановительный) газ, получаемый' в особом генераторе..
При этом принимают специальные меры для герметизации печи во
избежание выделения газа из печи в помещение и возможности
отравления им обслуживающего персонала.
Применение электропечей для отжига ковкого чугуна дает до-
полнительные возможности. по форсированию процессов нагрева и
охлаждения отливок, так как в электропечи легко создать ней-
тральную атмосферу.
Ускорение нагрева' при отжиге позволяет значительно увели-
чить количество графитных центров и, следовательно, сократить
пути диффузии углерода. В ЦНИИТМАШе ЛА. М. Штернбергом раз- ,
работай метод нагрева отливок в жидкой среде. Первая стадия .
осуществляется в электрической соляной ванне (75% хлористого,
бария, 25% хлористого натрия) при 1050—1060° С. Длительность
выдержки при этой температуре колеблется от 1,5 до 2 ч. После
выдержки отливки охлаждаются на воздухе. Твердость отливок
после первой стадии НВ 217—240. Вторая стадия графитизации
осуществляется в камерной печи при нагреве до 710—720° С с вы-
держкой 5 ч. Охлаждение с печью до 600° С и дальнейшая выдержка .
на воздухе.
Модифицирование жидкого чугуна. Модифицирование увеличи-
вает количество центров графитизации. Наиболее распространены
модификаторы: алюминий, висмут и бор. В чугун вводят 0,015—
347
0,03% Al (от массы чугуна), 0,002—0,004% Bi и такое же коли-
чество бора. Лучшие результаты при отжиге достигаются при
одновременном замедленном нагреве в интервале 250—450° С
С выдержкой при этой температуре 3—4 ч.
При модифицировании белого чугуна магний способствует от-
беливанию чугуна и позволяет вести отжиг при более высокой тем-
пературе и получать шаровидный графит.
Легирование ковкого чугуна. В качестве легирующих элемен-
тов могут быть использованы графитизирующие элементы: кремний
никель и медь. Кремний и алюминий способствуют увеличению числа
центров графитизации, создают возможность сократить пути диф-
фузии и ускоряют процесс графитизации. Кремний следует вво-
дить в чугун только в таком количестве, которое не способствует
образованию первичного графита в отливке. Никель и медь уско-
ряют диффузию углерода и несколько ускоряют процесс отжига,
но никель — дорогостоящий и дефицитный материал, поэтому приме-
нять его нежелательно. Присадка в чугун до 1,5—1,7% Си уско-
ряет процесс отжига примерно на 30% и способствует увеличению
прочности ковкого чугуна.
Предварительная закалка отливок. Длительность отжига после
закалки при 950° С достигает 15—20 ч для отливок с небольшой
толщиной стенок. Это объясняется тем, что после закалки резко
увеличивается число центров графитизации.
Такой метод можно использовать только для отливок простой
конфигурации при небольшом масштабе производства. В отливках
сложной конфигурации при закалке образуются трещины. Поэтому
в массовом производстве он еще не нашел практического приме-
нения.
Раздел пятый
ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ СТАЛИ
ГЛАВА 1
СТАЛИ ДЛЯ ФАСОННЫХ ОТЛИВОК
. § 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Отливки из стали широко применяют в различных отраслях
промышленности. Из стали изготовляют отливки массой от несколь-
ких граммов до нескольких десятков тонн; конфигурация отливок
из стали может быть очень сложной. Сталь обладает высокой проч-
ностью и пластичностью, выдерживает значительные напряжения
при переменной и ударной нагрузках. Легированные и специальные
стали обладают хорошими механическими свойствами при повы-
шенных температурах, кислотостойкостью, окалиностойкостью, из-
носостойкостью и другими важными эксплуатационными свойствами.
В связи с развитием новой техники применение отливок из легиро-
ванных и специальных сталей постоянно возрастает.
Классификация сталей для фасонных отливок. Стали для фа-
сонных отливок классифицируют по химическому составу, струк-
туре, способу получения и применению.
По химическому составу стали подразделяются
на углеродистые и легированные. По содержанию углерода стали
делятся на низкоуглеродистые (0,09—0,2% С), среднеуглероди-
стые (0,2—0,45% С), высокоуглеродистые (свыше 0,5% С), а по
содержанию легирующих элементов на низколегированные (до'
2,5% легирующих элементов), среднелегированные (2—10%) и
высоколегированные (свыше 10%).
По структуре стали делят на: 1) доэвтектоидные, име-
ющие в структуре избыточный (доэвтектоидный) феррит, такая
структура характерна для углеродистой и низколегированной ста-
лей; 2) заэвтектоидные, имеющие в структуре вторичные карбиды,
выделившиеся из аустенита; эта структура характерна для высоко-
Углеродистых (0,83 до 1,7% С), средне- и высоколегированных
сталей; 3) ферритные и полуферритные стали, высоколегированные
хромом, вольфрамом, молибденом, ванадием, кремнием и другими
элементами, сужающими аустенитную область на диаграмме состоя-
ния; 4) аустенитные и полуаустенитные стали, высоколегированные
никелем, кобальтом, молибденом.
Обычно стальные отливки подвергают термообработке, поэтому
стали классифицируют по структуре и в термообработанном состоя-
349
нии после охлаждения на воздухе. В этом случае стали разделяют
на: 1) перлитные, в которых происходит распад аустенита на пер.
литно-ферритную смесь в области наименьшей устойчивости аусте-
нита; такую структуру имеют углеродистые; низко- и среднелеги-
рованные стали; 2) мартенситные, в которых при термообработке
происходит переохлаждение аустенита до мартенситного превраще-
ния, например сталь 20Х13НЛ; 3) аустенитные, имеющие темпера-
туру начала мартенситного превращения ниже 0; такая структура
характерна для стали П0Г13Л, высоколегированных жаростойких
И жаропрочных сталей.
Эта классификация условна, так как при изменении скорости
охлаждения в сталях перлитного класса можно получить мартен-
ситную структуру и наоборот.
По способу получения стали для фасонных отливок
разделяют на мартеновскую (основную и кислую), бессемеровскую,
электросталь (основную и кислую).
Мартеновскую сталь (основную) чаще всего применяют для
крупных отливок, так как она обладает хорошими свойствами, не-
высокой стоимостью и может быть одновременно выплавлена в боль-
шом количестве.
Бессемеровскую сталь применяют при производстве отливок
из углеродистой стали. .
Сталь (основную и кислую) обычно выплавляют в дуговых
печах, высоколегированную сталь — в индукционных.
По применению'стали разделяют на: 1) конструк-
ционные для изготовления литых деталей машин; эти стали под-
разделяют на углеродистые и легированные (часто конструкцион-
ные стали классифицируют по назначению: для гидротурбин, элек-
тромашин, железнодорожного транспорта и т. д.); 2) инструмен-
тальные для изготовления инструмента, обычно это высоколегиро-
ванные и высокоуглеродистые стали; 3) специальные стали: корро-
зионностойкие, износостойкие, окалиностойкие, кислотостойкие,
жаропрочные, жаростойкие и др.; обычно это высоколегированные
стали.
§ 2. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Наибольшее применение для изготовления фасонных отливок
находят углеродистые стали, в состав которых входят углерод,
марганец, кремний, фосфор и сера. Основное влияние на механи-
ческие и литейные свойства оказывает углерод. Сера и фосфор яв-
ляются вредными примесями в стали. Сера ухудшает жидкотеку-
честь стали при высоких температурах, увеличивая склонность ее
к образованию горячих трещин. Фосфор понижает ударную вяз-
кость стали и тем больше, чем выше содержание в ней углерода.
Поэтому содержание фосфора и серы в стали ограничивают: до-
пустимое суммарное содержание серы и фосфора не должно превы-
шать 0,1%.
350
С увеличением содержания углерода в стали возрастают пре-
дел прочности, твердость и предел текучести (до 0,55% С), а удли-
нение, сужение поперечного сечения образца и ударная вязкость
понижаются. Марганец оказывает раскисляющее действие и ней-
трализует вредное влияние серы, связывая ее в химическое соеди-
нение MnS. Содержание марганца и серы в углеродистой стали
должно соответствовать отношению Мп 1,71 S. Содержание
марганца обычно составляет 0,3—0,8?% Кремний в углеродистой
стали обладает высокой раскисляющей способностью и связывает
газы. Углеродистые стали содержат 0,2—0,5% Si.
По ГОСТ 977—65 стальные отливки в зависимости от назначе-
ния и требований, предъявляемых к деталям, разделяют на три
группы отливок: I—обычного назначения; II—ответственного
назначения; III — особо ответственного назначения. Эти группы
различаются по содержанию серы и фосфора. Для отливок I группы
допускается содержание 0,05—0,06% S и 0,05—0,08% Р, для от-
ливок II группы — 0,045—0,06?о S и 0,04—0,07% Р; для отливок
III группы — 0,045—0,05% S и 0,04—0,05% Р. Содержание прочих
элементов одинаково в отливках всех групп, одинаковы также и
механические свойства.
Низкоуглеродистые стали содержат 0,12—0,2% С; 0,35—0,65%
Мп; 0,15—0,25 ?6 Si; до 0,06% Р и не более 0,05% S. Низкоугле-
родистые стали 15Л, 20Л имеют плохие литейные свойства: пони-
женную жидкотекучесть, повышенную склонность к образованию
горячих трещин в отливках. После отжига или нормализации пре-
дел прочности таких сталей при растяжении 40—42 кгс/мм2,
относительное удлинение 24—23%, Из низкоуглеродистой стали
изготовляют отливки для электротехнической и машиностроитель-
ной промышленности.
Среднеуглеродистые стали (25Л, 35Л, 45Л) содержат 0,22—
0,45% С; 0,35—0,8% Мп; 0,2—O,45?o Si; 0,03—0,05% Р и
0,03—0,05% S. Эти стали имеют более высокие, чем низкоугле-
родистые стали, литейные свойства: лучшую жидкотекучесть, мень-
шую склонность к образованию горячих трещин. Предел прочности
при растяжении среднеуглеродистых сталей 42—55 кгс/мм2, отно-
сительное удлинение 23—12%. Эти стали используют для изготов-
ления разнообразных мелких, средних и крупных отливок литых
деталей в различных отраслях машиностроения.
Высокоуглеродистые стали содержат 0,45—0,6% С; 0,5—0,8%
Мп; 0,04—0,05% Р и 0,04—0,05% S. Эти стали имеют хорошие ли-
тейные свойства: высокую жидкотекучесть, не склонны к образова-
нию горячих трещин. Однако теплопроводность их невысока, по-
этому увеличивается опасность возникновения в отливках напряже-
ний. При обрубке таких отливок нельзя применять ацетилено-кис-
лородную резку прибылей и выпоров, а также пламенную очистку
их поверхности. Из высокоуглеродистых сталей (50Л, 55Л) изго-
товляют валки для горячей прокатки, зубчатые колеса и барабаны
подъемно-транспортных машин.
351
§ 3., ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Легированные стали применяют для изготовления отливок, ко-
рме должны обладать особыми свойствами: повышенными механи-
ческими свойствами, износостойкостью, коррозионной сТойкостьюЦ||
• жаропрочностью и т. д. М
В' качестве легирующих элементов применяют обычно хром^В
никель, молибден, ванадий, кремний и'марганец. Литейные свой^И
ства низколегированных сталей и технология изготовления из
отливок мало отличаются от углеродистых. -
Марганцовистые литейные стали бывают низколегированные
(до 2% Мп), среднелегированные (2,5—4% Мп) и высоколегирован-
ные (до 20% Мп). Низколегированная марганцовистая сталь имеет
повышенные механические свойства по сравнению с обычной углеро|1Ь1
диетой, а по литейным свойствам не отличается от нее. Средне^В
марганцовистая сталь обладает повышенной износостойкостью, выИ
сокой прочностью, но невысокими пластическими свойствами.
нее изготовляют шестерни, кулачки и другие детали, работающими
на износ.
Наибольшее распространение получила высокомарганцовистая
сталь 110Г13Л (до 13% Мп), которая хорошо работает на износ
’ с ударом и применяется для траков гусеничных машин, зубьев
ковшей экскаваторов.
С увеличением содержания марганца в стали улучшается жид-
котекучесть, но повышается усадка, склонность к образованию го-
х рячих трещин, окисных плен в отливках.
Хромистые литейные стали бывают низколегированные (1—2%
Сг), среднелегированные (3—5% Сг) и высоколегированные (30% Сг).
Низколегированная хромистая сталь хорошо работает на исти-
рание, обладает высокой прочностью, но недостаточно пластична.
Дополнительное легирование молибденом, ванадием и вольфрамом
позволяет увеличить-предел прочности стали до 190 кгс/мм2.
Среднелегированные хромистые стали обладают повышенной
прочностью при высоких температурах, а также хорошо сопротив-
ляются коррозии в некоторых химических веществах.
Высокохромистые стали обладают повышенной жаростойкостью
даже при температурах около 1100°С.
Хромистые литейные стали обладают невысокой жидкотеку-
честью, а высоколегированные — значительной усадкой и склон-
ностью к образованию усадочных раковин и трещин. Для лучшего
заполнения формы хромистые стали перед разливкой перегревают и
- скорость заполнения формы увеличивают почти в 2 раза по сравне-
нию с обычной углеродистой сталью.
Хромоникелевая литейная сталь обладает высокими конструк-
ционными свойствами: повышенной прочностью, пластичностью, '
коррозионной стойкостью и жаропрочностью. Низколегированные
хромоникелевые стали содержат 1—2% Сг; 1,5— 3% Ni; 0,2—0,5% С
и обладают повышенной прочностью. !
352
Хромоникелевые нержавеющие стали содержат 0,1—0,4% С;
pg__1,0% Si; 0,4—0,6% Мп; 19—17% Сг; 7—9% Ni, обладают
повышенной жаростойкостью и применяются для деталей паровых
и газовых турбин и других деталей, работающих при высоких
температурах.
Жидкотекучесть хромоникелевых сталей ниже, чем обычных
углеродистых. Для хорошего заполнения формы эти стали перегре-
вают и применяют высокую скорость заливки. При затвердевании
образуется крупнозернистая макроструктура, что способствует об-
разованию в отливках горячих трещин. Поэтому хромоникелевые
стали необходимо подводить в форму рассредоточенно, избегать
местного перегрева; формы и стержни делать податливыми и для
каждой отливки подбирать оптимальную температуру заливки.
Кремнистые литейные стали обладают повышенной сопротивляе-
мостью износу, а также химической стойкостью. Низколегирован-
ные стали содержат до 2% Si, а высоколегированные до 20% Si.
Высоколегированные стали обладают высокой твердостью {НВ 500) и
хрупкостью, низколегированные стали — повышенной склонностью
к образованию горячих трещин в отливках, поэтому необходимо
делать формы и стержни податливыми и охлаждать отливки медленно
и равномерно.
В промышленности применяют также медистые литейные стали,
которые используют для литых коленчатых валов, поршней и т. д.,
и вольфрамовые литейные стали, которые используют для режу-
щего инструмента. Вольфрамовые стали обладают плохими литей-
ными свойствами: малой жидкотекучестью и повышенной усадкой.
ГЛАВА 11
КОНСТРУКЦИЯ отливок И ТЕХНОЛОГИЯ
ФОРМОВКИ
§ 1. КОНСТРУКЦИЯ СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК
И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ
Литейные свойства сталей существенно отличаются от свойств
серого чугуна. Стали имеют большую линейную усадку (2—2,5%),
худшую жидкотекучесть, большую склонность к ликвации.
Для получения качественных отливок необходимо учитывать
эти особенности свойств стали уже на стадии конструирования
литой детали или оценки технологичности при разработке техноло-
гии ее изготовления.
Конструкция отдельных элементов стальной отливки и соче-
тание этих элементов должны обеспечивать возможность направ-
ленного затвердевания и питания отливки. Конфигурация отливок
Должна иметь плавные переходы от утолщенных мест к тонким;
скопления металла в местах сопряжения стенок недопустимы. Сле-
12 Титов . 353
дует стремиться к тому, чтобы отливка имела по возможности оди-
наковую толщину стенок.
При проектировании технологии формовки отливки следует
обращать особое внимание на взаимное расположение отдельных ее
частей в форме при заливке и затвердевании, а также мест под-
вода стали и конструкцию литниково-питающей системы.
Правильность расположения отдельных частей отливки при
затвердевании определяют по правилу вписанных окружностей,
согласно которому диаметры окружностей, вписанных в сечение
отливки, должны последовательно увеличиваться от нижних сече-
ний к верхним, так как каждое верхнее сечение является при-
былью для каждого нижнего. Например, расположение отливки в
форме, показанное на рис. 217, а, обес-
печит направленное затвердевание и пи-
тание отливки. При расположении от-
ливки, показанном на рис. 217, б, в
нижней части отливки появится усадоч-
ная рыхлота.
Рис. 217. К определению технологичности конструкции отливки методом впи-
санных окружностей
Правило вписанных окружностей позволяет также оценить ра-
циональность конструкции отливки. Например, чем меньше диа-
метр сферы, вписанной в сопряжение стенок (рис. 217, в), тем меньше
вероятность появления в этом месте усадочной рыхлоты.
Для питания отливки на массивных ее частях устанавливают
прибыли, а для выравнивания скоростей охлаждения тонких и мас-
сивных частей отливки — наружные и внутренние холодильники.
Конструкция и методы определения размеров прибылей и холо-
дильников будут рассмотрены ниже.
При назначении положения отливки в форме при заливке сле-
дует учитывать возможность образования ужимин на плоских раз-
витых поверхностях. Поэтому такие поверхности следует распола-
гать снизу вертикально или наклонно.
Для обеспечения хорошей заполняемости формы тонкие стенки
отливок должны располагаться в нижних частях формы и, по воз-
можности, вертикально или наклонно.
Вследствие большой усадки стали при изготовлении сложных
отливок, особенно при торможении усадки формой и стержнями,
354
в отливках могут развиваться значительные напряжения и образо-
вываться трещины. Поэтому следует располагать отливку в опоках,
особенно имеющих крестовины, так, чтобы последние не препятст-
вовали усадке отливки. Как правило, сталь следует подводить
к тонкому месту отливки. Это место заполняется наиболее горячим
сплавом, а в другие места сплав попадает более холодным, по-
этому скорости охлаждения тонкой и массивной частей отливок вы-
равниваются. Однако часто такой принцип подвода стали не дает
хороших результатов. Поэтому для обеспечения направленного
затвердевания отливки сталь подводят в прибыль или под прибыль
в массивное место отливки. В этом случае наиболее разогретым
местом отливки будет прибыль, обеспечивающая питание отливки,
что, в свою очередь, обеспечивает направленное затвердевание от-
ливки и концентрацию усадочной раковины в прибыли.
При выборе расположения стальной отливки в форме при ее
заливке и затвердевании следует также руководствоваться изло-
женными ранее общими принципами проектирования литейной
формы.
§2. УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ И ПРИБЫЛЕЙ
Литниковые системы для стальных отливок должны иметь мини-
мальную протяженность каналов. Питатели необходимо распола-
гать в направлении продольной оси стенки отливки в местах, ра-
зогрев которых способствует направленному затвердеванию, а дви-
жение сплава — всплытию неметаллических включений. При из-
готовлении крупных и средних отливок первые порции сплава сле-
дует подавать сифоном, а последующие — под затопленный уровень.
При этом в прибыли сплав должен поступать через специальные
литниковые каналы или доливкой из ковша.
Наиболее широко применяют сифонный или ступенчатый подвод
стали, обеспечивающий спокойное заполнение формы. На литнико-
вую систему с прибылями расходуется 25—50% общей массы жид-
кой стали. Поэтому увеличение выхода годного литья можно достиг-
нуть за счет уменьшения расхода стали на прибыль, принимая
оптимальные ее размеры.
Верхний подвод стали (рис. 218, а) применяют для широких
отливок с небольшой высотой, заливку с наклоном формы
(рис. 218, б) — для отливок типа плит.
Сифонный подвод стали (рис. 218, в) имеет недостаток: в при-
быль поступает более холодный сплав. Однако возможна заливка
с кантовкой (рис. 218, г): после заливки формы наиболее горячий
металл будет находиться в прибыли и обеспечит питание отливки.
Иногда для плавного заполнения формы делают нижний подвод стали
с помощью рожковой литниковой системы (рис. 218, д). Для круп-
ных отливок применяют ступенчатую литниковую систему (рис.
218, е), в этом случае в прибыль поступает горячий сплав.
12* 355
Литниковая система должна обеспечивать четкую направлен-
ность затвердевания отливок; прибыли должны заполняться горя-
чим сплавом. Основное отличие литниковой системы для стали от
литниковой системы для чугуна — это установка прибылей для
питания усадки отливки.
Прибыли ставят на самые массивные части отливки. Кроме того,
необходимо обеспечить легкое их отделение и несложную механи-
ческую обработку'мест установки прибылей. В поточно-массовом
производстве наиболее распространены прямые открытые прибыли,
которые, помимо своего основного назначения — питания отливки,
служат как бы резервуаром для всплывания неметаллических
включений (засоров). Их преимущество заключается в удобстве
сборки форм и возможности наблюдения за состоянием формы перед
заливкой и в процессе заливки.
Недостатками открытых прибылей (рис. 219, а) является зави-
симость высоты прибылей от высоты имеющихся в цехе опок и
возможность засора формы через открытые прибыли, а также уве-
личенный расход сплава на прибыли. Закрытые прямые прибыли
(рис. 219, б) следует использовать для высоких опок, когда при-
менение открытых прибылей вызывает большой расход сплава на
прибыль. Отводные прибыли (рис. 219, в) устанавливают для пита-
ния узла-отливки в нижней половине формы и в тех случаях, когда
356
нельзя поставить прямую прибыль без изменения конфигурации
отливки. На практике очень часто применяют прибыли сферической
формы, что уменьшает расход сплава и увеличивает выход годного
литья. Преимущество сфероидальных прибылей: высота их не свя-
зана с высотой опок.
Для улучшения работы прибылей важно, чтобы металл в при-
были оставался длительное время в жидком состоянии (прибыль
должна застывать позже отливки). С этой целью применяют спе-
циальные стаканы (рис. 219, г) из экзотермических смесей, состоя-
щих в основном из термита. При заливке формы эта смесь разлага-
ется с выделением большого количества теплоты, которая и обо-
гревает прибыль. Однако для крупных прибылей такие стаканы
Рис. 219. Способы установки прибылей на стальных отливках
применять нецелесообразно, так как они сгорают раньше, чем
прибыль закончит свое действие, и эффект их применения будет
небольшим.
Чтобы обеспечить работу закрытой прибыли под атмосферным
давлением, в прибыль устанавливают песчаный стерженек (рис.219, б),
вокруг которого металл не затвердевает, так как стерже-
нек быстро прогревается до температуры металла. По этому стер-
женьку воздух из атмосферы проходит в прибыль, которая и рабо-
тает под атмосферным давлением.
Для улучшения работы прибылей и уменьшения расхода ме-
талла применяют прибыли, работающие под избыточным давлением,
которое создается специальным патроном 7 (рис. 219, <?), вставля-
емым внутрь формы. Патрон состоит из металлического корпуса и
мелового заряда. После заливки формы стенки корпуса патрона
расплавляются к моменту, когда на стенках формы уже образова-
лась достаточно прочная корочка твердого металла (рис. 219, е).
357
Мел при нагревании разлагается, образуя газ, который и создает
внутри прибыли избыточное давление. Давление улучшает условия
заполнения усадочных пор жидким металлом.
Для облегчения отделения прибылей от отливки применяют
специальные тонкие керамические пластинки 2 (рис. 219, д'), ко-
торые, быстро прогреваясь, не охлаждают перешеек между отлив-
кой и прибылью и не препятствуют перетекайию металла из прибыли
в отливку, но создают своеобразный надрез, позволяющий легко
отделять прибыль от отливки.
Прибыль должна иметь достаточное сечение, затвердевать позже
отливки и иметь минимальный, но достаточный объем, чтобы уса-
дочная раковина не вышла за ее пределы.
Рис. 220. Прибыли:
а — закрытые; б — открытые; в — отводные
На рис. 220 приведены прибыли, используемые для отливок
зубчатых колес диаметром 500—1200 мм.
Наружные холодильники часто применяют для борьбы с трещи-
нами в тех случаях, когда нельзя сделать охладительные ребра
на отливках. В стальных отливках горячие трещины и надрывы
образуются при неправильной конструкции отливки, т. е. когда
нет плавных переходов от тонкой части к толстой, а также при не-
правильном подводе металла к отливке. Надежным средством преду-
преждения образования горячихтрещин в отливках является приме-
нение литейных ребер, удаляемых при обрубке. Толщина литейных
ребер составляет 10—30% толщины стенки отливки. • -л
Расчет литниковых систем. Суммарную площадь сечения питм
телей рекомендуется определять по формуле (6). ®
Время заполнения формы жидкой сталью следует находить по
формуле
r = s|/6G,
где 6 — средняя толщина стенок, мм; G — масса отливки с лит-
никами и прибылями, кг; s — коэффициент времени.
Значение коэффициента s зависит от производственных условий
и колеблется от 1,4 до 1,6.
358 ' .
Для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений,
трещин и усадочных раковин, значения коэффициента s желательно
увеличить на 0,1—0,2. Отливки, изготовляемые в металлических
йли песчаных формах с большим числом холодильников, следует
заливать быстрее и значение s для них уменьшить на 0,1—0,2.
Найденное время рекомендуется проверять следующим соот-
ношением:
Н
где Н — высота отливки, см.
При толщине стенок 7—10 мм скорость заливки v должна быть
не менее 20 мм/с, при 6 = 10 -ь 40 мм скорость v не менее 10 мм/с;
при б = 40 мм v — 8 мм/с. Если скорость окажется недостаточ-
ной, то нужно уменьшить время заливки или же изменить положе-
ние отливки в форме.
По Г. М. Дубицкому, соотношение сечений элементов литни-
ковой системы должно быть для отливок:
мелких
РпF. ,Х : ^т= 1,0 : (1,05ч-1,2): (1,1 4- 1,2);
средних
Ра: Fn. z :FCT = (1 Ч-1,5): 1,0 : (1,05 ч-1,2);
крупных
F„ Fc. = (1,0 ч- 2,0): (1,0 ч- 2,0): 1,0,
где Ел.х— поперечное сечение литникового хода.
§ 3. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМОВКИ
При разработке технологии литейной формы необходимо соблю-
дать изложенные ранее особенности проектирования литейной формы
для стальных отливок. Припуски на механическую обработку
стальных отливок назначают по ГОСТ 2009—55. Их назначают
больше по сравнению с отливками из чугуна и цветных сплавов
из-за повышенной усадки стали и пригара формовочной смеси
к отливкам. Вследствие высокой температуры стали формы изготов-
ляют из более огнеупорных формовочных и стержневых материалов.
Кроме того, следует учитывать, что при соприкосновении жидкой
стали с формовочной смесью окислы железа и марганца, соединяясь
с кварцевым песком, ошлаковывают поверхность формы.
Сырые формы для отливок с чистой поверхностью изготовляют
из бентонитовых формовочных смесей. Бентонитовая смесь по срав-
нению с жидкостекольной обладает хорошей пластичностью, луч-
шей формуемостью и огнеупорностью, но требует значительного
Уплотнения и хорошей вентиляции формы.
Бентонитовые смеси дают хорошие результаты при содержании
До 3,5 % влаги и при заливке в сырые формы отливок массой до
3000 кг. С увеличением содержания влаги уменьшается прочность
359
чительного
количества
дд
7
Рис. 221. Установка хо-
лодильников в форме:
а — наружных; б — внут-
ренних
смеси и на отливках появляются «рванины» — следствие обгара
формы.
Формы для стальных отливок, в отличие от форм для чугун,
ных и цветных отливок, должны иметь большую плотность смеси
для предохранения поверхности формы от размыва струей жидкой
стали. Особенно сильно размываются литниковая воронка и литни-
ковые каналы. Для выноса из формы смытых частиц формовочной
смеси применяют открытые прибыли, увеличивают припуск ца
механическую обработку в верхней части отливки, а крупногаба-
ритные формы при заливке иногда располагают с наклоном.
Переувлажнение формовочной смеси и содержание в ней зна-
газотворных веществ способствует образо-
ванию газовых раковин на поверхности
отливки. Заниженная же влажность фор-
мовочной смеси (ниже 3,5%) препятствует
хорошему уплотнению формы. При фор-
мовке по-сырому количество влаги не
должно превышать 3,5—4,5%, а при фор-
мовке по-сухому 4,5—5,5?6. Содержание в
формовочной смеси углекислых солей и
мела недопустимо, так как при высокой
температуре они разлагаются и выделяют
углекислый газ, приводящий к образова-
нию раковин в отливках.
Чтобы предупредить образование трещин, возникающих вслед-
ствие неравномерной усадки, формы изготовляют из податливых
формовочных материалов, не препятствующих нормальной усадке.
Для увеличения податливости в смесь вводят 15—30% древесной
или торфяной муки, которая во время сушки выгорает и образует
пустоты, облегчающие усадку. В стержни для этой цели вводят
патоку, декстрин и другие выгорающие добавки.
Готовые формы сразу после сборки следует заполнять сталью,
так как долгостоящие перед заливкой формы выветриваются,
осыпаются или сыреют.
Чтобы предупредить образование усадочной пористости, в под-
прибыльной части отливки ставят наружные или внутренние холо-
дильники или применяют «утепленные» прибыли, при этом вводят
термитную смесь в места формы, выполняющие прибыли.
Холодильники ускоряют процесс охлаждения утолщенных мест
отливок и уменьшают напряжения, усадочные раковины и предот-
вращают возникновение горячих трещин. Холодильники могут быть
изготовлены из прутков проката и могут быть литыми.
Поверхность внутреннего холодильника должна быть чистой и
свободной от ржавчины и окислов. Внутренние холодильники
должны свариваться с металлом отливки.
Наружные холодильники от приваривания их к отливке покрьг
вают различными красками, например суриком или формовочной
краской. Холодильники 1 перед установкой в форму (рис. 221)
360
должны быть тщательно очищены от грязи, масла и окалины. В тех
сЛучаях, когда используют внутренние холодильники, которые не
свариваются с металлом отливки, применяют стальные прутки,
последние при механической обработке высверливают из отливки.
ГЛАВА III
ПЛАВКА И ЗАЛИВКА СТАЛИ
§ 1. ПЛАВКА В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ
В литейных цехах для плавки стали применяют мартеновские
печи, дуговые и индукционные электропечи, малые бессемеровские
конверторы.
Плавку^стали в мартеновских печах применяют преимущественно
для крупных стальных отливок. Мартеновский способ выплавки
стали обладает следующи-
ми преимуществами: воз-
можностью использования
большого количества сталь-
ного лома и передела в
жидкую сталь исходных
материалов разнообразного
химического состава; высо-
ким качеством и возмож-
ностью выплавки сталей
многих марок; относитель-
но небольшой стоимостью
передела. Емкость марте-
новских печей составляет
5—500 т, а в цехах фасон-
ного литья машинострои-
тельных заводов 5—100 т.
По конструкции совре-
менные мартеновские печи
подразделяют на неподвиж-
ные или стационарные и
качающиеся. Большинство
мартеновских печей стационарного типа. Преимущество качающихся
печей — это слив стали в ковш в несколько приемов, порциями,
а также слив шлака в шлаковню по ходу плавки через порог загру-
зочного окна. Недостаток таких печей — сложность конструкции
печи.
Мартеновская печь (рис. 222) состоит из ванны 1, в которой
плавится сталь; свода, головок 2, имеющих вертикальные каналы
и пролеты, направляющие газ и воздух в ванну; шлаковиков, реге-
нераторов; перекидных клапанов, боровов и дымовой трубы.
361
Газ, подведенный к печи, пройдя через открытый клапан, направ.
ляется по борову 6 в регенератор 8, подогревается в нем за счет
теплоты раскаленной кирпичной кладки и затем через газовый
шлаковик, канал 9 и головку 2 поступает в рабочее пространство
Левый воздушный шибер при этом закрыт, а правый открыт. Правый
газовый клапан тоже закрыт. Воздух от вентилятора поступает
через воздушный клапан по борову 5 в регенератор 4, в котором
нагревается, а затем через канал 3, шлаковик и головку 2 поступает
в рабочее пространство. Левый воздушный шибер закрыт, а правый
открыт. Газ и воздух, смешиваясь в рабочем пространстве печи,
воспламеняются и образуют факел. Продукты сгорания, направляясь
через противоположную головку и регенераторы, нагревают их
насадку. Охладившись до 500—600° С, продукты сгорания попадают
в дымовую трубу 7. Когда правые регенераторы достаточно нагре-
ваются, клапаны переключают, после чего газ и воздух движутся
в обратном направлении.
Для загрузки шихтовых материалов и флюсов и обслуживания
печи во время плавки в передней стенке печи сделаны рабочие
окна (завалочные), в задней стенке — металлическая летка для
выпуска жидкой стали.
Мартеновские печи строят с кислой и основной футеровкой.
Динасовый кирпич применяют для кладки главных сводов, сводов
головок и регенераторов, вертикальных каналов, стен шлаковиков
в насадках и других частях основной мартеновской печи, а в кис-
лых печах, кроме того, для кладки пода, передней и задней сте-
нок, а для наварки пода после каждой плавки применяют квар-
цевый песок. Нижнюю часть регенераторов и борова выклады-
вают из шамотного кирпича, наружную часть — из обычного
красного кирпича. Для уменьшения потерь теплоты через кладку
регенераторов шлаковики (выше уровня пола цеха и ниже его
на 1—1,65 м), а также часть рабочего пространства печи снаружи
облицовывают теплоизоляционным материалом. Для повыше-
ния стойкости кладки и улучшения условий труда современ-
ные мартеновские печи оборудуют системой водяного охлаж-
дения.
Продолжительность службы мартеновской печи при динасовом
своде для больших печей составляет 250—300 плавок, для печей
малой и средней емкости 400—500 плавок, а при магнезитовой
футеровке свода до 700 и более плавок.
Современные мартеновские печи снабжены необходимой кон-
трольно-измерительной аппаратурой и оборудованы устройством
для автоматического регулирования расхода топлива и воздуха,
а также давления в рабочем пространстве. Автоматически произво-
дится переключение клапанов, механизирован подъем заслонок
рабочих окон и т. д.
Топливо мартеновских печей. На заводах, не имеющих доменного
производства, применяют генераторный или коксовый газ или
жидкое топливо, а на заводах, имеющих доменное производство, "
362
смесь коксового и доменного газов с добавкой для подсвечивания
факела пламени генераторного газа или смолы.
Процесс выплавки стали в мартеновских печах. В зависимости
от футеровки ванны — основной (магнезитовой) или кислой (дина-
совой) — процесс выплавки стали может быть основным или кис-
лым. В настоящее время почти вся сталь выплавляется в печах
с основной футеровкой. Это объясняется тем, что в основном мар-
теновском процессе можно переплавлять шихту с более высоким
содержанием фосфора и серы, чем в готовой стали. Мартеновским
процессом можно выплавлять углеродистые, низко- и среднеугле-
родистые стали, используемые для производства фасонных отли-
вок.
Кислый мартеновский процесс, благодаря некоторым особеннос-
тям, обеспечивает получение плотной структуры стали, поэтому,
он незаменим при выплавке высококачественных сталей.
Наибольшее распространение для производства фасонных отли-
вок получил скрап-процесс с использованием твердого передельного
мартеновского чугуна.
Основной скрап-процесс на твердом чугуне. При скрап-про-
цессе основным источником кислорода для окисления примесей
чугуна является газовая фаза печи. Только незначительный часть
кислорода дает железная руда, вводимая в печь по ходу плавки
в количестве около 30%. Шихту для скрап-процесса рассчитывают
так, чтобы она содержала около 1% Мп, не более 0,3% Р, не более
0,05—0,06% S и минимальное количество кремния. Обычно шихта
при скрап-процессе содержит около 30% передельного мартенов-
ского чугуна, до 15% стальной стружки при выплавке углеродистых
сталей и около 10% при выплавке легированных. Остальную часть
металлической шихты составляет привозной стальной лом и собст-
венный возврат. Шихту рассчитывают исходя из того, чтобы содер-
жание углерода в ней было на 0,3—0,5% больше содержания
углерода в готовой стали.
Процесс плавки условно можно разделить на следующие периоды:
заправка печи,завалка и плавление, кипение,раскисление и выпуск.
Заправка печи. В процессе эксплуатации печи ее под, стенки,
откосы изнашиваются. Для поддержания Пода, откосов печи в
надлежащем состоянии их периодически обновляют, осуществляя
заправку печи. Для заправки печи применяют обожженный, моло-
тый и просеянный доломит или металлургический магнезит, а иногда
сырой дробленый доломит. Заправку печи производят в минимальное
время, чтобы устранить окисление пода. Обычно эта операция не
превышает 10—15 мин. Заправку заканчивают заделкой выпускного
отверстия магнезитовым порошком.
Заправку печи осуществляют машинами и вручную. Ее начинают,
как только уровень металла в печи при выпуске готовой стали
Начнет понижаться.
Завалка шихты при работе на скрап-процессе на твердом чугуне.
”ем быстрее производят завалку, тем меньше продолжительность
363
плавки. На под следует загружать мелкий чистый лом (10—20%
общего количества стального, лома в шихте); на лом известняк
(6—7% массы металлической шихты) и иногда боксит; иногда же
вместо известняка применяют известь. Это сокращает плавку стали
и сокращает расход чугуна, идущего на завалку. Поверх извест-
няка загружают боксит, после чего в течение 10—15 мин прогревают
известняк. На прогретый известняк загружают передельный чугун
(10—15% массы металлической шихты), затем стальную стружку,
на которую загружают крупный лом. После хорошего прогрева
металлической части шихты заваливают остальной чугун. При ра-
боте скрап-процессом на твердой завалке заправку порогов про-
водят быстро, чтобы предупредить заплывание их плавящимся
чугуном, загружаемым в конце периода завалки.
Плавление. Период плавления в печах, работающих скрап-про-
цессом, длится условно от конца завалки до полного расплавления
и является самым длительным периодом мартеновской плавки.
В период плавления полностью окисляется кремний и частично
марганец и фосфор, содержащиеся в передельном чугуне, а также
происходит процесс образования шлака. Для ускорения периода
плавления воздух обогащают кислородом, который при работе
печи на мазуте вводят в форсунки и вдувают вместе с воздухом
распылителями.
При выплавке углеродистых сталей содержание углерода сразу
же после расплавления не должно превышать более чем на 0,3%
допускаемого содержания углерода в готовой стали. Если углерода
содержится меньше, то в печь вводят соответствующее количество
передельного или зеркального чугуна.
К моменту полного расплавления стали образуется шлак из
окислов металлической части шихты, флюсов (известняк, боксит),
материала пода и кладки печи. Образование шлака до полного
расплавления способствует ускорению и интенсификации процессов
дефосфорации, обессеривания, кипения ванны. Для этого в печь
за 15—40 мин до полного расплавления стали вводят такое количест-
, « СаО
во извести и боксита, чтобы основность шлака ттт составляла
’ SiO2
1,5—2,0. Такой шлак содержит 30—35% СаО; 18—25% SiO2;
10—15% FeO. После расплавления этот шлак скачивают из печи
для снижения содержания фосфора в стали. После спуска шлака
наводится новый шлак нормальной основности (СаО ^40% и
SiO2 20%) из свежеобожженной извести и боксита.
По окончании наведения нового шлака ванну переводят на
режим «чистого кипения», происходящего только за счет кислорода,
содержащегося в жидкой ванне. При этом постоянно повышают
основность шлака, доводя ее к моменту окончания кипения до
2,2—3,5. В период чистого кипения в стали увеличивается содержа-
ние марганца за счет его восстановления из шлака. Одновременно
происходит окисление углерода со скоростью около 0,25% в час.
Скорость окисления углерода может быть повышена подачей кисло-
364
рода в ванну. Чистое кипение способствует очистке стали от раство-
ренных газов и неметаллических включений. Период чистого кипения
наиболее ответственный, поэтому в этот период плавки периоди-
чески контролируют состав стали и шлака.
После получения в стали заданного количества углерода про-
изводят предварительное раскисление силико-
марганцем, силикошпигелем и доменным ферросилицием. Через
5—10 мин приступают к окончательному раскислению и доведению
стали до заданного химического состава. При выплавке легирован-
ных сталей добавки в виде ферросплавов вводят в печь в разное
время: никель — в начале плавки вместе с завалкой, хром — после
предварительного раскисления, молибден — в период дефосфорации
и наведения шлака и т. д.
Окончательное раскисление производят во время
выпуска стали в ковш или на желобе мелкораздробленным ферро-
силицием ФС45 или ФС75. Для раскисления в ковш вводят 0,8—1 кг
алюминия на 1 т стали.
Интенсификация мартеновского процесса кислородом. Основным
преимуществом применения кислорода в мартеновских печах явля-
ется повышение производительности печей и снижение расхода
топлива на 1 т стали, а также уменьшение количества продуктов
горения.
Интенсификацию мартеновского процесса осуществляют сле-
дующими способами: газификацией топлива дутьем, обогащенным
кислородом; подачей кислорода для обогащения воздуха горения;
расплавлением заваленного в печь скрапа кислородной струей
и прямым окислением примесей ванны.
Существует несколько способов подачи кислорода для обога-
щения воздуха. Наиболее распространен способ подачи кислорода
непосредственно в головки мартеновской печи. В печах с газовым
отоплением кислород вводят в газовую струю на выходе последней
из газового канала в печь. Расход кислорода при обогащении воз-
духа в печах, отапливаемых жидким топливом, колеблется в преде-
лах 15—25 м3/т, а в газовых печах составляет 35 м3/т. Воздух обо-
гащают кислородом главным образом в период завалки и расплав-
ления. Производительность печи при этом увеличивается на 10—12%.
Для ускорения процесса расплавления вводят струю чистого
кислорода на скрап, заваленный в печь. Плавить скрап кислород-
ной струей необходимо после нагрева его до 1400° С. Для ускорения
процесса окисления углерода применяют метод окисления металла
чистым кислородом, вводимым непосредственно в ванну. При таком
прямом окислении металла кислородом значительно лучше уда-
ляются фосфор и сера.
Прямое окисление кислородом осуществляют при помощи тру-
бок или специальных сопл с водяным охлаждением, которые уста-
навливают в передней или задней стенках, а иногда в своде печи.
Удельный расход кислорода при прямом окислении углерода ванны
2>5—5,0 м3/т.
365
Кислый мартеновский процесс обычно используют для выплавки
высококачественных сталей. Окислительная способность шлака
в кислом мартеновском процессе ниже, чем в основном, соответствен-
но ниже концентрации кислорода в сплаве. При плавке высокока-
чественных сталей применяют чистые по сере и фосфору исходные
шихтовые материалы и топливо с минимальным содержанием серы.
Используют два варианта кислого мартеновского процесса:
кремневосстановительный (пассивный) и с ограниченным восстанов-
лением кремния (активный).
При кремневосстановительной кислой мартеновской плавке
процесс ведут так, что кремний восстанавливается из шлака и
материала пода печи. Количества восстановившегося кремния
достаточно для получения спокойной стали без введения дополни-
тельных раскислителей.
При процессе с ограниченным восстановлением кремния в
печь вводят железную руду или окалину для повышения окислитель-
ной способности шлака и понижения его температуры. Это способ-
ствует уменьшению восстанавливаемого кремния до 0,1—0,12%.
Наряду с железной рудой или окалиной применяют также добавку
в шлак извести, которая снижает в нем концентрацию кремния.
§ 2. ПЛАВКА В ОСНОВНЫХ И КИСЛЫХ ДУГОВЫХ
И ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ
Особенности плавки в дуговых печах. Главными особенностями
электродуговой плавки являются следующие: возможность полу-
чения в плавильном пространстве печи восстановительной атмо-
сферы; более горячий шлак, разогреваемый дугами, позволяет
получать жидкие, высокоактивные шлаки с содержанием FeO
в 10 раз меньшим, чем в мартеновском процессе; отсутствие в атмо-
сфере печи кислорода и, как следствие, ведение окислительных
процессов только за счет железной руды или вдуваемого в ванну
кислорода, меньший угар элементов.
Однако в зоне горения дуги больше вероятность образования
активного азота, который может растворяться в жидкой стали.
Поэтому сталь электродуговой плавки содержит больше азота,
чем мартеновская.
Восстановительная атмосфера в печи, наличие основного шлака
и более высокие температуры перегрева стали способствуют пони-
жению содержания серы в стали.
Плавку в дуговых печах применяют при изготовлении мелких
и средних стальных отливок. Емкость садки печей в цехах фасонного
стального литья колеблется от 0,5 до Ют, а на заводах тяжелого
машиностроения до 30 т. Выбор процесса плавки зависит от сорта
стали и требуемой чистоты ее по сере и фосфору.
Печи с основной футеровкой применяют при изготовлении отли-
вок ответственного назначения из высокопрочной конструкционной
легированной или жаропрочной стали. В них можно получить
366
сталь с низким содержанием серы и фосфора. Плавку стали в печах
с кислой футеровкой производят только на чистых по содержанию
серы и фосфора шихтовых материалах.
Наиболее простым и удобным в обслуживании сталеплавильным
агрегатом является кислая дуговая электропечь. При кислом про-
цессе электроплавки достигается большая стойкость футеровки,
снижается ее стоимость, уменьшаются расход электроэнергии и
продолжительность плавки, сталь лучше раскисляется. Поэтому
кислый процесс электродуговой плавки в литейных цехах применяют
чаще основного.
Плавка в кислых дуговых печах. При кислом процессе футеровку
печи выполняют из динасового или хромомагнезитового кирпича,
иногда применяют металлический водоохлаждаемый свод.
Подготовка печи к плавке состоит в очистке печи от остатков
шлака и металла предыдущей плавки, заправке пода, откосов
и стен новыми материалами. Для заправки применяют кварцевый
песок, содержащий не менее 96% SiO2 и не более 1% примесей.
Шихту загружают в следующем порядке: на под — половину
мелкой шихты, в зону действия электродов — среднюю и крупную
шихту, сверху ее засыпают остатками мелкой шихты. Содержание
углерода в шихте должно быть на 0,2—0,3% выше нижнего предела
в готовой стали. Количество кремния и марганца берется таким,
чтобы после расплавления в стали было 0,03—0,1% Si и
0,12—0,2% Мп.
Главная особенность кислого процесса электроплавки состоит
в том, что плавка ведется под кислым шлаком, содержащим до
65% кремнезема. Под таким шлаком фосфор и сера не удаляются,
поэтому содержание серы и фосфора в шихте должно быть мини-
мальным— ниже на 0,01 % пределов, допускаемых в отливках.
После расплавления определенного количества шихты, кото-
рое проводят максимально быстро, наводят оборотный шлак от
предыдущей плавки, состоящий из 38—45% SiO2, 22—28% FeO,
0,18—26% МпО и 6—7% СаО.
Окисление углерода и других примесей, происходящее в период
кипения ванны, уменьшает содержание углерода на 0,15—0,2%
за 25—30 мин кипения ванны. Для предупреждения восстановления
кремния в период кипения в шлак добавляют известняк, понижаю-
щий концентрацию SiO2 в шлаке.
После получения шлака светло-зеленого, дымчатого или светло-
голубого цвета приступают к раскислению стали. Предварительное
раскисление производят ферросилицием или силикомарганцем,
а окончательное — присадкой алюминия в ковш при выпуске стали.
Плавка в основных дуговых печах. При основном процессе
Футеровку в печи делают из специального электрометаллургического
магнезита, наваренного на магнезитовый кирпич, который уклады-
вают на слой теплоизоляционного кирпича. Плавку в печах с ос-
новной футеровкой можно производить двумя способами: с окисле-
нием или без окисления. Плавку с окислением металла производят
367
при использовании шихты, химический состав которой неизвестен,
или шихты, засоренной фосфором, а также при выплавке низко-
углеродистых сталей. Особенность этого способа состоит в наличии
периода кипения ванны, происходящего вследствие окисления
углерода, а также кремния, марганца, фосфора, хрома и других
элементов кислородом железной руды, добавляемой в печь.
Плавка с окислением металла включает сле-
дующие этапы: заправку печи, загрузку шихты, плавление, дефос-
форацпю, кипение, скачивание кислого шлака, науглероживание,
раскисление, обессеривание и доводку. Этапы дефосфорации, кипе-
ния и скачивания шлака составляют окислительный период плавки,
этапы науглероживания, раскисления, обессеривания и доводки —-
восстановительный период плавки.
В окислительный период плавки окислительный шлак наводят
за 30—60 мин до полного расплавления шихты, для чего вводят
железную руду, обожженную известь и плавиковый шпат. Затем
в печь загружают железную руду и известь. Посде их расплавления
и взаимодействия с металлом 60—70% шлака скачивают и вновь
наводят шлак, повторяя операцию до 3 раз. В результате содержание
фосфора в стали понижается до 0,01%. После дефосфорации начи-
нается период кипения стали, обезуглероживания. Периодической
присадкой прокаленной руды в ванну поддерживают ее кипение;
затем одновременным повышением температуры и уменьшением
подачи руды переводят ванну в режим чистого кипения (т. е. за счет
кислорода, содержащегося в ванне). Перед чистым кипением ска-
чивают окислительный шлак. К концу окислительного периода
содержание углерода в стали должно быть на 0,02—0,03% меньше
нижнего предела в готовой стали, а содержание фосфора не более
0,015%.
Восстановительный период плавки является наиболее ответст-
венным. В этот период плавку можно вести различными способами,
которые отличаются характером физико-химических процессов
взаимодействия между расплавом и шлаком. При выплавке стали для
отливок чаще всего используют вариант плавки под белым шлаком
с раскислением стали ферросплавами в начале восстановительного
периода. Белый шлак имеет состав: 60—65% СаО, 14—16% SiO2,
10—12% МпО; 5—10% CaF2, 2,5—4,0% А12О3 и до 1,5% FeO.
Белый шлак наводят следующим образом: после скачивания
окислительного шлака в сталь вводят ферромарганец для доведе-
ния содержания марганца в требуемых пределах, затем на зеркало
расплава загружают смесь из 80% извести и 20% плавикового
шпата, в количестве от 1,5доЗ% массы расплава. После образования
жидкого шлака наводят белый шлак из извести, плавикового
шпата и пылевидного кокса в соотношении 8:2:1. Как только
шлак станет светлым, в смесь, подаваемую в печь, добавляют поро-
шок ферросилиция, а количество кокса уменьшают. До конца
плавки белый шлак поддерживают подачей в печь восстановительной
смеси из извести, молотого ферросилиция, кокса и плавикового шпа-
368
та. Сталь выдерживают под белым шлаком около I ч. Количество
углерода в стали при этом увеличивается на 0,02—0,04 %. Поскольку
в белом шлаке содержится немного окислов железа и марганца, то
они переходят из металла в шлак.
Белый шлак можно получать двумя способами: 1) раскислением
шлака вначале углеродом, а затем кремнием; 2) раскислением
кремнием с самого начала восстановительного периода плавки.
Первый способ применяют при выплавке низкоуглеродистых сталей,
конструкционных сталей и легированных, содержащих более
0,15% С; второй — при выплавке нержавеющих и высоколегиро-
ванных сталей, содержащих до 0,15% С.
Плавка стали в индукционных печах. Особенностями процесса
плавки в тигельных индукционных печах являются следующие:
возможность плавки в любой атмосфере, состав которой можно
контролировать; отсутствие электрической дуги или иного тепло-
носителя, способного науглероживать металл или насыщать его
газами; непрерывное перемешивание ванны жидкого металла, что
выравнивает химический состав, облегчает дегазацию и всплывание
неметаллических включений; малая интенсивность взаимодействия
шлаков с ванной металла, в результате ограниченные возможности
управления процессом плавки с помощью регулирования состава
шлаков; высокие температуры, легкость регулирования темпера-
турного режима плавки.
Эти особенности наиболее полно можно использовать при плавке
легированных специальных сортов стали для отливок ответственного
назначения. Поэтому индукционная тигельная плавка находит
широкое применение именно в этой области.
Индукционные печи могут иметь основную и кислую футеровку.
Печи с основной футеровкой используют для плавки высоколеги-
рованных сталей с повышенным содержанием марганца, титана,
алюминия.
В индукционных тигельных печах процесс плавки протекает
в условиях недостатка кислорода, окислительные процессы плавки
затруднены, поэтому при выборе шихты исходят из того, что плавка
будет сводиться к переплаву шихты.
Шихтовые материалы в печь загружают так, чтобы пространство
между кусками было минимальным. Крупные куски укладывают
ближе к стенкам тигля, а мелкие’—в среднюю часть. Наиболее
тугоплавкие составляющие шихты укладывают в нижнюю часть
тигля.
Во время плавки шихту периодически осаживают, повышая,
плотность укладки нерасплавившихся кусков. После расплавления
шихты наводят шлак. Шлак защищает металл от окисления, сни-
жает угар элементов. При кислом процессе шлак наводят из смеси
шамота и стекла, а при основном из 70% обожженной извести,
20% плавикового шпата и 10% магнезитового порошка. Легирующие
элементы (ферромолибден, никель, медь) вводят в печь одновременно
с шихтой. Другие легирующие добавки вводят в такой последова-
369
тельности: феррохром, ферросилиций, ферротитан. Раскисление
стали производят в печи ферромарганцем и ферросилицием и в
ковше — алюминием (200 г на 1 т стали). В индукционных печах
с основной футеровкой можно вести плавку с окислением углерода
удалением фосфора и серы. Этот процесс чаще применяют при плавке
специальных сталей.
§ 3. ПЛАВКА В МАЛЫХ БЕССЕМЕРОВСКИХ КОНВЕРТОРАХ
Малые бессемеровские конверторы применяют для плавки
стали для фасонных отливок в цехах машиностроительных заводов.
Это объясняется высокой экономичностью и простотой процесса,
а также тем, что в конверторе можно
получить сталь высокого качества и
с более высокой температурой, чем
в большом бессемеровском конвер-
торе, применяемом в металлургиче-
ском производстве.
Малый бессемеровский конвертор
(рис. 223) представляет собой груше-
образный стальной, футерованный
динасовым кирпичом сосуд с боко-
выми отверстиями — фурмами (диа-
метр 30—45 мм). Конверторы с боко-
вым дутьем строят емкостью 500—-
3000 кг.
Процесс плавки в малом бессеме-
ровском конверторе происходит сле-
дующим образом. . Выплавленный в
вагранке чугун, содержащий 3,2—
3,5% С; 1,6—1,8% Si; 0,6—0,8% Мп;
до 0,05—0,07% S, заливают в подо-
гретый конвертор. В залитый чугу-
Рис. 223. Малый бессемеровский
конвертор:
1,2 — шамотный и динасовый кир-
пич; 3 — огнеупорная ' .набивка;
4 — засыпка
ном конвертор вдувается воздух под
давлением 2,5 кгс/см2 или кислород; конвертор устанавливают
в вертикальное положение так, чтобы фурма оказалась над поверх-
ностью металла.
Процесс плавки условно можно разделить на три периода.
В первом периоде при продувке окисляется, в основном,
железо, а затем начинают выгорать сначала кремний и марганец
за счет кислорода закиси железа, растворенной в металле.
Во втором периоде плавки, когда температура металла
в ванне конвертора поднимается за счет теплоты горения кремния
и марганца до 1450° С, начинает выгорать углерод. В результате
металл обезуглероживается.
В третьем периоде догорают примеси чугуна, которые
не успели выгореть в первом периоде, т. е. кремний и марганец.
Когда выгорят все примеси, начинает появляться бурый дым, ука-
370
зывающий на конец плавки. Раскисление стали производят
обычным способом. Конвертор наклоняют и останавливают дутье,
ресь процесс в малом бессемеровском конверторе длится 18—
20 мин.
Недостаток конверторного способа — при кислом процессе сера
и фосфор не удаляются, поэтому необходимо применять низко-
фосфористые чугуны. Этот недостаток можно устранить продувкой
чугуна кислородом, который понижает содержание закиси железа
в шлаке, или переходом на основную футеровку.
§ 4. ЗАЛИВКА, ОЧИСТКА И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК
Качество отливок во многом зависит от температуры заливки,
поэтому необходимо стремиться заливать формы сталью с высокой
температурой (от 1550 до 1450°С), хотя при этом в отливках возни-
кает больше напряжений и увеличивается склонность к образованию
горячих трещин. При заливке форм сталью с более низкой темпера-
турой в отливках появляется много газовых раковин и шлаковых
включений.
Сталь в формы можно заливать из стопорных, чайниковых н
других ковшей. Перед.выпуском стали из печи ковши должны быть
сухие и футеровка их нагрета докрасна; при недостаточном нагреве
ковша сталь в нем быстро охлаждается и в ковше образуются
настыли, особенно при литье низкоуглеродистой стали.
Выбивку отливок из форм можно производить теми же средствами,
что и отливок из серого и ковкого чугуна.
Очистка стальных отливок отличается от чугунных тем, что
от стальных отливок труднее удалять литники и прибыли; их при-
ходится отрезать кислородно-ацетиленовым пламенем или другими
способами. Так как на стальных отливках пригар больше, чем на
чугунных, то применяют, кроме обычных способов очистки, также
газопламенную очистку и обрубку пневматическими рубильными
молотками. Стальные отливки очищают до отжига и после. До отжига
очищают пригоревшую формовочную смесь, а щосле отжига —
окалину, образующуюся при отжиге.
Термическая обработка отливок. При затвердевании и охлажде-
нии стальные отливки имеют крупнозернистую структуру, обла-
дающую невысокими прочностными свойствами.
Для измельчения структуры и снятия внутренних напряжений
стальные отливки отжигают. После отжига увеличиваются предел
прочности при растяжении, относительное удлинение и ударная
вязкость стали. Температура отжига должна быть выше точки Ас3'
на диаграмме состояния на 30—50° С.
Выдержка отливок при температуре отжига должна быть такой,
чтобы обеспечить равномерный прогрев отливок по сечению. Для
тонкостенных отливок длительность нагрева около 1 ч, для более
крупных, толстостенных 4—6 ч. При выдержке отливок в печи более
371
оптимальной структура вновь может укрупняться. Отливки после
отжига охлаждают с печью.
Для придания отливкам тех или иных прочностных характе-
ристик, их кроме отжига подвергают различным видам термической
обработки.
Нормализацию применяют для измельчения первичной структуры
отливок, а также как подготовительную операцию для последую-
щей термической обработки. При нормализации отливки нагревают
выше точки Ас3, выдерживают и охлаждают по обычным режимам
отжига.
Высокий отпуск применяют для повышения ударной вязкости,
снижения твердости отливок. Для этого отливки нагревают до
500—600° С со скоростью 30—40° С/ч; выдерживают 1—2 ч и
охлаждают на воздухе.
Закалку в жидких средах (воде и масле) применяют для повышения
прочности и ударной вязкости мелких и средних отливок. Перед
закалкой отливки необходимо отжигать. Кроме этого, после окон-
чательной механической обработки стальные отливки подвергают
различным видам химико-термической обработки. Обычно проводят
предварительную термическую обработку (отжиг или нормализацию
с отпуском) для снятия внутренних напряжений, смягчения стали
для механической обработки и подготовки структуры к окончатель-
ной термической обработке, которая состоит из нормализации
и отпуска или закалки и отпуска (табл.54). Выбор режима терми-
ческой обработки отливок зависит от химического состава стали,
конструктивных особенностей отливок и технических условий.
Таблица 54
Рекомендуемые температуры нагрева при термической (|
обработке отливок из сталей, °C ; |
Марка стали Термическая обработка л .
предвари- тельная окончательная
Отжиг нлн нормализация Нормализа- ция Отпуск Закалка в масле • Отпуск
35Л — 860—880. 600—650 860—880 600—650
40Л — 860—880 600—650 860—880 600—650
35ГЛ — — X 850—870 600—650
40ХЛ — /' 850—870 600—650
35ХМЛ 880—900 860—880 600—650 860—880 600—650
зохнмл 880—900 860—880 600—650 860—880 600—650
Для углеродистой и низкоуглеродистой стали рекомендуются
следующие виды термической обработки: отжиг — для отливок,
склонных к образованию значительных внутренних напряжений;
нормализация — для простых отливок; нормализация и отпуск —
для отливок повышенного и особого качества, не склонных к силь-
ному короблению при ускоренном охлаждении на воздухе.
372
Нормализация с отпуском повышает пластические свойства и
«парную вязкость стали. При установлении режима термической
обработки стальных отливок необходимо учитывать, что отливки
можно загружать в печь, нагретую до температуры не выше 350° С.
Если отливки имеют очень сложную конфигурацию и в них возни-
кают внутренние напряжения, то при достижении в печи 650—700° С
следует делать выдержку в 2 раза меньшей продолжительности,
чем при максимальной температуре отжига или нормализации,.
Отливки после выдержки при отжиге следует охлаждать вместе
с печью до 300—350° С, мелкие и средние со скоростью 30—50° С/ч,
а более крупные и сложные 25—30° С/ч.
Температура отпуска зависит от требуемых механических свойств.
При повышении температуры отпуска после нормализации пласти-
ческие свойства улучшаются, а прочность несколько уменьшается.
Выдержка при отпуске отливок со стенками толщиной 25 мм состав-
ляет 2 ч, для массивных отливок на каждые 25 мм толщины прибав-
ляют сверх того 30 мин. После отпуска отливки охлаждают на воз-
духе, кроме тех случаев, когда возможно появление хрупкости, тогда
отливки необходимо охлаждать в воде. Легированные отливки под-
вергают закалке в масле, а отливки из стали 110Г13Л — закалке
в воде. Для снятия напряжений после закалки отливки подают
в нагретую печь для отпуска.
Раздел шестой
ПРОИЗВОДСТВО отливок
ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Из цветных сплавов получают фасонные отливки различной
конфигурации и массой от десятых долей грамма до десятков тонн
(например, масса судовых гребных винтов из медных сплавов
достигает 30 т и более).
В настоящее время темпы роста производства фасонных отливок
из цветных сплавов значительно опережают рост производства
отливок из стали и чугуна. Благодаря хорошим литейным свойствам
из большинства промышленных цветных сплавов можно изготовлять
отливки в песчаных формах и специальными способами литья:
в металлических формах, под давлением и т. д. Это позволило
повысить точность отливок, чистоту их поверхностей, уменьшить
припуски на обработку отливок.
В машиностроении наиболее широко применяют сплавы на
основе меди (медные сплавы), алюминия (алюминиевые сплавы),
магния (магниевые) и на основе цинка (цинковые).
ГЛАВА I
ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
§ 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА МЕДНЫХ СПЛАВОВ
Отливки из медных сплавов применяют во всех отраслях про-
мышленности для изготовления арматуры, подшипников, шестерен,
втулок, гребных винтов и др. Медные сплавы значительно дороже
чугуна и стали, однако благодаря своим высоким антифрикцион-
ным и антикоррозионным свойствам широко применяются в промыш-
ленности.
Медь — дефицитный и дорогостоящий металл, поэтому кон-
структоры должны стремиться всюду, где это можно, заменять
детали из медных сплавов чугунными, стальными, пластмассо-
выми.
374
Плотность меди 8,9 г/см3, температура плавления 1083° С,
предел прочности при растяжении около 20 кгс/мм2 и удлинение
40—50%.
Для приготовления медных сплавов применяют медь марок Ml,
до2, М3 и М4 с содержанием 99,90—99,00% Си. Примеси в меди;
висмут, сурьма, мышьяк, олово являются нежелательными, так как
снижают ее свойства. Нежелательной примесью в меди является
и кислород, растворяющийся в меди во время плавки. Закись меди
Си2О при затвердевании образует с медью хрупкую эвтектику
Си—Си2О, которая отрицательно влияет на пластическую обработку
меди и снижает ее электропроводность. Медь обычно раскисляют
небольшим количеством фосфора, так как он снижает прочность,
электро- и теплопроводность.
Чистую медь редко применяют для отливок из-за низких меха-
нических и литейных свойств. Поэтому чаще применяют сплавы
на основе меди.
Медные сплавы подразделяют на бронзы и латуни. Бронзы,
в свою очередь, делят на оловянные (сплавы меди с оловом) и без-
оловянные (сплавы меди с алюминием, свинцом, кремнием, берил-
лием, марганцем, никелем и др.). Латуни представляют собой
сплавы меди с цинком (простые или двойные) или многокомпонент-
ные сплавы с добавками алюминия, кремния, марганца, никеля,
железа, свинца и др.
Оловянные бронзы. Современные промышленные оловянные брон-
зы содержат 2—14% Sn; 4—15% Zn; 4—20% Pb; 1—5% Ni; до 1% P
и другие компоненты. Олово повышает механические и антифрик-
ционные свойства, коррозионную стойкость сплава. Цинк улучшает
механические свойства, облегчает сварку и пайку. Свинец повышает
антифрикционные свойства.. Никель повышает антифрикционные
и механические свойства, улучшает структуру бронз со свинцом,
способствуя измельчению свинцовых включений. Фосфор повышает
износостойкость, антифрикционные и литейные свойства (жидко-
текучесть), но при содержании более 0,04% снижает прочностные
свойства. Оловянная бронза плавится при 1000—1050° С, темпера-
тура заливки 1100—1150° С. Линейная усадка оловянной бронзы
меньше 1 %. Присадка алюминия в оловянную бронзу сильно
снижает жидкотекучесть, ухудшает прочность и увеличивает
пористость отливок.
Бронзы, содержащие до 5% Sn, называют низкооловянными,
а больше 5% Sn —высокооловянными. Расплавы бронз, предназ-
наченные для изготовления отливок, приготовляют из чистых мате-
риалов (главным образом из высокооловянных) и из вторичных
сплавов стандартного состава (в основном низкооловянные бронзы)
переплавкой лома и отходов.
Высокооловянные бронзы из-за дефицитности и высокой стои-
мости олова применяют в ограниченном количестве, в основном
Для изделий ответственного назначения, от которых требуются
высокая коррозионная стойкость и износостойкость.
375
Из бронзы Бр. ОФ 10-1 (10% Sn и 1% Р) изготовляют подшип-
ники, шестерни и другие детали, от которых требуется высокая
износостойкость при высоких давлениях и недостаточной смазке.
Бронзу Бр. ОЦС 6-6-3 используют для втулок и арматуры
Бр. 010 — для подшипников, втулок и других деталей, бронзу
Бр. ОЦСН 3-7-5-1 — для арматуры, работающей в среде воды, пара
при давлении до 25—50 кгс/см2; бронзу Бр. ОЦ 10-2 — для арма-
туры, работающей в морской воде под давлением до 300 ат.
Наиболее вредными примесями в оловянных бронзах считают
алюминий и кремний. Алюминйй даже в сотых и тысячных долях
резко снижает механические свойства и особенно герметичность.
Безоловянные бронзы. Оловянные бронзы дефицитны, поэтому
в промышленности широко применяют бронзы, не содержащие
олова, которые по ряду свойств превосходят оловянные и служат
их заменителями. Большинство оловянных бронз, как правило,
многокомпонентные сплавы. Механические свойства безоловянных
бронз значительно выше оловянных и, кроме того, они имеют доста-
точно высокие антифрикционные и коррозионные свойства.
Наибольшее распространение получили алюминиевые
бронзы (8—10% А1). Железо, входящее в состав алюминиевых
бронз, измельчает структуру, повышает прочность и антифрикцион-
ные свойства. Никель, как и железо, повышает прочность, износо-
стойкость и при повышенных температурах (до 500° С) сообщает
бронзам свойства выше свойств оловянных бронз при нормальных
температурах. Марганец повышает механические, коррозионные
и технологические свойства алюминиевых бронз.
Для повышения антифрикционных свойств в литейные алюми-
ниевые бронзы вводят свинец. Усадка алюминиевых бронз больше
усадки оловянной бронзы. Алюминиевые бронзы склонны к трещи-
нообразованию при затрудненной усадке, имеют повышенную газо-
насыщенность и окисляемость при неблагоприятных условиях
плавки и заливки, стойки при работе в пресной и морской воде
и во многих агрессивных средах, хорошо сопротивляются удару.
Кроме алюминиевых бронз в машиностроении применяют и дру-
гие безоловянные бронзы: кремнистые, марганцевые, бериллиевые
и др. Например, из кремнистой бронзы Бр. АЖ 9-4Л изготовляют
фасонные отливки арматуры, втулок, шестерен и др.
Литейные латуни. Наибольшее распространение получили крем-
нистые, марганцевые, никелевые, свинцовые, алюминиевые латуни.
Кремнистую латунь широко применяют для произ-
водства фасонных отливок, так как она обладает хорошей жидко-
текучестью и высокими литейными свойствами (латуни марок ЛК
80-ЗЛ и ЛКС 80-3-3). Отливки из кремнистой латуни хорошо обра-
батываются. Введение в кремнистую латунь 3% РЬ придает сплаву
хорошие антифрикционные свойства. Кремнистая латунь ЛКС 80-3-3
обладает повышенными антифрикционными свойствами и более
высокой, чем оловянная бронза, химической стойкостью в серной
кислоте.
376
Марганцевые латуни применяют в морском судо-
строении для отливок гребных винтов, лопастей и других изделий,
работающих в морской воде в условиях значительных нагрузок.
Марганцевую латунь ЛМцОС 58-2-2-2 используют для изготовле-
ния червячных шестерен и втулок; латунь ЛМцЖ 55-3-1 — для
деталей морских судов и деталей, работающих при температурах
выше 300° С.
Многокомпонентные латуни типа ЛМцЖ 52-4-1
обладают наиболее высокими из всех латуней прочностными свойст-
вами и применяются для подшипников и арматуры.
Свинцовую латунь ЛС 59-1Л применяют для изготов-
ления отливок под давлением, центробежным способом и жидкой
штамповкой. Эта латунь хорошо механически обрабатывается,
имеет удовлетворительные механические свойства.
§ 2. ОСОБЕННОСТИ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ
Формы изготовляют из формовочных материалов, обладающих
минимальной газотворной способностью, небольшой влажностью,
максимальной газопроницаемостью и высокой огнеупорностью.
Содержание углекислых солей в формовочной смеси должно быть
не более 1 % вследствие того, что при 700—800° С соли диссоциируют,
выделяя углекислый газ, который образует в отливках раковины
или пористость. Для отливок из бронзы и латуни можно применять
также стержневые смеси того же состава, что и для чугунного литья,
но с более мелким песком (табл. 55).
Стержни следует покрывать краской, состоящей из 60% талька,
40% бентонита и воды. Плотность краски 1,25 г/см3.
Изготовление форм для отливок из медных сплавов ничем не
отличается от изготовления их для чугунных отливок. Для простых
отливок (типа втулок) из оловянной бронзы рекомендуется приме-
нять дождевую литниковую систему (рис. 224, а, б) или подвод
металла сверху (рис. 224, в, г). На массивные фланцы в нижней
части формы следует устанавливать холодильники 1, а в верхней
части формы — прибыли и этажную литниковую систему с подво-
дом в массивный фланец (рис. 224, д'). Для коротких втулок с флан-
цем следует применять верхний подвод металла с установкой при-
былей (рис. 224, е). При формовке втулок в горизонтальном положе-
нии можно подводить металл также двумя способами (рис. 224, ж).
При горизонтальном и вертикальном расположении фасонной
отливки в форме (рис. 224, з) на массивную часть следует устанав-
ливать прибыль 2 и подводить к ней литник 3.
Чтобы обеспечить плавное заполнение формы и устранить удар
металла о стержень при горизонтальном расположении литникового
хода, при отливке тройников (рис. 224, и) питатели следует распо-
лагать под углом, обратным направлению движения металла.
Аналогично поступают и при вертикальной заливке тех же отливок
(Рис. 224, к). При изготовлении отливок из кремнистой бронзы
377
3
3*
3
Состав и свойста формовочных и стержневых смесей для отливок из медных сплавов (данные ЗИЛа)
• *
Свойства | о । g-SS ° So со X 2 я а 3 Tf О О г- г- to o
Предел прочности при сжатии, кгс/см4 по-сухому 5,0— 7,0 .4,0—6,0
по-сырому 1 ' ' 00 ю CD CD О О О О о о 1 1 1 1 LQ Ю 8 © ° О О
Влаж- ность, % СЭ <0 .1^ \г$ Ю ’Т =1 4 П** Сф* 00
Состав r 1 Связу- ющее ПС [ные смеси вые смеси । 0,1 1,14
Добавка ± и о 5 ь Ф &-< S S з 1 L О’ fl е 1 | g u Н 1 vp 2 S? со « ' сч
Отрабо- танная смесь' со сч .. о о> II 00 00
। Песок П01 о о о |
(я) угойт Tt о О о 1 СО* 00* —* 1 00 о>
Сплавы 1 Бронзы Латуни Латуни и бронзы Бронзы
378
и марганцевой латуни металл подводят снизу, в нижнюю прибыль.
Кроме того, применяют фильтровальные сетки.
Рис. 224. Литниковые системы для отливок из оловяииых бронз
Обычно применяют литниковые системы незаполненные, расши-
ряющиеся с соотношением '
Лт •’ Ршл ' Fmn = 1:2:2 или 1:2:4, или 1:4:4.
Площадь поперечного сечения стояка, как Наиболее узкого
места литниковой системы, рассчитывают по формуле (6), продолжи-
тельность заливки по формуле (7а).
§ 3. ОСОБЕННОСТИ ПЛАВКИ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
Медные сплавы плавят в тигельных, пламенных, дуговых и индук-
ционных печах. К недостатку плавки в тигельных и пламенных
-Печах следует отнести большой расход топлива и угар металла.
Поэтому плавку лучше производить в дуговых печах.
379
Угар меди при плавке в дуговой печи типа ДМК (рис. 225)
составляет 0,4—0,7% массы шихты, а при переплавке стружки —
1,0-1,5%.
В качестве шихтовых материалов применяют медь марок МО,
Ml, М2; цинк Ц1, Ц2, ЦЗ и олово не ниже марки 03; свинец марок
Cl, С2; паспортную бронзу и латунь; отходы собственного произ-
водства, переплавленную стружку бронзы и латуни, а для раскис-
ления — фосфористую медь всех марок.
Шихту для плавки бронзы рекомендуется составлять из (не
более) 40'% отходов собственного производства и 30% чушек пере-
плава ИЗ стружки, для
плавки латуни — из 30—
40% отходов собственного
производства, а осталь-
ное — чистые свежие мате-
риалы и лигатуры.
Шихту с большим со-
держанием свежих материа-
лов используют для высоко-
качественных отливок. Для
менее ответственных отли-
вок в шихте используют
вторичную бронзу.
Плавка оловянных
бронз. Перед началом за-
грузки плавильную печь
Рис. 225. Дуговая вращающаяся электро-
печь:
/ — электрод; 2 — футеровка; 3 — кожух;
4 — ролик
тщательно очищают от шла-
ка и остатков металла, за-
тем нагревают футеровку
до 600—700° С (вишнево-
красного каления футе-
ровки). Если в состав металла предыдущей плавки входили вред-
ные для оловянной бронзы примеси (кремний, алюминий и др.),
то необходимо сделать промывную плавку.
Сначала в печь загружают медь. Если всю медь нельзя загрузить
в печь сразу, то ее загружают по частям по мере расплавления.
Никель, если он входит в состав шихты, загружают вместе с медью
В период расплавления шихты в печи происходит окисление еще
не расплавившейся меди (твердой меди) и на ее поверхности обра-
зуется СиО (окись меди). В этот период окисляются и другие при-
меси, входящие в шихту. После расплавления шихты жидкий рас-
плав покрывается слоем шлака, который содержит большое коли-
чество окиси меди. На расплавившийся металл насыпают слой дре’
весного березового сухого угля для предохранения металла от
окисления и угара.
Более эффективным средством против угара и окисления металла
при плавке в печи является жидкий флюс. При плавке оловянных
бронз в печах с шамотной футеровкой применяют следующий
380
(Ьдюсы: 1) 41—47% SiO2; 25—32% МпО; 10—15% Na2O; 11—14%
д|2О3; 2) 50% SiO?; 30% Na2B4O7; 20% СаО. Расход флюсов на
плавку составляет 2—2,5% массы шихты.
При плавке бронзы в печах с основной футеровкой применяют
флюсы из буры Na2B4O7 и смеси, состоящей из 10—30% кварцевого
песка и буры, или из смеси, содержащей 50% кальцинированной
соды и 50% плавикового шпата. Смеси с плавиковым шпатом при-
меняют, если плавку ведут в графитовых тиглях, так как плавико-
вый шпат разъедает шамотную футеровку.
Расплавленный сплав нагревают до 1200° С и производят рас-
кисление 0,3—1,0% фосфористой меди (в зависимости от степени
окисленности меди).
После раскисления в ванне медь тщательно перемешивают,
удаляют шлак и в несколько приемов вводят в расплав входящие
в состав шихты отходы и чушки переплава из стружки. Каждую
новую порцию отходов и чушек вводят в ванну после расплавления
предыдущей. Перед введением в ванну шихтовые материалы
должны быть подогреты до 100—150° С на пороге печи.
Затем расплав нагревают до 1160—1200° С и присаживают в
печь цинк, предварительно подогретый до 150° С. Сплав тщательно
перемешивают, вторично подогревают сплав и вводят предварительно
подогретое олово. Свинец, если он входит в состав шихты, загру-
жают вместе с оловом. Медь подогревают до 1250—1280° С и выдер-
живают при этой температуре 5—10 мин, после чего берут пробу.
При отсутствии окислов и пузырей в пробе сплав выпускают из печи
в подогретые ковши. При заливке тонкостенных деталей присадку
вводят в ковш (0,1—0,2% фосфористой меди) для увеличения
жидкотекучести бронзы. Формы заливают при температуре сплава
1150—1170° С.
Плавка и разливка алюминиевых бронз. В качестве шихтовых
материалов, кроме ранее указанных, применяют марганец металли-
ческий, мягкое железо в обрезках листов и проволоки или дробленой
стружки (без масла, эмульсии и других загрязнений), алюминий
первичный, лигатуры, содержащие железо, марганец, никель,
алюминий и отходы собственного производства, а также раскисли-
тель меди.
Лигатуру можно изготовлять в тех же печах, что и медные сплавы.
Шихтовые материалы загружают в подготовленную и нагретую-
До 700° С плавильную печь. Сначала на под печи загружают медь
и железо для плавки сплавов Бр. АЖ 9-4Л, Бр. АЖМц 10-3-1,5
и Бр. АЖН 10-4-4Л. После загрузки меди и железа в печь загружают
хорошо просушенный березовый уголь для предохранения металла
от окисления и угара, причем в течение всей плавки необходимо
Держать ванну покрытой древесным углем. Вместо древесного угля
применяют флюс, содержащий 90% битого стекла и 10% полевого
Шпата.
Шихта должна расплавляться интенсивно. После расплавления
°Коло 2/3 загруженной шихты производят покачивание печи для
381
уменьшения износа футеровки и ускорения процесса плавки
После расплавления всей шихты и подогрева металла до 1200° Q
медь раскисляют фосфористой медью. Затем дают присадку лига-
туры медь-марганец или металлического марганца, а также лига-
туры: медноалюминиевожелезную, медножелезную и в последнюю
очередь медно-алюминиевую. Такой порядок ввода лигатур приме-
няют при изготовлении любого сплава.
Если в сплав вводят никель, марганец и железо без лигатур,
то сначала загружают железо, марганец, затем никель. Все чистые
металлы вводят в сплав перед лигатурами. Все лигатуры перед
присадкой в ванну с расплавленным металлом предварительно
подогревают. Алюминий предварительно подогревают и вводят
осторожно, в несколько приемов, перемешивая сплав после введения
каждой порции. Перед выпуском сплава берут технологические
пробы на усадку и изгиб. Технологические пробы на усадку изго-
товляют в сухих цилиндрических песчаных формах, пробы на из-
гиб — в чугунных или графитовых изложницах. Сплав в печи нагре-
вают до 1200—1250° С и выпускают в подогретые разливочные ковши.
Плавка и разливка кремнистой латуни ЛК 80-ЗЛ. В качестве
шихтовых материалов применяют чушки паспортной кремнистой
латуни, возврат и отходы кремнистой латуни, переплав стружки
кремнистой латуни, цинк и кристаллический кремний. Шихту со-
ставляют из переплава стружки и возврата собственного произ-
водства. После подготовки и подогрева плавильной печи загружают
чушки паспортной латуни и расплавляют их. Затем счищают шлак
и загружают отходы производства и переплав стружки ЛК 80-ЗЛ.
После расплавления отходов сплав нагревают до 1120—1150°С,
тщательно перемешивают, счищают шлак и берут технологические
пробы на излом. Подшихтовку сплава по кремнию в случае необ-
ходимости производят при помощи меднокремниевой лигатуры.
Технологическая проба в изломе должна иметь мелкозернистую
плотную структуру со светлым оттенком и углом излома не менее 30°.
Рекомендуемая температура заливки форм 980—1080° С, а пробных
фасонных образцов 1000—1020° С.
Температуру медных сплавов измеряют термопарами — хро-
мель-алюмелевой или платино-платинородиевой. Можно поль-
зоваться хромель-алюмелевой термопарой с открытым спаем (без
чехла). Перед погружением термопары в жидкий расплав ее нагре-
вают до 800—900° С.
ГЛАВА II
ПРОИЗВОДСТВО отливок из АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
§ 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Алюминиевые сплавы широко применяют в различных отраслях
промышленности: авиационной, автомобильной, тракторной и ДРУ'
гих отраслях машиностроения. Они обладают высокой прочностью-
382
хОрошими литейными свойствами, коррозионной стойкостью, тепло-
проводностью, электропроводностью. Из алюминиевых сплавов
можно изготовлять сложные прочные и плотные отлибки — легкие
с хорошей обрабатываемостью.
В соответствии с химическим составом и свойствами различают
пять групп алюминиевых литейных сплавов.
Первая группа — сплавы алюминия с магнием, содержащие
более 4% Mg. К этой группе сплавов относятся сплавы. АЛ8, АЛ27,
AJI13, АЛ22, АЛ23 и др. Эти сплавы обладают малой плотностью,
высокой коррозионной стойкостью, подвергаются термической обра-
ботке для повышения механических свойств.
Сплавы первой группы являются твердыми растворами и после
закалки обладают повышенной пластичностью, применяют для силь-
но нагруженных деталей. Однако эти сплавы плохо работают при по-
вышенных температурах вследствие распада твердого раствора
при нагреве.
Вторая группа — сплавы алюминия с кремнием (силумины,
содержащие более 5% Si), а также сплавы алюминия с кремнием
и добавкой других элементов: магния, меди, марганца. К этой группе
относятся сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9.
Алюминиевокремниевые сплавы образуют эвтектику с 11,6% Si.
Силумины, содержащие 9—14% Si, близкие к эвтектическому соста-
ву, обычно модифицируют солями натрия и калия в ковше, что
измельчает структуру и улучшает механические свойства сплава.
Сплавы этой группы имеют хорошие литейные свойства: малую
усадку, высокую жидкотекучесть, хорошую герметичность, малую
склонность к образованию горячих трещин. Сплав АЛ2 применяют
для сложных отливок при литье в песчаные формы, кокиль и под
давлением. Сплавы АЛ2 и АЛ9 содержат магний и отличаются повы-
шенной прочностью, применяют для крупных нагруженных отливок
(картеров, блоков двигателей и т. д.).
Третья группа — сплавы алюминия с медью, содержащие более
4% Си. К ним относятся сплавы АЛ7, АЛ7В, АЛ 19. Эти сплавы
имеют пониженные литейные свойства и малую коррозионную стой-
кость. Сплав АЛ7 применяют для нагруженных, но простых по кон-
фигурации отливок, сплав АЛ19 — для изготовления ответственных
нагруженных деталей.
Четвертая группа — сплавы на основе системы алюминий —
кремний — медь с добавкой 0,2—0,8% Mg и 0,2—0,9% Мп.
Пятая группа — сплавы сложного химического состава, содер-
жащие кремний, цинк, никель, магний, марганец. Эти сплавы обла-
дают большой плотностью, хорошими механическими свойствами,
повышенной жидкотекучестью, но склонны к образованию горячих
Сплавы АЛ1 и АЛ25 обладают жаростойкостью, и их приме-
няют для деталей, работающих при повышенных температурах
'порщни двигателей внутреннего сгорания, головки цилиндров
383
Таблица 56
Состав некоторых литейных алюминиевых сплавов, %
Марка сплава Основные компоненты (А1 — остальное) Прочие компоненты Примеси, не более
Mg Si Мп Си 3 К Д Сумма учи- тываемых примесей
АЛ2 — 10,0—13,0 — — — 0,8 1,0 1,5 2,2—2,8 .
АЛЗ 0,35—0,6 4,5—5,5 0,6—0,9 1,5—3,0 — 0,6 1,2 1,5 1,2—2,0
АЛЗВ 0,2—0,8 4,0—6.0 0,2—0,8 1,5—3,5 . 1,0 ' 1;2 1,5 1,3—1,8
АЛ4 0,17—0,3 8,0—10,5 ’ 0,20—0,5 — — 0,6 0,9 1,0 1,2—2,6
АЛ9 0,2—0,4 6,0—8,0 — — , — .0,6 1,0 1,5 1,2—2,1
АЛ8 ' 9,5—11,5 — — — — 0,3 0,3 — 1,3
АЛ13 4,5—5,5 0,8—1,3 0,1—0,4 — — 0,5 0,5 1,5 0,7—1,9
АЛ7 — — — 4,0—5,0 — 1,0 1,0 — 2,2
АЛП , 0,1—0,3 6,0—8,0 — — 7—10 Zn 0,8 1,2 1,5 1,8—2,6
АЛ1 1,25—1,75 1 3,75—4,5 1,75—2,25 Zn 0,8 0,8 1,5
Примечание 3 — литье в песчаные формы; К — в кокиль; Д — под давлением.
l/2 13 Титов
Механические свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов
Таблица 57
( Марка сплава Способ литья . Термическая обработка Механические свойства
Закалка Старение1 Предел проч- ности при растяжении, кге/мма Относитель- ное удлинение. % НВ
Температура нагрева, °C Выдер- жка, ч Охлаждающая среда Температура нагрева, сС Выдер- жка, ч
АЛ2 3, к 15 4 50
д — — — — — - 16 2 50
АЛ4 3 535 2—6 175 15 23 3 65
- к 535 2—6 Вода 50—100 °C 175 Z 15 23 3 70
3 535 12 18 4 50
АЛ9 к — — —* ' 16 2 50
535 12 Вода 50—100 °C 150 1—3 20 2 50
д •— — — — — 15 1 50
АЛ8 3 435 15—20 Вода 20—80 °C — — 28 9 60
АЛ13 от' — — — — — 15 1 55
3 515 10—15 Вода 50—100 °C 20 6 60
АЛ7 к 515 10—15 150 2—4 22 3 70
АЛИ 3 — . 20 2 80
к — — — — — 25 , 1,5 х 90
АЛ1 3, к 515 2—4 Вода 50—100 °C 220 2—4 .20 0,5 95
- или воздух •
* Охлаждающая среда — воздух.
Отливки из алюминиевых сплавов во многих случаях подвергают
термической обработке. Различают восемь видов термической обра-
ботки отливок из алюминиевых сплавов. Низкотемпературный
отпуск (искусственное старение) применяют для улучшения обра-
бать/ваемости отливок и повышения механической прочности таких
сплавов, как АЛЗ, АЛ5; отжиг — для снятия внутренних напряже-
ний, а закалку — для повышения прочности деталей из сплавов
АЛЗ, АЛ4, АЛ7 и АЛ8. В некоторых случаях прочность сплава
после термической обработки увеличивается почти в 2 раза, напри-
мер прочность сплава АЛ8 возрастает с 13 до 28 кгс/мм2. Состав не-
которых алюминиевых сплавов приведен в табл. 56, механические
свойства алюминиевых сплавов в зависимости от способа литья
и режимов термической обработки — в табл. 57.
§ 2. ОСОБЕННОСТИ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ
Отливки из алюминиевых сплавов можно изготовлять в сырых,
сухих и металлических формах. Многие алюминиевые сплавы обла-
дают склонностью к образованию газовой и усадочной пористости
в отливках. Поэтому при выборе состава формовочных и стержневых
смесей следует обращать особое внимание на их газотворную спо-
собность.
Для отливок из алюминиевых сплавов применяют мелкозернис-
тые пески с добавкой глинистых песков вместо глины. Стержневые
-смеси должны обладать большой податливостью, а связующие выго-
рать при сравнительно низкой температуре. Формовочные смеси
для алюминиевых отливок содержат 80—90% отработанной смеси
и 3—10% свежих песков (П01 или 1К02А, или П02А). Прочность
при сжатии сырых образцов формовочной смеси 0,25—0,4 кгс/см2,
газопроницаемость уплотненной формы 25—40.
Крупные отливки изготовляют в сухих формах с повышенной
прочностью. Для средних и крупных форм применяют быстротвер-
деющие смеси на жидком стекле с последующей их продувкой угле-
кислым газом (СО2) или сушкой при нагревании. Установлено, что
алюминиевые сплавы — силумины, содержащие натрий, подобно
магниевым сплавам способны взаимодействовать с влагой формы,
в результате чего газонасыщенность и пористость отливок, получен-
ных во влажных формах, увеличиваются.
В последнее время разрабатывают и внедряют в производство
безводные формовочные смеси, в которых связующим является син-
тетический материал — бентон. Бентон образует коллоидные рас-
творы с минеральными маслами, что дает возможность получать без-
водные формовочные смеси с высокой текучестью и пластичностью.
Для приготовления смесей используют мелкие кварцевые пески.
Примерный состав безводной смеси, % по массе: 100 песка 1К0063А
или 1К0063Б; 3—3,5 бентона; 2,5—3 масла нефтяного; 1—1,5 этило-
вого спирта.
386
Состав и свойства формовочных смесей для отливок из алюминиевых сплавов
Предел прочности при сжатии по-сырому, кгс/см2 0,4—0,7 0,4—0,8 0,4—0,8
о , п о. 1) £ С я £ о =f g to s 2 Я Д « 45—60 06—08' i 50—120
Влаж- ность, % 4,5—5,5 < О 2,5—3,5
I Состав > I К S к 0> 1) ш о к ч ч Количе- ство, % по массе 70 30—20 30—60 70—40 Ю О io ТГ ю io О 1О 1 1 1 1 1 СО о г- со г- о со о
Компонеты i I Песок П01 А КОША Песок П01А К02Б Песок К02Б К01А Бентонитовая глина Песок 1КРС Бентонитовая глина
Рабочий Количе- ство, % по массе 85—97 15—3 85—97 15—3 1 О СО Q0 —
| Смесь Оборотная Освежаю- щая Оборотная Освежаю- щая Оборотная Освежаю- щая
| Исходный | Количе- ство, % по массе 1 95—90 5—10 95—90 5—10 - 1 63—45 30—50 5—7
Компоненты | Песок П01 или П0063А Песок КОША или К01А Песок П016А или П01А, или П0063А Песок К02Б или К01Б, или К01А Песок К02Б или КОША, или К01А Песок 1КРС или КРМ Бентонитовая глина
Смесь ГФ . -ё ПГФ
13*
387
Прочность при сжатии такой сырой смеси до 6 кгс/см2 позволяет
получать формы прессованием под высоким давлением. При обычной
формовке следует применять смеси с пониженным содержанием бен-
тона и более низкой прочностью до 1,5 кгс/см2. Состав и основные
физико-механические свойства формовочных смесей для отливок
из алюминиевых сплавов приведены в табл. 58.
Состав стержневых смесей зависит от назначения и конфигурации
стержней (табл. 59).
Таблица 5д
Составы смесей для стержней первой группы, % по массе
Смесь Песок Связующие Вспомога- тельные материалы
К02 К01 4ГУ М, М-2 Пекти- новый клей Раствор ПВС (10—20%-ный) Пыле- вид- ный кварц Уайт- спнрит или керо- син
1 100 • 1,0—1,5 0,5-1,5 0,25
.2 80-70 20—30 1,5—2 0,5-1 — — 0,25
3 100 — 1,5-2,5 — — — —
4 100 — 1,5—2,5 — — 1,5—2 — —
5 97-95 — — — — 3-6 3—5 —
Для сплавов системы алюминий — магний, склонных к окисле-
нию при заливке в песчаные формы, в состав стержневых смесей
добавляют борную кислоту в виде порошка (0,5—1 %) или опрыски-
вают сырые стержни раствором этой кислоты (2—3%-ной концентра-
ции). При изготовлении смесей связующие М и М-2 применяют вместе
с пектиновым клеем, что способствует устранению неприятного
запаха и снижает газовыделение из стержней. Связующие ПТ,
ПТА и КО способствуют уменьшению гигроскопичности сухих
стержней и прилипаемости смеси.
Смеси со связующим ПВС (поливиниловый спирт) применяют
для стержней первой группы, так как эти смеси обладают высокой
пластичностью, а стержни из них хорошо сохраняют размеры при
сушке и негигроскопичны. Продолжительность перемешивания
стержневой смеси с ПВС не должна превышать 5 мин.
Смеси с жидким стеклом применяют в основном для стержней
третьей и второй группы. Свойства смесей для стержней всех трех
групп приведены в табл. 60.
Литниковые системы. Литниковая система для отливок из алю-
миниевых сплавов должна отвечать следующим основным требова-
ниям: обеспечивать плавное, без ударов и завихрений, заполнение
сплавом формы, чтобы избежать захвата или подсоса воздуха,
а также разрушения материала формы; задерживать неметаллические
включения, находящиеся в жидком сплаве; способствовать удалению
из полости формы воздуха и газов, образующихся при разложении
388

связующих стержневой смеси; обеспечивать направленное затверде-
вание отливки.
Таблица 60
Свойства стержневых смесей
Свойства Группа стержней
I II Ш
Газопроницаемость в сыром состоя- нии, не менее Влажность, % . . Предел прочности при сжатии в сы- ром состоянии, кгс/см2 100 . 2,5-5 0,03-0,07 80 2-5 0,06-0,15 45 2-6 0,06—0,15
Наиболее часто применяют литниковые системы сифонные с ниж-
ним подводом металла к отливке и вертикально-щелевые с подводом
металла через щель в боковые стенки отливки (рис. 226).
1 — литниковая чаша; 2 — прямой и змее-
видный стояки; 3 — шлакоуловитель;
4 — литниковый канал; 5 — щелевые пи-
татели; 6 — выпор; 7 — отливка
Рис. 227. Номограмма для расчета
литниковых систем для алюминие-
вых сплавов

Сифонная литниковая система обеспечивает плавность заполне-
ния формы металлом, но не создает условий для направленного
затвердевания снизу вверх. Этот недостаток устраняется при верти-
кальной щелевой системе.
Установлено, что для получения качественных отливок скорость
Движения сплава при заполнении формы не должна превышать
13 Титов
389
150 см/с. Поэтому для алюминиевых сплавов применяют расширяю-
щиеся литниковые системы с соотношением
АСТ:АШЛ:АПИТ=1 :2:3; 1:2:4; 1:3:6.
Для снижения скорости движения сплава в свояке их часто де-
лают зигзагообразными, однако это увеличивает потери теплоты
сплавом и снижает заполняемость формы. Для задержания шлака
иногда используют фильтровальные сетки.
Площадь сечения стояка для-отливок из алюминиевых сплавов
определяют по номограмме (рис. 227). По высоте (шкала I) и массе
отливки (шкала III) находят точки, которые соединяют прямой
линией. Эту линию продолжают до пересечения со шкалой IV.
Точку пересечения соединяют прямой с точкой (средняя толщина
отливки) на шкале II и эту прямую продолжают до пересечения
со шкалой V. Точка на шкале V соответствует сечению стояка для
данной отливки.
§ 3. ПЛАВКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И ЗАЛИВКА ФОРМ
Алюминиевые сплавы легко окисляются при расплавлении, рас-
творяют газы и вредные примеси. На поверхности расплавленного
сплава образуется прочная окисная пленка, которая предохраняет
его от дальнейшего окисления. Сплав может загрязняться окисью
алюминия, не растворяющейся в расплавленном алюминии, ее
можно удалить только рафинированием. Алюминиевые сплавы
интенсивно растворяют газы и главным образом водород, в резуль-
тате в отливках образуется пористость.
Поэтому для плавки алюминиевых сплавов очень важное зна-
'чение имеют правильный подбор шихтовых материалов и выбор пла-
вильного агрегата.
Алюминиевые сплавы плавят в печах различных конструкций.
В цехах мелкосерийного производства (до 30 т литья в месяц)
применяют тигельные печи, работающие на мазуте, газе и электри-
честве, или отражательные печи небольшой емкости; в цехах мас-
сового производства — газовые, мазутные или электрические отра-
жательные печи, печи сопротивления и индукционные печи большой
емкости (до 5 т).
В связи с тем, что алюминиевые сплавы не рекомендуется пере-
гревать, так как они легко поглощают газы и окисляются, их не пла-
вят в пламенных и дуговых печах.
Тигельные печи применяют, в основном, в цехах литья
под давлением и в кокиль в качестве раздаточных печей, но они не-
производительны и требуют большого расхода топлива. В этих
печах устанавливают литые чугунные тигли емкостью 125—300 кг.
Для предохранения тигля от растворения во время плавки и от на-
сыщения алюминиевого сплава железом тигли изготовляют из
чугуна или футеруют. Тигель после окраски отжигают при 500—
600° С в течение 3—5 ч. Стойкость чугунных тиглей 60—100 плавок.
390
Производительность тигельных печей 80—150 кг/ч, продолжи-
тельность плавки в печи с тиглем емкостью 250 кг — 1,5—2,5 ч,
расход мазута 11—20% массы шихты. Для стационарных печей
кроме чугунных применяют графитовые тигли емкостью 150—300 кг.
Алюминиевые сплавы плавят также в электропечах
типа САН, в которых спираль находится над ванной. Спирали
изготовляют из сплава никеля с хромом или никеля с хромом
и железом (нихрома). Нихром лучших марок выдерживает нагрев
до 1150° С в течение 6—8 месяцев.
В печи делают две камеры для загрузки шихты (рис. 228). В ка-
мерах металл прогревается до оплавления нихромовыми нагрева-'
тельными стержнями. Жидкий металл из камер стекает в металло-
сборник, центральную часть печи, где он также подогревается.
Рис. 228. Печь сопротивления для плавки алюминиевых сплавов:
1 — камера для загрузки шихты; 2 — металлосбориик; 3 — нагреватели;
4 — летка; 5 — привод наклона печи
Емкость печей, применяемых в литейных печах, 1—3 т, пять
плавок в сутки, угар металла Невысокий (1%), расход электроэнер-
гии в печи емкостью 1,5—2 т 550 кВт-ч/т.
Индукционные печи с железным сердеч-
ником для плавки алюминиевых сплавов изготовляют емкостью
от 30—60 кг до 6—8 т. В них сплав во время плавки не соприкасается
с газами печи. Угар металла составляет 0,5—0,8%, а при переплавке
стружки около 5%. Расход электроэнергии 380—450 кВт-ч вместо
530—600 кВт-ч при плавке в печи сопротивления.
Плавка алюминиевых сплавов. В качестве шихтовых материалов
Для приготовления алюминиевых сплавов применяют первичные ме-
таллы, первичные сплавы, лигатуры, а также отходы собственного
производства (литники, прибыли, брак).
Для примера ниже описана плавка сплава АЛ2. В шихту этого
сплава входят силумин в чушках, алюминий первичных сплавов,
лигатуры алюминий — кремний с содержанием 12—15% Si; до
35—50% отходов собственного производства; до 15% чушек пере-
плава из стружки собственного производства. Шихта должна быть
кистой, сухой, без загрязнения маслом, мазутом, землей и др. Ших-
13* 391
товые материалы перед присадкой в расплавленный металл подо-
гревают до 100—150° С.
Плавку сплава АЛ2 рекомендуется вести на чушках готового
силумина, а при отсутствии его — с применением лигатуры алюми-
ний — кремний. Тщательно просушенный и прокаленный тигель
перед загрузкой шихты нагревают до 600—700° С. Затем в него за-
гружают отходы собственного производства, после расплавления
которых загружают чушки паспортного силумина или алюминия
(при плавке на лигатуре). Затем вводят лигатуру алюминий — крем-
ний и сплав тщательно перемешивают. Температуру доводят до
680—700° С и рафинируют сплав сухими хлористыми солями.
Рафинирование хлористыми солями.К рафи-
нирующим солям, легко разлагающимся при нагреве, относятся
соли: ZnCl2, МпС12, С2С16, А1С13 и др. Рафинирующее действие солей
основано на их реакции с алюминием
ЗМеС13 +2А1 = 2А1С13 +ЗМе, •
в результате которой выделяется газообразный хлористый алю-
миний, а восстановленный цинк или марганец переходит' в ра-
сплав.
Перед рафинированием соли необходимо тщательно подготовить,
так как они имеют повышенную гигроскопичность, особенно хло-
ристый цинк. Хлористый цинк необходимо переплавить при 380—
400° С и размолоть, а хлористый марганец просушить при этой же
температуре в течение 4—6 ч.
Соли следует хранить в термостате или сушильном шкафу при
120—150° С. При рафинировании 0,1—0,2% соли (от массы шихты)
вводят расплав с помощью колокольчика. Рафинирование сплава
считают законченным после окончания бурления. Для устранения
сильного бурления и окисления соль можно вводить в два приема.
После рафинирования сплав выдерживают в течение 5—8 мин, так
как в этот период всплывают оставшиеся в расплаве пузырьки газов
и окисных плен.
Гексахлорэтан С2С16, применяемый в качестве рафинирующей
соли, имеет преимущества по сравнению с_хлористым цинком и мар-
ганцем: он негигроскопичен, при взаимодействии с расплавленным
алюминием обладает большой газотворной способностью:
ЗС2С16 + 2А1-> ЗС2С14 + 2 А1С13.
Газообразный тетрахлорэтилен С2С14 выделяется в виде крупных,
быстровсплывающих пузырьков, что затрудняет диффузию в него
водорода из расплава и снижает эффект рафинирования по сравне-
нию с хлором. Поэтому вводят в сплав 0,5—1,0% гексахлорэтана
от массы шихты в несколько приемов. Температура рафинирования
730—750° С.
Рафинирование флюсами. Флюсы, покрывающие
ванну сплава, защищают его от воздействия атмосферы печи, способ-
ствуют очищению сплава от окисных включений и дегазируют его.
392
g качестве флюсов применяют хлористый натрий и калий в соотно-
шении 1:1. Они образуют легкоплавкую эвтектику.,
Покровные флюсы в- количестве 2—3% массы шихты засыпают
на поверхность чушек сразу после загрузки их в печь. По мере испа-
рения флюса его периодически добавляют. Покровно-рафинирую-
щие флюсы в количестве 0,5—1,0% массы шихты засыпают на поверх-
ность расплава. Затем на его поверхность насыпают фтористый
натрий для сгущения флюса, флюс снимают и сплав разливают.
Вакуумирование сплавов. Сущность этого способа
заключается в том, что с понижением давления растворимость водо-
рода в сплаве уменьшается. Водород в сплаве, находящийся в иони-
зированном или атомарном состоянии, переходит в молекулярное со-
стояние; образуются пузырьки, которые всплывают на поверхность.
Сплав перед заливкой вакуумируют в специальной камере, в ко-
торой вакуум-насосом поддерживается разрежение 1—10 мм рт. ст.
Время вакуумирования 10—15 мин в зависимости от загрязненности
сплава.
Наиболее совершенным способом получения качественных спла-
вов является плавка и Заливка под вакуумом. Уменьшение давле-
ния над зеркалом сплава в процессе плавки понижает температуру
испарения примесей, обладающих высоким давлением паров, в ре-
зультате чего происходит очистка от них алюминиевых сплавов.
При заливке в вакууме сплав не окисляется, что позволяет
производить заливку с разрывом струи для создания лучших условий
последовательно-направленной кристаллизации отливок. Вакуумную
плавку проводят в специально оборудованных индукционных печах.
Дегазацию алюминиевых сплавов осуществляют обработкой
ультразвуком. При прохождении ультразвуковых волн в расплаве
возникают упругие колебания частиц. Вследствие инерции скорость
возвратно-поступательного движения отдельных частиц будет раз-
личной, что приведет к временному разрыву сплошности и образо-
ванию микрополостей с глубоким вакуумом. В эти полости устрем-
ляются растворенные в сплаве газы, где они образуют пузырьки.
При обратном движении частиц происходит сжатие газа, но молеку-
лярный водород в раствор не переходит. При последующих разрывах
сплошности расплава пузырьки увеличиваются до критического раз-
мера, всплывают и удаляются в атмосферу.
Модифицирование. Модифицирование является необходимой
технологической операцией для сплавов с высоким (более 6%) содер-
жанием кремния, если они кристаллизуются в составе двойной эвтек-
тики а + Si. Грубые, пластинчатой формы частицы кремния ухуд-
шают механические свойства сплавов, особенно удлинение.
Для модифицирования применяют натрий, который вводят
в сплав из смесей солей. При содержании 0,09—0,1% Na в сплаве
кремний кристаллизуется в виде мелких округленных частиц, что
способствует повышению механических свойств.
В табл. 61 приведены модификаторы для алюминиевокремниевых
сплавов.
393
Таблица 61
Состав модификаторов для алюмиииевокремниевых сплавов, % по массе
Модификаторы NaF NaCl KCl Na2AIF« Температура модифициро- вания, °C
Двойной . . . 67 33 — 800—820
Тройной . 25 62,5 12,5 — 725—740
Универсальные флюсы: № 1 . 60 25 15 800— 820
№ 2 40 45 — 15 750-780
№ 3 1 . 30 50 - 10,0 10 720-740
Алюминиевые сплавы можно обрабатывать модифицирующими
флюсами. Этот способ заключается в следующем. Расплавленный
размолотый и просеянный через сито № 20 модификатор в количестве
1,5—2% массы шихты насыпают на поверхность расплава, нагретого4
до температуры модифицирования. Расплав выдерживают под флю-
сом в течение 10—15 мин, а затем флюс замешивают в расплав на глу-
бину 100—150 мм в течение 2—3 мин. Введение в расплав натрия '
сопровождается реакцией
3NaF-f-Al = AlF3-f-3Na.
После окончания модифицирования флюс снимают (для сгуще-
ния флюса используют NaF) и заливают формы. Чтобы исключить
выгорание натрия, время модифицирования с момента окончания ’
модифицирования и до конца заливки не должно превышать 30 мин.
Если в течение этого промежутка заливку не закончат, оставшуюся
часть сплава необходимо модифицировать вторично.
Наилучшие результаты достигаются при модифицировании уни-'
версальными флюсами, обеспечивающими одновременно и рафиниро-
вание сплавов. Применение тугоплавких флюсов № 1 требует
значительного перегрева сплава, что приводит к газонасыщенности.
Поэтому их целесообразно использовать при литье сплавов с повы-
шенным содержанием кремния (АЛ2), когда необходима наиболь-
шая модифицирующая активность флюса, и при литье крупногаба-
ритных тонкостенных деталей, которые заливают при высоких тем-
пературах.
Во всех других случаях рекомендуется использовать флюсы
с пониженной температурой плавления.
ГЛАВА III
-ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
§ 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Магний и его сплавы являются хорошим конструкционным мате-
риалом, так как он в 4,5 раза легче железа и 1,6 раза легче алюми-
ния. Чистый магний — это металл серебристо-белого цвета. Темпе-
394
патура плавления его 650° С, плотность при 20° С 1,738 г/см3. Плот-
ность магниевых сплавов 1,75—1,9 г/см3, по значениям удельной
прочности они превосходят некоторые конструкционные стали,
чугуны и алюминиевые сплавы, обладают поглощением вибрации,
что очень важно для авиации и транспорта. Магниевые сплавы легко
обрабатываются резанием и после надлежащей обработки не усту-
пают по коррозионной стойкости алюминиевым сплавам.
Магниевые сплавы широко применяют в авиационной промыш-
ленности, в приборостроении, в авто- и моторостроении, радиотех-
нике и других отраслях промышленности. Из магниевых сплавов
изготовляют корпуса приборов, бурильных, пневматических и руч-
ных инструментов, корпуса радиоаппаратуры, фотокамер, детали
двигателей и др. Масса отливок из магниевых сплавов достигает
300—500 кг.
Наибольшее применение в промышленности нашли магниевые
сплавы систем Mg — Al — Мп и Mg — Al — Zn. Основной легирую-
щей добавкой в магниевых сплавах является алюминий, который,
вводят непосредственно в расплавленный магний в количестве
5,0—11%.
Алюминий уменьшает способность магниевых сплавов самовос-
пламеняться, повышает механические свойства, а также улучшает
литейные свойства. При дальнейшем увеличении содержания алюми-
ния в сплаве снижается механическая прочность и увеличивается
хрупкость.
Цинк в количестве до 5,5% способствует повышению механиче-
ских свойств, но ухудшает литейные свойства сплавов. Коррозион-
ная стойкость их выше сплавов системы Mg — Al — Мп.
Марганец вводят в магниевые сплавы для повышения их корро-
зионной стойкости в количестве до 2—2,5%, а в сплавах системы
Mg — Al — Zn от 0,1 до 0,5%. Добавка до 1,5—2% Мп повышает
механические свойства сплава, плотность отливок, улучшает свари-
ваемость, но ухудшает жидкотекучесть и увеличивает склонность
к горячим трещинам.
Цирконий измельчает структуру, повышает механические свой-
ства, но ухудшает литейные свойства. В настоящее время получают
отливки с прочностью при растяжении до 35 кгс/мм2 и удлинением
5-15%.
Сплав магния с марганцем Мл2 применяют сравнительно редко
из-за невысоких механических и литейных свойств.
Наибольшее распространение получили сплавы магния с алю-
минием Мл4 и Мл5.
Сплав Мл4 (6,0% А1, 2,5% Zn и 0,3% Мп, остальное Mg) имеет
высокие механические свойства в литом состоянии и повышенную
коррозионную стойкость после оксидирования. Из сплава Мл4
изготовляют детали агрегатов и приборов, от которых тре-
буется повышенная стойкость против коррозии. Но при литье
этот сплав сильно окисляется и имеет склонность к образованию
Микрорыхлот, горячих. трещин, большую усадку, что вызывает
395
затруднения при получении отливок сложной конфигурации из
этого сплава.
Сплав Мл5, содержащий 8,5% А1, 0,5% Zn, 0,3% Мп, остальное
Mg, обладает более высокими технологическими свойствами, чем
сплав Мл4, так как он менее склонен к образованию микрорыхлот
горячих трещин и по жидкотекучести уступает только сплаву Млб
(10% Al, 1 % Zn, 0,3% Мп, остальное Mg). Сплавы Мл5 и Млб приме-
няют для литья в разовые песчаные формы, кокиль и под давле-
нием при производстве высоконагруженных деталей. Сплавы Мл9,
МлЮ, Мл12 и др. применяются для работы при повышенных темпе-
ратурах порядка 150—350° С.
§ 2. ОСОБЕННОСТИ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ „
Отличительной особенностью магниевых сплавов является их
способность сильно окисляться и даже воспламеняться при плавке
и заливке.
При заливке магниевых сплавов в разовую песчаную форму,
не содержащую специальных защитных присадок, магний реагирует
с влагой формы и с кислородом воздуха, содержащимся в порах
формы, а в местах наибольшего разогрева формы — с кремнеземом.
При этом могут происходить реакции с выделением большого коли-
чества теплоты й загорания сплава:
Mg-фН2О—>• MgOф-Н?4-77,5 ккал;
2Mg4-О2-н► 2MgO4- 287,2 ккал.
Для того чтобы предотвратить горение магния в форме, в сос-
тав формовочных смесей вводят защитные
присадки в виде фтористых солей аммония NH4P или фтор-
боркислого аммония NH4BF4, или смеси, состоящей из борной кис-
лоты НВО3, технической мочевины СО (NH2)3 и сернокислого алю-
миния A12(SO4)3. Присадки (85% NH4 или NH4BF4 и 15% НВО3)
вводят в формовочную смесь в количестве 4—8% массы смеси.
В стержневые смеси добавляют 0,25—1,0% смеси борной кислоты
и серы. Компоненты присадок соединяются с магнием или продук-
тами его окисления и образуют на поверхности металла защитные
пленки MgO-B2O3; А12О3-В2О3 и др., которые более плотны, чем
пленки MgO. Кроме того, присадки образуют газообразные продук-
ты, создающие инертный защитный слой газа. Эта газовая оболочка
препятствует контакту сплава с парами воды и газов формы.
Формовочные и стержневые смеси (табл. 62) для литья магние-
вых сплавов приготовляют из обычных песков и глин с минимально
возможной влажностью, высокой газопроницаемостью, так как
фторсодержащие присадки очень газотворны.
Высококачественные формовочные смеси приготовляют из отмы-
тых от глины песков с добавкой 2—4% бентонита и с минимальной
влажностью. Стержневые смеси приготовляют на связующих: М,
4Гу, сульфитно-спиртовой барде и др. Для стержней следует выби-
396-
Типовые составы формовочных и стержневых смесей для отливок из магниевых сплавов, %
। Свойства смесей 1 Влаж- ность, % 5,0-6,5 3,0-4,0 2,5-5,5 /
Прочность при разрыве в сухом состоянии, кгс/см2 1 30-50 40—70
Проч- ность при сжатии, кгс/см2 0,4-0,8 0,6-1,0 0,6-1,5
6 । о. о> Л г- га а о о n S о и I 2 20-40 О О) О QO
Связующие и другие добавки 4-8 (фтор- содержащая присадка) 2-3 (сульфит- ная барда) « S ь „.О и "S' 7 -в- 5 5- 7 5 е? ® о о Ей ч Е £*ио о ю о о ° о к
Отрабо- танная смесь 90-50 1 1
1' Глина 1 5—10 01—0
Песок 5-10 П01А 90-95 V10LI 001 "06
Зерновой состав песка еэо‘о—го 0,2-0,16 0,2-0,1
Смесь Формовочная (единая) Стержневая (стержни средней сложности) Стержневая (стержни повышенной слож- ности)
397
рать связующие, которые высыхают при низких температурах сушки
стержней во избежание выгорания защитной присадки (серы).
Литниковые системы для магниевых сплавов почти ничем
не отличаются от литниковых систем для алюминиевых сплавов.
Литниковые чаши должны быть металлоемкими для удержания в них
. шлака. Предпочтительно использовать вертикально-щелевую лит-
никовую систему. Для устранения пористости усадочного проис-
хождения ускоряют затвердевание отливки установкой наружных
холодильников и соответствующим подводом металла. Литниковую
систему для магниевого сплава можно рассчитать по формуле (6).
Соотношения площадей поперечного сечения элементов литниковой
системы следующие:
FCT: Гшл: nF ят = 1: 2 : 4; 1:3:1; 1:3:6; 1:4:2.
Широкое распространение нашел разработанный А. Г. Спасским
и А. А. Бочваром способ литья в разовые формы, помещаемые в авто-
<—£
t
1
Z 3
A
1

Phc. 229. Заливка форм в автоклавах:
1 — автоклав; 2 — отверстие для заливки; 3 — крышка;
4 — форма; 5 — клапаны
клавы с повышенным давлением. Собранную форму помещают
в автоклав (рис. 229), который герметически закрывают. Через спе-
циальное отверстие металл из ковша заливают в форму, затем отвер-
стие герметически закрывают, в автоклав подают сжатый воздух
под избыточным давлением 5—7 ат. Внешнее давление усиливает
питающее действие прибылей и одновременно препятствует выделе-
нию газов из охлаждающегося металла, это способствует повышению
плотности отливок и их механических свойств.
Для получения плотных отливок из магниевых сплавов приме-
няют наружные холодильники, так как внутренние не свариваются
с заливаемым металлом из-за наличия окисных пленок на поверх-
ности раздела металл — холодильник.
Наружные холодильники делают из меди и медных сплавов,
чугуна, графита, стали и алюминия. Рабочие поверхности холодиль-
ников, соприкасающиеся с жидким металлом, покрывают различ-
ав
1
цыми красками. Толщину холодильников из чугуна, стали и гра-
фита при литье легких сплавов рекомендуется принимать 0,3—1,0
толщины захолаживаемой части отливки.
Для магниевых сплавов характерны низкое теплосодержание,
малая плотность и незначительное металлостатическое давление,
поэтому прибыли на фасонных отливках из этих сплавов делают
более массивными, чем на отливках из алюминиевых сплавов.
§ 3. ПЛАВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Для плавки магниевых сплавов применяют тигельные и отража-
тельные печи, работающие на газе, мазуте, электропечи, а также
индукционные печи.
Тигельные печи для плавки магниевых сплавов применяют с вы-
емными и стационарными тиглями. В литейных цехах массового
производства применяют печи со стационарным тиглем. Емкость
стальных стационарных печей до 900 кг, производительность 60—
120 кг/ч, а с тиглем емкостью 900 кг — около 250 кг/ч. Печи с выем-
ным тиглем применяют в литейных цехах, изготовляющих круп-
ные отливки и выпускающих небольшое число мелких и средних
отливок. При литье крупных отливок емкость тигля достигает
200 кг.
Отражательные печи большой емкости применяют при непре-
рывной плавке магниевых сплавов и переплавке крупногабаритного
лома и отходов. Для плавки магниевых сплавов все большее распро-
странение получают индукционные печи промышленной частоты.
Печи футеруют магнезитовым кирпичом. Готовый сплав из печи
переливают в раздаточные тигельные печи с помощью центробеж-
ной помпы, которая перекачивает металл на расстояние до Юм.
Шихтовые материалы, флюсы и их подготовка. В качестве
исходных материалов применяют чистые металлы, первичные спла-
вы, отходы собственного производства, предварительные сплавы
и лигатуры. Из чистых, первичных металлов применяют магний
чушковой, алюминий чушковой, кремний кристаллический или
кремний чушковой, силумины, цинк чушковой.
При плавке магниевых сплавов применяют лигатуры: алюмини-
евобериллиевую (97—95% А1 и 3—5% Be, температура плавления
700—800° С); магниевомарганцевую (96—98% А1, 2—4% Мп, тем-
пература плавления 700—800° С); алюминиевомарганцевую (92—
88% А1 и 8—12% Мп, температура плавления 770—830° С); алюми-
ниевомагниевомарганцевую (70% Al,20% Mg и 10% Мп,температура
плавления 700—800° С) и другие лигатуры.
Шихту составляют из возврата различных сортов, который вво-
дят до 30—40% от массы шихты. Для модифицирования магниевых
сплавов применяется магнезит или мел с размером кусков не более
Ю-25 мм
В качестве легирующего компонента применяют металлический
кальций для повышения плотности отливок.
399
Флюсы для магниевых сплавов должны удовлетворять следую,
щим требованиям: 1) не взаимодействовать с магнием или компонен-
тами магниевых сплавов, а также с футеровкой печи; 2) температура
плавления флюса должна быть ниже температуры плавления магния
и его сплавов; 3) обладать хорошей жидкотекучестью, чтобы покры-
вать всю ванну с расплавом плотной пленкой, хорошо предохраняю-
щей магний от действия воздуха; 4) рафинирующий сплав должен
быть тяжелее магния для лучшего отслаивания, т. е. плотность
шлака в расплавленном состоянии при 750° С должна быть больше
плотности магния и его сплавов, так как, если флюс легче сплава,
то он может попасть в сплав; 5) должен быть дешевым и недефицит-
ным.
Широкое применение нашли флюсы ВИ2 и ВИЗ (табл. 63). Флюс
ВИ2 применяют для плавки магниевых сплавов в стационарных тиг-
лях, он является одновременно покровным и рафинирующим. Флюс
ВИЗ предназначен для плавки магниевых сплавов в выемных тиглях.
Таблица 63
Состав флюсов, % по массе
Марка флюса Основные компоненты Прнмеси, не более
MgCl, KCI CaFg BaClg MgO СаС12 > NaCl MgO нераство- римые остатки -
ВИ2 . . 38—46 32-40 3-5 5-8 8 1,5 1,5
ВИЗ . . 33—40 26-36 15-20 — 7—10 6 — 1,5
Плавка магниевых сплавов. В качестве примера приведем процесс
плавки рабочего сплава Мл5 в стационарных тиглях. При приготов-
лении сплава Мл5 в стационарных тиглях применяют флюс ВИ2,
в выемных тиглях — флюс ВИЗ. Перед началом плавки ковши,
ложки и другой инструмент промывают при температуре 750—
800° С криолитовым флюсом № 2.
В нагретый до темно-красного каления тигель загружают поро-
шкообразный флюс из расчета 0,1—0,25% массы шихты.
Расплавленный промежуточный сплав сливают на 1/3 емкости
тигля, после чего его догружают чушками первичного сплава, подо-
гретыми на борту печи до температуры не ниже 120° С. Сплав на-
гревают до 700—730° С, вводят бериллий и производят модифици-
рование магнезитом.
При модифицировании магнезит дробят, на куски до размеров
10 х 25 мм и просушивают при 150—200° С. Расход его составляет
0,25—0,3% массы шихты. Магнезит вводят в сплав в один прием
при помощи колокольчика закрытого типа. При модифицировании
колокольчик погружается в металл примерно'на половину высоты
тигля. Продолжительность модифицирования 5—10 мин. Если воз-
никают очаги горения на поверхности металла, то поверхность ме-
400
талла засыпают сухим молотым флюсом. После модифицирования
шлак снимают с поверхности расплава и поверхность расплава при-
сыпают флюсом.
. Вместо модифицирования магнезитом можно применять моди-
фицирование перегревом сплава до 870—900° С при плавке в выем-
ках тигля и до 830—860° С — в стационарных тиглях с выдержкой
при этих температурах 10—15 мин. После модифицирования при
700—730° С сплав рафинируют интенсивным перемешиванием в те-
чение 3—5 мин. Поверхность расплава при этом присыпают сухим
молотым флюсом. Рафинирование считают законченным, если по-
верхность металла приобретет блестящий зеркальный вид.
Расход флюса при рафинировании составляет около 1%, а при
плавке и рафинировании — 3—5% массы шихты.
После рафинирования с поверхности металла удаляют шлак,
отливают технологическую пробу и пробу для спектрального и хими-
ческого анализа, затем присыпают свежим флюсом и сплав подо-
гревают до температуры разливки. Перед разливкой сплав выдер-
живают в течение 15 мин. Ковши перед разливкой промывают в тигле
с флюсом № 2 и нагревают до температуры красного каления. Остав-
шийся флюс сливают через носок ковша- Во время заливки нельзя
допускать попадания шлака в металл, а также разливку из тигля
в ковш без присыпки флюсом зеркала металла. Последующий раз-'
бор сплава'из тигля разрешается только через 3—5 мин. Присыпать
флюсом поверхность металла не разрешается, а в случае возникнове-
ния очагов горения поверхность металла покрывают смесью серы
и борной кислоты или серным цветом.
Дегазация и рафинирование магниевых сплавов осуществляется-,
в основном, хлором или смесью хлора с четыреххлористым углеро-
дом. Пузырьки хлора, проходя через расплав, реагируют с магнием,
образуя хлористый магний. При температуре ниже 715° С хлористый
магний, находясь в твердом состоянии, не создает сплошного покрова
на поверхности расплава, вследствие чего возможно окисление и за-
горание сплава. При температуре свыше 760° С происходит энергич-
ная реакция образования и разжижения флюса, что увеличивает
возможность попадания флюсовых включений в отливку.
Поэтому температура сплава при хлорировании не должна
превышать 720—740° С. Хлор продувается через сплав со скоростью,
которая способствует перемешиванию сплава без выплескивания.
Расход хлора составляет 3% массы сплава. При расходе свыше.
3% С1 зерна укрупняются и снижаются механические свойства.
Иногда дегазацию хлором проводят вместе с операцией модифици-
рования сплава. В этом случае через сплав продувают хлор с четы-
реххлористым углеродом (1,0—1,5% и 0,25% массы плавки соответ-'
ственно). Дегазацию сплава производят при 690—710° С.
Магниевые сплавы очищают фильтрацией от окислов и других
включений через фильтры. В качестве материала фильтра для фильт-
рования магниевых сплавов от флюсов и окислов применяют магне-
зитовый огнеупор, как обладающий, вследствие пористости, боль-
401
шой поверхностью и хорошей смачиваемостью флюсом. Фильтр
изготовляют из железного или графитового стакана (наполненного
фильтрующим материалом). В дне стакана или по бокам немного
выше дна просверливают несколько отверстий. Фильтр нагревают
до температуры, близкой к температуре заливаемого сплава, и уста-
навливают над литниковой системой или непосредственно в самой
литниковой системе.
Некоторые правила техники безопасности при плавке магниевых
сплавов. Магний и его сплавы в зависимости от состава загораются
на открытом воздухе при 400—500° С и горят ослепительно белым
светом, выделяя большое количество теплоты и дыма. Например,
сплав Мл5 воспламеняется при 400—430° С, а сухая пыль магния
и его’сплавов воспламеняется со взрывом при 400—480° С, влажная
пыль — при 360—380° С. Тушить водой или пенными огнетушите-
лями загоревшиеся сплавы нельзя, так как может произойти взрыв.
При взаимодействии магния с водой выделяется водород, который
вместе с кислородом образует гремучую смесь (при содержании
водорода свыше 9%).
Для предупреждения воспламенения (загорания) сплава приме-
няют различные защитные флюсы, присадки и припылы.
Универсальным средством для тушения горящего магния и его
сплавов является сухой молотый флюс, применяемый при плавке
магниевых сплавов. Запас этих флюсов должен постоянно находиться
на рабочих местах и храниться в герметичной таре. Для тушения
пожаров магниевых сплавов при механической обработке приме-
няют специальные патроны, заряженные флюсом.
Помещение, где осуществляют плавку и заливку магниевых спла-
вов, должно быть изолировано огнестойкими стенами и металличес-
кими перекрытиями. От каждой плавильной печи должен быть
свободный доступ и запасной выход на случай пожара.
Раздел седьмой
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ
ГЛАВА I
ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ (КОКИЛИ)
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Литье в металлические формы (кокили) является одним из про-
грессивных способов получения отливок повышенной точности
и чистоты поверхности. В отличие от песчаных разовых форм, ко-
торые разрушаются после каждой отливки, одни и те же металли-
ческие формы (кокили) заливают металлом много раз — от несколь-
ких сотен до нескольких десятков тысяч раз.
Полость металлической формы можно выполнить с большой точ-
ностью и повышенной чистотой поверхности, поэтому отливки, изго-
товленные в ней, имеют более точные размеры и более чистую поверх-
ность. Высокая теплопроводность материала формы значительно
ускоряет затвердевание и охлаждение отливки, что во многих слу-
чаях положительно сказывается на ее механических свойствах.
При литье в металлические формы по сравнению с обычным литьем
в песчаные формы увеличивается выпуск литья в 2—5 раз (при той же
площади цеха), выход годного литья (за счет уменьшения припусков
на механическую обработку отливок, отходов), снижается себестои-
мость отливок и расход формовочных смесей, что облегчает механи-
зацию и автоматизацию производства. Кроме того, значительно улуч-
шаются условия труда.
Недостатки литья в металлические формы: высокая стоимость
изготовления форм, поэтому этот способ литья нецелесообразно
применять в единичном производстве; возможность образования
отбела в чугунных отливках, вследствие чего их подвергают от-
жигу.
Экономическая целесообразность использования этого способа
зависит от стойкости и конструкции кокилей, степени механиза-
ции и автоматизации, а также от характера производства. Литье
В- металлические формы рентабельно при условии съема с каждой
формы 200—400 небольших и 50—200 крупных отливок.
Металлические формы должны быть простыми в изготовлении,
Удобными и безопасными в работе, иметь высокую стойкость. Тех-
нологический процесс изготовления отливок в металлических фор-
мах состоит из следующих основных операций:
403
1) подготовки форм (очистки, нагрева, нанесения на рабочие
поверхности облицовки и краски);
2) сборки формы (установки стержней в форму, закрытия и за-
крепления частей формы);
3) заливки формы жидким металлом;
4) извлечения отливок из формы после их остывания (раскрытие
формы с помощью механизмов или вручную);
5) обрубки, очистки и, в случае надобности, термической обра-
ботки отливок.
§2 . МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
При определении возможности получения в металлической форме
отливки необходимо учитывать ее технологичность и сложность1
конфигурации. Отливки должны легко удаляться из формы при ми-
нимальном числе разъемов ее, не иметь резких переходов от толстой
Рис. 230. Металлические формы
стенки к тонкой, большого числа выступающих частей и острых
внутренних углов. Полости отливок в большинстве случаев оформля-
ются песчаными стержнями. При литье алюминиевых и магниевых
сплавов часто применяют металлические стержни.
Кокили делят на неразъемные (рис. 230, а;, с горизонтальной
(рис. 230, б), вертикальной (рис. 230, в) и сложной (рис 230, г)
404
поверхностями разъема. Неразъемные (вытряхные) кокили приме
няют для простых отливок без выступающих частей, кокили с гори-
зонтальной плоскостью разъема — для низких и неответственных
отливок, кокили с вертикальной плоскостью разъема — для неболь-
ших отливок массой до 75 кг, а также для плоских или тонкостенных
отливок со стержнями, кокили со сложной поверхностью разъема —
для сложных отливок.
При конструировании кокиля особое внимание следует обращать
на вентиляцию, т. е. вывод из кокиля газов с помощью выпора и га-
зоотводных каналов (рис. 231). Газоотводными кана-
лами называют мелкие и узкие каналы глубиной не более 0,3 мм,
наносимые на плоскость разъема формы. Иногда газоотводные
отвода воздуха и газов из кокилей
каналы наносят на стенки рабочих' полостей для облегчения
выхода воздуха и газов через места стыка отдельных частей
кокиля.
Благодаря небольшому сечению газоотводные каналы не про-
пускают жидкий металл. В кокилях с вертикальным разъе-
мом удобно делать выпор и газоотводные каналы в плоскости
разъема. Труднее выводить газы из кокилей с горизонтальным
разъемом.
Кокиль изготовляют из чугуна, стали, алюминия: мелкие ко-
кили — из чугуна СЧ 32-52, средние — из чугуна СЧ 15-32, круп-
ные — из стали 15.
Серый чугун для изготовления кокилей должен иметь перлитно-
ферритную структуру без следов структурно-свободного цементита,
так как при заливке формы жидким металлом и ее нагреве в чугуне
формы могут происходить структурные превращения и связанное
с этим коробление ее. Количество феррита в структуре не должно
превышать 5—10%. Примерный состав такого чугуна: 3,4—3,6% С;
1,3—2,2% Si, 0,9—1,0% Мп; 0,05—0,12% Р; 0,06—0,08% S. Ответ-
ственные части кокилей изготовляют из сталей ЗОХГСА, 35ХГС,
металлические стержни — из сталей У7, У10 и ЗОХГСА.
405
Для определения толщины стенок кокилей можно реномендо.
вать следующую формулу:
62= 14 + 0,66х,
где , 62 — толщины соответственно стенок отливки и ко-
киля, мм.
Расположение отливок в кокиле должно обеспечить спокойное
движение металла в литниковой системе и полости формы, а также
удаление газа и воздуха из формы. В кокиле можно расположить -
одну или несколько отливок в зависимости от их размеров и конфи-
гурации.
Корпус кокиля представляет собой жесткую конструкцию с реб-
рами, которые препятствуют короблению кокиля при его нагреве
и охлаждении. Половины кокиля или отдельные его части, оформ- ?
ляющие рабочую полость, должны хорошо центрироваться относи- ’
тельно друг друга.
Кокили из алюминия применяют для литья не только легких
сплавов, но чугуна и стали. Отливки в таких кокилях получаются ;
с более чистой поверхностью, лучшей структурой, без рыхлот и уса-
дочных раковин.
Внутренняя поверхность алюминиевого кокиля анодируется,
что предохраняет его от сваривания с жидким металлом и увели-
чивает стойкость кокиля. Рабочую поверхность кокиля опрыски-
вают перед заливкой силиконовой жидкостью. Стержни в таких ,
кокилях часто делают алюминиевыми.
Таблица 64 '
Составы облицовки
Сплавы Компоненты Содержание, % по массе Коэффициент теплопровод- ности, ккал/(м • ч °C)
Алюминиевые Окись цинка . Асбест прокаленный . . . Жидкое стекло...... Вода 9,0 28,0 6,0 57,0 0,23
Магниевые Тальк Борная кислота ЖидкЬе стекло. . . . . . Вода г . . . . 8,6 3,2 2,7 82,5 0,18
Чугун Графит Уголь Глина Жидкое стекло Вода до плотности облицс 35—30 20-25 25-20 20-25 вки 1,25—1,2 г/см3 1
406
Кокильные краски и облицовки. На рабочую Поверхность формы
и металлических стержней наносят огнеупорные облицовки и краски,
чтобы предохранить поверхность кокиля от воздействия жидкого
металла и тем самым увеличить его стойкость, регулировать скорость
охлаждения отливки и улучшить заполняемость формы. В состав
этих покрытий входят вещества, обладающие малой теплопровод-
ностью, что придает покрытию теплоизоляционные свойства. Бла-
годаря покрытиям металл медленнее охлаждается, а кокиль меньше
прогревается металлом.
Покрытия разделяют на облицовки и краски. Огне-
упорные облицовки наносят на рабочую поверхность кокиля толстым
слоем (0,3—1 мм), обычно 1 раз в смену, а краски практически после
каждой заливки. Облицовки и краски кокилей должны удовлетво-
рять следующим требованиям: 1) хорошо покрывать и удерживаться
на поверхности формы; 2) противостоять резким колебаниям темпе-
ратуры; 3) не содержать веществ, реагирующих с заливаемым метал-
лом; 4) обладать заданной теплопроводностью.
В качестве огнеупорных материалов в облицовках и красках
применяют пылевидный кварц, молотый порошок, тальк, графит,
асбест, в качестве связующих — жидкое стекло, глину, сульфитную
барду. Для улучшения схватывания, облицовки с поверхностью ко-
киля в ее состав вводят активизаторы — кремнефтористый натрий,
буру, борную кислоту.
Таблица 65
Кокильные краски
Сплавы Компоненты Содержа- ние, г Примечание
Алюми- ниевые Окись цинка Графит коллоидальный .. Вода . 50 10 1000
Мел молотый Жидкое стекло Графит . . . . . Вода 150 40 80 1000 г Краски наносят на ра- бочую поверхность ко- киля, нагретого до 200 °C, ровным слоем с помощью пульверизатора
Магние- вые Тальк Борная кислота Жидкое стекло Вода . .' 100 65 35 1000
Чугун Пылевидный кварц. . . . Жидкое стекло ..... Вода ". . . * 100 50 1000 Рабочую поверхность кокиля, нагретого до 200 °C, покрывают слоем краски 0,2—1 мм, а за- тем слоем копоти
407
Основное назначение краски — предотвращать пригар обли-
цовки к поверхности отливки, повысить стойкость формы, обеспе-
чить заданную теплопроводность покрытия.
Составы кокильных красок и облицовок, используемых при
литье различных сплавов, приведены в табл. 64 и 65.
Для покрытия кокилей при литье медных сплавов (бронзы
латуни) применяют жирные смазки: масло (льняное и машинное)^
нефть, мазут и керосин. К жирной составляющей добавляют графит
окись цинка, тальк и пр. Краски следует наносить на поверхность
кокиля при нагреве его до 100—150° С. Для устранения отбела
на поверхности чугунных отливок применяют комбинированное по-
крытие кокиля огнеупорными красками и ацетиленовой копотью,
а иногда и облицовками.
Поверхности кокиля, выполняющие тонкие
отливки, покрывают облицовками. Облицовками
стенки
чугунной
покрывают и по-
верхности кокиля, оформляющие литниковые каналы, прибыли.
Облицовки по сравнению с
красками должны
обладать более
огнеупорностью и значительно меньшей теплопроводностью,
этого в их состав вводят измельченный жженый асбест.
высокой
Для
Состав облицовки, г
Пылевидный кварц.............. 100
Асбестовый порошок............. 80
Жидкое стекло.................. 50
Вода......................... 1000
Перед употреблением краски должны быть процежены через
марлю. Хранить их необходимо в закрытой таре.
Облицованные кокили. Литье в кокили наряду с преимущест-
вами обладае! и недостатками стойкость их при литье черных спла-
вов невысока, они неподатливы и в них трудно получать сложные
фасонные отливки.
В НИИСЛе разработан способ литья в облицованные кокили,
не имеющий этих недостатков. Облицованные кокили изготовляют
следующим образом (рис. 232) В пространство между рабочими по-
верхностями кокиля и металлической модели отливки из песко-
стрельной головки вдувается плакированная песчано-смоляная
смесь (2,5—3% пульвербакелита) При нагреве до 200—220°С
смесь упрочняется и образуется облицовка толщиной 3—5 мм. Для
лучшего схватывания облицовки с поверхностью кокиля поверх-
ность его должна быть шероховатой, что устраняет механическую
обработку рабочей полости кокиля. Для отделения модели от обли-
цовки Поверхность модели покрывают разделительным составом —
раствором синтетического термостойкого каучука в уайт-спирите.
Полости в отливках выполняют обычными или оболочковыми стерж-
нями. Большая по сравнению с обычными облицовками и красками
толщина данной облицовки позволяет увеличить стойкость кокиля,
а повышенное термическое сопротивление ее — уменьшить скорость
охлаждения отливки и получать отливки из чугуна без отбела.
408
Рис. 232. Схема процесса облицовки кокиля:
а — надув смеси; б — съем кокиля с плиты; в — кокиль в сборе; 1 — плита;
2 — модель: 3 — кокиль; 4 — пескострельная головка; 5 — облицовка; б — на-
греватели
Рис. 233. Схемы подвода сплава в ко-
киль:
а — сверху; б — через сифонную литни-
ковую систему; в — через щелевой пита-
тель и зигзагообразный стояк
14 Титов
409
Литниковые системы. При разработке конструкции литниковой
системы для получения отливок из различных сплавов следует ру.
ководствоваться известными, изложенными ранее особенностями
построения литниковых систем для данного сплава. Однако вслед-
ствие быстрого охлаждения жидкого сплава в кокиле литниковые
системы делают с большим сечением каналов, чем при литье в песча-
ные формы. Площадь сечения питателей берут на 25—33% больще
чем для песчаных форм. Длина литниковых каналов должна быть
по возможности минимальной, и в них не допускается острых углов,
поворотов или резких изменений сечений. Для легких сплавов-
рекомендуется следующее соотношение площадей элементов литни-
ковой системы (стояка, коллектора, питателя):.
FCi: РКол: = 1 : 2:3 или 1:2:6.
Сплав подводят'в кокиль сверху, снизу и сбоку (рис. 233).
Для алюминиевых и магниевых сплавов часто применяют вертикаль-
но-щелевой питатель и зигзагообразные стояки.
Литниковые системы для литья в кокиль можно рассчитывать
по тем же формулам, что и для песчаных форм.
§ 3. ОСОБЕННОСТИ ЛИТЬЯ РАЗЛИЧНЫХ СПЛАВОВ
Литье чугуна. Перед заливкой рабочие полости кокиля покры-
вают краской и облицовками. Облицовку кокиля возобновляют через
каждые 100—200 заливок после очистки кокиля от старой облицовки.
Перед началом работы кокиль подогревают до 200—250° С. Нельзя
заливать металл в холодный кокиль, так как это приводит к быстрому
растрескиванию его поверхности. Для устранения отбела при литье-
чугуна рабочие поверхности кокиля перед каждой заливкой обяза-
тельно покрывают копотью ацетиленового пламени. Во время работы
кокиль не должен нагреваться’более 400° С, так как это вызывает
растрескивание поверхности. Поэтому кокиль охлаждают обычно
воздухом. При хорошем уходе кокиль выдерживает 3000—5000 за-
ливок чугуном.
В зависимости от массы и толщины стенок отливки температура
заливки чугуна колеблется от 1280 до 1300° С. Химический состав
чугуна: 3,5—3,6% С; 2,4—2,6% Si; 0,6—0,7% Мп; 0,3—0,4% Р;
до 0,12% S.
В шихте желательно иметь не менее 50% чушкового чугуна,
20—30% возврата производства, 20—30% лома. Опыт показывает,
что чугунные отливки массой до 10 кг и сечением до 12 мм без отбела
получить очень трудно. Поэтому такие отливки подвергают отжигу,
за исключением толстостенных несложной конфигурации и несоот-
ветственных отливок.
Термическая обработка чугунных отливок необходима не только
для устранения отбела, но и для снятия внутренних напряжений.
При содержании 2,4% Si в отливках цементит при отжиге (850—
870° С) распадается в течение 1 ч. Для снятия внутренних напряже-
410
ний в отливках с отбеленным слоем без снижения твердости отжиг
можно проводить при нагреве до 600° С, выдерживать при этой тем-
пературе 4—8 ч и медленно охлаждать вместе с печью.
Литье алюминиевых сплавов. Температура заливки алюминиевых
сплавов 710—720° С, поэтому кокиль не нагревается расплавом так
сильно, как при литье чугуна. Стойкость кокиля в этом случае
достигает 50 000 заливок. Алюминиевые сплавы имеют большую
усадку, поэтому необходимо ставить прибыли, иногда превышающие
массу отливок, а также обеспечивать направленное затвердевание
соответствующим подводом сплава к отливке. Алюминиевые сплавы
необходимо обязательно рафинировать.
Высокая стойкость кокилей, хорошая чистота поверхности, точ-
ность размеров и высокие механические свойства отливок создают
широкие перспективы использования этого способа для литья алю-
миниевых сплавов. При проектировании технологии изготовления
отливок из алюминиевого сплава в условиях серийного и массового
производства необходимо предусматривать в основном изготовление
их в кокилях.
Кокили начали применять и для литья стали, например катки
для трактора изготовляют из стали 50Г. Сборку кокилей и заливку
их жидкой сталью осуществляют на тележечном конвейере. На каж-
дую тележку устанавливают два кокиля, которые заливают из ков-
шей емкостью 260 кг. Через 8—10 мин после заливки кокиль подают
на специальный стол и затем к месту выбивки. После выбивки отлив-
ки кокиль с помощью вращающейся металлической щетки автомати-
чески очищается от остатков песка, гари и старой краски. Затем
кокиль охлаждается в камере, где он обрызгивается струйками
горячей воды. Температура кокиля снижается до 200—250° С. После
этого специальным пульверизатором кокиль покрывается маршали-
товой краской на сульфитной барде и устанавливается клещами
на площадку конвейера.
§ 4. МЕХАНИЗАЦИЯ ЛИТЬЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
При литье в металлические формы обязательно механизируют
операции раскрытия и закрытия форм, установки и извлечения
стержней, удаления отливок из формы, покрытия форм облицо-
вочным составом, охлаждения и нагрева формы, заливки. Это осу-
ществляется на специальных кокильных установках: индивидуаль-
ных станках; универсальных машинах, позволяющих осуществить
раскрытие формы как в горизонтальной, так и в вертикальной пло-
скости; полуавтоматических карусельных машинах; конвейерных
кокильных линиях.
Для крупных отливок сложной конфигурации, требующих при-
менения кокилей с несколькими поверхностями разъема и большого
числа металлических стержней, удаляемых в различных направле-
ниях, применяют механизированные кокили с программным управ-
лением.
14* , 411
Для отливок более простых по конструкции, небольших и сред-
них по размеру используют универсальные индивидуальные или
карусельные машины, а также конвейерные автоматические линии.
Обычно в качестве приводов механизмов раскрытия и закрытия
кокилей, извлечения стержней и т. д. в машинах используют
пневматические или гидравлические приводы.
Однопозиционные кокильные машины делят на механизированные
кокили и универсальные машины. Механизированные кокили при-
меняют обычно в условиях крупносерийного и массового производ-
ства. Они предназначены для изготовления одной отливки или одно-
типных, близких по конструкции отливок, когда затраты на оснаще-
ние кокиля вспомогательными механизмами окупаются. Универ-
сальные кокильные машины применяют для изготовления различ-
Рис. 234. Однопозиционная машина с вертикальной плоскостью разъема кокиля
ных отливок, размеры кокилей для которых соответствуют нормаль-
ному ряду по ГОСТ 9451—69. Эти машины располагают большими
технологическими возможностями. На них можно устанавливать
кокили с различными поверхностями разъема, а также использо-
вать металлические и песчаные стержни.
В НИИСЛе разработан нормализованный ряд однопозицион-
ных кокильных машин, насчитывающий 19 моделей. На машинах
1-го типа устанавливают кокили с двумя полуформами, из которых
одна неподвижная, на машинах 2-го типа — кокили, состоящие
из двух вертикальных подвижных частей и поддона; на машинах
3-го типа — кокили, нижняя часть у которых неподвижная, а верх-
няя перемещается, а затем поворачивается и т. д.
Наиболее широко применяют однопозиционные кокильные ма-
шины 1 и 2-го типов. Примером может быть машина с вертикальной
плоскостью разъема кокилей (рис. 234). На раме 1 установлены
две стойки 2 с пневмоцилиндрами 3, 12 и усилителем 13. Неподвиж-
ную полуформу 10 прикрепляют к плите стойки, а подвижную
8 — на стойке тележки 14, которая штоком 4 передвигается по направ-
412
ляющим 15. Кокиль запирается пневморычажным механизмом 6.
Отрыв кокиля и металлических стержней от отливки осуществля-
ется усилителями 5 и 13. Выталкиватели устанавливают на плите
Ц, а стержни — на плитах 7 и 9.
Производительность однопозиционных машин обычно составляет
5—20 отливок в час.
Карусельные кокильные машины применяют в условиях массо-
вого и крупносерийного производства для изготовления небольших
по размерам и массе отливок. Число кокилей, устанавливаемых на
карусели, различно и колеблется для различных машин от 3 до 8(
Рис. 235. Автоматическая карусельная кокильная машина
Например, на рис. 235 представлена автоматическая карусельная
машина модели 4516Д конструкции НИИТАВТОПРОМа, предназна-
ченная для изготовления бесстержневых отливок из цветных сплавов
и чугуна в охлаждаемых водой кокилях. Масса отливок с литнико-
вой системой 10 кг.
На столе 1 машины установлены шесть кокильных станков 2,
на плитах которых закреплены кокили 3 с вертикальной плоскостью
разъема. Управление работой машины осуществляется от командо-
аппарата. Число заливок на этой машине может достигать 300
в час. Таким образом, карусельные кокильные машины имеют зна-
чительно большую производительность, чем однопозиционные.
Конвейеры и конвейерные автоматические кокильные линии
применяют в условиях массового производства.
Вертикально-замкнутый конвейер Луганского завода им. Пар-
хоменко предназначен для отливки колес вагонеток (рис. 236).
Звездочка 1 приводит цепь 3, к которой прикреплены половинки
кокиля 2, имеющие крышки. Кокили заливают из ковша, передви-
413
гаемого по монорельсу 9. В конце конвейера крышка кокиля откры-
вается и отливки из кокиля падают по лотку 4 в ящик 5. В нижней
Рис. 236. Вертикально-замкнутый кокильный конвейер
части конвейера кокили охлаждаются сжатым воздухом из сопл 6
и покрываются краской из пульверизатора 7, соединенного с ба-
ком 8.
ГЛАВА fl
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сущность способа. Центробежным литьем называется способ
изготовления отливок, при котором залитый в форму металл в про-
цессе заполнения формы, затвердевания и охлаждения подвергается
а)
Рис. 237. Схемы центробежной заливки с вертикальной и
горизонтальной осями вращения’
действию центробежных сил. Центробежные силы возникают в жид-
ком металле при заливке его во вращающуюся форму. Форма может
вращаться вокруг вертикальной (рис. 237, а), горизонтальной
(рис. 237, б) или наклонной осей, а также одновременно вокруг
горизонтальной и вертикальной осей.
414
Горизонтальную или слегка наклонную ось вращения формы
применяют для большинства отливок (труб, втулок, колец, венцов),
вертикальную ось вращения — при необходимости получения от-
ливки без центрального отверстия: фасонных изделий, заливаемых
через центральный стояк, и при заливке в песчаные формы.
На рис. 238 представлена схема получения втулок на центробеж-
ной машине с вертикальной осью вращения. Предварительно подо-
гретую металлическую форму закрепляют на шпинделе. Затем
днище формы покрывают графитовой краской кистью или пульвери-
затором (рис. 238, а), устанавливают крышку и форму приводят
во вращение.
Рис. 238. Схема отливки втулок на центробежной машине с вертикаль-
ной осью вращения
Металл из ковша заливают через отверстие в крышке (рис. 238, б).
Количество жидкого металла определяется мерным ковшом. Зали-
тый металл увлекается днищем во вращение, прижимается центро-
бежными силами к боковой поверхности формы и поднимается до
соприкосновения с крышкой (рис. 238, в). Внутренний диаметр
отливки определяется количеством залитого в форму металла. При-
жатый к стенкам формы центробежной силой металл затвердевает
при вращении формы. Готовая втулка вынимается из формы кле-
щами или выталкивателем (рис. 238, г).
Наибольший технико-экономический эффект применения центро-
бежного способа литья достигается при изготовлении отливок, имею-
щих форму тела вращения, а в ряде случаев его целесообразно при-
менять и для фасонных отливок, таких как шестерни, турбинные
диски с лопатками, детали арматуры и др. Наиболее эффективно
применение центробежного литья для производства чугунных труб.
Заливка вращающейся формы и затвердевание отливки во вра-
щающейся форме под действием центробежных сил обусловливают
главные преимущества этого способа литья.
415
1. При литье полых цилиндров не требуется стержней для обраЯ
зования отверстия, так как металл под действием центробежной
силы распределяется у стенок формы.
2. Заливка производится свободной струей, литниковые си-
стемы обычно отсутствуют.
3. Затвердевание металла под действием центробежных сиД
способствует получению плотных, без газовых, усадочных раковиД
и рыхлот отливок. Я
Способ центробежного литья наряду с преимуществами имееД
и недостатки, также объясняемые действием центробежных сил™
1. Повышенная ликвация компонентов сплава, поэтому не все
сплавы целесообразно отливать центробежным способом.
2. Загрязнение внутренней поверхности отливок ликватами
и неметаллическими включениями и, вследствие этого, повышенный
припуск на обработку внутренних поверхностей.
3. Неточность диаметра полости отливок со свободной поверх-
ностью.
Методы расчета угловой скорости вращения формы. От правилД
ного выбора скорости формы зависят прочность, структура, распреЯ
деление шлаковых включений, газовой и усадочной пористостиЯ
ликвации в отливке. Скорость формы зависит от расположения осД
вращения, рода металла и диаметра отливки. Я
При определении угловой скорости вращения учитывают нё^
только положение оси вращения формы, но и связанные с этим иска-
жения внутренней поверхности отливки. Установлено, что для отли-
вок из разных сплавов, в зависимости от размеров, температуры за-
ливки сплава и формы, оптимальная угловая скорость вращения,
при которой качество отливки наивысшее, различная.
При определенном соотношении наружного и внутреннего га
радиусов отливки (— = 1,15) для расчетов скорости формы можно
пользоваться формулой
п — об/мин,
И АД
где Ко — коэффициент, значения которого приведены в табл. 66.
Согласно принципу эквивалентности, воздействие на какую-либо
систему центробежных сил физически тождественно действию сил
тяжести соответствующей величины. На этом основании действую-
щие на металл центробежные силы можно заменить силами тяжести
равной величины и того же направления, а сам металл рассматри-
вать соответственно утяжелившимся.
Плотность вращающегося металла в отличие от обычной плот-
ности р называют эффективной плотностью:
б = Р^ (17)
S ’
где р — плотность металла, г/см3; со — угловая скорость вращения
формы, с-1; g — ускорение свободного падения, см/с2.
416
Значения коэффициента Ко
Таблица 66
Сплав Плот- ность, г/см8 Положение оси вращения формы Ко Отливки
Чугун Сталь Бронза Алюминиевый 7,2 7,85 8,4 3,10—3,65 Горизонтальное . . Вертикальное . . . Горизонтальное . . Вертикальное . . . Горизонтальное . . 1800—2500 2470—3000 2150-2730 3400 2600—3500 Трубы, втулки Трубы Полые отливки Кольца, втул- ки, вкладыши подшипников Трубы, втулки
Отношение называют гравитационным коэффициентом. Он
показывает, во сколько раз металл утяжеляется при данном режиме
вращения.
Л. С. Константинов экспериментально установил, что для всех
сплавов высокое качество отливки
ства и хорошая чистота поверхно-
сти) может быть достигнуто, если
величина центробежной силы, дей-
ствующей на жидкий металл, будет
такой, что эффективная плотность
металла составит 340 г/см3.
При этом угловую скорость
вращения Л. С. Константинов ре-
комендует определять по формуле
:е механические свои-
5520
ц = — об/ми н t (18) Рис. 239. К определению скорости
Крг2 вращения формы на центробежной
машине с вертикальной осью вра-
где 5520 — постоянный для всех щения
сплавов коэффициент.
Данная формула не учитывает влияния толщины стенки отливки.
Для отливок с малой толщиной стенок это не имеет существен-
ного значения, но для толстостенных отливок это важно, так как
центробежная сила на наружной поверхности отливки достигает
такой величины, что может произойти разрыв прилегающей к из-
ложнице поверхности металла, в отливке образуется трещина. По-
этому при большой толщине стенок отливки необходимо изменять
скорость в процессе вращения формы. Вначале форму следует зали-
вать при минимальной скорости, затем по мере заливки формы и уве-
личения толщины стенки отливки скорость можно увеличивать
До максимума, при котором поверхностный слой не будет поврежден.
При литье фасонных отливок скорость необходимо подбирать
такой, чтобы было обеспечено заполнение формы и точное воспроиз-
ведение контуров отливки. Опытом установлено, что наилучшие ре-
417
зультаты достигаются, если скорость формы подбирается таким об
разом, чтобы окружная скорость точки отливки, наиболее удален
ной от оси вращения, составляла 3—5 м/с.
Окружная скорость v любой точки вращающегося тела опреде
ляется по формуле
лгп
v~ ~30~;
где п — скорость формы, об/мин; г — расстояние этой точки от
оси вращения, м.
Например, требуется определить угловую скорость вращения
формы на центробежной машине с вертикальной осью (рис. 239).
Принимаем величину окружной скорости 5 м/с, а расстояние от оси
вращения до наиболее удаленной от нее точки равным 0,35 м. Тогда
после подстановки в формулу (19) получим
ЗТПЯ5 = 137
§ 2. ФОРМЫ И МАШИНЫ
Формы для центробежного литья делят на металлические
и футерованные различными составами (песчаные). Форму
выбирают в зависимости от геометрических размеров изготовляемой
отливки, ее материала и производственной программы. Металличе-
ские формы целесообразно применять для изготовления большого
числа одинаковых отливок без затрудненной усадки, когда наруж-
ный контур не мешает извлечению отливки из формы. Футерован-
ные песчаные формы целесообразно применять для отливок с затруд-
ненной усадкой, когда конфигурация их мешает извлечению из
металлической формы, и для получения небольшой партии чугунных
отливок без отбела.
Металлическую форму перед заливкой нагревают газовыми го-
релками или другим способом до 150—200 °C. После заливки их
охлаждают до 150—200° С проточной водой в ванне либо обрызги-
ванием, для чего машины оборудуют специальной системой охлаж-
дения. Стойкость охлаждаемых металлических форм невелика. На-
щример, при литье труб массой до 50 кг форма выдерживает 400—
500 заливок, а при литье более крупных труб — только 200—300 за-
ливок. Это объясняется тем, что при интенсивном водяном охлаж-
дении в металлических формах (изложницах) возникают трещины, |
вследствие чего уменьшается их стойкость.
Сухие теплоизоляционные покрытия при-
меняют для создания постоянного теплового режима формы, увеличе-
ния ее стойкости, а при литье чугуна — для получения отливок без
отбела. В качестве сухих покрытий используют пылевидные огне- •
упорные материалы, которые наносят на рабочую поверхность
418
формы. К таким материалам относятся кварцевый песок, фосфорит-
ная мука и др. Присыпка на поверхности формы удерживается цент-
робежной силой. Обычно присыпку вводят в форму по желобу при
вращении формы с постоянной скоростью.
При пылевидном покрытии снижается скорость охлаждения
отливки, но полностью избежать отбела чугуна не удается, кроме
того, отливка получается несколько шероховатой, поэтому припуск
на обработку должен быть не менее 4 мм. Применение присыпки
увеличивает стойкость формы до 7 раз. При литье цилиндрических
втулок со стенками толщиной 10—12 мм и диаметром до 100 мм
стойкость формы может быть доведена до 3500 заливок чугуна.
При литье цветных сплавов не рекомендуется присыпать формы.
Рис. 240. Шпиндельная машина с горизонтальной осью вращения
Футерованные формы обычно изготовляют вне машины.Поэтому
требуется несколько сменных форм. Песчаные формы можно футеро-
вать обычной формовочной смесью, стержневыми и специальными
смесями. Сухие формы применяют для литья труб и фасонных
деталей. Футерованные формы изготовляют несколькими способами:
уплотнением на специальной пуансоно-шнековой машине, накат-
кой песчаной смеси на поверхность формы и пескодувным методом.
Машины для центробежного литья тел вращения бывают двух
типов: шпиндельные и роликовые. Для литья коротких втулок,
гильз, колец применяют шпиндельные машины с горизонтальной
осью вращения, для литья длинных труб — роликовые машины
с горизонтальной осью вращения, а для изготовления фасонных
отливок — машины с вертикальной осью вращения.
На рис. 240 приведена шпиндельная центробежная машина для
литья втулок, гильз, маслот. На этой машине можно изготовлять
419
цилиндрические заготовки диаметром до 300 мм и длиной до 350 мм;
максимальная масса отливки 100 кг.
Машина состоит из изложницы 4, вала 3 с подшипниками, при-
вода, ограждения 8 с устройством для охлаждения изложницы,
заливочного желоба 10, станины. Толщину стенок изложницы выби-
рают в зависимости от наружного диаметра отливки:
Диаметр отливки, мм . . До 100 100—200 200—300 300 и выше
Толщина стенки излож-
ницы, мм.......... 30—35 35—40 40—45 45—50
Внутри пустотелой станины находится электродвигатель 1,
от него через ременную передачу и ступенчатые шкивы 2 передается
движение полому валу 3, на котором закреплена металлическая
форма-изложница 4. Вал машины имеет две опоры 6 на подшипни-
ках качения. Скорость вращения вала 625, 1000 и 1610 об/мин.
Быструю остановку изложницы осуществляют колодочным тормо-
зом 11. Внутренняя поверхность формы имеет небольшой конус для
легкого извлечения из нее отливки. Форма охлаждается водой
и закрывается крышкой 5 с отверстием диаметром, равным внутрен-
нему диаметру отливки. Для предотвращения отбела торцовой части
отливки в крышке делают проточку а, в которую набивают огне-
. упорную массу. Крышку крепят специальными гайками со срезан-
ными фланцами. Металлическая форма находится внутри защит-
ного кожуха 7. На передней торцовой части кожуха установлена
на петлях дверца 9 с отверстием для прохода заливочного желоба 10.
§ 3. ОСОБЕННОСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ВТУЛОК, КОЛЕЦ, ТРУБ
Отливка чугунных втулок в металлических формах. Скорость
вращения изложницы выбирают по указанным ранее в § 1 зависимо-
стям.
Процесс литья состоит из следующих операций.
1. Подготовка формы. Перед заливкой форму очищают от остат-
ков теплоизолирующей присыпки струей сжатого воздуха или щет-
кой и нагревают до 150—200° С. Такую температуру поддерживают
и при следующих заливках. Затем форму закрывают крышкой, кото-
рую тщательно закрепляют, чтобы она не открывалась при враще-
нии формы.
2. Покрытие изложницы теплоизоляционным слоем. Включают
'двигатель, приводят форму во вращение и с помощью совка засы-
пают покрытие. Толщина теплоизолирующего слоя зависит от тол-
щины стенки отливки втулки:
Толщина стенки втулки, мм.... До 10 10—15 15—20 Св. 20
Толщина теплоизолирующего слоя, мм 1,5 2,5 4,0 5
Присыпка должна быть хорошо просушена и просеяна через мел-
кое сито (№ 0063; 005).
3. Заливка форм. Перед заливкой желоб нагревают и вводят
в изложницу так, чтобы металл, заливаемый в желоб, не застывал.
420
/Келоб должен быть установлен по возможности низко, чтобы
уменьшить высоту падения металла. Заливочный ковш следует футе-
ровать по шаблону соответственно объему отливки. Этим обеспе-
чивается приблизительное дозирование металла по объему. Металл
не должен переливаться через край желоба. Продолжительность
заливки 5—10 с для отливок массой до 10 кг, а для более крупных
отливок не более 15 с. Температура чугуна при заливке в форму
не должна быть чрезмерно высокой, так как это вызывает появление
пригара, усадочной пористости и других дефектов в отливках. Ин-
тервал между двумя заливками не должен превышать 6—8 мин.
4. Охлаждение и извлечение отливок из изложницы. После
заливки медленно отодвигают желоб. Изложница вращается до тех
пор, пока температура отливки не снизится до 700° С. Для ускорения
Рис. 241. Нанесение футеровки иа изложницу
охлаждения отливку после затвердевания обдувают сжатым воз-
духом, включают охлаждение и останавливают машину. Затем сни-
мают крышку изложницы и отливку удаляют клещами или толка-
телем. Форму продувают сжатым воздухом, и все операции повто-
ряют вновь.
При работе с футерованными крышками (для предупреждения
отбела отливок с переднего торца) необходимо иметь несколько
крышек для обеспечения ритмичной работы.
Для отливок чугунных маслот и втулок без отбела применяют
формы, футерованные формовочной смесью, прочность которых
должна быть 0,4—0,5 кгс/см2, влажность 4—4,5%.
Для нанесения футеровки изложницу с двумя крышками уста-
навливают на ролики центробежной машины. Внутрь вращающейся
изложницы засыпают формовочную смесь, которая под действием
центробежной силы распределяется неровным слоем по поверхности
изложницы. Внутри изложницы двумя домкратами закрепляют
скребок, плавно перемещающийся по вертикали. Этим скребком 1
рассчитанная доза формовочной смеси распределяется при вра-
щении изложницы, и образуется профиль наружной поверхности
втулки (рис. 241, а). При опускании скребка слой смеси уплотня-
ется и прочно удерживается на стенках изложницы. Окончательную
421
отделку осуществляют накаткой поверхности формы валиком з
(рис. 241, б). <
Отливка втулок, колец, венцов из цветных сплавов. При центро-
бежной отливке втулок, колец из медных сплавов применяют песча-
ные и металлические формы. Металлические формы для крупных
отливок часто охлаждают водой. Втулки средних размеров из мед-
ных сплавов отливают в металлические формы без покрытий либо
в формы, рабочая поверхность которых покрыта ацетиленовой ко-
потью. Стальные формы для литья втулок из оловянных бронз[
рекомендуется натирать графитом или покрывать графитовой вод-
ной краской. Форму перед заливкой нагревают до температуры не!
выше 250° С.
Втулки из оловянной бронзы лучше получать в стальных формах;!
' втулки из высокосвинцовых бронз во избежание ликвации по плот-
ности составляющих сплава обычно получают при медленном враще-
нии формы и ее интенсивном охлаждении (литье намораживанием).
Металл в форму заливают плавной струей большого сечения,
Для получения качественных отливдк важно выдерживать опреде-
ленную температуру заливки. Практикой установлено, что оптималь-
ная температура заливки бронзы Бр. АЖ9-4 около 1000° С;
Бр. ОФЮ-1 1020—1050° С, Бр. АМцС58-2-2 около 1030° С.
Отливка биметаллических заготовок. Биметаллическое изделие
состоит из двух сплавов: наружный или внутренний слой такого из-i
делия изготовляют из специального сплава с требуемыми свойствами,!
а основную массу — из недефицитного сплава.
В машиностроении отливки из биметалла применяют в основное
вместо дорогостоящей бронзы, что резко снижает расход бронзь
на единицу продукции, уменьшает стоимость изделий.
Биметаллические втулки и заготовки, имеющие форму тела вра
щения, целесообразно получать центробежным способом лить:
тремя методами: 1) свободной заливкой расплава, образующее
внутренний слой заготовки, в полость вращающейся твердой втулк:
(основы из другого сплава); 2) расплавлением твердой шихт!
внутри закрытой с торцов полости вращающейся втулки — ochobi
для образования внутреннего слоя заготовки; 3) последовательно:
заливкой двух расплавов, образующих наружный и внутренний ело:
заготовки.
При литье биметаллической втулки первым из указанны:
методов в качестве материала для основы втулки применяют стал
(до 0,3% С), а для внутреннего слоя оловянную бронзу. Боле
углеродистые и легированные стали не обеспечивают хорошел
сцепления с бронзой. До заполнения втулки (основы) расплаво!
ее необходимо тщательно очистить от окалины, масла и других.'
загрязнений. '!
При втором методе втулку изготовляют из стандартной трубы !
с последующей завальцовкой или приваркой донышек. Бронзу
внутри втулки-заготовки можно плавить вне машины для центробеж-
ного литья.
422
При получении биметаллических втулок третьим методом не-
обходимо иметь два плавильных агрегата для расплавления стали
и бронзы. Температура изложницы перед заливкой должна быть
150—200° С, окружная скорость изложницы 8 м/с.
Скорость подачи жидкой стали во вращающуюся изложницу
1 кг/с и бронзы 0,5 кг/с. Сначала заливают сталь, затем дается вы-
держка 15—20 с (во время движения изложницы), после чего зали-
вают бронзу — получается биметаллическая втулка.
Центробежное литье труб. Существует два способа центробеж-
ного литья тр'уб: в металлические и в футерованные песчаные формы.
Основным недостатком литья в металлические формы является то,
что трубы отбеливаются, становятся хрупкими и поэтому их необхо-
димо отжигать. При литье в песчаные формы снижается производи-
тельность процесса, так как необходимо приготовлять формовочную
смесь, уплотнять ее, кроме того, осуществлять выбивные и очистные
работы, использовать соответствующее дополнительное оборудова-
ние. Большое распространение нашел первый способ литья труб.
На рис. 242 показана роликовая центробежная машина для
литья чугунных труб в металлические формы конструкции
ВНИИЛИТМАШа. Машина имеет подвижную изложницу, а зали-
вочный желоб и клещи для извлечения отливок неподвижные. Из-
ложницу можно охлаждать обрызгиванием и в ванне с водой.
Изложница 1 представляет собой гладкий цилиндр с раструбом
на одном конце, который устанавливают на четырех роликах.'
Для фиксации изложницы в осевом направлении на нее надевают
кольцо, упирающееся в ролики 2. В раструбном конце изложницы
закрепляют шкив клиноременной передачи и вставляют патрон
с песчаным стержнем для образования кольцевого паза в раструбной
части трубы. В хвостовой части изложницы закрепляют втулку,
ограничивающую длину отливаемой трубы. Изложница вращается
от электродвигателя 3 постоянного тока.
На машине можно отливать трубы различного диаметра. Поло-
жение оси изложницы остается постоянным, а регулируется поло-
жение опорных роликов 4, установленных на поворотных кронштей-
нах, закрепленных упорными болтами 5. Изложница с опорными
роликами и системой охлаждения находится в жестком массивном
корпусе 6, который опирается на направляющие станины четырьмя
роликами. Корпус изложницы перемещается гидроцилиндром 7.
Заливочное устройство состоит из мерного ковша 8 и желоба 9.
Мерный ковш выложен огнеупорным составом. Ковш поворачивается
гидроцилиндром через реечную передачу.
Механизм для извлечения трубы из изложницы состоит из кле-
щей, которые захватывают трубу изнутри и удерживают ее на месте,
в то время как изложница перемещается, освобождая трубу.
Трубы, отлитые в металлические формы, имеют поверхностный
отбел (НВ 580—640) и поэтому подвергаются отжигу. Отжиг осу-
ществляют при 950—960° С и выдержке 50 мин. Для труб небольших
размеров (диаметром 80—150 мм) выдержка составляет 30 мин.
423
424
После термической обработки и очистки от окалины трубы асфаль-
тируют в ваннах. Температура труб при опускании в ванну при-
мерно 150° С. Асфальтированные трубы подвергают гидроиспыта-
нию.
Центробежная отливка чугунных труб в футерованные излож-
ницы производится на тех же машинах, что и в металлических из-
ложницах без покрытий. В качестве теплоизолирующих покрытий
применяют сухие сыпучие материалы без связующего или с добавкой
порошкообразного связующего, жидкие водные суспензии различ-
ного состава и водные растворы. Сухие покрытия наносят с помощью
Рис. 243. Песчаная форма для центробежного литья труб
желоба, вводимого во вращающуюся изложницу, нагретую до 200° С.
Если сухие покрытия имеют связующее, то смесь полностью затвер-
девает за 1—2 мин. Жидкие покрытия наносятся на изложницу
с помощью специальной трубки из бачка; состав заливают в излож-
ницу таким же образом, как и металл. Однако покрытия сыпучие
и жидкие полностью не устраняют отбела труб и плохо предохра-
няют изложницу от разгара, в то время как литье в сухие песчаные
формы гарантирует получение труб без отбела.
Песчаная форма для центробежного литья труб (рис. 243) состоит
из металлической изложницы 1, выполняющей роль опоки, песча-
ной футеровки 2, раструба 3, ограничивающего стержня 4, крышек
5 и 6. Формы изготовляют в массовом производстве на карусельных
установках.
ГЛАВА III
ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сущность процесса. Литье под давлением состоит в том, что рас-
плавленный металл подается в металлическую форму (пресс-форму)
под избыточным давлением. Сочетание двух особенностей процесса
(металлической формы и высокого давления) позволяет значительно
Улучшить качество отливки. Высокая чистота поверхности и точ-
425
ность размеров рабочей полости пресс-формы обеспечивают получе-
ние точных отливок с чистой поверхностью, практически не требую-
щих дальнейшей механической обработки, а высокое давление на
жидкий металл значительно увеличивает заполняемость формы'
Для литья под давлением применяют специальные машины.
На рис. 244 приведена схема машины литья под давлением с гори-
зонтальной холодной камерой прессования. Пресс-форму для литья
под давлением, состоящую из подвижной и неподвижной частей,
закрепляют соответственно на подвижной 2 и неподвижной 4 пли-
тах специальными болтами или скобами. Правильность установки
пресс-формы 3 и ее центровку проверяют открытием и
. закрытием ее с помощью механизма запирания 8, при-
. водимого в движение гидроцилиндром 1.
Рис. 244. Схема машины для литья под давлением с грризонтальной холодной
камерой прессования
Процесс литья начинается с подогрева пресс-формы, стакана 5
и прессующего поршня 6. Для этого рабочий-оператор заливает не-
сколько раз металл в пресс-форму. Получаемые отливки, как пра-
вило, имеют брак, их затем переплавляют. Температура нагрева
пресс-формы зависит от заливаемого в нее сплава. После подогрева
пресс-форму смазывают, особенно смазывают трущиеся части пресс-
формы, прессовый стакан 5 и поршень 6. Кроме того, несколько раз
открывают и закрывают пресс-форму для заливки в нее металла для

проверки ее работы.
Затем регулируют скорость прессования, которая зависит от рода
сплава, сложности и требований, предъявляемых к отливке. Подвиж-
ная и неподвижная половины пресс-формы соединяются и скреп-
ляются механизмом 8. В прессовый стакан ложкой заливают рас-
плавленный металл (рис. 245, а), включают механизм запрессовки Zj
426
и поршень (см. рис. 244) вытесняет жидкий металл в полость формы
(рис. 245, б).
После заливки металл выдерживается несколько секунд, затем
пресс-форма раскрывается и из нее выталкиваются отливки
(рис. 245, в и г). Готовые отливки с литниками транспортируют
в очистное отделение.
Литье под давлением является наиболее прогрессивным способом
изготовления отливок из цветных сплавов (цинковых, алюминиевых,
магниевых, латуни), в последнее время широко применяется в точ-
ном приборостроении, автомобильной, тракторной, электротехни-
ческой и других отраслях промышленности.
Основные преимущества литья под давлением: высокая произво-
дительность, возможность получения сложных тонкостенных отли-
вок с минимальной механической обработкой, чистой и гладкой
поверхностью; мелкозернистой структурой и высокими механиче-
скими свойствами.
Литьем под давлением получают сложнейшие отливки со стен-
ками толщиной до 0,8 мм, практически не требующие механической
обработки. Точность изготовления отливок достигает 5-го, а иногда
и 3-го классов точности, шероховатость поверхности отливок соот-
ветствует 5—7-му классам чистоты. Припуски на механическую
обработку не превышают 0,8 мм.
Недостатками литья под давлением являются высокая стоимость
пресс-формы, сложность и длительность ее изготовления, трудность
выполнения отливок со сложными полостями, поднутрениями, га-
427
зовая пористость в отливках, ограниченная номенклатура сплавов,
а также ограничения размеров и массы отливок мощностью литей-
ной машины.
При литье под давлением пресс-форма быстро отводит теплоту
от небольшой массы отливки. Отливка охлаждается очень быстро,
структура ее получается мелкозернистой, механические свойства
более высокими. Однако литье под давлением имеет ряд особенно-
стей. В процессе заполнения вместе с жидким металлом в форму
попадает воздух, который затем образует в отливке газовую пори-i
стость, что во многих случаях затрудняет механическую, а такж<
и термическую обработку от
Рис. 246. Вакуумное приспособление для
машин литья под давлением
ливок.
Чтобы уменьшить порис
тость отливок, применяют ва.
куумирование полости пресс
формы. Последнее позволяв"
получать отливки со стенкам!
толщиной на 30% меньше п<
сравнению с обычным литьеь
под давлением, улучшает по
верхность отливки. Однаю
вакуумирование пресс-формь
усложняет машину, несколь
ко снижает ее производитель
ность.
Применяют несколько спо
собов вакуумирования поло
сти пресс-формы. Один из спо
собов представлен на рис. 2461
На подвижной плите 1 машины с горизонтальной камерой пр.
сования крепят вакуумную камеру, состоящую из плиты 2, кожу
хов 3 и 4, неподвижной плиты 6, расположенной на неподвижно!
плите 7. Внутри кожухов 4 и 3 находится пресс-форма, состоящая
из двух полуформ: неподвижной 11 и подвижной 12, плит толка-
телей 14 и 15. Камера прессования 8 имеет канал, соединяющий ее
с вакуум-проводом 5, и сменную втулку 10. При закрытии пресс-
формы уплотнения 16 и упоры 13 обеспечивают герметичность
вакуумной камеры.
После заливки жидкого металла поворотной муфтой 9 закры-
вается заливочное окно камеры и она электромагнитным золотни-
ком соединяется вакуум-проводом 5 с насосом. В камере создается
требуемое разрежение, одновременно осуществляется запрессовка
жидкого металла в пресс-форму.
Для повышения плотности отливки, уменьшения газовоздушной
пористости применяют также специальные режимы технологиче-
ского процесса, при которых осуществляется передача статического
давления на металл от момента окончательного заполнения формы
до полного затвердевания отливки (литье с подпрессовкой). Такое
428
Бездействие на отливку, в известной мере, имеет место и при обычных
режимах литья, но оно весьма кратковременно вследствие быстрого
затвердевания питателя. Поэтому важным условием осуществления
подпрессовки является создание таких тепловых условий затверде-
вания металла в форме, при которых металл в питателе и камере
прессования будет затвердевать более продолжительное время, чем
в отливке. Это позволяет передать давление от прессующего поршня
на затвердевающую отливку и осуществить ее питание жидким ме-
таллом, резко уменьшить объем газовоздушных пор, повысить
плотность отливки.
Рис. 247. Схемы механизмов прессования для осуществления подпрес-
совки:
а — с дополнительным цилиндром; б — с двойным плунжером
Часто для повышения давления на жидкий металл используют
специальные конструкции механизмов прессования с мультипли-
кацией (усилением) давления на металл в камере прессования ма-
шины. Применяют два варианта таких конструкций (рис. 247).
В первом случае (рис. 247, а) давление прессования увеличивается
за счет дополнительного гидроцилиндра 1. Поршень 2 в момент
окончания заполнения пресс-формы выдвигается в запоршневое
пространство основного цилиндра 3 механизма прессования на не-
которую величину I и увеличивает в нем давление рабочей жидкости
на прессующий поршень 4 и, соответственно, на металл, находя-
щийся в камере прессования.
Во втором случае применяют двойной прессующий поршень
(рис. 247, б). До момента образования корочки 5 металла на стен-
ках камеры прессования 6 оба плунжера перемещаются вместе,
а затем, после остановки плунжера 7, продолжает двигаться плун-
жер 8 и давление на жидкий металл увеличивается.
В настоящее время применяют конструкции механизмов прес-
сования,, обеспечивающие давление подпрессовки до 3000—
429
5000 кгс/см2. Это позволяет получать отливки повышенной плоЯ
ности, с минимальным объемом газовоздушной и усадочной пори-
стости и значительно расширить область применения литья
под давлением для изготовления отливок ответственного назна-
чения.
Вследствие высокой стоимости пресс-формы литье под давлением
экономически выгодно в условиях массового и крупносерийного
производства. Однако в последнее время разработаны конструкции
нормализованных форм и универсальных сборных форм (УСФ).
Система УСФ позволяет при небольшом числе применяемых норма-
лизованных узлов и деталей пресс-
форм получать разнообразные кон-
струкции форм с плитами различ-
ной высоты и системами выталкива-
ния (до 5000вариантов). В этом слу-
чае для изготовления пресс-формы
необходимо изготовить только ра-
бочие вкладыши, оформляющие от-
ливку, что позволяет расширить
область применения литья под дав-
лением и сделать экономичным
изготовление небольших серий от-
ливок.
Литье под низким давлением
является дальнейшим развитием
получения отливок на машинах
литья под давлением компрессор-
ного типа. Сущность этого способа
(рис. 248) состоит в том, что жид-
кий металл из раздаточной печи I
под давлением воздуха или газа
поднимается по опущенной в рас-
плав трубке — металлопроводу 4
Рис. 248. Схема установки литья
под низким давлением
в форму 5, обычно металлическую, установленную на крышке 3
печи и имеющую стержень 6. После затвердевания отливки давле-
ние в тигле 2 уменьшают, выпуская газ из установки в атмо-
сферу. Остатки жидкого металла из металлопровода сливаются
в тигель.
При этом способе литья значительно сокращается расход ме-
талла на литниковые системы, благодаря чему возрастает выход
годного.
Для литья под низким давлением можно использовать
и обычные песчаные формы. Комбинированные формы — металли-
ческие с песчаными стержнями применяют главным образом для
получения крупногабаритных тонкостенных деталей из алюминие-
вых и магниевых сплавов, металлические формы — для фасонных
отливок из алюминиевых сплавов АЛ4, АЛ9, а также массивных
отливок из медных сплавов и стали.
§ 2. ПРЕСС-ФОРМЫ
Пресс-формы изготовляют из специальных жаростойких хро-
мистых сталей марок ЗХВ8, 4ХВ8, 5ХНМ, инструментальных угле-
родистых сталей У8, У10. Стойкость пресс-формы определяется
числом годных отливок, получаемых в ней.
Стойкость пресс-формы из термически обработанной стали для
литья алюминиевых сплавов составляет 60 000 — 200 000 отливок,
а пресс-формы из стали ЗХ2В8 с присадкой ванадия для литья ла-
туни (60% Си, 40% Zn)—5000 — 50 000 отливок. По плоскости
Рис. 249. Конструкция пресс-формы для литья под давлением
разъема пресс-форма (рис. 249) делится на две части: неподвижную
(матрицу) и подвижную (пуансон), имеющую приспособление для
выталкивания отливки. Матрицу крепят к неподвижной части ма-
шины со стороны камеры прессования. Отливка всегда находится
в той части формы, которая имеет большее число выступов, образую-
щих ее внутренние контуры и поднутрения.
Рабочую часть матрицы, соприкасающуюся с жидким металлом,
изготовляют в виде сменных вкладышей 1. Литниковый канал
выполняют во втулке 4. Вкладыш 1 и литниковую втулку 4 закреп-
ляют на плите 23 с направляющими колоннами 20, устанавливаю-
щими в определенное положение части формы во время работы.
К плите 23 винтами 22 крепят щит 21, предохраняющий от брызг
металла. В этой же плите делают при необходимости каналы для
охлаждения формы и вентиляционные каналы для выхода газов
и воздуха из полости пресс-формы. Некоторые стержни, оформляю-
431
щие полость в отливке, устанавливают в матрице и закрепляют вкл,
дыш 1, вставку 2, стержень 3 подкладной плитой 24.
Рабочую часть пуансона выполняют в виде вкладыша 16, уста-
навливаемого в плите 19 Для направления струи металла служит ;
рассекатель 5. В местах расположения отверстий под направляю-
щие колонны 20 матриц ставят сменные направляющие втулки 18.
Стержни 15, рабочая часть которых перпендикулярна плоскости
разъема формы, закрепляют в ней неподвижно. В пресс-формах
часто используют подвижные, а также и отъемные стержни, для
удаления их иногда применяют специальные механизмы — при- :
воды.
Вкладыши, стержни и вставки крепят на плите пуансона под-
кладной плитой 17, плиты пуансона и подкладную — болтами 14
к постаменту, состоящему из стоек 13 и плиты 7.
Отливка из подвижной части формы удаляется выталкивателями
6. Торцы выталкивателей устанавливают на 0,3—0,5 мм выше или
ниже оформляющей поверхности пресс-формы. Выталкиватели 6
закрепляют в плитах 10 и 11, соединенных болтами 8 с приводом.
Выталкиватели устанавливают в положение, которое они должны
занимать при закрытой пресс-форме, контрвыталкивателями 12,
а для удержания их при запрессовке металла в пресс-форму преду-
смотрены упоры 9. Размеры рабочих поверхностей пресс-формы
должны быть в пределах 3-го класса точности, а посадочные размеры
сопрягаемых частей 2—3-го классов точности. Обычно основные
элементы пресс-формы: плиты пуансона и матрицы, плиты толка-
телей, сами толкатели, стержни, рассекатели и т. д. нормализованы,
а вкладыши матрицы и пуансона делают сменными.
Для повышения стойкости пресс-формы предусмотрено охлаж-
дение ее рабочей поверхности воздухом, а стенок — водой, циркули-
рующей по каналам внутри стенок.
§ 3. МАШИНЫ
Литье под давлением осуществляется на машинах с горячей
и холодной камерами прессования.
Машины с горячей камерой прессования (рис. 250) применяют
для легкоплавких сплавов на основе цинка, свинца, олова. Камера
прессования 1 находится непосредственно в тигле 2 с жидким ме-
таллом и сообщается с ним отверстием 3, через которое поступает
металл. При движении поршня 4 вниз отверстие 3 перекрывается,
и жидкий металл по обогреваемому каналу 5 поступает в полость
формы 6. После затвердевания отливки поршень возвращается в ис-
ходное положение и остатки жидкого металла из канала 5 сливаются
в камеру прессования. Пресс-форма раскрывается, отливка удаля-
ется из нее, после чего пресс-форма закрывается и цикл повторяется.
Машины с горячей камерой прессования имеют недостаток:
некоторые рабочие органы машины (поршень, камера прессования)
постоянно находятся в расплаве и поэтому быстро выходят из строя-
432
Рис. 250. Схема машины для литья
под давлением с горячей камерой
прессования
По этой же причине на таких машинах нельзя применять высокие
давления прессования.
Машины с холодной камерой прессования применяют в основном
для литья сплавов алюминия, меди и магния. Расплавленный
металл обычно подается из печи в прессовый стакан мерным ковшом
вручную или специальными автоматическими устройствами. Ка-
меру прессования устанавливают так, что прессующий поршень
может перемещаться или вертикально, или горизонтально. Соответ-
ственно различают и машины с вертикальной или горизонтальной
камерами прессования. В по-
следнее время преимущественно
выпускают машины с горизон-
тальной камерой прессования,
так как на них можно развивать
большие усилия прессования.
В современных машинах с
холодной камерой прессования
при литье алюминиевых и мед-
ных сплавов давление обычно
достигает 300—1500 кгс/см2.
Высокие давления прессования
порядка 2000 кгс/см2 характерны
для современных машин с хо-
лодными камерами. Схема ма-
шины с горизонтальной камерой
прессования приведена на рис.
244. На рис. 251 показана схема
работы машины с вертикальной
холодной камерой прессования.
Расплавленный металл подается
в камеру прессования 2 и порш-
нем / через мундштук 5 — в
пресс-форму, состоящую из подвижной половины 7 и непод-
вижной 6. Остаток металла 8 из камеры 2 выталкивается нижним
поршнем 3 с пружиной 4. Готовая отливка 9 вместе с литни-
ками вынимается из подвижной части 7 пресс-формы. В промыш-
ленности используют машины с холодной горизонтальной камерой
прессования моделей: 515 (130), 516 (600), 517 (1000) и др. (в скоб-
ках указаны запирающие усилия в тоннах — силах).
В текущей пятилетке Тираспольским заводом «Литмаш» освоен
выпуск новой гаммы машины для литья под давлением, включающей
17 модификаций машин: шести базовых с холодной горизонтальной
камерой прессования, пяти модификаций машин с вертикальной
камерой прессования, предназначенных для замены устаревших
машин подобного типа, но таких, на которых сохранилось много
годных пресс-форм, и шести машин с горячей камерой прессования.
Технические характеристики некоторых машин этой гаммы приве-
дены в табл. 67.
433
Современные машины для литья под давлением алюминиевый
сплавов оборудованы автоматическими заливочными устройствами
плавильными печами с регулированием температуры сплава в раз
даточной печи и автоматической подачей порции сплава в форму
Рис. 251. Схема работы машины с холодной вертикальной ка-
мерой прессования
Существуют различные конструкции дозаторов для заливкЯИ
металла в камеру прессования. В настоящее время наилучшим обра- У
зом зарекомендовали себя в работе пневматические дозаторы. Пнев- м
матические дозаторы обеспечивают достаточную чистоту подава"
мого сплава, минимальные потери температуры, точность по
массе выдаваемой дозы, хорошую регулировку. Схема одного из доза-
434
Таблица 67
Технические характеристики машин литья под давлением
Параметры Модель
71106 71107 71108 71109 71305*
Усилие, тс:
запирания формы . . 100 160 250 400 63
прессования Ход подвижной плиты, 13,2 20 30 45 5,3
мм Расстояние между колон- 320 380 450 530 ’ 260
нами в свету, мм . . . Скорость прессования, 380 X 380 450 X 450 530 X 530 630 X 630 320 х 320
м/с 4,0 5,0 5,1 6,3 2,0
Толщина формы, мм . . Масса заливаемой порции алюминиевого сплава, кг, при давлении на 190—420 220—500 260-600 320—710 160-360
металл 400 кгс/см2 . . Наибольшее число цик- лов в час при непре- рывной работе машины 1,25 2,1 3,6 6,0 1,8**
(без заливки сплава) * Машина с горячей ка 250 мерой пресс 200 *оваяяя. 160 125 500
** Масса заливаемой порции цинкового сплава при 120 кгс/см2. давлеяни на металл
торов такого типа конструкции НИИТАВТОПРОМа представлена
на рис. 252. Электропечь сопротивления 1 с нагревателями 2 герме-
тически закрывается крышкой 3. Жидкий металл 4 заливается в до-
затор через окно 5, которое герметически закрывается крышкой 6.
Для выдачи дозы жидкого металла внутрь дозатора через клапан
7 подается сжатый воздух под таким давлением, чтобы жидкий ме-
талл поднялся до сливного насадка 8, замыкающего электроконтакт
9 и подающего сигнал на открытие клапана 10, через который в до-
затор поступает дополнительное количество воздуха при опреде-
ленном давлении. При этом порция металла вытекает через наса-
док 8 в камеру прессования 11. Точность выдачи дозы ±5%.
§4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Сплавы для литьй под давлением должны иметь по возможности
узкий интервал кристаллизации, что способствует получению отли-
вок с равномерной плотностью, достаточной прочностью и пластич-
ностью при высоких температурах, хорошей жидкотекучестью, ста-
бильностью химического состава при длительной выдержке в раз-
даточных печах.
Конструкция отливки должна удовлетворять эксплуатационным
требованиям и быть технологичной — учитывать свойства сплава,
435
/5/7
Рис. 253. Элементы литниковых систем при
литье под давлением на машинах с верти-
кальной (а) и горизонтальной (б) камерами
прессования
особенности формирования отливки при литье под давлением и даль-
нейшую механическую обработку. Стенки и ребра отливки должны
иметь одинаковую толщину во всех ее частях, что необходимо для
устранения газовоздушной и усадочной пористости и раковин.
Тонкостенные отливки при литье под давлением имеют мелкозер-
нистую структуру и высокую прочность; жесткость отливки может
быть повышена установкой дополнительных ребер, толщина которых
должна составлять 0,8—0,9 толщины стенок отливки.
Литниковая и вентиляционная системы должны обеспечивать
поступление в форму металла так, чтобы на его пути не было препят-
ствий — стержней, высту-
пов, вызывающих завихре-
ния потока, а также чтобы
воздух и газы удалялись
из формы. Питатели рас-
полагают так, чтобы не
было встречных потоков
металла, ударов струи о
стенку формы или стер-
жень, резких поворотов,
расширений струи и т. д.
При литье на машинах
с вертикальной камерой
прессования (рис. 253) лит-
никовая система состоит из
литникового хода, подво-
дящего канала и питателя;
при литье на машинах с
горизонтальной камерой
прессования — из подводящего канала и питателя. Сокраще-
ние пути металла в литниковой системе является основным пре-
имуществом машин с горизонтальной камерой прессования.
К элементам литниковой системы относят также пресс-оста-
ток.
Вентиляционная система состоит из каналов в виде щелей глу-
биной 0,05—0,3 мм и шириной 5—20 мм. Вентиляционный канал
может сообщаться с полостью формы или с п р о м ы в н и к о м,
соединенным с полостью формы каналом. Промывник устанавливают
для слива первых порций металла, загрязненных воздухом, окис-
лами, смазкой. Вентиляционные каналы располагают в местах
наиболее вероятного скопления воздуха и газов.
В зависимости от расположения литникового хода относительно
отливки литниковые системы бывают трех типов.
1. Прямая литниковая система (рис. 254, а) —
литниковый ход непосредственно соединяется с полостью формы;
обеспечивает направленное заполнение формы сплошным потоком
с минимальными тепловыми и гидравлическими потерями, приме-
няется для отливок, не имеющих в центре отверстий. Ее часто ис-
436
пользуют при заполнении формы кашеобразным сплавом с неболь-
шой скоростью впуска.
2. Внутренняя литниковая система (рис. 254, б)
позволяет уменьшить размеры форм, используется для отливок
типа рамок.
3. Боковая литниковая система (рис. 254, в) —
металл подводится по внешнему контуру отливки, часто использу-
ется в одногнездных и многогнездных пресс-формах.
Рис. 254. Типы литниковых систем
Для расчета питателей применяют различные методы, основан-
ные на опытных, практических данных. Например, питатели для
тонкостенных (2,5—5 мм) отливок размерами до 500 мм можно
рассчитывать по методу Н. А. Шубина. Площадь поперечного сече-
ния питателей
f = ^ мм2,
' рл ’
(20)
где тотл — масса отливки, г; р — плотность заливаемого сплава,
г/см3; К — коэффициент, зависящий от скорости впуска и времени
заполнения формы, конфигурации отливки и рода сплавов (табл. 68)
Таблица 68
Значения коэффициента К для отливок из различных сплавов
Конфигурация отливки Сплавы
магниевые алюминиевые цинковые латуни
Простая 7,32 6,09 2,16 х 1,89
Сложная 6,05 5,25 1.87 1,63
Очень сложная .... 4,78 4,41 1,57 1,37
Температурные режимы литья назначают в соответствии с родом
заливаемого сплава, конфигурацией отливки. Температура нагрева
пресс-формы перед заливкой сплавов: цинковых 120—160° С; алю-
миниевых 180—250° С; латуней 280—320° С. При литье на машинах
с холодной камерой прессования температуру сплава перед заливкой
принимают на 10—20° С выше температуры ликвидуса сплава.
437
Давление прессования выбирают исходя из практических рек<
мендаций в зависимости от сплава, толщины и сложности конфиг
рации отливки (табл. 69).
Таблица ।
Рекомендуемые давления прессования, кгс/см2
Толщина стенки отливки, мм Конфигурация отливки Сплавы
цинковые магние- вые алюми- ниевые латуни
До 3 Простая 450 500 350 600
Сложная ....... 450 550 450 700
Очень сложная . . . . 500 600 500 800
До б Простая 550 700 600 900
Сложная ' 600 800 650 1000
ГЛАВА IV
ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сущность способа литья по выплавляемым моделям состоит в тощВЦ
что модель изготовляют из такого материала, который без разруше- *
ния формы можно выплавить или растворить и получить неразъем- !
ную форму, что обеспечивает высокую точность отливок. Чаще всего f
материалом модели является легковыплавляемая воскообразная '
масса. Литьем по выплавляемым моделям получают отливки слож-
ной конфигурации с толщиной стенки до 0,5 мм в основном из стали
и жаропрочных сплавов, трудно обрабатываемых механическим
способом. Преимущества этого способа: возможность изготовления
отливок из сплавов, не поддающихся механической обработке;
получение отливок с точностью размеров до 4-го класса и шерохо-
ватостью поверхности до 6-го класса чистоты, что в ряде случаев
устраняет механическую обработку; возможность получения узлов ,
машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать (
из отдельных деталей.
Литье по выплавляемым моделям можно использовать в усло-
виях единичного (опытного), серийного и массового производства.
Экономические показатели этого способа, рациональность его при-
менения зависят от номенклатуры отливок. Наиболее целесообразно
изготовлять этим способом мелкие, но сложные по конфигурации
отливки, а также крупные отливки, к которым предъявляются вы-
сокие требования по точности размеров и чистоте литой поверх-
ности, отливки из труднообрабатываемых сплавов. j
438 I
Пресс-формы для изготовления моделей. Выплавляемые модели
изготовляют в специальных пресс-формах (рис. 255). От точности
изготовления пресс-форм и чистоты их рабочей поверхности зави-
сят чистота поверхности и точность
отливок. Точность размеров и чистота
поверхности рабочей полости пресс-
формы должны быть на 1—2 класса
выше требуемой точности и чистоты
поверхности отливки.
Пресс-формы изготовляют из ста-
ли СтЗ и стали 45, алюминиевого
сплава АЛ2, свинцовосурьмяных
сплавов, высококачественного гипса,
эпоксидных смол ЭД-5, ЭД-6, резины
и иногда из твердых пород дерева.
Выбор материала для пресс-фор-
мы зависит от характера производ-
ства. В условиях массового произ-
водства пресс-формы изготовляют из
стали, а мелкосерийного — из гипса,
пластмасс, свинцовосурьмяных спла-
вов.
Пресс-формы можно получать ме-
ханической обработкой, отливкой по
модели-эталону, способом электроли-
тического нанесения металла на мо-
Рис. 255. Пресс-форма:
/ — основание; 2 — матрица;
3 -— фасонная планка; 4 — замок;
5 — оправка; 6 — крышка; 7 — су-
харь; 8 — пластина; 9 — плита
дель-эталон.
Извлечение модели из пресс-формы без повреждений и искаже-
ний обеспечивается правильным выбором разъема, уклонов и при-
менением выталкивающих устройств. Величина уклонов должна
быть не менее 0,5°.
§ 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
Модельные составы. Выплавляемые модели изготовляют из смеси
или сплавов легкоплавких материалов, чаще всего органического
происхождения. В качестве исходных материалов используют пара-
фин, стеарин, церезин, буроугольный воск, торфяной битум, кани-
фоль, полистирол, полиэтилен, этилцеллюлозу, жирные кислоты,
озокерит и др.
Модельные составы должны обладать определенными свойст-
вами: 1) температурой плавления 60—100° С, температурой начала
размягчения выше температуры рабочего помещения на 35—45° С;
2) минимальной и стабильной линейной усадкой, минимальным
объемным и линейным расширением; 3) хорошей жидкотекучестью;
4) достаточной прочностью и твердостью для предохранения от по-
вреждения поверхности моделей; 5) минимальной зольностью
и неприлипаемостью к поверхности пресс-форм, инструменту и ру-
439 ‘
отливок, характера производства
Рис. 256. Термостат с водяным обогревом
Модельный
- состав
кам рабочего; 6) химической инертностью по отношению к мате-
риалам пресс-форм и огнеупорных покрытий; 7) не выделять вредных
паров при нагревании и сгорании; 8) возможностью многократног
использования; 9) хорошей смачиваемостью облицовочным соста
вом; 10) дешевизной исходных материалов.
В зависимости от требований к точности и чистоте поверхност
применяют модельные составы
1) легкоплавкие на основ
воскообразных веществ
2) тугоплавкие на основ
пластмасс; 3) растворимые
Легкоплавки
воскообразные составы
применяют для изготовле-
ния моделей мелких отли-
вок средней сложности по
5—7-му классам точности.
Обычно эти составы приго-
товляют из парафина и .
стеарина (составы ПС).
Чаще употребляют состав
ПС50-50 (50% парафина и ;
50% стеарина), реже
ПС30-70. Недостатками
этих составов является
низкая температура раз-
мягчения (54—55° С), не-
высокая прочность и боль-
, шая нестабильная усадка.
Гораздо лучшими свойст-
вами обладает четырехком- '
понентный состав Р-3, со- ;
держащий кроме парафина -
церезин, буроугольный *
воск, кубовый остаток. Этот
состав обладает повышен- -
ной прочностью и тепло-
стойкостью.
Тугоплавкие модельные составы применяют для изго-
товления моделей тонкостенных и крупногабаритных отливок с по- j
вышенными требованиями к точности и чистоте поверхности. Наи- I
более распространенным для этих моделей является состав КПсЦ 50- (
30-20 (50% канифоли, 30% полистирола, 20% церезина), однако -j
этот состав имеет недостатки: невысокую жидкотекучесть, слож- 1
ность приготовления.
Растворимые модельные составы обычно приготовляют ‘
на основе технической мочевины с добавкой в качестве пластифика-
тора 2% борной кислоты. Наиболее часто применяют жидкий со- J
440
став КбБк 98-2 (98% карбамида и 2% борной кислоты). Не-
достатком этих модельных составов является высокая гигро-
скопичность, для уменьшения которой вводят до 10% нитрата
калия.
Приготовление модельных составов. Технология приготовления
модельного состава зависит от входящих в него компонентов. Сте-
пень механизации этого процесса зависит от характера и объема
производства.
Чаще всего применяют термостаты и раз-
личные специальные установки конструкции
ВНИИЛИТМАШа и НИИТАВТОПРОМа.
Парафино-стеариновые модельные составы
приготовляют в термостатах с водяным обо-
гревом (рис. 256). Рабочий бак 1 находится
в резервуаре 2, заполненном теплопередаю-
щей жидкостью (водой, глицерином и т. д.).
Глицериновую жидкость применяют в тех
случаях, когда температура приготовления
модельного состава превышает 90° С. Боко-
вая поверхность и дно резервуара обогревают-
ся электрической нихромовой спиралью 3.
В рабочий бак вмонтированы обогреваемый
кран 4 для выпуска готового модельного со-
става и обогреваемый кран 5 для спуска
осевшего на дно загрязненного модельного
состава. Через кран 6 осуществляется слив
теплопередающей жидкости.
Температура расплавленного модельного
состава и теплопередающей жидкости кон-
тролируется двумя термометрами 7, установ-
ленными в крышке 8 рабочего бака. Емкость
бака определяется потребностью цеха в мо-
дельном составе.
Технологический процесс приготовления
зависит от входящих в него компонентов. Например, парафино-стеа-
риновые составы (ПС50-50 и ПС70-30) приготовляют следующим
образом. Перед загрузкой в агрегат куски исходных материалов
очищают от механических загрязнений. Плитки стеарина и пара-
фина раздробляют, отвешивают требуемое количество и загру-
жают в бак агрегата. Расплавленный до 80—85° С модельный состав
перемешивают и затем выдерживают в течение 15—20 мин для
осаждения попавших загрязнений. Расплавленную массу подают
в мешалку, где состав охлаждается до пастообразного состояния
и насыщается воздухом, что необходимо для уменьшения усадки
модельного состава. Готовый состав подается в сборник, откуда
поступает на участок изготовления моделей.
Выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах, которые
заполняют модельным составом. Заполнение осуществляют свобод-
Р
Рис. 257, Схема за-
прессовки модельной
массы в пресс-форму:
1 — щиток; 2 — ци-
линдр; 3 — наконечник;
4 — пресс-форма
модельного состава
15 Титов
441
ной заливкой расплавленной массы, запрессовкой в пастообразном
состоянии, заливкой и запрессовкой под высоким давлением.
Рис. 258. Автоматическая установка для приготовления модельной массы и из|
готовления моделей 1
Основным способом изготовления моделей является запрессовка!
пастообразного состава в рабочую полость пресс-формы (рис. 257),
что обеспечивает лучшую точность и
Рис. 259. Собранная «елка» — блок вос-
ковых моделей
чистоту поверхности моделей.
Эту операцию выполняют на
установке, на которой npnroj
товление пасты из жидкого
расплава и запрессовка мо-1
дельной массы в пресс-формы)
производятся автоматически.’
Перед запрессовкой легко-
плавкой массы пресс-формы
очищают, а затем смазывают
и собирают. В качестве смаз-
ки используют трансформа-
торное масло или касторовое
масло, смешанное с этиловым
спиртом в соотношении 1:1.
В условиях поточно-мас-
сового производства приме-
няют установки (рис. 258), на
которых все операции, начи-
ная от приготовления модель-
ных составов до заполнения
формы и изготовления моде-
ли, выполняются автомати-
чески. Модельный состав /,
находящийся в баке на труб-
442
ках 2, обогреваемых горячей водой, плавится и через трубу 3
стекает в бак 4, откуда насосом 5 перекачивается в бак 6.
Отмеренное количество модельного состава переливается в бак 9
при закрытом клапане 7. Вентиль 8 предназначен для слива
модельной массы. В баке 9 приготовляется модельный состав необ-
ходимой температуры и консистенции и перекачивается в раздаточ-
ный бак, откуда насосом 10 подается к прессу 11 для запрессовки
в пресс-формы 12, установленные на карусели. Пресс-формы охлаж-
Рис. 260. Сборка моделей на каркасе
даются водой. После затвердевания модельного состава пресс-форма
автоматически раскрывается, модель 14 выталкивается в ванну 13
с холодной водой, откуда по водяному конвейеру направляется
на участок сборки моделей. Готовые модели осматривают.
Модели хранят либо в холодной проточной воде, либо в термо-
статах. Одновременно с изготовлением модели отливки изготовляют
модели элементов литниковой системы: стояка и воронки. Затем
модели собирают в блоки (рис. 259). В мелкосерийном производстве
модели отливок припаивают к моделям элементов литниковой си-
стемы с помощью электропаяльников, имеющих наконечник в виде
лезвия ножа. Лезвием паяльника оплавляют место припаивания
на стояке или коллекторе и прижимают модель к этому месту.
1Б* 443
Способ этот малопроизводительный и не обеспечивает надежного
соединения, применяется для сборки моделей мелких сложных
отливок или крупных.
В массовом и автоматизированном производстве модели отливок
и элементов литниковой системы выполняют заодно, в одной пресс-
форме, получая модельное звено. В этом случае блок моделей соби-
рается из отдельных модельных звеньев на специальных каркасах
(рис. 260). Внутри трубки 6 находится стержень 4 с пружиной 5.
Стержень втягивается пружиной в трубку. Перед сборкой на метал-
лическую трубку 9 надевают каркас, а затем модель воронки 8,
звенья моделей 7 и кольцо из модельного состава.
После сборки всех модельных звеньев нажимают на каркас, при
этом сжимается пружина и стержень с поперечной шпилькой 2
выходит из трубы. На стержень надевают металлический колпачок 1,
покрытый модельным составом 3, поворачивают его на 90°, пружина
освобождается, шпилька заходит в низ колпачка, а звенья моделей
плотно соединяются в единый блок. На этот блок затем наносят-
огнеупорную обмазку.
§ 3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ
Процесс изготовления формы по выплавляемым моделям вклю-
чает подготовку материалов, формование керамической огнеупорной
оболочки на поверхности модели, удаление модели из оболочки, фор-
мовку в наполнителе и прокалку формы.
Керамическая огнеупорная оболочка должна быть достаточно
прочной, податливой, газопроницаемой, химически инертной по
отношению к металлу, легко разрушаться после охлаждения от-
ливки.
Для изготовления оболочки в качестве огнеупорных материалов
применяют пылевидный кварц КП-1, КП-2 (естественный и искус-
ственный), электрокорунд, силиманит и т. д., а также кварцевые
пески. Пылевидные огнеупорные материалы применяют для приго-
товления жидкой формовочной смеси — огнеупорной суспензии,
а пески —для обсыпки каждого слоя огнеупорного покрытия.
В качестве связующего применяют гидролизованный раствор
этилсиликата. Этилсиликат — сложное химическое соединение,
основой которого является эфир ортокремниевой кислоты, содержа-
щий 28—45% SiO2.
Подготовка исходных материалов. Пылевидный кварц и кварце-
вый песок перед употреблением тщательно промывают водой с целью
удаления глинистых составляющих, а затем прокаливают при 950° С
в течение 3 ч. |
Для сообщения этилсиликату (C2HsO)4Si вяжущих свойств)
осуществляют операцию гидролиза этилсиликата. В качестве рас-|
творителя применяют технический ацетон, эфироальдегидную фрак-
цию (ЭАФ) или этиловый спирт С2Н5ОН, в качестве катализатора]
соляную кислоту. Гидролизованный раствор этилсиликата приго-
444
товляется в гидролизерах — пропеллерных мешалках, Гидролизер
состоит из двух резервуаров-баков, вставленных один в другой.
Внутренний резервуар служит для смешивания в нем этилсиликата
и спирта, наружный — для охлаждения водой, так как при реакции
гидролиза этилсиликата выделяется теплота.
Гидролиз этилсиликата осуществляется следующим образом.
В гидролизер наливают растворитель и воду, подкисленную соля-
ной кислотой, и перемешивают в течение 1—2 мин. Затем, продол-
жая перемешивание, постепенно вливают этилсиликат. Перемеши-
вание продолжают до тех пор, пока раствор не остынет. Для окон-
чания процесса гидролиза раствор выдерживают от 2 до 18 ч. В про-
цессе гидролиза протекает реакция
(С2Н6О)4 Si + 4Н2О -> 4С2Н6ОН + H2SiO4
Образовавшийся в результате реакции гель ортокремниевой
кислоты H2SiO.) и является связующим. Этот способ гидролиза
этилсиликата называют раздельным, так как огнеупорный
материал (пылевидный кварц) для приготовления огнеупорной
суспензии добавляют после окончания реакции гидролиза.
Применяют также и совмещенный способ гидролиза.
В отличие от раздельного способа при совмещенном способе гидро-
лиза огнеупорный материал загружают в гидролизер до начала
реакции гидролиза. Для получения 1 кг раствора берут 600 г этил-
силиката, 300 г спирта этилового, 100 г воды, содержащей 0,3—0,7%
соляной кислоты. Количество пылевидного кварца колеблется от
70 до 75% массы раствора в зависимости от конфигурации и раз-
меров моделей. В гидролизер заливают этилсиликат и раствори-
тель, перемешивают в течение 1—2 мин. Затем постепенно засыпают
2/з расчетного количества пылевидного кварца и перемешивают
еще 2—3 мин. После этого добавляют воду, подкисленную соляной
и серной кислотами. Перемешивание продолжают до момента охла-
ждения приготовленной суспензии. Реакция гидролиза при совме-
щенном способе протекает быстрее, поэтому выдержки раствора
после гидролиза не делают. Оболочки, изготовленные при совме-
щенном способе гидролиза имеют более высокую прочность, чем
при раздельном способе.
Огнеупорную суспензию приготовляют в мешалке (рис. 261).
При раздельном способе гидролиза в бак мешалки загружается
пылевидный кварц и добавляется связующее — гидролизованный
раствор этилсиликата. Смесь перемешивается до полного удаления
пузырьков воздуха. После этого проверяется вязкость состава,
которая должна быть в пределах 30—50 с по вискозиметру ВЗ-4.
Покрытия на модели обычно наносят при окунании их в огне-
упорную суспензию. Модельный блок 1, 2 или 3 раза погружают
в огнеупорную суспензию с выдержкой на воздухе после каждого
погружения в течение 10—20 с. После окунания модельный блок-
«елка» обсыпается песком 1К016 на специальной установке
(рис. 262). Затем модельные блоки-«елки» высушиваются в специаль-
445
них шкафах. При сушке «елок» на воздухе (18—20 С) их выдержи-
вают 4—6 ч, при сушке в среде аммиака до 2 ч. Для второго и третьего
слоев оболочки лучше применять песок 1К04. В некоторых случаях
с целью экономии дорогого покрытия на основе этилсиликата для
второго и третьего слоев применяют огнеупорную суспензию с жид-
ким стеклом в качестве связующего.
После нанесения на блок выплавляемых моделей огнеупорного
покрытия (2—3 слоя, в некоторых случаях и 5 слоев) производится
Рис. 261. Мешалка для при-
готовления огнеупорной сус-
пензии:
/ — бак; 2 — электродвигатель;
3 — вращающийся виит; 4 —
кожух; 5 — резервуар с водой;
6 и 7 — краиы
Рис. 262. Установка для обсыпки песко>
модельных блоков:
х/ — элеватор; 2 — барабан; 3 — бункер; 4 — ей
то; 5 — механическая рука; 6 —- модельный бло:
удаление модельного состава из полости форм выплавлением. Дл;
этого модельный блок с огнеупорным покрытием помещают в камер
ные электропечи или нагревают в горячей воде, сжатым воздухоь
Или паром. Парафино-стеариновые, парафино-церезиновые, а такж
парафино-стеариновые с добавкой этилцеллюлозы модельные составь
рационально выплавлять горячей водой при 80° С. Потери модель
ного состава составляют 5—10%, возврат модельного состава (90-
95%) используют для изготовления новых моделей.
На рис. 263 приведена схема установки для выплавления модель
ного состава горячей водой. Оболочки 1 подвешивают на приспо
собление 2 и опускают в горячую воду 3. Вода нагревается газовым!
горелками 4, температура ее поддерживается постоянной терморе
гулятором 5. Через 2—3 мин удаляются металлические стояки, а обо
446
Дочки снова опускаются в воду на 8—10 мин. После этого модель-
ный состав из оболочки выливается в воду и полость оболочки про-
мывается водой. На этом процесс удаления модельного состава
заканчивается. На такой установке выплавляется до 50 модельных
блоков в час.
После удаления из блока легкоплавкого модельного состава
приступают к изготовлению формы. Оболочки формуют в опоке
из жаростойкой стали; из
бункера насыпают наполни-
тель — сухой кварцевый пе-
сок и его уплотняют, а затем
форму прокаливают в элек-
трических или газовых печах.
Формы нагревают до 850—
900° С и выдерживают при
этой температуре не менее 2 ч.
Опоки устанавливают литни-
ковой чашей вверх и закры-
вают специальной крышкой.
§ 4. ПЛАВКА И ЗАЛИВКА
МЕТАЛЛА В ФОРМЫ.
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА
ОТЛИВОК
К качеству металла отли-
вок при литье по выплавляе-
мым моделям предъявляются
те же требования, что и к
Рис. 263. Ванна для выплавления мо-
ОТЛИВкам, получаемым дру- дельного состава горячей водой
гими способами. Поэтому ме-
талл из любого плавильного агрегата может быть использован и
для литья по выплавляемым моделям. Плавка металла для заливки
форм осуществляется по обычной технологии.
- Заливка форм металлом в зависимости от размера и массы отли-
вок, состава сплава, способа заполнения формы и применяемых печей
может производиться различными способами, например: 1) свобод-
ная, металл заполняет форму только под действием собственной
массы; 2) на центробежных машинах, металл заполняет форму и
затвердевает под действием центробежной силы.
Из печей емкостью до 30 кг рекомендуется заливать формы из
одного ковша. Обычно литьем по выплавляемым моделям изготов-
ляют тонкостенные отливки, формы которых трудно заполняются
жидким металлом, поэтому металл необходимо заливать при более
высокой температуре.
При литье жаропрочных сплавов, легированных легко окисляю-
щимися элементами, в обычных условиях плавки и заливки в сплав
попадают окисные пленки, понижающие прочностные свойства и
447
жаропрочность отливок. Поэтому применяют
форм в вакууме или защитной среде.
Примером установки для плавки и заливки
плавку и заливку
форм в
изготовлении фасонных отливок из жаропрочных
быть вакуумная установка, приведенная на рис. 264
вакууме
сплавов
Емкость
при
может
тигля
9—20 кг; максимальные размеры опок 300 х 300 X 400 мм; мощ-
ность машинного генератора
125 кВт;
продолжител ьность
плавки
25 мин; вакуум-насосы обеспечивают разрежение 10 мм рт. ст.
Механизм поворота тигля и формы вынесен за пределы вакуум-
ной камеры. После расплавления шихты сплав выдерживают в печи
в течение 1—2 мин, а затем печь 1 с закрепленной на ней керами-
ческой формой 2 внутри откатной камеры 3 поворачивают специаль-
Рис. 264. Вакуумная установка для плавки и заливки окис-
ляющихся сплавов
ным механизмом 5, и сплав из печи поступает в форму 2. При этом
рабочий наблюдает за заливкой через окно 4. По окончании заливкг
' камеру печи соединяют с атмосферой.
Выбивка отливок из форм и очистка отливок. После охлаждения
форм производят выбивку отливок на специальных установках
(пневматических) с поворотом опок на 180°, для того чтобы из опоки
высыпался наполнитель. Отделение отливок от литников осущест-
вляют следующими способами: 1) на вибрационных установках:
2) продавливанием стояка с отливками, через обрезной штамп;
*3) отрезкой ножовками, дисковыми пилами, фрезами и на шлифо-
вальных станках; 4) отрезкой прибылей, а иногда и стояка газовыми
горелками; 5) анодно-механической резкой.
Очистка отливок от огнеупорного покрытия является очень
трудоемкой операцией. Применяют несколько способов очистки
вибрационную, пескоструйную, гидропескоструйную, химико-терми-
ческую в растворах щелочей и кислот, а также в расплавленных
солях и другие комбинированные способы. Кроме того, используют
способы очистки, которые применяют и для обычных отливок, с той
разницей, что при очистке отливок дробью следует применять очен!

448
мелкую дробь (размером не более 0,3 мм), чтобы не исказить конфи-
гурацию отливок.
Для очистки отливок от керамической оболочки широко-исполь-
зуют выщелачивание: в нагретую до 140° С ванну с 50%-ным раст-
вором КОН погружают детали в специальных корзинах; керами-
ческая оболочка, взаимодействуя со щелочью, разрушается.
. Остатки литников зачищают на наждачных станках или зачист-
ных полуавтоматах.
На многих передовых заводах успешно работают автоматизи-
рованные комплексы для изготовления отливок по выплавляемым
моделям, обеспечивающие высокую производительность труда,
хорошее качество отливок.
В Директивах XXIV съезда КПСС по 9-му пятилетнему плану
предусматривается дальнейшее развитие этого Прогрессивного спо-
соба получения отливок, постоянное расширение области его приме-
нения для различных отраслей промышленности. Это еще раз под-
черкивает большое будущее литейного производства как одной из
баз современного машиностроения.
ГЛАВА V
ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Литье в оболочковые формы является одним из технологических
процессов, обеспечивающих получение отливок с чистой и гладкой
поверхностью (4—5-му классам чистоты по ГОСТ 2789—59), с повы-
шенной до 5—8-го классов точностью размеров. Оболочковые формы
изготовляют из формовочных смесей с термореактивными связую-
щими по нагретым (металлическим) моделям.
При изготовлении оболочковых форм (рис. 265) металлическая
плита 1 с моделями нагревается до 200—300° С, покрывается разде-
лительной смесью для устранения прилипаемости к ней формовочной
смеси и закрепляется на бункере .2 (рис. 265, а). Бункер с формовоч-
ной смесью поворачивают на 180° (рис. 265, б), и песчано-смоляная
смесь насыпается на горячую плиту и выдерживается в течение
15—20 с. При этом частички смолы, входящие в состав смеси, рас-
плавляются и связывают песчинки между собой. На поверхности
моделей и модельной плиты образуется оболочка 3, состоящая из
смеси песка и смолы.
По истечении указанного времени бункер возвращается в исход-
ное положение (рис. 265, в). Смесь, не приставшая к модели, ссы-
пается в бункер. Плита с образовавшейся оболочкой снимается
с бункера и помещается в печь 4 для спекания оболочки при 230—
400° С. В течение 30—300 с происходит окончательное твердение
(полимеризация) связующего, которое прочно скрепляет песчинки
оболочки. \
44?
Затвердевшая оболочка снимается с плиты толкателями. Готовые j
оболочковые полуформы спариваются (склеиваются) или скрепля- I
ются или же засыпаются в опоках-контейнерах песком или металли- J
ческой дробью. Формы заливают обычным способом. j
Наряду с преимуществами: повышенной чистотой поверхности, я
точностью, меньшими в 2 раза припусками на обработку, малым Я
расходом формовочной смеси процесс обладает и недостатками:
значительной стоимостью формовочных смесей и высокой газотвор-
Рис. 265. Технологический процесс изготовления оболочек
ной способностью связующего —термореактийной смолы, вследствие
чего повышается загазованность цеха и требуется усиленная вен-
тиляция-:
Для изготовления оболочковых форм и стержней требуется слож-
ная и дорогостоящая металлическая оснастка, поэтому этот способ
экономически выгодно применять в условиях массового и крупно-
серийного производства отливок. В настоящее время в оболочковых
формах получают отливки массой до 100 кг максимальным размером
до 800 мм для автомобилей, мотоциклов и другие отливки из чугуна,
обычных и легированных сталей, цветных и специальных сплавов..
Модельная оснастка. Модели изготовляют из различных метал-
лов: алюминия, бронзы, стали и серого чугуна, их делают массив-
ными для сохранения теплоты, необходимой для образования обо-
450
лочки. Наилучшим материалом для изготовления моделей является
перлитный серый чугун. Толщина стенок моделей должна быть не
менее 12 мм, плит 15—20 мм. Выступающие части модели, подвергаю-
щиеся быстрому охлаждению, делают сплошными. Для предохра-
нения моделей и модельных плит от деформации предусматривают
ребра жесткости, толщина ребер составляет 70—100% толщины
стенок модели.
Для того чтобы оболочка хорошо снималась с плиты, рекоменду-
ется делать литейные уклоны: вертикальных стенок моделей и стерж-
невых ящиков 0,5—1°, знаковых частей моделей, элементов литни-
ковой системы и стержневых ящиков 2—5°. Поверхность модели
изготовляют на 2 класса чистоты выше, чем поверхность отливки.
Рис. 266. Конструкция модельной плиты:
1 — модель; 2 — плита; 3 — оболочка; 4 — плита толкателей; 5 — тол-
катели
Толкатели на плитах для съема оболочек располагают обычно по
внешнему контуру модели на расстоянии не менее 3 мм от вертикаль-
ных стенок так, чтобы при съеме усилия равномерно распределялись
по всей оболочке. Для небольших моделей достаточно устанавли-
вать в среднем на каждые 100 см2 площади плиты 1—2 толкателя.
Ход толкателей равен высоте модели. На рис. 266 приведена при-
мерная конструкция модельной плиты. Разъем формы стремятся
делать плоским. Припуски на механическую обработку можно
назначать в пределах 1—2 мм, а в некоторых случаях 0,25—0,5 мм,
когда детали шлифуют.
Формовочные смеси. Для литья в оболочковые формы чаще всего
используют смеси из мелкозернистого кварцевого песка и связую-
щего ПК-104 (ГОСТ 13507—68), называемого также пульвербакелитом
(табл. 70). В смесь в небольших количествах (0,2—0,5%) вводят
также увлажнитель (керосин, глицерин) и растворитель (до 1,5%)
(ацетон, фурфурол, этиловый спирт и т. д.).
В зависимости от вида заливаемого металла смеси для оболоч-
ковых форм различают по содержанию связующего и зернистости
песка. Для улучшения чистоты поверхности отливок в готовую
смесь иногда добавляют окись магния. Положительное влияние
этой добавки особенно сказывается на чистоте поверхности стальных
451
отливок. В массовом производстве оболочковых форм применяют
плакированные смеси, в которых пульвербакелит равномерно
распределяется в смеси вокруг песчинок, в результате чего улучша-
ются свойства смеси.
Таблица 70
Состав песчано-смоляных смесей, % по массе
(данные НИИТАВТОПРОМа)
Отливки Песок ’Пульвер- бакелит Фурфурол
1К020А 1К01А
Чугунные и стальные 30 70 6 1,0-1,1
Стальные » 1 100 7 1,1-1,2
Стальные с повышенной чистотой
поверхности . . . . . 30 70 6* 1,0-1,1
* В смесь добавляют 2—3% MgO.
Песчано-смоляные смеси приготовляют в лопаточных, шнековых
и других смесителях. Сухой песок перемешивается в смесителе
в течение 3—5 мин с увлажнителем, а затем вводится связующее —
пульвербакелит. Песок перемешивается со связующим 5—8 мин.
Для приготовления плакированных смесей применяют шнековые
смесители.
§ 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
Для изготовления оболочек песчано-смоляную смесь можно
наносить на модельную плиту различными способами: а) свободной
засыпкой из поворотного или стационарного бункера; б) пескодув-
ным или пескострельным.
Для предупреждения прилипания смесей к модельным плитам
и облегчения съема оболочек применяют разделительные
составы. Разделительный состав СКТ-Р содержит 35 г синтети-
ческого кремнийорганического термостойкого каучука (СДТ), пред-
ставляющего собой однородный вязкий продукт, и 1000 см3 уайт-
спирта — растворителя для лакокрасочной промышленности (плот-
ностью 0,795 г/см3). Разделительные составы наносят пульвериза-
тором на рабочие поверхности оснастки через 15—20съемов. Модель-
ную оснастку после покрытия разделительным составом нагревают
1,5—2 ч при 200—220° С. Процесс изготовления полуформ-оболо-
чек состоит из двух стадий: формирования и упрочнения обо-
лочки.
На первой стадии термореактивная смола расплавляется
и обволакивает песчинки, ана второй стадии происходят
необратимые процессы твердения смолы, связывающей песчинки
в единую массу—корку. Поэтому машины для изготовления оболоч-
452
ковых форм обычно имеют печь для предварительного нагрева плит
и окончательного твердения оболочки.
На рис. 267 представлена схема автомата АКФ-2К конструкции
НИИТАВТОПРОМа для изготовления оболочковых форм разме-
Рис. 267. Двухпозиционный автомат АКФ-2К
рами 400 х 850 мм. Автомат имеет две рабочие позиции и состоит
из плиты 6, бункера 1 и печи 2. Перемещение оболочки и сбрасы-
вание ее на ленточный конвейер 3 осуществляется промежуточным
конвейером 4. Оболочка удаляется съемником 5, который переме-
щается от позиции к позиции вместе с печыо и после окончания про-
Рис. 268. Схема изготовления оболочкового стержня:
г — установка ящика; б — формирование стержня; в — удаление
стержня
цесса твердения оболочки приподнимает ее над модельной плитой 6
и вталкивает под колпачковую печь.
Песчано-смоляную смесь загружают в поворотный бункер /
механизмом 7. Колпачковая печь и съемник установлены на верхней
8 и нижней 9 тележках, перемещаемых от позиции к позиции двумя
пневмоцилиндрами и цепными тягами. '
453
По команде модельная плита поворачивается на 360° пневмо-
цилиндром и реечным механизмом, при этом опрокидывается бункер
с песчано-смоляной смесью. Реле времени отсчитывает выдержку
на формирование оболочки, затем подается команда на возвращение
модельной плиты в исходное положение. Модельная плита с образо-
вавшейся оболочкой накрывается колпачковой печью. После за-
твердевания оболочки автоматически осуществляется ее съем,
подъем колпачковой печи и передвижение тележек 8 и 9 на вто-
рую позицию. На второй позиции
цикл изготовления оболочки по-
вторяется.
Автомат обслуживает один опе-
ратор. Производительность авто-
мата 50—60 съемов в час при тол-
щине оболочки 10—12 мм.
Изготовление оболочковых
стержней. Высокая чистота поверх-
ности отливок, которая обеспечи-
вается оболочковыми стержнями,
Во многих случаях устраняет ме-
ханическую обработку внутренних
полостей или значительно умень-
шает припуски на механическую
обработку.
Оболочковые стержни изготов-
ляют в металлических ящиках
различными способами: 1) насып-
ным, применяемым при ручном и
механизированном изготовлении
стержней; 2) пескодувным; 3) цен-
тробежным. Первый способ ана-
Рис. 269. Пескодувная установка
для изготовления оболочковых
стержней
логичен способу получения полу-
форм, но вместо модельной плиты на бункер 1 устанавливается
стержневой ящик 2 (рис. 268). Насыпной способ изготовления обо-
лочковых стержней применяют на стержневых машинах с поворот-
ным бункером. Более сложные оболочковые стержни изготовляют
пескодувным способом на специальной установке.
Песчано-смоляная смесь поступает в воронку 1 (рис. 269), из
которой через отверстие шибера подается в дозатор 2. Другой шибер,
находящийся в основании дозатора, открывается, чтобы выдать
смесь в головку 3. Работой обоих шиберов управляет пневмоцилиндр
4. Из головки 3 смесь поступает через отверстие, перекрываемое
шибером 5, и муфту 6 в ящик 7 под действием сжатого воздуха.
Одна половина ящика закреплена на плите машины, другая может
двигаться по направляющим. Ящик нагревается встроенными элек-
тронагревателями. Шибер 5 имеет два отверстия и передвигается
пневмоцилиндром 8. Одно из отверстий шибера открывает выход
из головки 3, а другое — отверстие трубы 9, через которое специаль-
454
ной вакуумной системой высасывается излишек смеси из полости
ящика после надува. При необходимости удаления излишка смеси
в стенке ящика открывается отверстие с помощью системы рычагов
и цилиндра 10. Излишек смеси возвращается в воронку для повтор-
ного использования.
- Центробежным способом изготовляют цилиндрические оболочко-
вые стержни. Для этой цели используют специальные стержневые
машины (рис. 270). Оболочковый стержень формируется во вращаю-
щемся ящике 1. Вращение ящику передается от электродвигателя 2,
через клиноременную передачу 3 и полый вал 5. Ящик нагревается
в электропечи 6.
Рис. 270. Изготовление оболочкового стержня центробежным способом
Доза смеси для получения стержня с определенной толщиной
стенки поступает из бункера 9 в лоток 10 (позиция I). Через отвер-
стие в крышке ящика лоток вводится во вращающийся и нагретый
до определенной температуры (200—300° С) ящик и опрокидывается
(позиция II). После удаления лотка в ящик подается цилиндри-
ческий нагреватель для ускорения процесса твердения обо-
лочки.
По окончании твердения оболочки нагреватель удаляется, выклю-
чается электродвигатель и включается тормоз 4, ящик останавли-
вается. Готовый стержень удаляется толкателем 8, в который упи-
рается шток 7.
Крупные оболочковые стержни изготовляют на одно- и двух-
позиционных центробежных машинах типа ЦУОГ, а мелкие цилинд-
рические стержни — на автоматах типа ОЦИС-10.
§ 3. СБОРКА И ЗАЛИВКА ФОРМ. ВЫБИВКА ОТЛИВОК
Сборка и заливка форм. Готовые полуформы склеиваются
или скрепляются механическим способом. Наиболее простым, но
трудоемким и непроизводительным является способ скрепления
оболочковых полуформ скобами (рис. 271) и болтами, наиболее
производительным — склеивание оболочковых полуформ на специ-
455

альных машинах. На практике распространены штырьевые машины
с пневматическим зажимом оболочек и ручным нанесением клеящего
вещества по разъему формы.
На рис. 272 приведена установка для склеивания оболочковых
полуформ. Размеры оболочковых форм 450 X 500 мм, производитель-
ность установки 45 форм в час. Склеенные полуформы 1 перед залив-
кой устанавливают в специальные контейнеры 2 (металлические
ящики) и засыпаются опорным материалом 3, чтобы при заливке
форма не разрушалась (рис. 273). При применении в качестве опор-
ного материала обычной формовочной смеси вместо контейнеров
используют опоки.
Рис. 274. Установка для выбивки отливок из оболочковых форм
Для заливки форм без засыпки опорным материалом применяют
различные приспособления, например пневматические и др.
Выбивка отливок. Для выбивки применяют различные установки,
одна из которых представлена на рис. 274. Установка имеет гори-
зонтальный барабан 4, стенки барабана сделаны из стальных прутьев,
расположенных на расстоянии 25 мм друг от друга. Охлажденные
отливки с оболочковыми формами 1 пневматическим толкателем
сталкиваются с напольного конвейера 2 (при заливке форм на кон-
вейере) на лоток 3, откуда поступают во вращающийся выбивной
барабан 4. Отливки перемещаются в барабане, установленном на-
клонно. Под барабаном находятся бункер 5, куда подают куски
оболочек, и ленточный транспортер 6 для транспортирования их
в отвал или на регенерацию. Отливки из барабана по лотку 7 сле-
дуют на пластинчатый конвейер 8 и подаются им в очистное отде-
ление.
457
ГЛАВА VI
РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ
§ 1. НЕПРЕРЫВНОЕ ЛИТЬЕ
Сущность способа состоит в том, что жидкий металл равномерно
и непрерывно заливают в охлаждаемую форму-кристаллизатор с од- ;
ного конца и в виде затвердевшего слитка (прутка, трубы, заготовки )
квадратного, прямоугольного или другого сечения) вытягивают
специальным механизмом с другого конца. Этим способом можно ’
получать отливки из всех известных черных и цветных сплавов.
Высокая экономическая эффективность применения этого способа
обеспечивается его преимуществами:
1. Возможность получения слитка, трубы, профиля неограни-
ченной длины и требуемого поперечного сечения.
2. Увеличение выхода годного литья за счет уменьшения расхода
металла на прибыльные и донные части слитков.
3. Уменьшение расходов на изготовление изложниц.
4. Уменьшение ликвационной неоднородности отливки, устра-
нение усадочных раковин и газовой пористости.
Технологический процесс осуществляется на специальных литей- ;
ных машинах. Эти машины могут быть с вертикальным и горизон-
тальным направлением движения отливаемого изделия, чаще при-
меняют машины с вертикальным движением изделия.
Высокое качество металла отливок достигается созданием
условий направленного теплоотвода и, соответственно, затверде- :
вания отливки, а также постоянного питания фронта кристал-
лизации жидким металлом. В результате этого отливки и слитки
не имеют усадочной и газовой пористости, неметаллических
включений.
Производство труб полунепрерывным способом осуществляется
на специальных литейных машинах (рис. 275). На поддоне 1 с за-
травкой 2 устанавливают песчаный стержень, образующий канавку i
в раструбе 3 трубы. Жидкий чугун из ковша 4 через литниковую
воронку 5 заливают в кристаллизатор 6 (тонкостенную водоохла-
ждаемую форму), и когда металл поднимется до верха кристалли-
затора, начинают опускать поддон 1, а вместе с ним извлекают и
затвердевающую трубу 7 из кристаллизатора.
Подъем и опускание поддона осуществляются двигателем 8.
Скорость извлечения трубы из кристаллизатора должна быть такой,
чтобы время пребывания ее в кристаллизаторе было достаточным
для затвердевания металла. Практически она составляет для труб
с толщиной стенки 10—12 мм 0,75—1 м/мин.
В процессе литья происходит последовательное извлечение
трубы из кристаллизатора, что обеспечивает высокую производи-
тельность процесса.
Качество труб (чистота поверхности, механические свойства)
получается высоким, практически соответствующим качеству отли-
458
вок, изготовляемых в металлических формах. Таким способом полу-
чают трубы диаметром до 800 мм и длиной до 10 м.
Непрерывное литье слитков цветных и черных сплавов. Способ
непрерывного литья используют для получения слитков из цветных
и черных сплавов.
Практически все алюминиевые сплавы для передела прокаткой
в листы, профили и другие изделия разливают в слитки полуне-
Рис. 275. Схема отливки труб с растру-
бом полунепрерывным способом
прерывным способом. Заливка
производится в короткий водо-
охлаждаемый кристаллиза-
тор 1 с последующим охлаж-
дением слитка в водяной ван-
не 2 (рис. 276). Поперечное
сечение слитка может быть
круглое, прямоугольное или
квадратное. Процесс литья
осуществляется аналогично
тому, как описано ранее.
Однако скорость литья в этом
случае значительно ниже
(0,8—3 м/ч).
Рис. 276. Схема установки для
полунепрерывного литья слнтков
> из цветных сплавов
Высокая экономическая эффективность обеспечивается при
непрерывной разливке стали на специальных установках. Уста-
новка (рис. 277) рассчитана на непрерывную разливку стали в слитки
сечением до 200 X 600 мм. Жидкая сталь из стопорного ковша 1
через промежуточное разливочное устройство 2 поступает в кристал-
лизатор 3, в который до начала разливки введена затравка. В кри-
сталлизаторе образуется донная часть слитка, сцепляемая с затрав-
кой при помощи «ласточкина хвоста», а также боковая поверхность
459
слитка. После достижения в кристаллизаторе определенного уровня
металла слиток вытягивается специальным механизмом с посте-
пенным ускорением движения до заданной скорости. Затравка и
формирующийся слиток вытягиваются приводными валками 4 вниз.
Выходящий из кристаллизатора слиток, имеющий еще жидкую
сердцевину, проходит зону 5 вторичного охлаждения, обрызгива-
Рис, 277. Схема установки для
непрерывной разливки стали
ется водой и полностью затвер-
девает. Слиток сцепляется с те-
лежкой газорезки, которая опу-
скается вместе с ним. При дви-
жении слиток разрезается газо-
выми резаками 6 на слябы тре-
буемой длины, и последние затем
автоматически подаются на про-
катку.
Непрерывное литье имеет
много разновидностей. Одной из
них является отливка изделий во
вращающиеся кристаллизаторы,
Рис. 278. Схема отливки изде-
лий во вращающиеся кристал-
лизаторы
например, отливка полос, лент, листов во вращающиеся валки-
кристаллизаторы (рис. 278). Расплавленный металл 3 непрерывной
струей поступает в лоток 2 и далее проходит между двумя вращаю-
щимися валками 1 и 4, охлаждаемыми изнутри разбрызгиванием
водой 6. В зоне формирования отливки на поверхностях валков
намораживаются корочки металла, которые свариваются в зоне
контакта валков, образуя ленту, полосу или лист 5. Этот способ
достаточно производительный, однако он пригоден только для полу-
чения сравнительно тонкостенных отливок. Например, таким спосо-
бом можно получить чугунный лист толщиной до 1 мм. Чугунный
лист имеет отбеленную структуру и подвергается термической обра-
460
ботке — отжигу. Весь технологический процесс производства листа
от разливки жидкого чугуна до пакетирования листов автомати-
зирован.
§ 2. ОТБЕЛЕННОЕ ЛИТЬЕ
В отбеленных отливках весь или почти весь углерод в отбеленном
слое находится в виде цементита Fe3C, который является наиболее
твердой структурной составляющей. Эта структура обеспечивает
повышенное сопротивление износу поверхности. Поэтому отливки
с отбеленным слоем широко используют как мелющие и дробящие
тела (шары в шаровых мельницах, била в молотковых дробилках
и т. д.).Отливки с отбеленным твердым и износостойким слоем дол-
жны иметь достаточно вязкую сердцевину. Это особенно важно при
производстве литых чугунных валков с отбеленной поверхностью
для прокатных станов в металлургической промышленности, для
бумажной, мукомольной и других отраслей промышленности.
Основная сложность производства отливок с отбеленной поверх-
ностью состоит в получении заданной толщины отбеленного слоя,
определенной его твердости, плавного перехода структуры от отбе-
ленного слоя к перлитной сердцевине.
Поверхностный отбеленный слой изделия должен иметь струк-
туру цементит + перлит, переходный слой — цементит + перлит +
+ графит, сердцевина — перлит 4- графит. Глубина и твердость
отбеленного слоя зависят от ряда факторов: химического состава и
условий плавки чугуна, температуры его заливки, материала формы,
окраски ее поверхности и т. д.
Требуемая твердость ц глубина отбеленного слоя в таких отлив-'
ках получаются за счет выбора соответствующего химического
состава чугуна и условий его охлаждения, способствующих образо-
ванию отбеленного слоя.
Для получения отливок с отбеленной поверхностью используют
низкоуглеродистые, низкокремнистые чугуны, состав которых за-
висит от требований, предъявляемых к глубине и твердости отбелен-
ного слоя, а также прочностных характеристик отливки.
В отбеленной отливке различают три зоны (рис. 279): I — чистая
глубина отбела — от поверхности до появления первых включений
графита; II — полезная глубина — от поверхности до слоя серого
чугуна; III — общая глубина — от поверхности до места исчезно-
вения цементитных включений. Элементы, входящие в состав чугуна,
по-разному влияют на величину твердости и глубину отбеленного
слоя.
Увеличение содержания углерода свыше
3% способствует резкому уменьшению глубины отбела, поэтому
регулировать глубину отбела изменением содержания углерода,
нельзя. Это достигается путем изменения содержания кремния. -
В отбеленных отливках содержание кремния обычно не
превышает 0,5—1,0%. В этих пределах изменение содержания
кремния не влияет на твердость отбеленного слоя, но с увеличением
461
его содержания от 0,5 до 1,5% резко уменьшается глубина отбелен-
ного слоя. Влияние марганца противоположно влиянию кремния.
Однако следует учитывать «активную» концентрацию марганца
в чугуне, т. е. разность Мл — 1,75% S. Если разность Мл — 1,75%
S менее 0,35%, то глубина отбела уменьшается, а если более, то
глубина отбела возрастает.
Фосфор заметно не влияет на глубину отбеленного слоя и его
твердость. Сера несколько уменьшает твердость отбеленного слоя
и резко увеличивает его глубину.
Рис. 279. Схема макрострук-
туры отбеленного валка
Специальные добавки, такие как никель, хром, несколько повы-
шают твердость отбеленного слоя. Алюминий влияет аналогично
кремнию.
Чугунные прокатные валки. Чугунные валки делят: 1) на полу-
твердые из половинчатого чугуна, гладкие и калиброванные!
2) на твердые с отбеленным слоем гладкие и калиброванные. Струк]
тура рабочего слоя полутвердых валков перлит + графит; твердый
валков с отбеленным слоем — цементит + перлит. I
Полутвердые валки должны обладать высокой проч!
ностью и износостойкостью, твердость их должна быть около НЛ
200. Полутвердые валки изготовляют из низкоуглеродистого чугун!
состава: 2,2—2,7% С; 0,5—1,2% Si; 0,5—1% Мп; 0,2—0,3% Pl
0,05—0,1% S. Чугун такого состава трудно получить в вагранках]
поэтому его плавят в пламенных печах, а иногда и в мартеновских!
Твердые с отбеленным слоем валки имеют твердость поверх]
костного слоя НВ 340—540. Валки с отбеленным слоем обычн<|
изготовляют из чугуна, содержащего 2,6—3,0% С, 0,5—0,7% Si|
0,5—0,8% Мп, .0,2—0,4% Р, 0,07—0,12% S, а также из легиро"
ванных чугунов, содержащих 0,7—1,5% Ni, 0,5—1,5% Сг, а также
0,2—0,4% Мо. На сортопрокатных станах вместо стальных валков
используют валки из чугуна с шаровидным графитом.
Полутвердые валки обычно формуют по шаблону в двух опоках
(рис. 280, а). Чугунную полукруглую опоку покрывают внутри
жидким раствором огнеупорной глины, чтобы формовочная смесь
462
лучше приставала к опоке. Опоку заполняют формовочной смесью
и уплотняют, форму обрабатывают шаблоном и окончательно обма-
зывают по шаблону жидкой массой, состоящей из 50% молотого
кокса, 30% отработанной и 20% свежей смеси. После сушки форму
собирают.
Твердые валки с отбеленным слоем получают в кокилях (рис.
280, б). Кокили могут быть составными и цельными. Внутреннюю
поверхность кокилей покрывают обычной огнеупорной краской,
а цапфы валка во избежание отбела изготовляют в песчаных формах.
а — полутвердого; б — твердого
Чугун подводят в формы через сифонную литниковую систему
с последующей доливкой прибыли сверху. Иногда формы заливают
сверху (рис. 281, а). Наибольшее распространение получцли тан-
генциальные литниковые системы с подводом чугуна к нижней
шейке 1 (рис. 281, б) или к нижнему трефу 2 (рис. 281, в). Темпера-
тура заливки чугуна назначается в зависимости от его химического
состава (1250—1360° С). Обычно валки имеют большую длину,
поэтому при усадке валка верхняя шейка и прибыль тормозят сво-
бодную усадку чугуна, вследствие чего в месте перехода от верхней
шейки к бочке валка могут образоваться поперечные горячие тре-
щины. Для устранения их верхнюю опоку 1 (рис. 280) ставят на дере-
вянные стойки 2, которые после заливки формы выбивают, и подтя-
463
гиванием клиньев 3 облегчают движение опоки 1 по мере усадки
валка. - .
Продольные горячие трещины чаще всего возникают в валках
с отбеленным слоем вследствие того, что затвердевший отбеленный
слой обладает невысокой прочностью и пластичностью, а графити-
зация центральной части валка сопровождается увеличением объема,
что вызывает растягивающие напряжения в отбеленном слое и при
определенных условиях появление в нем продольных трещин.
Рис. 281. Способы под-
вода металла в полость
формы при производ-
стве валков
Вероятность появления трещин в валках уменьшается при
определенном содержании фосфора. Повышение содержания фос-
фора увеличивает период первоначального расширения чугуна перед
усадкой и соответственно время соприкосновения валка с кокилем.
Для питания усадки валка в прибыль доливают чугун в период
затвердевания. Общее количество чугуна, идущего на питание
отливки, достигает 5% массы отливки.
После затвердевания валки охлаждаются в формах до 200° С.
Извлеченные из формы отливки не должны подвергаться резкому
охлаждению на воздухе, особенно в зимнее время.
§ 3. ЛИТЬЕ ВЫЖИМАНИЕМ
Сущность способа состоит в том, что жидкий металл заливается
в металлоприемник / (рис. 282) специальной литейной машины
(этап /). Затем подвижную полуформу поворачивают (этап //) и
жидкий металл поднимается в установке, заполняя полость между
полуформами и боковыми щеками, закрывающими установку с тор-
цов. К моменту окончания сближения полуформ расстояние между
ними соответствует толщине тела отливки, а излишек металла сли-
вается из установки в специальный приемный ковш (этап III).
После затвердевания отливки подвижная полуформа возвращается ;
в исходное положение, а отливка извлекается из установки.
Литье выжиманием 'используют для получения тонкостенных
крупногабаритных отливок панельного типа размерами до 1000 X
X 2500 т- 3000 мм со стенкой толщиной 2,5—5 мм, например дета-
464
лей самолетов, холодильников, теплообменных аппаратов и т. д. При-
менение таких моноблочных литых конструкций взамен клепаных,
штампованных и сварных, собираемых из большого числа отдель-
ных деталей, позволяет резко сократить трудоемкость их изготов-
ления, сборки, а также улучшить их эксплуатационные характе-
ристики — прочность, жесткость, вибростойкость.
Литьем выжиманием изготовляют обычно отливки из алюминие-
вых сплавов АЛ2, АЛ4, АЛ9, а также магниевых сплавов Мл5,
Млб.
Машины для литья выжиманием представляют собой сложные
автоматизированные агрегаты. _ .
Рис. 282. Схема процесса литья выжиманием
Машина (рис. 283) состоит из неподвижной полуформы 1, укреп-
ленной на станине, подвижной полуформы 2, вращающейся вместе
с валом 4, боковых щек 3 и механического привода 5 для перемеще-
ния полуформы 2.Кроме механического применяют также гидрав-
лический привод, более легкоуправляемый и надежный. В подвиж-
ной и неподвижной полуформах расположены стержневые или метал-
лические вставки 6, конфигурация рабочих поверхностей которых
выполняет отливку. Обычно часть отливки, имеющая ребра, бо-
бышки, оформляется стержнем, а гладкая поверхность — кокилем.
Металлическая полуформа, вал установки и боковые щеки имеют
электрические нагреватели. Нижние части щек и полуформ, а также
вал машины образуют металлоприемник, в который заливают ме-
талл. Толщина тела отливки регулируется упорами 7, ограничиваю-
щими ход подвижной полуформы.
В некоторых случаях обе полуформы могут быть металличес-
кими или песчаными. Это зависит от конструкции отливки и свойств
сплава. Вставки для оформления ребристой стороны отливок полу-
чают в разъемных стержневых ящиках.
Металлические полуформы перед заливкой окрашивают обыч-
ными кокильными красками и нагревают до 200—250° С. Темпера-
тура заливки алюминиевых и магниевых сплавов выше температуры
ликвидуса на 80—100° С, а температура начала выжимания на
20—40° С.
465
Важным параметром технологического процесса является ско-
рость подъема металла в форме, оптимальная скорость составляет
0,5—0,7 м/с. В конце процесса необходимо уменьшать скорость,
чтобы исключить выброс металла из установки.
Рис. 283. Машина дли литья выжиманием
Выход годного при литье выжиманием очень невелик (8—10%), '
однако при замене сборных штампованных и сварных деталей процесс
является экономически выгодным.
§ 4. ШТАМПОВКА ЖИДКИХ СПЛАВОВ
Штамповка жидких сплавов — одна из разновидностей кристал-
лизации металлов и сплавов под поршневым давлением (рис. 284).
При приложении высоких
давлений (до 300 кгс/см2)
вследствие пластических де-
формаций кристаллизующей-
ся отливки происходит зале-
чивание межкристаллических
пор, сжатие газовоздушных
пор, растворенные газы прак-
тически не выделяются из
металла при кристаллизации,
отливка получается более
плотной. Высокие скорости
кристаллизации способствуют
измельчению структуры. Все это улучшает свойства металла от-
ливки: в 1,2—1,5 раза возрастает прочность, в 2—4 раза увеличи-
466
ваются относительное удлинение и ударная вязкость. Отливки
по свойствам приближаются к поковкам.
Кристаллизацию под поршневым давлением применяют для изго-
товления слитков, толстостенных фасонных отливок из различных
цветных и черных металлов и сплавов.
Жидкую штамповку осуществляют в разьемных или неразъем-
ных металлических формах. Жидкая штамповка может быть закры-
той (рис. 284, а) и открытой (рис. 284, б). Жидкий металл заливают
в разъемную или неразъемную (рис. 284, в) металлическую форму
до определенного уровня, а затем пуансоном выжимают металл
в полость формы. Давление используется для заполнения формы
и уплотнения металла.
Технологические режимы жидкой штамповки зависят от свойств
сплава, размеров и конфигурации отливки.
Для сплавов с широким интервалом кристаллизации давление
прессования обычно в 2 раза больше давления для сплавов с узким
интервалом кристаллизации. Чем дольше сплав находится в форме
до приложения нагрузки, чем тоньше стенки отливки, тем большие
давления требуются для прессования.
Температура заливки сплава в форму должна быть на 50—100° С
выше температуры ликвидуса сплава. Повышение температуры при-
водит к образованию усадочной пористости в отливках, а пониже-
ние — к необходимости приложения чрезмерно больших давлений
прессования.
Пуансон и матрицы перед прессованием нагревают до 180—
250° С. Скорость опускания пуансона не должна превышать 0,1—
0,5 м/с, чтобы не происходило замешивания воздуха в расплав.
Выдержка после приложения давления составляет около 1 с на 1 мм
толщины стенки отливки.
Из-за высокой стоимости форм и энергоемкости оборудования
процесс жидкой штамповки используют в массовом производстве.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение...........................................................
Раздел первый
ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
Глава I. Общие сведения о литейной форме..............................
Глава II. Изготовление модельных комплектов........................ 11
§ 1. Общие сведения......................................... ’ 11
§ 2. Деревянные модели................... •..................... 1?
§ 3. Металлические модели . .................................... 35
§ 4. Пластмассовые модели...................................... 42
§ 5. Гипсовые и цементные модели............................. 45
Глава III. Формовочные материалы и смеси.......................... 46
§ 1. Общие сведения .............................. . ......... 46
§ 2. Формовочные пески...................................... 46
§ 3. Формовочные глины.................................... '. 50
§ 4. Связующие............................ . . ........... 52
§ 5. Вспомогательные формовочные материалы.’...................56
- § 6. Формовочные и стержневые смеси........................... 58
§ 7. Противопригарные краски, пасты . . . ................... 69
§ 8. Приготовление формовочных и стержневых смесей............ 72
§ 9. Контроль свойств формовочных и стержневых материалов и
смесей........................................................ 78
Глава IV. Изготовление форм....................................... 83
§ 1. Общие сведения........................................... 83
§ 2. Ручная формовка. . '..................................... 90
§ 3. Машинная формовка ..................................... 109
§ 4. Организация потока, комплексная механизация и автоматизация
в формовочном отделении . . . . -....................... 124
Глава V. Литниковые системы и питание отливок.................... 130
§ 1. Элементы литниковой системы............................. 130
§ 2. Способы подвода металла в форму и конструкции литниковой
системы..................................................... 133
§ 3. Методы расчета литниковых систем для отливок из серого чугуна 136
Глава VI. Изготовление стержней...................................... 146 i
§ 1. Общие сведения............................................. 146 I
§ 2. Конструкция стержней........................................146 |
§ 3. Изготовление стержней вручную ............................. 150 |
§ 4. Изготовление стержней на машинах 157 |
468
§ 5. Отделка, контроль и хранение стержней. . . ............. 166
§ 6. Сушка стержней и форм................................... 170
Глава VII. Сборка и нагрузка форм................................ 177
§ 1. Сборка форм............................ ................ . 177
§ 2. Крепление опок и расчет груза........................... 179
Глава VIII. Проектирование литейной технологии................... 181
§ 1. Конструирование отливки................................. 181
§ 2. Проектирование технологии формовки ..................... 184
Глава IX. Технико-экономическая эффективость литейного производства 192
§ 1. Технико-экономические показатели.....•.................. 192
§ 2. Экономичность технологического процесса изготовления отливок 194
§ 3. Пути повышения экономической эффективности литейной техноло-
гии ........................................................ 199
Раздел второй
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Глава I. Взаимодействие формы с металлом......................... 201
§ 1. Газы в отливках......................................... 201
§ 2. Тепловое воздействие металла на форму................... 206
§ 3. Кристаллизация сплавов в форме.......................... 210
§ 4. Внутренние напряжения в отливках........................ 214
Глава II. Литейные свойства сплавов.............................. 218
§ 1. Жидкотекучесть.........................................' 218
§ 2. Усадка.................................................. 220
§ 3. Ликвация............................................... 227
Раздел третий
ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Глава 1. Серые чугуны........................, . .............. 229
§ 1. Общие сведения......................................... 229
z § 2. Влияние химического состава на структуру и свойства чугуна 231
§ 3. Классификация чугунов................................... 236
§ 4. Механические свойства чугуна для отливок............... 239
§ 5. Модифицирование серого чугуна . .'.......'............. 240
§ 6. Высокопрочные чугуны . ............................... 241
§ 7. Легированные чугуны.................................... 244
Глава II. Шихтовые материалы и шихтовка....................... 247
§ 1. Металлическая шихта................................... 247
§ 2. Топливо.............................................. 254
§ 3. Флюсы .................................................. 256
§ 4. Расчет шихты . ......................................... 258
Глава III. Плавка чугуна в вагранке............................. 266
§ 1. Общие сведения...................................... 266
§ 2. Металлургические основы плавки в вагранке............... 273
§ 3. Интенсификация процесса плавки в вагранке.............. 279
§ 4. Нарушения хода работы вагранки.......................... 283
§ 5. Контроль плавки ...................................... 284
Глава IV. Плавка чугуна в пламенных и электрических печах ....... 290
§ 1. Плавка в пламенных печах...........>.................... 290
§ 2. Плавка в электроду говых печах 293
469
§ 3. Плавка в индукционных тигельных печах.................. 297
§ 4. Плавка в индукционных канальных печах.................. 301
Глава V. Заливка, выбивка, обрубка и приемка отливок из серого чугуна 303
§ 1. Заливка форм............................................. 303
§ 2. Охлаждение отливок и выбивка их из формы.... 307
§ 3. Очистка отливок.......................................... 310
§ 4. Обрубка и зачистка отливок............................... 317
§ 5. Термообработка чугунных отливок'......................... 319
Глава VI. Брак отливок и меры его устранении...................... 321
§ 1. Общие сведения.................................... ...... 321<
§ 2. Причины и меры предупреждения дефектов....................... 321
§ 3. Контроль качества отливок................................. 326
§ 4. Способы исправления дефектов отливок.....................'. 329
Раздел четвертый
ПРОИЗВОДСТВО отливок из ковкого ЧУГУНА
Глава I. Особенности технологии формовки и плавки ковкого чугуна
§ 1. Общие сведения............................................
§ 2. Особенности технологии формовки.............. . . ......
§ 3. Плавка белого чугуна......................................
§ 4. Очистка отливок................................... . . . .
332
332
334
336
341

Глава 11. Процесс отжига отливок.................................. 342
§ 1. Общие сведения........................................ 4 342
§ 2. Интенсификация процесса отжига ковкого чугуна . .......... 347
Раздел пятый
ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ СТАЛИ
Глава I. Стали для фасонных отливок..............................
§ 1. Общие сведения...................................... . .
§ 2. Углеродистые стали......................................
§ 3. Легированные стали......................................
349
349
350
Глава II. Конструкция отливок и технология формовки................. 353
§ 1. Конструкция стальных отливок и особенности проектирования
литейной формы ................................................. 353 i
§ 2. Устройство и расчет литниковых систем и прибылей .......... 355
§ 3. Особенности технологии формовки............................ 359
Глава III. Плавка и заливка стали .............................. 361
1. Плавка в мартеновских печах............................... 361
. § 2. Плавка в основных и кислых дуговых и индукционных печах 366
§ 3. Плавка в малых бессемеровских конверторах.................. 370
§ 4. Заливка, очистка и термическая обработка стальных отливок 371
Раздел шестой
ПРОИЗВОДСТВО отливок из ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Глава I. Производство отливок из медных сплавов..................... 374
§ 1. Состав и свойства медных сплавов ............................ 374
§ 2. Особенности литейной формы . . . .......................... 377
§ 3. Особенности плавки медных сплавов........................... 379
470
Глава II. Производство отливок из алюминиевых сплавов...............382
§ 1. Состав и свойства,алюминиевых сплавов '................... 382
' § 2. Особенности литейной формы........................... 386
§ 3. Плавка алюминиевых сплавов и заливка формы ............... 390
Глава III. Производство отливок из магниевых сплавов.......... . 394
§ 1. Состав и свойства магниевых сплавов......................- 394
§ 2. Особенности литейной формы........................... . 396
§ 3. Плавка магниевых сплавов.................................. 399
Раздел седьмой
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ
Глава I. Литье в металлические формы (кокили).................... 403
§ 1. Общие сведения......................................... 403
§ 2. Металлические формы..............................' . . . 404
§ 3. Особенности литья различных сплавов ................... 410
§ 4. Механизация литья в металлические формы ............... 411
Глава II. Центробежное литье .................................... 414
§ 1. Общие сведения ....................................... 414
§ 2. Формы и машины....................• ................. 418
§ 3. Особенности центробежного литья втулок, колец, труб... 420
Глава III. Литье под давлением..........•............>........... 425
§ 1. Общие сведения . .................................. 425
§ 2. Пресс-формы .......................................... 431
^3. Машины................................................... 432
§ 4. Технологические режимы литья под давление^ . . ........ 435
Глава IV. Литье по выплавляемым моделям......................... 438
§ 1. Общие сведения......................................... 438
§ .2. Изготовление моделей................................... 439
§ 3. Изготовление литейной формы . . ....................... 444
§ 4. Плавка и заливка металла в формы. Выбивка и очистка отливок 447
Глава V- Литье в оболочковые формы.............................. . 449
/ § 1. Общие сведения......................................... 449
§ 2. Изготовление оболочковых форм и стержней............... 452
§ 3. Сборка и заливка форм. Выбивка отливок ................ 455
Глава VI- Различные виды литья .................................. 458
§ 1. Непрерывное литье .................................... 458
§ 2. Отбеленное литье................................... 461
§ 3. Литье выжиманием.............. ............... . . 464
§ 4. Штамповка жидких сплавов .............................. 466