/
Текст
nej
jJAfWKh’S.
дав
«w*i
!' ш
fr’.!
$w лВян^вп' '<тгп<т.П'
0’5
rdivn't.' -
М5ЖГП59<ЯИ^
тая/
JV xJii^ - ^НЬ1иИ>ФЛЙ5«^-*. efeWiiMWO liP5
WettK^
К . « КЩОвУ : SUSTIkuStl
MOGO11
51ЗчР
А.М. ЛИПНИ ЦНИИ
иамоюзов
СПРАВОЧНИК
РАБОЧЕГО•
ЛИТЕЙЩИКА
A. M. ЛИПНИЦКИМ,
И. В. МОРОЗОВ
СПРАВОЧНИК
РАБОЧЕГО-
ЛИТЕЙЩИКА
ЛЕНИНГРАД
„МАШИНОСТРОЕНИЕ11
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1976
6П4.1
Л61
УДК 621.74 (031)
Рецензент инж. Г. В. Малаховский
Липницкий А. М., Морозов И. В.
Л61 Справочник рабочего-литейщика. Л., «Машино-
строение» (Ленингр. отд-ние), 1976.
344 с. с ил.
В справочнике освещаются основные сведения по вопросам современной
технологии литейного производства; приводятся классификация и марки
литейных сплавов, применяемых в машиностроении, физико-механические
и литейные свойства сплавов; даны сведения о современных печах для плавки.
Рассматриваются технология изготовления литейных форм и стержней, спе-
циальные способы литья, способы очистки и обрубки отливок* дефекты отливок*
меры устранения их и исправления. Даны краткие сведения по механизации
и автоматизации литейного производства.
Справочник предназначен для рабочих-литейщиков; он может быть
также полезен мастерам и технологам литейных цехов.
31204—067
038 (01)—76 67~76
6П4.1
Абрам Маркович Липницкий, Иван Васильевич Морозов
Справочник рабочего-литейщика
Редактор издательства Т. Л. Лейкина
Технический редактор В. Ф. Костина
Корректоры Л. Н. Нефедова и 3. С. Романова
Сдано в набор 21/Х 1975 г. Подписано к печати 18/II 1976 р. М-16808
Формат бумаги 84Х1081/Э8. Бумага типографская №3
Прив. печ. л. 18,06 Уч.-изд. л. 21,6 Тираж 41 000 экз. Зак. № 582 Цена 97 коп.
Ленинградское отделение издательства «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
191065, Ленинград, Д-65* ул. Дзержинского, 10
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном
комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и
книжной торговли
193144, Ленинград* С-144, ул. Моисеенко, 10
31204—067
038 (01)—76
Л
67—76 © Издательство «Машиностроение», 1976 г.
г
i
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..........................................
Глава I. Литейные сплавы
1. Общие сведения .............................................
2. Литейные свойства сплавов...................
3. Классификация литейных сплавов ............
4. Механические свойства сплавов..................... .
Глава П. Формовочные материалы и смеси ..........
1. Формовочные пески ...................
2. Формовочные глины ....................................
3. Связующие материалы ..................................
4. Противопригарные и другие вспомогательные материалы
5. Основные свойства формовочных материалов и смесей . . .
6. Формовочные смеси.....................................
7. Стержневые смеси .....................................
8. Быстротвердеющие и химически твердеющие смеси . . . .
9. Приготовление формовочных и стержневых смесей ....
Глава III. Проектирование технологического процесса изготовления
форм и отливок ...............................................
1. Основные правила конструирования литых изделий . . . .
2. Выбор положения отливки в форме.......................
3. Геометрическая точность отливок.................. . . .
4. Формовочные уклоны....................................
5. Припуски на механическую обработку отливок.............
6. Проектирование литниковых систем и прибылей , . , . .
7. Оформление технологического процесса .................
5
6
7
11
43
43
53
53
63
67
77
87
92
93
101
110
Глава IV. Модельная и стержневая оснастка................ . . .
1. Общие сведения . . . ..................................
2. Деревянные модели и стержневые ящики .........
3. Металлические модели и стержневые ящики .......
Глава V. Технология изготовления литейных форм
1. Классификация способов формовки .............
2. Формовочные инструменты и приспособления .......
3. Изготовление форм вручную................
4. Машинная формовка......................
115
116
123
126
127
141
156
Глава VI. Изготовление стержней.......................
1. Классификация стержней............................ —
2. Формовочный инструмент и приспособления . •..... —
3. Технология изготовления стержней вручную ....... 170
4. Машинное изготовление стержней.................. —
б. Изготовление оболочковых стержней ....................... 178
6. Изготовление стержней в горячих ящиках............ 179
7. Изготовление стержней из жидких самотвердеющнх смесей 182
8. Стержневые машины ..................................
Глава VII. Сушка, отделка и сборка форм и стержней ..... 183
1. Сущность процесса сушки.................................. —
2. Сушка форм и стержней .................................. —
3. Типы сушил .....................' . . . .......... . 186
4. Отделка и сборка форм и стержней ...................... 192
Глава VIII. Плавка чугуна 197
1. Материалы для плавки чугуна.............................. —
2. Топливо . ............................................. 205
3. Флюсы ;
4. Огнеупорные материалы....................................20®
Б. Шихтовка чугуна..........................................207
6. Плавка в вагранках . ’................................. 210
7. Основные размеры вагранок................................212
8. Подготовка вагранки и технология плавки 215
9. Усовершенствование конструкции вагранок ........ 221
10. Плавка чугуна в электрических индукционных печах ...» —
4
3
Глава IX. Плавка стали ................................. . 226
1. Способы получения жидкой стали для фасонного литья ... —
2. Конструкция и основные характеристики плавильных печей —
3. Материалы, применяемые при плавке.................... 233
4. Технология плавки.................................... 235
Глава X. Плавка медных сплавов ............... 23Q
1. Шихтовые материалы.................................... *—
2. Расчет шихты ........................................ 243
3. Плавка в электрических печах ........................ 245
4. Плавка в тигельных печах.............................. 248
5. Плавка в пламенных печах................................ —
6. Особенности плавки медных сплавов ........... 249
Глава XI. Плавка алюминиевых сплавов 252
1. Шихтовые материалы................................... —
2. Расчет шихты ........................................ 256
3. Рафинирование и модифицирование....................... 258
4. Плавка в электрических печах ........................ 259
5. Плавка в тигельных печах............................. 262
6. Особенности плавки алюминиевых сплавов................ 263
Глава XII. Плавка магниевых сплавов........................... 265
1. Шихтовые материалы.................................... —
2. Флюсы.............................................. 267
3. Печи для плавки магниевых сплавов .................. - 270
Глава XIII Разливка сплавов......................
1. Разливка чугуна........................................
2. Разливка стали....................
3. Разливка медных сплавов ...............................
4. Разливка алюминиевых и магниевых сплавов .......
273
276
277
278
280
Глава XIV. Специальные способы изготовления отливок .... 282
1. Литье в металлические формы.............................. —
2. Центробежное литье .................................... 291
3. Литье под давлением ................................... 294
4. Литье в оболочковые спекаемые формы ....«••• 302
5. Литье по выплавляемым моделям ......................... 305
Глава XV. Выбцвка, очистка и обрубка отливок ........ 309
1. Выбивка отливок и стержней .............................. —
2. Механизированная очистка и обрубка отливок .,.«••• 316
3. Прогрессивные способы выбивки стержней и очистки отливок 323
4. Обрубка и зачистка отливок ...•►«•....................' 324
Глава XVI. Брак отливок, исправление и меры предупреждения 330
1. Организация контроля в литейном цехе. ........ —
2. Контроль качества исходных материалов ......... “7
3. Контроль в отделениях изготовления форм и стержней .... 331
4. Контроль в отделении плавки — разливки сплавов .... —*
Б. Контроль качества отливок.................................~~
6. Современные способы технического контроля качества-
отливок .................................................. 332
7. Классификация пороков отливок и меры их предупреждения 333
Приложение ......................................................... 342
Список литературы........................................ . 344
ПРЕДИСЛОВИЕ
Выполнение грандиозного плана коммунистического строительства
и создания материально-технической бавы коммунизма ставит перед
литейщиками страны задачи всемерного ускорения научно-техниче-
ского прогресса за счет комплексного использования средств механиза-
ции и автоматизации, снижения трудоемкости ряда процессов и освобо-
ждения рабочего от тяжелого физического труда.
Для решения этих задач литейщикам необходимо повысить качество
и точность отливок за счет внедрения в производство новых технологи-
ческих процессов, расширения производства литья по выплавляемым
моделям, литья под давлением, а также внедрения автоматических ли-
ний и индукционных печей для плавки чугуна.
Немаловажное значение имеет снижение металлоемкости литых
заготовок. Большой вес изделия, как известно, совсем не свидетельст-
вует о его высоких технических качествах. Наоборот, как правило,
технически передовым является более легкое изделие.
Повышение размерной точности отливок может быть обеспечено не
только при применении специальных способов литья, но и при литье
в песчаные формы. Так, методы машинной формовки при мелкосерийном
и даже единичном производстве с использованием быстросменной осна-
стки значительно повышают размерную точность отливок. При единич-
ном производстве средних и крупных отливок может оказаться целесо-
образным применение формовки по модельным плитам.
Металлоемкость литых заготовок может быть уменьшена при замене
чугунов низких марок чугунами более высоких марок, а также более ши-
роким использованием низколегированных и среднелегированных ста-
лей. Достигнутые в этом направлении результаты позволили за по-
следнее пятилетие увеличить выпуск отливок из легированной стали
в СССР на 38%.
ГОСТ 1412—70 предусмотрены отливки из чугунов марок СЧ 32-52,
СЧ 36-56, СЧ 40-60 и СЧ 44-64, причем эти марки могут быть получены
только при электроплавке. Наряду с этим применение элекгроплавки
с использованием в составе шихты легковесных отходов металлообра-
ботки и кузнечных отходов даст возможность уменьшить стоимость
жидкого чугуна и высвободить значительное количество дефицитного
кокса.
Большие задачи, стоящие перед многотысячной армией литейщи-
ков, будут решены только при существенном повышении рабочими ли-
тейных цехов своего технического и культурного уровня. Этому в из-
вестной мере должен способствовать предлагаемый справочник рабочего-
литейщика.
Глава I
ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сплавы обычно получаются в жидком состоянии.
Литейные металлические сплавы состоят из двух или нескольких
составляющих. Основной составляющей является металл, придающий
всему сплаву металлический характер. Металлические сплавы обычно
дешевле чистых металлов и имеют более высокие механические и физи-
ческие свойства. Так, прочность стали (сплав железа с углеродом) значи-
тельно выше прочности железа; бронза (сплав меди с оловом и другими
элементами) и латунь (сплав меди с цинком и другими элементами)
прочнее меди; силумин (сплав алюминия с кремнием) прочнее алюминия.
Установлено также, что многие сплавы отличаются гораздо лучшими
литейными свойствами, чем чистые металлы.
Большинство металлов, из которых изготовляются сплавы, нахо-
дится в земной коре не в чистом виде, а в химическом соединении с дру-
гими элементами. Такие природные соединения металлов, содержащие
различные посторонние примеси, называются рудами. Из этих руд
после их подготовки на металлургических заводах получают чистые
металлы или сплавы.
В настоящее время известны 104 элемента, образующих периоди-
ческую систему Д. И. Менделеева; из них свыше 80 элементов являются
металлами. Общее содержание металлов в земной коре, т. е. в поверхно-
стном слое толщиной 16 км, составляет около V4 массы этого слоя.
Содержание в земной коре наиболее распространенных в технике
металлов приведено ниже.
Наименование металла Содержание
в земной коре, %
Алюминий (AI)........... 8,80*
Железо (Fe) .................... 5,10
Магний (Mg) . ,............ 2Д0
Титан (Ti) ................ 0,50
Ванадий (V) ....................... 0,02
Медь (Си) ......................... 0,01
Никель (NI)..................... 0,008
Вольфрам (W).............0,0069
Олово (Sn) . ................ 0,004
Кобальт (Со) 0,003
Свинец (РЬ) , , , , ........ 0,0016
Молибден (Мо) . , » . ............. 0,0003
Железо и сплавы железа с углеродом, медь и некоторые другие
металлы известны уже давно; такие металлы, как алюминий и магнии,
стали производить в промышленном масштабе только в текущем столе-
тии, а титан —• в последние десятилетия. Это объясняется значительными
трудностями производства этих металлов и, в частности, большим рас-
ходом электроэнергии.
6
Фасонные отливки из различных сплавов применяются во всех
отраслях промышленности, строительства и быта. Особенно велика
роль фасонных отливок в машиностроении. Область применения литых
деталей все время расширяется. Доля их в общей массе машин состав-
ляет (%):
Металлообрабатывающие станки.................... ,
Текстильные машины .................................
Прокатные станы ....................................
Тракторы.............. . ...... .
Паровые турбины ............................... . .
Электровозы .............................. ........
80
72
68
58
55
26
Отливки, изготовляемые в настоящее время, имеют толщину стенок
от 2 до 500 мм, массу от 10 г до 260 т и габариты от 1 см до^ЗО м. Есте-
ственно, что только сплавы, имеющие хорошие литейные свойства, могут
обеспечить требуемые качества таких разнообразных отливок. Необхо-
димо также, чтобы отливки после затвердевания и охлаждения обладали
требуемыми механическими, физическими и химическими свойствами.
Наряду с этим сплавы должны быть по возможности дешевыми и не со-
держать дефицитных элементов.
Немаловажное значение имеет температура плавления сплава.
Чем ниже температура плавления, тем с меньшими затратами тепла
можно расплавить и перегреть сплав в плавильной печи до требуемой
температуры при выпуске из печи и заливке.
Применяемые в промышленности литейные сплавы не полностью
отвечают изложенным требованиям. Поэтому в каждом отдельном слу-
чае конструктор вместе с литейщиком должен учесть условия работы
деталей, изготовляемых из литых заготовок, и выбрать сплав, обеспечи-
вающий высокие эксплуатационные качества детали. Так, например,
те детали машин, которые не несут больших нагрузок (станины металло-
режущих станков, рамы текстильных машин и др.), обычно отливаются
из наиболее дешевого сплава — серого чугуна. Мелкие детали автомо-
билей, тракторов, текстильных и сельскохозяйственных машин, звенья
цепей, фитинги изготовляются из ковкого чугуна. Арматура, работаю-
щая в условиях пресной и морской воды, вкладыши подшипников и не-
которые другие машинные детали изготовляются из медных сплавов.
Многие детали автомобилей, самолетов, различных приборов
отливаются из алюминиевых и магниевых сплавов.
2. ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Важнейшие свойства сплавов: высокая жидкотекучесть, малая
усадка, небольшая склонность к образованию литейных напряжений,
незначительная ликвация примесей, мелкокристаллическое строение.
Жидкотекучесть. Способность сплава в жидком состоянии запол-
нять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и
стержней называют жидкотекучестью.
Жидкотекучесть чугуна, бронзы и алюминиевых сплавов принято
определять с помощью спиральной пробы трапецеидального сечения
(рис. 1), которая состоит из спирали 1, имеющей на верхней поверхности
выступы 4 на расстоянии, равном 50 мм, стояка 2 и выпора 3.
Жидкотекучесть стали, магниевых и других сплавов определяется
по прутковой пробе. На рис. 2 приведена сухая форма для заливки прут-
ковой пробы, состоящая из собственно формы 1 с каналом 3, заполняе-
мым жидким сплавом, и литниковой воронки 2.
7
О жидкотекучести сплавов судят по длине (в см) заполненной части
формы. Жидкотекучесть сплавов увеличивается с повышением темпера-
туры перегрева сплава. Однако во избежание появления брака по
усадке, пригару формовочной смеси и трещинам температура сплава
при заливке форм должна быть умеренно высокой.
Рис. 1. Спиральная проба на жидкотекучесть
Жидкотекучесть чугуна возрастает при повышении содержания
(до известных пределов) углерода, кремния и фосфора. Марганец не
оказывает заметного влияния на жидкотекучесть. При содержании серы
в количестве более 0,15% жидкотекучесть чугуна понижается.
Рио. 2 Форма для заливки пробы на
жидкотекучесть в виде прутка
Существенное влияние на жидкотекучесть бронзы оказывают олово
и цинк: чем больше содержание этих элементов тем выше жидко-
текучесть.
Жидкотекучесть алюминиевых сплавов повышается при увеличении
содержания кремния, а магниевых сплавов — при увеличении содержа-
ния алюминия.
8
Характеристика жидкотекучести наиболее распространенных ли-
тейных сплавов приводится в табл. 1.
Таблица /
Сравнительная жидкотекучесть литейных сплавов
Степень жидкотекучести Наименование сплавов
Высокая Сплавы алюминия с кремнием, безоловян- ные бронзы (типа АМц 9-2), кремнистая ла- тунь, серый, модифицированный и высоко- прочные чугуны, некоторые высоколегиро- ванные стали
Средняя Сплавы алюминия с медью и магнием, оло- вянные бронзы, литейные латуни (кроме кремнистой), белый чугун, углеродистые и низколегированные стали
Пониженная Магниевые сплавы 1
Усадка. Процесс уменьшения линейных размеров и объема жидкого
сплава в форме при охлаждении называют усадкой. В литейном
производстве различают объемную и линейную усадку сплавов.
Объемной усадкой называют разность между объемом полости
формы и объемом отливки после ее охлаждения. Линейной усадкой
называют разность между линейными размерами формы и остывшей
отливки.
В практике литейного производства усадку обычно выражают
в процентах по отношению к первоначальному объему жидкого сплава
(объемная усадка) или к первоначальным линейным размерам в полости
формы (линейная усадка).
При остывании отливок выступающие части формы, болваны и
стержни препятствуют свободной усадке отливок и усадка будет затруд-
ненной; такая усадка называется литейной. Значения усадки сплавов
приведены в табл. 2.
Величина усадки зависит от химического состава сплава. Так,
повышение содержания углерода и кремния и уменьшение содержания
марганца и серы в чугуне приводят к уменьшению усадки. В алюми-
ниевых сплавах повышение содержания кремния уменьшает усадку;
медь и магний, наоборот, увеличивают усадку этих сплавов. В магние-
вых сплавах усадка понижается при повышении содержания в них алю-
миния и цинка.
Затвердевание сплавов в форме (переход от жидкого 'к твердом}'
состоянию) кроме изменения линейных размеров и объема отливки
для ряда сплавов сопровождается образованием в отливке внутренних
полостей — усадочных раковин и пористости.
Для борьбы с линейной усадкой следует размеры модели делать
больше размеров отливки на величину литейной усадки. Борьба же
с усадочными раковинами и пористостью более трудна. К основным
мерам предупреждения усадочных раковин и пористости относятся:
достаточное питание отливки путем увеличения сечения литниковой
системы, установка прибылей, применение холодильников, улучшение
конструкции отливки.
9
Таблица Ч
Примерные значения усадки сплавов
Группа сплава Усадка, %
линейная литейная
Сталь: ннзкоуглеродистая и ннзколегиро- 2,0—2,4 1,8—2,0
ванная высокомарганцевая 2,8—3,0 2,2—2,5
Чугун: серый 0,9—1,3 0,8— 1,0
белый 1,6—2,3 1,5—1,8
высокопрочный 0,7—1,2 0,6—1,0
Сплавы цветных металлов: оловянные бронзы 1,4 —1,6 1,2—1,4
безоловянпые бронзы 1,7—2,3 1,4—2,0
кремнистая латунь 1,6—1,8 1,5-1,7
марганцевая латунь 2,0—2{3 1,8—2,0
алюминиево-магниевые 1,30—1,50 1,0—1,2
алюминиево-кремниевые 0,9—1,2 0,8—1,0
алюминиево-медные 1,3—1,5 1,2—1,3
, магниевые 1,35—1,9 1,0—1,6
возникают литейпЛ» вяя* В отливке в процессе ее остывания в форме
усадочные няппя^пМНааПрЯЖеНИЯ: вследствие неравномерной усадки —
ных частей отпивкы _’ вввду не°динаковой скорости остывания отдель-
кристаллическпгп rm теРмические напряжения; в связи с изменением
УсадкГппяк™ Р°еНИЯ °тливки “ фазовые напряжения.
болваны стеожни и^т И всегда в тов или иной степени препятствуют
чается неоавномепняя И П0ЭТ0МУ в Разных частях отливки полу-
lacioi неравномерная усадка.
тура и НразмепыХпт.^ЛВЗХ В процессе охлаждения изменяются струк-
уменьшается объем**™ НЫХ 3ДреН’ вследствие чего увеличивается или
~ ° ™ и ™сть,х частях
могут привестиНкПпбпЧеННЯ В отливках» вызванные этими явлениями,
НИЮ отливки образованию горячих и холодных трещин, коробле-
В то времяИкак стялм!мрГ« Чуг/На редко обРазуются горячие трещины,
шенную склонность к пбп особенно легированные отливки имеют повы-
тить образованиегп* °бразованию зрячих трещин. Чтобы предотвра-
тил усадке окяятГпа ИХ трещин» наиболее важно устранить препят-
нями- заливку тппгтгеМЬ1е выстУпа10Щимй частями формы и стерж-
пониженной темпера^реТменьшей“кор^ыа™0 0С>'щестВЛЯТЬ
I Устранение как горячих, так и холодных трещин достигает-
fi созданием равномерных сечений без резких переходов между
сдельными частями отливок. С этой целью рекомендуется заменять
учения отливок с затрудненной усадкой на сечения со свободной
садкой.
Внутренние напряжения в отливках могут быть устранены терми-
еской обработкой, состоящей из медленного нагрева отливок в печи до
пределенной температуры и последующего охлаждения.
Ликвация. При затвердевании сплава, залитого в форму, на проти-
вник всего времени его остывания происходит процесс выравнивания
имического состава по всему сечению отливки. Однако этот процесс
рогекает медленно, вследствие чего в отдельных частях отливки,
также в отдельных зернах сплава, наблюдается химическая неод-
ородность, называемая ликвацией. Обычно ликвация обусловли-
ается тем, что отдельные составляющие сплава, имеющие неоди-
аковую плотность и различные температуры затвердевания, отделя-
тся от основной массы сплава как в жидком состоянии, так и при его
зтвсрдевании.
Ликвация уменьшается при понижении температуры и скорости
зливки, а также при ускорении затвердевания отливки. Наибольшей
тонкостью к ликвации отличаются сплавы с большим содержанием
зинца.
Строение (структура) сплавов. Наилучшие свойства имеют сплавы
том случае, когда их структура получается мелкокристаллической и
зз промежуточных пленок, ослабляющих связь между отдельными
' А . кристаллами (или группами кристаллов). Обычно в литейных сплавах
рассматриваются не отдельные кристаллы, которые очень малы,
а группы кристаллов, образующие кристаллиты или зерна.
Уменьшение размеров зерен сплава достигается понижением тем-
пературы и скорости заливки и в особенности увеличением скорости ох-
лаждения при затвердевании отливки. Для того чтобы придать сплаву
мелкозернистую структуру, в него вводят особые добавки — модифи-
каторы. Наибольшее распространение имеют следующие добавки: для
полусерого чугуна — кремний, для серого чугуна — магний, для ста-
ли — титан, алюминий, силикокальций, для силумина — натрий.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНЫХ СПЛАВОВ х
Применяемые в литейном производстве сплавы можно разделить
на пять групп: 1) чугуны и стали — сплавы железа с углеродом и дру-
гими элементами; 2) бронзы и латуни — сплавы меди с различными
элементами; 3) сплавы алюминия с различными элементами; 4) сплавы
магния с различными элементами; 5) сплавы на основе цинка, олова,
свинца и других металлов.
К важнейшим сплавам для изготовления отливок относятся
сплавы первой группы; около 75% всех отливок (по массе) изго-
товляется из чугуна и около 20% — из стали. На долю остальных
четырех групп сплавов приходится небольшая часть общей массы
отливок.
Алюминиевые, магниевые и медные сплавы имеют исключи-
тельно важное значение для многих отраслей промышленности: авиа-
ционной, автомобильной, судостроительной, приборостроительной и
других.
11
Чугун
Чугун представляет собой многокомпонентный железный сплав
с содержанием углерода более 2%. Кроме железа и углерода в состав
чугуна входят кремнии, марганец, фосфор и сера. Для придания чугуну
особых свойств, например износоустойчивости, жаростойкости, кислото-
упорности, при плавке вводят специальные легирующие компоненты:
хром, никель, титан, алюминий, медь, молибден. Подобные чугуны но-
сят общее название — легированные.
Компоненты, входящие в состав чугуна, существенно влияют на
условия графитизации и, следовательно, на структуру и свойства чу-
гуна.
Кремний представляет собой сильно графитообразующий
элемент, т. е. способствует выделению углерода в виде графита. Выделе-
ние графита происходит во время затвердевания отливки; при этом уве-
личиваются объем сплава и размеры отливки, что уменьшает объемную
усадку.
Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах —
от 0,5 до 3,2%. Изменяя содержание кремния и углерода, можно полу-
чать чугуны, совершенно различные по свойствам и структуре.
Марганец повышает растворимость углерода в железе и пре-
пятствует образованию графитовых выделений.
Сера так же, как марганец, препятствует выделению углерода
в виде графита. При повышенном содержании серы увеличивается усадка
чугуна, снижается его жидкотекучесть и повышается хрупкость.
В связи с этим содержание серы в чугуне не должно превышать
0,1-0,12%.
Фосфор не оказывает существенного влияния на графитообра-
зование. Повышение содержания фосфора увеличивает жидкотеку-
честь чугуна и наряду с этим увеличивается его хрупкость. Поэтому
отливки деталей машиностроения должны содержать не более 0,3—0,4%
фосфора. В отливках, предназначенных для художественного литья, и
в тонкостенных отливках для предметов народного потребления содер-
жание фосфора составляет до 1%.
Структура чугуна. Содержащийся в чугуне углерод может нахо-
диться в свободном состоянии в виде графита или в связанном с железом
состоянии в виде химического соединения — карбида железа Fe;tC
(цементита).
Чугун подразделяется на белый и сёрый в зависимости от состояния
в нем углерода.
Белый чугун получил такое название по виду излома, который
имеет матово-белый цвет. При нормальной температуре структура его
состоит из цементита и перлита, т. е. в белом чугуне весь углерод нахо-
дится в химически связанном состоянии. Белый чугун чрезвычайно хру-
пок, отличается большой твердостью и практически не поддается обра-
ботке режущим инструментом. Обычно такой чугун применяется для
передела в сталь и для изготовления ковкого чугуна.
В сером чугуне весь углерод или большая его часть находится
в свободном состоянии в виде графита, придающего излому чугуна
темно-серый цвет. 4
Серые чугуны могут иметь следующие структуры: феррит + гра-
фит; феррит 4- перлит 1 4- графит; перлит 4~ графит.
Перлитом называется механическая смесь феррита и цементита.
12
В сером ферритном чугуне металлической основой является феррит,
а весь углерод, имеющийся в сплаве, находится в виде графита. Такой
чугун характеризуется низкими механическими свойствами и приме-
няется для изготовления отливок неответственного назначения.
В сером феррито-перлитном чугуне структура состоит из феррита,
перлита и включений графита. Такой чугун применяется для изготовле-
ния отливок малоответственного назначения.
Чугун со структурой перлит + графит кроме свободного углерода
(графита) содержит около 0,8% углерода, образующего химическое
соединение с железом. Такие чугуны имеют более высокую прочность и
: применяются для ответственных отливок;
Наиболее высокие свойства по сравнению с обычным серым чугуном
имеет модифицированный чугун.
Н
Рис. 3. Схемы структуры серого чугуна (Х300): а — феррито-графитовый;
б — феррито-перлито-графитовый; в — перлито-графитовый
Модифицированию подвергается чугун, имеющий при застывании
белый или половинчатый излом. Химический состав такого чугуна при-
мерно следующий: 2,6—3,2% углерода, 0,7—1% кремния и 0,8—1,3%
марганца. После заливки этого чугуна в форму отливка его имеет струк-
туру, соответствующую белому чугуну, и обладает повышенной хруп-
костью, твердостью и плохой обрабатываемостью. В чугун указанного
состава вводится модификатор — вещество, содержащее элементы, спо-
собствующие выделению графита (ферросилиций, силикокальций и др.).
Перед вводом в жидкий чугун модификаторы должны быть прокалены
и раздроблены до 2—15 мм в поперечнике.
Модификаторы вводятся либо в ковш, либо на желоб в количестве
0,4—0,8% от массы жидкого чугуна. При затвердевании такой чугун
имеет благоприятную форму графита (мелкие завихренные пластинки)
и перлитную структуру металлической основы. Модифицированный
чугун отличается повышенными механическими свойствами.
Схема основных структурных составляющих чугуна показана на
рис. 3.
Согласно ГОСТ 1412—70, отливки из серого чугуна классифици-
руют по механической прочности. Установлено 11 марок серого чугуна:
СЧ 00, СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40, СЧ 24-44, СЧ 28-48,
СЧ 32-52, СЧ 35-56, СЧ 40-60 и СЧ 44-64. Буквы СЧ обозначают серый
чугун; первое число показывает наименьшее допустимое значение
(в кгс/мм2) предела прочности при растяжении, а второе — наименьшее
13
Таблица 3
Химический состав? механические свойства и назначение отливок из серого чугуна
Марка чугуна Предел прочности* кге/мм2 (неменее) Стрела прогиба, мм (не менее) Твердость по Бринелю Химический состав (рекомендуемый), % 1 Примерное, назначение отливок
при ра- стяжении при изги- бе при сжа- тии Углерод Кремний Марганец Фосфор Сера
СЧ 00 ♦ Не ограничивается Плитные настилы, утю- ги. грузы, опоки для ручной формовки
СЧ 12-28 СЧ 15-32 12 15 28 32 50 65 to| . - J co tol ст> сл| 1 143—229 163—229 3,5-3,7 3,5—3,7 1,8 —2,7 2,0—2,4 0,5 —0,8 0,5—0,8 0,3—0,8 0,3—0,6 0,08—0,15 0,08 — 0,15 Малоответственные ча- сти сельскохозяйствен- ных, текстильных, швей- ных, пишущих и счетных машин, станочное лигье, радиаторы, купальные ванны
СЧ 18-36 / СЧ 21-40 18 21 36 40 70 75 8 2,5 9_ 3 170—229 170—241 3,4 —3,6 3,3-3,5 1,7 —2,1 1.4—1,7 0,5 —0,7 0,6—0,9 0,3 —0,5 0,2—0.4 0,08 — 0,15 0,08 — 0,12 Ответственные части тракторов, автомобилей, станков, крупные шкивы и маховики, рамы тек- стильных машин
Продолжение табл. 3
Марка чугуна Предел прочности, <гс/мм2 (не менее) Стрела прогиба, мм (не менее) Твердость по Бринелю Химический состав (рекомендуемый), % Примерное назначение отливок
при ра- стяжении при изги- бе при сжа- тии Углерод Кремний Марганец Фосфор ’Сера
СЧ 24-44 СЧ 28-48 24 28 44 48 85 100 170—241 170—241 3,2-3,4 3,1 —3,4 1,4—1,7 1,3—1,6 0,6 —0,9 0,7—0,9 0,2 —0,3 0,2 —0,3 0,08—0,12 0,08—0,12 Ответственные отлив- ки для паровозо- и ди- зелестроения, блоки автомобильных цилин- дров
СЧ 32-52 СЧ 36-56 СЧ 40-60 32 36 40 52 56 60 110 120 9 3 9 з“ 10 3,5 187 — 255 197 — 269 207—269 3,0—3,2 2,9 —3,0 2,5-2,7 1,1-1,4 1,0—1,2 2,5—2,9 0,7—1,0 1,0-1,1 0,2—0,4 0,2—0,3 0,1-0,3 0,02 0,08 — 0,12 0,08 — 0.12 0.02 Весьма ответственные отливки: паровозные и дизельные цилиндры, коленчатые и кулачковые валы, штампы и другие тяжелонагруженныс от- ливки 1
СЧ 44-64 44 64 *•4 10 3,Ь 229 — 289 2,5-2,7 2,5 —2,9 0,2— 0,4 0,02 0,02
Примечание Величина стрелы прогиба в числителе указана при испытании образцов с расстоянием между
опорами в 600 мм* а в знаменателе — при испытании с расстоянием в 300 мм.
значение предела прочности при изгибе. В табл. 3 приведены химический
состав, механические свойства и область применения отливок из серого
чугуна.
Чугуны марок СЧ 28-48, СЧ 32-52, СЧ 35-56, СЧ 40-60 и СЧ 44-64
получаются только модифицированием, причем чугун последних трех
марок — при электроплавке.
Высокопрочный чугун. Этот чугун отличается от серого тем, что
графитовые включения имеют не пластинчатую, а шаровидную форму
(рис. 4). При шаровидной форме отдельные включения графита разоб-
щены между собой, благодаря чему резко повышаются механические
свойства сплава. Высокопрочный чугун обладает не только высокой
прочностью, но и значительной пластичностью и с успехом применяется
для отливки ответственных тяжелонагруженных деталей машин, изго-
товлявшихся ранее из поковок и стальных отливок.
Рис. 4. Схема структуры высоко-
прочного чугуна (Х300)
При производстве высокопроч-
ного чугуна в качестве модификато-
ра применяются вещества, способ-
ствующие выделению шаровидного
графита: магний, церий, кальций и
др. Присадка магния в открытые
ковши сопровождается бурным ки-
пением и выбросом металла из ков-
ша; пары магния вспыхивают яр-
ким пламенем, поэтому обработка
чугуна ведется в специальных гер-
метизированных ковшах и авто-
клавах.
Обработка чугуна в обычных ковшах стала возможна при исполь-
зовании тяжелых сплавов с низким содержанием магния — лигатур.
Специфическим видом брака отливок из высокопрочного чугуна
являются черные пятна, представляющие собой включения сернистых
соединений и графита, образовавшихся при обработке чугуна магнием.
В автотракторной промышленности нашли применение лигатуры
магнии-церий-железо (ФЦМ-5).
Челябинским электрометаллургическим комбинатом освоено про-
изводство магниевых тяжелых лигатур ЖКМК-7 и ЖКМК-8 сле-
дующего содержания (в %);
Кремний (Si) .................. . .
Магний (Mg)..........................
Кальций (Са).................... .
Церий (Се)............* * . * * , , ,
ЖКМК-7
40
6—8
8—10
1.2
ЖКМК-8
60
8—10
10—12
2.3
дифицирование^ тт{пЛЬ1Х лигатУР ФЦМ-5, ЖКМК позволяет вести мп-
зовакия дефектов в видатер^ых пятен”0 немаловажпо- избежать обрз-
нениемСЛормыМграфитеИРГ?В1НИгЯ ’угуиа магнием одновременно с изме-
происходит образование пемАит 'ДеЛеНИеМ его в шаР°виДн0Й форме)
вается. Для устплиоиио6 вементнта' вследствие чего отливка отбелп-
рода в нем до 3 2 3 7»/ отбеливания чугуна повышают содержание угле-
ние мар" 3’2-3J%, кремния - до 1,9-3,0% и понижают содержа-
нием в ковш присаживается 7к™“° ®того-.. "осле модифицирования ма-
фосфора должно быть не бол2’оР°5%НТНЫИ ферросилиций- Содержание
16 . ’ '
В чугуне, подвергающемся модифицированию магнием, допу-
скается содержание серы до 0,12%.
В процессе модифицирования магнием происходит удаление серы и
содержание ее в чугуне понижается до 0,02—0,03%. Количество вводи-
мого в чугун магния и ферросилиция находится в зависимости от хими-
ческого состава чугуна и толщины стенок отливки и составляет 0,3
0,8% магния и 0,5—1Ж ферросилиция.
ГОСТ 7293—70 установлены девять марок чугуна с шаровидным
графитом: ВЧ 38-17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 50-2, ВЧ 60-2, ВЧ 70-3,
ВЧ 80-3, ВЧ 100-4 и ВЧ 120-4. Буквы ВЧ обозначают название чугуна;
первое число указывает наименьшее допустимое значение предела проч-
а)
Графит
Феррит
Перлит цементит
Рио. 5. Схемы структуры белого (а) и ковкого (б) чугуна (Х300)
ности при растяжении (в кгс/мм2), второе — наименьшее относительное
удлинение (в %). Химический состав отливок из высокопрочного чугуна
по ГОСТ 7293—70 приведен в табл. 4.
Ковкий чугун. Такой чугун получается в процессе длительного
отжига при высокой температуре (950—1000° С) отливок из белого чу-
гуна (рис. 5, а) определенного химического состава. Графит в ковком
чугуне имеет хлопьевидную форму (рис. 5, б).
Ковкий чугун в зависимости от способа плавки, химического со-
става и режима отжига может быть получен с ферритной и перлитной
основой. При отжиге до полной графитизации получают ферритный
ковкий чугун, который по цвету излома называют черносердечным.
При графитизации с одновременным обезуглероживанием получается
перлитный по структуре и белосердечный по излому чугун. В настоящее
время чаще производят чугун с ферритной основой — черносердечный.
Химический состав белого чугуна, подвергающегося отжигу:
2,4—2,8% углерода, 0,8—1,4% кремния, 0,3—0,5% марганца, около
0,2% фосфора, 0,08—0,12% серы и не более 0,06—0,08% хрома.
В табл. 5 приведены марки и требуемые механические свойства
ковкого чугуна по ГОСТ 1215—59, а также назначение отливок из этого
чугуна.
Легирозанный чугун. В зависимости от содержания легирующих
элементов чугун можно подразделить на низколегированный, содержа-
щий до 2,5%, среднелегированнын — 2,5—10% и высоколегирован-
ный — свыше 10% легирующих элементов.
17
Таблица 4
Химический состав отливок из высокопрочного чугуна (до модифицирования), %
Хром 1 1 1 го ГО ГО ГО
Сера До 0,1 До 0,1 До 0,1 До 0,14 До 0,12 До 0,12 0,01 0,01 0,01
Фос- фор 0,04 — 0,1 -1 о 0,04 — 0,1 До 0,15 До 0,12 ГО До 0,1 До 0,1 До 0,1
Мар- ганец 0,5 — 0,0 1 со о 0,5 — 0,6 0,5— 0,8 0,4 — 0,7 ' 0,6- 0,9 0,6 — 0,9 0,6 — 0,9 1 СП о
св. 100 0,8-1,5 LO 1 ю о 0,5-1,5 0,8—1,5 1 1 1 1 1
100 -1,7 1^- *> я—4 -1,7 *•4 -2,6 -2,9
50- СО *> со ♦—< СО ! 1,3- 2,2- 2,6-
Кремний ’S О иэ о со 1,6—1,9 1,6-1,9 1,6-1,9 о СО 4» к—1 2,2 —2,6 1 2,6 —2,9 1 1
ЛИВИИ, MJ о оэ о »—< 1,9 —2,2 1,9 —2,2 1,9 —2,2 1,9 —2,2 2,4 —2,8 1 2,6 —2,8 3,4—3,8 3,4 — 3,8
'олщина стенки от. ДО Ю о? 1 •*г см 2,4 —2,7 см см 2,4—2,7 2,4 —2,8 1 2,6 —2,9 3,4—3,8 3,4 —3,8
св. 100 2,7—3,2 сч оо см 2,7 —3,2 CN СО сч 2,7—3,2 1 1 1 1
о сх 50—100 СО СО 1 о со 3,0—3,3 3,0—3,3 3,0—3,3 3,0—3,3 3,2 —3,6 1 1 1
£ 30—50 3,3 —3,6 3,3 —3,6 3,3—3,6 3,3 —3,6 СР со 1 со со 3,2 —3,6 1 1
до 30 СО СО li СО •» СО 3,3—3,6 3,3—3,6 СР со 1 ГО со 3,3—3,6 1 3,2—3,6 3,2—3,6 3,2—3,6
Марка чугуна ВЧ 38-17 ВЧ 42-12 ВЧ 45-5 ВЧ 50-2 ВЧ 60-2 ВЧ 70-3 ВЧ 80-3 ВЧ 100-4 ВЧ 120-4
Примечание. В чугуне ВЧ 80-3 содержится 0,25 — 0,4% меди, а в чугуне ВЧ 120-4 — 0,2—0,8% никеля.
18
Таблица 5 ,
Марки, механические свойства и назначение отливок из ковкого чугуна
Марка чугуна Предел прочности при растя- жении, кгс/мм2 Относи- тельное удлине- ние, % Твердость по Бринелю (не более) Примерное назначение отливок
не -h тенее
кч 30-6 30 6 163 Детали сельскохозяй- ственных и пневматиче- ских машин, детали опти- ческих приборов
кч 33-8 33 8 163 Детали тормозов, педа- ли, колодки
КЧ 35-10 35 ' ю ’ 163 Картеры, рычаги, коле- са, кронштейны
КЧ 37-12 37 12 163 Автомобильные детали: задний мост, ступица, кронштейны и т. п.
кч 45-6 45 6 241
кч 50-4 50 4 241 Различные детали с по-
кч 56-4 56 4 269 вышенной прочностью
кч 60-3 60 3 269
кч 63-2 63 2 269
В состав низколегированного чугуна обычно входят хром и никель
и реже — медь или молибден; в данном случае легирование повышает
прочность чугуна. Такой чугун применяется для ответственных деталей
машин. Среднелегированный чугун отличается износоустойчивостью
в условиях нормальной и повышенной температуры; высоколегирован-
ный чугун является коррозионностойким, жаростойким и немагнитным
материалом.
Для легирования применяются сплавы легирующего элемента
с железом или природнолегированные чугуны; так называются чушко-
вые чугуны, выплавляемые в доменных печах из руд, содержащих ни-
кель, хром, титан и другие элементы, часть которых переходит в чугун.
В качестве легирующих элементов могут быть также кремний и марга-
нец, если их содержание в чугуне превышает соответственно 4 и 2%.
Стали
Железный сплав с содержанием углерода до 2% называется сталью.
Для изготовления отливок применяются углеродистые и легированные
стали.
Углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые, содер-
жащие 0,09—0,20% углерода, среднеуглеродистые, содержащие 0,20—
0,45% углерода, и высокоуглеродистые с содержанием свыше 0,5%
углерода.
19
Таблица б
Химический состав и механические свойства отливок из углеродистой стали
КЗ
Химический состав, % Механические свойства в термически обработанном состоянии Г
Марка стали Углерод Марганец , - Кремний Предел те- кучести, кгс/мм’ Предел проч- ности при растяжении, кгс/мм2 Относитель- ное удлине- ние, % Относитель- ное сужение, % Ударная вяз- кость. кгс-м/см2 Примечание
15Л 0,12 — 0,20 0,30-0,90 0,20- 0,42 20 40 24 35 5,0 Допустимое содержание серы и фосфора в зависимости от группы отливок (см. табл. 7) составляет,
20Л 0,17—0,25 0,35 — 0,90 0,20— 0,42 22 42 22 35 5,0 %:
25Л 0,22—0,30 0,35—0,90 0,20- 0,42 0,20— 0,42 0,20 — 0,42 24 45 19 30 4,0 Основной Кислый
ЗОЛ 35Л 0,27—0,35 0,32—0,40 0,40 — 0,90 0,40-0,90 26 48 17 30 3,5 3,5 процесс процесс
2 б' 50 15 25 Группа Сера Фос- фор Сера Фос- фор
40Л 0,37-0,46 0,40—0,90 0,20— 0,42 30 53 14 25 3,0
45Л 0,42-й,,БО 0,40—0,90 0,20— 0,42 32 55 12 20 3,0 1 0,050 0,05 0,06 0.0G
60Л 0,47-0,65 0,40—0,90 0,20— 0,42 34 58 11 20 2,5 11 0,045 0,04 0,06 0.06'
ббЛ 0*62 — 0,60 ✓ 0,40—0,90 0,20— 0,42 36 60 10 18 2,5 111 0,045 0,04 0,05 0.05
Таблица 7
Объем контроля качества отливок
Груп- па Назначе- ние отливок Характерисгика отливок Виды контроля (обязательные)
1 Отливки нормаль- ного качества Отливки для детален, не воспринимающих боль- ших нагрузок. Размеры и конфигурация отливок определяются конструк- тивными и технологиче- скими соображениями Наружный осмотр. Определение химического состава по содержанию серы и фосфора. Контроль размеров
II Отливки повы- шенного качества Отливки деталей, рас- считываемых на прочность и восприятие статических нагрузок Наружный осмотр. Определение химического состава. Контроль разме- ров. Определение меха- нических свойств: предела текучести и относительно- го удлинения
III Отливки особо высокого качества Отливки для деталей, работающих при высоких динамических и знакопе- ременных нагрузках Наружный осмотр. Определение химического состава. Контроль разме- ров. Определение механи- ческих свойств: предела текучести, относительного удлинения и ударной вяз- кости
2) хромовые стали 32Х06Л и 40ХЛ, содержащие соответственно
0,5—0,8 и 0,8—1,1% хрома;
3) марганцевованадиевая сталь 40ГФЛ, содержащая 1,6—1,9%
марганца и 0,1—0,2% ванадия;
4) хромомолибденовые стали 20ХМЛ и 35ХМЛ, содержащие соот-
ветственно 0,4—0,7 и 0,8—1,1% хрома и 0,4—0,6 и 0,2—0,3% молиб-
дена;
5) хромоникелевая сталь 40ХНЛ, содержащая 0,5—0,8% хрома и
1,0—1,5% никеля;
6) марганцевокремнистые стали 20ГСЛ и ЗОГСЛ, содержащие 1,0—
1,4% марганца и 0,6—0,8% кремния;
7) сложнолегированные стали ЗОХНМЛ, 40ХНТЛ, 35ХГСЛ,
35НГМЛ, 08ГДНФЛ, 13ХНДФТЛ, 12ДН2ФЛ и 12ДХН1МФЛ; эти
стали содержат от трех до пяти легирующих элементов.
Химический состав и область применения низколегированных ли-
тейных сталей приведены в табл. 8, а механические свойства после терми-
ческой обработки — в табл. 9.
Высоколегированные стали. В последнее десятилетие непрерывно
расширяется производство отливок из высоколегированных сталей со
специальными свойствами, которые по ГОСТ 2176—67 подразделяются
на коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и износостойкие
(обозначения легирующих элементов такие же, как и при низко- и
среднелегированных сталях).
Коррозионные стали. В этих сталях основным легиру-
ющим элементом является хром и в некоторых — хром и никель. Осталь-
ные легирующие элементы, как молибден, вольфрам, медь, ниобий (Б),
кремний, титан, марганец и ванадий вводятся в небольших количествах.
22
23
Продолжение табл.
*
ь | 1 1 1 1 0.04 — 0,10 1 0,02 — 0,10 1
Ванадий | 1 1 1 1 0,1 0,06— j 0,12 । 0,OS- О. 15 1 0,08 — 0.15
Молиб- ден 0,40— 0,60 0,20— 0,30 0,20— 0,30 1 0,15 — 0,25 1 1 1 1 1 о о СО °1о о
Медь ее 0,30 ее 0,30 Не бо- лее 0,30 ее 0,30 Не бо- лее 0,30 0,80— 1,20 0,65— 0,90 1 о ою СЧ Не бо- лее 0,30 0,40- 0,65
С'' 1 X) с; о X Е ч о ю а> X О О О) X 1,30— I 1,6b I о Ю Ф К 0,80— 1 1,20 1,15- 1,55 1 о О !£> °!— 1,80— 2,26 1,50— 1,90 1,40- 1,80
д д
f~ и О Л ром - (V ф ф ф ф ф
О <2 * О ф । 0,40— 0,70 0,80— 1,10 1 о о иэ с° — •—4 0,60- 0,90 Не бол 0,30 Не бол о со о* 0.15— 0,40 Не бол 0,30 0,70- 1,00 1,20 — 1,70
Хими' Сера ф о О 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,035 0,03 0,035 0,04 0,03
о. о •& о О ф X тг С О тг О О •=Т о о 0,04 0.04 0,035 0,03 0,035 0,04 0,03
е -
Кремний 0,20— 0,42 ' 0,20— 0,42 1 СМ о о . 08*0 — 09*0 0,20— 0,42 1 LO •—4 О 0,40 0,20 — 0,42 0,20— 0,42 0,20 — 0,42 0,20— 0,42
Марга- нец 1 о о о to о 0,40— 0,90 0,40— 0,90 1,00 — 1,30 0,8 0 — I 1,20 0,60 — 1,00 0,40 — 0,90 1 0,40— 0,90 0,40 — , 0,90 1 ш о ю о
Углерод 0,15 — 0,25 0,30 — 0.40 0,25— 0,35 0,So- О.40 0,32 — 0,42 Не бо- лее 0.10 Не бо- лее 0,16 1 оо °.О о 0,38 — 0,45 ! его 01'0 ' 1
-
• га ь и га X Си га £ Ч о см Ч £ X ю СП Ч £ К X о СО Ч и и X ю СП Ч < и X 1£> го ч Ч е X СО о ч & X СО ч е СЧ X CI W—• ч ь X X о «г ч е % X X d СЧ V—4
24
Таблица 9
Механические свойства легированных сталей
Марка стали Предел текучести, кгс/мм! Предел прочно- сти, кгс/ммг Относи- тельное удлине- ние. % Относитель- ное сужение поперечного сечения, % Ударная ьязкость, кгсм/см2
Норма л и з а ц и я я отпуск
20ХМЛ ' 25 45 18 30 3
20ГЛ 30 55 18 25 5
35ГЛ 30 55 12 20 3
20ГСЛ 30 55 18 30 3
08ГДНФЛ 35 45 18 30 5
ЗОГСЛ 35 60 14 25 3
35 X ГС Л 35 60 14 25 3
4 ОГЛ 35 65 12 30 3
13ХНДФТЛ 40 50 18 30 5
35ХМЛ 40 60 12 20 3
12ДН2ФЛ 55 65 12 20 3
ЗОХНМЛ 55 70 12 20 3
12ДХН1МФЛ 65 80 12 20 3
3 а кадка и отпуск
27ГЛ 45 65 10 20 5
35ГЛ 35 60 14 30 5
ЗОГСЛ 40 65 14 30 5
32Х06Л 45 65 10 20 5
40ХЛ 50 65 12 25 4
40ХНЛ 50 70 12 25 4
40ГФЛ 54 85 8 — .— -—
35ХМЛ 55 70 12 25 4
35НГМЛ 60 75 12 25 4
35ХГСЛ 60 . 80 10 20 4
ЗОХНМЛ 65 80 10 20 4
40ХНТЛ 70 90 10 20 4
12ДХН1МФЛ 80 100 10 20 3
Примечания; 1. Предел текучести, относительное удлине- ние и ударная вязкость являются сдаточными характеристиками; остальные характеристики по особому требованию заказчика также могут быть отнесены к сдаточным. 2. Нормализацией называется термическая обработка, при ко- торой отливки нагреваются до температуры, предусмотренной техно- логическим процессом, выдерживаются некоторое время при этой тем- пературе и затем охлаждаются на спокойном воздухе. 3. Закалкой называется термическая обработка, при которой отливки или иные заготовки после нагрева до заданной температуры и соответствующей выдержки при этой температуре подвергаются бы- строму охлаждению в жидкости (воде или масле). 4. После закалки в жидкости в отливке могут возникнуть вну- тренние напряжения, для снятия которых производится отпуск.
25
Эти стали применяются: для деталей арматуры, работающей в нефтя-
ных средах под давлением при температуре 425—475° С — 20Х5МЛ,
20Х5ТЛ, 20Х8ВЛ; для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам
(турбинные лопатки, клапаны гидравлических прессов, арматура кре-
кинг-установок), — 10Х13Л, 20Х13Л; для деталей, работающих в
морской воде, — 5Х14НДЛ; для деталей трубчатых печей нефте-
заводов и других деталей, работающих при температуре до 1000° С,—
25Х23Н7СЛ.
Жаростойкие стали. Основными легирующими элемен-
тами в этих сталях являются хром и никель, а в некоторые стали с целью
экономии никеля вводится марганец (12—16%). Эти стали применяются
для деталей, работающих длительное время под нагрузкой при темпера-
туре до 700° С (клапаны моторов, колосники), — 40Х9С2Л; для деталей,
работающих при высоких температурах до 1000° С (лопатки компрессо-
ров и сопловых аппаратов, печные конвейеры), — 30Х24Н12СЛ,
55Х18Г14С2ЛТ.
Жаропрочные с т а л и. В этих сталях наряду с хромом и
никелем легирующими элементами также является вольфрам (5,0—7,0%)
и молибден (2,0—3,0%). Стали применяются для деталей двигателей
авиационной промышленности (рабочие и сопловые лопатки газовых
турбин) — 15Х13Н22В6М2Л; для деталей аппаратов азотной, пищевой
и мыловаренной промышленности — 5Х18Н11БЛ.
Износостойкие стали. Наиболее высоким сопротивле-
нием износу при одновременном воздействии высоких давлений или
ударных нагрузок обладает сталь 110Г13Л, т. е. сталь, содержащая
0,90—1,30% углерода, 0,4—1,00% кремния, 11,50—14,50% марганца,
не более 0,50% хрома, не более 0,50% никеля. Высокие свойства эта
сталь приобретает после термической обработки: нагрев до 1050—1100° С
с охлаждением в проточной воде. Сталь 110Г13Л применяется для гусе-
ничных траков, трамвайных и железнодорожных стрелок, зубьев ков-
шей элеваторов, плит для шаровых мельниц.
Более подробно об отливках из высоколегированной стали со спе-
циальными свойствами см. ГОСТ 2176—67.
Сплавы цветных металлов
Для изготовления отливок из сплавов цветных металлов широкое
применение получили сплавы на основе меди, алюминия, магния и
цинка.
Сплавы на медной основе. По химическому составу медные сплавы
делятся на бронзы и латуни.
Бронзы. Их можно разделить на две основные группы: оловян-
ные, в которых основной добавкой (легирующим элементом) является
олово, и безоловянные с основной добавкой в виде алюминия, железа,
марганца, никеля и др. В оловянные бронзы кроме олова вводятся
цинк, свинец и иногда никель. Цинк повышает жидкотекучесть сплава,
уменьшает его склонность к газопоглощению и образованию раковин,
увеличивает прочность сплава и снижает его стоимость. Свинец облег-
чает обработку сплава резанием и увеличивает его коррозионную стой-
кость в кислотах. Никель способствует измельчению структуры сплава и
улучшает его механические свойства.
К вредным ^примесям в оловянных бронзах относятся алюминий,
железо, кремний, сурьма. Эти примеси снижают пластичность оловян-
26
еых бронз, а алюминий вызывает также образование крупной струк-
туры и пористости. /
Отливки из многокомпонентных сплавов на медной основе, содержа-
щие олово, цинк и свинец, изготовляются согласно ГОСТ 613—65, кото-
рым установлено пять марок. Для особо ответственных отливок приме-
няются бронзы марок БрОЦ10-2 и БрОФЮ-1 (табл. 10).
Высокая стоимость олова вызвала необходимость замены оловянной
бронзы другими сплавами, в состав которых входят более дешевые эле-
менты. Большинство безоловянных бронз является сплавом меди с алю-
минием и некоторыми другими элементами (табл. 11).
Сплав меди с 10% алюминия имеет после затвердевания крупно-
зернистое строение, что вызывает хрупкость отливок, поэтому в алюми-
ниевые бронзы добавляют Железо, марганец, никель.
Железо способствует размельчению структуры, повышает предел
прочности и твердость сплава. Марганец повышает не только прочност-
ные, но и антикоррозионные свойства сплава. Никель улучшает анти-
фрикционные, антикоррозионные и механические свойства. При содер-
жании свинца до 1 —1,5% улучшаются обрабатываемость резанием и
антифрикционные свойства.
К вредным примесям в безоловянных бронзах кроме цинка, сурьмы
фосфора и некоторых других элементов относится олово, содержание
которого в сплаве свыше 0,1—0,2% вызывает ухудшение механических
свойств, пористость и хрупкость отливок.
Безоловянные бронзы БрАМц9-2Л, БрАЖ9-4Л и БрАЖМцЮ-3-1,5
имеют более высокие показатели механических свойств, чем оловянные,
и вполне, за некоторым исключением, заменяют их в эксплуатации.
Бронза БрСЗО по антифрикционным свойствам не уступает высоко-
оловянным баббитам и применяется для заливки стальных вкладышей
электродвигателей.
Латуни. Медно-цинковые сплавы (латуни) благодаря своим вы-
соким механическим, технологическим и коррозионным свойствам яв-
ляются наиболее распространенными в промышленности.
Сложные латуни кроме меди и цинка содержат алюминий, крем-
ний, марганец, свинец, олово, и соответственно этому различают ла-
туни алюминиевые, кремниевые, марганцевые, свинцовые и оловянные.
Перечисленные элементы улучшают механические, физические и хими-
ческие свойства латуни. При введении в сплав алюминия повышаются
прочность и коррозионная стойкость латуни; из такой латуни отли-
ваются коррозионностойкие детали, применяемые в судостроении и
общем машиностроении. Свинец не оказывает заметного влияния на ме-
ханические свойства, но улучшает обрабатываемость латуни режущими
инструментами. Свинцовая латунь широко применяется для изготовле-
ния деталей приборостроения, от которых требуется высокая чистота
поверхности.
Кремний повышает механические свойства сплава и придает ему
хорошую жидкотекучесть, что обеспечивает хорошее заполнение формы
и получение плотных тонкостенных отливок сложной конфигурации.
Добавка в кремнистую латунь свинца придает сплаву хорошие анти-
фрикционные свойства. Из кремнистой латуни изготовляют отливки
для арматуры и судовых деталей, работающих в морской воде; из крем-
ниево-свинцовой латуни изготовляют подшипники, втулки, сальники.
Марганцевая латунь имеет высокие механические свойства и значи-
тельную коррозионную стойкость; кроме того, она сохраняет прочность
при повышенных температурах. Из марганцевой латуни изготовляют
27
Таблица 10
Химический состав,
механические свойства и назначение отливок из оловянных бронз
Марки бронзы Содержание основных элементов, % (остальное — медь) Предел прочности при растя- жении, кгс/мм2 Относи тельное удлине- ние, кгс/мм’ Т вердость по Бри- нелю Примерное назначение отливок
Олово Цинк Свиней Никель не менее
БрОЦСНЗ-7-5-1 2,5 —4,0 6,0—9,5 3 — 6 0,5 —2,0 18 21 8 5 60 Арматура для морской и пресной воды, а также для пара (давление до 25 кгс/см2)
БрОЦСЗ-12-5 2,0—3,5 8,0—15,0 3—6 18 21 8 5 60 Арматура для пресной воды и пара (давление до 25 кгс/см2)
БрОЦС5-5-5 4,0—6,0 4,0 —6,0 4 — 6 — 15 18’ 6 4 60 Антифрикционные де- тали, работающие в ус- ловиях трения
БрОЦС4-4-17 3,5—5,0 2,0 —6,0 14 — 20 -— 15 5 60 Антифрикционные де- тали, работающие в условиях трения
..у. . ,,z-
Продолжение табл. 10
/
Марки бронзы Содержание основных элементов, % (остальное — медь) П редел прочности при растя- жении, кгс/мм2 Относи- тельное удлине- ние, кгс/мм2 Твердость по Бри- нелю Примерное назначение отливок
Олово | Цинк | Свинец | Никель не менее
БрОЦСЗ,5-7-5 . 3,0—4,5 6,0—9,5 3—6 — 15 18 6 • 4 60 Антифрикционные де- тали, работающие в условиях трения
БрОФЮ-1 9-11 Фосфор 0,8-1,2 . L — 25 35 10 8 80 Антифрикционные де- тали, работающие в ус- ловиях трения, червяч- ные зубчатые колеса
БрОЦЮ-2 9—1L 2 — 4 — 1 20 25 J.0 6 л , — 80 Арматура высокого давления, сильно нагру- женные детали
Примечания: 1. Суммарное содержание примесей (сурьмы, железа, алюминия и кремния) для всех марок бронзы да^“^с^р^сл6°лл“ прп растяжении и относительного удлинения в числителе даны при литье в песчаные содержание д процентах.
Таблица 11
Химический состав,- механические свойства и назначение отливок из безоловянных бронз
отливки для деталей, работающих с большой нагрузкой: массивные чер-
вячные винты, гайки нажимных винтов и т. п.
Оловянная (морская) латунь, содержащая около 2% олова, хорошо
противостоит действию морской воды и морского влажного воздуха.
В табл. 12 приведены химический состав, механические свойства (по
ГОСТ 17711—72), а также назначение отливок из этих латуней.
В маркировке латуней буква Л означает латунь, а последующие
буквы указывают на наличие в латуни других элементов, кроме меди;
первая цифра указывает среднее содержание меди, а последующие
цифры — содержание других элементов в процентах.
Содержание цинка определяется разностью между 100% и суммой
(в %) элементов, содержащихся в латуни.
Сплавы легких металлов. Сплавами легких металлов называются
сплавы с малой плотностью. К ним относятся алюминиевые и магниевые
сплавы.
Алюминиевые сплавы. Сплавы алюминия с кремнием,
медью, магнием, марганцем и другими компонентами имеют широкое
применение в машиностроении и приборостроении благодаря сочетанию
сравнительно высоких механических свойств и малой плотности. Для
улучшения механических свойств большинство алюминиевых отливок
подвергается термической обработке.
ГОСТ 2685—63 (с изменением № 1) установлены 36 марок алюми-
ниевых литейных сплавов, которые в зависимости от химического со-
става разделяются на пять групп (табл. 13).
I группа — сплавы на основе системы алюминий—магний: АЛ8,
АЛ 13, АЛ22, АЛ23, АЛ23-1, АЛ27, АЛ27-1, АЛ28, АЛ29.
Дальнейшее повышение свойств этого сплава достигается при вве-
дении в него по 0,05—0,15% титана и бериллия и 0,05—0,2096 цирко-
ния; получаются сплавы АЛ27 и АЛ27-1. Те же элементы, но в меньших
количествах вводятся и в сплавы АЛ22, АЛ23, АЛ23-1 и АЛ28.
Низкое содержание вредных примесей в сплавах АЛ27 и АЛ27-1
(для этих сплавов кроме железа вредными примесями также являются
медь, цинк и некоторые другие), а также легирование титаном, берил-
лием и цирконием приводят к значительному возрастанию коррозион-
ной стойкости сплавов (по сравнению со сплавом марки АЛ8) в атмо-
сферных и морских условиях.
Сплавы АЛ27 и АЛ27-1 в закаленном состоянии применяются для
изготовления деталей, несущих высокие статические и ударные на-
грузки.
II группа — сплавы на основе системы алюминий—кремний: АЛ2,
А Л 4, АЛ4В, АЛ9 и АЛ9В. Сплавы этой группы, носящие общее назва-
ние «силумины», обладают хорошими литейными свойствами, но для
получения мелкозернистого строения нуждаются в модифицировании
(см. ниже).
Введение магния в количестве 0,17—0,5% придает этим сплавам
способность к термической обработке и, следовательно, повышает их
механические свойства. В силуминах наиболее вредной примесью яв-
ляется железо.
АЛ7В^ ^19—сплавы на основе системы алюминий—медь: АЛ7,
Алюминиево-медные сплавы обладают способностью к термической
обработке, * после которой значительно улучшаются их механи-
ческие свойства. Литейные свойства этих сплавов заметно хуже
силуминов.
31
w Таблица 12
механические свойства и назначение отливок из латуни
Марка латуни Содержание основных элементов, % (остальное — цинк) » Допу- стимое содер- жание при- месей, % Предел проч- ности при растя- жении, кгс/мм2 Отно- ситель- ное удлине- ние, % Примерное назначение отливок
Медь Алю- миний Же- лезо Мар- ганец Крем- ний Оло во .Свинец не м енее
ЛА67«2*5 66—68 2 — 3 1 __ f — — — 3,4 30 (40) 12 (15) Коррозионно- стойкие детали в судостроении и об- щем машинострое- нии
ЛАЖМцбб-б-3-2 64 — 68 4 — 7 2 — 4 1,5— 3,0 —— «и. 2,1 60 (65) 7 (7) Червячные вин- ты, гайки нажим- ных винтов и дру- гие тяжелой агру- женные детали
ЛАЖ60-1-1Л 58 — 61 0,8 — 1,5 0,8— 1,5 0,1- 0,6 —• 0,2- 0,7 *- * 0,7 38 (42) 20 (18) Арматура, под- шипники, втулки
ЛК80-ЗЛ 78—81 — •— 3,0— 4,5 —* 2,8 30 (30) 15 (15) Арматура и де- тали, работающие в морской воде; ше- стерни ‘
ЛКС80-3-3 77—81 —• — — 2,5 — 4,5 — 2 — 4 2,3 (30) (15) Подшипники, втулки, сальники
ЛМцС58-2-2 57-60 в 1,5- 2,6 ———* 1,5- 2,5 2,& 25 (35) Ю (8) Армирование ва- гонных подшипни- ков; подшипники, втулки
е
М. Липни и.к.нй
to
Марка латуни Содержание основных элементов, % с (остальное •—цинк) с - - т Хопу- тИмое одер- канне при- месей, Лредел проч- ности при растя- жении, кгс/мм2 к 1 — Отно- ситель- ное удлине- ние, % Примерное означение отливок
Медь Алю- миний Же- /V лезо Марга- нец < Злово С винец % 1 не ме нее
ЛМцЖ.55-3-1 ЛМЦОС58-2-2-2 ЛС59-1Л ЛС59-1ЛД ЛМцНЖА60-2«1-Ы ЛМц58»2Л Л BOG 53-58 57 — 60 57 — 61 58—61 58 — 62 57 — 60 60—75 «*-* 0,5- 1,0 JO П О Iffl 0,5— 1«5 0,5 — 1,1 fiKHX-OTi 3—4 1,5-2,5 1,5— 2,5 1.0-- 2.0 осятся Ни- кель 0,5— 1,5 4 ЛИТЬЮ 1,5-2,5 - 0,5—2 в металл 0,6—2,5 0,8— 2,0 0,8— 2Д) 1-3 ические 2,0 1,2 2,0 2,0 2,3 2 1,-5 формы, 45 (50) 30 (30) 20 20 35 35 без скобок 18 (10) 6 (4) 20 6 20 20 8 — к лить Гребные винты, их лопасти и другие массивные детали; арматура для мор- ского судостроения, работающая при температуредоЗОО <- Шестерни Втулки для ша> рнкоподшипникови фасонные отливки Для литья под давлением Арматура, рабо- тающая в пресной воде, масле, жид- ком топливе и паре при температуре до 250° С Для деталей под- шипников и дета- лей, подвергающих ся лужению и за- ливке баббитом Для штуцеров гн дросистемы автомо бил ей ______ ю в песчаные формы. 1
Примечай
• 1 Таблица 13 Химический состав литейных алюминиевых сплавов,- %
Группа спла- ва Марка сплава -—Г Основные компоненты 1
Магний Кремний Марга- нец Медь Никель Цинк
АЛ8 9,5—11,5 — I1 — — “ I
АЛ27 9,5—11,5 — — 1, — ~ 1
АЛ27-1 9,5—11,5 **— —’ — —
АЛ13 4,-5—5,5 0,8—1,3 0,1 —0,4 —*
I АЛ22 10,5—13,0 0,8—1,2 наш — — ч I
АЛ23 6,0—7,0 •— — * » —
АЛ23-1 6,0—7,0 *—♦ — —* , 1
АЛ28 4,8—6,3 — 0,4—1,0 — — —
АЛ29 6,0—8,0 0,5—1,0 0,25—0,60 — — “ 1 , -1
АЛ2 — 10,0—13,0 — —
АЛ4 0,17—0,3 8,0—10,5 0,2— 0,5 — * «га —*
11 АЛ4В 0,2—0,4 8,0—11,0 0,-2—0,5 — Л—• 1 1
АЛ9 0,2—0,4 6,0—8,0 — — —-
АЛ9В 0,2—0,5 6,0— 8,0 — «wa*
- АЛ7 —- •— — 4,0—5,0 — - 1
111 АЛ7В — — — 3,0—5,0 ' — — >1
АЛ19 — — 0,6—1,0 4.5—5,3 — - 1 J
АЛЗ 0,35—0,6 4,5 —5,5 0,6—0,9 1,5—3,0 —» 1
АЛЗВ 0,2 —0,8 4,0—6,-0 0,2—0,8 1,5—3,5
АЛ5 0,35— 0,6 4,5—5,5 — 1,0—1,5 — •Ь—
АЛ6 4,5—6,0 —- 2,0—3,0
IV АЛ 10В 0,2—0,5 4,5—6,5 6,0—8,0 —
АЛ14В 0,2—0,6 6,0—8,0 0,2—0,6 1,5—3,0 х —
АЛ15В 3,0—5,0 0,2—0,6 3,5—5,0 — —
АЛ32 0,3—0,5 7,5—8,5 0,3—0,5 1,0—1,5 — —
АЛ1 1,25—1,75 * — 3,75 — 4.50 - —у—— 1,75—2,25
АЛ11 0,1 —0,3 6,0—8,0 7.0—12,0
V АЛ 16В 3,0«»'5,0 0,2— 0,5 2,0— 4,-0 •а—. 2,0—4,0
АЛ17В 0,1 —0,3 3,5—5,5 0,4 —0,7 1,5—3,0 5,0—7,0
АЛ18В — 1,5—2,5 0,3—0,8 7,5—9,5
34
; (остальное — алюминий) Сумма учитываемых примесей 1
f Железо Хром Титан Берил- лий Цирко- ний 3, О, В К д
«-ей —— 1 • — 1,3 1,3 —•
йее* *м« 0,05—0,15 0,05—0,15 0,05—0,20 0,6 0,6 0,6
Я-ЧЧ '• 1 0.05—0,15 0,05—0*15 0,05—0,20 0,2 0,2 0,2
W—е •— — W—Й W— 0,7 0,7 1,9
*11 W — 0,05—0.15 0,03—0,07 ИИ 0,7 Ь2 1,4
ее. —* 0.05—0,15 0,02—0,10 0,05—0,20 0,-6 0,6
•— — 0,05—0,15 0,02—0,10 0,05—0,20 0,2 0,2 —
— 0,05—0,15 «еЧ —* 0.6 0*7 0,8
— — — — — — —• 1,0
— — — — 2,2 2,3 2,8
•еж — •ж ее» — 1*2 1,5 1.6
*—е *** е. WW 1 1 — 2.6 1,2 ' 2*8 1*6 3,0 2,1
— — — 3.7 3,8 4.1
— — е«| — 2,2 2,-2 —
— W—й — — 4,-0 4.2 ——
f *-е* — 0,15—0,35 — — ьо 0,8 —
- Wee »е — I» * — 1,2 1.8 2,0
•— W’ W — — — 2.0 2*1 2,3
W-e *— — * — 1,1 1,4 1.8
W - — 1,8 2,0 2.2
1 *** — — •— 2,5 2*7 •е*
•ее _ — — 1,8 2.0 2.0
*« •^ее *— •—• — 4,0 4.1
•— — 0,1 — 0.3* 1.0 и 1*2
1 ~ — 1 —— — — 1,5 1,5 и—•
W-Ч» • w —• — 1*8 2.0 2.6
1 *-ч» — —• Wee — 1*7 1,8
1 — — *— — 1,7 2,0
1.0-1.8 — — — — 1*7 •ей —
Г ' * 35
Группа спла- ва Марка сплава Основные компоненты!
Магний Кремний Марга- нец Медь Никель Цинь •
АЛ20 0,7—1,2 1 f 0 0,15—0,30 3,5—4,-5 Г
АЛ21 ©,§—1,3 «мм. 0,15—0,25 4,6—6,0 2,6 —3,6 1 кМ
АЛ24 1,5—2,0 0,2—0,5 м —. 3,5-4,1
V АЛ2Б 0,8— 1,3 11,0—13,0 0.3—0,6 1,5—3.0 0,8—1,3 1
АЛ26 0,4 —0,7 20,0—22,0 0.4—0,8 1,5—2,5 1,0—2,0
АЛЗО 0,8—1,3 11.0—13,0 ** 0,-8— 1,5 0,8—1,3 — 1
Примечание, мым моделям* К — в Буквами кокиль. Д обозначены способы изготовления — пол давлением. отливок
IV группа — сплавы на основе системы алюминий—кремний—
медь: АЛЗ, АЛЗВ, АЛ5, АЛ6, АЛ10В, АЛ14В, АЛ15В и АЛ32 (МВТУ-1).
Алюминиево-кремне-медные сплавы содержат 3—6,5% кремния (сплавы
АЛ14В и АЛ32— до 8,5%). Сочетание в этих сплавах кремния и меди
не только улучшает их литейные свойства, но дает возможность приме-
нять термическую обработку, которая заметно повышает их меха-
нические свойства. В сплавах этой группы вредными примесями
помимо железа являются олово, свинец и др.
•V группа — сплавы на основе системы алюминий—прочие компо-
ненты (в том числе никель, цинк, железо): АЛ1, AJ111, АЛ 16В, АЛ 17В,
АЛ18В, АЛ20, АЛ21, АЛ24, АЛ25, АЛ26 и АЛЗО. В этой группе объеди-
нены сложные алюминиевые сплавы. Наиболее известным является
жароупорный сплав АЛ1, применяющийся в основном для изготовления
поршней и головок цилиндров двигателей. После закалки и частичного
старения1 сплав АЛ1 имеет предел прочности при растяжении свыше
21 кгс/мм2 и относительное удлинение 0,5—1%. Он имеет низкую
жидкотекучесть и большую усадку, что затрудняет изготовление
отливок.
В обозначениях марок буква В означает, что отливки изготов-
ляются из вторичных литейных алюминиевых сплавов в чушках
(ГОСТ 1583—65), предназначенных для производства фасонного литья,
а также для подшихтовки при изготовлении сплавов по ГОСТ 2685—63.
Механические свойства и назначение отливок из некоторых алюминие-
вых литейных сплавов приведены в табл. 14.
Магниевые сплавы. Сплавы магния с алюминием, марганцем, цин-
ком и некоторыми другими компонентами широко применяются в при-
боростроительной, авиационной и других отраслях машиностроения.
К достоинствам магниевых сплавов относятся: малая плотность, состав-
1 Старением называется длительная выдержка при температуре 150—
180® С в вависимости от состава сплава; частичное старение производится при
небольшой выдержке.
36
П родолжение табл. 13
(остальное — алюминий) Сумма, учитываемых примесей
Железо Хром Титан Берил- лий Цирко- ний 3. О, В к д
1,2—1,7 0,15—0,25 0,05—0,10 — — — —
——• 0,1 —0,2 •— — — 1,4 1,4 —
—" — 0.1 —0,2 — —- 1,0 —
— 0,05—0,20 — ’ — 1,2 —.
—• 0,1 — 0,4 •— 0.9 —
— — —- — ~* 1.2 — -
3—литье в песчаные формы. О — в оболочковые фоомы, В — по выплавляе-
ляющая примерно 23% от плотности чугуна и стали или 65% от плот-
ности алюминиевых сплавов; высокие прочностные свойства, способ-
ность противостоять ударным и вибрационным нагрузкам; хорошая об-
рабатываемость резанием.
Химический состав литейных магниевых сплавов должен соответ-
ствовать требованиям ГОСТ 2856—68 (табл. 15) с изменением № I,
внесенным в 1971 г. Этим же ГОСТом предусмотрено, что механические
свойства сплавов, определяемые на отдельно отлитых образцах, должны
соответствовать требованиям, приведенным в табл. 16.
К недостаткам магниевых сплавов относятся легкая окисляемость
и малая стойкость против коррозии на воздухе.
Повышение прочностных свойств магниевых сплавов достигается
введением небольших количеств редкоземельных металлов, а окисляе-
мость несколько уменьшается при введении малых количеств кальция
или бериллия.
Для повышения механических свойств многие литейные магниевые
сплавы подвергаются упрочняющей термической обработке. Так, на-
пример, сплав МЛ4 в исходном состоянии имеет предел прочности при
растяжении 16 кгс/мм2, после гомогенизации (длительного отжига) с за-
калкой на воздухе — 22 кгс/мм2, а при гомогенизации с закалкой на
воздухе и последующем старении — 23 кгс/мм2.
К вредным примесям в магниевых сплавах относятся железо, медь,
никель, кремний.
Цинковые сплавы. Сплавы цинка с алюминием, медью и магнием
применяются для изготовления подшипников и втулок, работающих
в условиях трения, а также для литья под давлением. Примесями в цин-
ковых сплавах являются железо, кадмий, свинец, олово.
Отливки из цинковых сплавов, полученные способом литья под
давлением, находят широкое применение в автомобилестроении (карбю-
раторы, бензонасосы, части магнето, стеклоочистители, щеткодержа-
тели), в производстве кассовых аппаратов (зубчатые колеса, рейки, ры-
чаги), приборостроении и других отраслях.
37
Таблица 14
Механические свойства и назначение отливок
из алюминиевых сплавов
Марка сплава Вид термической обработки Предел прочно- сти при растя- жении { кгс/мм’ Относи- тельное удлине- ние,- % Твер- дость по Бри- нелю Примерное назначение отливок
не менее
АЛ2 (моди- фици- рован- ный) Без обра- ботки Отжиг 15 (16) 14 Ш) 4 (2) 4 (3) 50 (50) 50 (50) Сложные тонко- стенные детали ма- лой нагруженности с повышенной гер- метичностью, не под- вергающиеся дей- ствию морской по- ды, работающие при температуре не выше 200° С
АЛ4 (моди- фици- рован- ный) Без обра- ботки Закалка и полное старение 15 23 (24) 2 3 (3) 50 70 (70) Детали средней нагруженности; крупные и средние детали повышенной нагруженности (кар- теры, блоки двига- телей), работающие при температуре не выше 200° С
АЛ11 Без обра- ботки 20 (25) 2 (1*5) 80 (90) Сложные детали автомобильных и других двигателей, работающие при температуре не вы- ше 250° С
АЛ7 Закалка 20 (21) 6 (6) 60 (60) Мелкие детали, требующие повы- шенной пластично- сти и хорошей об- рабатываемости ре- занием
Закалка и частичное старение 22 (23) 3 (3) 70 (70) Детали повышен- ной нагруженно- сти? работающие при температуре не выше 200° С
АЛ8 Закалка 28 60 Детали, работаю- щие в условиях зна- чительных ударных нагрузок; литье под давлением; корро- зионностойкие де- тали
38
Продолжение табл. 14
Марка сплава Вид термической обработки Предел прочно- сти при растя- жении* кгс/м№ Относи- тельное удлине- ние, % Твер- дость по Бри- нелю Примерное назначение отливок -
не менее
АЛЗ Без обра- ботки 14 (17) 0,5 (0*5) 65 (65) Малоответствен- ные детали, рабо- тающие в атмосфер- ных и морских условиях
Закалка и частичное старение 22 (25) 0,5 (0,5) 75 (75) Детали средней нагруженности* ра- ботающие в тех же условиях
Закалка и смягчаю- щий отпуск 18 (18) 2 (2) 65 (65) Мелкие детали по- вышенной пластич- ности, работающие при температуре не выше 150° С
АЛ5 Старение 16 (16) 0,5 (0,5) 65 (65) Детали средней нагруженности
Закалка и частичное старение 20 0,5 70 Крупные детали повышенной нагру- женностн
Закалка и стабили- зирующий отпуск 18 (18) 1 (1) 65 (65) Детали, работаю- щие при повышен- ных температурах (до 225° С)
АЛ 10В Без обра- ботки Старение 13 (16) 15(17) 1 1 80 (80) 80 (90) Детали повышен- ной твердости
АЛ14В Без обра- ботки 13 (17) 0,5 (0.5) 70 (70) Литая пищевая посуда
Закалка и частичное старение 20 (24) 0*5 (0,5) 85 (85) Детали повышен- ной нагруженности (поршни и др.), ра- ботающие прн тем- пературе до 225° С
А Л 27-1 Закалка 35 (35) 15 (15) 75 (75) Ответственные де- тали, работающие прн температуре до 300° С
Примечание. Без скобок даны значения для литья в пес- чаные формы, в скобках — для лктья в металлические формы.
Таблица 16
Химический состав литейных магниевых сплавов, %
Марка сплава 1 Основные компоненты (остальное до 100% — магний)
Алюминий Марганец Цинк Цирконий л Кадмий Индий Сумма РЗМ Лантан । Неодим "Т ЫИ1ИИ1ИИВИ
Мл2 МлЗ Мл4 Мл4пч МлБ МлБггч Мл Бон Млб Мл8 > (Мл 12-1) Мл9 (ВМл2) МлЮ Мл11 Мл 12 Мл 15 2,5— 3.5 5,0— 7,0 5,0— 7,0 7,5— 9,0 7,5- 9,0 “7,5— 9,-0 9,0— 10,2 1^Ь —i 1,0- 2,0 0,15— 0,5 0,15— 0,5 0,15— 0.5 15— 0,5 0,15— 0,-5 0,15— 0,5 0,1 — 0,5 0,5— 1.5 2,0— 3,0 2,0— 3,0 0,2— 0,8 0,2— 0,8 0,2— 0,8 0,6— 1,2 5,5— 6,6 0,1- 0,-7 0,2— 0,7 4,0— 5,0 4,0— 5,0 0,7— Ы 0f4- 1.0 0,4— 1,0 0,4— 1,0 0,6— 1,1 0,7- 1Д 0,2 — 0,8 0,2— 0,8 2,5 — 4.0 / 0,6— 1,2 1 1 • 1 1 1,9- 2,6 3 1 2,2— 2,8 i — 1 |»«— 1 1
П р и м е ч а я и я: 1. Здесь и в других таблицах пч — сплав повышен ;
2. Под суммой РЗМ (редкоземельные металлы) подразумеваются эле
церия»
3. При одновременном содержании бериллия в циркония в сплавах
ве должна превышать 0.0015%.
40
• Примеси, не б олее
Алюминий Кремний Железо Никель Медь Цинк Бериллий Кальций Цирконий Прочие при- меси Сумма опре- деляемых примесей
0,1 0,1 0,08 0,01 о,1 0,05 0,002 0,1 — — 0,5
0,25 0,08 0,01 0,1 — 0,002 0,1 0,002 — 0,5
0,25 0,06 0,01 0,1 — 0,002 0,1 0,002 — 0,5
0,08 0,007 0,002 0,04 — 0.002 — 0.002 -— 0,14
•— 0,25 0,06 0,01 0,1 —• 0,002 0.1 0,002 -— 0.5
Г 0,08 0,007 , 0,001 0,04 — 0,002 — 0.002 0,14
—* 0,35 0.08 0,01 0,25 — 0,002 0.1 — — 0.7
. — 0,25 0,07 0,01 0,1 — 0,002 0,1 0,002 — 0,5
0,02 0,03 1 0,01 0,005 0,03 — 0.001 — 0,12 0,2
0,02 0,03 0,01 0,005 0,03 0,15 0,001 — — 0,35
0,02 0,03 0,01 0,005 0,03 0,001 ' — — 0,12 0.2
0,02 0,03 0.03 0,005 0,03 0,001 — —— 0,15 0,25
0,02 0,03 0,01 0,005 0,03 — 0,001 — 0,12 0,2
0,02 • 1 0,03 0,01 0,005 0,03 — *—• 1 0,12 0.2
НОЙ чистоты, он »— сплав общего назначения.
менты, входящие в состав цериевого мишметалла,- содержащего не менее 45%
Марок Мл4,- Мл4пч допускаемая величина примеси бериллия в каждом сплаве
41
Таблица 16
Механические свойства некоторых магниевых литейных сплавов
I Марка I сплава Вид термической обработки Предел прочности при рас- тяжении, кгс/мм1 Относи- тельное удлине- ние, %
не менее
1 Мл2 Без термической обработки 9 3
МлЗ Без термической обработки 16 6
Без термической обработки 16 3
1 Мл4 Гомогенизация о закалкой на воздухе 22 5
Гомогенизация в закалкой на воздухе и старение 23 2
Гомогенизация о закалкой на воздухе 22 5
I Мл4пч Гомогенизация о закалкой на воздухе и старение 23 2
Без термической обработки 15 2 '
1 Мл5 Отжиг 15 2
Гомогенизация в закалкой на воздухе 23 5
Без термической обработки 15 2
Отжиг 15 2
I Млбпч Гомогенизация о закалкой на воздухе 23 б
Гомогенизация с закалкой на воздухе и старение 23 2
Без термической обработки 15 2
I Мл бон Гомогенизация о вакалкой на воздухе 22 5
Гомогенизация о вакалкой на воздухе и старение 23 2
Без термической обработки 15 1
Млб Гомогенизация в закалкой на воздухе 22 4
Гомогенизация о закалкой на воздухе и старение 22 1
I Мл8 Гомогенизация с закалкой на воздухе и старение 27 4
42
&
Продолжение табл, 16
Марка сплава Вид термической обработки Предел прочности при рас- тяжении, кгс/мм* Относи- тельное удлине- ние# %
не менее
Мл9 Гомогенизация с закалкой на воздухе и старение 23 4
Мл 10 Гомогенизация с закалкой на воздухе и старение 23 3
Мл 11 Без термичеакой обработки Отжиг Гомогенизация с закалкой на воздухе Гомогенизация с закалкой на воздухе и старение 12 12 14 14 1,5 1.5 3 2
Мл 12 Без термической обработки Старение 20 23 6 5
Мл 15 Старение 21 3
4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Выбор той или иной марки сплава в большинстве случаев имеет
конечной целью обеспечить высокие эксплуатационные качества как
отдельных литых деталей машин, так и всей машины в целом. Механиче-
ские испытания позволяют определить наиболее важные свойства испы-
туемого сплава: прочность, пластичность, вязкость и другие свойства,
знание которых необходимо для оценки надежности работы отливок.
Механические испытания подразделяются на статические и динамические.
При статическом испытании нагрузка прилагается к образцам,
медленно и плавно увеличивается.
( При динамическом испытании прочности нагрузка возрастает с боль-
шой скоростью; одним из таких испытаний является, например, испы-
тание на ударную вязкость.
Испытание на твердость — один из наиболее широко применяемых
видов испытания, так как он позволяет судить о возможности использо-
вания сплавов для изготовления различных деталей и о степени обраба-
тываемости режущим инструментом.
Испытание на растяжение. Статическое испытание механических
свойств сплавов применяется для большинства литейных сплавов.
Для испытания чугуна и медных сплавов применяются цилиндри-
ческие образцы (рис. 7), вытачиваемые из литых прямоугольных пла-
нок. Для испытания ковкого чугуна и алюминиевых сплавов приме-
няются литые цилиндрические образцы (рис. 8).
43
Образец головками 1 (рис. 7) закрепляют в захватах испытательной
машины и механизм машины медленно опускают, подвергая образец
растяжению. Механические свойства определяются по поведению
образца в средней рабочей части 2.
На образцах, подвергнутых растяжению, также определяют в соот-
ветствии с требованиями ГОСТа относительное удлинение, а для сталь-
Рис. 7. Цилиндрический образец для испытания на рас-
тяжение
ных отливок— и уменьшение поперечного сечения (в %). Увеличение
длины образца и уменьшение поперечного сечения характеризуют пла-
стические свойства сплава, т, е. способность его, не разрушаясь (до
известного предела), изменять свою форму под действием нагрузки.
Обычный серый чугун — сплав хрупкий, непластичный. При
испытании на растяжение он почти не удлиняется и не дает уменьше-
ния поперечного сечения. Модифицированный чугун, ковкий чугун,
Рио. 8. Литые цилиндрические образцы
стали, бронзы, латуни, алюминиевые сплавы относятся к пластичным
сплавам; их образцы дают при испытании на растяжение большее или
меньшее относительное удлинение и уменьшение поперечного сечения.
Испытание на сжатие и изгиб. Испытанию на сжатие и изгиб под-
вергают преимущественно образцы из серого чугуна. '
Для испытания на сжатие из литой заготовки вытачивается ци-
линдрический образец диаметром 10—25 мм и высотой, равной диа-
метру. Такой образец подвергают сжатию на машине до тех пор,
пока он не разрушится (рис. 9).
Испытание на изгиб производится на литых цилиндрических образ-
цах диаметром 30 мм и длиной 660 или 360 мм. На рис. 10 приведена
44
схема испытания на изгиб. Образец укладывают на две призмы, находя-
щиеся на расстоянии 600 или 300 мм. Нагрузка Р сосредоточена в сере-
дине образца. При этом испытании определяется также и величина
стрелы прогиба, при которой разрушился образец.
Испытание на ударную вязкость. Испытание производится на об-
разцах из сплавов, предназначенных для изготовления ответственных
Рис. 9. Образны для испытания на сжатие: а —
до испытания; б — из ковкого чугуна после ис-
пытания; в — из серого чугуна после испытания
отливок, подвергающихся при эксплуатации ударам или быстровозрас-
тающим нагрузкам. Обычно испытание на ударную вязкость приме-
няется для образцов из стали и высокопрочного чугуна.
Для определения ударной вязкости применяются образцы, форма
которых изображена на рис. 11. При испытании стали в середине об-
разца 1 делают надрез 2 с помощью фрезы или абразивного круга; при
испытании высокопрочного чугуна надреза не делают.
Рис. 10. Схема испытания на изгиб
Рис. И. Схема испыта-
ния на ударную вязкость
Определение ударной вязкости выполняется на маятниковом копре
(рис. 12). Разрушение образца производится свободно качающимся
в опорах маятником, имеющим специальный нож. Образец устанавли-
вают на опорах 2 копра, поднимают маятник J в верхнее положение,
затем опускают его. При падении маятник разрушает образец. Работа,
затраченная на разрушение образца, подсчитываемая математически,
дает возможность определить ударную вязкость сплава, выражаемую
в кгс*м, отнесенную к 1 см2 площади поперечного сечения образца
(КГС’М/СМ2).
45
04
46
Испытание на твердость. Определение твердости сплавов произ-
водится значительно чаще, чем других механических свойств, так как
это испытание не требует специальных образцов и выполняется непо-
средственно на проверяемых отливках. При этом отливки следует пред-
варительно зачистить абразивным кругом или напильником.
Твердость обычно определяется на прессе Бринеля способом вдавли-
вания закаленного полированного шарика в испытуемую отливку с при-
ложением определенной силы (рис. 13, а). Испытуемая отливка 2 устанав-
ливается на столик 3 и с помощью маховика 5 и винта 4 подводится к ша-
рику Z до соприкосновения с ним. Затем включается электродвигатель 7,
и нагрузка 6 через систему рычагов передается на шарик, который под
действием этой нагрузки вдавливается в отливку (рис. 13, б). По исте-
чении определенного времени (обычно 30 с) электродвигатель автомати-
чески выключается и отливка освобождается. Диаметр отпечатка изме-
ряется при помощи специального микроскопа (рис. 13, в).
Число твердости по Бринелю обозначается НВ и измеряется
в кгс/мм2:
™ = -£.
где Р — нагрузка, кгс; F — площадь поверхности отпечатка, мм2.
Испытание отливок из серого и ковкого чугуна, стали и бронзы
производится при нагрузке 3000 кгс, а испытание отливок из алюми-
ниевых сплавов— при нагрузке 1000 кгс; диаметр шарика во всех слу-
чаях равен 10 мм.
А1ежду значениями твердости и предела прочности на растяжение
(Ов) существуют приблизительные соотношения: для обычного серого
чугуна оЕ == 0,1 НВ, а для углеродистой стали ов = (0,3-г- 0,4) НВ.
Глава II
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СМЕСИ
Материалы, применяемые при изготовлении форм и стержней,
называются формовочными материалами. Свойства формовочных и
стержневых смесей, изготовляемых из разных формовочных материалов,
оказывают решающее влияние на качество отливок.
Формовочные материалы подразделяются на основные и вспомога-
тельные. К основным материалам относятся пески и глины, к вспомога-
тельным— связующие, применяемые, главным образом, для приго-
товления стержневых смесей, противопригарные материалы (каменный
уголь, припылы, краски, натирки), клей, замазка и др.
1. ФОРМОВОЧНЫЕ ПЕСКИ
Формовочные пески и глины являются осадочными горными поро-
дами, образовавшимися в результате разрушения изверженных пород
под воздействием солнечного тепла, морозов, дождей.
Основная часть формовочных песков состоит из кварца кремнезема,
имеющего высокую температуру плавления (выше 1750° С). В зависи-
мости от содержания кремнезема и глинистой составляющей (так назы-
ваются зерна с поперечником менее 0,022 мм) формовочные пески по
ГОСТ 2138—74 делятся на кварцевые и глинистые (табл. 1).
Глинистые пески классов Т, П, Ж и ОЖ в смеси с кварцевым песком
широко применяются при изготовлении формовочных и стержневых
смесей для отливок из сплавов цветных металлов.
По зерновому составу пески делятся на группы в зависимости от
величины входящих в них зерен (табл. 2).
Для определения группы песка его нужно просеять через стан-
дартный набор сит и выяснить, на каких трех смежных ситах останется
наибольшая сумма остатков (в массовых единицах), называемая основ-
ной фракцией. Зная, на каких ситах располагается основная фракция
песка, его можно отнести к группе, которая определяется средним номе-
ром сита.
2. ФОРМОВОЧНЫЕ ГЛИНЫ
Глины, применяемые в качестве минеральных связующих в формо-
вочных и стержневых смесях, классифицируются по минералогиче-
скому составу, по пределу прочности во влажном и сухом состояниях
и по термохимической устойчивости. Классификация глин по минерало-
гическому составу приведена в табл. 3.
Для определения прочности во влажном и высушенном состояниях
применяются стандартные образцы, изготовляемые из кварцевого песка
средней зернистости с добавкой глины и воды.
При испытании смеси с бентонитовыми глинами применяется квар-
цевый песок с добавкой бентонита и воды.
48
Таблица 1
Состав песков разных классов
Наименование песка Класс Содержание глинистой составляющей о/ /0 Содержание кремнезема (SiO2), % Окислы щелочно-зе- Р мельных и Щелочных □ а о металлов, %, не бо- лее Й у * Окислы железа = %♦ не более *
Обогащенный кварцевый 061 К 062 К ОбЗК Не более 0,2 > > 0,5 о » 1,0 Не менее 98,5 > > 98,0 > > 97.5 0.40 0,75 1.00 0,20 0,40 0,60
Кварцевый 1К 2К зк 4К Не более 2,0 » > 2,0 > > 2,0 > » 2.0 Не менее 97,0 » > 96.0 > » 94,0 > » 90 1.20 1.50 2.0 0,75 1.00 1.50
Глинистый: тощий полужирный жирный очень жирный 1 п ж ож Св. 2,0 до 10,0 > 10,0 > 20.0 >20 >30 >30 *50 1111 — —
Примечан и-е. В кварцевых песках вновь разведуемых ме- сторождений определение содержания сульфидной серы обязательно и оно не должно превышать 0.05%.
Главное различие между указанными глинами (см. табл. 3) заклю-
чается в том, что они имеют разные кристаллические решетки, в связи
с чем на поверхности глины могут образоваться водные пленки разной
толщины. Наименьшее количество воды может удержаться на поверх-
ности каолинитовых зерен и наибольшее количество воды— на поверх-
ности монтмориллонитовых зерен. Из этой закономерности следует, что
монтмориллонитовые (бентонитовые) глины целесообразно применять
при формовке всырую. Применение этих глин позволяет снизить содер-
жание глинистой добавки в смесях в два-три раза, повысить их газопро-
ницаемость, заменить в ряде случаев формовку всухую формовкой всы-
рую, улучшить поверхность отливок и т. д. При формовке всухую реко-
мендуется применять каолинитовые глины.
Гидрослюдистые глины могут применяться как при формовке всы-
рую, так и при формовке всухую.
49
Таблица 2 (
Группы формовочных песков в зависимости от крупности зерен
и область их применения
Г руппа песка Обо- значе- ние груп- пы Номера смежных сит, на которых остаются зерна основной фракции Размер зерен,- мм Назначение
Грубый 063 I; 063; 04 1,0—0,4
Очень крупный 04 063; 04; 0315 0.63—0,315 Для отливок из ста- ли и чугуна массой
Крупный 0315 04; 0315; 025 0,4 —0,-25 1000 кр
Средний 025 0315; 025; 016 0,315—0,16 Для мелких и сред- них отливок из стали и чугуна
Мелкий Очень 016 025; 016; 01 0,25—0J0 Для тонкостенных отливок из стали, чу-
мелкий 01 016; 01; 0063 0,16—0.063 гуна и сплавов цвет- ных металлов
Тонкий 0063 01; 0063; 005 0,10—0,05 Для тонкостенных отливок и поршневых колец
Пыле- видный 005 0063; 005 0,05 и менее Для приготовления краски и припыла
П р и м е ч а н и я; 1. Грубый песок образует шероховатую по-
верхность отливки, поэтому в литейном производстве не применяется.
2. Номера сит соответствуют размерам стороны ячейки в мм.
Таблица &
Классификация глин по минералогическому составу
Наименование глины Обозначение Основной породообразующий минерал
Каолиннтовая К Каолинит
Г идрослюдистая Г Г идрослюда
Монтмориллонитовая (бентонитовая) М Монтмориллонит
Полиминеральная и про- чие мономинеральные гли- ны п Основной породообразую- щий минерал не выявляется или при выявлении не отно- сится ни к одному из трех видов
Классификация глин по пределу прочности во влажном и высушен-
ном состояниях приведена в табл. 4, по термохимической устойчивости
и содержанию примесей — в табл. 5.
Согласно приведенным классификациям формовочные глины должны
соответствовать условиям, приведенным в табл. 6 (по ГОСТ 3226—65).
50
Таблица 4
Классификация глин по пределу прочности стандартных образцов
во влажном и высушенном состояниях
Наименование глины Сорт глины Предел прочности во влажном СОСТОЯНИИ,] кгс/см2 Класс глины Предел прочности в высушенном состоянии, кгс/см2
Прочносвязующая 1 >1,1 1 >5,5
Среднесвязующая 11 0,79—1,10 2 3,5—5,5
Малосвязующая III 0,50—0,80 3 <3,5
Примечание. Монтмориллонитовые глины (бентонитовые) должны иметь прочность при сжатии во влажном состоянии не менее 0.9 кгс/см2 и в высушенном состоянии — не менее 3,5 кгс/ем2.
Таблица 5
Группы глин по содержанию примесей и термоустойчивости
Обозначение группы Наименование группы Содержание примасей. 0/ '0
Суль- Ре2О8 МагО т 4- К?О CaO -f- 4-MgO
, - • фидная сера (окислы железа) (окислы щелочно- земельных и щелочных металлов)
т. С высокой термохи- мической устойчивостью (огнеупорность не менее 1580° С) <0,2 <2,5 1.5 <2
т2 Со средней термохи- мической устойчивостью (огнеупорность не менее 1350° С) <0,2 2,5 —4,5 1,5—3,0 ^3
т, С низкой термохими- ческой устойчивостью (огнеупорность ниже 1350° С) <0,2 Не нормируется <10
В табл. 6 римскими цифрами I, II, III обозначен сорт глины по показа-
телю прочности при сжатии во влажном состоянии, арабскими цифрами
1, 2, 3— класс глины по показателю прочности при сжатии в высушен-
ном состоянии (табл. 4) и буквами Тх, Т2 и Т3—вид глины по мине-
ралогическому составу и термохимической устойчивости (табл. 5).
Например, каолинитовая формовочная глина III сорта, среднесвязую-
щая, в высушенном состоянии со средней термохимической устойчи-
востью обозначается так: К Ш/2 Т2.
В табл. 7 даны некоторые рекомендации по применению формовоч-
ных глин в смесях для изготовления форм и стержней для чугунных и
стальных отливок.
Б1
Таблица b
Технические требования к глинам
Марка глины Предел прочности ча сжатие, опытного образца, кгс/см2 Содержание примесей, %
во влажном состоянии в сухом состоянии РеяО Na»O + + К,О СаО + 4-MgO
1/1 т, 2,5 1.5 <2,0
1/1 т, >1,10 5,5 2,5—4,5 1,5—3,0 <3,0
1/1 тя Не нормируется <10,0
1/2 Т, <2.5 <1,5 <2,0
1/2 Т, * >1,10 3,5—5,5 2,5 —4,5 1,5—3,0 <3,0
1/2 Т8 Не нормируется <10,0
1/3 т, <2.5 <1,5 <2,0
1/3 Т, >1,10 2—3,5 2,5—4,5 1,5—3,0 <3,0
1/3 тя Не нормируется <10,0
И/I т, 2,5 1.5 <2,0
Н/1 т2 0,79—1,10 5,5 2,5—4,5 1,-5—3,0 <3,0
1I/I та • Не нормируется <10,0
11/2 Т, 2.5 1.5 <2,0
II/2 Тг 0,79— 1,10 3.5—5,5 2,5—4,5 1,5 —3,0 <3,0
П/2 Та Не нормируется <10,0
11/3 Tj <2,5 <1,5 <2,0
П/З Т2 0,79 — 1,10 2,0—3,5 2,5—4,5 1,5—3,0 <3,0
п/з Т3 Не нормируется <16,0
1II/2 Тх <2,5 <1,5 <2,0
II1/2 Т2 0,50—0,80 3,5—5,5 2,5—4,5 1,5—3,0 <3,0
Ш/2 Т8 Не нормируется <10,0
II1/3 Т, / <2,5 <1,5 > <2,0
II1/3 Tt 0,50—0,80 2,0—3,-5 2,5—4,5 1,5—3,0 <3,0
111/3 Т, - Не нормируется <10,0
При м е ч а н не. В глинах всех марок содержится около
0.2% сульфидной серы.
52
Таблица 7
Рекомендации по применению формовочных глин
Материал отливки Преобладаю- щая толщина стенки отливки,- мм Вид формовки Марка глины
Чугун 10—50 >50 Всырую I—III/1 — 3 Т, 1 —II/J — 3 (Т, 4- Те)
Сталь 8—20 21—70 >70 1 — 111/1 — 3 Т, I —II/1—3 (Т, 4- Те) 1/1-3 Т,
Чугун, сталь >8 Всухую 1 —1JI/1—2 (Т, 4- TJ
При приготовлении формовочных и стержневых смесей все состав-
ные части, за исключением воды и связующих, загружаются в смеси-
тели в размолотом или сыпучем виде.
3. СВЯЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
В тех случаях, когда применяемая при изготовлении стержней
смесь песка с глиной не удовлетворяет требованиям литейного произ-
водства, применяются специальные связующие материалы.
Связующие материалы подразделяются на органические и неоргани-
ческие и на три класса: класс А — органические неводные материалы;
класс Б — органические водные; класс В — неорганические водные.
Класс А объединяет связующие, которые обладают связующей спо-
собностью и не требуют добавления воды. Они не растворяются в воде,
не смешиваются с ней и не смачиваются ею (масла, олифы, пеки, битумы,
канифоль).
Класс Б объединяет растворяющиеся в воде связующие, после чего
они приобретают способность связывать песок (декстрин, сульфитно-
спиртовые барда и бражка).
К классу В относятся все неорганические связующие (формовочная
глина, цемент, жидкое стекло), которые так же, как и связующие мате-
риалы класса Б, оказывают свое действие только после добавления
к ним воды.
Применяемые связующие каждого класса для удобства пользова-
ния ими на практике разбиты на три группы (табл. 8). В каждой из трех
групп объединены связующие, обладающие примерно одинаковыми фи-
зико-механическими и технологическими свойствами. Основным при-
знаком отнесения связующего к той или иной группе является прочность
(т. е. временное сопротивление разрыву в кгс/см3 пробного образца
в сухом состоянии), приходящаяся на 1% связующего материала, вве-
денного в состав смеси.
В течение длительного времени наилучшими связующими счита-
лись растительные масла и главным образом льняное масло. Льняное
53
Таблица 8
Классификация связующих материалов
Груп- па мате- риала Проч- ность, кгс/см2 10/ 1 /0 Класс А Класс Б Класс В
Органические неводные материалы Органические водные материалы Неорганические водные материалы
I Св. Б А-1 Льняное масло, олифа, крепители П и ПТ4 пулызер- бакелит, 4ГУ (в) Б-1 МФ-17 В-1 Жидкое стекло
11 3—5 А-2 4ГУ (п), крепи- тели ГТФ и ЗИЛ Б-2 Крепитель КВ, желтый декстрин, белый декстрин В-2
III <3 А-3 Древесный пек, крепители КТ, СП и СБ. канифоль Б-3 Патока, суль- фитно-спир говая барда В-3 Цемент,- формо- вочная глина
масло в настоящее время как связующее полностью заменено другими
связующими, которые либо вовсе не содержат льняного масла, либо оно
входит в состав связующего как добавка. Однако свойства льняного
масла настолько высоки и хорошо изучены, что оценка всех других свя-
зующих дается в сравнении с льняным маслом И поэтому это связующее
в классификаторе стоит на первом месте.
Связующее действие льняного и других масел заключается в том,
что в процессе сушки стержней масло соединяется с кислородом воздуха
и окисляется; при этом образуются прочные эластичные пленки, кото-
рые покрывают зерна песка тонким слоем и прочно связывают их между
собой.
Стержни, изготовленные из песчано-масляной смеси, обладают вы-
сокими прочностью и газопроницаемостью, податливостью, негигро-
скопичностью, хорошей текучестью и легко выбиваются из отливок.
Оценка качества масла и других связующих производится по тех-
нологической пробе в лабораторных условиях- С этой целью в лабора-
торные бегуны загружаются 2 кг сухого кварцевого песка и 2% воды.
После перемешивания этой смеси в течение 2 мин добавляется 2% свя-
зующего и перемешивание продолжается еще 8 мин. Из полученной
- смеси изготовляются образцы для испытания прочности на сжатие
всырую, для испытания газопроницаемости и прочности на разрыв всу-
хую. Сушка образцов производится в соответствии с техническими усло-
виями на данное связующее.
В табл. 9 приведены характеристика и область применения наи-
более распространенных связующих.
54
Таблица 9
Характеристика и область применения наиболее распространенных связующих
• Назначение смеси,- содержащей связующее Для особо [ответственных сложных стержней 1-го класса. Применение огра- ничено Для стержней 1 и 2«го классов Для стержней 1-го класса
Расход крепителя (массовая доля, %) 1,5—2,0 1,5—3,0 2,0 —3,0 3,0—3,5 о 7 о сч о в СО 1 о см
Прочность на разрыв технологи- ческой пробы, кгс/см* 9,0 О □□ 5.0 8,0 о ♦ о ю о
Плотность при 20° С# г/см3 О со о '* о г оо СМ СП о 0,93-0,95 / 0.92 — 0,94 оо со о 1 ем оо о 0,82 — 0,88 0,91 — 0,94
Способ получения или основные составляющие Из семян льна Нагревание льняного масла при 250° С без до- ступа воздуха с добавкой сиккативов, ускоряющих высыхание масла Раствор олифы в уайт- спирите до 45% (особо чистый керосин) Раствор окисленного ба- кинского петролатума (по- бочный продукт при изго- товлении смазочных масел из нефти) в уайт-спирите Раствор окисленного петролатума и талового масла в уайт-епирите Раствор сплава масла — растительного или рыбьего жира (25%) и канифоли (25%) в уайт-спирите (50%)
Наименование связующего Льняное масло, жидкость (ГОСТ 5791 — 66) Олифа натуральная, жидкость (ГОСТ 7931 — 56) Олифа оксоль, жидкость I (ГОСТ 190-68) Связующее П, жидкость (ГОСТ '5506 — 58) Связующее ПТ/ жидкость (ГОСТ 5506 — 58) 1 Связующее 4ГУ (в), жидкость
55
Наименование связующего Z Способ получения или основные составляющи Плотность е при 20° С, г/см3 ' Прочность на разрыв технологи- ческой пробы, кгс/смг Расход крепител (массовая доля, %) Продолжение табл. S я Назначение смеси, содержащей связующее
Связующее 4ГУ (П) жидкость /пЛ??твор сплава битума (25%) и канифоли (25%) в уайт-спирите (50%) 0,92—0,96 4.5 2,0—3,0 Для стержней 1 и 2-го классов
Связующее ГТсР жидкость (ГОСТ 5339 — 50) Генераторная тяжелая фракция сланцевой смолы, получаемая при тепловой переработке эстонских сланцев U01—1,03 5,6 3,0—3,5 Для стержней 2 и 3-го I классов
Связующее ЗИЛ, жидкость 1 нефтебитум — 45%., уайт-спирит — 35% лаколь — 20% 0,950 7,0 2,0—4,0
1 нефтебитум — 40%, крепитель ГТФ — 0#950 7,0 2,0—4,0 1
25%, уайт-спирит — 35% „-„/^-3: нефтебитум — 25%, крепитель ГТФ — 55% , уайт-спирит — 20% 0,-965 7,0 2,0 —4,0 Для стержней 2 и 3-го классов (чугунные отливки)
Пульвербакелнт, пово- шок (ГОСТ 3552—-63) Смесь пылевидной фе- нольноформальдегидной смолы с 10-12% уротро- пина •— 22—25 4,0—5,0 Для стержней 1-го класса I
Связующее СП,- жидкость (ГОСТ 8830—58) Сульфитно-спиртовая барда (96-97%) и окис- ленный петролатум (3 — 4%) 1,15—1,23 5 2,5—5,0 Для стержней 3—5-го ' классов и быстросохнущих формовочных смесей
ммамив «
Продолжение табл. 9
Наименование связующего Способ получения или основные составляющие Плотность при 20° С, г/см8 Прочность на разрыв технологи ческой пробы, кгс/см3 Расход крепителя (массовая доля, %) Назначение смеси, содержащей связующее
Связующее СБ,- жидкость (ГОСТ 8830—58) Сульфитно-спиртовая барда (88—90%) и крепи- тель ГТФ (10-12%) 1,15—1,23 5 2,5 —5,0 Для стержней 3—5-го классов и быстросохну- щих формовочных смесей
Сульфитно-спиртовая барда, связующие ЛКБЖ, ЛКБТ и ЛКБП (ГОСТ 8518-57) Отходы, получаемые прн переработке сульфитного щелока в спирт 1,27—1,30 5 5—6 Для стержней 3—5-го классов; также применя- ется в сочетании с крепите- лями П, ГТФ, КО и др.
Декстрин палевый, жел- тый и белый, порошок (ГОСТ 6034 — 51) Продукт обработки кар- тофельного или маисового крахмала кислотами при нагревании 1,3—1,5 3,0-5,0 1,5 —2,0 Для стержней 3 и 4-го классов в сочетании с дру- гими связующими. Приме- нение ограничено
Жидкое стекло,- жидкость (ГОСТ 8264 — 56) Водный раствор си-ли- кат-глыбы, получаемый сплавлением песка с содой или с сульфатом натрия и углем 1,47—1,52 7,0—12,0 4,5—5,5 Для крупных стержней и форм
Цемент (портланд-це- мент марок 400 и ООО), порошок Тонкоизмельченный обож- женный клинкер 1,1-1,4 10—20 6— 1Q
Примечание. Классификации стержней и специальные связующие, применяемые при изготовлении стержней
в горячих стержневых ящиках, рассматриваются в гл. VI.
4. ПРОТИВОПРИГАРНЫЕ И ДРУГИЕ
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Пригар формовочной смеси или поверхностного слоя стержней
к отливкам образуется в результате химического и механического взаи-
модействия между металлом и формой или стержнями. Для борьбы с
пригаром применяются специальные материалы.
Каменный уголь. При изготовлении формовочных смесей для чугун-
ных отливок, формуемых всырую, в состав смеси вводятся добавки, вы-
деляющие летучие. Обычно применяется молотый каменный уголь с со-
держанием летучих не менее 30%, золы — не более 11% и серы не бо-
лее 4%. Количество вводимой в смесь каменноугольной пыли и тонкость
помола зависят от массы отливки и толщины ее стенок (табл. 10).
Таблица 10
Количество вводимой в формовочную смесь каменноугольной пыли
и тонкость помола
Масса отливки,- кг Толщина стенок, мм Количество добавляемой пыли, % Номер сита ’
До 1 До 5 0
1—20 5—10 2**3 0063
21 — 200 11—25 4—5 016
201 — 1000 26—50 6-7 020
Св. 1000 Свыше 50 8—9 0315
' При просеивании на указанных ситах не должно быть остатка.
Пылевидный кварц. Различают два вида этого материала: есте-
ственный и искусственный. Наиболее разведано и изучено Болотовское
месторождение естественного пылевидного кварца на Урале. Искусст-
венный кварц поставляется Люберецким карьером, где его получают
размолом стекольного песка в шаровых мельницах.
Пылевидный кварц наиболее высокого качества (КП1) применяется
в качестве огнеупорного покрытия при производстве отливок по выплав-
ляемым моделям. При изготовлении противопригарных красок для форм
и стержней для стальных отливок применяется пылевидный кварц
марки КП2, а для облицовочных формовочных и стержневых смесей для
этих же отливок — пылевидный кварц марок КП2 и КПЗ.
Пылевидный кварц поставляется по техническим условиям, приве-
денным в табл. 11 и 12.
Хромистый железняк. Природные свойства хромистого желез-
няка — продукта помола хромитовом руды — высокая огнеупорность
(температура плавления около 1850° С). Отсутствие сродства с окислами
• железа, постоянство объема при нагревании обеспечивают получение
отливок высокого качества. Однако смеси с хромистым железняком
значительно дороже, чем смеси с кварцевым песком, и поэтому их при-
менение оправдано только при производстве^особо крупных ответствен-
ных стальных отливок.
58
Таблица 11
Технические условия на поставку
естественного пылевидного кварца
Болотовского месторождения
Наименование показателей Значения показателей
Содержание кремнезема^ % (не менее) • 96
Потери при прокалива- нии, % (не более) 0,7
Зерновой состав^ %: через вито Na 005 должно проходить не менее 60
* Огнеупорность, °C (не н иже) 1680
Таблица 12
Технические условия
на поставку искусственного пылевидного кварца
Наименование показателей Марки кварца
КП1 КП2 КПЗ
Содержание кремнезема, % (не менее) Зерновой составf % (не более): 98 98 98
остаток на сите № 016 1,0 2,0 • ПО
остаток на сите № 01 2,5 5,0 2,5
остаток на сите № 0063 10,0 10,0 10,0
через сито № 005 должно прохо- дить не менее 80,0 70,0 80,0
Содержание железа металлического, % (не более) 0,05 0,05 *=»
Облицовочные формовочные и стержневые смеси имеют следующий
состав:
Хромистый железняк (размол хромистого
железняка просеивается через сито о ячей-
кой 1,5х 1,5 мм) . . . . ... 100%
Сверх 100%:
Сульфитно-спиртовая барда ........ 2—3%
Физико-механические свойства смеси:
прочность на сжатие в сыром состоя*
нни.................................. 0,5—»0,7 кгс/мм*
прочность на сжатие в сухом состоя-
нии ...................... 3,0—4,0 кгс/мм*
влажность ............. 5—6%
69
Толщина облицовочного
слоя должна быть 10—30 мм и
подслоя из песчано-глинистой
смеси — 40—60 мм. Остальной
объем опоки заполняется обыч-
ной наполнительной смесью, а
стержня — стержневой опилоч-
ной наполнительной смесью.
Хромомагнезит. Продукт об-
жига хромистого железняка
(30—70%) и металлургического
магнезита (70— 30%) называется
хром ома гнезитом.
В литейном производстве
применяются бой хромомагнези-
тового кирпича, а также отходы
этого кирпича, полученные при
ремонте футеровки сталепла-
вильных печей (мартенов и элек-
тропечей).
Облицовочные смеси имеют
следующий состав, %:
Хромомагнезит молотый . . . ,100
Сверх 100%:
Сульфитно-спиртовая барда . , 5
Циркон. Минерал, получае-
мый в результате обогащения
тита но цирконовых руд, назы-
вается цирконом. Промышлен-
ность выпускает цирконовый
концентрат (ЦМТУ 2002—47),
применяемый для изготовления
облицовочных формовочных и
стержневых смесей, и цирконо-
вый порошок для литейных
красок.
Циркон — высокоогнеупор-
ный материал (температура плав-
ления 2190° С), не вступает в
химическое соединение с желе-
зом и легирующими элементами
и является хорошим противо-
пригарным материалом.
Для облицовки форм и
стержней для крупных чугун-
ных и стальных отливок реко-
мендуется следующий состав, %:
Цирконовый песок...........100
Сверх 100%:
Формовочная глина или бенто-
нит .................... 2
Сульфитно-спиртовая барда . . 2—3
Графит. Применяемый в ли-
тейном производстве графит
60
Таблица 14
Составы противопригарных красок для стального литья
,иэ/л ‘ияэвйя воиохол чхэонхокц тг <О 1 о о *«—• >9*1— 09*1 о о cJ 1 1П о • • 1.85—1,95 ю со 1 ю *—► СЧ "ф 1 • *—
(ЭЭ1Г09 эн) % ‘vtfog ао СЧ ю С-1 ♦—« о СЧ 1 j
виэ ‘гехэвн ля со) вн (ниьгви -йоф) вмев^оУ квяэаьихиээихну о о хг о о 1 1
- материалы (уннХнапойо-£) mbit gHH4ifBd -ихЛдкиниешгоц | 1 1 1 а> 'i- 1 СЧ о т*-
>р нийюяа'П' 1 ю 1 1 1 J
1ая доля. вязующие ам -* ЯО1ГЭТП умнхиф -41/Лэ ’внохвд «5 1 О) 1 2—G СЧ 1 СО 1 1
тав краски (массот о (BBtaoiBir -ввхэоэ BEi/HirBV -ИО1Г1ГОЯ) вншгл ‘ввяохииохмэд о со о СО сз О) LQ 1 1
« о о № О ХИЕЭМЛВИ $ИЯЭ -ЭЬИЛ(1Л1Г1ГВХЭУ5/ 1 1 1 84—87 1 1
CJ О О Огнеупорная о HOHduf] 1 1 92 — 96 1 V5 1 оо ю 1
ndtsH ^гчнДиеаьчч] j 91—95 95,5 1 i 1 о со
Марка краски СР 1 СЧ о н о о L. о стд ЦБ (ГОСТ 10772—G4) МБ ЦП В Б (самовысыха’о- щая) ПКПВБ (самотясыхаю- гцая)
6]
ЮШЮ 1
со со со I
р й 03 Л м -
<и С - 2 — я
и ?, О 2 КО £
Я 2 « СХ£О £
t- з* Q е *""* я
к з» о-Q- я с
Таблица 15 '
Составы противопригарных красок для цветного литья
СЧ
ю
OtO I I
о
Ш
представляет собой горную по-
роду с высоким содержанием
углерода; температура плавле-
ния выше 3500° С. Различают
два вида литейного графита; гра-
фит кристаллического строе-
ния — в виде серебристых че-
шуек и графит скрытокристал-
лический (аморфный) — в виде
черного порошка.
Опрыскивание поверхности
форм. Для улучшения поверх-
ностной прочности сырых форм
применяются сульфитно-спирто-
вая барда, патока и др.
Формы для стальных отли-
вок опрыскиваются с помощью
пульверизатора сульфитно-спир-
товой бардой, разбавленной теп-
лой водой до плотности 1,1. Для
опрыскивания чугунных отли-
вок к сульфитно-спиртовой бар-
де добавляется мелкий кристал-
лический графит (15—20%).
Припылы и краски. Для по-
крытия поверхности сырых форм
применяются разные припылы
и эмульсии, а сухих форм
и стержней — краски и на-
тирки.
В состав красок входят
противопригарные материалы
(аморфный графит), пылевид-
ный кварц, тальк, молотый
кокс и связующие вещества
(бентонитовая глина, сульфит-
ная барда, патока). Для предо-
хранения краски от брожения
в ее состав вводится формалин.
‘ Составы наиболее распро-
страненных красок приводятся
в табл. 13, 14 и 15.
Краски марок ГПВБ,
ЦПВБ, ПКПВБ и ТПВБ раз-
работаны ВПТИэлектро и при-
меняются, главным образом,
для форм и стержней, изготов-
ляемых из жидкостскольных
смесей.
Натирочные пасты, замазки
и клей. Натирочные пасты при-
меняются в тех случаях, когда
образуемые стержнями полости
в дальнейшем не подвергаются
механической обработке и требуют большой точности размеров и
чистоты поверхности.
Состав натирки для особо ответственных стержней для чугунных
отливок: графит серебристый — 1 часть; графит аморфный — 1 часть;
сульфитно-спиртовая барда — до получения однородной пасты в виде
густой сметаны.
Стержневые клеи. Они применяются для склеивания и ремонта
стержней. Сульфитный клей состоит из 50 массовых частей сульфитно-
спиртовой барды, 50 массовых частей формовочной глины и 20 частей
воды. Клей наносится ровным слоем на склеиваемые поверхности поло-
винок стержней.
Замазки. При спаривании крупных и средних стержней швы
заделываются специальными замазками, состоящими из 60% мелкого
кварцевого песка, 25% черного графита и 15% формовочной глины.
Припылы и жидкости для покрытий стержневых ящиков. Для пре-
дохранения от прилипания стержневой смеси к стенкам стержневых
деревянных ящиков применяются припылы, а к стенкам металлических
ящиков — жидкие смазки. Припылами служат естественный и искус-
ственный ликоподий, толченая пемза и т. д.
Металлические стержневые ящики обычно смазываются керосином.
Если стержневые ящики имеют сложную конфигурацию, лучшие ре-
зультаты при покрытии достигаются добавлением к керосину стеарина.
На 1 л керосина добавляется 50 г стеарина.
В случае применения смесей с жидким стеклом деревянные стерж-
невые ящики натирают керосиноМ'И припыливают графитом; металличе-
ские ящики смазывают мазутом или керосином.
5. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
Смеси, из которых изготовляются литейные формы и стержни,
должны обладать свойствами, обеспечивающими получение качествен-
ных форм, стержней и отливок. В табл. 16 рассматриваются главней-
шие свойства смесей и способы их определения (рис. 1).
6. ФОРМОВОЧНЫЕ СМЕСИ
В литейном производстве применяются песчано-глинистые, быстро-
твердеющие, цементные, жидкостекольные и другие специальные
смеси. Наибольшее применение имеют песчано-глинистые смеси, кото-
рые классифицируются по способу формовки и по роду металла, зали-
ваемого в формы. Смеси разделяются на единые, облицовочные и на-
полнительные. Единой называется смесь, применяемая для набивки
всей формы, в основном при машинной формовке. Облицовочной смесью
заполняется только та часть формы, которая непосредственно соприка-
сается с жидким металлом. Наполнительная смесь наносится на слой
облицовочной и ею заполняется вся остальная часть формы.
Облицовочная смесь в сочетании с наполнительной обычно приме-
няется при формовке вручную сложных ответственных отливок и в от-
дельных случаях при машинной формовке.
По способу формовки различают смеси для формовки всырую и для
формовки всухую; по роду металла, заливаемого в формы, различают
смеси для чугунного, стального и цветного литья. Состав смеси для
63
Таблица 16
Основные свойства формовочных и стержневых смесей
Свойства смесей и способы
их определения
Зависимость свойств смесей
от различных факторов
Влажность. Под влажностью фор*
мовочных материалов, формовочных и
стержневых смесей понимается содержа-
ние в них механически примешанной во-
ды. которая может быть удалена при на-
греве до 105—110° С
Влажность определяется следующим
образом (рис. 1, а). В алюминиевый ста-
кан 4 о дном в виде сетки насыпается
навеска смеси 3 (20 р). Сушка произво-
дится струей воздуха, нагреваемого тер-
моэлементом 2t расположенным в кор-
пусе прибора 1. Влажность х равна
X e J. ~ Ю0% ,
S
где g — масса навески смеси до сушки;
Й! — масса навески смеси после сушки
Зерновой состав. Песок, от-
мытый от глинистых составляющих, про-
сеивается через набор стандартных сит 1
(рио. 1,6), расположенных друг над дру-
гом и заключенных в рамку 2. От мото-
ра 4 через эксцентриковый механизм
рамке сообщается колебательное движе-
ние в горизонтальной плоскости. Одно-
временно приводная колотушка 3 нано-
сит удары по всей системе сит. 50 г песка
засыпается в верхнее сито и прибор при-
водится в действие. При сотрясении сит
песок проходит через ячейки, размеры
которых уменьшаются сверху вниз
Зерновой состав выражается процент-
ным соотношением массы зерен, остав-
шихся на каждом сите (размеры ячеек
сит приведены в табл. 2)
Г азо проницаемость. Это —
способность песков и смесей пропускать
газы
Для определения газопроницаемости
(рис. 1< в) 160—180 г смеси засыпают
в стальную гильзу диаметром 50 мм и
высотой 125 мм и уплотняют на лабора-
торном копре тремя ударами падающей
бабы массой 6,35 кг. Уплотненный обра-
зец 8 в гильзе 7 насаживают на пробку 6.
В пробке имеются отверстия для трубки
манометра 9 и трубки 5. Перед испыта-
нием плавающий в воде колокол 1 под-
нимают и через трехходовой кран 4,
трубки 2 и 3 н отверстие 10 втягивают
под колокол воздух (положение пробки
крана /). После этого пробку ставят
в положение //; колокол под действием
груза И начинает опускаться и продав-
ливает воздух через образец; при этом
проходит 2000 см3 воздуха. Зная давле-
ние (определяется по манометру 9) и
время прохождения воздуха через обра-
зец, по специальным таблицам, опреде-
ляют величину газопроницаемости
Влажность влияет на все
свойства смеси и. главным об-
разом, на газопроницаемость,
прочность н текучесть. Пони-
женная влажность повышает
осыпаемость смеси и затруд-
няет формовку. Повышенная
влажность снижает прочность
всырую, повышает прилипае-
мость смеси к модели и
снижает газопроницаемость,
вследствие чего возникает
опасность образования вскипа
отливки
Зерновой состав характери-
зует марку песка и большин-
ство технологических свойств
формовочных и стержневых
смесей
Газопроницаемость — очень
важное свойство формовочных
материалов и смесей. Низкая
газопроницаемость смесей мо-
жет быть причиной образова-
ния вскипа и газовых рако-
вин в отливках. Газопрони-
цаемость зависит от формы зе-
рен, однородности зерновых
составляющих, от содержания
глинистых веществ в смеси и
других причин
Для повышения газопрони-
цаемости мелкого песка необ-
ходимо его смешать с 50—60%
крупного песка
64
П родолтсение табл. /'»'
Свойства смесей и способы
их определения
Зависимость свойств смесей
от различных факторов
Прочность при сжатии
в сыром состоянии. Проч-
ностью формовочных и стержневых сме-
сей называется способность противо-
стоять разрушающим усилиям, возни-
кающим при транспортировке, сборке и
заливке форм
Образец диаметром 50 ± 0,8 мм изго-
тавливают так же, как и образец для
определения газопроницаемости. Из
гильзы образец / (рис. 1, г) при помощи
деревянного толкателя выталкивается и
осторожно переносится на подставку 3
прибора. Площадка укреплена на рыча-
ге 4, на конце которого помещен груз 5.
При вращении маховичка 6 ходовой
винт 8 перемещает каретку 7 с укреп-
ленным на нем указателем, точка опоры
рычага перемещается влево, при этом
образец прижимается к площадке 2 и
разрушается. По градуировке рычага 4
определяют напряжение, соответствую-
щее пределу прочности при сжатии
в кгс/см2
Прочность при растяже-
нии в сухом состоянии.
Смеси, предназначенные для изготовле-
ния форм и стержней с последующей
обработкой теплом (сушкой) или угле-
кислым газом, подвергаются испытанию
в отвержденном состоянии (рнс. 1, д).
Образец 2, имеющий форму восьмерки,
изготавливается по стержневому ящику
и имеет в наименьшем сечении площадь
6,25 см2. Образец закладывается в за-
хваты /. Дробь, находящаяся в бунке-
ре 3, при открывании затвора пересы-
пается в бункер 4. Масса дроби через
систему рычагов действует на захваты;
при возрастании нагрузки образец раз-
рывается, и в этот момент автоматически
закрывается затвор
Для определения показателя прочно-
сти необходимо умножить массу дроби
на 10, так как соотношение длин плеч
рычагов равно 10. Делением полученной
величины на площадь поперечного сече-
ния образца (6,25) находят предел проч-
ности при растяжении в кгс/см9
Недостаточная прочность ве-
дет к деформации форм и
стержней, искажению отливок,
вызывает распоры и обвалы
Прочность зависит от влаж-
ности смеси, количества гли-
нистой составляющей, зерни-
стости песка и степени уплот-
нения. Прочность регулирует-
ся дозировкой глины
Прочность формовочных сме-
сей в сухом состоянии возра-
стает с увеличением содержа-
ния глины и влаги. Более вы-
сокая прочность может быть
достигнута применением спе-
циальных связующих материа-
лов
Прочность стержневых еме-
сей зависит от вида и количе-
ства применяемого связующего
и должна находиться в опре-
деленных пределах
Излишняя прочность увели-
чивает не только расход свя-
зующих и уменьшает податли-
вость форм и стержней, но
может привести к появлению
раковин, главным образом
трещин в отливках. Кроме
того, повышенная прочность
затрудняет выбивку стержней
из отливок
3
А. М. Липницкий
65
Продолжение табл. /6
Свойства смесей и способы их определения Зависимость свойств смесей от различных факторов
Твердость. У сырых форм твер- дость определяется твердомером, имею- щим шариковый наконечник. При вдав- ливании шарикового наконечника до со- прикосновения его опорной плоскости с испытуемой поверхностью формы стрел- ка на шкале прибора показывает твер- дость Твердость сухой формы пли стержня определяется с помощью твердомера с ножевым наконечником Твердость характеризует степень и равномерность уплотнения. Переуплотнение так же, как и недостаточное уплотнение, вызывает дефекты отливок: распоры# газовые и земляные раковины# пригар и др.
Рис- 1. Приборы для испытания свойств формовочных и стерж-
невых смесей
чугунного литья зависит от массы отливки, толщины ее стенок и техно
логии изготовления формы. Рекомендуемые составы смеси приводятся
в табл. 17.
При формовке всырую нужная прочность смеси должна быть обес
печена при минимальном содержании глины, что достигается примене
66
нием жирных тонкоразмолотых глин или бентонита. С целью улучшения
санитарно-гигиенических условий труда глина или бентонит должны
применяться ограниченно и заменяться глинисто-угольной или бентони-
то-угольной суспензией.
Смеси для формовки всухую должны обладать в сыром состоянии
такой же прочностью, как и смеси, применяемые для формовки всырую,
но после сушки прочность их должна значительно повыситься. Это
достигается повышенным содержанием в смесях глины. Однако чрез-
мерно высокая прочность сухой формы затрудняет усадку отливки
и может способствовать появлению в отливке трещин. Поэтому для
увеличения податливости смеси в нее вводят выгорающие добавки
(опилки).
Смеси для стального литья по сравнению со смесями для чугунного
литья должны иметь более высокую огнеупорность и газопроницае-
мость. В табл. 18 приведены рекомендуемые составы смесей для сталь-
ного литья.
При формовке всырую необходимо особенно тщательно контроли-
ровать физико-механические свойства смеси (прочность, газопрони-
цаемость, влажность); кроме того, желательно применять бентонитовую
глину, так как она способствует получению более качественных отливок.
. Улучшение поверхностной прочности формы достигается введением
в состав смеси раствора сульфитно-спиртовой барды (плотностью 1,1).
Допустимо также не вводить сульфитно-спиртовую барду в смесь,
а опрыскивать ею поверхность формы.
Смеси для форм цветных отливок могут иметь значительно более
низкую огнеупорность, чем смеси для чугунного и стального литья, так
как температура заливки медных сплавов примерно на 250е ниже
температуры заливки чугуна и на 400° ниже температуры заливки
стали. Рекомендуемые составы смесей для отливок из разных сплавов
цветных металлов даны в табл. 19.
Для повышения чистоты поверхности отливок из сплавов на медной
основе в состав смеси вводятся глинистые пески класса II.
Фтористая присадка, вводимая в смесь для литья из магниевых
сплавов (см. табл. 19), дает возможность избежать окисления сплава
в процессе заливки и затвердевания отливки. Она может быть заменена
борной кислотой и серным цветом.
7. СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ
Составы смесей, применяемых для изготовления стержней, зависят
от рода сплава, условий, в которых находится стержень при заливке,
от принятой технологии изготовления отливок и, главным образом, от
класса сложности стержней. Наиболее распространенной классифика-
цией стержней является разработанная проф. И. Б. Куманиным (см.
гл. VI).
Стержни разных классов должны обладать определенными физико-
механическими свойствами, зависящими от состава смеси. К наиболее
важным относятся: общая и поверхностная прочность, газопроницае-
мость, газотворность, текучесть, податливость, гигроскопичность, огне-
упорность и выживаемость. Составы стержневых смесей для чугунных
и стальных отливок даны в табл. 20, а для отливок из сплавов цветных
металлов—в табл. 21.
*
67
Таблица 17
Формовочные смеси для чугунного лнтья
• Характеристик отливок Характеристика смеси Г — Состав смеси (массовг ОЛпиплплипяа гиргк 1Я ДОЛЯ, %) F. ЛИНЯЯ СМРСЬ
Способ формовк] I Масса, кг Тол- щина стенки мм Зерново , состав смеси Соде; жани й гл и hi- стой соста! I ляюще 1 % е Г азо г_ ПрОН! цаемос в сыре .fl состоя ’ НИИ Проч j_ ность ть сжат; м в СЬ,Р° СОСТОЯ НИИ, кгс/см на е Влаж- м ность, I- 0/ ’ /о 2 - f Отрабо- танная смесь Свежие материа- лы* Камен- ный уголь Древес- ные опилки Отработан- ная смесь Свежие материалы Камен- ный уголь
До 20 До 10 > 10 016Б 016А 8—10 8-10 25-35 30—50 0,30—0,, 0,30—0,1 50 4,0-5,5 50 4,0—5,5 78—59 78—59 20—38 20—38 2—3 2—3 — 96,5—94,5 96,5—94,5 3—5 3—5 0.5 0,5
20—200 До 25 > 25 016Д 02Б 8—10 8—J0 40—60 50-70 0,30—0,5 0,30—0,5 ° 4,0—5,5 0 4,0—5,5 75—45 75—45 22—51 21 — 50 3—4 4—5 — 94,3 — 92,3 93.2 — 89,2 5—7 6—10 0.7 0.8
| Всырую 200—1000 До 40 > 40 02Б 02Б, 0315Б 9-11 10—12 60—80 70—100 0,40—0,6 0,45—0,7( 0 4,5-6,0 ) 4,5-6,5 70—40 70—40 26—55 25—52 4—5 5—8 — 91,0—86,8 88,8 — 83,5 8—12 10—15 1.0—1.2 1,2—1,5
1000—5000 До 50 > 50 02Б, 0315Б 02А, 0315Б 11—13 12-14 100—130 100—130 0,50-0,80 0,60-0,80 5,0-7,0 5,0—7,0 60-0*40 60—40 34—52 34—52 6-—8 6—8 *—• tr в*—а
1 Всухую До 100 > 100 — 02 А, 0315А 02А, 0315Б 12-14 12—16 60—80 80—100 0,50—0,80 0,50—0,80 6,0—7,0 6.0—8,0 70—40 60—35 27—57 37—62 А— 0,3 0,3 ** •—л — —
1 < До 2000 ’000—15 000 До 30 До 50 0315Б, 02А 04А, 0315Б 12-14 М—16 70 [ 70 С >,50—0,65 .65—0,80 - 7,0-8,0 I 7,0—8,0 j 60—50 50—40 28—40 38—50 — 10—12 10—12 *—* 1 *
1 Всухую I (для 1 форм 1 крупного I фасон- 1 него 1 | литья) 10 000— 30 000 0 000“-* 50 000 До 60 > 60 '04А, 0315Б 04А, 0315Б — 1 в с 1, - 1 На разрыв сухом ОСТОЯ- нии 5—2,5 'о же ] i 12—16 I Ki 2—16 !, 1 20 20 Песок 47, глина 20 Песок 43—42,- глина 20 Кокс 4—5 13 13 — - - 1 Смеси применяются для кирпичной кладки форм н стержней
68
69
о Г аблица 18
Формовочные смеси для стального литья
Назначение смеси Тол- щина стен- ки, мм (не более) Характеристика смеси Состав смеси (массовая доля, %)
Зерно- вой состав Содер- жание ГЛИНИ- СТОЙ состав- ляющей, . % Газопро ницае- мость Проч- ность н; сжатие в ctipoiv состоя- нии,- кгс/см’ 1 Влаж- ность, % Отрабо тайная смесь Квар- цевый песок Глина Суль- фитно- спирто- вая барда
Облицовочная мовки всырую массой, кю до 100 100-^500 >500 для фор- отливок 25 25 25 016А,- 02Б, 02А 02Б, 02А 02А,- 0315Б 8—10 10—12 11-13 80—100 100—. 120 100— 130 0,-30— 0,50 0,-40» 0,-60 0,50- 0,70 3,5—4,0 4,0—5,0 4,5—5,5 80—40 75—40 60—40 16,5— 53,0 20,5- 51,5 33,5 — 51,0 3 — 6,-5 4—8 6 — 8,5 До 0,5 1
Единая для формовки всырую отливок массой до 100 кр 25 016А,- 02Б, 02А 8—10 80—100 0,30— 0,50 3,4—4,5 92 — 90 6,5—8,0 1,0—1,5 0,5—1,0
Продолжение табл. 18
-1
Назначение смеси Тол- щина стен- ки, мм (не более) Характеристика смеси Состав смеси (массовая доля, %)
Зерновой состав j Содер- жание глини-, Г стой состав- [яющей, % азопро- ницае- мость Проч- ность на сжатие в сыром СОСТОЯ- НИИ,' кгс/см’ Влаж- ность, % Отрабо- танная смесь Кварце- вый песок Глина Суль- фитно- спирто- вая барда
Облицовочная мовки всухую массой, кг: до 5000 для фор- отливок 50 02А 12—14 « 70—100 ,50-0,70 ;на раз- рыв в сухом состоя- нии 0,80- 5,0—7,0 80 — 40 15,5-50,5 4—9 До 0,5
>5000 50 02А, 0315Б 12—14 100—120 1,20) 0,50 — 0,80 (на раз- рыв в су- хом со- стоянии 1»о— 5,0—8,0 60—40 33,0—49,5 6.5 —9,0 0,5—1,5
до 10 000 10 000—30 000 50 80 031ББ, 02А 0315Б 12-15 12-15 Не ме- нее 80 Не ме- нее 50 1,50) 0,55- 0,65 0,55 — 0,65 6,0-7,С 6,0 — 7. Песок 1 Песок и пылет ква и глина 00 глина 80, 5НДНЫЙ зц 20
Единая смесь вок, склонных трещинам для отли- к горячим 80 02А, 0315Б 12-14 70—101 ) 0,35 — 0,60 5,0—7,( ) 80—40 12,5- 45,5 и дре- весные опилки 2 — 4 4—9 1,5-2,4
ND I Таблица 19 Составы формовочных с месей для литья из спладов цветных металлов
Состав смеси* % Характеристика смеси
Назначение смеси Способ Отра- ботан ная смесь Содер жание Газо- 1 Прочность, кгс/см2
формовки Свежие материаль Прочие добавки Зерновой состав глини стой состав ляю- щей, % - прони цае- - мость (не мен ее' Влаж- ность, % сухих образцов на раз- рыв сырых образцов на сжа- тие
Единая для отливок 1 из медных сплавов J Всырую '92 — 88,5 7-Ю Мазут 1-1,5 016А, 1 01А | 8—12 30 4,5—5,5 — 0,30— 1 0 ЯП
Облицовочная 'для отливок из медных 1 сплавов Всырую Всухую 80—40 80—60 18,5-59 20—40 Мазут 0,5—1,0 016А, ’ 01А 016А 8—12 10—15 30~ 30 4,5—5,5 5,5—7,0 П ЯП 1 9П 1 0,30— 0,50 Л Л л л с л
Облицовочная для отливок из сплавов с повышенной жидкоте- кучестью Всырую 60—90 10—40 Мазут 0—1,0 01 А, 01Б 10—12 15 5 — 6 и, U— U, О U 0,40 — 0,60
Единая смесь для отливок из алюминие- вых сплавов Всырую 92—90 8—10 01А 8—10 20 4,5 —5,5 — 0,30— 0,50
Облицовочная для отливок из алюминие- вых сплавов 1 Всырую Всухую 80—60 80—60 20—40 19,5—39 Суль- фитно- гпиртовая барда 0,5—1,0 1 01А 01А 8—12 8—12 20 20 4-5 5-6 0,70 — 1,20 0,30—0,50 0,40 — 0,60
*1 / 1 Формовочная для от- ливок из сплавов маг- ния Всырую < С 95 — 85 90—85 )0 -85 5— 15 10—15 10—15 с Фтористая присадка 5,0—9,0 То же 4,0—8,0 Суль- фитно-, пиртовая барда 1.0—3,0 1 01А, 0063А 01 А, 0063А 02Б, 016А, 01А 20—40 10—70 !0 —70 5,0—6,5 4,5 —6,0 4,5 —6,0 — 0,60— 1,15 0,60— 0,80 0,40— 0,80
Таблица 20
Типовые составы стержневых смесей для чугунного и стального литья
Классы стержней Типы стержней Состав смеси (массовая доля, %) Влаж- ность, % Газо- прони- цае- мость Предел проч- ности, кгс/см0- Содержание связую- щих3 (сверх 100%)
Квар- цевый песок1 Формо- вочная глина Отра- ботан- ная смесь с Дре- весные И1НЛКИ на сжа- тие’ (всы- . рую) < на раз- рыв всухую)
I Ленточные ажурные стержни с малыми знаками 100 . — — 2,5—3,0 Св. 120 0,03— 0,06 8—15 П 3,0—3,5%; ПТ 3,0—3,5%; 4ГУ (в) 2,5-3.0%
11 Стержни ребристой головки двигателей, центровые стержни колес центробежных насосов, радиаторов 97 — 98 3-2 — 2,5 — 3,5 Св. 100 0,06 — 0,10 7—10 П 3,0—3,5% 4- суль- фитно-спиртовая бар- да 2%; ГТФ 3% + -4- сульфитно-спирто- вая барда 2%; ПТ 2,0— 2,5% 4“ сульфитно- спиртовая барда 1,5 — 2,0%
III Стержни коробок редукторов, картеров, среднего стаиочнсго. литья и др. 97 — 98 I 3 — 2 | 3,5—4,5 Св. 100 0,12 — 0,20 5-7 СП или СБ 4%: дре- весный пек4 3% 4- 4- сульфитно-спирто- вая барда 2,0—2,5%; ГТФ 2,5% 4- суль- фитно-спиртовая бар- да 2%
Продолжение табл. 20
Клавсы стержней Типы стержней Состав смеси (массовая доля, %) Влаж- ность, % Газо- прони- цае- мость Предел проч- ности,- кгс/см2 Содержание связую- щих3 (сверх 100%)
Квар- цевый песок’ Формо- вочная глина Отра- ботан- ная смесь Дре- весные опилки на сжа- тие2 (всы- рую) на раз- рыв (всухую)
IV Стержни средней ве- личины несложных очертаний для отли- вок насосов, станков И др. 61—67 4—3 31—27 4-3 4,5—5,5 Св. 70 0,20— 0,30 3,5 —6,0 Древесный пек 4% 4- 4- сульфитно-спирто- вая барда 2%; СБ 5%
V Стержни станин, из- ложниц, планшайб и др. 40**-70 8-4 48—43 4—3 5,5—6,5 Св. 70 0,25— 0,35 Св. 1,5 Сульфитно-спирто- вая барда 1,5—2,0%; СП или СБ 1,5%
— Сырые стержни 2 3 95 3,0—4,5 Св. 40 0,5—0,7 *1
це: ВО’ ИЗ' Стержни,- изготов- ляемые по шаблону: для первого слоя для второго и третьего сло- ев 1 Для стального литья зый песок группы 0315; / 2 При изготовлении ст< 3 В состав смеси доба! 4 Древесный пек може зной глины. При этом доб ьята. 40 70 примен 1ля чуг) эржней шляется т быть авка фо; Песок марки ож 50 30 яется ква' энного ли на пескод одно ИЗ I заменен к эмовочной * эцевый тья — к увных м три в еден .репител глины 10 —«й песок kj варцевы ашинах [НЫХ CBJ ем ДП, цолжна 7—9 9—12 iacca 1К, й песок т предел nj азующих. содержат быть неск группы 02 слассов 11 точности цим 70—1 олько уме *5; для ос( <—2 К тез за сжатие 75% древ* ньшена, эбо крупн же труп всырую с ясного пет а сульфит ых стержней — квар- п. оставляет 0,03—0,10. са и 25 — 30% формо- но-спиртовая барда —
Таблица 21
«
О)
2 я
Ч К
ч 2.
ые составы стержневых смесей дли — Состав смеси (массовая доля, /о)
Кварце- вый песок1 Фор- мовоч- ная глина Формо- вочный песок । (глини- стый П) Отрабо- танная смесь Дре- гвесные опил- ки
Д л
я
Влаж-
ность,
с п л
сплавов цветных металлов
Газо-
прони-
цае-
мость
(не
менее)
Предел прочности,
кгс/см2
Содержание связующих
(сверх 100%)
СП
н
на сжатие2
(всырую)
на разрыв
(всухую)
I
II
Ш
IV
V
1
IV
100
97
96 — 97
100
90
80—85
50—30
3
4-3
97—57
77-37
0—40
20—60
д
ля а
л
3
3
ю м
и
20— 15
50—40
0—30
а в о в
2—3
3—4
3-4,5
4,0—5,5
5-^-6
4-5
а
мед
120
90
90
70
н
ой о о н о
0,03—0,06
0,06 — 0,10
0,10-0,20
0,20—0,35
0,30-0,50
в
е
6 — 8
5
4
- 2
1,5
4ГУ (в) 2,2-2,9%
4ГУ (п) 2,9-3,8%; ГТФ
3,0—3,5% „ ио/ • сП
Древесный пек 3—4%, ьи
или СБ 4,0 —4,5%
Древесный пек 3% + СУЛЬ'
фитно-спиртовая барда 2 %
Сульфитно-спиртовая оар-
60
и
н и е в ы х
2-3
2—3
3—4
маг н и е в ы х е плавов 3
120 0,03—0,06 | 5-8 А 7 4ГУ (в) 2,2 —2,9% ГТФ 1,9-2% 4- сульфит-
90 0,06-0,10 4— / но-спиртовая барда 1?5~о7ид2
90 0,10—0,15 3,5 —5,0 Древесный пек 2 о /о “г 4- сульфитно-спиртовая бар-
70 0,15-0,25 2-3 да 1,5 —2,0% , Древесный пек 2—3% + 4- сульфитно-спиртовая бар-
да 2—3%
1 К ° К п классов ЗК— 4 К» Во всех
„3 сплавов 0.03-0.10.
- сс₽ы °’5-ьо%"борной ки0‘
» В состав смесей для литья пл
лоты 0,5—0,6%-
цветных.металло^
1 Для литья
случаях применяются
Таблица 22
Составы быстротвердеющих формовочных смесей
Вид маш иност рои тельного литья • Средние и крупные отливки Средние и крупные отливки, требующие повышенной гладко- сти поверхности и точности отпечатка Средние и крупные отливки Средние и крупные отливки, требующие повышенной чистоты поверхности Примечание. В качестве высокоогнеупорного материала в смесях для облицовки форм стального литья при- - меняется ПБ1левидный кварц (15 — 20 массовой доли, %)
Физико-механические свойства . _ _ • - - - Прочность, кгс/см® г на раз- Газо- рыв прони- Влаж- на сжатие сухих цаемость н°сть, сырых образцов (более) образцов (1[с б0. лее) 0,35 —О',45 5 60 6 — 7 1 со о со оо ю ч* о f ю СО о’ 0,35—0,45 6 80 5 — 6 0,5—0,6 6 50 6—8
, Состав смеси (массовая доля, %) Кварце- вый Отра- Быстротвер- песок ботан Опил- деющий 1К02А ная Алина кн связующий и смесь материал 2К02А 44 — 52 40 — 50 6 — 8 3—4 СП 3,0—4.5 38 — 42 35—45 2 — 3 3 — 4 СБ 3,0—4,5 42—62 30—50 8 - СП 5,0 40 — 51 31—36 3 — 4 — СП 5,0
Наиме- нование смеси 4 Для форм чугун- ного литья Для форм сталь- ного литья
76
8. БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЕ И ХИМИЧЕСКИ
ТВЕРДЕЮЩИЕ СМЕСИ
Введение в состав формовочных и стержневых смесей быстротвер-
деющих связующих материалов органического и неорганического про-
исхождения, разработанных в СССР, полностью или частично устранило
трудоемкую операцию— сушку форм и стержней в сушилах.
В состав быстротвердеющих облицовочных смесей для форм чу-
гунного и стального литья вводятся быстротвердеющие связующие ма-
териалы СП и СБ (см. табл. 9). Облицовочный слой смеси толщиной 20—
40 мм (в зависимости от толщины стенок отливок) равномерно распреде-
ляется по всей поверхности модели. После отделки формы окрашивают
в сыром состоянии и подвергают кратковременной сушке горячими га-
зами от переносных сушил при температуре 220—250° С. Составы обли-
цовочных быстротвердеющих смесей приводятся в табл. 22.
В химически твердеющих смесях в качестве связующего материала
применяется жидкое стекло (см. табл. 9). Такие смеси быстро твердеют
при продувке или обдувке их углекислым газом (см. гл. VII).
В табл. 23 приведены составы облицовочных формовочных смесей
на жидком стекле для отливок из разных сплавов, а в табл. 24 — со-
ставы стержневых смесей. Выше, в табл. 13, 14 и 15 (см. стр. 60—62)
приведены составы противопригарных красок для форм и стержней,
изготовленных из жидкостекольных смесей.
9. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНЫХ
И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ
Технологический процесс приготовления формовочных и стержне-
вых смесей состоит из следующих этапов: подготовка свежих материа-
лов; подготовка отработанных смесей; приготовление смесей.
Подготовка материалов
Подготовка свежих формовочных материалов заключается в сушке,
дроблении и просеивании.
Сушка материалов. Для сушки песка и глины применяются гори-
зонтальная барабанная печь (рис. 2) и установка для сушки и охлажде-
ния песка в кипящем слое.
Дробление материалов. Для дробления н измельчания комьев
песка и сухой глины, угля, комьев отработанной смеси, сухих бракован-
ных стержней применяются размалывающие бегуны, валковые дро-
билки, шаровые мельницы, мельницы мокрого измельчения угля.
Просеивание материалов. Все формовочные материалы перед упо-
треблением просеивают. Для этой цели применяются передвижной зем-
леприготовитель (рис. 3), землесеялка передвижная, сита барабанные
конические (рис. 4), сита плоские и др. Отработанная формовочная смесь
перед повторным применением подвергается магнитной сепарации и про-
сеиванию.
Магнитная сепарация. Для извлечения из отработанной смеси
металлических включений (стали, чугуна) применяются магнитные
сепараторы (рис. 5).
Таблица 23
Облицовочные быстротвердеющие смеси на жидком стекле для отливок из разных
Состав смеси
Назначение смеси Отработанная смесь Кварцевый песок Пылевидный кварц Хромомагнезит Глина
Для форм стальных и чу- 21 — 30 67—74 — ч 3-5
рунных отливок 95—97 — — 3—5
Для форм мелких чугунных отливок (противопригарная смесь) 30-е 50 47—65 — 3-5 1
Для форм втальных отливок при повышенных требованиях к чистоте поверхности 81 — 39 10—15 1—4 1
Для форм крупных сталь- ных отливок (противопригар- ная смесь) — 100 —
Для форм отливок из спла- вов цветных металлов 30—50 47—65 3-5 1
Таблица 24
Стержневые быстротвердеющие смеси на жидком стекле для отливок из разных
Назначение смеси Вид литья Состав смеси (мае —|
Отра- ботан- ная смесь Квар- цевый песок Глина Сверх
Жид- кое стекло Раствор едкого натра Дре- весные опилки 1 1
Для стержней, изготовляемых механизирован- ным способом Стальное и чу- гунное 100 4,0— 5.5 0,5— 1,5 —
Для стержней, требующих податливости Сталь- ное, чу- гунное и цветное 94—97 3—6 4,5—6 0,5— 1,5 1-5
Для стержней с облегченной выбивкой из отливок Стальное —• 100 й 4—5 1 *—
То же Чугун- ное 100 чй 5,0 —
,> Стальное и чу- гунное 30—50 50—70 5,0 0,5-“ 1,5 —
78
сплавов
(массовая доля, %) Физико-механические свойства $ орм
Сверх 100% а> Ф Прочность, кгс/см®
Жидкое стекло i Раствор ед- кого натра (10-процент- ный) . Каменный уголь Мазут Газопроницае- мость (не мен на сжатие в сыром состоянии на разрыв в сухом состоянии на разрыв после про- дувки СО8 (не менее) Влажность, 1
4,0—6,0 4,0-6,5 1,5 1,0—1,5 0,5 0,5 80 120 0,20—0,35 0,15—0,25 6 6 2 2 3,0—3,4 3.0—3,2
4-6 1,0—1,5 4—6 0,5 80 0,22—0*3 5 2 3—4
4—6 1 — 1,5 0,5 70 0,2—0,4 6 2 3—4,5
6—7 4,0—5,3 — — 0,2—0,3 5 2 4,5—5,0
4—6 1,0—1*5 fc 0,5 50 0,2—0,4 6 2 3—4
сплавов
совая доля, %) Физико-механические свойства форм
100% Газо- прони- цаемость (не менее) Прочность, кгс/см® Влаж- ность, %
Асбест Бок- сит Мазут на сжа- тие во влажном состоя- нии на раз- рыв в сухом состоя- нии на разрыв после продувки СО*
*— 0,5 120 0,04— 0,07 10—15 2—3 3
— 80 0,12— 0,30 8—12 1,0— 2,5 3,0— 4,5
— 3,0 — 80 0,05— 0,07 5 1,8— 2,2 3,3— 4.2
Б — 120 0,10— 0,15 5—8 1,5— 2,0 2,8— 3,0
«м 0,5 80 0,12— 0,25 8—10 2—3 3.5- 4.5
79
Рис. 2. Горизонтальная барабанная сушильная печь:
Рио. 3. Передвижной землеприготовитель:
I
I
I
/ — загрузочная воронка; 2 — лента с гребен-
ками для захвата смеси; 3 —• подвижное сито
Рис. 4. Сито барабанное коническое:
/ — торцевое отверстие для емеси; 2 —
бункер с просеянной смесью; 3 — тор-
цевое отверстие для отходов
Рис. 5 Схема действия магнитного
сепаратора:
1 — отработанная смесь; 2 — лен-
точный транспортер; 3 -* привод-
ной шкив о магнитами; 4 — прием-
ники для металлических частиц
I
I
8а
Приготовление порошков и суспензий. Для приготовления порошка
комковая глина после сушки размалывается. Так как процесс приго-
товления-глиняного порошка связан с обильным пылевыделением, то
в настоящее время при изготовлении формовочных смесей для изгото-
вления чугунных отливок всырую широко применяются глиняно-
угольные суспензии.
Для приготовления глиняно-угольной суспензии комковая глина
смешивается с водой в соотношении 1 : 2 и в течение 2—3 ч перемеши-
вается в лопастном смесителе до получения однородной массы. Камен-
ный уголь размалывается в шаровой мельнице мокрого помола и пере-
1
Вода
Рио. 6. Схема установки для регенерации отработанных смесей:
/ — сухая отработанная смесь; 2 —- бункер; 3 — оттирочная машина; 4- —
оттертая гидросмесь; 5 — зумпф; 6 — землесос; 7 — шламоотстойник; 8 —
гидроциклон; 9 — классификатор; 10 — регенерат; 11 — бункер
дается в другой лопастной смеситель. Сюда же из первого смесителя
подается глиняная суспензия. После тщательного перемешивания и до-
ведения до требуемой плотности (обычно 1,0-5—1,15 г/см3) глиня-
ноугольная суспензия по трубопроводу поступает к смешивающим
бегунам.
Регенерация. После выбивки из форм отливки с приставшей к ней
формовочной смесью, а также находящиеся в отливке стержни направ-
ляются в обрубочно-очистное отделение.
Отработанная смесь с поверхностей отливок и выбитые стержни
больше не используются и поступают в специальный отвальный бункер.
В этот же бункер или другой аналогичный поступают отходы из-под сит.
В отвальных смесях содержится до 60—75% годных зерен песка,
а остальную часть составляют разрушенные зерна песка, а также зерна,
на которых имеются шамотизированная глина, пыль и т. п.
81
Операция по выделению из отработанных формовочных и стержне-
вых смесей зерен песка, годных для повторного применения, называется
регенерацией. На рис. 6 приведена схема установки для регенерации
отработанных смесей. Сухие отработанные формовочные и стержневые
смеси ленточным транспортером подаются в бункер 2 и отсюда в отти-
рочную машину 3, в которой вращается вал с насаженными на него ло-
патками. В оттирочную машину подается вода в таком количестве, чтобы
Т 1
отношение отработанной смеси к воде было = —г-. При вращении
вала с лопатками происходит непрерывное взаимное трение отдельных
зерен песка, в результате чего с зерен удаляются глина и пленки крепи-
теля. Оттертая гидросмесь подается в зумпф 5. Из зумпфа гидросмесь
насосом перекачивается в гидроциклон 3, в котором всплывают мелкие
частицы и с излишками воды удаляются в шламоотстойник, а крупные
зерна с водой из циклона поступают на спиральный классификатор. Из
классификатора регенерат поступает в бункер 11.\По истечении некото-
рого времени вода уходит в шламоотстойник, а регенерированный песок
направляется в землеподготовительное отделение для сушки. Произво-
дительность описанной установки равна 12 т/ч регенерата.
Получаемый на этой установке регенерат является полноценным
заменителем свежего кварцевого песка и применяется для приготовле-
ния формовочных и стержневых смесей.
Приготовление смесей
При приготовлении формовочных и стержневых смесей смешивание
составных частей является наиболее ответственной операцией, так как
из отдельных составляющих нужно получить однородную смесь. Для
оо
0 0
3 —
ось
Рис. 8. Схема центробежных
бегунов:.
1 — вертикальный вал; 2 —
катки; 3 — кривошипы; 4 —
траверса; б <— чаша бегунов;
6 •=, скребки
Рио. 7. Смешивающие бегуны:
4 ~ гладкие катки; 2t 5 — плужки;
разгрузочное окно; 6 *=«• вертикальная
82
смешивания составных частей смеси чаще применяются бегуны с верти-
кально-вращающимися катками (рис. 7) и смешивающие центробежные
бегуны (рис. 8).
Качество смешивания достигается при следующем порядке введе-
ния материалов в смеситель. При приготовлении Формовочных материа-
лов сначала в бегуны загружают порошкообразные материалы: отрабо-
танная смесь + песок Ч- глина в порошке или в виде эмульсии 4-
каменный уголь при чугунном литье для сырой формовки, либо 4-
опилки при приготовлении смеси для формовки всухую. После их пере-
мешивания в течение определенного времени, установленного технологи-
Рис. 9. Разрыхлитель лопастной:
/ — воронка для формовочной сме-
си; 2 — вращающиеся лопатки;
3 — свободно подвешенные цепи,
разрыхляющие смесь; 4 — кожух;
6 — кулачок, встряхивающий ко-
жух
ческой инструкцией, увлажняют смесь водой в необходимом количестве
и смешивание продолжается.
Приготовленная смесь выдается либо в бадьи, в которых она транс-
портируется в отделение формовки, либо ленточным конвейером смесь
передается в отделение формовки и раздается по бункерам, установлен-
ным над формовочными машинами. Смесь, поступающая из бегунов,
подвергается разрыхлению в лопастном разрыхлителе — аэраторе
(рис. 9), благодаря чему она приобретает большую газопроницаемость.
Для приготовления стержневых смесей принят следующий порядок
загрузки бегунов: песок + глина 4- вода 4- сульфитно-спиртовая
барда 4- другие связующие материалы. Общая продолжительность
перемешивания 12—15 мин.
Техническая характеристика оборудования для подготовки формо-
вочных материалов и приготовления смесей дана в табл. 25.
Центральные смесеприготовительные отделения
В литейных цехах серийного и массового производства создаются
центральные смесеприготовительные отделения, оснашенные современ-
ным высокопроизводительным оборудованием и широко разветвленной
транспортной системой. Смесеприготовительные отделения размещаются
в изолированных помещениях. Имеются смесеприготовительные отде-
ления, в которых управление всеми операциями по приготовлению сме-
сей комплексно механизировано и автоматизировано.
Центральная смесеприготовительная установка с двумя смешиваю-
щими бегунами 1 и 3, работающими по автоматическому заданному
циклу, показана на рис. 10. Формовочные материалы ленточным транс-
портером 13 подаются в приемник 14 элеватора 72, которым материалы
поднимаются и ссыпаются на ленточный транспортер 77. При помощи
83
Таблица 25
t »
Оборудование, применяемое для подготовки формовочных материалов
и приготовления смесей
Наименование оборудования Модель, типо- размер Область применения Производи- тельность
- Обо Фор Горизонтальная ба- рабанная сушильная печь1 (по нормам сТеплопроекта»), см. рис, 2 Установка 1 для сушки и охлаждения песка в кипящем слое Дробление Дробилка валковая с гладкими валками Шаровая мельница Мельница шаровая для мокрого измель- чения Про Передвижной бара- банный землепригото- витель 8 (см. рис. 3) Землесеялка пере- движная 4 к РУДОВ м о в о ч г 2 3 4 5 6 и И 3 м ДВГ-2М 151М 6007 с е и в а ь 126 171М а н и е для сушки ы х материалов Для сушки кварце- вых и глинистых пес- ков и формовочной глины t Для сушки кварце* вых песков ельчен-ие материг Для дробления комьев сухой глины и отрабо- танной смеси, брако- ванных стержней, угля Для размола глины и угля Для мокрого измель- чения угля i и е материалов Для просеивания и разрыхления наполни- тельной формовочной смеси и извлечения из нее ферромагнитных частиц Для просеивания на-' полнительной смеси в условиях нецентрали- здвэнного приготовле- ния смеси 3,2 . 0.9 Т/Ч 3.6 , 1.1 Т/Ч '6,3 . , 1.9 Т/Ч 15 , • 7 ;- ~ Т/Ч 4,5 29,2 8,9 1/4 3—10 т/ч 1 л о в 5 т/ч 75 кг/ч 0,5—1,0 т/ч 8 м8/ч 3 м3/ч
84
Продолмение табл. 25
Наименование оборудования Модель, типо- размер Область применения Производи- тельность
Сита барабанные 173М-1 Для просеивания от- 5 м3/ч
полигональные кони- 174М-1 работанных формовоч- 10 м3/ч
ческне 6 (см. рис. 4) 175М ных смесей в смесепри- 20 м’/ч
• 176М 178М 179 готовительном отделе- нии 40 м’/ч 80 м’/ч 125 м«/ч
Механическое сито • СМ-50 Для просеивания су- 30 м’/ч
F Л И В Я 8 Агрегат для приго- П р и г [©угол 198 хой смеси или сухого песка отопление ьной суспензии Для растворения гли- 4 т/ч
товления глиняно- угольной суспензии С м е ш и в а н и е и ны и смешивания гли- няной суспензии с ка- менным углем (порош- ком) разрыхление с м е < J е й
Бегуны смешиваю- 1А11 Для смешивания со- 3,5/1,9 т/ч
щие ’ с вертикально вращающимися катка- IA12 ставляющих при приго- товлении формовочных 5,0/3,0 т/ч
ми (см. рис. 7) Бегуны смешиваю- I15M и стержневых смесей Для смешивания со- 20 м’/ч
щне центробежные 116М2 ставляющих при приго- 30 м’/ч
с горизонтально-вра-* щающимися катками (см. рис. 8) Бегуны смешиваю- 1524 товлении формовочных смесей. Применяются в крупных литейных цехах То Же 80 м’/ч
щие непрерывного действия go сдвоенной чашей Разрыхлители ло- 16112 Для разрыхления 20 м8/ч
пастные (аэраторы). 16113 формовочной смеси пос- 40 м’/ч
см. рцо. 9 16114 ле ее приготовления 80 м’/ч
1 В числителе п 16115 риведены данные по песку с влажнс 125 м’/ч зстыо 10%,
в знаменателе — по глине. 2 Производительность зависит от диаметра рабочей камеры.
8 Размер ячеек сита 25X25 мм. 4 Размер ячеек сита 10X10 мм. 8 Диаметр отверстий полотна 20 мм. 8 Диаметр отверстий решетки 15 мм. ’ В числителе указаны данные при приготовлении облицовочных,-
а в знаменателе — стержневых смесей.
85
плужков 10 материалы с транспортера сгребаются в бункеры 5, 6 и 75,
расположенные над бегунами. Для дозирования формовочных материа-
лов бункеры 6 и 15 снабжены мерными дозаторами и автоматически дей-
ствующими челюстными затворами 4 и 16, с помощью которых материал
засыпается в бегуны. В бункер 5 подается формовочная глина. Бункер 5
снизу имеет дозатор и перекидной лоток 2, ври помощи которого глина
может подаваться в бегуны 1 или 3.
Рио. 10. Схема центрального смесеприготовительного
отделения
Приготовленная формовочная смесь из бегунов поступает на лен-
точный транспортер (на рисунке не показан) и передается в приемник
элеватора 9. Поднятая элеватором наверх смесь проходит через лопаст-
ной землеразрыхлитель 8 и по ленточному транспортеру 7 выдается
в формовочное отделение.
В случае применения единой формовочной смеси, когда в состав ее
входит значительный процент отработанной смеси, над бегунами уста-
навливаются два бункера: один — для свежего песка и другой — для
подготовленной отработанной смеси.
Глава III
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ И ОТЛИВОК
1. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА КОНСТРУИРОВАНИЯ
ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ
Разработке технологического процесса получения отливки должны
предшествовать рассмотрение технологичности конструкции детали и
внесение необходимых исправлений, направленных на сокращение
затрат труда, материалов и времени на изготовление моделей и форм.
При конструировании литых деталей должны соблюдаться такие
основные требования, как равностенность, отсутствие поднутрений
и большого скопления сплава в отдельных частях отливки, наличие ли-
тейных уклонов на внутренних и наружных стенках, плавные переходы
при сопряжении стенок и др.
Применением рациональной конструкции отливки достигаются
высокая производительность, сокращение объема механической обра-
ботки, повышение точности отливок и экономия металла (табл. 1).
2. ВЫБОР ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ
Положение отливки при заливке выбирается в зависимости от спо-
соба формовки, устройства литниковой системы, величины припусков
на обработку, размера опок и т. д. Выбор правильного положения
формы при заливке оказывает решающее влияние на качество отливки и
по существу предопределяет разъем формы и весь технологический про-
цесс формовки.
При разработке технологического процесса формовки надо руковод-
ствоваться следующими правилами.
1. Отливка в форме должна быть расположена так, чтобы наиболее
ответственные части, подвергающиеся механической обработке, на-
ходились в нижней части формы. На рис. 1 приведен рациональный спо-
соб формовки планшайбы токарного станка.
2. Отливки, имеющие форму тел вращения (цилиндровые гильзы,
барабаны’, шпиндели и др.) с обрабатываемыми наружными и внутрен-
ними поверхностями, должны заливаться вертикально или центробежным
способом. На рис. 2 показано положение шпинделя при заливке.
3. Отливки из сплавов с большой усадкой необходимо заливать
в положении, обеспечивающем направленное затвердевание металла,
а верхние части отливки питать прибылями. Рис. 3 иллюстрирует
положение при заливке стальных отливок и устройство прибылей.
4. Плоские плиты и диски, а также тонкостенные отливки необхо-
димо заливать в наклонном положении. На рис. 4 показано положение
при заливке плиты из марганцевой стали.
87
Требования к конструкции
отливок
Таблица 1
О»~_ТехиолоГ„ЧескИе Трс6ованип, предъявляемые к
Обрабатываемые приливы под болты, отверстия, опорные плоскости должны составлять одно целое с моделью и извле каться вместе с ней из формы / / /
поин»ПОЛОЖение взаимно пер- 2ых п^ярнь« обрабатывае- пМХя-ДЛ0СКОСТей не Должно соз- ‘’Sty inJ4ACTK0B’ не выполни- мых при формовке t 1
стиРгТ^еНИе ре5ер жестко- ипС ?.ВКе Должно совпа- дать или быть перпендикуляп- формы ИИ Ра3ъема Модели или
н 'правильная конструкция
Правильная конструкция
Продолжение табл. I
Правильная конструкция
ш
Требования к конструкции
отливок
Конструкция отливки не
должна иметь однознаковых
стержней
Не допускаются конструк-
ции, имеющие кривизну в двух
взаимно перпендикулярных
плоскостях# что усложняет
разъем модели
Неправильная конструкция
Кромки стенок я отверстий
в отливках из чугуна должны
быть окантованы для придания
им жесткости
E2ZC±ZEZ3
co
о
Продолжение табл. 1
Неправильная конструкция
Правильная конструкция
Требования к конструкции
отливок
стенокД°пплСКп^ТСЯ СОпРя?кения
ок П°Д острым углом что
J К об₽аз°ванию'уса-
дочных раковин и трещин
Рис. 2. Положение шпинделя при заливке: а —. отливка;
б форма
5. Форма при заливке должна иметь такое положение, при котором
стержни можно было бы устанавливать в форму легко и надежно без
крепления. Следует избегать применения подвесных стержней с одно-
Рис. 3. Устройство прибылей на отливках: а —*
верхняя прибыль; б — боковая прибыль
Рис. 4. Положение при заливке
плиты из марганцевой стали
сторонней посадкой, а также длинных, тонких, недостаточно закреплен-
ных горизонтальных стержней.
3. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ .ТОЧНОСТЬ, ОТЛИВОК
Под геометрической точностью следует понимать получение отли-
вок с достаточной размерной точностью, высоким качеством поверхно-
сти, точностью конфигурации и отсутствием пространственных откло-
нений.
Размерная точность чугунного и стального литья в песчаные формы
определяется по ГОСТ 1855—55 и 2009—55, которые предусматривают
три класса точности: Допускаемые отклонения назначаются:
по I классу точности — на размеры отливок массового производства,
формы для которых изготовляются машинной формовкой по металличе-
ским моделям;
92
по II классу точности— на размеры отливок серийного производ-
ства, формы для которых изготовляются машинной формовкой по дере-
вянным моделям;
по III классу точности — на размеры отливок единичного производ-
ства, формы для которых изготовляются вручную по деревянным
моделям.
Приближенную оценку качества поверхности отливок определяют
по ГОСТ 2789—73. Класс шероховатости поверхности определяется по
эталонам и по измеренным профилометром неровностям поверхности.
Классы шероховатости чистоты литых поверхностей, получаемых при
различных технологических процессах, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Классы шероховатости литых поверхностей
Способ изготовления Классы шероховатости по ГОСТ 2784—73
1 О А* 3 4 5 6 7 8
* отливок
Литье в песчаные формы + 4-
Литье формы в металлические + •+ 4-
Литье формы в. оболочковые 4- 4- 4-
Литье моделям по выплавляемым 4- 4- 4-
Литье под давлением 4- 4- 4-
Пространственные отклонения образуются из-за деформаций мо-
дели, формы, коробления отливки и неточности сборки форм. Указан-
ные отклонения устраняются путем систематического контроля моделей
и сборки форм, соблюдением режима охлаждения отливок.
Точность конфигурации отливок определяется технологическими
литейными припусками. Для уменьшения припусков надо создавать
условия направленного затвердевания отливок,, стремиться получать
отверстия литыми, сокращать остатки литниковой системы.
• 4. ФОРМОВОЧНЫЕ УКЛОНЫ
Формовочные уклоны придаются боковым поверхностям для об-
легчения извлечения модели из формы и стержня из стержневого ящика.
Если на чертеже детали (отливки) предусмотрен конструктивный уклон,
то формовочный уклон не дается.
В зависимости от характера поверхности отливки (обрабатываемая,
необрабатываемая), от способа соединения ее с другими обработанными
частями отливок, а также от различных отклонений уклоны могут быть
выполнены одним из трех способов (рис. 5): «в плюс»; в «плюс—минус»;
«в минус» (табл. 3).
93
Таблица 3
Формовочные уклоны поверхностей моделей и стержневых ящиков
(по ГОСТ 3212 —57)
Высота поверхности модели Н, мм Металлические модели (машин- ная формовка) Деревянные модели
Машинная формовка Ручная фор- мовка
Уклоны не более
а, мм а а, мм а а, мм а
До 20 Св. 20 до 50 » 50 » 100 » 100 » 200 » 200 » 300 » 300 » 500 » 500 » 800 » 800 » 1000 » 1000 » 1200 » 1200 1 1 1,5 2 * 2.5 3 О О О О >— СО 1111 000000 1 1 1 1 СО СО W Л ►-* О О О СИ СП Ч Ч Ч Ч Ч - 1 1,5 - 2 2,5 3 4 3° 1° 30' 1° 15' 0° 45' 0° 30' 0° 30' 1 1,5 2 2,5 3 4 5 6 7 8 3° 1° 30' 1° 15' 0° 45' 0° 30' 0° 30' 0° 30' 0° 30' 0° 30'
Примечание. Поверхности моделей, образующие в фор- мах болваны, рекомендуется выполнять с увеличенным формовочным уклоном.
Рис. 5. Формовочные уклоны на моделях: а — уклоны*
полученные увеличением толщины стенки («в плюс»);
б — уклоны,- полученные увеличением и уменьшением
толщины стенки («в плюс—минус»); в — уклоны, полу-
ченные уменьшением толщины стенки («в минус»)
«В плюс» выполняются уклоны при толщине необрабатываемой
стенки до 6 мм, в «плюс — минус» — при толщине необрабатываемой
стенки 6—12 мм и «в минус»— при толщине необрабатываемой стенки
свыше 12 мм. Для обрабатываемых поверхностей уклоны выполняются
«в плюс» сверх припуска на обработку.
94
Таблица 4
Припуски на механическую обработку для отливок из серого чугуна I, П и III классов точности, мм
(ПО ГОСТ 1855—55)
Номинальный размер, мм Св. 500 до 800 ►—« 1 1 1 1 9,0 7,0 8,0 7,0 оо о t'- 1 с.°. о СО ——' 11,0 9.0 1 о о Сч © с с счо* —• W—•
1 1 1 1 ю ю г- ю о из ОО U3 О U3 СП о’ о из ОСО о из ОСО о из с г- 1 1
9—• 1 1 1 ю ю Ю хГ 7,0 5,0 оо U3 О из со из о о ОО со 1 1 1 1
Св. 260 до 500 Ill 1 1 1 7,0 6,0 оо ОС СО оо СО СО* оо оь оо о СО о со о о — с? о о -о
4 1 1 1 1ЛО со ю оо ь~ из юю ь- о с о оо со из о со со Ю со со 9,0 7,0
1 1 юю ХГ со из из U3xr из из СО хг о © •> *> t^-U3 ю о ь^ю из из г-из 1 1 1 1
Св. 120 до 260 III U3U3 «V ОО г-Гю 7,0 5,0 оо СОЮ оо оо со 9,0 7,0 оо ООО оо О СО «"М оо о со
1 1 оо U3tP о из CD тГ U3U3 со хг оо rito О U3 со из оиэ со из оо оо со юю со © ] j
О Ю со ci ОО хг со оо U3xf О U3 О xf U3U3 СО ХГ из из СО хг оо rito 1J I
Св. 50 до 120 Ill U3U3 хГ СО оо Ю xf о U3 СО тГ о о г- из 7,0 5,5 оо оо со 9,0 7,0 о о ON 9,0 7,0 9,0 7,0
оо ' XF СО ЮЮ тг СО ОО U3 х?- о из СО хг 7,0 5,0 изо г-из юо г* ю юю г* ю о о ОС СО 1 1
— изо СЧСЧ о из со ci ЮО СОСО ю ю xF СО О© Ю хг О из СО хг ю ю CD хг ю о сою 1 1 1 1
До 50 ►—< U3 U3 со ci О о хГ СО ю ю xF СО оо U3 т)" оо •в * О хг О U2 Г" хг ОО Ю ю ю г^ю юю 1 1
изо »> * СЧ СЧ ЮО СЧ СЧ ю ю СО СЧ из из xf со О ю ю со изо из хГ о о СО ХГ о из со 1 1 1 1
Положение поверхности при заливке Верх Нич. 6nw Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок
Наибольший габаритный размер детали, мм До 120 Св. 120 до 260 с с и: С к с <с Cs д с Св. 500 до 800 Св. 800 до 1250 Св. 1250 до 2000 Св. 2000 до 3150 Св. 3150 до 5000 Св, 5000 до 6300 Св. 6300 по 10 000 [
95
— . Пподолйкение табл. 4
Наибольший габаритный размер детали, мм Положение поверхности при заливке . Номинальный размер, мм 1
Св. 800 до 1250 Св. Г250 до 2000 Св. 2000 до 3150 Св. 3150 до 5000 Св. 5000 до 6300 Св. 6300 ДО 10000
1 1 11 1 111 1 | II | III 1 1 1 11 I 111 I II ! III II 1 III III
До 120 Верх Низ, бок — ___ — — — — — — — —
Св. 120 до 260 Верх Низ, бок — — / — — — — — — — 1 —
Св. 260 до 500 Верх Низ, бок — — — 1 — —— — J — —-
Св. 500 до 800 Верх Низ, бок — — — —— — — — — —
Св. 800 до 1250 Верх Низ, бок 7,0 5,0 8,5 6,5 ю.о 7,5 f ~ 1 —— — —— — — "" 1
Св. 1250 до 2000 Верх Низ, бок 7,5 5,5 9,0 6,5 10,0 8,0 8,0 6,0 10,0 7,5_ ы — — — —
Св. 2000 до 3150 Верх Низ, бок 8,5 6,5 | 10,0 7,0 11,0 9,0 9,0 6,5 11,0 8,0j 12,0 9,0 9,5 6,5 12,0 | 9,0 | 14,0 10,0 — V— — — —
Св. 3150 до 5000 Верх Низ, бок 9,0 6,5 10,0 7,0 1 12,0 9,0 9,5 7,0 1 11,0 8,0 14,0 11,0 10,0 7,5 12,0 9,0 15,0 | 12,0 1 11,0 8,5 13,0 I 10,0 I 16,0 13 0 — —
Св. 5000 до 6300 Верх Низ, бок « 11,0 8,0 13,0 1 10,0 1 — 12,0 9,0 14,0 I 11,0 | •— 13,0 10,0 16,0 13,0 14,0 11,0 18,0 15,0 15,0 I 12 0 20,0 1 7 Л
Св. 6300 до 10 000 Верх Низ, бок м, 1» — 14,0 11,0 —— — 16,0 13,0 — — ! 18,0 15,0 20,0 1 17 0 22,0 1 л л 24,0 1
дует понимать наибольшее^^асстояние^^жл для Устан°вленяя припусков базисной поверхности или от оси летаЛ обрабатываемыми п ‘ v 1 и Z 1 , и 4а механическую обработку еле- 1 ОВеОХНОСГЯМИ ИЛЛ ПйСГТпаРиа пт 1
- ~ поверхности. г < .
Таблица 5
Припуски на механическую обработку для стальных отливок I,- II и III классов точности, мм
Липницкий
Наибольший габаритный размер детали, мм Положение поверхности при заливке Номинальный размер, мм
До 120 / Св. 120 до 260 1 1 Св. 260 до 500 Св. 500 до 800 Св. 800 до 1250
1 II Ill I II III I II III I II III 1 11, III
До 120 Верх Низ, бок 3.5 3,0 4,0 4,0 5,0 4,0 МММ, —— — — — — — —
Св 120 до 260 Верх Низ. бок 4,0 3,0 5,0 4,0 5,0 4,0 5,0 3,5 6,0 4.0 6,0 5,0 — —• — — — —- — —
Св 260 до 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 — — —JZ— —
Св. 500 до 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 7,0 5.0 10,0 7,0 11,0 7,0 «—» #<• И”
Св. 800 до 1250 Верх 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 8,0 6,0 10,0 8.0 12,0 8,0 9,0 6.0 11,0 8,0 13,0 9,0'
Св. 1250 до 2000 Верх Низ, бок 8,0 6,0 9,0 7,0 10,0 7,0 8,0 6,0 10,0 7,0 11,0 8,0 9,0 6,0 10,0 8,0 12,0 9,0 9,0 7,0 11,0 8,0 13,0 9,0 9.0 7.0 12,0 9,0 14,0 10.0
Св. 2000 до 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 10,0 8,0 12,0 9.0 14,0 10,0 11,0 8.0 13,0 10,0 15,0 11,0
Св. 3150 до 5000 Верх Низ, бок 10,0 8,0 10,0 8, U 12,0 9,0 10,0 8,0 11,0 8,0 13,0 10.0 1 1.0 8,0 12,0 9,0 14,0 11,0 12,0 8,0 13,0 9,0 15.0 1-1,0 12,0 9.0 13.0 10.0 16,0 12,0
Св 5000 до 6300 Be"'1' Низ, бок ММ 12,0 9.0 — 13,0 9,0 14,0 10,0 МММ 13,0 10.0 15,0 11.0 14,0 10,0 16,0 12,0 14,0 11,0 18,0 13.0
Св. 6300 до 10000 Верх Низ, бок •мм — — •— — —• 16.0 12,0 — 1 “ 18,0 13,0 — 20,0 14.0
'ние табл. Св. 6300 до 10 000 III 1 j 1 1 1 1 1 1
8 с о о. Св. 5000 до 6300 1 1 1 1 1 1 1
а-шер, мм Св. 2000 Св. 3150 до 3150 до 5000 • 1 III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
мипальный р; 1 111 1 1 1 1 1 1 1 1 1
о I 1 1 1 1 1 1 1
• “ . 1 |~ 1 1 1 1 1
;в. 1250 до 2000 Ill 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
J- gPg о и я * gS ч Оя о ° я с с Я ~ S 5 Л « я а н л ь ®.з ЕС * я сх До 120 Верх — Т-Тич. — Св. 120 до 260 Верх — Низ, бок — Св. 260 до БОО Верх — НИЗ; бок — Св. 500 до 800 Верх — Низ, бок — •
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 33,0 26,0
1 1 1 1 1 1 1 1 25,0 20,0 о о со см см см
1 1 I 1 1 j 1 1 20,0 16,0 1 1 /
1 1 1 1 1 1 20,0 16,0 23,0 17,0 25,0 18,0
оо оо
1 1 ОСО •—< 1 1
О о
1 1 1 1 о сч я». 1 1 1 1
1 1 1 I о о Г- со оо ОО 21,0 15,0 23,0 16,0
ОС. оо ОО
1 1 1 1 14, 11. 14, 11. U5 см 1 1 WVW4
1 1 1 1 оо см" о* »“« о о •» «ь со О г—« 1 1 1 1
Г1 16,0 11,0 о о CD CN ♦—» • ОО •> l'-СО Г—м < 20,0 14,0 22,0 15,0 !
1 1 о о •* »• та 1 1 о о та о о соо •—н оо » * т —< »“Ч »““« | |
1 1 оо о*< о о см оо •—н о о со о 1 1 | |
-
Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок Верх Низ* бок Верх Низ, бок Верх Низ, бок
. 800‘ 1250 1250 2000 2000 3150 3150 5000 5000 6300 6300 10 000
Св До Св. ДО Св. ДО Св. До Св. До Св. до
98
Таблица 6
Припуски на механическую обработку отливок
из сплавов цветных металлов при литье в песчаные формы, мм
Наибольший габаритный размер детали» мм Положе- ние по- верхности при за- ливке Про- стые Слож- ные Про- стые Слож- ные Про- стые Слож- ные
Массовое производство Серийное производство Индивидуаль- ное произ- водство
До 50 Верх Низ, бок 1,0 0,5 1,0 0,5 1,5 1«0 1,5 1.0 1.5 1,0 2,0 1.0
Св. 50 до 120 Верх Низ» бок 1,0 0,5 1,5 1,0 Ъб 1,0 2,0 1,5 2.0 1,5 2,5 2,0
Св. 120 до 260 Верх Низ, бок 2,0 1,0 2,5 2,0 2,5 2.0 3,0 2,0 3,0 2,6 3.5 3,0
Св. 260 д® 500 Верх Низ, бок 3,0 1,5 3,0 2,0 3,0 2,-0 5,0 3,5 5,0 4,0 6,0 4,0
Св. 500 д® 800 Верх Низ, бок 3,0 2,0 4,0 3,0 4,0 3,0 5.0 3.5 5,0 4,0 7,0 5.0
Св. 800 дэ 1250 Верх Низ, боя 4,-0 3,0 5,0 4,0 5,0 4,0 6,0 4.5 6,0 4,5 8.0 6.0
Св. 1250 до 2000 Верх Низ, бок 4,0 3,0 5,0 4,-0 5,0 4.0 7,0 5.0 7,0 5,0 9.0 7.0
Св. 2000 до 3150 Верх Низ. бок — — 7Д) 5,-0 9.0 6.0 9.0 7,0 11,0 9,0
Св. 3150 до 5000 Верх Низ, бок — 8,0 6,0 10,0 8,0 10,0 • 8.0 13.0 10.0
Св. 5000 Верх Низ. бок — — 9,0 7,0 12,0 10.0 12,-0 10,0 15,0 12,0
Таблица 7
Отрицательное припуски на размеры моделей, мм
100
5. ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ ОТЛИВОК
Припуском па механическую обработку отливки называется тол-
щина слоя металла, предназначенная для снятия механической обра-
боткой. Величина припуска назначается по ГОСТу в зависимости от
сплава, класса точности, наибольшего габаритн’ого размера отливки,
а также от положения обрабатываемой поверхности при заливке. Уста-
новлены три класса точности изготовления отливок из серого чугуна и
стали и соответственно три класса припусков на механическую обра-
ботку (табл. 4 и 5). Припуски на механическую обработку отливок из
сплавов цветных металлов даны в табл. 6.
Для обеспечения точных размеров отливок при ручной формовке
необходимо уменьшать размеры моделей на величину, равную отрица-
тельному припуску; это требование вызвано тем, что при расталкивании
моделей перед их извлечением из форм размеры последних увеличи-
ваются (табл. 7).
6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ
И ПРИБЫЛЕЙ
Литниковая система представляет собой ряд соединенных в опре-
деленной последовательности элементов — каналов и предназначена
для заполнения форм металлом , а прибыли служат для питания отливок
в процессе кристаллизации. Иногда прибыль может быть связана кон-
структивно с литниковой системой.
Правильная конструкция литниковой системы должна обеспечивать!
непрерывную подачу по кратчайшему пути сплава в форму; спокойное
и плавное ее заполнение; улавливание шлака и других неметаллических
включений; не вызывать местных разрушений формы из-за большой ско-
рости и неправильного направления потока металла; создание направ-
ленного затвердевания отливки; минимальный расход сплава на литни-
ковую систему.
Литниковая система включает, как правило, следующие элементы:
1) стояк— вертикальный канал, соединяющий литниковую чашу
(воронку) со шлакоуловителем;
2) шлакоуловитель — горизонтальный трапецеидальный канал,
соединяющий стояк с питателями;
3) питатель — горизонтальный канал, соединяющий шлакоулови-
тель с отливкой;
4) выпор — вертикальный канал, расположенный на самой верх-
ней части отливки или сбоку; он служит для отвода газ'-в из формы и
наблюдения за ходом заполнения формы.
В зависимости от уровня подвода металла в формы различаются сле-
дующие конструкции литниковых систем (рис. 6):
1) горизонтальные— металл подводится в форму по разъему}
2) верхние — металл заливается непосредственно через стояк,
установленный на отливке (стояк может быть круглым, щелевым);
3) дождевые— металл подводится в форму через большое коли-
чество мелких питателей или через отверстия в фильтровальной сетке;
4) сифонные — металл заполняет форму снизу через один или не-
сколько питателей;
5) ярусные — металл подводится в форму на нескольких уровнях
по высоте отливки.
101
Выбор способа и места подвода металла к отливке следует осущест*
влить соответственно общим правилам для всех литейных сплавов!
подводить питание в форму таким образом чтобы исключить возмож-
ность размыва стенок формы; не располагать питатели в непосредствен-
ной близости от холодильников; конструкция литниковой системы
Рис. 6. Схемы литниковых систем о различным подводом ме-
талла к отливке: а — подвод металла по разъему формы;
б & верхний упрощенный подвод металла; в — дождевая
литниковая система; г — сифонная литниковая система
должна предусматривать заполнение прибылей горячим металлом для
более эффективного их действия.
Подвод металла к тонкому сечению отливки широко применяется
при литье из серого чугуна. Этим достигается одновременное затверде-
вание отливки в тонких и массивных сечениях. Для сплавов с повышен-
ной усадкой (стальное литье, ковкий чугун и некоторые сплавы цветных
металлов) необходимо устанавливать прибыли над массивными частями
отливок или боковые бобышки для питания отливок при их кристал-
лизации.
102
При расчете литниковых систем необходимо пользоваться рекомен-
дуемыми соотношениями площадей питателей, шлакоуловителя и
стояка Fu : Гш ; FC1 (табл. 8).
Таблица 8
Соотношения площадей питателей, шлакоуловителя и стояка
Рекомендуемые отношения Область применения
₽п = Лп ’ Л>т = » = 1-1 • 1 ; 1S * Для мелких и средних отливок из серого чугуна
Ад * ’fGT = 1 ’ Ь2 в 1*4 Для крупного литья из серого чугуна
Fn :^ет = 1 : : 1,2 Для мелких стальных отливок
Fa : : FeT = (1,04-1,5) : 1,0 : 1,0 Для средних и крупных сталь- ных отливок ।
^п • ’ ^ст = 3:2:1 Для литья из алюминиевых сплавов
* ^ст = 4:2’1 Для литья из магниевых сплавов
1 Наряду с приведенными соотношениями в целью более спо- койного заполнения формы металлом и очистки от шлака успешно применяются литниковые системы g соотношением 1 : 1.3 : 1,1.
Для отливок из медных сплавов площади сечений можно опреде-
лять из соотношений, рекомендуемых для чугунных отливок.
Расчет литниковой системы следует начинать с определения наи-
более важного элемента — сечения питателей (см2) по формуле
где Q— масса отливки, кг; Ку— удельная скорость заливкл, кг/см2-с;
продолжительность заливки, с.
Удельной скоростью заливки (кг/см2-с) называют количество ме-
талла (кг), проходящее через сечение, равное 1 см2 в 1 с. Ока колеблется
Для различных сплавов в следующих пределах:
Чугун . .......................... 1,0—2,5
Углеродистая сталь....................0,3—1,5
Оловянная бронза ............... 1.0—2,0
Латунь....................... 0.75—1.5
Алюминиевые и магниевые сплавы ........ 1,5 — 3,0
Продолжительность заливки оказывает большое влияние на каче-
ство отливки. В зависимости от конструкции и толщины стенок отливки
103
заливка формы может производиться с нормальной скоростью, медленно
и быстро. Формы для отливок машиностроения, как правило, зали-
ваются с нормальной скоростью.
Быстрая заливка применяется для тонкостенных отливок и при
сплавах с пониженной жидкотекучестью, медленная заливка — для
толстостенных чугунных отливок с целью получения плотных отливок
при минимальном расходе сплава на прибыли. "Ориентировочные значе-
ния продолжительности заливки
Таблица 9
Продолжительность заливки, с '
Масса отливки, кг Для отливок из серого чугуна Для стальных отливок
5 3—5 5—8
10 4—6 7—10
‘ 25 7—10 8—12
50 8—12 10—15
100 10—15 12 — 20
200 15—25 25—35
400 25—40 40—50
1 000 35—60 50—80
4 000 70—100 100—160
10 000 120—150 150—200
15 000 140—180 —
25 000 150—200 —*
для различных отливок из серо-
го чугуна и стали приведены в
табл. 9.
Пример расчета элементов
литниковой системы. Опреде-
лить площади элементов литни-
ковой системы для чугунной
отливки массой Q = 400 кг
при удельной скорости Ку —
~ 1,2 кг/см2 • с и продолжитель-
ности заливки / = 30 с
= 11 СМ2.
1 ’ ои
Площади сечений шлакоуло-
вителя и стояка определяются
из соотношения Лп : Fm : FeT =
== 1 i 1,1 i 1,15:
Fn-l,l = 11-1,1 =
= 12,1 см2;
^ст= ЛгМб = 11-1,15 =
= 12,7 cm2.
Диаметр стояка равен
Размеры шлакоуловителя могут быть определены по табл. 10,
а размеры питателей — по табл. 11.
На рис. 7 приведены отдельные элементы литниковой системы.
Площадь сечения питателей может выбираться по диаграмме,
приведенной на рис. 8, или по данным табл. 12.
Для заливки форм с массой металла до 100 кг применяются во-
ронки, размеры которых приведены в табл. 13. При ответственных
отливках в воронки и литниковые чаши устанавливаются фильтро-
вальные сетки (см. рис. 7, б).
Для средних и крупных отливок применяются литниковые чаши
(табл. 14 и 15).
В тех случаях, когда разливка больших порций стали произво-
дится из стопорных ковшей, позволяющих точно центрировать струю
металла по оси отверстия, применяются воронки, устанавливаемые
на форме.
При изготовлении отливок из сплавов, имеющих по сравнению
с чугуном повышенную усадку (например, из стали, алюминиевых
104
Таблица 10
Размеры шлакоуловителей, мм (см. рис. 7)
Площадь сечения, см’ При /1 — а При ft, — 1,25а
а h h
1,0 11 8 11 — —
1,3 12 . 10 12 11 8 14
1.6 14 10 14 12 9 15
2,0 15 12 15 15 10 17
2,5 16 13 16 15 11 19
3,15 18 14 18 16 12 21
4,0 22 18 22 18 13 25
5,0 24 19 24 22 16 27
6,3 26 20 26 24 18 30
8,0 30 27 30 26 19 35
10,0 34 28 33 30 22 38
12,5 38 30 38 34 26 43
16,0 42 34 v 42 38 29 48
20,0 48 38 48 42 32 52
Таблица 11
Размеры трапецеидальных питателей,- мм (см. рис. 7)
Высота h, мм
Площадь сечения, см2 3 5 8 1 > 16
а b а а h а h а •J
0,3 11 9 7 5 — — — — — —
0,5 18 16 11 9 8 5 — — — —
0,7 25 22 16 12 10 8 — — — —
0,9 31 29 19 17 12 10 — — — —
1,0 35 32 21 19 13 10 — — — —
1,2 41 39 25 22- 15 12 — — — —
1,4 48 45 29 26 18 15 12 У — —
1,8 61 59 37 34 - 22 19 15 12 12 9
2,2 75 72 45 42 31 25 19 16 15 12
2,5 85 82 51 49 31 28 21 18 16 13
3,0 95 92 57 54 39 36 25 22 19 16
бронз), на верхних и толстых частях отливки устанавливают обычно
прибыли — резервуары для жидкого сплава, питающего отливки при
их затвердевании и восполняющего сокращение их объема.
105
Обычно прибыли должны быть более массивными, чем питаемый
узел отливки, для того чтобы затвердевание их происходило в послед-
нюю очередь. В этом случае раковины сосредоточатся в прибылях
а отливка получится плотной, без пороков.
На рис. 9 показаны конструкции разных прибылей. На прибыли
расходуется большое количество жидкого металла, поэтому разра-
Рис. /. Элементы литниковой системы: а — стояк с литниковой
воронкой; б литниковая воронка с фильтровальной сеткой; в —
поперечные сечения шлакоуловителей; г — фильтровальная сетка;
д, е —- сечения питателей
ботаны методы, позволяющие уменьшать размеры прибылей при сохра*
нении той же эффективности питания отливки. Широкое применение
взамен обычных массивных прибылей (рис. 9, а) получили сферические
прибыли (рис. 9, б, в), которые охлаждаются с меньшей скоростью
по сравнению с цилиндрическими и прямоугольными прибылями.
Для более полного использования жидкого сплава прибыль при
помощи трубки соединяют с атмосферой (рис. 9, б); воздух, проникая
в прибыль, создает в ней давление, способствующее проникновению
жидкого сплава из прибыли в отливку. Если в прибыль установить
стержень-патрон (рис. 9, в) из газотворного вещества (например, мела),
106
Таблица 12
Площади сечений питателей для чугунных отливок массой до 200 кг
Масса отливки, Площадь сечения, смя Длина, мм Толщина стенок отливки, мм
3-5 5-8 8-10 10-15 15-20
кг питател ей Количество питателей
0-0,5 0,3—0,4 10—15 1 I 1 1 1
0,5—1 0,4—0,5 15—20 1 1 1 1 1
1-3 0,5—0,7 20—25 1 1 1 1 I
3—5 0,65—0,85 25—30 2 2 1 1 1
5-10 0,65—0,85 25—30 3 3 2—3 2—3 СО 1 О)
10-15 0.65—0,85 25 — 30 п 1 3 2 2 2
15—20 0,65—0,85 25—30 п 4 4 3 3
20-30 0,85—1 30—35 п 4 4 3 3
30-40 0,85—1 30—35 п 5 4 3 3
40—60 1 — 1,5 30—35 п 4 — 5 4 3—4 3
60—100 1 — 1,5 35—40 п 5—6 5 4—5 4
100—150 1 — 1,5 40—45 п 7 — 8 7 5—6 5
150—200 1 — 1,5 45—50 п 8—9 8 6—7 6
1 Число питателей (л) принимается г зависимости от конструк-
дни отливки.
Рис. 8. Диаграмма для определения площади сечений питате-
лей в зависимости от массы чугунных отливок и скорости
заливки:
/ к» быстрая заливка; 2 — заливка со средней скоростью;
. 3 ~ медленная заливка
107
Таблица 13
Размеры литниковых воронок
Таблица 14
Размеры литниковых чаш на один стояк, мм
Масса отливки/ КР Условная масса металла в чаше, кг R г G fl \ е d
До ю 3 50 30 18 12 6 50 36 20
10—20 5 60 40 20 15 8 65 45 24
20—50 10 90 50 30 20 10 80 60 28
50—100 20 105 60 35 25 12 100 72 32
100—200 30 110 70 40 31 13 ПО 78 36
200—350 50- 140 83 47 35 15 130 96 40
350—500 80 ' 160 90 50 35 17 150 110 45
500—650 100 170 100 56 38 19 160 115 50
650—800 140 190 115 66 44 20 180 125 55
800—1000 170 210 125 70 50 22 200 145 00
108
Таблица 16
Размеры литниковых чаш на два стояка, мм
Масса отливки, кг Условная масса металла в чаше, кг L В в, h £ г Гл а ь
До 100 20 175 130 125 100 70 25 12 35 100
100—250 40 230 170 160 130 90 30 15 45 130
250—400 60 270 200 190 150 ПО 35 18 50 150
400—600 80 310 230 220 180 125 40 20 60 180
600—800 140 350 26 0 250 200 140 45 22 65 200
800—1 000 170 385 290 270 220 150 50 25 70 220
1 000—1 500 250 430 325 295 245 170 58 28 80 240
1 500—2 500 330 485 365 340 275 195 65 32 90 270
2 500—5 000 470 545 405 380 305 215 70 36 100 300
5 000—10 000 680 605 450 425 340 240 80 40 ПО 340
то давление в прибыли повысится, и в связи с этим улучшится исполь-
зование жидкого сплава прибыли.
После охлаждения мелкие прибыли отрезают на специальных
станках, а крупные — отделяют с помощью газовой резки. Так как
эти операции отличаются трудоемкостью, то для облегчения удаления
прибыли 1 (рис. 9, г) от стальных и крупных отливок из чугуна и спла-
вов цветных металлов между прибылью и отливкой устанавливают
диафрагму 3 из огнеупорного материала, имеющую круглое отвер-
стие 2, через которое отливка питается жидким сплавом из прибыли.
Такие прибыли отделяются от отливки легким ударом молотка или
с помощью небольшого пресса.
В ряде случаев для ускорения охлаждения массивной части от-
ливки и перемещения усадочной раковины в верхнюю прибыль помимо
прибыли 1 с диафрагмой 3 применяется металлический холодильник 4
(рис. 9, д). Холодильники применяются также для выравнивания ско-
рости охлаждения отливки в местах резких переходов от тонких сте-
нок к более толстым; кроме того, они способствуют повышению плот-
ности в узлах скопления металла.
109
В 50-х годах литейщики Уралмашзавода разработали экзотерми*
ческие смеси для облицовки прибылей. Составляющими этих смесей
являются алюминиевый порошок или алюминиевая стружка, железная
окалина и глина. В качестве связующего (крепителя) применяется
жидкое стекло.
Из смеси по стержневому ящику изготовляется стержень-стакан
(рис. 9, е). Для устранения пригара и облегчения отрезки прибыли
нижняя часть стакана на высоте 20—30 мм изготовляется из обычной
жидкостекольной смеси (на рис. 9, е нижняя часть стакана заштрихо-
вана). Стаканы сушатся при температуре 200—240° С и- передаются на
формовочный участок. После изготовления формы удаляют модель
стакана, устанавливают стержень-стакан из экзотермической смеси
Рве. 9. Конструкции прибылей
и для надежного закрепления формовочная смесь вокруг стержня
уплотняется ручной трамбовкой. В процессе заливки полость стакана
заполняется металлом.
Алюминиевая стружка и железная окалина, входящие в состав
смеси, образуют термитную смесь, которая способна при воспламене-
нии к интенсивному горению. Развивающаяся при этом температура
достигает 3000° С.
Применение экзотермических смесей для обогрева прибылей позво-
ляет уменьшить расход металла на 50—60% по сравнению с расхо-
дом на обычные прибыли.
7. ОФОРМЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Разработка технологического процесса формовки при мелкосерий-
ном и индивидуальном производстве отливок заключается в нанесении
технологических указаний на чертеже детали. По этому чертежу из-
готовляются модель, стержневые ящики и литниковая система.
При серийном и массовом производстве по чертежу детали с нане-
сенными на нем технологическими указаниями разрабатываются чертеж
отливки, рабочие чертежи модели, ящиков, плит, шаблонов и т. д.
для модельного цеха.
Технологические указания наносятся на чертеж детали условными
обозначениями в соответствии с РТМ1-59 «Оформление чертежей мо-
дельно-литейной технологической разработки». Основные условные
обозначения приведены в табл. 16.
НО
Таблица 16
Условные обозначения технологических указаний на чертеже литой детали
к
к
№
Ф
В"
ет
№
со
о
asadced g
asodsed в ан
BHKdeao umbhe dAxH«>i
111
Продолжение табл. 15
to ----—-
Обозначения
Технологические указания
Обозначения
Технологические указания
Продолжение табл.
Обозначения
Гарантийный при-
пуск
Прибыль (/7р)
Технологические указания
Пр- №7
Пр. N
Обозначения
Отверстия,- пазы ..
углубления, кото-
рые не должны от-
ливаться
От одная при-
быль
Технологические указания
Глава TV
МОДЕЛЬНАЯ И СТЕРЖНЕВАЯ ОСНАСТКА
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Основные виды оснастки при изготовлении литейных форм из
песчано-глинистых смесей — модели и стержневые ящики. Классифи-
кация моделей и стержневых ящиков приведена в табл. 1.
Таблица 1
Классификация моделей и стержневых ящиков
Признаки классификации Характеристика
По роду материала По способу изготовления форм и стержней По характеру моделей По сложности По размерам: модели для ручной формовки модели для машинной формовки По конструктивному ис- полнению По прочности По точности изготовления Модели деревянные, металлические, де- ревометаллические# гипсовые, цементные, пластмассовые Модели для ручной или машинной фор- мовки, стержневые ящики для ручного или машинного изготовления стержней Модели разъемные^ неразъемные; стерж- невые ящики разъемные, вытряхные, разборные Модели простые, средней сложности н сложные Мелкие — до 500 мм, средние — от 500 до 5000 мм, крупные — св 5000 мм Мелкие —- до 150 мм< средние — от 150 до 500 мм, крупные — св. 500 мм Объемные, пустотелые, скелетныеf шаб- лоны Модели Ь 2 и 3-го клаесов,- gm. табл. 4 Модели 1, 2 иЗ-го класеов,- см. табл 5
Для единичного и мелкосерийного производства отливок наиболь-
шее распространение получили деревянные модели и стержневые
ящики; в отдельных случаях применяются гипсовые, цементные н
пластмассовые модели. Для серийного, крупносерийного и массового
производства применяются чугунные, стальные, алюминиевые, брон-
зовые или латунные модели и стержневые ящики (табл. 2).
115
Таблица 2
Материалы, применяемые для изготовления
модельной и стержневой оснастки
Материал Марка или состав Область применения Стой кость (количество съемов)
при руч- ной фор- мовке при ма- шинной формовке
Дерево Единичное и мел- косерийное произ- водство для моделей любых размеров и сложности До 100 До 1 000
Чугун СЧ 12-28—СЧ 18-36 Крупносерийное и массовое производ- ство для изготовле- ния моделей, стерж- невых ящиков, мо- дельных и сушиль- ных плит До 100 000
Алюми- ниевые сплавы —— Серийное и мас- совое производство для изготовления моделей и стержне- вых ящиков До. 3000 До 50 000
Строи- тельный гипс Гипс — 50%, во- да — 50% Для опытных и единичных отливок До 200 До 1 500
Порт- ланд- цемент 60% цемента (марок 4004-600), 40% древесных опилок или квар- цевого песка Для средних и крупных несложных моделей при ручной и машинной фор- мовке До 500 До 1 000
Пл аст- масса Эпоксидная смо- ла с наполнителем и отвердителем, самотвердеющий акрилат АСТ-Т Для отливок мел- ких и средних раз- меров при серийном характере произ- водства До 500 До 1 500 *
Выго- рающие мате- риалы Пенополистирол Для отливок при единичном произ- водстве ——
2. ДЕРЕВЯННЫЕ МОДЕЛИ И СТЕРЖНЕВЫЕ ЯЩИКИ
Материал для изготовления деревянных моделей и стержневых
ящиков должен удовлетворять следующим требованиям: сохранять
геометрические размеры (т. е. отличаться малым износом, минималь-
ным короблением, противостоять деформациям при изготовлении форм);
обладать хорошей обрабатываемостью; обеспечивать после обработки
чистую и гладкую поверхность моделей и стержневых ящиков.
Породы дерева, получившие наибольшее распространение при
изготовлении модельных комплектов, приводятся в табл. 3. В зависи-
мости от прочности деревянные модели и стержневые ящики делятся
на три класса (табл. 4),
116
Таблица 8
Породы дерева, применяемые для изготовления моделей и стержневых ящиков
Физико-механические свойства Предел прочности, кгс/см2 Область применения плот- Усушка, ность, о/ на рас. г/см3 на сжатие ТЯжение ыа изгиб Для средних и круп- 0.53 3—-5,7 440 870 830 ных моделей, шаблонов и стержневых ящиков Для неответственных 0,47 3,5—8,1 420 600 755 частей моделей и вспо- могательных частей в комбинации е сосной Для моделей художе- 0,5 7,8—1 1,5 350 1080 680 ственного литья и слож- ных моделей при серий- ном производстве Для мелких и сред 0,52 2,9 —5,0 370 1120 690 них моделей Для мелких и сред- 0,62 2,4 —5,7 530 1720 980 них моделей, а также как заменитель сосны для прочных моделей
Порода ' ,, дерева Характеристика древесины Сосна Смолистая древесина; хоро- шо обрабатывается в долевом направлении, имеет малое ко- робление и влагопроницае- мость, хорошо сопротивляется загниванию Ель Плохая обрабатываемость, имеет твердые сучки, выпа- дающие при обработке Липа Древесина однородного строения, хорошо обрабаты- вается; деформируется незна- чительно Ольха Хорошо обрабатывается в продольном и поперечном направлениях; устойчива в условиях повышенной влаж- ности Листвен- Обладает малой склон- ница ностыо к короблению и ма- лой гигроскопичностью; обра- батывается чисто, но более твердая, чем сосна
117
Продолжение табл. 3
оо
Порода дерева Характеристика древесины Область применения Физико-механические свойства
Плот- ность, г/сма Усушка, % Предел прочности, кгс/см2
на сжатие на рас- тяжение на изгиб
Береза Плотная однородная древе- сина# сильно деформируется; плохая сопротивляемость за- гниванию и червоточению во влажной среде; обладает хо- рошей обрабатываемостью Для небольших моде- лей и облицовки сред- них и крупных моделей, рекомендуется для ча? стей, изготовляемых механической обработ- кой 0,64 7,2—8,2 470 1750 1180
Бук Твердая, плотная, трудно- обрабатываемая древесина, подвержена деформации Для мелких и сред- них моделей высокой прочности и простых очертаний 0,72 5,0—8,1 460 1290 940 4
Клен Твердая, упругая древеси- на# хорошо обрабатывается; мало деформируется Для мелких и сред- них моделей машинной формовки; для облицов- ки ответственных частей моделей 0,64 3,4 —6,6 540 1550 1090
Ясень Плотная, твердая древеси- на; образует гладкие поверх- ности, склонна к загниванию во влажной среде Для мелких моделей машинной формовки; для облицовки поверх- ностей средних и круп- ных моделей 0,75 3,8 —7,0 510 1345 1150
Фанера Листы толщиной 2—12 мм; трудно обрабатывается, де- формируется мало Для плоскостных, тонкостенных моделей, ПОДМОДРЛЬНЫХ плит, для вычерчивания и изго- товления шаблонов — — —
ю Примечание. Физико-механические свойства соответствуют воздушно-сухой древесине влажностью 110%.
t
Таблица 4
Характеристика деревянная моделей и стержневых ящиков
Класс прочности Область применения Матеииал Особенности изготовления
1-й Для ответственных моделей с повышенной точностью руч- ной и машинной формовки при длительной их эксплуа- тации, а также для стержне- вых ящиков Клен; бук,- ольха, лист- венница и другая древе- сина 1-го сорта. Алюми- ниевый сплав для тонких частей модели Древесину следует применять с переклейкой. Неподвижные, соединения делать на клею с при- менением шурупов, а отъемные части в моделях для ручной формовки •— на металлических шипах (шпонках) в виде ласточкина хвоста. Модели тон- кие и непрочные по конструкции надо закреплять на деревянных подмоделъных щитках. Поверхность модели тщательно отделывать до гладкого состоя- ния и окрашивать последовательно не менее трех раз модельным лаком или нитроэмалью. Подъемы для удаления модели из формы устанавливать обя- зательно в врезкой их заподлицо е моделью
2-й Для моделей ручной фор- мовки периодического исполь- зования, а также для стерж- невых ящиков Ольха, сосна, другие породы 1 сортов липа и и 2-го Древесину следует применять с переклейкой. Неподвижные соединения делать на клею с при- менением шурупов и гвоздей. Модели надо изго- товлять из доевесипы и металлом не оковывать; отъемные части должны быть на деревянных шипах в виде ласточкина хвоста. Тонкие модели следует изготовлять цельными е подмодельными деревян- ными щитками. Поверхность модели отделать до гладкого состояния и окрасить модельным лаком. Подъемы устанавливать такие же, как в моделях 1-го класса
3-й Модели для ручной фор- мовки единичного использо- вания (менее трех —пяти съемов), включая скелетные и шаблонные модели 3-го клас- са, после использования не хранятся Сосна, ель и другие породы 2 и З-го сортов Простые модели в ряде случаев рекомендуется изготовлять без склейки древесины. Отдельные части модели следует соединять клеем или гвоз- дями. Поверхность модели доводить по возмож- ности до гладкого состояния; окрасить один раз модельным лаком и после этого зачистить стеклян- ной шкуркой
1 Требования к изготовлению стержневых ящиков всех классов прочности такие же, как и к изготовлению моделей.
На рис. 1 приведены модели, изготовленные по различным классам
прочности, а на рис. 2 — конструкции вытряхных и разъемного дере-
вянных стержневых ящиков. По точности изготовления модели под-
разделяются на три класса в зависимости от характера производства
и состава -модельного комплекта (табл. 5).
Рис. 1 Модели, изготовленные по различным классам проч-
ности: а — по 1-му; б по 2-му; в —- по 3-му классам
Таблица 5
Предельные отклонения свободных размеров деревянных моделей, мм
Размер модели, мм Класс точности
1 2 3
До 50 0,1 0,3 0,7
50—120 0,1 0,5 1,0
120—260 0,3 0,6 1,2
260—500 0,4 0,7 1,4
500—800 0,4 0,9 1,7
800—1 250 0,5 1,0 2,0
1 250—2 000 0,6 1,2 2,4
2 000—3 150 0.7 1,4 2,8
3 150—5 000 0,8 1,6 3,2
5 000—6 300 1,8 3,6 X.
6 300—1П 000 — — 4,0
Спаривание половин деревянных моделей осуществляется дере-
вянными или металлическими шипами (рис. 3). Внешняя окраска
моделей должна соответствовать требованиям ГОСТ 2413—67 (табл. 6).
120
Рис. 2. Конструкции деревянных стержневых ящиков: а, б — вы
тряхные; в разъемный
121
Таблица 6
Отличительная окраска деревянных моделей
Наименование частей и поверхностей моделей Отличительные признаки
Поверхности модели, соответствую- щие поверхностям отливок* не подвер- гающихся механической обработке Красная окраска для отли- вок из чугуна,- серая для от- ливок из стали, желтая — для отливок из сплавов цветных металлов
Поверхности модели, соответствую- щие поверхностям отливок, подвергаю- щихся механической обработке Черные пятна по основному фону
Поверхности стержневых знаков Черная окраска
Поверхности сопряжения моделей с их отъемными частями Окантовка поверхностей со- пряжений черней полосой
Скрепляющие части моделей (ребра жесткости), подлежащие заделке в фор- мах и стержнях Черные половы по основно- му фону в виде штриховки под углом
Прибыли, элементы литниковой си- стемы, приливы для отбора проб и об- разцов для испытаний От основного фона модели отделяются черной полосой по контуру сопрягаемых элемен- тов
а)
Рио. 3. Шипы -для спаривания
моделей: а — деревянные круг*
лые; б деревянные прямо*
угольные} а, е металлические
122
3. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
И СТЕРЖНЕВЫЕ ЯЩИКИ
Металлические модели и стержневые ящики применяются главным
рбразом при крупносерийном и массовом производстве. Их основные
преимущества — долговечность, точность и хорошее качество рабочей
поверхности. Материалы для изготовления металлических моделей
п стержневых ящиков указаны выше (см. табл. 2).
Рис. 4. Основные типы металлических стерж-
невых ящиков
Таблица 7
Толщина стенок металлических моделей и стержневых ящиков
Средний габаритный размер модели, мм Толщина стенок, мм
Алюминиевые сплавы Чугун
Модели Стержневые ящики Модел и Стержневые ящики
До 250 6—8 6—8 5—6 5—6
251—400 7—9 8—10 6—7 6—8
401—630 8—10 10—12 7—8 8 — 10
631-» юоо 10—12 12—15 8—10 10—12
1001-^1600 12—14 12—14 —
1601—2000 14—16 —- 14—16 •—*
123
б)
2
Рис.
7. Армирование металлических стержне-
вых ящиков
при помощи шарнира
О)
Ф8-12
$8-f2
Рио. 5. Спаривание частей ме-
таллических стержневых ящи-
ков при помощи штырей: ,
а — нерегулируемое соединение:
1 — штырь; 2 — втулка; 3 -
гайка; б — регулируемое соеди
пение: 7 — штырь; 2 — разрез-
ная втулка; 3 — направляю-
щая втулка; 4, 5 —> гайки
Таблица 3
I
Расстояние и размеры ребер жесткости
Толщина стенки модели, мм Толщина ребер жесткости, мм Расстояние между ребрами жесткости, мм Радиус сопря- жения ребра и модели, мм
6 5 150 3
7 6 150 5
8 6 200 5
9 7 200 5
10 8 220 6
11 8 220 6
12 10 250 6
13 10 250 8
14 10 300 8
1.4 12 400 '°
$0- 80
Рис, 6. Крепление частей металлических
ящиков: а — пг>и г,----- '
________ —пегшшических стержневых
в: а — при помощи болта с проушиной и бараш-
новой гайкой; б при помогай
Металлические модели и стержневые ящики делаются тонкостен-
ными (табл. 7), сплошные же модели изготовляются при малых габарит-
ных размерах (до 150 мм).
Для придания прочности тонкостенным моделям, имеющим значи-
тельные габаритные размеры на их нерабочих сторот/ах делаются
ребра жесткости (табл. 8).
Конструкция металлических стержневых ящиков зависит в основ-
ном от конфигурации и способов изготовления стержней. Основные
типы металлических стержневых ящиков приведены на рис. 4.
Половины стержневых ящиков центрируются при помощи штырей,
которые могут быть нерегулируемыми и регулируемыми (рис. 5), а креп-
ление стержневых ящиков осуществляется болтами с проушиной в
барашковой гайкой или шарнирами (рис. 6). Края стержневого ящика
в плоскости разъема и в плоскости набивки армируются стальными
планками толщиной 3—4 мм, которые прикрепляют шурупами диа-
метром 5—6 мм (рис. 7).
!
1
124
Глава V
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ
ФОРМ
Изготовляемые в настоящее время разнообразные отливки требуют
применения многих способов, причем каждый из них рационален
только для определенной группы отливок. В табл. 1 приведены области
применения основных способов изготовления отливок.
Таблица 1
Области применения основных способов изготовления отливок
Способ изготовления Область применения
Лптье в песчаные формы Литье в металлические формы Центробежное литье Лптье в оболочковые формы Литье по выплавляемым моделям Литье под давлением Непрерывное литье Литье под разрежением (вакуумное всасывание) Отливки любых конфигурацийг размеров и массы Отливки простой и средней сложности мелкие и средние по массе и размерам в мел- косерийном, серийном и массовом производ- стве Мелкие и средние отливки серийного и массового производства* имеющие форму тела вращения Мелкие и средние стальные и чугунные отливки в серийном и массовой производстве, средней сложности о повышенной точностью и чистотой поверхности Мелкие отливки в основном из стали и руднообрабатываемых сплавов при серийном и массовом производстве* любой сложности, в большой точностью и чистотой поверхности Мелкие отливки любой конфигурации, о большой точностью размеров и чистотой поверхности, из цинковых, алюминиевых и латунных сплавов при крупносерийном и массовом производстве Длинные литые заготовки круглого и пря- моугольного сечения при массовом производ- стве Полые и сплошные литые заготовки круг- лого сечения из сплавов цветных металлов
Несмотря на большие преимущества специальных способов изго-
товления отливок (см. гл. XIV), самым универсальным и наиболее
распространенным является способ литья в песчаные формы.
126
1. КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ФОРМОВКИ
В зависимости от назначения и материала, из которого они изго-
товлены, различают следующие формы.
1. Формы разовые, служащие для изготовления только одной
отливки. Они изготовляются из песчано-глинистой смеси и благодаря
дешевизне, простоте и быстроте изготовления имеют наибольшее рас-
пространение в литейном производстве. К разовым формам относятся:
1) сырые формы (формовка всырую); 2) сухие (формовка всухую);
3) поверхностно подсушиваемые; 4) химически твердеющие формы.
Сырые форм ы. К их достоинствам следует отнести: сокра-
щение цикла изготовления отливок; повышение производительности при
формовке и выбивке; удешевление стоимости и др.
Наряду с этим сырым формам присущи недостатки, ограничива-
ющие их применение. Повышенная влажность и газотворность и недо-
статочная прочность приводят к образованию дефектов в виде песчаных
и газовых раковин, ужимин, иногда пригара и т. п. По этим причинам
сырые формы применяют только для отливок простой и средней слож-
ности массой до 50Э—1000 кг. При этом следует учесть, что сырые формы
изготовляют из высококачественных формовочных смесей и что формов-
щики должны обладать специальными навыками.
Сухие формы. Эти формы применяют для средних и круп-
ных отливок с большим объемом механической обработки и подверга-
ющихся испытанию под давлением. Хорошо просушенная прочная
форма, покрытая защитным елеем противопригарной краски, с высокой
газопроницаемостью, предотвращает образование пригара, ужимин,
газовых и песчаных раковин и других внутренних и внешних дефектов.
Поверхностно подсушиваемые формы. 1акие
формы применяются для ответственных отливок из разных сплавов
черных и цветных металлов массой 5000 кг и более. В состав облицо-
вочного слоя формовочной смеси вводятся быстротвердеющие связу-
ющие вещества — крепители СП, СБ и КТ. Длительность сушки сокра-
щается в 10—15 раз по сравнению с обычными сухими формами.
Химически твердеющие формы. Для изготов-
ления химически твердеющих форм применяют смеси, в которых в ка-
честве крепителя используют жидкое стекло. Формы, изготовленные
из такой смеси, обладают способностью быстро затвердевать при об-
дувке или продувке их углекислым газом.
2. Формы полупостоянные, применяемые для средних и крупных
отливок простой конфигурации (барабаны для текстильных и бумаго-
делательных машин, изложницы, крупные плиты и т. п.). Эти формы
изготовляются из высокоогнеупорной смеси, состоящей в основном
из шамота и кварцевого песка. После изготовления такие формы тща-
тельно просушиваются.
3. Формы постоянные, применяемые в серийном и массовом про-
изводстве. Такие формы изготовляются из чугуна и стали.
2. ФОРМОВОЧНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Для изготовления форм и стержней применяются различные
инструменты, причем наиболее полный набор—при формовке вручную.
При машинной формовке, где выем модели из форм механизирован и
совершается настолько аккуратно, что обеспечивается целостность
форм, и в очень редких случаях требуются незначительная отделка и
127
Таблица 2
Формовочные инструменты и их назначение
Эскиз
Назначение инструмента
Круглые сита или прямо-
угольные для просеивания об-
лицовочной формовочной смесп
при нанесении ее на модель.
Диаметр сит — 400—500 мм;
ячейки сита 2—4 мм
Лопата прямоугольная для
наполнения опок формовочной
смесью. При выкапывании ям
и формовке в почве применяют-
ся лопаты в заостренным кон-
цом
Трамбовки для уплотнения
смеси в опоках и стержневых
ящиках. При работе на верста-
ках применяется ручная трам-
бовка а; для уплотнения смеси
в средних и крупных опоках
или стержневых ящиках —
трамбовка б. Наибольшее рас-
пространение имеют пневмати-
ческие трамбовки со сменным
наконечником
Ватерпас — уровень для про-
верки горизонтальности уста-
новки реек и моделей при фор-
мовке в почве
Льняная кисть для смачива-
ния формы по очертанию мо-
' дели перед выниманием ее из
формы, при ремонте повре-
жденных мест формы для ок-
рашивания форм
Волосяные щетки-косм атки
для сметания песка о моде-
лей и отделанных поверхно-
стей форм и стержней
12а
/7родолжение гпаЪл. ‘2
Эскиз
Назначение инструмента
Стальные иглы-душники
для накалывания вентиляцион-
ных каналов в формах и стерж-
нях
Подъемные крючки (остро-
конечные и винтовые) для вы-
ема из форм мелких и средних
моделей. Для выема крупных
тяжелых моделей, изготовляе-
мых со специальными ушками,
применяются двусторонние
крюки и двусторонние стяжки
Гладилки для отделки форм
и прорезки питателей
Карасики для прорезки пи-
тателей в мелких и средних
формах
5
А. М. Липницкий
129
Продолжение табл. 2
Эскиз
Назначение инструмента
250-бООмм
Крючки для заглаживания
углубленных узких частей фор-
мы, а также для удаления за-
соров
Полозки-ланцеты для отдел-
ки и исправления узких углуб-
ленных радиальных поверхно-
стей форм и стержней
Набор гладилок для отделки
углов, галтелей и других мало-
доступных частей форм и стерж-
ней
Пульверизаторы для поверх-
ностного увлажнения форм и
стержней# нанесения противо-
пригарных покрытий — кра-
сок# упрочняющих растворов
Ручные мехи; пневматиче-
ские сопла и пылесосы для
удаления пылив нагара (при
сухих формах) и мусора из
форм
130
ремонт форм, применяется весьма ограниченный набор инструмента.
В табл. 2 приводятся данные о формовочных инструментах.
Опоки. Основные требования, предъявляемые к опокам: высокая
прочность, жесткость и минимальная масса. Материалами для опок
л)
Рис. 1. Опоки: а — ручные; б — комбинирован-
ные; в — крановые
являются чугун СЧ 15-32 или СЧ 18-36, низкоуглеродистая сталь нор-
мального качества, алюминиевые и магниевые сплавы.
Опоки подразделяются по ГОСТ 2133—57 на цельнолитые, сварные
и свертные. По конфигурации различают опоки прямоугольные, фасон-
131
О
О
оо
•—<
л
о
о
о
ю
CQ
О
к
<С
И
к
ч
о
я
л
Алюминиевый сплав
к
а
<и
£
132
ныс и круглые, а по массе опоки разделяются на три категории: ручные
(рис. 1, fl), комбинированные с ручным и крановым подъемом (рис. 1, б),
крановые (рис. 1, в). Классификация опок дана в табл. 3.
При выборе размеров опок следует учитывать, что чрезмерно боль-
шие опоки вызывают излишние затраты труда на уплотнение формовоч-
ной смеси, а также нецелесообразный расход смеси, малые же опоки
могут вызвать брак отливок вследствие продавливания металлом низа
формы, ухода металла по разъему и др.
В табл. 4 приведены данные о наименьшей толщине слоя формовоч-
ной смеси на различных участках формы.
Таблица 4
Толщина слоя формовочной смеси (мм) на различных участках формы
Виды форм Расстояние, мм
От модели до сте- нок опоки От модели до верха формы От модели до низа формы Между отдельными моделями
для ниж- ней полу- формы для верх- ней полу- формы
Заливаемые в сыром состоянии Мелкие Средние 20—30 50—75 35—60 75 — 100 50—75 100— 125 0,3 от высоты модели в солу- форме 0,5 от высоты модели в полу- форме
Заливаемые в сухом состоянии Средние Крупные 75—125 125 — 200 100— 150 150 — 250 100— 150 150— 250 75—125 75 —125
Опоки для безопочной формовки. Для без-
опочной формовки по модельным плитам применяются съемные конус-
ные опоки (рис. 2), изготовляемые из алюминиевого сплава. Для обес-
печения легкого съема опок с формы внутренние стенки опоки обра-
батываются (шлифуются). Верхняя опока снабжена по плоскости
разъема планками, которые при подъеме поддерживают формовочную
смесь полуформы.
При машинной формовке с целью взаимозаменяемости опок цен-
трирующие отверстия в ушках просверливаются по кондуктору. На-
ряду с этим в ушки опок запрессовываются стальные каленые втулки,
что дает возможность в случае износа втулок заменить их другими
и обеспечить точность спаривания опок.
В процессе эксплуатации опок, особенно при машинной формовке,
в результате нагрева и прогибания стенок межцентровое расстояние
между осями втулок может измениться, поэтому отверстие в одной
втулке — центрирующей делается круглым, а в другой — продолгова-
тым (рис. 3). Такое исполнение втулок позволяет без затруднений
спаривать опоки.
Спаривающие штыри. Штыри для спаривания полуформ при
сборке изготовляются из сталей 40—45, с закалкой и последующим
шлифованием. Различают спаривание при помощи съемных (контроль-
133
Рио. 2. Опока для безопочной формовки
134
Таблица б
Типы жеребеек п их назначение
Эскиз
Наименование жеребеек и' область
применения
Упорки — одностоечные жеребейки для
крепления крупных стержней. Размеры
пластины: аХ b от 25X 15 до 100X60 мм;
диаметр d стойки 5—9 мм; толщина пла-
стины 1,75—3 мм
Одностоечные жеребейки е двумя пла-
стинами для крепления мелких и средних
стержней. Размеры пластин: аХЬ от
10X10 до 10X14 мм; диаметр d стойки
2—3 мм; толщина пластины 0,5—1 мм;
высота Н 4—12 мм. При гидропрочных
отливках на стойке выполняется канавка
Двустоечные жеребейки о двумя пла-
стинами для крепления крупных стерж-
ней. Размеры пластин: аХЬ от 25Х 15 до
100X50 мм; диаметр d стойки 4—9 мм;
толщина пластины 1,5—3 мм; высота Н
16—90 мм
135
П родолженпе табл, 6
Рив. 4. Приспособление для шаблонной формовки
ных) или постоянных штырей, укрепляемых в ушках нижней опоки.
Первый способ имеет наибольшее применение при машинной формовке,
второй — при формовке вручную.
Приспособление для шаблонной формовки. Для формовки при
помощи шаблонов применяется приспособление (рис. 4), состоящее
136
137
I
Продолжение табл. 6
Вид формовки и схема
По разъемной модели в парных опоках
а подр^ой°Й модели <в парных опоках)
Вид формовки и схема
По модели с отъемными частями
По модельным плитам
Особенности способов формовки
Модель обычно состоит из двух частей;
каждая из них формуется в своей полу-
форме. После отделки формы устанавливают
стержни и собирают полуформы
Модель при установке на плиту не приле-
гает к ней плоскостью; между ними обра-
зуемся пространство, в которое при уплотне-
нии смеси в нижней опоке попадает смесь.
1 ладилкой или карасиком эта смесь сре-
зается,- вследствие чего образуется подрезка
как показано на эскизе
Область применения
При изготовлении отливок
в конфигурацией средней
сложности. Внутренние поло-
сти отливок оформляются
стержнями
При формовке по моделям
сложных очертаний и невоз-
можности изготовления разъ-
емной модели, так как одна
из ее частей будет непрочной
Продолженае табл, 6
Особенности способов формовки Область применения
При формовке выступающие части крепят к модели шпильками После обкладки мо- дели смесью ее обжимают у отъемных частей и вынимают шпильки При извлечении мо- дели отъемные части остаются в форме и они извлекаются по направлениям, указанным стрелками При наличии на модели не- больших выступающих частей в виде бобышек, платнков
Половины модели с плоским разъемом по разметке устанавливают на двух модельных плитах и укрепляют болтами; на этих же плитах крепится литниковая система При серийном изготовлений отливок и отсутствии формо- вочных машин нужных габа- ритов. При этом способе по- вышаются производитель- ность формовщиков и точ- ность отливок
Порядок изготовления формы: 1) изготов-
ление средней полуформы; 2) изготовление
нижней полуформы. 3) изготовление верхней
полуформы. Затем форму последовательно
разбирают, из каждой полуформы вынимают
часть модели и собирают форму
Прн моделях с наружными
выступающими частями вза-
мен применения стержней
CR □твет- жных 13ВОД- ення, У от- ов —
к и о е । СЛО я ЕГв «а о В ® я а г> от ЭД Д ЭД с о.эд 5 .
W ш д Е " h
<и S Я «*>. О bi 52 >- Л *ч“Ся 2 га ® К ш
с га к* ® Ь эд 3 га
<0 к Е схэд =Г
л н о CU *5 50 и н о о л К ед й « И эд 5 я с о- я 3g а> = 2 Sg3"-& 3 = £ .
о эд эд от К О ® ЭД-
СХЭД Ь Й «е я Я
f—' О CL »—* щ CD П1 стве В TOJ ливо стуц
Йо§ ЛЯ и Эд Д Я Д ЭД А н о й о « U
О cu й Ь ЕГ ° эд^ ® з
к ЭД CQ О » о 5 Я а> га 2С£ к я я ЯЮ о Ь £ а эд от <> z <и эд a S уч Л So ОэдХ я н я a Sj’S'
!ТИ СПОСОбОВ фор! отливка оформл ми в жакете ил рки применяют !нии формы пр н с телом для за ужит моделью дл гы: другим шаблс й смеси по толщ зготовления полу
О И к Я О « эд ц й О я Ч d 3 схч га О О о (U
№ 0J ю га я h О-с; х Р . =ЭД’9ч Ч О Я 3>>Q о
о л к с; о га а а 5 ЭД °
о О О га га 2 о о О S'— “• *; е< с £ . к хэ 2 ед ® s га
О) '» oJ 3 О ЭД £ СЗ ‘ QJ и н ® 3 . я га 2
CQ Э СХ® кой дД га х я а и 1— ОТ Я Си X е; Cl
эд-8-эд га от <и от f- я Ч га га га о о
140
из подпятника — башмака 7, в который устанавливается шпиндель 2,
стопорного кольца 3 и рукава 4, на котором крепится шаблон 5,
Жеребейки. Эти приспособления предназначены для укрепления
стержней при сборке форм. При изготовлении чугунных и стальных
отливок применяются стальные жеребейки, при изготовлении бронзо-
вых отливок — медные и алюминиевых отливок — алюминиевые же-
ребейки. Стальные жеребейки должны быть тщательно очищены от
масла, загрязнений и окислов и покрыты антикоррозионным покрытием
(гальваническое лужение, хромирование, кадмирование и т. п.). Наи-
большее применение имеют жеребейки, приведенные в табл, о
(ГОСТ 9062—59).
3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОРМ ВРУЧНУЮ
Способы формовки вручную классифицируются в зависимости
от материала формы и состояния ее перед заливкой (песчапо-глипистые
смеси, формовка всырую или всухую), применяемой модельной оснастки
(формовка по цельной или разъемной модели, по шаблону, скелетной
модели и т. п.), применяемых опок (формовка в почве в открытую и под
опокой, формовка в двух и нескольких опоках) и т. п. Характеристика
различных способов формовки вручную приведена в табл. 6.
Основные операции формовки
Основными операциями при ручной формовке являются следующие.
1. Подготовка модели. Проверяют состояние модели, очищают
ее от пыли при помощи косматки и протирают ветошью, слегка смо-
ченной в керосине.
2. Установка модели и элементов литниковой системы на под-
модельную плиту.
3. Засеивание модели слоем облицовочной формовочной смеси;
при высоких моделях производится обкладка формовочной смесью
и установка опоки.
4. Крепление отдельных выступающих частей формы железными
проволочными крючками, смоченными в жидкой глине. Крючки
устанавливаются после засеивания модели облицовочной смесью.
5. Уплотнение формовочной смеси отдельными слоями толщиной
до 100—120 мм ручной или пневматической клиновидной трамбовкой
равномерно до необходимой плотности, без местных слабин или пере-
уплотнений. Верхний слой уплотняется плоской трамбовкой.
Степень уплотнения форм проверяется твердомером и зависит от
размеров отливки и особенно от ее высоты. Значения плотности набивки
форм приводятся в табл. 7.
6. Вентилирование формы с целью повышения ее газопроницае-
мости. Вентиляционные каналы в форме накаливаются душником,
причем эти каналы должны быть на расстоянии 10—25 мм от поверх-
ности модели во избежание заполнения их жидким металлам и порчи
модели. Все каналы должны выходить наружу формы или на поверх-
ность ее разъема.
При формовке в почве наколы делаются до слоя гари, заложенной
в постель, которая соединяется с атмосферой газоотводными трубами.
7. Разъем формы, извлечение 'модели и отделка формы. После
, набивки и накола вентиляционных каналов форма разнимается.
При расположении модели в верхней полуформе ее необходимо при-
141
Таблица 7
Поверхностная плотность набивки при ручной формовке
Масса ОТЛИВКИ» КР Высота от низа формы до литниковой чаши* мм Плотность набивки по твердомеру
при формовке всырую при формовке всухую
Низ формы Верх формы Низ формы Верх формы
До 25 До 150 20—35 15—25 •—i
25—100 » 300 35—50 30—40 —>- •—at
100—500 750 45—60 40—55 60—70 45—60
500—2000 1500 60—75 50—70 65—75 55—65
2000—5000 2500 •мв 75—85 65—75
Св. 5000 Св. 2500 ммЛ — 80—95 70—80
крепить к опоке при помощи крючка или подъема; крупные тяже-
лые модели прикрепляются к опоке болтами.
Перед извлечением модели формовочная смесь вокруг модели
смачивается водой, а для увеличения прочности углы формы прошпи-
ливаются. Наиболее тщательно следует прошпиливать участки у пита-
телей, углы и выступы. Головки шпилек необходимо углубить, а затем
прогладить поверхность формы. После этого ударами молотка по вре-
занной в модель металлической планке модель расталкивается и уда-
ляется из полуформы.
Поврежденные участки формы смачивают жидким раствором
глины, восстанавливают формовочной смесью и прошпиливают формо-
вочными шпильками.
8. Припыливание или окрашивание поверхности формы для уве-
личения ее противопригарности. Формы всырую припыливают из
мешочка древесным углем, графитом или цементом. После припылива-
ния графитом поверхность формы следует прогладить, а затем слегка
сдуть избыток припыла. Жидкие противопригарные составы распы-
ляются по поверхности форм пульверизатором.
Формы всухую окрашивают формовочной краской один или два
раза.
9. Спаривание полуформ, установка литниковых чаш и наростков
для выпоров и прибылей, скрепление формы хомутами или нагрузка
балластом.
Формовка в почве
Для отливок, имеющих плоскую поверхность, которая не подвер-
гается механической обработке (например, плиты для настила, опоки,
каркасы стержней и подобные отливки), применяется формовка в почве
в открытую, а при отливках с фасонной поверхностью — формовка
под опокой.
Для мелких отливок применяется мягкая постель, при формовке
крупных тяжелых отливок во избежание продавливания основания
142
постели и с целью повышения газопроницамости формы — твердая
постель.
Приготовление мягкой постели. Мягкая постель в почве изготов-
ляется для каждой отливки в отдельности, а при многих однотипных
отливках — общая мягкая постель. Для этой пели в земляном полу
литейного цеха выкапывают яму глубиной, превышающей высоту мо-
дели на 100—125 мм; габариты ямы должны быть больше габаритов
модели на 200—250 мм. На дне ямы оставляют четыре кучки смеси,
на которые укладывают деревянные рейки. Вместо реек можно уложить
два рельса. На рейки кладут линейку и уровнем (ватерпасом) прове-
ряют горизонтальность положения реек. В случае необходимости одну
из реек осаживают. Рейки окучиваются смесью, которую уплотняют,
затем вновь проверяют горизонтальность положения реек. Простран-
ство между рейками засыпают отработанной формовочной смесью
и излишек сгребают линейкой. На рейки укладывают бруски высотой
10—12 мм. Разровненную поверхность слоя отраоотанной смеси засе-
вают облицовочной смесью, снимают бруски и уплотняют возвыша-
ющийся слой смеси следующим образом: один из формовщиков при-
жимает линейку концом к рейке, а другой — приподнимает второй ко-
нец линейки и, опуская его, уплотняет смесь на участке в 300—400 мм.
После этого второй формовщик прижимает линейку к рейке, а первый —
линейкой уплотняет смесь. Окончательное выравнивание поверхности
и удаление получившихся при уплотнении смеси борозд достигается
при движении линейки вдоль реек. Полученную таким образом поверх-
ность засевают тонким слоем облицовочной смеси, на постель уклады-
вают модель и осаживают ее ударами молотка или трамбовки через
промежуточную прокладку.
На такой постели обычно формуют мелкие опоки, стержневые
каркасы, небольшие плитные настилы и т. п.
На рис. 5 изображена мягкая постель с заформоваиными карка-
сами для стержней.
Приготовление твердой постели. Так как приготовление твердой
постели является трудоемкой операцией, то такую постель стремятся
использовать несколько раз. Обычно для твердой постели в цехе отво-
дится специальная площадка. В полу выкапывается яма, глубина
которой на 300—400 мм больше высоты модели. Дно ямы плотно утрам-
бовывается (для очень крупных отливок дно ямы выстилается чугун-
ными плитами или кирпичом), после чего насыпается слой гари тол-
щиной 150—200 мм, который также утрамбовывается и выравнивается
мелкой гарью.
Для отвода газов, скапливающихся в слое гари во время заливки
формы, в почву в двух противоположных углах ямы затрамбовывают
в наклонном положении две газоотводные трубы диаметром 75—100 мм,
нижние концы которых упираются в гарь, а верхние— выступают над
почвой. Трубы сверху закрывают паклей для предохранения их от
засорения.
Слой гари покрывают слоем соломы толщиной 10—15 мм. Поверх
соломы насыпают просеянную наполнительную смесь и утрамбовы-
вают ее до толщины 100—150 мм. Поверхность этого слоя выравни-
вается линейкой, и затем душником диаметром 8 мм накалывают вен-
тиляционные каналы до слоя гари.
Приготовленная таким образом постель засевается облицовочной
смесью, причем толщина слоя должна быть 40—50 мм. После легкого
уплотнения в этом слое также накалывают вентиляционные каналы.
143
Затем приступают к формовке (рис. 6). В яму укладывают модель и
осаживают ее легкими ударами трамбовки по деревянной подкладке.
Забив по углам модели четыре деревянных колышка, вынимают ее
из ямы и проверяют равномерность уплотнения смеси; переуплотнен-
ные участки формы разрыхляют гладилкой и удаляют часть смеси,
а в неуплотненные участки добавляют смесь и окончательно осаживают
модель. Положив на модель груз, предохраняющий ее от перемещении
Рис. 5. Формовка каркасов в мягкой постели:
/ — постель; 2 направляющие рейки; 3 —* отливки
при уплотнении смеси, обкладывают бока модели облицовочной смесью,
затем насыпают наполнительную смесь, которую уплотняют клино-
видной трамбовкой. Затем добавляют смесь, уплотняют ее плоской
трамбовкой и очищают излишки смеси. Поверхность разъема прогла-
живают гладилкой и посыпают разделительном сухим кварцевым
песком. На нижнюю полуформу накладывают опоку с предварительно
обмазанными жидкой глиной стенками и ребрами и устанавливают
модели питателей шлакоуловителя, стояка и выпора. Плоскость разъема
и модель засевают облицовочной смесью, а модель стояка обклады-
вают смесью. Остальную часть опоки засыпают наполнительной смесыо
в два приема.
После первого наполнения опоки смесь уплотняют клиновидной
трамбовкой сильными ударами около стенок опоки и слегка над мо-
144
делыо. Очистив землю вокруг опоки, вплотную к ее стенкам забивают
в почву пять деревянных кольев и добавляют в опоку наполнительную
смесь, уминая ее ногами и утрамбовывая. Счистив излишек смеси,
накалывают вентиляционные каналы, удаляют модели стояка и вы-
пора, снимают верхнюю опоку, кантуют ее и укладывают на пол на
подкладки.
Верхнюю полуформу очищают от разделительного песка, удаляют
модель шлакоуловителя, исправляют поврежденные места, прорезают
фаски у стояка и выпора, прошпиливают, покрывают поверхность
Pug. б. Формовка в твердой постели: а — чертеж детали; б — мо-
дель; в — собранная форма; г — отливка
I — слой гари; 2 —* газоотводная труба; 3 — литниковая чаша; 4 —
обечайка
разъема противопригарным припылом и проглаживают его; после
этого приступают к отделке нижней полуформы. Очистив разъем от
разделительного песка, вырезают вокруг модели канавку и изогнутым
душником накалывают вентиляционные каналы.
Смесь смачивают по периметру модели, затем модель расталки-
вают и удаляют. После прорезки отводного канала выпора острые края
формы слегка смачивают и прошпиливают.
Накрыв по кольям верхнюю полуформу, устанавливают литнико-
вую чашу, заформованную обечайку для наращивания выпора и на-
гружают форму балластом.
Формовка в парных опоках
В современных условиях к отливке предъявляются высокие тре-
бования; главным из них является размерная точность. Это требование
полнее обеспечивается при формовке в опоках. Наибольшее распро-
странение получила формовка в парных опоках. Однако нередко,
145
особенно при сложных по конфигурации отливках, применяется фор-
мовка в трех, четырех и более опоках.
Схема формовки в парных опоках приведена на рис. 7.
Рис. 7. Формовка в парных опоках} а — чертеж детали; б — мо-
дель; в стержневой ящик; г — стержень; д — собранная
форма; е отливка
Формовка по плитам
I '
Раздельное изготовление нижних и верхних полуформ, при ко-
тором половины моделей монтируются на чугунных строганых пли-
тах, представляет собой сочетание способов формовки вручную и на
машинах.
На рис. 8 приведена схема формовки крупной модели по плитам.
Применение этого способа формовки позволяет исключить операции
146
прорезки вручную питателей и шлакоуловителей, сокращает объем
работ по отделке формы, уменьшает количество крановых операций и др.
Модельные плиты после снятия одних моделей могут быть исполь-
вованы для установки других.
1 —. чугунная строганая плита; 2 — направляющие штыри; 3 — опоки;
4 <— нижняя часть модели; 5 — приспособление для крепления модели к опоке;
6 шпильки для фиксирования моделей; 7 — чугунная строганая плита;
в — верхняя часть модели; 9 опока
Формовка в жакетах
Этот прогрессивный способ формовки применяется в мелкосерий-
ном и серийном производстве для средних и крупных отливок сложных
очертаний.
При формовке в жакетах внутренние и наружные очертания отливки
выполняются в стержнях. Условно жакеты могут быть разделены на
разовые, полупостояиные и постоянные.
Формовка в разовых жакетах. При этом способе формовки стержни,
оформляющие как наружные, так и внутренние очертания отливки,
устанавливаются в песчано-глинистой форме.
Формовка в полупостоянных кессонах-жакетах. Схема изготовления
формы чугунной станины строгального станка, собранной из стержней
в кирпичном кессоне-жакете, показана на рис. 9. На дно кессона 1
по шаблону укладываются холодильники, а затем—стержни 2, обра-
зующие наружные поверхности отливки. Сборка стержней произво-
дится по установочным шаблонам; прямолинейность стержней про-
веряется линейкой; швы между стержнями замазываются графитовой
пастой. Такая форма подсушивается в течение 0,5—1 ч.
147
После сушки в форму устанавливают стержни 4, образующие вну-
тренние полости отливки. Стержни собирают в порядке их нумерации
по технологической карте. Сверху форму накрывают чугунной пли-
той 3. В местах соприкосновения металла с плитой сделаны пазы,
в которые вставляют стержни. В плите имеются отверстия диаметром
20 мм, расположенные на расстоянии 150 мм одно от другого, что дает
возможность газам свободно выходить из формы.
Литниковая система выполняется также в стержнях. Литниковая
чаша и наростки выпоров устанавливаются на чугунную плиту в местах,
где сделаны отверстия для стояков. Литниковая чаша крепится к плите
при помощи клиньев.
После заливки и остывания отливки в течение установленного
времени ее извлекают из кессона, который после этого очищают от
бстатков стержней для сборки следующей формы.
Рис. 9. Формовка в полупостоянном кессоне-жакете
Кирпичная кладка . кессона может выдержать без ремонта 20—
25 заливок.
Механизированный кессон-жакет. Применение механизированного
раздвижного кессона-жакета позволяет в одном жакете собирать стерж-
невые формы для крупных отливок разных размеров (рис. 10). На дно
железобетонного котлована 1 укладывают чугунные плиты 10, служа-
щие постелью для формы. Две вертикальные стенки кессона 4 и 6
прочно соединены с бетонным котлованом, а стенки 2 и 8 передвигаются
на катках 9, связанных со специальным механизмом передвижения.
При необходимости изменения размеров кессона стенки 2 и 8 пере-
мещают.
Полуформы собираются по центрирующим штырям 3 и 7 и кре-
пятся болтами 5. Стенки и постель кессона имеют принудительное
воздушное охлаждение.
Сборка стержней в кессоне-жакете осуществляется в такой после-
довательности. В базовый угол, образуемый двумя неподвижными
стенками 4 и 6, устанавливают первый стержень, а к нему вплотную —
все остальные стержни первого ряда, которые затем окончательно сбли-
жаются передвижными стенками 2 и 8 кессона-жакета.
После сборки первого ряда стержней производится установка
керамических элементов литниковой системы в специальные пазы,
выполненные в стержнях. Горизонтальные замки промазываются гли-
ной, а вертикальные — заполняются формовочной смесью для герме-
тизации собранной формы.
148
Затем приступают к сборке в таком же порядке второго ряда
стержней. Подвижные стенки кессона запираются домкратами и зазоры
между стержнями и металлическими стенками кессона-жакета запол-
няются формовочной смесью. После этого нижняя полуформа накры-
вается верхней и производится операция подготовки к заливке: скреп-
ление, установка чаш и т. п.
Рио. 10. Механизированный раздвижной кессон-жакет
Описанный способ изготовления форм для крупных отливок дает
возможность исключить трудоемкую операцию по изготовлению твердой
постели, сократить время остывания отливки и увеличить ее точность,
улучшить организацию труда.
Химически твердеющие формы
Для изготовления химически твердеющих форм употребляются
смеси, в которых в качестве крепителя применяется жидкое стекло.
Облицовочный слой жидкостекольной смеси наносится на модель слоем
толщиной 20—40 мм, а остальной объем опоки заполняется наполни-
• тельной смесью.
Все операции по изготовлению формы выполняются в такой же
последовательности', как и при формовке с применением песчано-глини-
стых смесей. После отделки формы продуваются углекислым газом и
они быстро затвердевают (см. гл. VII).
Комбинированные формы. Дальнейшим этапом применения хими-
чески твердеющих смесей является использование их для изготовления
комбинированных форм с оболочковыми вставками и стержнями.
На рис. 11 показана такая форма для крупной отливки подушки ра-
бочей клети прокатного стана.
Для изготовления оболочек (рис. 11, а, б) применяется разъемная
модель. Тщательно натертые графитом половины модели укладывают
на строганые подмодельные плиты и устанавливают прочные дере-
вянные разборные жакеты. Расстояние между стенками жакета и
моделью должно быть около 150 мм, и это пространство заполняется
149
химически твердеющей смесью, которая уплотняется пневматической
трамбовкой или пескометом.
После уплотнения смеси линейкой сгребают излишек смеси и
в горизонтальной поверхности накалывают отверстия диаметром 8 мм
с шагом 150 мм.
Для упрочнения оболочки применяется сварная арматура.
Вертикальные стенки облицовочного стержня твердеют при про-
дувке их углекислым газом через отверстия диаметром 10 мм, про-
сверленные в стенках жакета. Твердение горизонтальной поверхности
происходит при продувке углекислого газа через наколы. Отвержден-
Рис. II. Комбинированная форма: а — нижняя оболочка; б —
верхняя оболочка; в — оболочковый центровой стержень; г —
собранная форма; д — отливка
ный облицовочный стержень вместе с жакетом и подмодельной плитой
кантуют на 180°, затем снимают жакет и удаляют модель.
Центровой стержень (рис. 11, в) изготовляется полым, с толщиной
стенок примерно 150 мм, также из химически твердеющей смеси.
Форма собирается в жакете, состоящем из двух опок без ребер.
Нижнюю опоку укладывают на выровненную и уплотненную площадку
и засыпают наполнительной смесью, которую сильно уплотняют. На
приготовленную таким образом постель укладывают облицовочный
стержень; пространство между стержнем и стенками жакета-опоки
заполняют формовочной смесью и слегка утрамбовывают.
В нижний облицовочный стержень устанавливают центровой стер-
жень и накладывают верхний облицовочный стержень. Пространство
между верхней опокой и верхним стержнем заполняется металличе-
скими шарами диаметром 40 мм, затем устанавливают литниковую
воронку, нагружают форму (рис. 11, г) и заливают ее. Отливка при-
ведена на рис. 11, д.
Применение комбинированных форм дает возможность повысить
точность отливок и снизить трудоемкость изготовления отливки и
механической обработки.
150
Полупостоянные формы
Полупостоянные формы применяются для средних и крупных отли-
вок простых очертаний, например для барабанов текстильных и бумаго-
делательных машин, изложниц, планшайб, опок. Такие формы изго-
товляются из высокоогнеупорных формовочных смесей следующего
состава (массовая доля, %):
Кварцевый песок............................ 25
Молотый шамот ...................... yg
Шамотная смесь отработанная ...............
Формовочная глина ..........................
Вода (сверх 100%)..........................6—7
Рио. 12. Схема изготовления полупосто-
янной формы
Схема изготовления полупостоянной формы для отливки барабана
диаметром 1200 мм и высотой 1180 мм показана на рис. 12. Внутренняя
полость отливки выполняется
стержнем изготовляемым
из песчано-глинистой смеси.
При формовке приме-
няется металлическая мо-
дель, которая устанавливает-
ся знаком в конусную выточ-
ку поддона, укрепленного в
нижней опоке. Модель смазы-
вают машинным маслом для
уменьшения трения при из-
влечении ее из формы.
Уплотнение формовочной
смеси производится слоями
толщиной 100—120 мм по-
следовательно в каждой из
трех опок.
На верхнюю опоку ук-
ладывают чугунное кольцо
3 для предохранения верх-
него края формы от разру-
шения при извлечении от-
ливки. По этому же кольцу
устанавливают литниковую
чашу-грибок /. После извлечения модели поверхность формы от-
делывается и слабые места дополнительно уплотняются.
Вновь изготовленную форму замывают водой и провяливают на
воздухе в течение 4—5 ч, а затем ее подвергают сушке в камерном
сушиле или на месте переносной печыо, постепенно дсводя темпера-
туру нагрева до 350—400° С. При этой температуре форма сушится
8—10 ч. Затем ее охлаждают до температуры 200—250° С и очищают
от нагара; все трещины заделывают смесью и форму вновь подвергают
сушке при той же температуре.
После вторичной сушки форму окрашивают обычной краской два
раза и после каждой окраски просушивают переносным сушилом.
Заливка формы производится через чашу, которая состоит из
двух отдельных частей: наружной 2 и внутренней (грибка) 1. Наружная
часть чаши выложена огнеупорным кирпичом. Во внутренней чугунной
части имеется кольцевой паз, в котором просверлены отверстия диа-
метром 25 мм для 56 питателей. В эти отверстия вставляются модели
151
питателей, а зазоры между питателями и стенкой отверстия забиваются
формовочной смесью. Собранная чаша окрашивается и просушивается.
Литниковая чаша устанавливается в паз верхнего чугунного
кольца, на нее ставится балласт, достаточный для того, чтобы предот-
вратить подъем стержня при заливке формы металлом. Отливка в форме
остывает не менее 10 ч. Удаление отливки производится плавно, без
рывков и строго вертикально. Затем форма очищается, ремонтируется,
и после проверки ее поверхности линейкой форма замывается водой.
Отремонтированная форма просушивается, а затем окрашивается
и после подсушки в течение 2 ч устанавливается на сборку в кессон.
Наружная часть чаши ремонтируется так же, как форма, а вну-
тренняя часть заменяется при каждой заливке. Ремонт формы и лит-
никовой чаши после каждой заливки длится не более 50 мин.
Формовка по шаблону
Формовка по шаблону применяется для создания отливок, поверх-
ности которых могут быть получены вращением какой-либо линии
шаблона вокруг оси или же при движении шаблона по направляющей
Рис. 13. Приспособления для формовки чаши по шаблону
линии (протяжного шаблона). Такой способ формовки применяется
в единичном производстве средних и крупных отливок с относительно
простыми очертаниями (шкивов, маховиков, котлов, чаш и т. п.),
когда изготовление модели неэкономично, если необходимо особо
срочное изготовление отливок, при малой стойкости моделей очень
крупных отливок.
Для ознакомления с этим способом в качестве примера приводится
процесс изготовления формы для отливки чаши размалывающих бегу-
нов (рис. 13, а).
Для формовки необходима следующая оснастка: приспособление
с вертикальной осью вращения (см. рис. 4), шаблонная марка
(рис. 13, б), шаблон для заточки болвана с телом (рис. 13, в), шаблон \
для заточки болвана чаши (рис. 13, а), модели ребер (рис. 13, д) и сту-
пицы (рис. 13, е) чаши бегунов. Формовка производится в почве с твер-
дой постелью.
Процесс работы состоит из четырех этапов. Первый этап — заточка
болвана с телом; при этом получается очертание, соответствующее
наружному очертанию отливки; болван будет служить моделью для
, 152
Таблица в
Поэтапный процесс формовки по шаблону -
Ns
этапа
Эскиз и последовательность операций
1-й
I) Вырыть яму, установить приспособление для шаблонной
формовки и проверить по уровню правильность установки шпин-
деля; 2) приготовить твердую постель; 3) насыпать вокруг шпин-
деля горкой просеянную отработанную смесь и покрыть ее обли-
цовочной; 4) насадить на шпиндель модель ступицы, осадить ее
в смесь, проверить уровень осадки по шаблону для заточки ниж-
ней полуформы и уплотнить смесь вокруг ступицы; 5) насыпать
наполнительную смесь для болвана и уплотнить ее; 6) насадить
на шпиндель стопорное кольцо и рукав и закрепить на нем шаблон
для заточки болвана с телом; 7) заточить болван и плоскость
разъема — предварительная заточка; 8) засеять болван отработан-
ной емесыо и заточить его окончательно о подброской смеси под
шаблон; 9) снять рукав с шаблоном и стопорное кольцо и отде-
лать болван и плоскость разъема; 10) покрыть плоскость разъема
разделительным слоем песка, а болван покрыть тонкой бумагой
и прикрепить ее шпильками
2-й
I) Насадить на шпиндель модель ребер и уложить их на болван;
2) наложить верхнюю опоку, установить стояки (для литника и
двух выпоров) и засеять болван облицовочной смесью; 3) уста-
новить крючки и заполнить полость опоки наполнительной смесью;
4) обжать смесь под ребрами опоки в у крючков, уплотнить смесь
и забить направляющие колья; 5) вынуть шпиндель из подпят-
ника, краном снять верхнюю полуформу^ перекантовать и уло-
жить ее на подкладки
153
Продолжение табл. 8
№
этапа
Эскиз и последовательность операций
1) Установить шпиндель в подпятник,- снять с болвана бумагу,-
срезать гладилкой с болвана и ступицы часть смеси и наколоть
вентиляционные каналы; 2) насадить на шпиндель стопорное
кольцо и рукав с шаблоном для заточки болвана чаши (уровень
установки шаблона контролируют по плоскости разъема и верху
модели ступицы); 3) засеять болван облицовочной смесью,- обжать
ее руками и путем вращения шаблона заточить болван начисто;
4) снять рукав с шаблона и вынуть шпиндель; б) закрыть отвер-
стие в подпятнике паклей,- а отверстие в болване забить смесью
4-й
1) Отделать верхнюю полуформу: смочить смесь вокруг ребер,
растолкать их и вынуть из полуформы,- прогладить форму гла-
дилками, прошпилнть и припылить графитом; 2) отделать нижнюю
полуформу, установить центровой стержень и накрыть верхнюю
полуформу по кольям; 3) наростить стояк и выпоры; 4) нагру-
зить форму балластом
154
изготовления верхней полуформы; второй этап — изготовление верх-
ней полуформы; третий этап — заточка нижней полуформы; четвертый
этап —- отделка и сборка формы.
Последовательность операций при шаблонной формовке приведена
в табл. 8.
Формовка по скелетной модели
Скелетные модели применяются при изготовлении крупных единич-
ных отливок. На рис. 14, а изображена скелетная модель отливки ванны.
Модель сделана из брусков, толщина которых равна толщине стенок
ванны.
Формовка по скелетной модели рис. 14, б представляет собой соче-
тание формовки по модели и протяжным шаблонам. Скелетную модель 1
Рио. 14. Схема формовки по скелетной модели;
а скелетная модель; б форма
1 — модель; 2 — болван; 3 — коксовая постель;
4 — газоотводные трубы; 5 — верхняя полуформа
заформовывают в нижней опоке или в почве. Внутреннюю полость
заглаживают на уровне брусков и полученную поверхность обклады-
вают бумагой. Затем изготовляют верхнюю полуформу с болваном 2.
После разъема эту часть формы отделывают, а в нижней полуформе
шаблоном-сгребалкой удаляют формовочную смесь между брусками
модели и затем извлекают модель.
Отделка нижней полуформы и сборка всей формы под заливку
осуществляются обычными приемами.
155
4. МАШИННАЯ ФОРМОВКА
При машинной формовке механизируются наиболее тяжелые и
трудоемкие операции: наполнение опоки формовочной смесью, уплотне-
ние ее и извлечение модели из полуформы. Механизированное извле-
чение модели из полуформ обеспечивает получение форм высокого каче-
ства, не требующих исправления, и повышает точность отливки. Эти
положения вызвали расширение области машинной формовки как при
серийном и массовом, так и при мелкосерийном и единичном произ-
водстве.
Обычно формы изготовляются раздельно по двум модельным
комплектам — для низа и верха.
Рис. 15. Типы модельных плит: а — односторонняя плита для раздельной
формовки нижней и верхней полуформ; б — координатная плита; в — набор-
ные плиты-рамки
/
/ — основная плита; 2 — вкладная модельная плита; 3 — модель; 4 — шла-
коуловитель; 5 — стояк; 6 — упорные винты
При серийном и массовом производстве металлические модели
и элементы литниковой системы монтируются на односторонних чу-
гунных строганых плитах (рис. 15, а), а при мелкосерийном и еди-
ничном производстве деревянные модели укрепляются на коорди-
натных плитах (рис. 15, б) или в наборных плитах-рамках (рис. 15, в).
Уплотнение формовочной смеси при машинной формовке Ч По ме-
тоду уплотнения формовочной смеси различают: прессовые машины
с верхним и нижним прессованием, встряхивающие машины, встряхи-
вающие машины с подпрессовкой и пескометные.
1 Формовочные машины работают при давлении сжатого воздуха 5-~
6 кгс/смг.
156
Уплотнение смеси при верхнем прессовании. Схема работы машины
с верхним прессованием приведена на рис. 16. На прессовом поршне 2,
помещенном в цилиндре /, прочно закреплен стол машины 3. На этом
столе закреплена модельная плита 4 с моделью. После установки
Рис. 16. Схема работы машины с верхним прессованием
опоки 5 с наполнительной рамкой 6 и заполнения их из бункера формо-
вочной смесью (рис. 16, а) в цилиндр подается сжатый воздух под
давлением 6 кгс/см2. Под действием воздуха поршень вместе со столом
машины и смонтированной на нем модельной оснасткой поднимается
вверх и прессовая колодка 7, закрепленная на траверсе 8, внедрится
Рие. 17. Схема работы машины о нижним прессованием
в наполнительную рамку и протолкнет находящуюся в ней смесь
в опоку, благодаря чему форма уплотнится (рис. 16, б).
Опускание стола происходит под действием собственной силы
тяжести стола машины, поршня, модельной плиты после прекращения
поступления в цилиндр сжатого воздуха (рис. 16, в).
Уплотнение смеси при нижнем прессовании. Схема работы машины
с нижним прессованием дана на рис. 17. На прессовом поршне 2, по-
157
мещенном в цилиндре /, прочно закреплен стол машины 3. Модельная
плита 4, свободно перемещающаяся вверх и вниз в неподвижной раме 5,
закреплена на столе машины 3. Опоку 6 устанавливают на штыри
неподвижной рамы, заполняют ее смесью (рис. 17, а) и разравнивают
Рис. 18. Схема работы встряхивающей машины о подпрессовкой
смесь по всей поверхности. После этого опоку помещают под неподвиж-
ную траверсу — плиту 7. В цилиндр подается сжатый воздух, прес-
совый поршень поднимается вверх и модель внедряется в смесь, уплот-
няя ее (рис. 17, б). Когда поступление воздуха прекращается, пор-
шень опускается и производится извлечение модели из полуформы
(рис. 17, в).
158
При нижнем прессовании наибольшая плотность создается у мо-
дели и понижается к верху опоки, несколько возрастая у траверсы,
что является достоинством этого способа.
Большой расход мощности на преодоление силы трения смеси
о стенки опоки ограничивает область применения этих машин, и они
могут применяться при опоках с размерами в свету до 1ЮОХ 800 мм
и высотой до 150 мм.
В настоящее время создаются прессовые формовочные линии
с высокой плотностью прессования для изготовления форм в опоках
размером 1600X1200 мм и высотой 250 мм.
Уплотнение смеси встряхи-
ванием. Этот способ уплотнения
смеси, несмотря на некоторые
присущие ему недостатки, к ко-
торым в первую очередь следует
отнести шумовыделение, — са-
мый распространенный, так как
дает возможность изготовлять
формы для сложных крупных
отливок в опоках с размерами
в свету 3000X2000 мм при вы-
соте до 750 мм.
Различают машины для уп-
лотнения смеси одним встряхи-
Рис. 19. Схема работы пескометной
головки
ванием и машины для уплотне-
ния со встряхиванием и после-
дующей подпрессовкой.
На рис. 18 показана схема
работы встряхивающей машины
с подпрессовкой. Машина имеет
два цилиндра: прессовый 1 и
встряхивающий 5, причем по-
следний служит поршнем для
прессового цилиндра. Внутри
цилиндра 3 помещен встряхи-
вающий поршень 2, на котором
укреплен стол машины 4.
На столе машины монтируются модельная плита 5 с моделью.
По штырям на модельную плиту устанавливают опоку 6 с рамкой 7.
После заполнения опоки и рамки смесью в полость встряхивающего
цилиндра подается сжатый воздух (рис. 18, а), под влиянием которого
встряхивающий поршень поднимается вверх. При этом впускное отвер-
стие перекроется боковой поверхностью поршня, а выхлопное отвер-
стие откроется, и воздух выйдет в атмосферу цеха (рис. 18, б); стол
с модельной плитой и опокой под действием своей тяжести упадет на
торец цилиндра 3 и при ударе формовочная смесь в опоке уплотнится
(рис. 18, в). При опускании поршня впускное отверстие вновь от-
кроется, и цикл повторится.
Обычно стол поднимается на высоту 30—80 мм и опускается, со-
вершая 30—120 ударов в минуту.
Для уплотнения смеси достаточно 20—40 ударов. После окончания
процесса встряхивания сжатый воздух поступает в полость прессового
Цилиндра 7, и модельная оснастка приходит в контакт с прессовой
колодкой 8, закрепленной на траверсе 9. Колодка входит в полость
159
Рис. 20. Схемы извлечения моделей из формы при машинной формовке: а — штифтовой подъем полуформ’ б извлечение
модели из формы через протяжную плиту; в — извлечение модели на машинах с поворотным столом; г — извлечение модели иа
машинах с перекидным столом
160
наполнительной рамки и производит доуплотпение верхних слоев смеси
(рис. 18, г, д).
Пескометное уплотнение смеси. Этот способ уплотнения смеси
применяется при изготовлении крупных отливок в опоках с размерами
в свету более 1000X600 мм, высотой свыше 300 мм. Густая сетка ребер
в опоках затрудняет уплотнение смеси, поэтому для нижних полуформ
применяются опоки без ребер. После уплотнения смеси в такой опоке
поддержание смеси осуществляется прикреплением подопечных щитов;
верхние же опоки должны иметь только поперечные ребра.
Основной рабочей частью пескомета является головка (рис. 19).
В железном кожухе 1 вращается ротор 3, на котором с помощью муфты
закреплена лопатка-ковш 4. Через окно 2, имеющееся в кожухе,
ленточным транспортером непрерывно подается формовочная смесь,
которая при быстром вращении ротора захватывается лопаткой, не-
сколько уплотняется и образует пакет, который выбрасывается в опоку
через выхлопное отверстие 5.
При большей скорости истечения смеси из выхлопного отверстия
и непрерывном перемещении головки пескомета по площади опоки
создается равномерное уплотнение всех слоев смеси независимо от
высоты опоки.
Извлечение модели из формы
Процесс извлечения модели из формы при машинной формовке
механизирован, благодаря чему эта ответственная операция выпол-
няется быстро, без повреждения формы. При машинной формовке не
производится расталкивание моделей вручную, и поэтому для облегче-
ния удаления модели из формы применяются пневматические вибра-
торы, укрепляемые на модельных плитах.
Различают следующие способы извлечения модели из формы:
штифтовой подъем, при котором модельная плита с моделью неподвижны,
а полуформа штифтовым подъемом снимается с модельной плиты;
извлечение модели штифтовым подъемом через протяжную плиту;
извлечение модели на машинах с поворотной плитой; извлечение мо-
дели на машинах с перекидным столом. Некоторые схемы извлечения
модели при машинной формовке показаны на рис. 20.
Формовочные машины и линии
Техническая характеристика наиболее распространенных формо-
вочных машин приводится в табл. 9, пескометов — в табл. Г\ Общие
виды машин показаны на рис. 21—24.
Следует учесть, что в последующие годы намечается некоторые
пневматические встряхивающие формовочные машины с подпрессов-
кой заменить пневматическими встряхивающе-прессовымн с комбини-
рованным процессом уплотнения смеси.
Автоматические линии. В настоящее время в СССР успешно экс-
плуатируются автоматические формовочные линии как отечественного
производства — конструкции ВНИИЛитмаш, НИИтр актор сел ьхоз-
маш, Гнпросаптехпром и др., так и зарубежных фирм «Spo» (США),
«Gisag» (ГДР), «Кйпке!—Wagner» (ФРГ) и др. Процесс формовки,
сборки и выбивки па этих линиях полностью автоматизирован и роль
рабочего-оператора сводится к кнопочному управлению механизмами.
»
6 А. М, Липницкий 161
Таблица 9
Техническая характеристика пашин для изготовления литейных форм
Наименование машины Модель Размер опок в свету# мм Высота опоки # мм Грузо- подъем- ность# кго Произ- водитель- ность полуформ за 1 ч Расход воздуха на одну полу- форму# нм3 Габаритные размеры,- мм
Машина пневматическая встряхивающая с допрес- совкой# со штифтовым съемом полуформ (рис. 21) 91271Б 500X400 200 160 100 0#5 1660Х 1060Х 1560
Машина пневматическая встряхивающая с допрес- совкой# с рамочным съемом полуформ 266М 600X500 250 400 50 0#5 1600Х 1200Х 2600
То же (рис. 22) 2М265 800X700 300 600 50 0#б 1750Х 1400— 2100X2500
» 267М 1000X800 350 1200 45 1,0 2600Х 1750— 2550Х 2900
Машина пневматическая встряхивающая с допрес- совкой и поворотом полу- формы (рис. 23) 254М 800X700 300 600 45 1#5 2385Х 1200Х 2830
То же 255М 1000х 800 350 1200 45 2,3 2600Х 1350X3320
Машина пневматическая встряхивающая с перекид- ным столом, без подпрес- совки (рис. 24) 232М 800X 700 450 600 40 1,0 2500X2000X 2400
То же 233М 1000Х 800 400 1320 20 1,0 3680X 2100X 3110
» 235М 2000Х 1000 700 5000 10 8.0 4145Х 3450X3700
Таблица 10
Техническая характеристика формовочных пескометов
Наименование Модель Производитель- ность,- м9/п Общий вылет рукавов,- мм Установленная мощность элек- тродвигателя,- кВт Габаритнне раз- меры, мм Масса, т
Пескомет ста- ционарный кон- сольный е дистан- ционным управле- нием 2Б93 12,5 4600 25.0 5885 X X 1200Х X 2830 6,0
То же пере- движной 296М2 25 7500 / 42,4 10 200Х Х4230Х Х4820 )3;2
Пескомет формо- вочный мостовой ПН40М 40 85,0 10165Х Х9890Х X7I30 23,0
То же 2ПН40М 80 169.4 10 165Х X 16 960Х X 7130 43,0
Операциями, выполняемыми вручную, являются установка стерж-
ней и заливка, а на некоторых линиях заливка также автомати-
зирована.
На рис. 25 показана схема линии фирмы «Gisag». Линия состоит
из двух прессовых формообразующих полуавтоматов для изготовления
полуформ нижней (поз. /V) и верхней (поз. //) и литейного конвейера
(поз. VII).
Собранная на поз. X форма поступает на поз. XI — к грузовому
конвейеру, где форма нагружается балластом, и на поз. XII зали-
вается металлом. При дальнейшем движении залитые формы поступают
в охладительную камеру (поз. XIII), снабженную мощной вентиля-
ционной системой. На поз. XIV с охлажденной формы снимается
балласт. Верхняя опока стягивается на поз. / специальным протяжным
устройством и передается на машину для изготовления верхних полу-
форм (поз. II). а нижняя полуформа с отливкой и комом смеси про-
двигается к поз. III. Здесь протягивается нижняя опока, кантуется
и передается на машину для изготовления нижних полуформ (поз. IV).
Ком смеси с отливкой при подходе к толкателю передается на
поз. V —> охладительную решетку (накопитель). После кратковре-
менного охлаждения ком смеси передается на выбивную решетку
(поз. VI), где он разрушаясь освобождает отливку.
Формообразующая машина имеет два пресса, между которыми
расположены подъемный механизм и дозатор смеси. При поступлении
опоки она спаривается с модельной плитой, поджимается к бункеру-
дозатору и, таким образом, в опоку выдается определенная порция
смеси. Затем опока передается под левый или правый пресс, имеющий
многоплунжерную головку, и после прессования нижняя полуформа
возвращается на среднюю позицию, где после протяжки модели полу-
164
форма выталкивается поступающей опокой и передается на поз. VIII.
Здесь нижняя полуформа кантуется и устанавливается на платформу
конвейера. На поз. IX в/эту полуформу устанавливаются стержни.
Так же работает машина для изготовления верхней полуформы. При под-
4 5
Рио. 23. Машина модели 254М;
1 — станина; 2— встряхивающий стол; 3 — поворотный
стол; 4 — скребок для удаления излишка смеси; 5 — за-
жимы для крепления полуформы
Рио. 24. Машина о перекидным столом модели 232М:
/ — перекидной стол; 2 — станина о цилиндром; 3 — стол о
рольгангом для приема полуформ; 4 *— рычаги поворота пере-
кидного стола
ходе нижней полуформы к поз. X она накрывается верхней полуфор-
мой и форма поступает на заливку.
Производительность линии в зависимости от типа формовочного
автомата и размеров опок составляет 200—280 форм в час.
165
Глава VI
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
Стержнями называются отдельные части литейной формы, пред-
назначенные для образования в отливках внутренних полостей, отвер-
стий, поднутрений, выступов, а в последние годы и внешних очертаний
(при изготовлении стержневых форм, собираемых в жакетах), которые
трудно или невозможно получить в форме по модели. Стержни изго-
тавливаются по стержневым ящикам и по шаблонам.
В зависимости от способа изготовления различают стержни, изго-
товляемые вручную, и стержни, изготовляемые на машинах; по состоя-
нию при заливке различают стержни сырые и сухие; по назначению
они подразделяются на стержни для стального, чугунного и цветного
литья.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ СТЕРЖНЕЙ
Наиболее распространенной является классификация стержней,
разработанная проф. И. Б. Куманиным (табл. 1).
2. ФОРМОВОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
При изготовлении стержней необходимо иметь набор инструментов
и приспособлений; применяются такие инструменты, как при формовке.
Сушильные плиты. При наличии плоского разъема стержни выкла-
дываются на гладкую сушильную плиту (рис. 1, а); стержни, не име-
ющие плоского разъема, выкладываются либо на гладкую плиту с пес-
чаной постелью в условиях единичного производства, либо на фасон-
ные сушители (рис. 1, б) при серийном и массовом производстве.
Каркасы. Для упрочнения стержней в сыром и сухом состояниях
применяется армирование их металлическими каркасами (рис. 2)
различных конструкций в вависимости от конфигурации стержней.
Для упрочнения мелких и средних стержней простых очертаний
применяются проволочные каркасы в виде круглых пру.ков или колец
из отожженной стальной проволоки. При более сложных очертаниях
стержней из проволоки выгибаются каркасы, соответствующие очерта-
нию стержней. Для крупных стержней применяются чугунные каркасы
с залитыми в них подъемами, при помощи которых производятся транс-
портировка и установка стержней в формы.
В литейных цехах, производящих крупное литье, расход чугуна
на изготовление каркасов достигает нескольких сот тонн в месяц;
поэтому необходимо добиваться рациональной конструкции каркасов,
дающих возможность многократного их использования. Во многих
литейных цехах применяют литые каркасы из отдельных нормализо-
ванных элементов рис. 3.
167
Таблица I
Классификация стержней
Классы
Характеристика и требования»
предъявляемые к стержням
Стержни сложной конфигурации
в тонкими сечениями и небольшим ко-
личеством тонких знаков; образуют
в отливках необрабатываемые вну-
тренние полости; должны обладать
высокой прочностью# температурной
стойкостью# податливостью» высокой
газопроницаемостью
Стержни более массивные, чем
стержни класса I; имеют более разви-
тые знаки и отдельные тонкие части
и ребра; должны иметь значительную
прочность и хорошую податливость
Стержни несложных очертаний» об-
разующие ответственные необрабаты-
ваемые полости в отливках; имеют
развитые знаки» позволяющие легко
выводить газы; должны обладать сред-
ней прочностью и достаточной по-
датливостью
Стержни имеют несложное очерта-
ние; как правило» они массивны» с раз-
витыми внаками; полости» образуемые
стержнями» подвергаются механиче-
ской обработке; должны обладать не-
большой прочностью
Стержни простых очертаний массив-
ные; образуют в отливках большие
полости
168
/
Для устранения причин, препятствующих усадке металла при его
остывании, размеры чугунных каркасов должны быть несколько меньше
размеров стержней (для средних стержней на 20—40 мм и для круп-
ных — на 50—70 мм).
При производстве крупных стержней также находят применение
коробчатые каркасы, изготовляемые из листового материала.
Приспособления для образования вентиляционных каналов. Повы-
шение газопроницаемости стержней помимо применения надлежащих
смесей достигается устройством специальных вентиляционных каналов.
Рив. 2. Каркасы для стержней
В мелких стержнях простой конфигурации эти каналы образуются
прокалыванием стержня душником. Прямые газоотводные каналы
большой протяженности выполняются при помощи стальных прутьев,
закладываемых в стержень при его набивке и впоследствии удаляемых
до раскрытия стержневого ящика.
169
В стержнях, состоящих из отдельных половинок, газоотводные
каналы прорезаются в плоскости разъема стержня гладилкой или при
помощи специального скребка. При серийном характере производства
применяются вентиляционные плитки для небольших стержней или
рамки для крупных стержней.
Вентиляционные плитки (рис, 4) изготовляются из алюминиевых
сплавов или листовой стали.
Рио. 3. Нормализованные элементы
литых каркасов: а — элементы кар-
касов; б — стержень, армированный
отдельными элементами каркасов
Рио. 4. Винтнляционные плитки и
рамки; а «=* плитка; б рамка
3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ ВРУЧНУЮ
Основные способы изготовления стержней вручную по ящикам
и шаблонам приведены в табл. 2.
4. МАШИННОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
В целях снижения трудоемкости изготовления стержней, облегче-
ния условий труда и повышения мощности стержневых участков при
серийном и массовом характере литья широко применяется машинное
изготовление стержней.
При изготовлении крупных стержней, где объем работ по уплотне-
нию смеси велик, для наполнения стержневых ящиков смесью и ее
уплотнения целесообразно применение машин-пескометов.
Стержни можно изготовлять почти на любой формовочной машине,
однако специальные стержневые машины, выпускаемые заводами*
170
гг
и
я
ч
л
к
о
л
н
я
о
к
р*
о
я
я
о
о
ф
я
я
«
а
ф
я
Л
о
•о
я ~
►м Д
» 03
ф
о
н
5
л
ф
я
к
а
ф
Я
§
ф
ч
я
га
К
а
ко
о
о
я ф
а
(у
р
о
S
ф
к
о
ф
я
а
ф
н
У
Л
н
от
к о
ЕГ§
кэ
о
« ь
О 9
д СП
Ф л
Й f-
я Ф
аа
ф ф
о
.. я
Л Ч
Н га
Я Л
я
о л 2 ь го
Я от
?►> Ч>
а
я о
л
я
о
ЕС
ь
о
в
к
л
05
Х О
<_- • В
ф -ф
2
9 «
Л
ь
я
СП
о
U
ЕС д
° о
as х
Сд-га
..к я
я
о
ф
S
о
к
от
К
3
о
га
от
я
я
я
к
3
ч
от
ф
и
?? к
г я я Й
ч а
к я>
ь
S °
2? о
я о
а
Ч о
я *«
дф
>> Л
ь> f-
л 5
Й о ►4
Я X
>1
а
а
о
га
Л
<-* га
—< ь
о
Способ изготовления Изготовление целого стержня Изготовление стержня из двух половин( соединяе- мых всырую
171
to
Способ
изготовления
Продолжение табл. 2
Стержень 1 изготовляется по одной половине ящика 3;
внутренняя полость стержня оформляется щитком 2 е укреп-
ленными на нем ребрами
1) Подготовить стержневой ящик и соединить его со'щит-
ком; 2) засыпать в ящик емесь и уплотнить ее^ наколоть
вентиляционные каналы; 3) уложить ящик на подготовлен-
ную площадку, снять щиток, полость засыпать сухим
песком и наложить сушильную плиту; 4) скрепить плиту
с ящиком, повернуть его на 180°, снять половину ящика
и отправить стержень на сушку; 5) изготовить вторую
воловину стержня и высушить ее; 6) очистить стержень
от нагара и пыли, окрасить в горячем состоянии» притереть
половины по разъему, склеить и связать их тонкой про-
волокой
Эскиз
Последовательность операций
Способ
изготовления
Изготовление
стержня по вы*
тряхным ящикам
Изготовление
стержня из двух
половин» соеди-
няемых всухую
Продолжение табл. 2
Последовательность операций
Эскиз
Изготовление
стержня по гори-
зонтально располо-
женному шаблону
в комбинации
вертикальным
шаблоном
Изготовление
стержней по ящи-
ку
с
О /3°Дг'отРвять отъемные части и установить их в кор-
пус /; 2) насыпать небольшой слой смеси и уплотнить ее;
3) установить каркас, засыпать гарь и уплотнить ее; 4) до-
полнительно засыпать смесь, уплотнить и наколоть венти-
ляционные каналы; 5) наложить сушильную плиту, скре-
пить ее с ящиком и повернуть ящик на 180°; 6) снять кор-
пус 1 ящика и освободить стержень от отъемных частей ?•
7) просушить и окрасить стержень 3
1) Уложить трубчатый каркас—патрон 1 на стойки 3
станка и закрепить на станке шаблон 4; 2) смазать каркас
тонким слоем жидкой глины; 3) намотать на каркас соло-
менный жгут 2; 4) наложить глину на шаблон и при не-
прерывном вращении каркаса равномерно распределить
шаблоном глину по всей поверхности; 5) промерить стер-
жень кронциркулем и при надобности нанести дополни-
тельный слой глины; 6) направить стержень на сушку;
7) осмотреть стержень; замазать трещины, окрасить его и
повторно просушить
I) Подготовить стержневой ящик 1 и шаблон 2; 2) за-
сыпать смесь в ящик и уплотнить ее; 3) разрыхлить смесь
в середине стержня н удалить ее; 4) установить шаблон 2
и ври вращении его придать стержню необходимую форму;
5) спять шаблон и полость стержня засыпать сухим песком:
6) наложить сушильную плиту, повернуть ящик на 180°,
снять ящик и стержень направить на сушку
са
*о
я
сэ
a
a
i
I
с
я
Я
о
я
л
ч
ф
н
л
я
о
е<
ф
о
я
Л ЛГ я - -
з °
д <и
я „
я
СЧ S? Л д. ,_ VJ „
о Ь ч Я д 3
^,4 д Я Я g^o
м _ я
&га н
Я ® ® 1Д " л
Ч _ 5 СО о Ф Й В
- **
я о
я
У Р
я
«с S
я я
я
я-^
со
я ..
Я X-
я £
а 5
-
о
ф
5
и
-o.gggiaA'g
я 2 Я Я О as
Я*ЯП£Яо"д
к О я я
я
я
ф
Я
я '
И “л,
о3*
л О
>»<D
&е
2S
w S
я
о
ф
3
о
ф
3
Я
л »Й
5 л
Sa-,
к ь я
а° h
ф х
о
я
«
..о
Я я я
я
га
о
л
Я О
в«
я
® t га
«Я
я
»
я
Ч
ф
Ч
га
я
д И
я а
й °
Лд
Ф я
я
ч
л
Я
л
ь
„ я
И «
и я
я й
Я О
я
CS .
л
я
к
ф
я
я
ь
ф
5s
ф
ф
я
~ я
И
3 °
QJ U
£ЯйН£я''!5Ф
«ч м5ой~о
Я 5 я 5 а а10 Д
а о g ® Е
ЙЗ" дО-*я
м М “h s и к ®
5g32»S-g
ь S
я
я
я
л
н
я
а
я
ф
я
я
я
я
я
Я
ь
о
я
фвд ф 2
я
я
я
я
я
о
я
ш
я
и
я
«
а
«ча’З
•^ч. m
я
ф
я
я
о Е
ф .
3
л
о
ф
3
tffcf
я л
н
3 *
Л
3 ‘Я
я
®о«
к
я
X
я
ЛЯ 2 д з В 3
ф а’а1- я ~
я 1л 3
>»Я Д
Я (•
Я я
аЭ
ф
ь
и
Е
я
я
я
о
ч
о
в
2 ч ф
х Я Н
ф
я
о
8з
я о
а®
а> о
а 5
га
я
ф
я
я
я
Ф
о
a
я
я
Л
о
в
я
о
а
я
л
н
я
и
га
л
н
я
я
ф
a
я я
о о
..«о
см я _
г-
Я h
д д _ £
й tj « « н
а Р В £ я я
ЬФ?>^ЛЗ
л
га £ И
я я
к
□
я
3
о
*•« з
я о
Я с;
3
Ь>
я
ф
я
2«
Зя
о а
га
т
О
л
и
я
tr
о
3
я
л
ь
я
я
Я
t-< *** ***
ф § Я 3 Ь
о Н д о я
Я * ф ь£ Я
° ао §
2««й
X
*£
а
ф
5
л
и
л _ . _
О
ф
я
о
я
я
я
о
я
га
" я
я
3
И «
и -
д 2
Ч л
Ф О
Н ф
л
я
О'
я
о
ч
га
я
л
я
о
га
я
я
о
СП
Ф я
О д
Я Q
—'Ю о
Ф л
я я
-- л л
л О _
СХФ ф
я S S
о я g ra^aS
я я В я-* я В
А о о
Я
Я
я
о
ф
я
я
ф
§
й
Я 3
н о
О Д
s « «
Я OJvn
ф
я
я
ф
ч
я
о
<п
я
т
я
«9
Я м
§g
О« м
а) щ
б
т
ф
КО
Я
*ф
й” Я
£я
о я
я
я
3
я
174
изготовляющими литеиное оборудование, отличаются весьма высокой
производительностью.
Наиболее распространенными машинами являются:
— мундштучные — для стержней постоянного профиля (чаще всего
диаметром от 20 до 50 мм);
— прессовые —‘Для стержней, применяемых всырую: головки
швейных машин, фасонные части к канализационным трубам и т. п.;
Рис. 5. Быстросменная оснастка стержневых машин: 1 — кор-
пус—обойма; 2—нормализованные вкладные стержневые ящики;
8 — зажимные болты
— пневматические встряхивающие (применяемые поп формовке) —-
для стержней разного назначения, изготовляемых в открытых ящиках
с плоским разъемом; применяются также для изготовления стержней
по половинам; в зависимости от конструкции машины масса стержней
достигает 1500 кг и более. Использование быстросменной оснастки
(рис. 5) делает рентабельным применение этих машин даже при изго-
товлении единичных стержней;
— пескодувные и пескострельные с размерами стержневого ящика
от J80X 180 до 1100X900 мм при высоте от 300 до 500 мм —- для стерж-
ней разного назначения;
— пескометы (применяемые при формовке) для крупных стерж-
ней разного назначения.
В табл. 3 приведены способы изготовления стержней на маши-
нах.
Таблица 3
Основные способы машинного изготовления стержней
Способ
изготовления
Эскиз
Последовательность
операций
На мунд-
штучной
машине
(производи-
тельность
при ручном
приводе
10—12 м/ч,-
при меха-
низирован-
ном —
30_40 м/ч)
I) Подать смесь лен-
точным конвейером
в бункер / машины;
2) выжать поршнем 3
стержневую смесь
в мундштук 2; образо-
вать иглой 4 вентиля-
ционный канал; 3) при-
ем сырого стержня на
сушильную плиту,- уста-
навливаемую перед
мундштуком
На прессо-
вых, вибро-
йрессовых и
встряхиваю-
щих маши-
нах с под-
прееаовкой;
модель
91226Б
или 91271Б
1) На столе машины /
укрепить нижнюю по-
ловину стержневого
ящика 2;> 2) насыпать
смесь в нижнюю поло-
вину ящика и уплотнить
ее встряхиванием, оса-
дить трубчатый каркас,
3) установить на ящик 2
наполнительную рамку,
засыпать ее смесью и
обжать руками; 4) снять
рамку, подмести в ци-
линдр сжатый воздух;
при этом произойдет
подъем стола к верхней
прессовой колодке <3, на
которой укреплена вто-
рая половина ящика 4,
(позиция I — стол под-
веден под траверсу ма-
шины; II — прессование
стержня;/// — стол опу-
щен вниз); 5) опустить
стол и извлечь стержень
из ящика
На песко-
; дувных
машинах
I) Установить стерж-
невой ящик 2 на стол
машины и пневматиче-
ским столом / подогнать
его к плите 3 с отвер-
стиями для прохода сме-
си (плита является ос-
нованием пескодувного
резервуара 4); 2) при по-
даче сжатого воздуха
через клапан 5 в резер-
вуар 4 захватывается
смесь и с силой вдувает-
ся в полость стержнево-
го ящика, в нижней по-
ловине которого имеют-
ся венты (пробки с уз-
кими щелями), через ко-
торые рыходит воздух,
но задерживается песок;
3) снять ящик, извлечь
стержень и и а править
его и а сушку
5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБОЛОЧКОВЫХ СТЕРЖНЕЙ
Этот способ изготовления стержней и форм основан на применении
в составе смесей в качестве связующего материала порошкообразных
или жидких фенольных смол (пульвербакелит и др.), способных под
Рис. 6. Примера оболочковых стержней
воздействием тепла плавиться и равномерно распределяться в слое
песка. При дальнейшем нагревании смола твердеет и прочно связывает
зерна песка. Высокая прочность отвержденной смеси позволяет при-
Phg. 7. Установка для
изготовления оболочко-
вых стержней
ниевого сплава.
менять стержни в виде оболочек с толщиной
стенки от 6 до 15 мм (в зависимости от габари-
тов стержня). Оболочковые стержни изготов-
ляются из мелких кварцевых песков, обла-
дают высокой газопроницаемостью и обеспе-
чивают получение чистых гладких полостей.
Оболочковые стержни можно применять
в сочетании с обычными песчаными.
Оболочковые стержни могут быть различ-
ной конфигурации и могут применяться для
широкой номенклатуры отливок (рис. 6).
Примерный состав смеси (массовая доля, %):
кварцевый песок мелкий —100; сверх 100%»
пульвербакелит — 4,5, ацетон — 1,2.
Смесь может быть приготовлена в любых
бегунах. Вначале перемешивают сухой холод-
ный песок с пульвербакелитом; затем не-
большими порциями добавляют ацетон. Пос-
ле заливки ацетона образуются комки, кото-
рые подсыхают и затвердевают. При дальней-
шем перемешивании они растираются и получается однородная сыпу-
чая смесь. Стержневые ящики изготовляются из чугуна или алюми-
Технологический процесс изготовления оболочковых стержней с по-
мощью стационарного бункера (рис. 7) состоит из следующих операций:
178
1) нагрев в лечи стержневого ящика 3;
2) нанесение на рабочую поверхность ящика разделительного
состава (4-процентный раствор термостойкого синтетического каучука
в уайт-спирите);
3) установка ящика на деревянный поддон 2. В центре поддона
имеется отверстие, закрываемое крышкой 7;
4) открывание задвижки 4; при этом смесь из бункера 5 поступает
в ящик <9, и после заполнения ящика задвижку закрывают;
5) выдержка смеси в ящике в течение 12—15 с. За этот промежу-
ток времени образуется оболочка толщиной 6—7,5 мм; для получения
более толстых оболочек увеличивают время выдержки;
6) удаление из ящика неспекшейся смеси, для чего открывают
крышку 7 поддона 2; неспекшаяся смесь ссыпается в бункер /, откуда
она с Помощью элеватора 6 возвращается в бункер 5;
7) упрочнение оболочкового стержня дополнительной тепловой
обработкой; для этого стержневой ящик с оболочкой помещают на
1,5—2 мин в электропечь, нагретую до 300—350° С;
8) извлечение стержневого ящика из печи, раскрывание его и уда-
ление стержня.
Применение оболочковых стержней обеспечивает сокращение
расхода формовочных материалов, высокую точность размеров, не
требует каркасов и сушильных плит и во многих случаях снижает
стоимость стержней.
6. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ В ГОРЯЧИХ ЯЩИКАХ
Процесс изготовления стержней с отверждением в горячих ящиках
находит все более широкое применение в литейном производстве.
К основным преимуществам процесса относятся: повышенная
точность стержней; значительное сокращение цикла изготовления
стержней; отсутствие необходимости в фасонных и гладких сушильных
плитах, а также в сушильных печах; благоприятные условия для ком-
плексной механизации и автоматизации стержневых работ и т. д.
Однако, учитывая большую сложность стержневой оснастки,
данный процесс рентабелен только при крупносерийном и массовом
производстве.
Сущность процесса
Сущность технологического процесса изготовления стержней,
отверждаемых в горячих стержневых ящиках, заключается в следу-
ющем. Стержневой ящик, нагретый до температуры 200—250° С, уста-
навливается на стержневую машину и способом наддува заполняется
специальной быстротвердеющей смесью. При контакте со стенками
ящика смесь прогревается за счет теплопроводности и затвердевает.
Через 15—20 с на стержне образуется прочная корка и он может быть
извлечен из ящика. Полная сушка во всем объеме протекает на воздухе
ва счет аккумулированного стержнем тепла.
Схема технологического процесса изготовления стержней в нагре-
ваемой оснастке дана на рис. 8.
В качестве основной составляющей смеси применяется кварцевый
песок по ГОСТ 2138—74 (см. гл. II, табл. 1). Содержание глинистой
179
составляющей при данном процессе ограничивается до 0,1—0,5%
вместо 2,0%, регламентированных ГОСТом.
По зерновому составу рекомендуется применять песок в следу-
ющем сочетании: 70% 1K02-J- 30% 1К016-
Примерные
Рис. 8. Схема процесса изготовле-
ния стержней в нагреваемой оснаст-
ке: а — наддув смеси в нагретый
ящик; б — прогрев смеси и образо-
вание корки; в—извлечение стерж-
ня из ящика; а—отверждение стерж-
ня во всем объеме на воздухе
составы смесей приведены ниже.
Состав (массовая доля» %)
1. Песок кварцевый ... . ..........
сверх 100%:
Мочевина.................
Фенолоспирт ...................
Физико-механические свойства
Газопроницаемость............
'Прочность всырую .........
» всухую........................
Влажность ....................
100
0.2—0,4
2—4
>100
0,03—0,06 кгс/см’
12—20 кго/см2
0,Б—1,5%
Состав (массовая доля,' %)
2. Песок кварцевый ......................
Сверх 100%:
20-процентный раствор мочевины в фе-
нолоспирте .......................
100
2—4
Физико-механические свойства
Газопроницаемость................
Прочность всырую .......................
» всухую.............................
Влажность........................
>100
0,03—0,06 kfg/cm2
15—32 кго/см2
0,5—1,5%
Наряду с этими составами смесей, в которых в качестве связующих
применяются фенолоспирт и техническая мочевина, применяются еще
многие синтетические связующие.
1S0
Таблица 4
Техническая характеристика стержневых машин
X 'ВЭЭВЭД СЧ « - 1 -5Г in Cl o’ co т — —‘
Г абаритные размеры/ мм о о О о cd ю о о о ш о о з* Ь- —. О Ст> СП о о if со со сч с; сч сч Z хх X XXX X О CD О CD СЧ CD о 1 О О ю ш сч Щ 1 СЧ Ю v»»“' СО CD Ь» СО _ < “со СО 1—' X XX * X XXX о О о CD О in CD К CD CD О я — О 00 Щ „О CO CD О —'О Р — — СЧ XiJ- TfCSI — v ЛГ О
хдм ‘чхэон . -Шок КВН -НЭЕНОНВХЭХ С CD ® 1 | «CD CDCD ьГ 1 ’ СО СО О'* f СО « __ — — «-> — «=
eWH ‘КИИР Hlltfo ВБ BXAtf -БОЙ tfOXOBJ м 0) Л СО Г'- _ 1Л сл q О О СЧ Ю . — Ш СЧ CD CD CD CD m_? — CD CD Ф
h 1 a (чиэчд) ‘чхэончкэх -ийоаеиобц U LL _ CD CD CD CD CD О О if CO Ю •—’ Щ Tf «7777 ”7 7 s s л; CD CD CD CD О О CD Ш СЧ CD я СЧ СЧ- Я СЧ —< —1 — — —
Э ‘В1ГМНП ЧХЭОНЧ1Г0Л -HiKiroVodLl ж « n <u СЧ io ОС *CQ CD СЧ О CD Ф—• — — СЧ — СЧ СЧ CO CD Ь sc CJ - -
WW ‘ВМИТПК ojoaaHwdaxo HXHdBQBJ 0ИШЧ1ГО9ИВН о в л e н и я । 320X 250X X 150—300 400X 32X 400 с. XX * х х X X S^il - OS SSg- S° OX2X K ^X XXXx XX ° g = о о о о CD СО х Tf 5? О СЧ Ч—’ а)
JM ‘КН -«dsxo вэовм КВШЧ1ГО9ИЕН 4 о CO Д CD UD с*сч о <OQ q щ со о сч м н ~ ~ в
qiratfow °* со >о г*- и с4 ч Id Щ СД ст< О < ш И- ОО СО СО sen CDTflf СО сч СЧ СЧ CD CD if Ш -И —• —< ш юшю 3 СО OD OD СП СС -if XT if Tf и
Наименование - - EX E W - « i m К-КДо _ К w s ® ca “ 5; л 5 ф В pj w s га E й 5 п и Я л га g ar л Sra ss eg ф 2 sc га 2 x 03 X ® x и x s E K S S ° 2 b x c; s >, j- x ; Я — 2 c> x * я О rd Ef n? r> д л p** у । ® ° и в x » 2 <-> e; E ° h 2 ь g я о о О <J to U 2 Й orao« u К qj t; oj u ra'-'«au S ra BVD К X <e? >> О >» •-S.S и~’ °- X ь ч К н Н К Я 3 ХШХо сз га х я а а у сзч-5яи я х S я я S я я и я я я я ы х х о в я о я> =га*Фо =шг^=я_ Jssj*>.o ' 1§5Й£ sS§sg§Hz s£gs£g§ с с о а в =f н к в е х х
181
7. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
ИЗ ЖИДКИХ САМОТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ
В последние годы получили широкое распространение жидкие
самотвердсющие смеси (ЖСС) разных составов. Так, например, на
Ленинградском станкостроительном объединении им. Свердлова стержни
для отливок массой более 3 т изготовляются 1 из ЖСС.
Стержневые ящики для ЖСС в отличие от ящиков, применяемых
при изготовлении стержней из песчано-глинистых смесей, должны
иметь повышенные уклоны. Все выступающие части должны быть
отъемными с тем, чтобы после разъема ящика они оставались в стержне
и удалялись отдельно.
Для устранения прилипания смеси к стенкам ящика их покрывают
эмалями на основе эпоксидных смол.
Смеси (ЖСС) состоят из кварцевого песка, отвердителя (ферро-
хромового шлака, нефелинового шлама), жидкого стекла, раствора
едкого натра, пенообразователя и воды. Они изготовляются в спе-
циальных установках моделей 19113, 19114, 19115 производительностью
3—12 т/ч.
Перед заполнением ящиков жидкой самотвердеющей смесью в них
устанавливают чугунные каркасы с залитыми подъемами. Мелкие
и средние стержни выдерживаются в ящиках 2—6 ч, а крупные —>
в Течение 1—2 суток. Затем стержни окрашиваются противопригарной
краской и подсушиваются газовой горелкой.
ЖСС нашли также применение при изготовлении крупных форм.
Наряду с указанной смесью (ЖСС) при изготовлении стержней
также применяются смеси холодного твердения (СХТ) на основе син-
тетических смол.
8. СТЕРЖНЕВЫЕ МАШИНЫ
В СССР создан комплекс стержневых машин для изготовления
стержней, при эксплуатации которых применяются смеси на основе
органических неводных, водных и неорганических водных материалов
(см. гл. II, табл. 8), а также на основе быстротвердеющих синтетиче-
ских связующих.
В табл. 4 приведена техническая характеристика некоторых стерж-
невых машин.
1 См. «Прогрессивные способы формирования отливок», ЛДНТП« 1973.
Глава VII
СУШКА, ОТДЕЛКА
И СБОРКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
Несмотря на явные преимущества сырых форм применение имеет
ограниченные пределы. Когда приходится изготовлять крупные тяже-
ловесные отливки большой высоты или сложной конфигурации и с вы-
ступающими частями, сырая форма не в состоянии противостоять
влиянию большого количества заливаемого сплава. Прочность такой
формы недостаточна и газопроницаемость мала, что не позволяет свое-
временно удалить образующиеся при заливке водяные пары и газы.
Для улучшения этих свойств и получения годной отливки формы необ-
ходимо предварительно сушить.
Стержни подвергаются наиболее сильному воздействию сплава,
так как при заливке окружены им со всех сторон, и поэтому, как пра-
вило, их следует сушить.
Отливки из ряда сплавов, чувствительных к влаге, требуют за-
ливки только в сухие формы.
1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СУШКИ
Целью сушки является повышение газопроницаемости и прочности
форм и стержней. Формы, подлежащие сушке, в зависимости от их
состава и назначения содержат 6—9% влаги. В стержнях количество
влаги из-за большого разнообразия вводимых крепителей составляет
Основная задача процесса сушки — удаление влаги из формы
и стержней. Для этого необходимо передать высушиваемым формам
и стержням тепло от какого-нибудь источника.
Для полной и быстрой сушки необходимо, чтобы высушиваемые
формы и стержни омывались газами равномерно со всех сторон. Однако
полностью осуществить это не удается. Удаление влаги из формы
происходит главным образом через верхний разъем и частично через
нижний. Плотные металлические стенки опок не пропускают влаги.
Чтобы облегчить и ускорить сушку, стенки опок делают с отверстиями.
С этой же целью половины форм устанавливают на прокладки. По
образующимся зазорам газ может циркулировать и обогревать низ
формы. В неблагоприятном положении находится низ стержней, ко-
торые сушатся на плитах, поэтому плиты надо обязательно делать
с отверстиями.
2. СУШКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
Основным связующим для формовочных смесей чугунного и сталь-
ного литья является глина. Будучи смочена водой, глина становится
пластичной и благодаря связующей способности придает необходимую
прочность сырой форме. При сушке глина не теряет своих связующих
свойств и увеличивает прочность высушенной формы.
183
Для увеличения прочности и газопроницаемости формы в некою»'
рые формовочные смеси вводятся органические вещества, например
древесные опилки. Во время сушки из них испаряется влаге и уда-
ляются летучие вещества. Образующиеся поры повышают газопро-
ницаемость формы. Твердые несгораемые частицы органических ве-
ществ, такие как волокна, связывают частички смеси, и тем самым
устраняется образование крупных трещин в форме.
Температура и продолжительность сушки форм зависят от разме-
ров и вида литья. Примерные температуры сушки форм и стержней,
продолжительность сушки стержней, а также режимы сушки форм
даны в табл. 1—3.
Таблица 1
Температура сушки форм и стержней
Наименования форм и связующих в стержнях Температура сушки, "С
максималь- ная оптималь- ная
Формы для чугунных и цветных отливок Формы для стальных отливок Стержни о глинистыми связующими Стержни со связующим П То же ГТФ » 4ГУ (в) » СП и СБ > С-С-б 350—45U 450—550 350—375 220—240 190—210 200—220 220 — 250 170—190 350—400 400—450 300 — 350 210—230 190—200 190 — 200 210—230 160—180
Примечание. При введении в состав стержневой смеси двух связующих температура сушки назначается по связующему, требую- щему более высокой температуры сушки.
Таблица 2
Продолжительность сушки стержней
Объем стержня, дм3 Масса стержня, кг Сушка, ч
стержней на органических крепителях стержней на глинистых крепителях
До 1,0 1,5 0,75—1 1,5—2
1—6 1,5—10 1,5—2,2 2—2,75
16—20 10—30 2,5—3,5 2,75—4
20—50 30—80 3,5—5 4,5—6
50—100 80—160 5—7 6,5—7,5
100—150 160—240 6—7 8 —10
184
'шка после емонта Длитель- ность, ч > <л о LQ •• Ш «м 7 С1 CD 1 ы подсу-
•о сх
X -р сх 2° о
X О # - о о с о CD •в
га *ч о о из из из
к Ч Е s е- ф >> СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ р* СЧ
О Н Ь 1
Ф из
3 и га Л - СМ о ЧГ CD со
л X ч л *4 СЧ СЧ СО ''Г О
ч Э Ф ь „ Н О О’ 1 1 1 1 с
•S о со СО 00 о я
о о «Я га И р Дл н •* СЧ со р о ь
га
К га cL° О о о О о CJ
сх to U3 о о из G
0) Ж Сх •^г м* из 1-3 ю Р* G
С ф >> с
Ь Е-
я
1 LQ X
Л .. СЧ 3
га О ч после ’а 1 лител ность ч 0,5 Г '< 2 СЧ I из ЧГ 1 СЧ 3 — G 2 а> я
ч г-* со te о
X о Э s о Et О Е
ь ф S X 3 X g? ф - с га S 1-х 180 002 200 200 200 )М, ИЭГО'
ь ф >> ид
Ф га Н в- • О •в
1 UJ ф
3 СО га . ю X
CQ X ч га tn СП 3
СО *3 . а t- о ₽ 1 I I 1 1 >. о
а ^>1 В о xf <D оо о СЧ Е£
о о Ч X О
X рвичная Я
Чурун Эи *« -Bdai О О О О 50 03 50 остиоfl
ф ж — м- т*3 тГ тг
С ф >1 X
1 Н е- сх ф ш . о s
е= а
во
£Х^-
о о О о о О о С I
СО о о о
х о Ч* фсо
ры мм о о СЧ X X о X о о о « >.
ф <- СЧ о о о сз в Е
« я о о СО VQ из из из тГ X гаю . >»
СХ р «4 о о о
X CJ «4 ЕХ о Ф Ь»
EX е> О п ю
— О t с. О о сз из г га
•в tc . ID о о о X
X о о из • X
ц Ф с о СЧ со п га В
S В схс U о о о ио X о X о X сз и «х« t=S
о о о 03
с в СЧ из о д
ST tj £ о СО из к
S 3
«
u а.
185
3. ТИПЫ СУШИЛ
По принципу работы различают сушила периодического действия
и сушила непрерывного действия. К сушилам периодического действия
относятся камерные стационарные сушильные установки и перенос-
ные сушила; к сушилам непрерывного действия — различные кон-
вейерные сушила и туннельные сушильные печи. В табл. 4 приводится
классификация сушил.
Таблица 4
Классификация сушил для форм и стержней
Наименова- ние Тип конструкции Назначение Род топлива и энергии
Периодиче- ски дей- ствующие сушила Сушильный шкаф о секторными полками Сушильный шкаф с выдвижными полка- ми Сушила ямного типа Сушила о выкатны- ми тележками Сушка стержней Сушка стержней Сушка форм в опоках Сушка форм в опоках и стерж- ней Твердое,- жидкое и газообразное
Сушила не- прерывного действия Вертикальные кон- вейерные вушила Горизонтальные кон- вейерные сушила Туннельные сушила Сушка стержней Сушка стержней и мелких форм Поверхностная подсушка форм и краски на стерж- нях Твердое, жидкое и газообразное То же Электро- энергия
Переносные сушила Подача воздуха от компрессора То же от вентиля- тора Сушка инфракрас- ными лучами ► Сушка круп- ных форм > Поверхностная подсушка форм» стержней и краски Твердое и газообразное (очень редко электро- энергия) Электро- энергия
Сушильные шкафы
Сушильные шкафы о выдвижными секторными полками (рис. 1)
применяются для сушки мелких стержней при единичном и мелко-
серийном производстве. Полки сушильного шкафа выполнены в виде
решетки, что обеспечивает свободную циркуляцию горячих топочных
газов по всему объему сушильного шкафа. Каждая полка сушильного
шкафа выдвигается отдельно, независимо от других полок. Произво-
дительность сушильных шкафов равна 120—300 кг/ч сухих стержней.
186
Сушильный шкаф с выдвигающимися полками приведен на рис. 2.
Одновременно можно выдвигать одну полку или все сразу. Благодаря
такому устройству в одной печи можно сушить стержни с различной
Рио. 1. Сушильный шкаф о сек«
торными полками
продолжительностью сушки. Полки перемещаются на роликах 3 по
направляющим, расположенным внутри печи, и выдвигаются с по-
мощью тележки 7, катящейся по рельсам 2. К тележке подвешена
Рио. 2.
Сушильный шкаф о выдвигающимися полками
рама 4 с приспособлениями 5 для захватывания выдвигаемой полки 6.
Производительность такого сушила составляет примерно 250 —350 кг/ч
сухих стержней.
Сушильные печи
Ямные сушильные печи применяются для сушки крупных литей-
ных форм. Камера ямного сушила сооружается ниже уровня пола
цеха;_сверху камера перекрывается съемными сводами. Формы загру-
187
жаются краном непосредственно в сушильную камеру. С этой целью
краном снимается верхний свод, который вновь устанавливается на
свое место после полной загрузки рабочей камеры. Разгрузка сушила
производится через верхний проем, поэтому ямные сушила занимают
в литейных цехах меньшую производственную площадь, чем камерные
сушила. В ямных сушилах подвергают сушке очень крупные формы;
общая масса их при одновременной сушке может превышать 200 г.
Камерное сушило с выкатной тележкой показано на рис. 3. Форма
и стержни загружаются вне рабочей камеры сушила на передвига-
ющуюся по рельсам тележку. Формы и стержни устанавливаются не-
посредственно на раму тележки. Выходной проем рабочей камеры
закрывается подъемной дверью.
Рио. 3. Камерное сушило а выкатной тележкой
Топливом для таких сушил служит каменный уголь или природ-
ный газ. Из топки 1 продукты сгорания поступают в каналы 3, идущие
вдоль боковых стенок камеры, а оттуда через щели в сводах боровов
поднимаются по вертикальным боковым каналам и поступают в ка-
меру.
После прогрева форм или стержней, загруженных в рабочее про-
странство 5 на тележке 4, продукты сгорания поступают в боров 2
и оттуда в дымовую трубу. Часть отходящих газов растекается по
поду сушила, перемешивается со свежими горячими газами и нагре-
вается до температуры около 400—500° С, установленной для сушки
форм и стержней.
Сушила непрерывного действия
Сушила непрерывного действия конструируются так же, как
конвейерные. Они подразделяются на горизонтальные и вертикальные.
Горизонтальные конвейерные сушила. В горизонтальных конвейер-
ных сушилах рабочая камера сооружается в виде длинного коридора,
в котором с определенной скоростью движется конвейер. Обычно
сушильный конвейер горизонтального типа представляет собой беско-
нечно движущуюся цепь, на которую подвешены сушильные этажерки
с полками. На полки этажерок устанавливают сырые стержни; посту-
пая с одной стороны печи в сушильную камеру, стержни после не-
скольких оборотов выгружаются сухими с другой стороны печи. В таких
сушилах можно подвергать сушке и небольшие литейные формы.
188
Схема горизонтального конвейерного сушила показана на рис. 4.
В этих сушилах сушка стержней производится на полках свободно
висящих этажерок. Цепь 1 с подвешенными этажерками 2 проходит
вдоль фронта верстаков или стержневых машин 3, где на полки уста-
навливают стержни, подлежащие сушке. Постепенно передвигаясь,
стержни поступают в сушильную камеру 4.
В наклонной части камеры происходит подогрев стержней, а в го-
ризонтальной камере стержни проходят окончательную сушку. Затем
стержни поступают во вторую половину наклонной части камеры 5
сушила, где они постепенно охлаждаются, и по выходе из сушила
снимаются с полок.
Рис. 4 Схема горизонтального конвейерного сушила
Сушильная установка имеет вентиляционную систему, обеспечи-
вающую рециркуляцию отработанных газов, перемешивание их с го-
рячими газами в смесительной камере и своевременное удаление остав-
шейся части отработанных газов из сушильной камеры в атмосферу.
В течение часа в таком горизонтальном конвейерном сушиле
можно высушить до 10—15 т мелких и средних стержней.
Вертикальные конвейерные сушила. В литейных цехах, где пре-
обладают мелкие и средние стержни, для сушки применяют вертикаль-
ные конвейерные сушила. Схема вертикального конвейерного сушила
показана на рис. 5. Сушило выполнено в виде стального каркаса,
покрытого снаружи панелями из стальных листов. Для уменьшения
потери тепла панели заполняют теплоизоляционным материалом —
молотым асбестом, шлаковатой и др.
На валах закреплены звездочки 7, через которые перекинуты
бесконечные цепи 8, несущие полки 1 со стержнями. Полки связаны
с цепями с помощью шарниров, свободно покачиваются и под влия-
нием нагрузки всегда находятся в вертикальном положении. Нижний
вал со звездочками приводится в движение через редуктор электро-
двигателем. Скорость движения цепи может регулироваться в широких
пределах в зависимости от требуемого режима; обычно она состав-
ляет 0,25—0,5 м/мин.
Газы из топки 2 поднимаются вверх, при своем движении прижи-
маются к разделительной перегородке 6, переходят в левую сторону
сушила и отсасываются через четыре отверстия в дымовую трубу 5.
189
Загрузка стержней производится через окно 5, где рабочий-су-
шильщик устанавливает стержни на полки. У загрузочного окна
температура не превышает 35—40° С. По мере подъема вверх стержни
• последовательно попадают в области
Рис. 5. Схема вертикального
конвейерного сушила
все более высоких температур. В ле-
вой стороне сушила температура
достигает 230—250Q С, а на выходе
снижается до 65° С. Выгрузка
стержней производится через окно4.
Переносные сушила
Литейные формы, изготовлен-
ные из быстросохнущих формовоч-
ных смесей, в которых связующим
является СБ или СП, не нуждаются
в сквозной сушке. Для получения
вполне годной отливки достаточно
Рио. 6. Переносное газовое сушило
просушить лишь поверхностный слой на глубину 20—50 мм.
При температуре сушки 280—300q С в течение 20—30 мин обеспе-
чивается глубина подсушенного слоя 8—10 мм, а при длительности
сушки 60—90 мин — глубина слоя 20—30 мм.
Поверхностная подсушка форм, изготовленных из песчано-гли-
нистой смеси, при температуре 280—300° С обеспечивает в течение
40—60 мин толщину высушенного слоя 15—20 мм при глубине полости
формы 400 мм, а в течение 70—80 мин — толщину слоя 18—25 мм
при глубине полости формы до 1000 мм. Формы до сушки покрываются
формовочной краской.
Схема переносной печи на газообразном топливе показана на рис. 6.
На форму 8t предназначенную для просушки, устанавливается короб
190
распределительной камеры 6. В верхней части короба смонтирован
газовый смеситель 5, в котором находится топка /. Воздух нагнетается
в топку вентилятором 9 по трубопроводу через сопло 2. Горючие газы
поступают в горелку 3 по гибкому шлангу 4. Вторичный воздух заса-
сывается из атмосферы через боковые отверстия в направлении, пока-
занном на схеме стрелками.
Сжигание газовой смеси происходит в топке 7; затем горячая
газовая смесь проходит через смеситель в распределительную камеру,
а из нее-—в полость формы. Охлажденные отработанные газы выходят
из формы через зазоры между опокой и распределительной камерой.
Температура газов в распределительной камере определяется по термо-
метру 7.
Сушка инфракрасными лучами
Поверхностная подсушка форм осуществляется также инфракрас-
ными лучами. С этой целью применяют зеркальные лампы с внутренней
посеребренной поверхностью мощностью 250 и 500 Вт. Инфракрасная
лампа представляет собой стеклянную колбу параболической формы,
внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем серебра и
служит отражателем. В фокусе зеркала закреплена вольфрамовая
нить, температура накала которой составляет 2200° С.
Рис. 7. Установка для поверхностной подсушки форм инфракрасными
лучами
Средняя температура обогрева поверхности формы щи этом спо-
собе подсушки составляет 120—170е С и регулируется путем изменения
количества ламп или расстояния между лампами и поверхностью формы.
Установка для поверхностной подсушки форм инфракрасными
лучами показана на рис. 7. Формы /, предназначенные для поверхност-
ной подсушки, устанавливаются на рольганг и перемещаются им под
раму 6 сушильной установки. Положение формы на рольганге фикси-
руется ограничителем 4. Инфракрасные лампы 2 мощностью 500 Вт
в количестве 30 шт. ввинчиваются в патрон 3 типа «Голиаф». Лучи
этих ламп отражаются от рефлектора 5, укрепленного на раме. Подъем
рамы осуществляется по стойкам механизмом 7.
Подсушка слоя формовочной смеси в форме на глубину 15—20 мм
осуществляется в течение 40—50 мин.
191
Химическое отверждение форм и стержней
Для изготовления химически твердеющих форм и стержней в Состав
облицовочной смеси вводится связующее — жидкое стекло (см. гл. II).
При обработке смеси, содержащей жидкое стекло, углекислым газом
происходят химические реакции благодаря воздействию углекислого
газа на силикат натрия, являющегося основой жидкого стекла.
№2О-я SiO2 ф- СО2 + b Н2О =
силикат натрия углекис- вода в
(жидкое стекло) лый газ смеси
= Na2CO3-c Н2О -I- 2 (SiO2-d Н2О).
углекислый натрий гель кремниевой
кислоты
Из этой реакции видно, что в результате обработки углекислым
газом происходит разложение силиката натрия с образованием угле-
кислого натрия и кремнезема. Кремнезем, присоединяя к себе воду,
всегда имеющуюся в формовочной или стержневой смеси, образует
новое химическое вещество — гель кремниевой кислоты. Пленки
Рис. 8. Схемы установок для химического отверждения форм и стержней:
а — установка для отверждения форм; б — то же для отверждения стержней;
/ — баллон с углекислотой, 2 — резиновый шланг; 3 — форма (а) или стер-
жень (6)
геля обволакивают зерна песка и связывают их в прочную и сухую
массу. Формы и стержни могут выдерживаться перед заливкой без
опасности поглощения влаги.
На рис. 8 показаны'схемы установок для химического отверждения
форм и стержней. Продолжительность продувки форм в зависимости
от площади опоки приведена в табл. 5.
Расход углекислоты на 1 т отливок составляет 10—12 кг. Для сни-
жения расхода предложены смесители, в которых углекислота сме-
шивается с воздухом.
4. ОТДЕЛКА И СБОРКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
Заключительными операциями при изготовлении форм и стержней
являются: подготовка места для^сборки; окончательная^отделка; покры-
тие форм противопригарным припылом либо эмульсией при формовке
всырую; повторное окрашивание в случае необходимости при формовке
всухую; устройство вентиляционных каналов; установка и крепление
стержней; заделка стыков стержней; накрывание верхней полуформы;
установка литниковой чаши и наращивание выпоров; крепление формы.
192 . '
Подготовка места для сбор-
ки. При машинном изготовлении
форм они устанавливаются либо
на платформах конвейера, либо
на подопечных щитках, также
уложенными на платформах.
При средних и крупных формах
платформы .покрывают неболь-
шим слоем формовочной смеси.
Формы, изготовленные вручную,
устанавливают на разрыхлен-
ную и выровненную площадку.
Для свободного удаления газов
из крупных форм в площадке
делают борозды, располагая их •
поперек формы.
- Нижнюю полуформу тща-
тельно притирают к поверх-
ности площадки.
Отделка. При формовке всы-
рую все поврежденные части
формы исправляются: На эти
места наносится смесь и произ-
водится отделка формовочным
инструментом. Исправленные
части прошпиливаются формо-
вочными шпильками. Нельзя до-
пускать переуплотнения смеси
в исправляемых участках фор-
мы, так как это может вызвать
ужимины и вскипы.
При формовке всухую мел-
кие трещины, не влияющие на
прочность формы, устраняются
повторной окраской или они за-
мазываются пастой. Большие тре-
щины разделываются — расши-
ряются гладилкой, смачиваются
жидким раствором глины, запол-
няются формовочной смесью,
отделываются, прошпиливаются
и покрываются краской; затем
производится просушка при по-
мощи газовой горелки или дру-
гим доступным способом.
Сборка. Перед началом сбор-
ки нужно проверить качество
просушки формы. Опытные фор-
мовщики проверяют качество на
слух при простукивании формы.
Более надежный способ — вы-
резка углублений в знаковых
частях формы и проверка тол-
щины просушенного слоя.
7 А. М. Липницкий
193
При сборке сложных форм, изготовляемых впервые, в процессе
сборки должны участвовать технолог и мастер, которые совместно
с формовщиком-сборщиком проверяют размеры формы, толщину сте-
нок, правильность установки стержней и т. д.
Поступившие на сборку стержни должны быть осмотрены и очи-
щены от нагара. Установка стержней в форму является наиболее от-
ветственной операцией и должна выполняться тщательно. Стержни
устанавливаются в формы по знакам (рис. 9, а). В случае, если знаки
не обеспечивают устойчивости стержня, а также для дополнительного
Рио. 9. Установка стержней в форму:
а по знакам, б — по знакам и
жеребейкам
крепления стержней применяют
дополнительные опоры — жере-
бейки (рис. 9, б).
Размеры формы при единич-
ном производстве тщательно
контролируются в процессе ее
сборки с помощью шаблонов,
линеек, угольников и другого
простейшего инструмента. При
серийном и массовом производ-
стве размеры форм для отли-
вок, изготовляемых впервые,
проверяются кондукторами и
шаблонами, и по результатам
контроля доводится оснастка.
При изготовлении особо слож-
ных и ответственных отливок
по кондуктору и шаблонам про-
веряется каждая форма.
Проверка криволинейных
очертаний, а также толщины
стенок в местах, которые при
сборке не могут быть проверены
с помощью инструмента, в еди-
ничном производстве осуществ-
ляется контрольным перекрытием по глиняным конусам («перекрытие
на глину»), сдавливаемым под силой тяжести стержня (рис. 10), либо
накрыванием верхней полуформы. При контрольном перекрытии все
полости формы закладывают паклей или ветошью во избежание засо-
рения формы. После перекрытия раскрывают форму, удаляют паклю
и, вынув стержни, по высоте обжатых конусов судят о толщине тела.
Затем продувают форму Чй заканчивают сборку.
В том случае, когда формовка производится всырую, перед сбор-
кой на плоскости разъема нижней полуформы прорезается гладилкой
или карасиком риска; при этом смесь приподнимается и образуется
гребешок, который при накрытии верхней полуформы сдавливается,
создавая заграждение проходу металла по разъему.
В сухих формах для этой цели узкая полоска вокруг полости
формы смачивается водой и вырезается канавка, в которую закла-
дывается тонкий валик глины, сдавливаемый верхней полуформой.
Окончательной операцией сборки является выполнение литнико-
вых чаш и наростков для выпоров. В литниковые и выпорные отверстия
опускают деревянные стояки и зазоры вокруг них заделывают паклей.
Обечайки для чаш и выпоров устанавливают на земляную подсыпку
и выполняют чаши. Все выпоры закрываются глиняными лепешками,
194
Рис. 11. Способы крепления форм: а — грузом (для мелких форм):
б — конусными скобками; в — скобами с клином и хомутами;
г — ложным грузом с подклиниванием (для крупных форм при поч-
венной формовке)
195
для того чтобы не было обгорания поверхности верхней полу-
формы.
Крепление форм. Во избежание подъема верхней полуформы при
заливке производят крепление форм (рис. 11).
Необходимая масса груза может быть рассчитана по следующим
формулам:
1) для форм без стержней
Р = (^ОТЛ 4“ ^лит) Ум Q]
2) для форм со стержнями
Р ~ [Нв (^отл 4" ^лит) Тм 4* (Тм 4- Тст) ^ст-Q} К,
’ ’ ' J
где Р давление металла на верхнюю полуформу, кгс; Нв — высота
верхней полуформы, дц; FOTJ1 — горизонтальная проекция отливки
в плоскости разъема, дц2; Глпт —. площадь литниковой системы в разъеме
формы, дц2; ум и уст — плотность жидкого металла и стержня; VCT —
объем стержней без знаков, дц3; q — масса верхней полуформы, кг;
Ккоэффициент запаса, учитывающий гидравлический удар; К =
= 2-5-4 (наименьшее значение для мелких и средних и наибольшее для
крупных отливок).
Глава VIII
ПЛАВКА ЧУГУНА
Первые достоверные сведения о применении чугуна в Европе
относятся к XIV в. До конца XVIII в. отливки изготовлялись из чугуна
первой плавки, т. е. чугун для заливки форм получали непосредственно
из доменных печей. Такой чугун называется чугуном первой плавки.
В 1774 г. в России была впервые построена специальная литейная,
оборудованная печами для плавки доменного чугуна, собственного
возврата (литники, брак) и лома. Такой чугун называется чугуном
вторичной плавки.
1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПЛАВКИ ЧУГУНА
При плавке чугуна применяются металлические шихтовые мате-
риалы, топливо и флюсы. В состав металлической шихты обычно входят
чушковые чугуны, покупной лом (чугун и сталь), цеховые отходы
(брак, литники), скрап и стружка. Кроме этих материалов для полу-
чения чугуна требуемого химического состава, а также для его раскис-
ления и модифицирования применяются различные ферросплавы.
В качестве топлива при плавке в вагранке наибольшее распростра-
нение имеет каменноугольный кокс. В последнее время начинает при-
меняться природный газ.
Для получения шлаков определенного состава, обладающих не-
обходимой плавкостью и текучестью, служат известняк и основной
мартеновский шлак, а для футеровки вагранки и печей — различные
огнеупорные материалы.
Чугуны доменные чушковые
Для отливок из серого и ковкого чугуна применяются доменные
литейные, передельные и специальные чугуны (табл. 1).
Литейный коксовый чугун изготовляется семи марок с различным
содержанием кремния. Каждая марка, в свою очередь, по количеству
содержащегося в ней марганца делится на три группы, по содержанию
фосфора — на пять классов и по содержанию серы — на пять кате-
горий.
Передельный коксовый чугун изготовляется четырех марок. Содер-
жание углерода в этом чугуне не регламентируется ГОСТом. В чугу-
нолитейном производстве получили применение передельные чугуны
марок Ml и М2.
Для изготовления отливок из ковкого чугуна применяются литей-
ные и передельные чугуны и только при производстве высококаче-
ственного ковкого чугуна пользуются специальными чугунами (см.
табл. Г).
При производстве отливок с небольшим количеством хрома и никеля
эти элементы могут быть введены природнолегированными чугунами.
197
Таблица J
Классификация и химический состав доменных чушковых чугунов, %
• Марганец
Марка чугуна Углерод Кремний - Группа 1 ' j
» I II III
Литейный коксовый чуг
ЛК1 3,5—4,0 3,21—3,60
ЛК2 3,6 —4,1 2,81—3.20
Л КЗ 3,7—4,2 2,41—2,80
ЛК4 3,8—4,3 2,01—2,40 Не более 0,50 0,51 — 0,90 0,91 — 1,50
ЛК5 3,9—4,4 1,61—2,00 /
Л Кб 4,0—4,5 1,21 — 1,60
ЛК7 , 4,1—4,6 0,81 — 1,20 1
• Передельный коксовый чу
MI М2 Л >₽> •| о сл 1 1 ф. сл сл о 0,91 — 1,30 0,51—0,90 Не более 0,50 0,51 — 1,0 1,01-1,5
Чугун специальный
КК 3,7—4,1 1,00—1,50 0,2—0,60 *
КД1 3,8—4,2 0,71 — 1,00 0,1—0,40 -
КД2 3,8—4,2 0,15—0,70 0,1 — 0,30
/ Природнолегированный коксо
ЛХЧ1 2,-76 и более
ЛХЧ2 2,26—2,-75
ЛХЧЗ —* 1,76—2,25 До 0,6 0,61 — 1,2
ЛХЧ4 1,26—1,75
Примечание. Литейный коксовый чугун применяется для отливок и ковкого чугуна; чугун специальный применяется для отливок ковкого чу 2,2—3,2% хрома и не менее 1% никеля
198
I
Фосфор Сера, не более
Класс Категория
А Б В ГД 1 2 3 4 5
ун (ГОСТ 4832—72)
0,02 0,03 0,04 0,05 —
0,02 0,03 0.04 0,05 —
0,02 0,03 0,04 0,05 —
Не более 0,081 — 0,13 — 0,31 — 0,71 — 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
0,08 0,12 0,30 0,70 1,20
0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
Гун (ГОСТ 805—49)
До 0,15 До 0,20 До 0,30 0.02 0,03 0,04 — —
(ГОСТ 4834—49)
До 0,10 — — 0,03 — — —
* 1 До 0,15 До 0,15 1 1 — 0,03 0.03 1 — 1 1
ВЫЙ чугун (ЧМТУ 6003—54) ♦
0,03 0,04 — —
0,03 0,04 — — —
^4 До 0,5 0,04 0,05 Wi и — —
0,04 0,05 — —
серого чугуна; передельный коксовый чугун применяется для отливок серого
гУна; содержание легирующих элементов в чугунах ЛХЧ1—ЛХЧ4 составляет:
199
тююошоиэюо
~СЧ101Л'ФГ'.СОСОСО
I I I I I I I I I
OmOlQOoo«-<t£)
ё
S К
СЧ СЧ 'ф -ф to
о о СЭ О О И £?
ф сх
к
сч см со со со со -ф со
О CD О О CD О О О
О* О О О О CD О О
Таблица S
Химический состав ферросплавов^ %
CD Ш Ю 1Л Ш UD 00
СПГ'-Г-'.СО'ФСМ—|СО'Ф
О О О О О О О и Я
еееееее^^
X 1
г*> и ЙР
О со
ф д ₽• си 1 О 1
СШВ1Г iHsac «о К и I к 1 СП «Й 1, Е •' Фсп Я -ф го ЧГ-
S с tu 1
я о Чсо И 'ф C.LD он
2 о S Си < И CU KUD О«-« О1Л га ю S-' О1-0 CUQ оО
СО Ф си cub я? pH Си СиН cub си
Фе ОС фО -соО о>о Оо л® е з
200
Ферросплавы
На практике получили применение сплавы железа с кремнием —
ферросилиций, с марганцем — ферромарганец, с хромом — ферро-
хром, с фосфором — феррофосфор и др.
Ферросилиций применяется как доменный, так и электропечной
(ФС18 и ФС25). Ферросилиций этих марок вводится непосредственно
в шихту. Ферросплавы с высоким содержанием кремния (ФС90—ФС45)
применяются для модифицирования, и присадка производится либо
в ковш, либо на желоб вагранки.
Марганец вводится в шихту в виде иизкомарганцевого ферросплава,
называемого из-за блестящего излома чушек зеркальным чугуном.
В табл. 2 приведены составы ферросплавов, применяющихся при про-
изводстве чугунного литья.
Феррофосфор применяется для подшихтовки чугуна, в котором
требуется повышенное или высокое содержание фосфора (для чугунной
посуды, отопительных радиаторов и т. п.). Химический-состав ферро-
фосфора, поставляемого по ТУ металлургической промышленности,
указан в табл. 3.
Таблица 3
Химический состав фосфора, %
Марка Углерод Фосфор Кремний Марганец Сера
ФФ Около 1.2 14—18 2.2 Не более 6,0 0.5
При производстве модифицированного чугуна с пластинчатым
графитом наряду с высокопроцентным ферросилицием (см. табл. 2)
применяется силикокальций — сплав кальция с кремнием (табл. 4);
при производстве модифицированного чугуна с шаровидным графитом —
сплавы магния — 20—25% с кремнием — 55—60%, ссгальное —
железо.
Таблица 4
Химический состав силикокальция, %
Марка Кальций Кальций + -f- кремний Алюми- нн й Фосфор ▼ сера
не менее не более
Каси 0 31 90 1,5 0,05 0.01
Касн 1 28 90 2.5 0,05 0,04
Каси 2 23 85 ' 3,0 0,05 0.04
Кроме рассмотренных сплавов, ограниченное применение при
плавке чугуна имеют ферромолибден, феррованадий и технически чистые
металлы: никель, медь и алюминий.
201
Таблица 5
Нормы качества шихтовых металлов,'
применяемых при плавке в вагранках
Показатели качества Класс 1 Класс П
в Состояние поставки Степень чистоты Габариты Масса Состояние поставки Степень чистоты Габариты Масса Состояние поставки Степень чистоты Масса Стальные лом и о тх ( Куски, приведенные в удобное состояние для загрузки вагранок Металлолом не должен быть го- релым, проржавленным и разъеден- ным кислотами. Налет ржавчины допускается. Не допускается на- личие цветных металлов. Засорен- ность безвредными примесями не должна превышать 2% Толщина металлолома должна быть не менее 6 мм, размеры кус- ков — не более 300Х 200Х 150 мм Масса отдельного куска не ме- нее 0,5 п не более 40 кг Лом п отходы чуру Куски разного машинного чу- гунного литья, изложницы, под- доны, прокатные валки Лом не должен быть проржав- ленным, горелым, разъеденным кислотами. Налет ржавчины допу- скается. Не допускается наличие цветных металлов. Засоренность безвредными примесями не должна превышать 2% Куски не более 300 X 200 X X 150 мм Масса отдельного куска не ме- нее 1 кг и не более 40 кр Брикеты из чугунной с Брикеты из чугунной стружки горячего брикетирования « Стружка, применяемая для бри- кетирования, не должна содер- жать стальную стружку и струж- ку из цветных сплавов. Содержа- ние безвредных примесей в бри- кетах не должно превышать 1% Плотность брикета не менее 5 кг/дм3, масса — от 2 до 40 кг 5 Д Ы ► fa—4 н а Куски чугуна с по- вышенным содержа- нием фосфора (отопи- тельные радиаторы, печное, посудное литье, канализацион- ные трубы) То же, что для класса I То же,' что для класса I Куски не менее 0,5 и не более 40 кр т р у ж к и Брикеты из чугун- ной стружки холодно- го брикетирования То же, что для класса Ь но содержа- ние безвредных приме- сей до 3% по массе То же
202
Вторичные шихтовые металлы
Значительная часть шихты (более 50% при плавке в вагранках
и около 70—95% при плавке в электрических печах) состоит из вто-
ричных металлов: собственный возврат, чугунная брикетированная
стружка, чугунный и стальной лом, стальная высечка и т. п.
Поставляемый лом для ваграночной плавки должен соответство-
вать нормам ГОСТ 2787—63, а для плавки в индукционных печах —
нормам ТУ 14-10-4—72.
Нормы качества шихтовых металлов приведены в табл. 5.
К ломам, применяемым для плавки в электрических индукционных
печах, предъявляются по сравнению с ломом, применяемым при плавке
в вагранках, более жесткие требования как по состоянию поставки,
так и по степени чистоты (табл. 6).
Таблица 6
Нормы качества шихтовых металлов,
применяемых при плавке в индукционных печах
Состав Степень чистоты Габариты и масса
Кусковые и легковесные углероди- стые лом и отходы — Пакета из чистых углероди- стых легко4 веснах металл о- отходов Куски чугунного лома, изложницы и т. п. Брикеты из чугунной стружки Стальные лом и отх Металлолом не должен быть горелым, проржавленным, разъ- еденным щелочами и кислотами. Не допускается наличие отходов цветных металлов и смешивание углеродистого лома с легирован- ным. Налет ржавчины допу- скается. Засоренность безвредны- ми примесями и маслом не .бо- лее 1% Пакеты должны быть спрессова- ны из чистых листовых, полосо- вых и сортовых отходов металло- обработки и не содержать вредных примесей и цветных металлов. Не допускается металл луженый, оцинкованный, никелированный, хромированный. Налет ржавчины допускается. Содержание безвред- ных примесей не более 1% Лом и отходы чугу Металл не должен быть про- ржавленным. горелым и разъеден- ным щелочами и кислотами. На- лет ржавчины допускается. Засо- ренность безвредными примесями не должна превышать 2% Брикеты должны быть спрессо- ваны из чугунной стружки, не сме- шанной со стальной стружкой и стружкой цветных металлов. Со- держание безвредных примесей и масла в брикетах — не более 2% ОДЫ Металлолом должен быть разделен на ку- ски размером не более 600X350X250 мм. Тол- щина металла не менее 6 мм. Масса отдельных кусков не менее 0,5 кг Пакеты размером не более 800x60 0х X 600 мм. Масса па- кета должна быть не менее 40 кг н а Размеры кусков дол- жны быть нс более 400X200X 150 мм. Масса отдельного ку- ска не менее 0,5 и не более 40 кг Масса брикетов не менее 2 и не более 40 кг
203
<u
О)
Ч
о
КЗ
<и
м
<и
О
Я
О
я
m
я
со
Ч
«
о>
я
и
м
Б
а>
§
О
о
К
ш
03
О'
<и
S
к
брака, но требует пересчета стоимости.
204
2. ТОПЛИВО
Ваграночное топливо (при плавке в вагранке преимущественно
применяется твердое кусковое топливо, обычно каменноугольный
кокс) должно давать не только необходимое количество теплоты, но
также поддерживать столб металлической шихты и топлива в шахте
вагранки, не разрушаясь. Кроме того, топливо, отвечающее требова-
ниям плавки в вагранке, должно обладать высокой прочностью при
нормальной и высокой температурах, большой плотностью (характе-
ризуемой определенной пористостью — не более 42%), малой горю-
честью, иметь низкое содержание золы и серы и размеры кусков 40—
150 мм.
Литейный кокс, получаемый из специальных каменных углей
сухой перегонкой (прокаливанием без доступа воздуха), имеет пере-
численные выше свойства и низкое содержание летучих веществ и
является хорошим топливом для вагранки. В зависимости от содержа-
ния серы литейный кокс подразделяется на следующие марки: КЛ-1,
КЛ-2 и КЛ-3 (ГОСТ 3340—71). Для кокса всех марок устанавлива-
ются классы по размеру кусков: £>80, £>60, более 40, 60—80 и 40—
60 мм. .
При изготовлении тонкостенных отливок (радиаторы, чугунная
посуда и т. п.) в случае, когда вагранки работают на холодном дутье,
для повышения температуры перегрева чугуна может оказаться полез-
ным применение термоантрацита (ГОСТ 7749—65), являющегося про-
дуктом обработки антрацита при температуре 900—1000' С без доступа
воздуха. Термоантрацит — очень хорошее топливо для вагранок;
он применяется в сочетании с коксом. Состав и некоторые свойства
литейного кокса и термоантрацита приведены в табл. 7.
3. ФЛЮСЫ
В процессе плавки в вагранке зола кокса, песок, приставший к по-
верхности шихтовых материалов, оплавившаяся футеровка и продукты
окисления кремния (SiO2), марганца (МпО), железа (FeO) образуют
шлаки. Такие шлаки содержат большое количество окиси кремния
и характеризуются высокой температурой плавления — около 1500 С.
Для понижения температуры плавления и повышения жидкотекучести
шлаков надо изменить их состав, что достигается присадкой в вагранку
таких флюсов, как известняк и основной мартеновский шлак.
В чистом виде известняк представляет собой углекислый кальций
(СаСО3). При нагревании он разлагается с выделением углекислого
газа, который совместно с ваграночными газами удаляется в трубу;
оставшаяся окись кальция (СаО), попадая в зону плавления, соеди-
няется с указанными выше продуктами окисления и образует гравни-
тельно легкоплавкий шлак, имеющий небольшую вязкость. Анало-
гично действует и мартеновский шлак, в составе которого также имеется
значительное количество окиси кальция.
Мартеновский шлак основной применяется в смеси с известняком
в отношении 1:1. Использование мартеновского шлака заметно уде-
шевляет стоимость флюсов. Применение таких флюсов, как известняк,
мартеновский шлак, способствует также переходу в шлак серы, нахо-
дящейся в золе кокса, вследствие чего уменьшается содержание серы
в чугуне. В табл. 8 приведены технические условия на флюсы, исполь-
' зуемые при ваграночной плавке.
205
Таблица 8
Технические условия по применению флюсов
Наименование флюса СаО SiOz Фосфор Кускова- тость, мм
не менее не более
Содержание, %
Известняк: 1-й сорт 2-й » 3-й » Мартеновский шлак 52,0 50,0 49,0 40 (в сумме с окисью магния) 1,75 3,0 4,0 25 0,02 0,04 0,04 0,9 25—100 25—100 25—100
4. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для футеровки вагранок наибольшее применение имеют шамот-
ные и полукислые огнеупорные изделия по ГОСТ 3272—71, которые
в зависимости от химико-минералогического состава и огнеупорности
делятся на марки, приведенные в табл. 9.
Таблица 9
Марки шамотных и полукислых изделий и их показатели
Марки Химический состав, % Огнеупор- ность, °С# не ниже Предел проч- ности при сжатии, кгс/см2,- не менее Назначение
И1АВ — шамотные изделия А12О3 не менее 28; S1O3 — не нормируется 1730 200 Для футеровки плавильного пояса, фурменной воны и горна
ШБВ — шамотные изделия A]sO8 не менее 28 SIOj не норми- руется 1670 150 Для футеровки детальных зон ва- гранок
ПБВ — полукислые изделия А12О3 менее 28; SIOj не более 85 1670 150
Форма (клин ребровый, клин прямой, клин трапецеидальный),
размеры и предельные отклонения по размерам шамотных и полу-
кислых изделий марок ШАВ, ШБВ и ПБВ должны соответствовать
ГОСТ 3272—71.
При футеровке вагранки для связывания кирпичей применяется
раствор из 30—35% огнеупорной глины и 65—70% кварцевого^ песка.
Огнеупорная глина должна обладать высокой термохимической стой-
костью и огнеупорностью не менее 1580° G.
206
5. ШИХТОВКА ЧУГУНА
Расчет шихты имеет своей целью определить состав металлических
составляющих, обеспечивающих получение из плавильной печи металла
требуемого химического состава. Для выбора химического состава
можно пользоваться данными, приведенными в гл. I, табл. 3.
В зависимости от марки чугуна и применяемых плавильных печей
металлическая шихта состоит из материалов, приведенных в табл. 10.
Таблица 10
Состав шихты в зависимости от применяемых плавильных печей, %
Наименование материала Плавка в вагран- ке Плавка в дуговой электро- печи Плавка в индук- ционной печи Плавка по дул- лекс- п роцессу
Чугуны чушковые (литей- ные и передельные) 15—50 15—30 0—15 15—25
Собственный возврат 20—30 20—30 20—30 20—30
Лом чугунный покупной 23—30 0—20 0—5 20—25
Лом стальной 0—50 40—60 0—20
Пакетированные легковес- ные металлоотходы —- 50—70
Брикеты из чугунной стружки >— — 30
Ферросплавы 0—3 0—5 4—5 0 — 3
Содержание элементов в этих материалах определяется по серти-
фикату завода-поставщика и проверочным анализом заводской лабо-
ратории.
Таблица 11
Данные об угаре элементов при плавке в различных печах,' %
Химические элементы В вагранке В дуговой электропечи В индукцион- ной печи
от ДО от до от до
Углерод (С) —4 >=-* —5 — 10 —3 —5
Кремний (Si) — 10 — 15 — — —
Марганец (Мп) — 15 — 20 — 15 —20 — —
Фосфор (Р) F—-4 >—« < W — —
Сера (S) -f-40 +60 — *—М — —
Хром (Сг) — 16 —20 — 15 —30 —
Никель (N1) *— ' — 7 — 10 — —
Примечания: 1. Знаком минус <—) отмечен угар, а знаком
плюс (-Н) — пригар элементов.
2. При применении в составе шихты ферросплавов (FeSi н FcMn)
угар кремния достигает 20—25%,' а марганца — 30—40%.
3. Угар углерода при плавке в электрических печах компен-
сируется вводом углеродсодержащих материалов — электродной
стружки, сланцевого коксика и т. п.
207
В процессе плавки происходит изменение химического состава
шихтовых материалов вследствие окисления (угара) отдельных эЛе-
ментов. Примерные значения угара элементов при плавке даны
в табл. 11.
Расчет шихты
Для расчета шихты применяются методы графический, аналити-
ческий и метод подбора. В заводских условиях пользуются методом
подбора, который позволяет при наличии навыка произвести расчет
за 5—10 мин. Обычно в этих условиях расчет шихты ведется по содер-
жанию кремния и марганца.
Ниже приводятся примеры расчета шихты для отливок СЧ 12-28,
СЧ32-52 из металлов, имеющихся на заводе, химический состав кото-
рых приведен в табл. 12.
Таблица 12
Содержание кремния и марганца в шихтовых материалах*' %
Наименование металла Кремний Марганец Наименование металла Кремний Марганец
Чушковый чугун ЛК1 То же Л КЗ -» ЛК5 Чугун передельный Ml Природнолегирован- ный чугун ЛХЧ2 1 Содержание леги 3,5 2,5 1,9 1.0 2,4 РУЮЩ] 0,7 । 0.G 0,6 1,2 0,7 IX эле Лом чугунный » стальной Возврат собственного производства Ферросилиций ФС18 Зеркальный чугун 342 ментов: 3% хрома и 1,2% 2,0 0,3 2,1 18,0 2,0 никел 0,7 0,5 0,7 1,0 16,5 я.
Пример 1. Расчет шихты для отливки малоответственной детали
текстильной машины. Из табл. 4 гл. I следует, что такая отливка изго-
товляется из чугуна СЧ 12-28 и должна содержать 1,8—2,7% кремния
или в среднем 2,1—2,4% и 0,5—0,8% марганца или в среднем 0,60%.
Расчет шихты приводится в табл. 13.
Из расчета видно, что полученное содержание кремния и марганца
соответствует заданному.
Пример 2. Как уже указывалось, чугуны марок выше СЧ 24-44,
а именно СЧ 28-48 и СЧ 32-52, получаются в результате модифициро-
вания. Если получение СЧ 28-48 при ваграночной плавке не вызывает
особых затруднений, то получение при этой плавке СЧ 32-52 предста-
вляет определенные трудности.
Устойчивые результаты могут быть получены при тщательной
шихтовке и взвешивании 'составляющих шихты и вводом в состав
шихты природнолегированного чугуна.
Приведем расчет шихты для ответственной детали, отливаемой
из СЧ,32-52 с содержанием 1,6% кремния, 0,9% марганца и 0,3—
208
Таблица 13
Расчет содержания в шихте кремния и марганца
для чугуна СЧ 12-28, %
Шихтовой материал Количество ма- териалов в со- ставе шихты Содержание кремния Содержание марг анца
в шихто- вом ма- териале в шихте в шихто- вом мате риале в шихте
Чугун чушковый ЛК1 Чугунный лом Возврат производства 40 30 30 3,5 2,0 2,1 1,40 0,60 0,63 0,7 0,7 0,7 0,28 0,21 0,21 д—
Всего: Угар, %: кремния — 12% марганца — 15% Содержание в шихте за вычетом J угара 111 g — - 2,63 0.32 2,31 — 0,70 0,10 0,60
Таблица 14
Расчет содержания в шихте кремния, марганца и хрома
для СЧ 32-62
Шихтовой материал Количество ма- териалов в со- ставе шихты Содержания кремния Содержание марганца Содержание хрома
в ших= товом ма- териале в шихте в шихто- вом ма- териале □ IX ИГЛ 0 в шихто- вом мате- риале в шихте
Чугун чушковый Л КЗ 25 2.5 0,635 0,7 0,175 — —
Чугун ЛХЧ1 15 2.9 0,435 0,5 0,075 3.0 0.4
Стальной лом 40 0,3 0,120 0,5 0,200 — —
Возврат произ- водства 20 2,1 0.420 0,7 0.140
Всего: Угар, %: 100 — 1,600 — 0,590 — 0.45
кремния — 12 — — 0,19 — — —
марганца — 15 — — — 0.09 ——
хрома — 20 — — — — —• 0,09
Содержание в шихте за вычетом угара — 1,41 0,50 —— 0,36
209
0,4% хрома. Для уменьшения содержания углерода в состав шихты
вводится около 40% стального лома. Из расчета шихты (табл. 14)
видно, что в составе ее недостает 0,19% кремния и 0,44% марганца.
Для модифицирования необходимо ввести в жидкий чугун, нахо-
дящийся в ковше, 0,6% (по отношению к массе чугуна) 75-процентного
ферросилиция в размельченном виде. Практически установлено, что
прн этом жидким чугуном усваивается около 50% кремния, а осталь-
ная часть ферросилиция всплывает наверх и удаляется вместе со
шлаком.
1аким образом, вводимый ферросилиции увеличивает содержание
кремния в чугуне на —= 0,22%, и общее содержание крем-
ния в жидком чугуне составит 1,41-ф 0,22 — 1,63%, чю соответ-
ствует заданному.
Для пополнения недостающего количества марганца необходимо
ввести в состав шихты зеркальный чугун. Добавка 3,5% зеркального
чугуна марки 342, в котором содержится 16,5% марганца, повысит
количество марганца на 0,035x16,5 = 0,58; если вычесть угар (30%),
то содержание марганца в шихте повысится на 0,58 — (0,3-58) = 0,40,
и общее содержание марганца в чугуне составит 0,50 ~ф 0,40 = 0,9,
т. е. будет соответствовать заданному.
При расчете шихты общая масса металлической завалки была при-
нята за 100%. Зная массу завалки для данной вагранки, можно в зави-
симости от процентного содержания в шихте каждой составляющей
определить ее общую массу.
6. ПЛАВКА В ВАГРАНКАХ
Для плавки чугуна наибольшее применение имеют вагранки; за
последнее 10-летие для плавки чугуна получают распространение также
электрические индукционные печи.
Вагранка (рис. 1) представляет собой шахтную печь, состоящую
из стального кохужа 10, футерованного шамотным кирпичом 11. Верх-
няя часть футеровки выполняется полым чугунным кирпичом 12.
Шихтовые материалы (металлические, составляющие шихты, кокс
и флюсы) загружаются в ваграйку через колошниковое окно 14. Воз-
дух, необходимый для горения кокса, подводится от вентилятора
к воздушной коробке 9 и далее через фурмы 7 равномерно распределяется
по всему сечению вагранки.
Плавление происходит в области плавильного пояса, который рас-
полагается выше фурм (600—1000 мм над фурмами). Ниже плавиль-
ного пояса и до пода 20 располагается слой топлива, носящий назва-
ние холостой колоши. Расплавленный металл отдельными каплями
стекает на под 20, а затем по переходной летке 6 в копильник 4.
По мере расплавления металла и перехода его в копильник мате-
риалы в шахте вагранки опускаются, а в освободившееся сверху про-
странство вновь загружается шихта. После сбора в копильнике опре-
деленного количества жидкого металла его через летку по желобу 1
выпускают в ковш.
Шлак ввиду меньшей плотности всплывает на поверхность жидкого
чугуна и по мере накопления через каждые 1,5—2 ч выпускается через
шлаковуюI летку в специальный ковш — шлаковшо.
Вагранки загружают шихтовыми материалами непрерывно до окон-
чания плавки..
210
Рис. 1. Схема вагранки с копильником:
/ »= желоб; 2 >=> летка для выпуска чугуна; 3 — шлаковая летка; 4 — ко-
пильник; 5— съемная крышка копильника; 6—переходная летка; 7—фурмы;
8 — соединительные рукава; У — воздушная коробка; 10—стальной кожух
вагранки; 11 —< кирпичная футеровка; 12—чугунные кирпичи; 13 >— дымо-
вая труба; 14 «— колошниковое окно; 15 — шахта вагранки; 16 — опорные
сегменты; 17 — дроссельные клапаны; 18 — рабочее окно; 19 — дверка;
20 *— набивной под; 21 — кольцевой фланец; 22 —- стальная подовая плита;
23 — опорные колонны; 24 —* двустворчатое днище; 25 — фундамент
211
Основные зоны вагранки
В зависимости от характера протекающих в вагранке процессов
различают пять зон по направлению сверху вниз. В табл. 15 указаны
процессы, происходящие в зонах вагранки.
Таблица 15
Характеристика процессов, протекающих в зонах вагранки
Зоны вагранки ч. Высота зоны Процессы, происходящие в зоне
1-я зона — шахта вагранки, температура по высоте зоны от 300 до 12 00° С Простирается от загрузочного окна до верхней границы зоны плавления, высота 1,2—1,5 мм Нагрев металла от тем- пературы загрузки, до тем- пературы плавления. Раз- ложение известняка по реакции СаСО3 = СаО 4- СО2
2-я — зона плавиль- ная, температура от 1200 до 1300° С 0,3 — 0,6 м над верхним уровнем холостой колоши Плавление металла
3-я — зона перегре- ва металла, темпера- . тура от 1300 до 1600° С 0,5 —0,8 м ниже верхней части хо- лостой колоши Перегрев металла за счет высокой температуры газов и излучения раска- ленного кокса. Образова- ние жидкого шлака
4-я •— зона окисле- ния составных частей чугуна, температура до 1600е С 0,2 — 0,3 м выше основного ряда фурм Продолжение перегрева как за счет тепла газов и кокса, так и за счет окис- ления кремния и марган- ца, сопровождаемого вы- делением тепла
5-я — горн, темпе- ратура 1450—1500° С 0,2 — 0,5 м ниже уровня основного ряда фурм Насыщение чугуна угле- родом и серой
7. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ВАГРАНОК
Опыт эксплуатации вагранок показывает, что хорошие резуль-
таты достигаются только при определенных соотношениях между раз-
мерами основных частей вагранки.
Наиболее важными размерами вагранки являются: внутренний
диаметр D, полезная высота Н и отношение ее к внутреннему диаметру
И : D, площадь сечения фурм [ и отношение ее к площади F попереч-
ного сечения вагранки в области фурм.
Диаметр вагранки. Производительность вагранки исчисляется
количеством переплавленного металла за час (т/ч) и находится в пря-
мой зависимости от площади поперечного сечения вагранки, которая
определяется ее внутренним диаметром. Кроме этого, производитель-
ность зависит также от расхода кокса и количества воздушного дутья.
Полезная высота вагранки. Полезной высотой вагранки Н назы-
‘ вается расстояние от оси нижнего ряда фурм до порога загрузочного
окна. Эта высота имеет большое значение для процесса теплообмена
между раскаленными газами и загруженными в вагранку шихтовыми
материалами и жидким чугуном. Чем больше полезная высота вагранки,
тем полнее используется физическое тепло отходящих газов.
212
На практике для определения полезной высоты вагранки
пользуются отношением’//:£> = 4-ь6. Однако это отношение не
является постоянной величиной и уменьшается при увеличении
диаметра.
В табл. 16 приведены значения нормальной и предельной высоты
вагранок.
Таблица 16
Нормальная и предельная полезная высота вагранок
D, мм Низший предел Нормальные размеры Высший предел
И, м Н : D Н, м Н : D Н, м Н ; D
500 2,5 5,0 3,0 6,0 3,5 7,0
700 3,0 4,3 3,5 5,0 4,5 6.4
900 3.0 3,34 4.0 4,45 5,0 5,55
1100 3,5 3,18 4,5 4,10 5.5 5.0
1300 4,0 3.08 5,0 3.84 6,0 4.6
Размеры копильника. В современных вагранках емкость копиль-
ника принимается равной 0,5—1,0 от производительности вагранки
за 1 ч.
Внутренний диаметр копильника составляет 1,0—1,3 от внутрен-
него диаметра вагранки, а высота копильника должна быть равна его
диаметру. Высота от лещади (пода) копильника до оси шлаковой летки
составляет 0,7—0,9 от его внутреннего диаметра, а расстояние от оси
шлаковой летки до соединительной принимается равным 200—
350 мм.
Диаметр чугунной летки для вагранок производительностью до
5 т/ч принимается равным 15 мм, при производительности 5—10 т/ч —
19—22 мм. Диаметр шлаковой летки составляет примерно 30—
50 мм.
Размеры фурм. Общця площадь поперечного сечения всех фурм
находится в зависимости от площади поперечного сечения гагранки,
т. е. в качестве исходной величины при расчете принимается.определен-
ное значение отношения f : F. Это значение колеблется в широких
пределах. В нормализованных вагранках оно принято равным
1
4 ’
при этом площадь сечения всех фурм составляет 25% от площади сече-
ния вагранки.
Из общей площади поперечного сечения всех фурм 80?о прихо-
дится на первый (основной) ряд фурм и по 10% на второй и третий
ряды. Отношение ширины фурм к высоте составляет 2—3,8 для первого
ряда и 1,3—1,9 для остальных рядов фурм.
Основные размеры современных вагранок приведены в табл. 17.
213
Таблица 17
Основные размеры вагранок нормального ряда
Параметры П роизводительность вагранки* т/ч
1 3 5 7 10 15 20
Диаметр футеров- ки в плавильном поясе, мм Площадь сече- ния, м® Толщина футе- ровки, мм Толщина кожуха, мм Полезная высота4, мм Толщина пода, мм ф у 1-й ряд: число фурм, шт. ширина, мм высота, мм общая пло- щадь сече- ния, м® 2 и 3-й ряды: число фурм в ряду, шт. ширина* мм высота, мм расстояние между ря- дами, мм общая пло- щадь сече- ния фурм в ряду, м® | Высота нижнего ряда фурм над по- дом, мм: вагранки с копиль- ником вагранки без копильника 500 0,196 180 6—8 3000 225 рмы 4 140 70 0,039 4 40 30 200 0,0048 200 350 Ш 700 0,385 230 6—8 3500 250 1 фур 4 240 80 0,077 4 60 40 200 0,0096 Г с 220 350 а х т а 900 0,636 230 8—10 4000 280 м е н н 1 6 260 80 • 0,125 6 65 40 250 0,0156 р н 250 400 1100 0,95 230 8—10 4500 300 ы й по 8 300 80 0,192 8 75 40 300 0,024 300 400 1300 1,33 230 8—10 5000 320 я с 8 330 100 0,264 8 80 50 300 0,032 300 450 1600 2,0 230 10—12 5500 330 10 360 110 0,4 10 90 55 300 0,05 300 550 1900 2,84 265 12—14 6000 350 12 400 120 0,57 12 100 60 300 0,072 350 Л 550
214
8, ПОДГОТОВКА ВАГРАНКИ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ
Успешная работа вагранки зависит от правильной подготовки
к плавке. Особенно тщательная подготовка должна производиться
при плавках большой продолжительности.
Ремонт футеровки вагранки
Различают два вида ремонта футеровки: капитальный и текущий.
Капитальный ремонт обычно производится один-два раза в год или
при серьезных повреждениях. При этом обновляется футеровка всей
шахты и копилышка; в случае надобности также заменяется футеровка
дымовой трубы и искрогасителя.
Текущий ремонт производится после каждой плавки и заключается
в исправлении или частичной замене футеровки в поясе плавления,
в зоне фурм, а также в горне и копильнике.
При ремонте футеровки прежде всего удаляются из-под вагранки
провал (остатки предыдущей плавки), затем через загрузочное окно
слабой струей воды смывают со стенок шахты пыль. После этого ваг-
ранщик через люк днища проникает в вагранку и осматривает состоя-
ние футеровки. Имеющиеся выступы и настыли срубают молотком и
зубилом. Все поврежденные места смачивают глинистой водой и на
них наносят слой огнеупорного раствора толщиной не более 20—25 мм;
глубокие места заделывают раствором, в который вдавливаются куски
кирпича.
Особенно тщательно следует ремонтировать шахту в области пла-
вильного пояса, на высоте 700—1200 мм над фурмами, так как при дли-
тельной работе вагранки в зоне плавления происходит полное опла-
вление внутреннего слоя футеровки, и он должен быть заменен кладкой
из нового кирпича.
Одновременно с ремонтом вагранки осуществляется ремонт ко-
пильника и выпускного желоба, а также полная замена переходной,
чугунной и шлаковой леток.
Набивка пода. После ремонта футеровки откидное днище закры-
вают и зазоры между ним и подовой плитой промазывают огнеупорным
раствором. Для набивки пода применяют формовочную смесь с содер-
жанием влаги не более 5% и с минимальным количеством глины.
При общей толщине пода в 150—250 мм набивку производят не-
сколькими слоями: первый слой толщиной 30 мм и остальные по 50—
60 мм. Смесь уплотняют и затем окончательно выравнивают плоской
трамбовкой. Переход от пода к стенкам шахты должен быть плавным
и иметь закругление (галтель) по всей окружности. Поверхность пода
должна быть плоской с уклоном в сторону переходной летки в 6—10°.
Устройство леток. Длина переходной летки должна быть наимень-
шей, а остальные размеры надо выбирать с таким расчетом, чтобы избе-
жать забивания летки мелким коксом. Основание летки составляют два
кирпича, уложенные плашмя, с поперечным швом; боковые стенки
образуются двумя кирпичами, установленными ребрами на основание;
сверху стенки перекрываются кирпичами, уложенными плашмя.
Летка для выпуска чугуна выполняется в специальном фасонном
кирпиче, имеющем два отверстия; сквозное, являющееся основным,
и несквозное — запасное. Если замерзает нижняя летка (основная),
что может иметь место при неправильном ведении плавки, то ломом
пробивают запасную летку и через нее выпускают жидкий чугун.
Шлаковая летка выполняется в кирпиче, вставляемом в футеровку
копильника.
215
Разжиг вагранки
После окончания ремонта за 1,5—2,0 ч дб начала плавки присту-
пают к разжигу вагранки. На под насыпают ровный слой сухой дре-
весной стружки и поверх него укладывают в клетку сначала мелкона-
колотые, а затем более крупнонаколотые сухие дрова. Длина дров
не должна превышать 400—500 мм при толщине не более 120—130 мм.
После укладки дров рабочее окно вагранки заделывают огнеупорным
кирпичом, оставляя отверстие для зажигания дров и доступа воздуха.
Когда дрова разгорятся, начинают загрузку кокса холостой колоши.
Кокс для холостой колоши отбирается крупный, в кусках размером
100—150 мм.
Высотой холостой колоши называется высота столба кокса над
уровнем нижнего ряда фурм; она зависит от качества кокса, количе-
ства вдуваемого воздуха и его давления.
По практическим данным для кокса среднего качества с размерами
кусков 75—120 мм рекомендуются следующие значения высоты холо-
стой колоши:
Давление дутья, мм вод. ст. 300 400 500 600 700 800 900 1000
Высота холостой колоши,
мм............... 750 850 950 1050 1100 ИБО 1250 1350
Для проверки высоты холостой колоши применяется стальной
стержень диаметром 10—12 мм с отогнутым нижним концом. На стержне
делается отметка, которая должна совпадать с нижним порогом загру-
зочного окна. Если отметка окажется ниже окна, следует добавить
кокс, если же она окажется выше окна (что указывает на излишне вы-
сокую холостую колошу), то при следующей плавке надо уменьшить
массу холостой колоши.
Убедившись, что кокс холостой колоши хорошо разгорелся и вы-
сота ее соответствует норме, заделывают отверстие в рабочем окне огне-
упорным кирпичом и выравнивают заделку формовочной смесью.
Затем на дверцу накладывают слой огнеупорного раствора и плотно
закрывают окно. Одновременно с разжигом вагранки производится ,
разогрев копильника и сушка желоба.
Подготовка шихты
Для получения чугуна с достаточным перегревом необходимо тща-
тельно подготовить все шихтовые материалы. Чушки чугуна должны
быть разбиты по пережимам па две или три части, причем размер каж-
дой части не должен превышать 1/3 диаметра вагранки.
Лом сортируют и разбивают на куски, размеры которых не должны
превышать размеров, указанных выше для чушкового чугуна. Ферро-
сплавы дробят на куски массой 3—5 кг.
Кокс просеивают через грохот с размером ячеек около 40 мм.
Флюсы (известняк, мартеновский шлак) дробят на куски размером
40—50 мм.
Рабочие колоши. После продувки холостой колоши в течение
2—3 мин, приступают к загрузке вагранок, которая в настоящее время
механизирована и частично автоматизирована. На холостую колошу
загружается небольшое количество флюса, затем чередуются колоши
металлической шихты, кокса и флюса.
Как правило, на протяжении всей плавки шахта вагранки должна
быть заполнена до уровня загрузочного окна.
216
Масса металлической колоши обычно принимается равной-^-------
о
Jq- часовой производительности вагранки. Так, если производитель-
ность вагранки равна 10 т/ч (при внутреннем диаметре вагранки 1200—
1300 мм), то масса металлической колоши составит 1250—1000 кг.
При определении размеров рабочей коксовой колоши исходят из
практики работы вагранок, на основании которой установлено, что
высота слоя кокса должна находиться в пределах 150—200 мм.
Для вагранки с внутренним диаметром 1200 мм объем рабочей
колоши составляет (м3):
V = h = 3,14 '1,2г - 0,2 = 0,226.
4 4
При плотности кокса 450 кг/м3 масса рабочей колоши кокса со-
ставит 450X0,226 — 102 кг или примерно 10% от массы металлической
колоши (1000 кг).
Для проверки правильности размеров холостой и рабочих колош
руководствуются следующим.
Если высота холостой колоши выбрана правильно, то спустя 6—
7 мин после пуска дутья можно наблюдать через глазки фурм обиль-
ное количество жидких капель чугуна, при этом температура первых
- выпусков чугуна будет удовлетворительная — 1340—1360° С; при
последующих выпусках чугуна температура повысится до 1370—
1400° С.
В случае недостаточной высоты холостой колоши первые капли
чугуна будут наблюдаться у фурм уже через 3—4 мин, но температура
чугуна будет низкой — 1300—1320° С и при последующих выпусках
она незначительно повысится. Для доведения высоты холостой колоши
до нормального уровня потребуется дать пересыпку — дополнитель-
ную колошу кокса.
При излишне высокой холостой колоше чугун имеет высокую
температуру, но первые капли его появляются у фурм только через
12—15 мин. Плавка будет замедленной до тех нор, пока уровень холо-
стой колоши не снизится до нормального, Если высота рабочей коксо-
вой колоши недостаточна, то ход плавки замедляется и температура
чугуна на протяжении всей плавки низка.
Когда металлическая колоша мала, температура чугуна будет высо-
кой, но производительность вагранки окажется низкой. При этом
относительный расход кокса повышается.
При нормальной высоте рабочей коксовой колоши и чрезмерной
высоте металлической колоши температура чугуна низка, но произво-
дительность вагранки заметно повышается. •
Подача дутья
Когда шахта вагранки заполнена шихтой до нижнего порога за-
грузочного окна, шихта должна прогреться при естественной тяге
15—30 мин, а затем включают дутье.
Для подачи дутья в вагранки наибольшее распространение полу-
чили центробежные вентиляторы, отличающиеся простотой конструк-
ции. Различные типы вентиляторов приведены в табл. 18.
Таблица 18
Техническая характеристика вентиляторов
Тил вентилятора W Производи- тельность, м3/мин Давление дутья, мм вод. ст. Мощность электро- двигателя^ кВт Примерная производи- тельность вагранок, т/ч
В6/800 100 800 <40 3
В210/1250 166 1250 75 5—8
В14/1400 233 • 1400 100 10—12
В20/1700 - 333 1700 160 15
Нагнетатель 400-12-3 (2М) 415 1850 250 20
Нагнетатель 700-12-2 700 2120 330 25
Выпуск чугуна и шлака
При первом открывании летки желательно выпустить из копиль-
ника как можно больше чугуна с целью прогрева летки и удаления
первых порций недостаточно перегретого чугуна. После выпуска нуж-
ного количества чугуна или при появлении шлака летка закрывается
пробкой из огнеупорной массы.
При повторных открываниях летки пробку острым ломиком оби-
вают по окружности и затем одним-двумя резкими ударами разбивают
ее на части, после чего остатки пробки легко выталкиваются жидким
чугуном.
Выпуск шлака из копильника производится периодически: пер-
вый выпуск через 1,5 ч после пуска дутья, а последующие выпуски —
через каждые 90—120 мин.
Чтобы облегчить удаление шлака и получить возможность исполь-
зовать его для строительных целей, применяют грануляцию, т. е. раз-
дробление жидкого шлака при помощи водяной струи на отдельные
капли,
Уход за фурмами
Фурмы на протяжении всего процесса плавки должны быть чистыми
и светлыми. При зашла ковании уменьшается сечение фурм, и вслед-
ствие этого в вагранку будет поступать недостаточное количество
воздуха, что повлечет за собой нарушение нормального хода плавки.
Очистка фурм производится стальным ломом, вводимым через
очко фурмы, и сильными, резкими ударами отбивают шлаковые наро-
сты, а затем проталкивают их внутрь вагранки.
Опыт работы на вагранках с двумя и тремя рядами фурм пока-
зывает, что второй и третий ряды фурм не зашлаковываются, а нижний
(основной) ряд нуждается в двух-трех очистках в течение 8 ч работы.
218
Неполадки при плавке и способы их устранения
В процессе плавки возможны разные неполадки, являющиеся
следствием несоблюдения основных правил подготовки шихты и ва-
гранки к плавке. Основные виды неполадок при плавке в вагранке
и меры по их устранению даны в табл. 19.
Механизация набора, взвешивания
и загрузки шихты в вагранки
Набор, взвешивание и загрузка шихты в вагранку вручную —
очень тяжелые и трудоемкие операции и поэтому они механизируются
и автоматизируются.
В последние годы в СССР и за рубежом внедряется система с дози-
рующим устройством, состоящим из крановых весов и электромагнита,
подвешенных на крюке шихтового крана (рис. 2). Шихтовые материалы
Рис. 2. Схема установки для набора и взвешивания шихты
из складских больших закромов перегружаются в небольшие расход-
ные бункера 7, располагаемые вблизи скипового подъемника 7. Эти
закрома обслуживаются полукозловым краном 2, на котором смон-
тирован генератор постоянного тока для электромагнита 4, а в кабине
крана установлен магнитный контроллер и команде контроллер.
Здесь же установлен показывающий прибор крановых весов «У.
Оператор, находящийся в кабине крана, проезжая вдоль фронта
расходных бункеров, набирает электромагнитом составляющие шихты
и через воронку перегружает их в бадью скипового подъемника. Немаг-
нитные материалы — ферросплавы добавляются вручную. Затем в бадью
набирают кокс и известняк из бункеров 5 через дозатор 6, и набранная
шихта по скипу передается для загрузки в вагранки.
Наряду с описанной системой на заводах Ростсельмаш, «Русский
дизель» работают полностью автоматизированные установки.
219
Таблица 19
Основные виды неполадок при плавке в вагранках
Меры по устранению Осторожная пробивка лет- ки или при необходимости прожигание ее струей кисло- рода. В кирпиче полезно иметь запасное отверстие Одна-две коксовые пере- сыпки или применение не- скольких облегченных метал- лических колош; подбор бо- лее крупного кокса Очистка отходов собствен- ного производства в бараба- не. Систематически наблюдать за состоянием фурм и свое- временно их прочищать, улуч- шать качество флюса (целе- сообразно применять марте- новский шлак в сочетании с известняком) Ослабление или выключе- ние дутья. Разрыхление ших- ты ломом и после этого одна- две пересыпки Остановка дутья, заделка места прорыва глиной, об- кладка кирпичами и укрепле- ние их подпоркой
Меры предупреждения Применение для холостой колоши отборного кокса (ку- сков величиной 80—-120 мм в поперечнике), повышение высоты холостой колоши. В начале плавки летку на всю длину нужно заделать формо- вочной смесью; хорошо про- греть копильник Строгое соблюдение правил по подготовке вагранки и шихты, устранение переры- вов в подаче дутья Применение флюсов, спо- собствующих разжижению шлака (плавикового шпата, мартеновского шлака). Тща- тельная очистка фурм Качественный ремонт фу- теровки. Разделка длинных кусков лома и литников Строгое соблюдение правил набивки пода. Улучшение футеровки переходной летки
Причины Низкая температура ме- талла вследствие плохой под- готовки вагранки, недоста- точной высоты холостой ко- лоши и т. д. Неправильная заделка летки (не на всю длину) Плохая подготовка вагран- ки и шихты; недостаток топ- лива или его плохое каче- ство. Перерывы в дутье Некачественный флюс или недостаточное его количе- ство; плохой уход за фурма-, ми; низкая температура в вагранке, загрязненная шихта * Некачественный ремонт футеррвки; неразделанная шихта (особенно литники) Неправильная набивка по- да; применение сухой смеси недостаточная высота пода
Неполадки Замерзание металла в летке в начале плавки или после кратковремен- ной остановки Низкая температура ме- талла Шлакование фурм Зависание шихты Прорыв металла через под или в переходной летке
220
9. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВАГРАНОК
Дожигание и очистка газов. При плавке чугуна в коксовых вагран-
ках в отходящих газах содержится 9—11,5% окиси углерода и до
I 20 г/м3 пыли, что значительно превышает допустимые нормы. Поэтому
для обезвреживания окружающего бассейна современные вагранки
обеспечиваются устройствами для дожигания окиси углерода и обеспы-
ливания ваграночных газов.
Подогрев дутья. Подогрев дутья повышает температуру жидкого
чугуна, что приводит к экономии топлива и повышению производи-
тельности вагранки.
Применяются три способа подогрева дутья: в рекуператоре, уста-
новленном в трубе вагранки; в воздухоподогревателе, в котором ис-
пользуется физическое и химическое тепло отходящих газов; в от-
дельно стоящем воздухоподогревателе, обогреваемом теплом допол-
нительно сжигаемого низкосортного топлива.
Подогрев дутья в рекуператоре, расположенном в дымовой трубе
вагранки, происходит благодаря использованию физического и хими-
ческого тепла отходящих газов, догорающих при поступлении воздуха
через загрузочное окно.
Подогрев дутья во встроенных рекуператорах рекомендуется при-
менять в вагранках производительностью до 7 т/ч.
В вагранках закрытого типа для подогрева дутья используется
физическое и химическое тепло отходящих газов.
В связи с тем, что физическое и химическое тепло ваграночных
газов по ходу плавки не остается постоянным, изменение режима
плавки или остановка вагранки приводит при первых двух способах
подогрева к понижению температуры нагрева воздуха и снижению
экономичности установок. Эксплуатация таких вагранок требует слож-
ной системы автоматического контроля и регулирования режима
плавки, тщательного наблюдения за исправностью всех элементов
системы. Все это ограничивает область применения указанных способов.
Применение отдельно стоящего подогревателя, работающего на
дешевом природном газе, обеспечивает постоянство температуры подо-
грева дутья в течение всего процесса плавки и дает возможность полу-
чать более высокую температуру жидкого чугуна по сравнению с дру-
гими способами.
Ведение плавки на горячем дутье с температурой около 500° С
имеет следующие преимущества: повышается температура чугуна
на желобе на 50—60° С, уменьшается расход кокса па 25—30%, умень-
шается угар, железа, кремния, марганца и насыщение чугуна серой
из золы кокса.
Водяное охлаждение. При работе на горячем дутье, когда в ва-
гранке возникают высокие температуры, стойкость футеровки сни-
жается. Поэтому для увеличения стойкости футеровки вагранок в зоне
плавления при плавках длительностью более 8—10 ч и особенно в вз-
граыках большой производительности применяется для охлаждения
зоны плавления водяное охлаждение.
10. ПЛАВКА ЧУГУНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ
- Уровень развития современной техники предъявляет высокие
требования к металлам и сплавам. ГОСТ 1412—70 установлены высо-
копрочные марки серого чугуна: СЧ 35-56, СЧ 40-60 и СЧ 44-64. Эти
221
марки могут быть получены модифицированием и только при плавке
в электропечах.
Преимущества электроплавки заключаются в возможности прове-
дения глубокой металлургической обработки сплава, в легкой и совер-
шенной регулировке теплового режима плавки и получении чугуна
высокого качества с заданным химическим составом. Немаловажное
значение имеет также возможность использовать дешевые шихтовке
материалы, легковесные отходы металлообработки, стальную и чугун-
ную стружку, отходы кузнечного производства.
Особенности плавки в электропечах
Наибольшее распространение получили электрические индукцион-
ные печи. Эти печи представляют собой своеобразный электрический
трансформатор, первичной обмоткой которого является многовитко-
Рив. 3. Индукционная тигельная печь ИЧТ-6 для
плавки чугуна:
1 — каркас печи; 2—индуктор; 3—тигель; 4—ось
поворота печи; 5 — сливной носок; 6 — крышка;
7 — токопроводящее устройство
вая катушка — индуктор, а вторичной обмоткой и одновременно на-
грузкой — расплавляемый металл. Нагрев и расплавление шихты
происходят в результате наведения электрического тока,, при этом
в металле электрическая энергия переходит в тепловую.
В зависимости от назначения индукционные печи подразделяются
на индукционные тигельные печи ИЧТ (индукционные тигельные для
222
плавки чугуна), тигельные печи — миксеры ИЧТМ (индукционные
нальные)
и ИЧКМ—
планки -iyi.yii.uj) . --- ----
тигельные миксеры для чугуна) и ИЧКМ (индукционные миксеры ка-
нальные).
Печи ИЧТ применяются для плавки на твердой завалке, а ИЧТМ
и ИЧКМ — для дуплекс-процесса, при этом расплавление металла
производят в вагранке или в ИЧТ, а для перегрева либо сохранения
температуры, доводки металла по химическому составу применяют
ИЧТМ или ИЧКМ.
На рис. 3 представлена схема индукционной тигельной печи. Глав-
ной частью печи является индуктор, выполняемый в виде многовитко-
. вой цилиндрической спирали, изготовленной из медной полой водо-
охлаждаемой трубки. Питающее напряжение присоединяется к началу
и концу индуктора.
Плавильным пространством печи служит тигель из кварцевого
песка или молотого кварцита. В качестве связующей добавки приме-
няют борную кислоту, которая является плавнем и обеспечивает бы-
строе спекание футеровки. В табл. 20 приведены нормальный ряд
и основные характеристики тигельных индукционных печей и миксе-
ров промышленной частоты.
Таблица 20
Размерный ряд индукционных тигельных печей и миксеров
промышленной частоты
Тип печи Емкость, т Мощ- ность, кВт Производительность, т/ч Расход электроэнер- гии, кВт-ч/т
расчет- ная факти- ческая
ИЧТ-1 1,0 360 0,56 0.39 638
ИЧТ-2,5 2,5 1300 1,23 0,86 585
ИЧТ-6 6,0 1300 2,2 6 1,58 547
ИЧТ-10 10,0 2500 4,20 2,94 542
ИЧТ-16 16,0 2500 4,5 3,15 —
ИЧТ-25 25,0 4000 9,2 6,44 540
ИЧТ-40 40,0 —— — — —
ИЧТ-60 60,0 — — ——
ИЧТМ-1 1,0 200 3,0 - — 55
ИЧТМ-2,5 2,5 400 4,0 — 63
ИЧТМ-6 6,0 400 6,6 — 60
ИЧТМ-10 10,0 1300 15,2 — 49,5
ИЧТМ-16 16,0 1300 25,6 — 50
ИЧТМ-25 25 1300 32,0
223
Практически в индукционной печи можно получать все марки
чугуна, применяя в качестве шихты любые комбинации легковесных
отходов при условии соблюдения режима плавки.
При шихтовке следует учитывать, что содержание углерода в чу-
гунной стружке из-за выкрашивания его в виде графита всегда меньше,
чем в обрабатываемой отливке. Кроме того, в стальной стружке содер-
жание углерода низкое, поэтому доводка выплавляемого чугуна по
углероду обязательна. Осуществляется это присадкой углеродсодер-
жащих материалов — электродной стружки, сланцевого коксика
и т. п.
При ведении плавки в индукционной печи необходимо придержи-
ваться определенной последовательности в загрузке составляющих
шихты.
Пуск печи осуществляется при помощи пусковой болванки. Для
этого отливают чугунную болванку требуемого химического состава
массой около 10—12% от общей емкости тигля, по форме, соответ-
ствующей форме тигля, но с несколько меньшим диаметром. Болванка
помещается в тигель и расплавляется. После этого приступают к за-
грузке составляющих шихты. В момент загрузки печь должна быть
отключена. На зеркало расплавленного металла загружают электрод-
ную стружку, затем легковесные отходы металлообработки и в по-
следнюю очередь —возврат собственного производства. После полною
расплавления шихты в печь вводят ферросплавы. Металл в печи пере-
гревается до температуры 1350—1400° С. По достижении этой темпера-
туры печь выключают и отбирают пробы на отбел, твердость и хими-
ческий состав. При выключенной печи металл выдерживается 10—
20 мин. В это время производятся все анализы. Если металл не отве-
чает требованиям по отбелу, твердости и химическому составу, произ-
водят корректировку состава. Для повышения содержания углерода
добавляют электродную стружку, кремния — ферросилиций и мар-
ганца — ферромарганец.
По окончании корректировки отбирают пробы для повторных иссле-
дований. После получения удовлетворительных результатов доводят
температуру металла до 1450—1470° С. Замер температуры металла
в печи производится оптическим пирометром или термопарой погру-
жения.
Металл из печи выдается в ковши разной емкости в зависимости
от емкости печи и массовой характеристики отливок
Во всех случаях в печи должен оставаться жидкий металл в ко-
личестве 25—30% от общей емкости, на который вновь загружают шихту
в указанной выше последовательности.
При остановке печи на выходные и праздничные дни в тигле оста-
вляют жидкий металл в количестве 12—15% от емкости тигля. Застыв-
ший металл в данном случае является пусковой болванкой.
Индукционные канальные печи
Индукционные канальные печи со стальным сердечником полу-
чили широкое применение для плавки медных сплавов (бронз, лату-
ней). Из литературных материалов известно применение канальных
печей для плавки чугуна на твердой завалке. Однако наибольшее при-
менение имеют канальные печи-миксеры (рис. 4), работающие по
дуплекс-процессу вагранка — индукционный канальный миксер.
224
В этом случае они используются для металлургической обработки чу-
гуна: доводки и выравнивания химического состава, подогрева чугуна
Химический состав металла отличается большой точностью.
Рис. 4. Схема канального 'миксера ИЧ КМ-25:
/ _ индукционные единицы; 2 — механизм вращения; 3 — токопро-
вод; 4 — кожух; 5 — футеровка
В табл. 21 приведен размерный ряд индукционных канальных
миксеров.
Таблица 21
Размерный ряд индукционных канальных миксеров
для перегрева и выдержки чугуна
Марка миксера Полезная емкость, т Мощность, кВт Расчетная п ро изводитель ность при перегреве на 100° С,- т/ч
И Ч КМ-2,5 2,5 400 6,25
ИЧКМ-4 4 630 6,25
ИЧКМ-6 6 630 6.25
ичкм-ю 10 630 12,5
ИЧКМ-16 16 630 12,5
ИЧ КМ-25 25 1260 25
ИЧКМ-40 40 1000 30
ИЧК-60 60 2000 50
ичкм-юо 100 2000 50
& А. М, Липницкий
Глава IX
ПЛАВКА СТАЛИ
1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОЙ СТАЛИ
ДЛЯ ФАСОННОГО ЛИТЬЯ
Сталеплавильный процесс состоит из расплавления шихты, вы-
равнивания химического состава стали, окисления углерода, удале-
ния вредных примесей (серы, фосфора, газов и неметаллических вклю-
чений), раскисления стали, доведения химического состава и нагрева
стали до температуры заливки.
В литейных цехах, изготовляющих фасонные стальные отливки,
плавку стали производят главным образом в мартеновских и электри-
ческих дуговых и индукционных печах.
В зависимости от требований, предъявляемых к стали, и качества
шихтовых материалов используют печи с основной или кислой футе-
ровкой, определяющей характер процесса плавки.
Основной процесс проводится в печах, футерованных магнезито-
вым крипичом, или с магнезитовой, а также доломитовой набивкой.
Эти огнеупорные материалы состоят преимущественно из окиси маг-
ния (MgO) и окиси кальция (СаО).
В печах с основной футеровкой плавка ведется с применением ос-
новного шлака, содержащего высокий процент окиси кальция. Такой
шлак позволяет удалить из жидкой стали большую часть содержащихся
в ней вредных примесей — серы и фосфора, которые соединяются
с окисью кальция в прочные соединения.
Кислый процесс проводится в печах, футерованных материалами,
содержащими главным образом окись кремния (SiO2). К таким мате-
риалам относятся динасовый кирпич и кварцевый песок. Образующиеся
при кислом процессе шлаки практически не удаляют фосфора и серы,
поэтому при плавке в печах с кислой футеровкой необходимо применять
шихтовые материалы с низким содержанием этих вредных элементов.
В зависимости от технических условий и назначения выплавляе-
мой стали применяются различные способы плавки (табл.1)
2. КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
Мартеновские печи
В фасонолитейных цехах преимущественно применяются марте-
новские печи с основной футеровкой емкостью от 20 до 50 т. Показа-
тели работы мартеновских печей даны в табл. 2.
На рис. 1 показана схема устройства мартеновской печи. Верхняя
часть печи состоит из рабочего пространства с ванной 4\ это простран-
ство ограничено двумя торцевыми, передней 9 и задней 8 стенами, по-
дом и сводом 5.
226
Таблица 1
Способы плавки стали при производстве фасонных отливок
Выплавляемые стали S о *"* сз ~ Л х « £- “ r-‘ 2 — ф u ф СП о СО Л — « "Я С О t- f- X -О £ Ф к _ о о го н 2 „•я й о S о ° л х “ о я >?ЧО =г 5- я р: г о о. ч- оз ф «и* аз gS * S5- go Ь О О ГО ф X 3 8 х s ч ч
Назначение 1 сп -= 32 ? О о 3 о 5 % £ = я 2 я« SgK 2 2 ф Й 3 о = хо - ~ ® и Ф “ ° * s V f-ьг Я CJ X ± Г; X о ш ~ _ -J Оф / н - Я я н «- <и о с о а Ч V Я о 2 В* а ± ° я f- й C.f- - а в. £ст а> О 2 >. о -• 2 ** X ГО £ = ис3 _, о w к 2 1 ” к = - * х ч £3 ° й-=о с2 Й'^'=ЗЙ ®Хч f- **g *8555 £ 5 X X X ф X
Основные источники Кислород для окисления примесей 3 - К « <S Ч - 5 Н К Я ф Я О ф Еь 3 2 S X х X Н у* CU М “ н X — я >Е CO O О « g О О J tf ф о _з ф к _ с* а Ч г> " 2 н c-O^Sss >.“ 5 Е u я ськ я сх- -
Теплота для расплавления и перегрева • _ ф а 1 — , о 5 S о Й X Ь* ? Е о * X га 4«- m ш X >» 3 fcxQ-Я ScukoS « 5 d 0°§§§ (2 Й5 (S 5§§ё °sg«g н Ч* =я»»
Состав шихты t с a r^* s =к £?• «ч g-оз х о£ X по хич х -Э" оЧ &i Jjl т| о а О ° g.a ойз Ч _ £= £ &« ’B-og; § о и г>5^ 4 о -а _ 4 О 12 ч щ'З С Ч Л «®о a 2 ® •= g о :2 о >> D, «~ЬСса О Л. Ь я о _ X О S « О Ч ХЕ X Л 5 >»Ф Е В ля Зела а °-«о* hc “ ч« h 2 2 ч я То 2 CUE О ГОЧ к й*2 03 Ч 2 _ - к ф > с ь и ® 2 °* ь с U 5® Д° ссх О о Д ° й (J и . о 3 >»2 2 -Ж 8 ч X К х •&> Си X •& Си
Способы плавки • «X i о 3 с X Ч о о 3 X ° S « з “ er _ X « к к х « 2 * ьг а И ® о о Йо ч а а И 2 о X о о а о х > Д я Р э «КС ф ФЬ X ь ь >, X си о. Et ® ГО Го g«q ° S х 17
227
Таблица 2
Основные показатели работы мартеновских печей
Емкость печи по Площадь Съем стали с 1 м2 Удельный расход условного Стойкость (количество планок)
завалке. Т пода* м2 площади пода в сутки, т топлива 1 на 1 т стали, кг •вола насадок
10 9*5 4,5—6,0
15 12,5 4,5—6,0
20 15,0 5,0—6,5 190—280 460—600 460—600
30 . 20,0 5*5—6.5 <
40 25,0 6,0—7,5 180—260 400—500 400 — 500
50 29,0 6,0—7,5 •
’ Условным называется топливо, имеющее теплотворную спо- собность, равную 7000 ккал/кг.
Под печи выполнен из чугунных плит, покрытых слоем теплоизо-
ляционного материала, нескольких рядов магнезитового кирпича и
верхнего слоя магнезитовой наварки (при основном процессе) из магне*
зитового порошка в смеси с каменноугольной смолой.
J
228
Свод печи делается из магнезитохромитовых или динасовых кир-
пичей. В передней стене 9 расположены окна 6, закрываемые дверцами*
через которые загружают шихтовые материалы, ведется наблюдение
за ходом плавки и отбираются пробы металла.
Под ванны имеет наклон к задней стенке, в которой находится летка
для выдачи металла. Летка во время плавки заделывается доломитом
или магнезитом.
К обеим торцевым стенкам примыкают головки с каналами /, 2, 3
и 7, через которые подается топливо и воздух и отводятся продукты
горения.
Для повышения температуры пламени в печи газообразное то-
пливо и воздух предварительно нагреваются до 1100—1200' С при про-
хождении через воздушный 12 и газовый 13 регенераторы, которые на-
греваются теплом отходящих продуктов горения. Регенераторы зало-
жены кирпичной кладкой с проходами для газа.
Нижняя часть печи состоит из двух пар шлаковиков 10 и 11 (газо-
вых и воздушных), соединенных с одной стороны с головками печи,
а с другой — с регенераторами. Шлаковики служат для собирания
шлака и пыли, уносимых из рабочего пространства продуктами горе-
ния. Две пары регенераторов 12 и 13 предназначены для аккумуляции
теплоты отходящих продуктов горения и передачи ее газу и воздуху.
Регенераторы соединены боровами с перекидными клапанами и работают
попарно и попеременно: в то время как одна пара регенераторов нагре-
вает воздух и газ, другая — аккумулирует тепло отходящих продук-
тов горения. Спустя 10—15 мин происходит перевод клапана в новое
положение и начинает работать другая пара регенераторов.
Жидкое топливо (мазут), т
дится с помощью форсунок и pi
нием 5—6 кгс/сма. Такие печи
имеют только одну пару регене-
раторов и соответственно одну
пару шлаковиков.
печи
В литейном производстве
плавка стали в электродуговых
печах имеет наиболее широкое
распространение. Наличие по-
стоянной дуги в рабочем про-
странстве и положительное дав-
ление дают возможность в отли-
чие от мартеновского процесса
иметь в печи при любом про-
цессе восстановительную атмо-
сферу, позволяющую выпла-
влять сталь с минимальным
содержанием фосфора и серы.
Общий вид дуговой печи
приведен на рис. 2. Стальной
кожух футерован огнеупорным кирпичом 9. Набивной под и футеро-
ванные боковые стены образуют рабочее пространство печи. Футе-
ровка съемного свода 3 заключена в стальной каркас. Загрузка
шихты в печь и скачивание шлака производятся через окно 4.
же применяемое в этих печах, вво-
пыляется струей воздуха под давле-
Рпо. 2. Дуговая сталеплавильная печь
229
В современных печах для загрузки шихты печь имеет отворачиваю,
щийся свод. Между кожухом печи и кладкой находится тепловая
изоляция для уменьшения тепловых потерь.
Электрический ток от специального печного трансформатора под.
водится по медным шинам к трем электродержателям 1, в которых за-
жаты угольные или графитированные электроды 2. При прохождении
по электродам электрического тока между ними и металлом возникают
мощные электрические дуги с очень высокой температурой (4000—
5000° С); выделяющееся тепло используется для расплавления и пере»
грева сплава.
Таблица 3
Характеристика дуговых сталеплавильных печей
Номинальная емкость, т Фактическая ем кость, т Мощность транс- форматора тока, кВА Высота порога рабочего окна, мм Глубина ванны, мм Диаметр ванны, мм Диаметр графи- тированных электродов, мм т Способ загрузки шихты
5 7 2 500 945 530 2I5C 250
10 14 5 000 1050 570 2700 350 Бадьей сверху
15 21 6 000 1250 650 2850 400 » »
20 25 8 000 1400 660 3400 400 » »
25 35 9 000 1500 675 3600 400 » *
40 50 15 000 1700 885 4500 500
Таблица 4
Примерные технико-экономические показатели выплавки стали
в электрической печи емкостью 3—5 т
Показатели Тип футеровки печи
основная кислая
Средняя продолжительность плавки, ч Средняя стойкость плавок; 4,0 3,2
свода 15 100
стенок Производительность# ф) 50 ПО
суточная 25 30
месячная 550 660
Количество ремонтов в течение месяца 3
Расход огнеупорного кирпича, кг/т 97 17
Расход электроэнергии# кВт-ч/т 750 620
230
После расплавления и перегрева сплава печь при помощи меха-
низма наклона 7 и зубчатого сектора 5, сцепленного с рейкой 6, накло-
няется и сплав, выпускаемый через летку, по желобу 8 поступает в раз-
ливочный ковш.
Характеристика дуговых печей, применяемых для выплавки стали,
приведена в табл. 3.
Наибольшее распространение имеет выплавка стали в печах с кис-
лой футеровкой ввиду меньшей продолжительности плавки, большей
стойкости футеровки, меньшего расхода электроэнергии.
Технико-экономическце показатели работы электродуговых печей
с кислой футеровкой более высокие, чем печей с основной футеровкой
(табл. 4).
Индукционные печи
Устройство индукционной печи без сердечника показано на рис. 3.
Индукционные тигельные печи промышленной частоты работают
по принципу трансформатора без железного сердечника, певвичной
Рис, 3. Схема индукционной тигель-
ной печи:
1 —« набивная футеровка печи; 2—
каркас печи; 3— индуктор; 4—изо-
ляция; 5 — верхняя часть футе-
ровки; 6 соединительная часть
(воротник); 7 — верхняя кирпич-
ная часть футеровки печи; 8 —
проводники; 9 — токопроводящие
шины; 10 — ©снование печи
обмоткой которого является индуктор, вторичной — расплавляемый
металл. Основной частью печи является медный водоохлаждаемый
индуктор. Кислая футеровка индукционных печей набивается из смеси
кварцевого песка с 2—3% сухой борной кислоты. Основная футеровка
сделана из металлургического магнезита с добавкой 15—20% прока-
ленного глинозема.
' 231
Таблица 5
Характеристик.; индукционных тигельных печей для плавки стали
Параметры ИСТ-0,06 ИСТ-0,16 О । О ИСТ-0,4 ИСТ-1 ИСТ-2,5 ИСТ-6М1 ИСТ-10
Емкость тигля пе- чи. т 0.06 0,16 0,25 0.4 1.0 2,5 6 10
Мощность питаю- щего агрегата:
приводного электро- двигателя г кВт 70 125 290 350 630 2 000 2 500 2 000X2
генератора повышен- ной часто- ты, кВА 50 100 250 250 500 1 500 2 520 1 500X2
Частота тока ге- нератора, Гц 2400 2400 2400 2400 1000 500 500 500
Мощность печи,- кВт 43 83 222 250 480 1 456 1 977 2 730
Мощность кон- денсатора батареи,- кВА Рабочая темпера- тура металла, °C 1000 2090 4400 6160 8960 1600 18 900 37 060 40 250
Мощность, необ- ходимая для поддер- жания металла при рабочей температу- ре, кВт 14 24 60 40 96 360 215
Теоретическое время расплавления и перегрева метал- ла# ч 1.-0 1,3 0,7 1,2 1.1 1,0 1.7 2,0
Теоретическая производительность по расплавлению и перегреву, т/ч 0,06 0,12 0,35 0,36 0,8 2,-5 3,5 5,0
Теоретический расход электроэнер- гии на расплавление и перегрев металла, кВт-ч/т 1000 900 820 890 705 655 635 640
Масса металло- конструкций печи# т 0,27 0,3 2,9 3,2 4,0 10,5 15,0 29,4
Общая масса пе- чи с тиглем и рас- плавленным метал- лом, т 0,5 0,75 6,5 15,4 25,0 46,0
ч
232
На печах средней емкости индуктор с магнитопроЕОдами и тигель
с подом на случай замены сделаны выемными. Технические характе-
ристики индукционных тигельных печей приведены в табл. 5.
3. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ПЛАВКЕ
Чушковый чугун. При выплавке стали в мартеновской печи с основ-
ной футеровкой применяется 40—45% передельного чушкового чугуна,
а в печи с кислой футеровкой — 20—30% от массы металлической за-
валки. При выплавке стали в электрических печах применяется до 10%
высококачественного передельного чугуна; остальную часть металли-
ческой шихты составляет лом и собственный возврат.
Отдельные элементы, входящие в состав чугуна, имеют очень важ-
ную роль в сталеплавильном процессе.
Углерод является важнейшим элементом, и при расчете шихты его
содержание в чугуне принимается равным 3,5—4,0%.
Кремний влияет положительно на тепловой баланс плавки, выде-
ляя тепло при окислении, но увеличивает продолжительность плавки.
Марганец участвует в процессе обессеривания при выплавке стали
в печах с основной футеровкой.
Сера является вредной примесью и даже при плавке в печах с ос-
новной футеровкой удаляется только частично. Поэтому содержание
серы в чугуне ограничено: при плавке с основной футеровкой содержа-
ние серы в чугуне не должно превышать 0,03—0,07%' и с кислой футе-
ровкой 0,015—0,025%.
Фосфор так же, как и сера, вредная примесь. Он переходит из
шихты в состав стали при плавке в мартеновских и электрических пе-
чах, поэтому используют шихту с малым содержанием фосфора.
Ферросплавы. При выплавке стали имеют применение зеркальный
чугун, ферромарганец, ферросилиций, а при выплавке легированных
сталей — феррохром, никель, ферромолибден, феррованадий, ферро-
титан, кобальт (см. гл. VIII).
Стальной лом. Химический состав, назначение, качество и габа-
риты лома и отходов черных металлов для производства стали опреде-
ляются ГОСТ 2787—63.
Оборотный лом состоит их отходов сталеплавильного, кузнечно-
прессового, прокатного производства в виде прибылей, лигников,
обрезков, брака, скрапа.
Привозной лом состоит из пришедших в негодность деталей ма-
шин, оборудования, пакетированной или брикетированной стружки
(см. гл. VIII).
Окислители. В качестве окислителей для стали применяются
железная и марганцевая руда различных месторождений, а также куз-
нечная окалина.
Огнеупорные материалы. Классификация и характеристика огне-
упорных материалов, используемых при плавке, даны в гл. VIII. Здесь
указаны лишь заправочные огнеупорные материалы, а также некото-
рые огнеупорные составы для сталеплавильных печей.
В качестве заправочных материалов для ремонта плавильных пе-
чей применяют магнезит и доломит при основной футеровке печи,
кварцевый песок или молотый кварцит—при кислой футеровке.
Магнезитовый порошок получают размолом магнезита, обожжен-
ного при температуре 1650° С. Доломит применяют в сыром и обожжен-
ном виде.
В табл. 6—9 приведены составы заправочных материалов.
233
Таблица 6
Химический состав магнезитового порошка,' %
Класс Магний (Mg) СаО S1O2
не менее не б □лее
I 88 4 . 4
II 85 6 6
Таблица 7
Химический состав сырого доломита, %
Примеси
MgO — - и, - -
Класа 'А)2О3, SiO2f Fe2O3
не менее суммарно не более
I 19 8 (SiO2 не более 5)
II 17 10 (SiO2 не более 6)
III 16 12 (SiO2 не более 7)
Таблица 8
Химический состав обожженного доломита, %
г Класс MgO не менее SiO2 не более Потерн при про- каливании, %
I 32 9 2
11 28 12 1,5
Таблица 9
Огнеупорные составы для набивок
Наименование Состав сухой массы, %
Масса для набивки пода основных электропечей Масса для набивки пода кислых электропечей Масса для приготовления кислого тигля в индукцион- ных печах То же для основного тигля Магнезитовый порошок « 80, каменно- угольная смола •— 20 Кварцевый песок 90, жидкое стек- ло — 10 Кварцев Б1й песок — 50,- маршал ит — 16, шамотный порошок — 6, глиноземи- стый цемент 10, жидкое стекло — 5, ' вода — 14 Магнезитовый порошок — 30, магнези- товая крошка ~ 40, магнезитовая крошка и пыль — 30; все три фракции перемеши- ваются и добавляется: сухой глины — 5, борной кислоты — 2, воды — 7—10
234
4. ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ
Плавка в мартеновской печи
Процесс плавки состоит из следующих этапов: заправки печи после
предыдущего выпуска, .завалки шихты, расплавления, рафинирова-
ния, раскисления и выпуска стали.
Заправка печи продолжается 10—15 мин и осуществляется для вос-
становления оплавленных мест свода и пода.
Загрузка шихты производится в последовательности, при которой
тугоплавкие материалы с низкой теплопроводимостью для повышения
скорости нагрева шихты должны находиться внизу. В течение периода
загрузки шихты, ее нагрева и плавления в печь вводят максимальное
количество топлива и воздуха с целью сокращения длительности плавки.
В процессе нагрева и плавки кремний окисляется почти полностью,
марганец — на 60—80% его начального содержания, хром — на 50—
60% и фосфор — на 30—40%.
Для уменьшения окисления кремния и марганца, а также железа
необходимо покрыть металл слоем шлака. С этой целью при за^-рузке
шихты в печь присаживают небольшие количества известняка и желез-
ной руды, которые совместно с окислами, а также с продуктами разру-
шения футеровки образуют слой шлака; после расплавления всей
шихты слой шлака удаляют и в печь загружают свежие шлакообразую-
щие материалы. За время нагрева и плавления шихты окисляется 25—
50% углерода, и образовавшаяся окись углерода удаляется в атмо-
сферу печи.
По окончании расплавления шихты происходят следующие про-
цессы: кипение ванны жидкой стали и загрузка на шлак железной
руды; кипение ванны без руды и раскисление стали. Одновременно из
стали удаляется часть фосфора и часть серы. Для удаления фосфора
в шлаке должно быть большое содержание окиси кальция (СаО) и за-
киси железа (FeO), которые при взаимодействии с фосфором окисляют
его и переводят в шлак.
При кипении ванны из жидкой стали выделяются пузырьки окиси
углерода и вместе с ними удаляются другие газы, содержащиеся в стали
(водород и азот), а также неметаллические включения. При чистом
кипении железная руда не загружается, а процесс протекает за счет
закиси железа, имеющейся в расплавленной стали.
После проведения этих операций в стали остается значительное
количество окиси железа, удаление которой происходит при раскисле-
нии стали, осуществляемой путем ввода в печь ферромарганца и до-
менного ферросилиция.
Окончательное раскисление металла производится на желобе и
в ковше 45 или 75-процентным ферросилицием и алюминием.
Плавка в мартеновской печи продолжаестя 6—8 ч в зависимости
от емкости печи и марки стали.
Для ускорения плавки применяют обогащение вдуваемого воз-
духа кислородом, а также продувку кислорода через ванну жидкой
стали. При этом сокращается расход топлива и на 10—15% уменьшается
продолжительность плавки.
♦
235
Плавка стали в электродуговых печах
Процесс плавки в электродуговых печах заключается в расплавле-
нии шихтовых материалов под действием электрической дуги, образую-
щейся между электродами и металлической шихтой, и в последующей
доводке металла до требуемого химического состава.
Технологический процесс плавки в электродуговой печи состоит
из следующих операций: заправка печи, загрузка шихты, расплав-
ление стали, окислительный период, рафинирование и выпуск
стали.
Заправку углублений и ям пода печи после выпуска стали произ-
водят в основной печи магнезитовым порошком, в кислой печи — квар-
цем и кварцевым песком.
Шихта загружается в определенной последовательности: вначале
мелкая шихта и стружка, затем крупные куски шихты под электроды
и, наконец, средние куски и сверху опять мелочь. Загрузка шихты осу-
ществляется в основном с помощью бадьи, имеющей открывающееся
дно, и продолжается 3—5 мин.
Расплавление шихты производится при максимальной мощности
печного трансформатора и занимает 50—60% продолжительности всего
процесса плавки. Расплавление шихты в электродуговых печах уско-
ряют введением кислородной струи под давлением 3—5 кгс/см2. Дли-
тельность расплавления при этом сокращается на 15%, а расход элек-
троэнергии — на 12%.
Окислительный период плавки определяет качество выплавляе-
мой стали и имеет очень важное значение. В этот период производится
окисление примесей металла, удаление их в шлак, понижение содержа-
ния в жидкой стали водорода, азота и неметаллических включений в про-
цессе энергичного кипения ванны. Начиная с этого периода, плавка
стали в зависимости от состава футеровки -печи осуществляется по-
разному.
Особенности плавки в электродуговых печах с основной футеровкой.
Для успешного удаления фосфора из стали в конце плавления образо-
вывают высокоосновной шлак, затем его частично удаляют и проводят
окисление углерода. Продолжительность окислительного периода
составляет в зависимости от емкости печи 30—60 мин.
Скачивание шлака производят, не оголяя зеркало жидкого металла,
что уменьшает окисление металла и насыщение металла азотом из печ-
ной атмосферы.
Последующий восстановительный период плавки окончательно
формирует свойства выплавляемой стали. Для успешного удаления
серы из стали необходимо тщательно раскислить сталь и шлак.
Применяют три способа раскисления: кусковыми раскислителями
(ферромарганцем и ферросилицием), вводимыми в сталь; молотыми
раскислителями (коксом, ферросилицием), вводимыми в шлак; смешан-
ное раскисление (частично кусковыми и частично молотыми раскисли-
телями).
Раскисление стали в основных электродуговых печах проводится
после удаления окислительного шлака и наведения белого шлака из
извести и плавикового шпата. В шлак вводят раскислительную смесь;
в составе которой имеются известь, молотый ферросилиций (содержа-
щий 0,18—0,25% кремния) и молотый кокс (0,18—0,25%).
После выдержки ванны под раскислителями 10—15 мин вводят
в необходимом количестве ферросилиций и ферромарганец.
236
Перед выпуском из печи сталь нагревают до температуры, превы-
шающей на 40—60° С требуемую температуру заливки. При выпуске
вводят в струю стали алюминий из расчета 0,5—1,5 кг на 1 т металла
для дополнительного раскисления.
Особенности плавки в электродуговых печах с кислой футеровкой.
В дуговых печах с кислой футеровкой плавка может производиться
активным и кремневосстановительным способами.
Активный способ подобен выплавке в основной печи, но требует
иного состава шлаков. Плавка активным способом проводится двояко.
1. При небольшом количестве окислительного шлака его не уда-
ляют и в конце кипения вводят кусковые раскислители (ферросили-
ций и ферромарганец).
2. При повышенном количестве окислительного шлака удаляют
50—60% его (без отключения печи), вводят свежие шлакообразующие
и затем раскисляют сталь.
Кремневосстановительный способ связан с восстановлением из
шлака значительного количества кремния. Плавка проводится при
высокой мощности трансформатора.
После расплавления шихты происходит восстановление кремния
из шлака углеродом в результате его взамоидействня с окислами
кремния.
При энергичном кипении ванны содержание углерода в течение
15—20 мин снижается до 0,35—0,4%, а содержание кремния дости-
гает 0,25—0,3%. По ходу кремневосстановительной плавки снижается
содержание водорода в стали.
Плавка в дуговых печах с кислой футеровкой более экономична,
чем в печах с основной футеровкой, благодаря меньшей продолжитель-
ности окислительного и восстановительного периодов, большей стой-
кости футеровки и меньшему расходу огнеупорных материалов и рас-
кислителей.
Легирование стали
Для формирования требуемых свойств стали вб время плавки
в сталь вводят от 15 до 30% легирующих элементов. Некоторые спе-
циальные элементы применяют в малых количествах, обеспечивающих
микролегирование стали. Рекомендуемый порядок введения в сталь
легирующих добавок приведен в табл. 10.
Выплавка стали в бессердечниковых индукционных
электрических печах
В индукционных печах выплавляются в основном высоколегиро-
ванные стали и сплавы специального назначения, имеющие низкое
содержание углерода (не более 0,05%) и кремния (не более 0,15%).
Процесс выплавки стали в индукционной печи состоит из загрузки
в тигель определенного состава шихты, расплавления ее и выпуска
в ковш.
Преимущество индукционной плавки заключается в непрерывном
перемешивании металла под воздействием магнитных силовых пото-
ков. Активное перемешивание металла в процессе всей плавки способ-
ствует ускорению процессов дегазации и удалению неметаллических
включений.
237
Таблица 10
Условия введения в сталь легирующих добавок
Наименование легирующей добавки Условия введения Усваи- ваем ость легирую- щего эле- мента, %
Никель,' кобальт Основная часть вводится в завалку; дополнительное количество — в окисли- тельный период или в начале восстанови- тельного периода 98—99
Медь В начале окислительного периода ’ 99 — 100
Ферром олибден В окислительный период 99—100
Ферровольфрам В начале восстановительного периода» выдержка до выпуска плавки не менее Б0 мин 90—95
Феррохром В восстановительный период после предварительного раскисления стали и шлака. Выдержка до выпуска плавки 30—40 мин 95—98
Ферротитан В раскисленную сталь за Б—10 мин до выпуска из печи 50—60
Алюминий Вводится в виде чушек в самом конце плавки, после удаления восстановитель- ного шлака 50—60
Плавку можно вести без окисления и с окислением. Плавка с окис-
лением производится в тигле с основной футеровкой, без окисления —
в тигле с кислой футеровкой.
Загрузка шихты осуществляется в такой последовательности:
на дно тигля загружают мелкую стружку, на стружку — мелкую
часть шихты и затем ферросплавы. После этого загружают остальную
часть шихты до уровня, не превышающего высоты индуктора. Плот-
ность укладки шихты определяет быстроту расплавления.
Расплавление осуществляется при максимальной мощности источ-
ника питания печи.
Особенностью плавки является наличие неактивного холодного
вязкого шлака. Шлаковая смесь состоит из боя шамота и стекла для
кислого тигля и из 70% обожженной извести, 20% плавикового шпата
и 10% магнезитового порошка — для основного тигля.
Для более энергичного окисления примесей поверхность ванны
обдувают воздухом или вводят в шлак железную руду.
Раскисление стали производится вводом в печь ферромарганца и
ферросилиция, а в ковш присаживается алюминий.
Плавка без окисления в печи с кислой футеровкой представляет
собой переплав тщательно подобранных шихтовых материалов, обеспе-
чивающих получение стали заданного химического состава. При со-
ставлении шихты следует учесть, что при плавке в индукционной печи
угар углерода составляет 10%, марганца — 20—25% и, кроме того,
происходит пригар кремния.
Глава X
ПЛАВКА МЕДНЫХ СПЛАВОВ
Для плавки медных сплавов наибольшее распространение полу-
чили электрические печи—дуговые и индукционные и пламенные
печи, работающие на жидком топливе. В литейных цехах с небольшим
объемом производства находят применение тигельные печи.
Плавильные печи должны обеспечивать быстрое проведение плавки
с наименьшими потерями легкоокисляклцихся и испаряющихся соста-
вляющих сплава.
1. ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В состав шихты для плавки медных сплавов входят чистые металлы,
вторичные сплавы, отходы литейного производства в виде литников,
брака, скрапа, а также различные лигатуры.
Чистые металлы
Чистые металлы, применяемые при плавке наиболее распростра-
ненных сплавов цветных металлов, приводятся в табл. 1.
Для раскисления медных сплавов применяют фосфористую медь,
поставляемую по ГОСТ 4515—48 в виде плиток массой около 12 кг.
Вторичные сплавы
Вторичными или паспортными называют сплавы, полученные не
из свежих материалов, а из отходов производства (стружки, скрапа,
лома). Эти сплавы приготовляются на специальных заводах в соот-
ветствии с требованиями стандартов. Они поставляются в чушках и
должны соответствовать требованиям ГОСТ 614—73 (табл. 2).
Лигатуры
Лигатурами называются сплавы двух или нескольких элементов,
у которых температура плавления ниже температуры плавления туго-
плавких элементов, входящих в данный сплав.
Лигатуры широко применяются при плавке медных сплавов, осо-
бенно в тех случаях, когда содержание элементов в сплаве невелико,
а введение в сплав легкоокисляющихся и легкоиспаряющихся эле-
ментов вызывает значительные и не всегда одинаковые их потерн.
. Лигатуры должны удовлетворять следующим требованиям: иметь
температуру плавления, близкую к температуре плавления основного
металла; обеспечивать однородность по химическому составу; содер-
жать возможно большее количество легирующего элемента; иметь
хрупкость, обеспечивающую удобство дробления при навешивании
шихты.
Лигатуры, наиболее часто применяемые при плавке медных спла-
вов, приведены в табл. 3.
239
Таблица 1 Металлы, применяемы е при плавке сплавов цветных металлов •
Металл Марка Содержание основных элементов, %» не менее ,, Содержание примесей, %, не более Металл Марка Содержание основных Элементов, %,- не менее Содержание примесей, %i не более 1
Медь (ГОСТ 839—66) МОО МО МОб Ml* М1р 99,99 99,95 99,97 99,90 99,90 0,01 0,05 0,03 0,1 0,1 J Медь М2* М2р М3* МЗр М4* 99,70 99,70 99,50 99,50 99,00 0,3 0,3 0,5 0,5 1,0
Олово (ГОСТ 860 — 60) - ОВЧ-ООО 01 пч 01* 02 03 04 99,-999 99,915 99,90 99,565 98,40 96,35 1.10-3 0,085 0,10 0,435 1,60 . 3,65 Свинец (ГОСТ 1778—65) СООО С00 со C1 С2* СЗ* 99,99954 99,99852 99,992 99,985 99,95 99,9 0,00046 1 0,00148 ,0,008 . 0,015 0,05 0,1
Никель (ГОСТ 849 — 70) Н-0 Н-1 Н-2 Н-3 Никель и кобальт 99,99 99,93 99,8 98,6 97,6 - - 0,01 Цинк ТОСТ 3640—65) цвч ЦВ ЦО ш* Ц2* цз* 99,997 99,99 99,975 99,95 98,7 97,5 0,003 I 0,010 0,025 0,050 1,3 ; 2,5 .
Кремний кристаллический (ГОСТ 2169-69) КрО” Кр1* Кр2 КрЗ 99,0 98,0 97,0 95,6 КО 2,0 3,0 4.5
Примечав и е. Марки, помеченные звездочкой, применяются при плавке медных с - - _ 4 плавов
Таблица 2
Химический состав чушковых оловянных бронз, %
Марки Основные компоненты Примеси (не более)
Олово Цинк Свиней Никель Медь я 2 о. и Железо Алюми- ний | Кремний 1 Марганец f- > S Мышьяк Магний Фосфор Никель Всего примесей
БрОЗН8С4Н) 2,6 — 4.0 7,0— 10,0 3,0— 6,0 0,5— 2,0 Осталь- ное 0,5 0,4 0,02 / 0,02 0,2 0,015 0.15 1 0,02 0,1 — 1.3
БрОЗЦ13С4 2,1 — 3,5 9,0- 16.0 3,0- 6.0 — То же 0.5 0.4 0.02 0,02 0.2 0,015 0,15 0.02 0,1 2.0 * 1,3
БрО4Ц7С5 3,1- 5,5 6,5- 9,0 4,0 — 7,0 — То же 0.5 0.4 0.05 0,05 0,2 0,015 0.15 0.02 0,1 2,0 * 1.3
БрО5Ц6С5 4,1- 6,0 4,5- 6,5 4,0 — 6,0 То же 0,5 0.4 0,05 0,05 0,2 0,015 0,15 0,02 0,1 1,0 * 1,3
Приме БрОЗЦ8С4Ш, ч а и и е. Цифры со звездочкой означают, что содержание никеля в бронзах допускается за счет меди и в общую сумму примесей не входит. 1» всех марок, за исключением
Таблица 3
Характеристика лигатур, применяемых при плавке медных сплавов
Лигатура Содержание основных элэментов; % Приблизитель- ная температура плавления, °C
Медно-марганцевая * Медно-бериллиевая Медн о-жел езн а я Медно-кремнистая Медно-сурьмянистая Медно-оловянная Медно-н и келева я Медно-алюминиевая Ал юминиево-медно-марганце- вая Ал юми н иево-медн о-н и целе- вая Алюминиево-медно-железная Мед н о -фосфор и ст а я 73 Си, 27 Мп 85—93 Си, 15—7 Бе 90—95 Си, 10—5 Fe J 84 Си, 16 Si 1 75 Си, 25 Si 50 Си,- 50 Sb 50 Си,- 50 Sn 67—85 Си, 15—33 Ni 60 Си# 50 А1 50 А1, 40 Си, 10 Мп 50 А1,- 40 Си, 10 Ni 70 А1, 20 Си, 10 Fe 90—93 Си, 10—7 Р 860 900 1450 800 1000 680 780 1050—1250 580 650 670 830 900—1020
Приготовление лигатур. Промышленностью выпускаются самые
разнообразные лигатуры в соответствии с ГОСТами и техническими
условиями поставщика. Лигатуры могут быть также приготовлены
в любом цехе цветного литья.
Для приготовления лигатур могут быть применены различные печи
в зависимости от состава лигатуры. Однако во всех случаях следует
отдать предпочтение индукционным печам, плавка в которых обеспе-
чивает минимальные потери по угару. Ниже приводятся примеры изго-
товления наиболее часто применяемых лигатур.
Медно-алюминиевая лигатура приготовляется следующим образом.
В печь загружают 75% (от навески) алюминия; перегревают его до
температуры 850—1000° С и загружают небольшими порциями медь.
После расплавления меди загружают остальные 25% алюминия с целью
снижения температуры перегрева. Сплав при температуре 720—750° G
рафинируют обезвоженным хлористым цинком, тщательно перемеши-
вают и разливают в подогретые до 150° С чугунные изложницы.
Медно-кремнистая лигатура может выплавляться в тигельных,
электрических или пламенных печах. В перегретую до температуры
1170—1200° С жидкую медь загружают при перемешивании неболь-
шие порции кристаллического кремния или высокопроцентного ферро-
силиция марки ФС90. Каждая последующая порция кремния вводится
только после полного растворения предыдущей. Когда растворится
весь кремний, сплав тщательно перемешивают графитовыми мешал-
ками и разливают в металлические изложницы.
242
Алюминиево-медно-ни келева я лигатура приготовляется следую-
щим способом. В расплавленную медь после раскисления ее фосфори-
стой медью вводят подогретый алюминий в количестве 15—20% от
массы меди, затем перегревают сплав до 1150° Сив несколько приемов
загружают в него расчетное количество никеля, подогретого до 150—
200° С. После растворения всего никеля добавляют в сплав в несколько
приемов остальную часть подогретого алюминия. Сплав тщательно
перемешивают и разливают в нагретые изложницы.
После приготовления лигатур следует тщательно очищать печи,
тигли от остатков металла и шлака, так как в остатках могут содер-
жаться элементы, вредные для сплавов, в которые будет вводиться
лигатура.
2. РАСЧЕТ ШИХТЫ
В зависимости от особенностей литья и предъявтяемых к нему
требований применяют шихту, состоящую из 50—60% свежих металлов,
25—35% отходов собственного производства и 10—12% покупного лома,
или же плавка ведется на вторичном сплаве.
Величина угара элементов зависит от состояния шихты и типа
плавильной печи (табл. 4).
Данными, приведенными в табл. 4, рекомендуется пользоваться
при подсчете количества элементов, которое необходимо добавить
к шихте для возмещения угара в процессе плавки.
Таблица 4
Угар некоторых элементов
в зависимости от состояния шихты и типа плавильной печи, %
Элемент Чистая шихта Окисленная и загрязнен- ная шихта
Плавка в электриче- ских и ти- гельных печах Плавка в пламенных печах Плавка в электриче- ских н ти- гельных печах Плавка в пламенных печах
Магний 2—3 3—5 <5 — 5 3—10
Бериллий 2—3 3-5 3—5 5—10
Алюминий ПО—1,5 1—2 1—2 2—3
Натрий 2—3 сл 3—5 5—10
Цинк 1—3 2—4 2—3 3—5
Марганец 0,5—1 1—2 1—2 2—3
Олово 0,5 — 1 1,0—1,5 1,0—1,-5 1,5—2
Железо 0,5—1 0,5 — 1 0,5—1 0,5—1
Никель 0,5 — 1 0,5 — 1 0,5 — 1 0,5—1
Кремний 0,5 — 1 1,0 —1,5 1.0—1,5 1,5—2
Медь 0,5—1 1 — 2 1—2 2—3
Свинец 0,5—2 1—2 — •—*
243
Ниже приводится пример расчета шихты.
Пример. БрОЦС 5-5-5, плавка в печи ДМК-0,5. Средний хими-
ческий состав этого сплава (см. гл. I, табл. 10): 5% олова, 5% цинка;
5% свинца и остальное — медь. Принимаем шихту, состоящую из 60%
свежих металлов и 40% возврата собственного производства того же
сплава.
Расчет ведем на 100 кг сплава, причем пренебрегаем примесями
в исходных материалах и сплаве. Угар олова и меди составляет 1%,
цинка и свинца — 2%.
Для компенсации угара этих элементов масса шихтовых материалов
5-1
должна быть увеличена: масса олова — на = 0,05 кг; цинка —
5 • 2 5 * ° 85 1
на Лоо = 0,10 кг; свинца на Too = 0,10 кг; меди на ТосГ =
= 0,85 кг.
Полученные по расчету данные можно представить в следующем
виде:
Наименование Олово Нинк Свинец Медь Всего
Средний химический со- став сплава, % 5 5 5 85 100
Масса на 100 кг шихты, кг 5 5 5 85 100
Угар, % 1 2 2 1 —
Угар, кг 0,05 0,10 0,10 0,85 1,1
Расчетная масса шихты, кг 5,05 5,10 5,10 85,85 101,1
Содержание в цеховом возврате (40%), кг 2,0 2,0 2,0 34,0 40,0
Содержание в свежих ма- териалах (60%), кг 3.05 3,10 ЗЦО 51,85 61,1
Состав шихты для выплавки 500 кг бронзы БрОЦС5-5-5 (в кг):
Олово.............................
Цинк ........ .............. . . .
Свинец
Медь
Возврат .................... . . .
15,25 .
15,50
15,50
259,25
200,00
Всего: 505,50
Приведенный состав шихты применяется для приготовления сплава,
к которому предъявляются высокие требования в отношении точности
химического состава и механических свойств.
Для менее ответственных отливок в качестве шихтовых материа-
лов применяются возврат производства и оловянная бронза в чушках
БрО5Ц6С5 (см. табл. 2).
i
244 .
3. ПЛАВКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ
Электрические печи, применяемые для плавки медных сплавов,
подразделяются на дуговые и индукционные. Основное различие между
ними состоит в том, что в дуговых печах нагрев сплава происходит
благодаря лучистой энергии, выделяемой электрической дугой, а в ин-
дукционных печах сплав плавится благодаря теплу, выделяющемуся
• непосредственно в нагреваемом сплаве при прохождении по нему индук-
ционного тока.
Плавка в дуговых печах
Для плавки медных сплавов широко применяются дуговые печи
косвенного нагрева типа ДМК — дуговые медноплавильные качаю-
щиеся (табл. 5). Электрическая дуга в этих печах образуется между
двумя горизонтальными электродами.
На рис. 1 изображена электрическая дуговая печь ДМК. Плавка
начинается с проверки исправности механизмов, подачи охлаждающей
Рис. 1. Электрическая печь типа ДМК:
1 — футеровка; 2 — кожух печи; 3 — зубчатые обода; 4 — шланги
для подвода воды; 5 — графитированные электроды; t> — шестерни;
7 — водоохлаждаемые уплотнители;’ 8 — электродвигатель; 9 — при-
водной механизм
воды, очистки от остатков предыдущей плавки н разогрева футеровки
печи до температуры 900—1000° С. После удаления из печи электродов
и засыпки на дно печи двух-трех лопат сухого прокаленного древес-
ного угля загружают шихтовые материалы. На дно печи загружают
обычно мелочь, литники, скрап, а в последнюю очередь — крупные
куски. Шихта не должна мешать установке электродов и должна быть
к ним не ближе чем на 50 мм. После установки электродов закрывают
245
Таблица 5
Техническая характеристика электродуговых печей ДМ К
Параметры Г—1 о* S- ДМ к-0,25 ДМК-0,5 ДМК-1,0 ДМК-2,0
Емкость панны, т 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0
Мощность трансформатора,- кВА 125 175 250 400 500
Диаметр графитированных элек- тродов. мм Размеры плавильного простран- ства, мм: 75 75 100 100 100
диаметр 480 500 700 800
длина 600 840 1100 1140
Глубина ванны, мм Расход электроэнергии, кВт-ч/т; 120 150 190 235 *****
при плавке оловянных бронз 400— 300— 250— 230— 200—
450 350 300 290 230
при плавке латуней 320— 250— 200— 190— 150—
Часовая производительность» кг: 350 270 240 230 180
при плавке оловянных бронз 120— 200— 350 — 600— 900—
140 250 450 700 1300
при плавке латуней 145 — 250— 500— 750— 1300—
Л Расход электродов на 1 т метал- ла, кр: 170 320 570 900 1500
при плавке оловянных бронз 3,0— 3,0— 2,5 — 2,0— 1,5—
f 3,5 3,5 3,0 2,5 2,0
при плавке латуней 2,5 — 2,5- 2,0— 1,6— 1,2—
3,0 3,0 2,5 2,0 1,4
Расход воды, ма/ч 2.0 2,5 3 5 —
Продолжительность службы фу- теровки (число плавок) 300 400 500 500 —
загрузочную дверцу и включают электрическую дугу, что осуще-
ствляется сближением электродов и быстрым удалением одного из них
на небольшое расстояние. По истечении 20—30 мин для предупрежде-
ния местного перегрева сплава и футеровки печи включают реверсив-
ный механизм покачивания печи вначале на угол 25—30°, а затем через
каждые 5 мин угол качания увеличивают на 5—10° и доводят его до 90°,
После расплавления всей шихты угол покачивания доводится до 160°.
При покачивании сплав непрерывно перемешивают. Дальнейшие опе-
рации ведутся в зависимости от марки выплавляемого сплава в обыч-
ном порядке, т. е. сплав раскисляют, присаживают легкоплавкие до-
бавки, рафинируют, подогревают до требуемой температуры и выпу-
скают из печи.
246
Плавка в индукционных печах
Рис. 2. Индукционная печь
со стальным сердечником:
1 — ка,мера; 2 — футеровка;
3 — тепловая изоляция; 4 —
плавильный канал; 5 — пер-
вичная обмотка; 6 — магнит-
ный сердечник
Индукционные печи подразделяются на печи промышленной ча-
стоты со стальным сердечником и печи без сердечника.
Печь со стальным сердечником (рис. 2) представляет собой как бы
понижающий трансформатор, у которого вторичной обмоткой является
находящийся в печи сплав.
Преобразование электрической энергии в тепловую в этих печах
происходит следующим образом. Переменный ток промышленной ча-
стоты, проходя первичную катушку, создает вокруг нее магнитный
поток, замыкающийся через стальной сердечник трансформатора и
индуктирующий вторичный (индукцион-
ный) ток в кольце сплава, находящегося
в кольцевых каналах. При этом выде-
ляется тепло, необходимое для плавки.
Сплав, находящийся в каждом из ка-
налов, соединяется с ванной жидкого
сплава, расположенной в верхней части
(шахте) печи.
Благодаря разности плотностей силь-
но нагретого сплава в нижней части кана-
лов и более холодного сплава в шахте воз-
никает по направлению снизу вверх теп-
ловая циркуляция (перемешивание) спла-
ва в печи. Этот процесс протекает непре-
рывно, и чем интенсивнее перемешивается
сплав в каналах, тем быстрее расплав-
ляется и нагревается сплав в шахте.
Особенность плавки в индукционных
печах заключается в том, что жидкий
сплав, заполняющий подовые каналы,
должен оставаться в печи после выпуска
плавки для образования замкнутой элек-
трической цепи при последующей плавке.
Поэтому в индукционных печах затруднен
сплава к плавке другого. В этом случае необходимо слить весь сплав
из каналов и сделать две-три промывные плавки сплава неответствен-
ного назначения.
После разогрева печи и заполнения кольцевых каналов жидкпм
сплавом в печь загружают предварительно хорошо подогретую шихту.
Сначала обычно загружают медь и расплавляют ее, а затем отходы н
вторичные сплавы. После расплавления всей шихты металл раскисля-
ется и удаляется шлак. Затем вводят легкоплавкие составляющие
шихты, предварительно хорошо подогретые, и доводят сплав до задан-
ной температуры. Из печи сливают примерно 3/4 готового сплава,
оставляя около 1/1 всего сплава в кольцевых каналах и в шахте над
ними с таким расчетом, чтобы толщина слоя сплава составляла 30—
50 мм. Следующая плавка начинается сразу же после очистки стенок
от шлака.
переход от плавки одного
В последнее время все более широкое применение получают ин-
дукционные тигельные (бессердечниковые) печи промышленной ча-
стоты типа ИЛТ — индукционные латунные тигельные (табл. 6), пред-
назначенные для плавки сплавов на медной основе (меди, латуни, бронзы
и лигатуры). Эти печи рекомендуется применять взамен дуговых, огра-
247
Таблица 6
Техническая характеристика электропечей типа ИЛТ
Параметры ИЛТ-1 ИЛ1 -2,5 ИЛТ-10 ИЛ Т-25
Емкость печи, т 1 2,5 10 25
Потребляемая мощность, кВт 325 720 1290 3150
Мощность питающего транс- форматора, кВА 400 1300 1300 6300
Температура перегрева, *С 1200 1200 1200 1200
Удельный расход электро- энергии на расплавление и перегрев (ориентировочно), к Вт* ч/т 382 355 374 336
Производительность по рас- плавлению и перегреву (рас- четная), т/ч 0,85 2,0 3,5 9,4
Время расплавления и пе- регрева (ориентировочно), ч 1,17 1*23 2,9 2,9
Расход воды на охлаждение индуктора, м3/ч 5,5 9,5 21 4h3
жательных (газовых и нефтяных) печей вследствие снижения угара
металла, а также при частых сменах марок выплавляемых сплавов
и периодическом режиме работы.
4. ПЛАВКА В ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ
Тигельные печи применяются для выплавки небольших количеств
отдельных сплавов и лигатур. Тигельные печи разделяются на ста-
ционарные и поворотные; они работают на жидком или газовом топ-
ливе. Тигельные печи на твердом топливе (горны) применяются редко
ввиду низкого к. п. д. (0,07—0,1) и тяжелых условий их обслужи-
вания.
Для плавки медных сплавов употребляются тигли графитовые,
шамотно-графитовые, корундовые, алундовые, цирконовые и др.
5. ПЛАВКА В ПЛАМЕННЫХ ПЕЧАХ
Пламенные отражательные печи подразделяются на стационарные
и поворотные и применяются в тех случаях, когда требуется распла-
вить большое количество сплава. Печи этого типа работают в основном
на жидком и газообразном топливе.
В пламенных печах разогрев металла происходит за счет непосред-
ственного соприкосновения с газами и тепла, излучаемого раскален-
ными сводом и стенками печи, что позволяет значительно полнее ис-
пользовать тепло. К. п. д. пламенных печей колеблется в пределах
0,14—0,24.
Соприкосновение большой поверхности металла с печными га-
зами является основным недостатком этих печей, так как оно способ-
248
ствует насыщению металла газами и влечет за собой повышенный
угар металла.
Конструкции пламенных печей, работающих на жидком топливе,
весьма разнообразны. На рис. 3 изображена пламенная печь типа
«Мечта». Эти печи строятся емкостью 300—2000 кг. Печи работают на
мазуте, который сжигается о помощью форсунки в камере сгорания
(форкамере).
При большом объеме производства применяются пламенные отра-
жательные стационарные печи. Эти печи используют для плавки оло-
1^90
Рис. 3 Пламенная печь типа «Мечта»:
I форсунка для сжигания мазута; 2 — форкамера; 3 — плавильная ка-
мера; 4 — несущие ролики; 5 — кронштейны-стойки; 6 —» штурвал; 7 — гор-
ловина для выдачи готового сплава
вянных бронз. Они отапливаются мазутом и имеют емкость до 20 т.
Сравнительно небольшой расход топлива (до 15% в пересчете на ма-
зут), простота обслуживания и длительная работа без ремонта — вот
, основные достоинства этих печей.
6. ОСОБЕННОСТИ ПЛАВКИ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
В состав шихты для приготовления медных сплавов обычно вхо-
дит красная электролитическая медь, которую расплавляют и раскис-
ляют фосфористой медью до загрузки остальных составляющих шихты.
Плавка меди должна происходить очень быстро, под слоем хорошо
просушенного и прокаленного .древесного угля. Печь перед загрузкой
меди надо хорошо разогреть. Качество раскисления можно проверить
по технологической пробе: залитый и охлажденный брусок при загибе
не должен давать трещин в месте изгиба.
249
Плавка оловянной бронзы
Оловянную бронзу можно плавить из свежих материалов или из
вторичных сплавов с добавкой свежих материалов в любой печи, при-
меняемой для плавки медных сплавов.
В качестве примера плавки шихты, состоящей ив вторичных спла-
вов и отходов с частичной подшихтовкой свежими материалами, рас-
смотрим технологию плавки БрОЦСНЗ-7-5-1.
В разогретую печь загружают часть вторичных сплавов и отхо-
дов и покрывают слоем сухого древесного угля, который после распла-
вления шихты должен покрыть ровным слоем всю поверхность жидкого
сплава. По мере расплавления первоначальной порции шихты в печь
вводят частями или полностью остаток шихты, подогретой до темпера-
туры 150—200° С.
Свежие металлы — медь и никель, применяемые для подших-
товки, — загружают в печь одновременно с первой порцией шихты,
а цинк, свинец и олово вводят непосредственно в ванну к концу плавки
для уменьшения их угара.
После расплавления всей шихты и достижения требуемой темпе-
ра гуры сплав раскисляют фосфористой медью в количестве 0,2% от
массы шихты и покрывают хорошо просушенным флюсом, состоящим
из 60% кальцинированной соды, 33% плавикового шпата и 7% буры.
Расход флюса составляет 2—3% от массы шихты.
После загрузки флюса сплав нагревают до 1250—1300° С, выдер-
живают под флюсом 20—30 мин и периодически перемешивают; затем
счищают образовавшийся шлак и выпускают сплав из печи в ковш
для разливки по формам.
Плавка латуни
Для плавки латуни можно применять любые печи, но луч-
шими для этой цели являются индукционные печи со стальным сер-
дечником.
В качестве шихтовых материалов могут быть использованы как
чистые металлы, так и вторичные сплавы, отходы и возврат производ-
ства. Цинк и свинец вводятся только после расплавления всей осталь-
ной шихты. Плавка в индукционных печах не требует флюсов, а в дру-
гих печах применение флюсов как защитного средства, уменьшаю-
щего угар цинка, обязательно. Приводим технологию плавки крем-
нистой латуни ЛКС80-3-3.
При плавке шихты из свежих металлов сперва расплавляют медь
и раскисляют ее фосфористой медью, затем вводят медно-кремнистую
лигатуру, цинк и свинец.
Если шихта содержит отходы сплава этой марки, их загружают
вместе с медью в том случае, когда масса свежих металлов не превы-
шает 30—40% от массы всей шихты. При большом количестве свежих
металлов отходы загружают после расплавления меди и введения
остальных элементов. Учитывая склонность этого сплава к поглоще-
нию газов, плавку необходимо вести форсированно, сохраняя ней-
тральную или слегка окислительную атмосферу в печи. В качестве
флюса можно применять битое стекло и буру.
Для дегазации сплава его нагревают до температуры 1150—1160е С
и выдерживают при этой температуре 10—15 мин. В процессе выдержки
250
г
сплава выделяющиеся пары цинка механически увлекают за собой
растворенные газы и удаляют их из жидкого сплава. Для компенсации
повышенного угара цинка при выдержке сплава перед заливкой
вводят в печь дополнительное количество цинка (около 1% от массы
сплава).
После того как выдержка сплава закончена, его охлаждают до
температуры 1050—1100° С и проверяют (взятием пробы) содержание
газов. Если в сплаве имеется избыток газов, то происходит рост пробы
в стаканчике. В этом случае применяют замораживание сплава, охла-
ждая его до температуры затвердевания, и затем быстро нагревают до
температуры разливки.
Глава XI
ПЛАВКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Для приготовления алюминиевых сплавов применяют различные
печи. В литейных цехах с небольшим объемом производства исполь-
зуют тигельные печи — стационарные и поворотные, работающие па
твердом, жидком и газообразном топливе. В крупных цехах приме-
няют стационарные пламенные печи, электрические печи сопротивле-
ния и индукционные печи.
1. ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В состав шихты для плавки алюминиевых сплавов входят первич-
ные и вторичные сплавы, отходы собственного производства и различ-
ные лигатуры.
Первичный алюминий
Первичный алюминий поставляется в виде чушек массой 5, 15
и 1000 кг и по химическому составу должен соответствовать требова-
ниям ГОСТ 11069—64 (табл. 1).
Вторичные алюминиевые сплавы
Вторичные алюминиевые сплавы (ГОСТ 1583—65) получают пере-
плавкой и рафинированием лома, скрапа и стружки различных алю-
миниевых сплавов на специализированных заводах (табл. 2).
f
Чистые металлы
В состав алюминиевых сплавов входят кремний, магний, марга-
нец, цинк (легирующий элемент), медь, бериллий, никель, железо,
титан и др.
Кремний вводится в алюминиевые сплавы в виде кристалличе-
ского кремния, химический состав которого приведен в гл. X, табл. 1,
или в виде чушкового силумина (сплав кремния с алюминием), хими-
ческий состав которого приводится в табл. 3.
Магний входит в состав алюминиевых сплавов в небольшом коли-
честве (за исключением сплавов группы I). Влияние магния на свой-
ства алюминиевых сплавов значительно, поэтому добавляемое в сплав
количество магния должно быть точно взвешенным.
Магний по ГОСТ 804—72 поставляется в чушках массой 8,0 ±
± 1 кг. Химический состав магния дан в табл. 4.
Металлический марганец поставляется в виде кусков различной
величины, упакованных в деревянные бочки или ящики, так как он
252
Таблица 1
Химический состав первичного алюминия, %
Марка Алюминий (не менее) Примеси (не более;
Железо Кремний Медь Цинк Титан Всего
А л ю м и н ий ос □ б о й ч И СТ О т ы
А999 1 99,999 | - 1 — 1 — 1 - I — 1 0,091
Алюминий в ы о окой частот ы
А995 99,995 0,0015 0,0015 0,001 0,001 0,001 0,005
А99 99,99 0,003 0,003 0,003 0,003 0.002 0,010
А97 99,97 0,016 0,015 0,005 0,004 0.С02 0,03
А95 99,95 ' 0,030 0,030 0,010 0,005 0,002 0,05
А л ю м и ний те х н и ч е в К О Й ч и в т о т ы
А85 99,85 0,08 0,06 0,01 0,02 0,01 0,015
А8 99,80 0,12 0,10 0,01 0,04 0,02 0,20
А7 99,70 0,16 0,16 0.01 0,05 0,02 0,30
А6 99,60 0,25 0,20 0,01 0,06 0,03 0,40
А5 99,50 0,ЗС 0,30 0,02 0,06 0.03 0,50
АО 99,00 0,50 0,50 0,02 С,08 0,03 1,00
А 99,00 0.80 0.50 0,03 0,08 0,03 L00
АЕ 99.50 0,35 0,12 •0.02 0.05 0.01 0.-50
легко окисляется на воздухе. Химический состав металлического мар-
ганца по ГОСТ 6008—51 приведен в табл. 5.
При производстве алюминиевых сплавов марганец применяется
в виде лигатуры алюминий — марганец.
Цинк является для некоторых алюминиевых сплавов легирующим
элементом; его химический состав приведен в гл. X, табл. 1.
Лигатуры
Лигатуры обычно имеют температуру плавления, близкую к темпе-
ратуре плавления основного элемента. Они применяются в тех слу-
чаях, когда сплав содержит легкоокисляющиеся элементы, как, на-
пример, магний. Введение таких элементов непосредственно в сплав
не обеспечивает точного содержания заданного элемента в сплаве ввиду
того, что угар его в каждом отдельном случае может быть неодинако-
вым и химический состав сплава получается различным. Применение
алюминиево-магниевой лигатуры позволяет получить сплав с точным
содержанием магния. Химический состав и температура плавления
некоторых лигатур приведены в табл. 6.
253
*э Таблица 2
Химический состав вторичных алюминиевых сплавов, %
Основные компоненты Сумма учи-
Марка Магний Кремний Марганец Медь Прочие элементы тываемых примесей Маркировка — цветньг полосы на торцах
(Остальное до 100% - алюминий) (не более)
АЛЗЧ 0,2—0,8 4,0—6,0 0,2 -6,8 1,5-3,5 1,8 4ерная и синяя
АЛЗЧп 0,2—0,8 4,0—6,0 0,2 — 0,8 1,5—3,5 йма 1,8 4ерная,- синяя и красная
АЛЗЧд 0,8-1,3 4,0—6,0 0,2 — 0,8 1,0—2,5 1,7 Две синие
, АЛ44 0,2—0,4 8,0—11,0 0,2 — 0,5 •— — 2,4 4ерная и коричневая
ДЛ7Ч 3,0—5.0 —* 3,8 4ерная и зеленая
АЛ9Ч 0,2 —0,5 6,0—8,0 — *— 3.6 4ерная и две синие
АЛ9Чп 0,2—0,5 6,0—8.0 <*» 3,6 Белая и красная
АЛ 104 0,-3—0,6 4,5—6,5 • 6,0—8,0 2,6 4ерная и красная
АЛ12Ч «а 3,6—5,5 0,4 — 0,7 1,6—3,0 Цинк 5,0—7,0 2,1 Две желтые и черная
АЛ14Ч 0,2—0,6 эб, 0—8,0 0,2 — 0,6 1 1,5—3,0 1,6 Черная и белая
АЛ14Чп 0,2—0,6 6,0—8,0 0,2 — 0,6 1,5—3,0 мм 1,6 Черная, белая и красная
АЛ15Ч 3,0—5,0 0,2 — 0,6 3,5—5,0 — 3,8 Черная и две синие
АЛ16Ч (МВ 3,0—5,0 0,2 — 0,5 2.0—4,0 Цинк 2,0—4,0 1?5 Две черные и синяя
АЛ17Ч 0,1 —0,3 3,5—5,-5 0,4 — 0,7 1,5—3,0 Цинк 5,С—7,0 1,6 Две черные
АЛ 184 1?5—2?5 0,3 — 0,8 7,5—9,5 Железо 1.0—1.7 1,6 Три черные
Примечания:!. Сплавы,- имеющие в обозначении марки букву «п», предназначены для изготовления пище-
вой посуды? а букву «д» — для литья под давлением.
2. «В сплавах учитываются такие примеси, как железо, магний? кремний? марганец, никель, мышьяк, свинец; медь
и цинк — в тех случаях, когда они не являются основными элементами сплава.
255 3 g s г s s XJ Т5 "О ТЭ тэ тз 4k СО Ю — О О о Марка Таблица 5 Химический состав металлического марганца, % г s 2 -1 *з to to со о • сл а Марка Таблица 4 Химический состав первичного магния, %
оо ер са со о <© Q0 — ы СЛ со со о о о о со сэ сл Марганец (не менее) 99,96 99,95 99,90 Магний (не ме- нее)
Д W — О | I О СЛ 00 СО ' * Кремний Примеси (не более] 0,004 0,004 0,04 Железо Примеси (не более)
0,005 0,005 0,01 Кремний
о о о о р о о, 1». о о о о о сл ч сл - о сл Фосфор
0.002 0.0007 0,001 Никель
1,0 1,5 Алюми- ний
СО Ю СО р I , о О СЭ СЛ 1 ' Железо 0,002 0,003 0,005 Медь
* Г» 1 | 1 I о сл 1 ' 1 1 Медь 0,006 0,007 0,02 Алюминий
Марганец
о о о сэ о о « «• « • • • _ _ to >— — сэ r/1 КЭ С1 О О * Cl Углерод 0,004 0,01 0,04
0.CI 0.10 Сера 0,003 0,005 0,005 Хлор
IJ «3 СЛ О СЭ о сэ сэ о ср о о сл Всего 0,03 0,035 0,1 Сумма рег- ламентируе- мых примесей
СИЛ2 СИЛ1 СИЛО 1 Марка Химический состав чушк 5 Cl Е Л Й Со
Оста ль 1 10—13 о 1 СО 10—13 Кремний
я о п> 3 о • 0,50 0.35 Железо
К—1 О сэ V? о4 И ь 3 g к о * N3 О сэ 1 Кальций Примес ового силумина.
0,20 0,15 9Г0 Медь 4- нинк я п
я сэ to 0,15 о Т итан более?
р U1 сэ сл о |а=1 Марганец
Черн ая полоса Красная полоса ПерекрешивЕ ю- щиеся белые по- лосы Маркировка — цвет- ные полосы на торцах
Таблица 6
Химический состав и температура плавления лигатур;
применяемых при плавке алюминиевых сплавов
Лигатура Содержание основных элементов, % Примерная температура плавления, °C
Алюминиево-кремнистая 85 — 88 AI, 12—15 Si 620—660
Алюмин иево-медная 50—55 Al, 45—50 Си 570—600
Алюминиево-магниевая 89—91 Al, 9—11 Mg 560—640
А люминиево-марганцевая 89—91 Al, 9—11 Мп 770—830
Алюминиево-бериллиевая 97—95 Al, 3—5 Be 700 — 800
Ал юминиево-никелевая 89—91 Al, 9—11 Ni 680—730
Алюмнниево-железная 89—91 Al, 9—11 Fe 800—850
Алюмпниево-титановая 97—95 Al. 3—5 Ti 680—720
2. РАСЧЕТ ШИХТЫ
Обычно шихта составляется из 30—70% отходов и лома и 70—30%
первичных материалов, в том числе чушкового алюминия и силумина,
лигатур и чистых металлов, вводимых непосредственно в жидкий
сплав (магний, цинк и другие легкоплавкие металлы).
Для расчета шихты необходимо знать химический состав всех
исходных шихтовых материалов и приготовляемого сплава. Кроме
того, необходимо учесть угар элементов, который зависит от конструк-
ции и типа плавильного агрегата, а также от методики ведения плавки,
способа рафинирования и т. д.
Приблизительная величина угара при плавке алюминцевых спла-
вов может быть принята по данным, приведенным в гл. X, табл. 4 (по
верхнему пределу).
Пример. Упрощенный расчет шихты сплава АЛ5 при плавке в ти-
гельной печи. Примем следующие шихтовые материалы: чушковый
первичный алюминий, лигатуры — алюминиево-магниевую (90% алю-
миния и 10% магния), алюминиево-медную (50% алюминия и 50%
меди) и чушковый силумин (87% алюминия и 13% кремния). Средний
химический состав сплава АЛ5: 5% кремния, 0,4% магния, 1,25%
меди, остальное — алюминий.
Расчет ведется на 100 кг сплава. Угар элементов: 1 % кремния,
3% магния, 1% меди и 1% алюминия.
Масса шихтовых материалов, на которую надо увеличить массу
шихты для компенсации угара отдельных элементов:
Элементы Масса, кг
5-1 „ пг.
Кремний ........ = 0,05 . . . 100
0,4-3 л
Магний • • • юо ' 0,и12
Медь . . . _ VJ2..-L- = 0,012 • • 100
Алюминий . . . Л3’35'!- = 0,933 • • • 100
256
Полученные по расчету данные можно представить в следующем
виде:
Наименование показателя Кремний Магний Медь Алюми- ний Всего
Средний химический со- став, % 5,0 0,4 1.25 93,35 100
Масса на 100 кг шихты, кг 5,0 0|4 1,25 93,35 100
Угар, % 1 3 1 1
Угар, кг 0,05 0,012 0,012 0,938 1,007
Расчетный состав шихты, кг 5.05 0,412 1,262 94,283 101,007
Определим необходимое количество чушкового силумина и ли-
гатур.
Следует ввести силумина
5,05•100
----—----= 38,85 кг,
1 о
содержание алюминия в силумине составит 38,85 — 5,05 = 33,8 кг.
Следует ввести алюминиево-магниевой лигатуры
0,412-100
10
= 4,12 кг,
содержание алюминия в лигатуре составит 4,12 — 0,412 = 3,708 кг.
Алюминиево-медной лигатуры нужно ввести
1,262-100
50
= 2,524
кг,
в ней содержится 1,262 кг алюминия.
Количество чушкового алюминия, которое необходимо ввести
в шихту, составит
94,283 — (33,8 + 3,708 -f- 1,262) = 55,513 кг.
Таким образом, для выплавки 100 кг сплава марки АЛ5 потре-
буется следующее количество исходных материалов (кг):
Чушковый алюминий.......................... 55.513
Силумин ...........................................38,85
Лигатура алюминиево-магниевая .......... 4,12
» • алюмин иево-медная ..................... 2,524
Всего: 101,007
Для ответственных сплавов необходимо проверить также коли-
чество вредных примесей, вносимых исходными материалами.
Проверим количество железа в сплаве, выплавленном из шихты,
состав которой был подсчитан выше. Для сплава АЛ5 допустимое ко-
личество железа при заливке в металлические формы не должно пре-
вышать 1%.
ъ.
9 А. М. Липницкий
257
По имеющимся сертификатам содержание железа составляет:
в чушковом алюминии 1,1%, в силумине 0,7%, в алюминиево-магние-
вой лигатуре 0,1%, в алюминиево-медной 0,3%. Определяем, какое
количество железа (кг) вносят в сплав эти материалы:
Чушковый алюминий.....................55,513*0,011 =^= 0,611
Силумин .............................. 38,85-0,007 <= 0,276
Лигатура:
алюминиево-магниевая ...... 4,120-0,001 = 0,004
алюминиево-медная.............. 2,524-0,003 = 0,008
Всего: 0,899 кг или 0,9%
Таким образом, проверка показала, что содержание железа в сплаве
не превышает Допускаемого стандартом.
3. РАФИНИРОВАНИЕ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ
Для получения качественных отливок, кроме специальных мер
по подготовке печей, шихты и плавки под покровом флюса, применяются
также следующие способы обработки алюминиевых сплавов: 1) рафи-
нирование для удаления неметаллических включений, находящихся
в сплаве во взвешенном состоянии; 2) модифицирование для получения
мелкой структуры и повышения механических свойств.
Для рафинирования алюминиевых сплавов применяют жидкий
хлор, хлористый цинк, а также хлористые соли титана, бария, цирко-
ния и др.
Для рафинирования сплавов также применяют специальные флюсы,
являющиеся одновременно и покровными при плавке. Эти флюсы, инерт-
ные к алюминию и легирующим элементам, имеют низкую температуру
плавления и способны растворять окислы, в частности А12О3.
Флюсы образуются добавкой к хлористым солям 10—15% фтори-
дов (криолит, фтористый натрий, фтористый калий). Сплавы, обработан-
ные указанными флюсами, по чистоте не уступают сплавам, рафиниро-
ванным хлором.
Применяют также флюсы для одновременного рафинирования и
модифицирования сплавов.
В качестве одного из рафинирующих флюсов употребляется смесь
следующего состава: 47% КС1, 30% NaCl и 23% Na3Alti. Температура
плавления флюса 700° С. Примером флюса для одновременного рафини-
рования и модифицирования является смесь, состоящая из 60% NaF,
25% NaCl и 15% Na3AlF6. Температура плавления флюса 850э С. Этот
флюс предназначен для сплавов с высоким содержанием кремния (на-
пример, АЛ2), а также для заливки форм сплавом при высокой тем-
пературе.
Для модифицирования алюминиевых сплавов применяют также
металлический натрий в количестве 0,1% от массы сплава, но так как
последний легко возгорается на воздухе, то для его хранения требуются
специальные условия. Кроме того, введение натрия в сплав сопрово-
ждается большой вспышкой, что вынуждает отказаться от применения
его и в большинстве случаев использовать для модифицирования соли
натрия.
Модификаторы можно составлять из двух, трех и более солей:
двойной модификатор — смесь 67% NaF и 33% NaCl; тройной — смесь
25% NaF, 62,5% NaCl и 12,5% КС1 и т. д.
258
4. ПЛАВКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ
Для получения алюминиевых сплавов высокого качества и в боль-
шом объеме применяются электрические печи сопротивления — тигель-
ные и отражательные, а также индукционные печи.
Нагрев и расплавление металла в электрических печах сопротив-
ления происходит за счет тепла, выделяемого нагревательными эле-
ментами при пропускании через них электрического тока.
Рио. 1. Тигельная электропечь
При сравнительно небольших масштабах производства для плавки
алюминиевых и магниевых сплавов наибольшее применение получили
наклоняющиеся однотигельные печи сопротивления САТ-0,15 и САТ-0,25
и двухтигельные печи О КБ-230 и ОКБ-75. Техническая характеристика
этих печей приведена в табл. 7.
В печах САТ-0,15 и САТ-0,25 (рис. 1) нагрев чугунного тигля 5,
находящегося внутри шамотной футеровки 6 с тепловой изоляцией 7,
производится с помощью нихромовых нагревателей 3, уложенных на
полочки из фасонных шамотных кирпичей 2. Через нагреватели про-
пускается однофазный ток напряжением 220 или 380 В, нагревающий
их до 850° С. Стальной сварной кожух 8 имеет аварийное отверстие 1
на случай проплавления сплавом тигля.
'*• 259
Таблица 7
Техническая характеристика
тигельных электрических печей сопротивления
Параметры САТ-0,15 САТ-0,25 ОК Б-230 ОКБ-75
Емкость печи, кг 150 Л 250 200 500
Мощность печи, кВт 50 90 90 90
Емкость ТИГЛЯ. КР 150 250 100 250
Внутренние размеры тигля, мм:
диаметр 440 530 400 530
глубина 630 790 650 ' 1055
Число тепловых зон 1 I 2 2
Максимальная рабочая тем- пература, °C 850 850 800 850
Производительность печи, кг/ч 45 75 — —
Наклон печей производится при помощи механизма с ручным при-
водом. Температура в печи автоматически регулируется самопишущим
потенциометром с помощью хромель—алюмелевой термопары 4, ~
Плавка в электрических отражательнях печах
На заводах, где алюминиевые сплавы производятся в больших
масштабах, применяются печи, в которых расплавление металла про-
исходит за счет тепла, отраженного от свода и стенок печи. Широко рас-
Рио. 2. Электрическая печь типа САН
пространены электрические печи САН (печи сопротивления алюминие-
вые наклоняющиеся) и камерные стационарные печи.
Печь САН (рис. 2) имеет удлиненный металлический корпус 4,
установленный на катках 7, укрепленных на фундаменте. Корпус из-
нутри выложен кирпичом; в торцах печи имеются две наклонные фор-
камеры Дав середине — центральная ванна, или металлосборник 2.
' 260
Шихта загружается через окно <?, плавится в форкамерах, и металл
стекает по наклонным плоскостям в ванну печи. Слив металла из печи
происходит через летку 5 при повороте печи на опорных катках, кото-
рый осуществляется штурвалом 6 или электроприводом. Футеровка
пода центральной ванны и форкамер состоит из шамотной или магне-
зитовой набойки толщиной 30 мм и слоя шамотных кирпичей, ниже
которого имеется тепловая изоляция. Стенки печи выкладываются из
шамотных кирпичей с тепловой изоляцией (асбестовые листы и засыпка
из инфузорной земли).
Свод печи набирается из фасонных огнеупорных кирпичей, в гнез-
дах которых укладываются нагревательные спирали 3 или пластины йз
нихрома. Такие же спирали имеются и в форкамерах.
Плавка в индукционных печах
Индукционные печи со стальным сердечником имеют много пре
имуществ по сравнению с печами сопротивления: это высокая произ
водительность, меньший удельный расход электроэнергии (330—
450 кВт*ч/г вместо 500—000), воз-
можность рафинирования металла в
печи, получение металла высокого ка-
чества с наименьшим содержанием га-
зов, незначительная площадь, зани-
маемая печной установкой. Емкость
индукционных печей равна 30—8000 кг.
В индукционных печах со сталь-
ным сердечником происходит сильное
движение сплава в устьях отверстий
каналов. Оно ослабляется при расши-
рении сечения каналов и увеличении
высоты жидкой ванны, при этом по-
верхность жидкого сплава находится
в довольно спокойном состоянии, что
обеспечивает сплошность окисной
пленки и исключает дальнейшее окис-
ление сплава.
Схема устройства индукционной
печи для плавки алюминиевых спла-
вов приведена на рис. 3. Конструктив-
ная особенность печи состоит в том,
что подовый канал имеет четырехуголь-
ную форму с прямоугольными верти-
кальными участками и отверстиями
на боковых стенках печи, закрывае-
мыми керамическими пробками. Такая
форма каналов позволяет уменьшить
циркуляцию сплава и обеспечивает
возможность чистки каналов.
Рис. 3. Схема индукционной
печи для плавки алюминиевых
сплавов:
1 — кожух печи; 2 — теплоизо-
ляционная засыпка; 3 — шахта
печи; 4 — футеровка; 5 — подо-
вый канал; 6 — керамическая
пробка
В процессе плавки необходимо следить за тем, чтобы не было
бурления металла, что вызывает сильное загрязнение сплава окислами
алюминия.
Расплавленный металл рафинируют непосредственно в печи или
в раздаточных тиглях и*’разливают по формам. Для выдачи металла
печь оборудована механизмом наклона печи.
261
Плавка в индукционных тигельных печах
V
Эти печи получают широкое распространение для плавки чугуна
и сплавов на основе меди. Применение их для плавки алюминиевых
сплавов ограничено, так как в процессе плавки происходит нарушение
целостности окисной пленки, предохраняющей сплав от окисления,
вследствие интенсивной электродинамической циркуляции расплава.
Однако, учитывая, что при плавке в этих печах угар металла снижается
в три-четыре раза и уменьшается удельный расход электроэнергии,
следует ожидать, что в ближайшее время будут разработаны способы
технологической обработки сплава, получаемого в индукционных ти-
гельных печах промышленной частоты с целью улучшения его качества.
Электропечи ПАТ (индукционная алюминиевая тигельная) в на-
стоящее время используются на заводах по переработке вторичного
алюминиевого сырья и на заводах алюминиевого проката. Техническая
характеристика электропечей ИАТ приведена в табл. 8.
Таблица 8
Техническая характеристика индукционных печей
для плавки алюминиевых сплавов
Параметры ИАТ-0,4 ИАТ-1 И АТ-2,5 ИАТ-6
Емкость, т 0,4 1,0 2,5 6.0
Потребляемая мощность? кВт 170 345 765 1100
Температура перегрева, *С 750 750 750 750
Время расплавления и пе- регрева (ориентировочно)? ч М 1,77 1,89 3,0
Производительность по рас- плавлению и перегреву (рас- четная)? т/ч 0,235 0,565 1,32 2,0
Удельный расход электро- энергии (ориентировочно), кВт-ч/т 725 610 578 577
Расход воды на охлаждение индуктора,- м3/ч 3,0 8,6 . s 12 17
5. ПЛАВКА В ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ
Большое распространение для плавки алюминиевых сплавов при
небольшом объеме производства получили поворотные тигельные печи
(рис. 4), работающие на нефти или газе. Печь состоит из стального ко-
жуха 1 с футеровкой 2 и вставленного в него сверху чугунного тигля 3.
Тигель своим широким фланцем прикрепляется к стальному кольцу 6,
перекрывающему-шахту сверху, что обеспечивает полную изоляцию
расплавляемого сплава от печных газов. Печь установлена с помощью
цапф на сварную или литую раму 4. Поворот печи осуществляется
штурвалом 5.
262 -
Для увеличения срока службы чугунных тиглей рекомендуется
окрашивать их краской, состоящей из 60% кварцевого песка, 30% огне-
упорной глины и 10% жидкого стекла или из 60% металлургического
магнезита (с величиной зерна не более 5 мм), 30% огнеупорной глины
и 10% жидкого стекла.
Рио. 4. Поворотная тигель-
ная печь
6. ОСОБЕННОСТИ ПЛАВКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Технология плавки для большинства алюминиевых сплавов имеет
общий характер и поэтому она применима для плавки в печах раз-
личных конструкций.
Шихтовые материалы перед загрузкой в печь надо подогреть до
100—150° С для удаления влаги. Отходы (литники и брак) употреб-
ляются после тщательной очистки и предварительной проверки их
химического состава.
Плавка алюминиево-кремнистых сплавов
К этой группе относятся сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ 1В, АЛ9 и АЛ9В.
Отличительные особенности плавки силумина АЛ2 заключаются в сле-
дующем: плавку рекомендуется вести в индукционных печах высокой
или промышленной частоты и в электрических печах сопротивления.
Также возможна плавка в тигельных горнах и тигельных печах. Ших-
товыми материалами являются: силумин в чушках марок СИЛ-0»
СИЛ-1 и СИЛ-2 (см. табл. 3); алюминий технической чистоты (см.
табл. 1); возврат собственного производства — до 50% массы шихты.
Силумин может быть заменен алюминиево-кремнистой лигатурой
(см. табл. 6).
Печь или тигель нагревают до 600—700° С и загружают в них по-
догретые чушки силумина и очищенный в барабане возврат собствен-
ного производства. В период расплавления металла температура ванны
поддерживается в пределах 680—-700е С. Затем сплав перегревают до
263
720—730° С, рафинируют его хлористым цинком (0,1% от массы шихты)
и производят модифицирование.
Хлористый цинк, предназначенный для рафинирования, должен
быть обезвожен и храниться в герметичной посуде соответствующими
навесками, завернутыми в алюминиевую фольгу. Рафинирование про-
изводится при помощи колокольчика, который погружают с навеской
хлористого цинка на дно тигля и медленно водят колокольчик до пре-
кращения выделения пузырьков газа.
Модификатор в виде смеси хлористых и фтористых солей калия и
натрия наносят на очищенную поверхность сплава и выдерживают
его в течение 12—14 мин. Затем производят рубку солей в течение
2 мин и очищают модификатор.
Плавка алюминиевых сплавов, содержащих магний
Процесс приготовления сложных алюминиевых сплавов АЛ27,
АЛ27-1, АЛ23 и АЛ23-1 с высоким содержанием магния имеет ряд осо-
бенностей. Во избежание насыщения сплава вредными примесями —
железом и кремнием — плавка ведется только в графитовых тиглях.
Вспомогательный инструмент — счищалки, колокольчики также из-
готовляются из графита. 5
° В качестве шихтовых материалов применяются первичный алюми-
ний высокой чистоты, магний и лигатуры — алюминиево-бериллиевая,
алюминиево-титановая, алюминиево-циркониевая.
В качестве составляющей шихты может быть использован возврат
собственного производства соответствующей марки в количестве 50—
60% от массы всей шихты.
Перед загрузкой шихты тигель должен быть особенно тщательно
очищен от остатков предыдущей плавки и нагрет до вишнево-красного
каления (при температуре около 600° С). Затем в него загружают чушки
алюминия и лигатуру алюминий—бериллий. При температуре расплава
670—700° С вводят лигатуры алюминий—титан и алюминий—цирконий
и после полного растворения всех лигатур при помощи графитового
колокольчика вводят магний. После ввода магния сплав рафинируют,
с поверхности ванны снимают шлак, сплав тщательно перемешивают,
вновь снимают шлак и производят разливку сплава.
На протяжении всей плавки не допускается перегрев сплава свыше
750° С.
Если в состав шихты вводят отходы собственного производства^
загрузка шихты производится в такой последовательности: чушковый
алюминий + алюминиево-бериллиевая лигатура, затем при темпера-
туре 670—700° С — собственный возврат. Порядок загрузки остальных
лигатур и режим плавки сохраняются те же, что и в случае применения
первичного алюминия.
Разливка сплавов АЛ27, АЛ27-1, АЛ23 и АЛ23-1 производится
при следующих температурах: кокильное литье — 680—720° С; тонко-
стенные отливки — 660—700° С; отливки средних размеров с толщиной
стенки 6—8 мм — 660—680° С; толстостенные отливки — 640—660° С.
Глава XII
ПЛАВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Магний и его сплавы имеют значительно большее сродство к кисло-
роду, чем медные и алюминиевые сплавы, и чем такие элементы, как
алюминий, цинк, кремний, марганец и др. Окисные плены не защищают
магниевый сплав от дальнейшего окисления, как это наблюдается при
плавке алюминия, вследствие того, что окись магния образует пористую
губку, через которую кислород воздуха свободно проникает к зеркалу
сплава.
Указанные свойства магния и его сплавов приводят к легкому их
возгоранию, поэтому необходимо особенно тщательно осуществлять
подбор шихты, флюсов, плавильных агрегатов, а также выбор режима
плавки.
1. ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исходными материалами для плавки магниевых сплавов являются
чистые металлы, первичные сплавы, предварительные сплавы, лига-
туры.
В качестве чистых материалов применяются: чушковый алюминий
А85, А8 и А7 (гл. XI, табл. 1), кристаллический кремний КрО и Кр!
(гл. X, табл. 1), металлический марганец МрО, Мр1 и Мр2 (гл. XI,
табл. 5), цинк марок ЦО, Ц1 и Ц2 (гл. X, табл. 1) и первичный магний
в чушках (гл. XI, табл. 4).
Бериллий (плотность 1,8 кг/см3, температура плавления 1284е С)
вводится в магниевые сплавы в виде алюминиево-бериллиевой или алю-
миниево-магниево'бериллиевой лигатуры или в виде соли — фторбер ил-
лата натрия (Na2BeF4). Добавка 0,002% бериллия предохраняет сплав
от возгорания при температуре до 700' С даже при отсутствии покров-
ного флюса.
Для подшихтовки либо непосредственно мля изготовления
отливок применяют магниевые сплавы в чушках по ГОСТ 2581—71
(табл. 1).
Чистые металлы, первичные сплавы и частично лигатуры постав-
ляются специализированными заводами; предварительные сплавы пред-
ставляют собой чушки сплава собственного производства, выплавлен-
ные из первичного сплава с добавкой переплава литников, сплесков
и других отходов.
Сплав, приготовленный на основе предварительного сплава и до-
веденный различными добавками до требуемого химического состава,
называют рабочим; он используется для заливки форм.
Применяемые для приготовления магниевых сплавов лигатуры как
двойные, так и тройные приведены в табл. 2.
265
266
Таблица 2
Лигатуры, применяемые при плавке магниевых сплавов
Лигатура Содержание основных элементов, % Прибли- зительная темпера- тура плав- ления, °C
Алюминиево-бериллиевая Алюминиево-магниево-берил- лиевая Магниево-марганцевая Магниево-кальциевая Алюминиево-марганцевая 97—95 А1, 3-5 Be 62—65 Al, 32—35 Mg, 2—3 Be 96—98 Mg, 2—4 Mn 75 Mg, 25 Ca 89—91 Al, 9—11 Mn 700 — 800 600 709 — 800 550—600 770 — 830
2. ФЛЮСЫ
Для предупреждения возгорания магния применяют различные со-
ставы покровных флюсов, представляющих в основном смеси фтористых
и хлористых солей (табл. 3).
Для улучшения качества сплава и очистки его от неметаллических
включений (окислы, нитриды и др.) применяются также флюсы, назы-
ваемые рафинирующими.
При плавке магниевых сплавов можно применять одновременно по-
кровные и рафинирующие флюсы или же один общий флюс для защиты
поверхности сплава от окисления и его рафинирования.
К флюсам для магниевых сплавов предъявляются следующие тре-
бования:
— температура плавления флюса должна быть ниже температуры
плавления чистого магния и его сплавов;
— флюс должен обеспечивать наличие сплошной прочной корки
на поверхности сплава;
— необходимо, чтобы флюс имел высокую вязкость, позволяющую
удалять его с поверхности сплава при заливке в формы;
— флюс не должен вступать в химические реакции с магнием и
другими составляющими сплава, а также с футеровкой печи;
— необходимо, чтобы флюс обладал хорошей рафинирующей спо-
собностью.
Перечисленным требованиям вполне соответствуют флюсы, в ко-
торые входят хлористые соли магния, натрия, калия, кальция и бария,
а также фтористый кальций и окись магния (см. табл. 3).
Флюсы № 3 и 5 поставляются потребителям химическими заводами
в готовом виде. Для приготовления флюсов № 2, 3 и 5 исходным мате-
риалом является плавленый карналлит.
Флюс № 2 состоит из 93% плавленного карналлита и 7% хлори-
стого бария. Плавленый карналлит надо измельчить на куски разме-
ром 30—-40 мм, смешать с хлористым барием и загрузить в тигель, в ко-
тором смесь нагревают до температуры 750—800° С, выдерживают при
©той температуре 30—40 мин (до прекращения бурления) и затем раз-
ливают на противни.
Таблица 3 t
Основные флюсы, применяемые при плавке и разливке
магниевых сплавов
Условный номер флюса Состав флюса, % Расход флюса, % к массе жидко- го сплава Назначение и характе- ристика флюса
1 34 MgCl„- 55 КС1 9 BaClj, 2 CaClt 6 — 10 13—20 г Для плавки предвари- тельных сплавов из очень чистых металлов. Жидко- текуч и хорошо отделяется от сплава Для приготовления ра- бочих сплавов и переплава отходов
2 38—46 MgCl2, 32— 40 KCk до 8 NaCl + 4- CaClj, 5—8 BaCl2, L5 MgO 10—20 Для плавки предвари- тельных и рабочих спла- вов, а также для перепла- ва отходов. Жидкотекуч, хорошо отделяется от сплава
3 38—46 MgCl,., 32— 40 KC1, 8 NaCl + CaClf, 3—5 CaFt, 5—8 BaC!,, 1,5—MgO (ВИ2) 1 » 1 10—20 Для плавки предвари- тельных и рабочих спла- вов в стационарных тиг- лях и индукционных пе- чах. Обладает средней жидкотекучестью, хоро- шо рафинирует сплав. Мо- жет применяться для про- мывки ковшей и инстру- мента, а также для плав- ки в выемных тиглях чай- никового типа
4 Плавленый карналлит: 40 MgCl2, 45 KC1, до 8 NaC14-CaCIj, до 1,2 MgO Остальное до „100% — нерастворимый остаток — Для переплава стружки с последующим добавле- нием CaF2. Очень жидкоте- куч, имеет малую плот- ность. Может применяться для промывки ковшей и плавильного инструмента и как основа для приго- товления других флюсов
5 34—40 MgClf, 25— 36 KCL до 8 NaCl -f- + СаС1г, / 15—20 CaFt, 7—10 MgO (ВИЗ) 2—5 Универсальный флюс для плавки магниевых сплавов в выемных тиг- лях. К концу плавки при рафинировании из жидко- го состояния переходит в твердое, образуя корку, легко удаляемую перед разливкой
268
Продолжение табл. 3
ч Условный номер флюса Состав флюса, % Расход флюса, % к массе жидко- го сплава Назначение и характе- ристика флюса
6 23 КС1, 72 МпС12, 2,5 ВаС1г, 2,5 CaF2 В зави- симости от коли- чества вводи- мого в сплав марганца Для плавки сплавов ма- гния с марганцем в ста- ционарных тиглях в слу- чаях, когда марганец вво- дится в виде хлористого марганца. Применяется совместно с другими за- щитными и рафинирую- щими флюсами
7 76 MnCl2, 13 CaF2, 11 MgO 1 В зави- симости от коли- чества вводи- мого в сплав марганца Для плавки сплава ма- гния с марганцем в выем- ных тиглях. Применяется в смеси с другими флю- , сами
8 85 NaeB4, 15 B,Oa 0.5—1,0 Покровны;’! флюс при плавке в выемных тиглях и для защиты сплава после рафинирования. В качестве рафинирую- щих принимаются флюсы № 3 и 5
9 50 MgF.. 50 B2O; 0,5—1.0 Для рафинирования сплавов. Прн температу- рах разливки образует с другими флюсами плотную корку, легко уда- ляемую с поверхности ме галла
Флюс № 3 приготовляется из 95% флюса № 2 и 5% фтористого
кальция. Флюс размалывают в шаровой мельнице и просеивают через
сито, после чего к нему добавляют размолотый и просеянный фтористый
кальций. Состав тщательно перемешивают в смесителе закрытого типа
или шаровой мельнице в течение 20—30 мин.
Флюс № 5 состоит из 75% плавленого карналлита, 17,5% фтори-
стого кальция и 7,5% окиси магния.
Карналлит и фтористый кальций размалывают в шаровой мельнице
и просеивают через сито. Затем указанный состав тщательно переме-
шивают в смесителе закрытого типа или шаровой мельнице.
Флюсы, применяемые для плавки магниевых сплавов, очень гигро-
скопичны, поэтому их надо хранить в герметичной таре.
269
3. ПЕЧИ для ПЛАВКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Для плавки магниевых сплавов применяют тигельные печи с нефтя-
ным и газовым обогревом, электрические печи сопротивления и индук-
ционные печи.
Плавка в тигельных печах
Тигельные печи бывают стационарными и с выемными тиглями. По
конструкции эти печи мало отличаются от тигельных печей для плавки
алюминиевых сплавов. Тигель в этих печах делается не из чугуна, а из
литой нпзкоуглеродистой стали; содержит 0,3% углерода/
Дно тигля значительно толще стенок, причем последние кверху
постепенно утоняются.
Плавка магниевых сплавов в указанных печах ведется следующим
образом. После очистки тигля от остатков предыдущей плавки проме-
ряют толщину его стенок и нагревают тигель до температуры 500° С.
Дно тигля покрывают флюсом в количестве 10% от массы шихты. При
плавке на чистых исходных металлах после засыпки флюсов загружают
лигатуру, алюминии и магний. Цинк вводится в жидкий металл по-
следним. Шихту обычно подогревают до температуры 150° С на бортах
тигля, имеющих каналы для прохода горячих газов.
Загружаемые материалы пересыпают флюсами № 2 и 3 в количестве
1,5—2% от массы шихты, затем сплав нагревают до температуры 700—
720е С и вводят алюминиево-бериллиевую лигатуру. Сплав рафинируют,
поверхность его очищают .от шлака и засыпают новую порцию флюса
№ 3, которую замешивают в сплав в продолжение 5—8 мин. Когда
рафинирование окончено, о чем судят по блестящей зеркальной поверх-
ности сплава, снимают шлак и засыпают свежий флюс.
После рафинирования производят модифицирование сплава с целью
измельчения структуры и повышения механических свойств отливок.
Модифицирование можно производить перегревом сплава после ра-
финирования до температуры 850—900° С или введением в сплав мела,
мараморной крошки, магнезита.
Первый способ имеет следующие недостатки: увеличивается рас-
ход топлива или электроэнергии, снижается производительность печей,
окисляется сплав. Мел в виде сухого порошка или мрамор в виде мел-
кой крошки в количестве 0,5—0,6% от массы сплава завертывается
в бумажный кулек, помещается в колокольчик, вводится в сплав при
температуре 760—780° С на половину высоты тигля и выдерживается
5—8 мин до прекращения выделения пузырей. Сплав после модифи-
цирования выдерживается 10—30 мин.
Модифицирование магнезитом производится при температуре сплава
720—730° С до рафинирования, так как может иметь место загрязнение
сплава неметаллическими включениями.
Плавка в электрических печах сопротивления
Электрическая печь сопротивления с выемным тиглем показана
на рис. 1. Печь состоит из стального кожуха 2, футерованного шамот-
ным кирпичом 5, и тигля 4, обогреваемого нихромовыми спиралями 5.
Сверху печь закрывается крышкой /. Печь имеет приямок 6, в который
вытекает сплав при прогорании тигля. Пол приямка засыпают покров-
ным флюсом.
270
Плавка в печах с выемным тиглем производится следующим обра-
зом. Проверенный и очищенный тигель устанавливают в печь, нагре-
вают до температуры 400—500° С и посыпают дно и стенки тигля флю-
сом № 5 в количестве 2—3% от массы шихты. После расплавления флюса
загружают шихту, которую сверху засыпают этим же флюсом. Сплав
нагревают до 700—720° С, рафинируют, снимают шлак с поверхности,
Рис. 1. Электрическая тигель-
ная печь_ для плавки магниевых
сплавов
снова засыпают ее флюсом № 5 и нагревают сплав для модифицирова-
ния. После модифицирования снимают шлак, засыпают фчюсом № 5
и выдерживают сплав в течение 10—16 мин.
Плавка в электрических индукционных печах
В настоящее время для плавки магниевых сплавов применяют ин-
дукционные печи промышленной частоты емкостью 100, 300 и 600 кг.
Материалом для тигля служит обычная углеродистая сталь. Тигель
может быть литым или сварным, при этом толщина стенки литого тигля
должна быть 50—70 мм, а сварного — 15—25 мм.
Электрические индукционные печи могут быть поворотными и ста-
ционарными. Поворотные печи подразделяются на печи с индуктором
водяного охлаждения, с индуктором воздушного охлаждения и с не-
охлаждаемым индуктором.
Нагрев и плавка шихты в индукционных печах с железным тиглем
происходят за счет теплоты, индуктируемой в самой шихте и тигле,
служащем одновременно как бы нагревательным элементом.
На рис. 2 изображена индукционная поворотная тигельная печь
с неохлаждаемым индуктором емкостью 300 кг. Она состоит из следую-
щих основных частей: магнитопровода /, асбестового цилиндра 2,
крышки «$, стального алитированного 1 тигля 4, аварийного тигля 5,
индуктора из медной или алюминиевой шины 6, каркаса 7, тепловой изо-
ляции 8, асбоцементной прокладки 9, пяты 10 и опоры 11.
Рис. 2. Индукционная поворотная тигельная печь для плавки
магниевых сплавов
К преимуществам индукционных печей промышленной частоты со
стальным тиглем относятся низкий угар металла (2—3%), малый рас-
ход флюсов (2—2,5% от массы шихты) и высокий к. п. д. (80—85%).
Расход электроэнергии составляет 400—600 кВт*ч на 1 т магниевого
сплава. Условия работы на этих печах лучше, чем на других.
Качество сплавов, выплавленных в индукционных печах, выше,
чем в других печах; это позволяет производить приготовление сплава
без модифицирования.
После нагрева тигля до температуры 400—500е С дно тигля и стенки
покрывают флюсом № 3 (для стационарного тигля) или № 5 (для вы-
емного тигля), после чего загружают шихту, предварительно подогре-
тую до 120—150° С. Шихту загружают постепенно, по мере ее расплав-
ления. После каждой загрузки шихты поверхность ванны присыпают
флюсом. Сплав нагревают до температуры 760—800° С, затем рафини-
руют флюсом, засыпаемым на поверхность сплава. В процессе плавки
происходит интенсивное перемешивание сплава электродинамическими
силами, что способствует хорошему очищению сплава от неметалличе-
ских включений
' Алитированием называется насыщение поверхностного слоя стали
или чугуна алюминием на глубину 0,02—1,2 мм для придания им жароупор-
ности
J
Глава XIII
РАЗЛИВКА СПЛАВОВ
Непосредственно из печи сплав в формы заливают очень редко.
Обычно сплав выдается в ковши, при помощи которых он заливается
в формы.
Ковши изготовляют из листовой стали толщиной 2—15 мм и более;
емкость ковшей колеблется в очень широких пределах — от 10 кг
до 50 т и более (рис. 1).
Ковши емкостью до 300 кг футеруют огнеупорным составом слоем
в 20—40 мм, состоящим из 75—80% кварцевого/песка, 20—25% огне-
упорной глины и 7—8% воды (сверх 100%).
Крупные крановые, а также все барабанные ковши футеруют огне-
упорным кирпичом. Связывание кирпичей производится огнеупорным
составом, применяемым для футеровки вагранки, или составом, состоя-
щим из песка, глины и воды (см. выше). После футеровки щели между
кирпичами затираются жидким составом.
В зависимости от емкости ковшей их переносят вручную или пере-
мещают при помощи монорельсов, катучих балок и мостовых кранов.
Ковши емкостью до 15 кг (рис. 1, а) переносятся одним рабочим, ем-
костью до 60 кг — двумя рабочими (рис. 1, б). При емкости ковшей
более 60 кг и до 2 т они перемещаются на механизированных подвесках
по монорельсу или катучей балкой. Ковши большей емкости переме-
щаются мостовыми кранами. В зависимости от конструкции различают
крановые открытые ковши (рис. 1, в) и закрытые барабанного типа
(рис. 1, г). Для улавливания шлака применяются специальные ковши
чайникового типа (рис. 1, д). Для заливки стали применяются стопор-
ные ковши (рис. 1, е).
После футеровки ковши должны быть тщательно просушены и про-
калены (табл. 1).
Таблица I
Температура прокаливания ковшей
Назначение ковшей Температура прокаливания, С
Для заливки форм обычного назначе- ния Для заливки форм с высокой темпе- ратурой 500—600° С до темно-крас- ного цвета 750—800° С до красного цве- та
Основные размеры ручных, краповых открытых ковшей и барабан-
ного типа ковшей приведены в табл. 2—4, а ковшей для стали —
в табл. 5.
274
Таблица 2
Основные размеры ручных ковшей
Емкость, кг Основные внутренние размеры кожуха, мм Толщина кожуха, мм
Верхний диаметр Нижний диаметр Высота
10 160 125 150 2
15 180 145 190 3
20 200 155 205 3
25 220 155 220 3
50 1 260 235 265 3
Таблица 3
Основные размеры крановых открытых ковшей
Емкость ковша# т Диаметр, мм Высота, мм Толщина футеров- ки, мм Прибли- зительяая; масса с футеров - кой, кг
верхний НИЖНИЙ стенки днища
0,5 550 500 500 25 40 260
1,0 670 650 700 40 65 400
1,5 750 720 800 40 65 550
3,0 930 910 900 65 80 1100
5,0 ИЗО 1100 1150 65 80 2050
10,0 1400 1300 1400 105 130 3100
15,0 1650 1500 1650 130 1 170 6100
Таблица 4
Основные размеры крановых ковшей барабанного типа
Емкость ковша, КР Размеры барабана, мм Толщина футеровки, мм Приблизи- тельная масса с фу- теровкой. кг
Диаметр Длина
500 650 550 60 430
750 650 650 60 520
1000 750 700 80 815
2000 900 800 80 ИЗО
3000 1000 900 80 1500
5000 1150 1100 100 2520
Таблица 5
Характеристика крановых ковшей для разливки стали
Емкость ковша, т Внутренние размеры кожуха, мм Масса ков- ша с метал- лом, кг
Верхний диаметр Нижний диаметр Высота
0.5 750 675 720 1 290
1.0 880 800 870 2 100
5,0 1300 1200 1365 8 500
10,0 1680 1510 1705 16 300
20,0 1950 1755 2000 30 000
30,0 2445 2205 2335 48 000
50.0 2700 2430 2850 85 000
1. РАЗЛИВКА ЧУГУНА
Как правило, следует стремиться выпускать чугун из печи с наи-
большей температурой и выдержкой его в ковше доводить температуру
чугуна до заданной. При этом на поверхность чугуна всплывают ча-
стицы шлака и удаляются газы. Рекомендуемые температуры заливки
чугуна даны в табл. 6.
Таблица 6
Температура заливки чугунных отливок
Группы отливок Толщина стенки отливки, мм Температура залив- ки. °C (без по- правки)
Отливки из серого и высоко- прочного чугуна До 4 , 4—10 11—20 21 — 50 51 — 100 101 — 150 > 150 1450—1360 1420—1340 1400—1320 1380—1300 1340—1230 1300—1200 1250—1180
Отливки из ковкого чугуна До 4 4—10 10 — 20 1480—1380 1450—1360 1420—1350
Примечания: 1. Температуру заливки для отливок из вы- сокопрочного и модифицированного чугуна следует принимать по выс- шему пределу. 2. Температура выпуска чугуна из печи должна обеспечивать нужную температуру заливки с учетом потерь температуры при пере- ливах и выдержке в ковше.
276
В процессе выпуска чугуна из печей, при переливе из ковша
в ковш, а также при выдержке чугуна в ковше происходит падение
температуры. Данные о падении температуры чугуна приведены ниже:
Снижение
Операция температуры
(°C) на
Выпуск чугуна из печи или перелив из ковша
в ковш...................................... 10—30
Выдержка чугуна в течение 1 мин d ковше
емкостью:
50 кг . ........................... 15—40
300 кг.................................. 10 — 20
1—2 т.................................... 5—10
2—4 т..................................... 2—5
Заливка форм должна вестись без перерыва, с полным заполнением
литниковой чаши или воронки. При несоблюдении этого требования
возможно попадание остатков шлака в форму" и засасывание атмо-
сферного воздуха струей жидкого чугуна, что приводит к браку отливок.
Высота струи от носика ковша до чаши или воронки не должна быть
более 150—200 мм. Продолжительность заливки форм приводится
в табл. 9 (гл. III).
Для предупреждения попадания шлака в форму требуется не только
надлежащее устройство литниковой системы и применение ковша со
шлакоулавливающим устройством, но необходимо также перед залив-
кой удалять основную часть шлака с поверхности чугуна и в крупных
ковшах засыпать поверхность чугуна сухим кварцевым песком.
2. РАЗЛИВКА СТАЛИ
Для разливки стали по формам обычно применяют стопорные ковши
(рис. 1, е), позволяющие полностью исключить попадание шлака
в формы. При разливке марганцевой стали, а также для разливки не-
больших порций применяют чайниковые ковши, имеющие перегородку
для задержания шлака.
Для заливки форм-с небольшой металлоемкостью применяют ком-
бинированный способ. Он состоит в том, что металл из печи выпускается
в большой ковш (стопорный или чайниковый), а оттуда выдается в не-
большие ковши, применяемые для разливки чугуна.
Стопоры и стаканы изготовляются из высокоогнеупорного мате-
риала — шамота или графита. Стойкость шамотных 100—120, а гра-
фитовых— до 150—160 открывании. Основные данные по диаметрам
стаканов даны в табл. 7.
Таблица 7
Диаметры стаканов
Масса отливки, кг Емкость ковша, т Внутренний диаметр стаканов, мч
До 500 10—15 25 — 40
501—2000 15—30 35—50
Более 2000 40 — 60
Особо крупные отливки (до 120 т) 180 90
Примерные значения температуры заливки стали в формы даны
в табл. 8.
Таблица 8
Температура заливки стали в формы \
1 Группа стали и отливок Толщина стенок, мм Масса, кг Температура по опти- ческому пирометру, °C
без поправки с учетом поправки
Углеродистая и низко- легированная сталь:
отливки сложные тонкостенные 6 — 20 100 1450—1500 1540—1580
то же 12 — 25 500 1450—1420 1520 — 1560
20—30 3 000 1430—1400 1520—1550
отливки средней массы 30—75 5 С00 1420—1400 1520—1540
то же тяжелые 75—125 5 000— 25 000 1415—1400 1520—1530
» особо тяже- лые 150—500 —» 1400—1390 1510—1520
Высоколегированная сталь:
отливки марганце- вые — — 1350—1380 1420—1450
то же хромонике- левые 1450—1520 1530—1580
Учитывая» что на практике температура жидкого сплава измеряется
фотометрическим пирометром, который улавливает только часть све-
товых лучей от жидкого металла, то для определения действительной
температуры жидкого сплава необходимо к показаниям гальванометра
прибавить поправку, зависящую от состояния поверхности сплава и
ее температуры. Таблица поправок, которой пользуются для определе-
ния действительной температуры сплава, приведена в паспорте при-
бора — пирометра.
3. РАЗЛИВКА МЕДНЫХ СПЛАВОВ
Медные сплавы имеют склонность к поглощению газов и окисле-
нию, поэтому при заливке форм необходимо поддерживать небольшую
высоту струи, не прерывая струи и не допуская ее разбрызгивания.
Заливка медных сплавов осуществляется через носок ручных
или крановых ковшей; носок ковша необходимо прочищать и сохранять
его правильную форму. Значения температур медных сплавов при за-
ливке даны в табл. 9.
278
Таблица 9
Температурь! медных сплавов при заливке, °C
279
4. РАЗЛИВКА АЛЮМИНИЕВЫХ И МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Для разливки алюминиевых сплавов в единичном и мелкосерийном
производстве применяют разливочные окрашенные тигли, а в крупно-
серийном и массовом производстве — футерованные ковши емкостью
до 1000 кг.
Магниевые сплавы разливают либо непосредственно из плавиль-
ного тигля, либо из стальных ковшей и ложек. Носок тигля, ковша
или ложки очищают от шлака и флюса. Корку флюса отодвигают и осво-
божденную поверхность присыпают смесью серы и борной кислоты
(S + Н3ВО3). Этой же смесью тушат очаги загорания, которые могут
возникнуть в местах нарушения корки флюса.
При заливке алюминиевых и магниевых сплавов длина струи
металла должна быть минимальной. Кроме того, струю магниевого
сплава припыливают порошком серы (серным цветом) из специального
распылителя. Тигли, ковши и разливочный инструмент обязательно
прокаливают и покрывают специальными красками (табл. 10).
Таблица 10
Составы красок и обмазок для стальных тиглей, ковшей
и плавильного инструмента
Содержание состава Массовая доля, % Назначение
Графит Жидкое стекло Тальк 70 10 20 Для обмазки переносных пла- вильных тиглей
Графит Жидкое стекло Глина Вода 17 5 18 60 Для окраски чугунных тиглей
Жидкое стекло Глина Песок Вода 5 65 3 37 Для окраски чугунных тиглей и ковшей
Жидкое стекло Окись цинка Вода 1.5 32,5 66 Для окраски плавильного ин- струмента
Температуры плавления некоторых алюминиевых и магниевых
сплавов, а также температуры в процессе разливки по формам даны
в табл. 11.
280
Таблица П
Температуры плавления и заливки
некоторых алюминиевых и магниевых сплавов
Сплавы Марка Температура, 'С
плавления заливки
Алюминие- вые АЛ1 и АЛ7 АЛ2 АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ 8, АЛ9 АЛ13 630 — 636 590 612 — 626 645 710—760 680—780 72 0—760 723 — 780
Магниевые МЛ2 МЛЗ, МЛ4 МЛ5, МЛ6 643 — 650 610—630 590—605 720—800 690—790 690—780
Глава XIV
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ОТЛИВОК
Преимущества специальных способов литья заключаются в том,
что они дают возможность получать более точные и с лучшей поверх-
ностью отливки, в результате чего могут быть уменьшены припуски
на обработку (а в некоторых случаях полностью отменены); сократится
расход формовочных материалов, уменьшится расход металла на лит-
никовые системы.
1. ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
Металлические формы в настоящее время широко применяются
для заливки деталей из цветных металлов на алюминиевой, магниевой
и медной основах, из чугуна и в несколько меньшей степени из стали.
Сущность процесса
Особенностью процесса является применение металлической формы,
изготовляемой из того или иного металла (чугуна, стали, меди или алю-
миния), полость которой заполняется расплавленным металлом. После
затвердевания металла форму раскрывают, извлекают отливку, произ-
водят соответствующую подготовку формы (очистку, обдувку, окраску)
и вновь заливают ее металлом.
Этот способ литья в зависимости от конструкции отливок может
применяться с песчаными или металлическими стержнями.
При литье в металлические формы улучшаются механические свой-
ства всех сплавов. Литые заготовки имеют высокую плотность по всему
сечению. Наиболее высокие свойства имеют зоны отливок, ближе рас-
положенные к стенкам формы.
Перевод на литье в металлические формы освобождает литейные
цехи от переработки и транспортировки большого количества формо-
вочных материалов (около 6,0 т на 1 т годного литья), от изготовления
и сушки форм, что, в свою очередь, приводит к высвобождению пло-
щадей цеха, улучшает санитарно-гигиенические условия труда и со-
кращает трудоемкость изготовления отливок.
»
Особенности конструкции отливок
При литье в металлические формы технологичность литых дета-
лей — решающий фактор рентабельности процесса и получения тре-
буемого качества отливок. Поэтому к конструкции отливок, переводи-
мых на литье в металлические формы, должны быть предъявлены сле-
дующие основные требования:
282
а) простота, при которой большая часть поверхности отливок может
выполняться в несложной металлической форме;
б) отсутствие резких переходов от толстых стенок к тонким, от-
сутствие выступающих частей, острых углов и кромок, углублений и
поднутренний, препятствующих усадке и удалению отливки из форм;
в) наличие достаточной толщины стенок отливки для заполнения
форм металлом при нормальном технологическом режиме без перегрева
металла или чрезмерного подогрева формы; минимальная толщина
стенок при литье различных сплавов дана в табл. 1.
Таблица 1
Минимальная толщина стенок отливки
при литье в металлические формы
Сплавы Минимальная толщина стенки, мм Назначение
Магниевые 3 Для мелких отливок
5 Для средних отливок
8 Для сплава МЛ2
Сплавы алюминий— 4 Для отливок с площадью по-
медь—кремний верхности не более 30 см2
Силумин 3
Оловянные бронзы 4 —•
Специальные бронзы 6
Чугун 4 Для отливок с площадью по- верхности до 25 см2
6 То же от 25 до 125 см2
Углеродистая сталь 8
Конструирование металлических форм
После того как конструкция детали, переводимой на литье в ме-
таллические формы, проверена на технологичность, выбирают наиболее
целесообразную конструкцию металлической формы, количество отли-
вок и расположение их в форме, способ подвода металла, припуски на
обработку, размер усадки и конструкции стержней и знаков.
Для упрощения работ по проектированию металлических форм
проф. Н. П. Дубинин все машиностроительные отливки делит на семь
групп по очертанию внешних контуров и на две подгруппы по массе
(табл. 2).
283
284
Таблица 2
Классификация отливок
Группа отливок Эскиз Масса, кг Характеристика отливов
Подгруп- па А (до) Подгруп- па Б (свыше)
1 J t 50 50 Имеют простые контуры, благодаря чему легко удаляются из формы с одной пло- скостью разъема
1 । I
11 70 70 / Без стержней. Имеют на поверхности ребра и выступы, но легко удаляются из формы с одной плоскостью разъема /
HI
Изготовляются с одним песчаным стерж-
нем, легко удаляются из неразъемных форм.
Знак стержня перекрывает верхнюю по-
верхность отливки. Стержень подвесной,
крепится на знаке
Продолжение тавл. 2
Эскиз
Масса, кг
Подгруп- па А (до) Подгруп- па Б (свыше) Характеристика отливок i f
100
100
Имеют сложные контуры. Изготовляются
с одним или несколькими песчаными стерж-
нями в неразъемной форме. Знак стержня
перекрывает верхнюю поверхность отливки
100
Имеют фасонные контуры. Изготовляются
с одним или несколькими стержнями. В верх-
ней части отливки имеются небольшие вы-
ступы. Отливаются в формах с одной или не-
сколькими плоскостями разъема
100
Имеют фигурные контуры. Изготовляются
с песчаными’стержнями. Характеризуются
симметрично расположенными фланцами-
ребрами И бобышками. Отливаются в фор-
мах с одной или несколькими плоскостями
разъема
Имеют сложные контуры Отливаются
в формах с несколькими плоскостями
разъема
Типы металлических форм
В зависимости от конструкции литых деталей и принятой техно-
логии изготовления отливок металлические формы могут быть неразъ-
емные (вытряхные), с вертикальным, горизонтальным или же с комби-
нированным (с горизонтальным и вертикальным) разъемами.
Рио. I. Типы металлических
форм} а — вытряхного типа; -
б — с вертикальной плоско-
стью разъема; в — о горизон-
тальной плоскостью разъема;
г — с комбинированной пло-
скостью разъема; д — четы-
рехместная форма
При изготовлении стальных и крупных чугунных отливок, когда
происходит сильный прогрев форм и возможно их коробление, формы
целесообразно делать неразъемными, так как при этом обеспечивается
большая жесткость конструкции. Такие формы более долговечны; при
перекрытии их песчаными стержнями можно создать направленное за-
твердевание отливок, обеспечивая тем самым лучшие условия для их
питания. Пример вытряхной металлической формы приведен на рис. 1, а.
Простые плоские детали с небольшими выступами и впадинами
(плиты, брусья, диски) из чугуна и сплавов цветных металлов целесо-
286
образно заливать в металлические формы с вертикальным разъемом
(рис. 1, 6)t что облегчает щелевой и сифонный подвод металла, необ-
ходимый для литья этих деталей.
Значительно чаще для стального литья, а также для невысоких де-
талей из чугуна (ролики, фланцы) применяются металлические формы
с горизонтальным разъемом (рис. 1, в).
Для изготовления сложных отливок из чугуна и особенно из спла-
вов цветных металлов применяются металлические формы со сложными
комбинированными разъемами (рис. 1, а). Спложные формы трудоемки
в изготовлении и поэтому наиболее успешно применяются в крупно-
серийном и массовом производстве.
В зависимости от габаритов деталей металлические формы могут
выполняться многоместными для одновременной отливки нескольких
деталей (рис. 1, д). Такие формы обеспечивают более высокую произ-
водительность труда.
Материалы для изготовления форм
Части металлических форм, подвергающиеся во время работы ме-
ханическим нагрузкам при высоких температурах и химическому воз-
действию жидкого металла, должны изготовляться из достаточно стой-
ких материалов, как сталь и чугун.
Металлические стержни работают в наиболее тяжелых условиях,
так как со всех сторон окружены расплавленным металлом. .Материа-
лом для изготовления металлических стержней могут быть углероди-
стые и легированные стали, закаленные и отпущенные при темпера-
туре на 20—301 С выше тех температур, при которых они находятся
в эксплуатации.
Толкатели изготовляются из инструментальных сталей.
В табл. 3 приведены марки материалов, наиболее часто применяе-
мые для изготовления металлических форм.
Таблица 3
Материалы для изготовления металлических форм и частей к ним
Наименование материала Марка № ГОСТа Область применения
Углеродистая машиноподелочная сталь. Сортовой ' прокат СтЗ 380—71 Для цапф, ручек, шайб^ плит выталкивателей
Углеродистая машиноподелочная сталь. Сортовой прокат Стали 25—35 Сталь 45 Сталь 50 1050—60 1050—60 1050—60 Для стальных станин, заготовок, металлических форм Для колонок, рукояток, штырей, направляющих фиксаторов стержней, про- бок вентиляционных вин- тов, замков зубчатых реек Для эксцентриков
287
Иродолжение табл. 3
Наименована? материала Марка № ГОСТа Область применения
Сталь литая 25Л-1, 35Л-1 977 — 65 Для скоб, гаек, вилок, упора, заготовок металли- ческих форм
Углеродистая сталь инструмен- тальная У8А У7—У10 1435—54 1435—54 Для выталкивателей и контрвыталкивателей Для металлических стержней
Конструкцион- ная сталь легиро- ванная ЗОХГСА, 35ХГС 4543—71 Для металлических стержней
Пружинная сталь легирован- ная 50ХФА — Для пружинных вытал- кивателей, пружин воз- врата толкателей, пружин буферов
Медь М-1 859 — 66 Для теплоотводящих вставок
к Серый литейный чугун СЧ 18-36 1412—70 Для заготовок металли- ческих форм и литья ча- стей машин, станин, ци- линдров, траверс, махови- - ков и пр.
Высокопрочный чугун ВЧ50-1.5 7293 — 70 Для литых заготовок ме- таллических форм
Изготовление металлических форм
и процесс литья
Основной статьей расхода при литье в металлические формы яв-
ляется стоимость изготовления металлической формы, поэтому вопро-
сам изготовления формы и повышения стойкости ее должно быть уде-
лено особое внимание.
Изготовление форм. В зависимости от требований, предъявляемых
к качеству поверхности и, главным образом, к точности отливок, метал-
лические формы изготовляются путем механической обработки или
литьем. В последнем случае рабочие полости формы оформляются стерж-
нем и самой формой. Например, отливки из алюминиевых и магниевых
сплавов должны удовлетворять высоким требованиям по чистоте по-
верхности и точности; немаловажное значение здесь имеет и расход до-
288
Таблица 4
Составы огнеупорных облицовочных покрытий
№ п/л Состав Содержание Область применения
1 Огнеупорная глина Жидкое стекло Марганцовокислый калий Вода 100— 150 г 30—50 г ' 0,5 г 100 г Для мелких и средних чугунных отливок
2 Шамот молотый Огнеупорная глина Жидкое стекло Марганцевокислый калий Вода 45—55% 6-10% 6% 0,5% 30—40% Для крупных чугунных отливок и для покрытия литниковой системы
3 Молотый ферросили- ций Графит Огнеупорная глина Вода 35—40% 30—35% 4-5% До плотности 1,75-1,8 Применяется как моди- "ЧЬнцирующая паста для уменьшения отбела чугун- ных отливок
4 Молотый кварц Огнеупорная глина Жидкое мыло Вода Патока 63% 5,5% 1,5% 30% 100 г па 30 кг облицовки Для разных стальных отливок
5 Асбестовый порошок Тальк прокаленный Окись цинка Жидкое стекло Вода 7 частей 3 части 2 » 1,5 » До сметано- образного _ состояния Для крупных отливок из алюминиевых сплавов в для литниковых систем
6 Кварцевая мука Огнеупорная глина Жидкое стекло 65% 35% До густоты замазки Для заделки небольших трещин в металлической форме
10 А. М. Липницкий
289
Таблица 5
Составы красок
№ п/п Состав Содер- жание Область применения
1 Огнеупорная глина Черный графит Жидкое стекло Марганцевокислый калий Вода 200 г 60 г 60 г 0,5 р 1000 г * Для мелких и средних чугунных отливок
2 Растительное масло Угольная пыль 50% 50% Для тонкостенного чу- гунного литья
3 Окись цинка Жидкое стекло Вода 5% 2% 93% Для мелких и средних отливок из алюминиевых сплавов
4 Сажа газовая Растительное масло 75% 25% / Для мелких и средних отливок
5 Молотый мел Серебристый ‘графит Жидкое стекло Вода 15% 8% 4% 73% Для отливок большого размера из алюминиевых сплавов
6 Отмученный мел Борная кислота Вода 6% 6% 88% Для мелких отливок из магниевых сплавов
7 Меловой шлам Борная кислота Вода 8% 6% 86% Для средних и крупных отливок из магниевых сплавов
8 Вареное масло Графит серебристый 96% 4% Для отливок из медных сплавов
290
рогостоящего сплава. Поэтому' для этих сплавов, как правило,
41сключается применение металлических форм с литыми рабочими
полостями.
Для изготовления чугунных и стальных отливок, к которым предъ-
являются меньшие требования по чистоте поверхности и точности,
рабочие полости формы выполняются литыми с последующей зачисткой
(по мере надобности) и обработкой плоскостей разъема. В тех случаях,
когда при литье не обеспечивается необходимая точность, прибегают
к механической обработке.
Подогрев формы. Подогрев имеет целью понизить скорость кри-
сталлизации сплава. При чугунном литье понижение скорости кристал-
лизации уменьшает отбел, а при литье из сплавов цветных металлов
снижается вероятность образования трещин в сложных и тонкостен-
ных отливках.
При литье медных и алюминиевых сплавов формы нагреваются до
200° С, магниевых — до 250° С и чугунных — до 300е С.
Подогрев форм может осуществляться любым доступным в условиях
производства способом.
Нанесение защитных покрытий. Назначение защитных покрытий
заключается в предохранений стенок металлической формы от воздей-
ствия высоких температур заливаемого сплава, от окисления и пони-
жения теплопроводности формы, что особенно важно при чугун-
ных отливках, в которых высокая теплопроводность форм вызывает
отбел.
Облицовка с последующей окраской обычно применяется при чу-
гунном литье; при литье легких сплавов достаточно рабочие поверх-
ности формы покрыть только краской. Однако при изготовлении круп-
ных отливок из легких сплавов литниковые системы облицовываются
и окрашиваются. Составы некоторых огнеупорных облицовочных по-
крытий приводятся в табл. 4.
После высыхания облицовки на нее наносится краска. Составы не-
которых красок приведены в табл. 5.
Сборка, заливка форм и выбивка. После облицовки и окраски
форм приступают к сборке. Металлические формы должны быть уста-
новлены на чистой выровненной площади с таким расчетом, чтобы обес-
печить удобство сборки и заливки.
Стержни заранее контролируются и зачищаются. Доставленные
на участок стержни должны быть уложены таким образом, чтобы исклю-
чить возможность их повреждения.
Стержни в форме устанавливаются по знакам; правильность их
установки проверяется простейшим контрольным инструментом. Для
крепления стержней, как и в случае песчаных форм, можно применять
жеребейки, установку на клей, привязывание и т. п. Верхние перекры-
вающие стержни во избежание их всплывания нагружаются балластом
или закрепляются клиньями, зажимами.
2. ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
Центробежное литье получило большое распространение как для
изготовления отливок, имеющих форму тел вращения, так и для фа-
сонных отливок сложной конфигурации. Этот способ применяется
для отливки деталей из чугуна, стали и разных сплавов цветных
металлов.
*
291
Сущность процесса
При центробежном способе литья металл заливают во вращаю-
щуюся форму (изложницу), где под действием центробежных сил металл
отбрасывается к стенкам формы и там застывает. Формы могут иметь
вращение вокруг вертикальной (рис. 2, а), горизонтальной (рис. 2, б)
или наклонной оси.
Центробежные силы, действующие на металл при вращении формы,
зависят от массы вращающегося жидкого металла, расстояния от оси
вращения и квадрата числа оборотов формы. Силы, возникающие при
вращении жидкого металла, способствуют хорошему заполнению ме-
таллической формы металлом; приданию внутренней поверхности от-
•Рис. 2. Схемы центробежного литья
ливок формы тела вращения; уплотнению металла при его кристалли-
зации и тем самым повышению качества литых деталей; удалению из
жидкого металла неметаллических включений и газов.
Технология центробежного литья
Технология центробежного литья в первую очередь зависит от
свойств сплавов, из которых изготовляются" отливки.
Все сплавы могут быть разделены на группы в зависимости от харак-
тера их перехода из жидкого состояния в твердое (кристаллизация
сплавов).
Одни сплавы — БрАЖ9-4, латуни, силумины — кристаллизуются
в узком интервале температур. Эти сплавы являются наиболее благо-
приятным материалом для центробежного литья. Другие сплавы кри-
сталлизуются в широком интервале температур. Такие сплавы надо
заливать медленно в охлаждаемую форму при небольшой температуре
заливки и повышенной скорости вращения формы.
Таблица 6
Рекомендуемая частота вращения изложницы
при отливке чугунных втулок и труб
Внутренний диаметр отливки# мм Частота враще- ния, об/мин Внутренний диа- । метр отливки, мм Частота враще- ния# об/мин
100 . 700—850 400 300—425
200 425—475 500 275—375
300 350—400 — —
292
Рис. 3. Конструкции центробежных ма-
шин: а — с горизонтальным валом кон-
сольного типа; о—с горизонтальным ва-
лом роликового типа; в—с вертикальным
валом
10 582
293
Рекомендуется следующая частота вращения изложницы (об/мин)
при производстве чугунных втулок и труб (табл. 6) и фасонных от-
ливок (вертикальная ось вращения, табл. 7).
Таблица 7
Рекомендуемая частота вращения формы
при изготовлении фасонных отливок
Наибольшее рас- стояние от оси вра- щения до поверх- ности формы, мм Частота вращения, об/мин Наибольшее расстояние от оси вращения до поверхности формы, мм Частота вращения, об/мин
50 375 — 450 200 175—225
100 275—325 250 150—200
150 1 225—275 300 125—175
ВНИИЛИТмаш и другими организациями разработаны конструкции
! машин для отливок типа втулок, гильз, колец и труб; некоторые кон-
струкции машин приводятся в табл, 8 и на рис. 3.
Таблица 8
Конструкции центробежных машин
Типы машин Назначение Средняя часовая произво- дитель- ность, шт. Габариты машины, м
С горизонтальным ва- лом консольного типа конструкции ЦНИИТмаш (рис. 3, а) Для отливки гнльз, втулок, маслот диаме- тром до 300 мм, длиной до 350 мм 20 Ц7Х8Х X 1,0
С горизонтальным ва- лом роликового типа кон- струкции ЦНИИТмаш (рис. 3, б) Для отливки гильз диаметром от 200 до 600 мм, длиной от 400 до 1300 мм 2 7,7Х Х7,.7Х X 1,6
С вертикальным валом конструкции ВНИИЛИТмаш (рис. 3, в) Для кольцевых за- готовок 2.5Х X 1.8Х X 1,3
3. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Литье под давлением — высокопроизводительный процесс, даю-
щий возможность получать сложные фасонные отливки любой конфи-
гурации с круглыми и фасонными отверстиями; при этом отливки имеют
такую высокую чистоту поверхности и точность размеров, что после-
дующая механическая обработка становится ненужной или сводится
к минимуму. Кроме того, достигается большая экономия дорогих спла-
. 294
bob цветных металлов как за счет уменьшения или устранения припу-
сков, так и за счет применения рациональных конструкций отливок.
Примеры отливок, изготовляемых способом литья под давлением,
показаны на рис. 4.
Рис. 4. Примеры отливок, изготовленных способом литья под
давлен нем
Сущность процесса
Сущность процесса литья под давлением заключается б том, что
на расплавленный металл, залитый в камеру прессования машины,
сообщающуюся при помощи литниковых каналов с замкнутой рабочей
полостью разъемной металлической формы, воздействуют поршнем
машины, заставляя металл под давлением заполнить рабочую полость
формы и при затвердевании металла образовать отливку.
На рис. 5 представлена схема работы машины для литья под давле-
нием с вертикальной камерой прессования, которая расположена па-
раллельно плоскости разъема литейной формы, состоящей из двух по-
ловин 4 и 5. Металл в форму подается под углом 90° к оси прессующего
поршня.
Металл, залитый в камеру прессования, состоящую из наполни-
тельного стакана 2 и контрпоршня 1 с пяткой, запрессовывается прес-
сующим поршнем 3 в форму. Для того чтобы металл не попадал в форму
самопроизвольно, литниковое отверстие 6 до начала запрессовки за-
крывается пяткой контрпоршня, которая поддерживается на требуемой
высоте пружиной 7. При опускании прессующего поршня пружина
сжимается, и контрпоршень садится в коническую часть стакана, от-
крывая путь металлу в форму.
После запрессовки металла поршень 3 поднимается вверх, увле-
кая за собой контрпоршень 1 с пяткой, которая при движении вверх
отрезает от литника с отливкой литниковый остаток и выталкивает
его из стакана.
t
295
На рис. 6 представлена схема работы машины для литья под давле-
нием^ с горизонтальной камерой прессования, которая представляет
собой горизонтально расположенный цилиндр с отверстием для заливки
металла. В цилиндре перемещается поршень, при помощи которого ме-
талл запрессовывается в форму через литниковый канал, являющийся
продолжением цилиндра камеры. Давление поршня на металл пере-
дается до момента открытия формы и выталкивания литникового остатка
из неподвижной части формы. Отливка вместе с литниковым остатком
Рис. 5. Схема ра-
боты машины для
литья под давле-
нием с вертикаль-
ной камерой прес-
сования
Рис. 6. Схема работы ма-
шины для литья под дав-
лением с горизонтальной
камерой прессования:
1, 2 — половины формы;
3 — плиты машины; 4 —
поршень; 5 — цилиндр
остается в подвижной части формы до тех пор, пока специальные вытал-
киватели не вытолкнут ее из формы.
ч В табл. 9 приводятся данные о точности отливок, изготовленных
способом литья под давлением.
Таблица 9
Точность отливок, изготовленных литьем под давлением
Сплавы Точность отливок
располагающихся в одной части формы, мм располагающихся в двух частях формы, мм (не менее)
Цинковые =i=0,03 от + 0,12 до —0,05
Алюминиевые =3=0,07 от +0,15 до —0,07
Магниевые =3=0,06 от +0,15 до —0,06
Медные =3=0.08 от +0,18 до —0,08
Большая скорость поступления металла в форму при литье под дав-
лением в сочетании с высоким давлением и значительной массой формы,
обладающей высокой теплопроводностью, обеспечивает большую ско-
296
рость охлаждения сплава и мелкозернистую структуру отливки. Про-
цесс литья под давлением дает возможность изготовлять особо сложные
тонкостенные детали, которые иногда невозможно отлить в песчаных
или металлических формах.
В табл. 10 приведены минимально допустимые толщины стенок от-
ливки в зависимости от размеров их поверхности.
Таблица 10
Минимально допустимая толщина стенок отливки
Площадь по- верхности отли- вок, см2 Толщина стенок отливок для сплавов, мм
цинкового магниевого алюминие- вого медного
Менее 25 0,8 1,3 1,0 1,5
До 150 - 1.0 1,8 1,5 2,0
» 250 1.5 2,5 2,0 3.0
бв. 250 2,0 3.0 2,5 3,5
Допускать толщину стенок для всех указанных сплавов свыше 6 мм
не рекомендуется. При большей толщине стенок внутри отливок по-
является газовая пористость. Практические данные показывают, что
производительность рабочего за смену при отливке деталей под давле-
нием в несколько раз превышает производительность рабочего при из-
готовлении тех же отливок другими способами.
Себестоимость отливок, полученных способом литья под давлением
при массовом и крупносерийном производстве, значительно ниже себе-
стоимости литья, полученного в песчаных и металлических формах.
Снижение себестоимости происходит за счет экономии металла, значи-
тельного сокращения работ по механической обработке, снижения трудо-
емкости производства отливок, исключения расхода формовочных и
стержневых примесей.
При литье под давлением резко улучшаются условия труда рабочих
и “повышается культура производства.
Сведения о сплавах, применяемых при литье под давлением, при-
ведены в гл. I.
Конструирование и эксплуатация пресс-форм
При конструировании форм необходимо учитывать, что одни де-
тали форм испытывают большие знакопеременные нагрузки (плиты вы-
талкивателей), другие детали подвергаются воздействию высоких тем-
ператур от расплавленного сплава (формообразующие детали), а не-
которые воспринимают динамические напряжения.
При выборе материала для различных деталей формы необходимо,
чтобы сталь обладала следующими свойствами:
— высокой ударной вязкостью в интервале температур 400—900° С;
— сопротивлением против разъедания расплавленным металлом;
— минимальным коэффициентом расширения при нагреве;
— высоким пределом прочности;
297
способностью сохранять первоначальный объем и иметь малую
величину деформации в процессе термической обработки;
способностью воспринимать упрочняющие и защитные по-
крытия.
В табл. 11 приведены данные о материалах для деталей форм.
Таблица 11
Марки сталей, применяемых для различных деталей форм
Наименование деталей ✓ Марка стали ГОСТ Твердость после термо- обработки HRC
Матрицы, пуансоны, стерж- ни, вставки, вкладыши матриц и пуансонов ЗХ2В8 3X13 5950—63 5632—61 42—46
Литниковые втулки( рассе- катели ЗХ2В8 5950—63 44—48
Плиты матриц и пуансонов 40—50 1050—60 38-42
Плиты выталкивателей, опорные и прижимные плиты 20 1050—60 38—42
Втулки и направляющие колонки, выталкиватели,- на- клонные пальцы, валики,- рей- ки У7А? У8А 1435—54 45—50
Болтбь винты и др. 35 1050—60
При конструировании формы необходимо предусматривать охла-
ждение наиболее нагреваемых частей для предохранения их от чрез-
мерного нагрева. Для этой цели применяется водяное охлаждение или
охлаждение сжатым воздухом.
Перед началом работы форму необходимо подогреть. Не следует
заливать расплавленный металл в холодную форму, так как это создает
резкий тепловой удар и вызывает преждевременное растрескивание ра-
бочей поверхности.
Полированная или шлифованная полость формы обеспечивает
7—8-й классы чистоты поверхности отливок. По мере износа формы
чистота поверхности отливок ухудшается, что видно из данных, при-
веденных в табл. 12.
Весьма важное значение для охлаждения формы и облегчения уда-
ления отливок имеет смазывание рабочих поверхностей формы. Смазка,
кроме того, препятствует прилипанию заливаемого металла к форме,
создает восстановительную атмосферу в полости формы, ослабляет тре-
ние между поступающим в форму жидким сплавом и ее поверхностью,
образует теплоизолирующий слой между сплавом и стенками формы.
Свойства смазки должны сохраняться при температуре 300—750° С;
смазка должна образовывать на смазываемых поверхностях формы
устойчивую пленку, не 'выделяющую вредных веществ и химически не
реагирующую при соприкосновении со сплавом. Примерная стойкость
пресс-форм и составы смазок приведены в табл. 13.
298
Таблица 12
Влияние износа формы на чистоту поверхности отливок
Количество заливок Группа сплавов Количество заливок Группа сплавов
Цинковые Алюминие- вые и маг- ниевые । Медные Цинковые Алюминие- вые и маг пневые Медные
- Класс шероховатости (ГОСТ 2789—73) Класс шероховатости (ГОСТ 2789—73)
200 7—8 7—8 6 — 7 10 000 6 — 7 5 — 6 1—2
500 7—8 7—8 5—6^ 20 000 5 — 6 4—5 —
1000 7—8 6 — 7 4—5 40 000 4—5 2—3 — !
2000 7—8 6—7 3—4 100 000 3—4 — —
5000 7-8 5—6 2—3
Таблица 13
Стойкость пресс-форм и состав смазки
Сплавы Количество заливок Применяемые смазки
среднее макепмальное
Цинковые 150 000 * 300 000 30-процентный раствор па- рафина в моторном масле
Оловянно- св ин цовые 250 000 400 000 Машинное масло
Алюминие- вые и магниевые 40 000 80 000 30% парафина,- 30% воска, 15% технического вазелина, 25% графита
Медные 5 000 10 000 92% машпнвого масла. 8% графита
Техническая характеристика машин
Техническая характеристика машин, эксплуатируемых в настоя-
щее время для изготовления отливок способом литья под давлением,
приводится в табл. 14.
На рис. 7 приводится схема машины с холодной горизонтальной
камерой прессования модели 515М, имеющая широкое применение.
Следует учесть, что согласно типажу литейного оборудования
намечается приведенные в табл. 14 машины заменить более совер-
шенными.
299
g Таблица 14
о Техническая характеристика машин для литья под давлением
Основные параметры Модели машин
с холодной вертикальной камерой прессования о холодной горизонтальной камерой прессования
511 512 513 512Г 515М 516М 517
Наибольшая масса отливок# кр: из медных и цинковых сплавов 1,3 4,0 15,0 5,3 5,5 8,0 22
из алюминиевых и магниевых 0,8 1#8 8,0 2,4 1#6 5.9 10
сплавов Наибольшая площадь отливки в пло- скости разъема пресс-формы,- см2: из медных и цинковых сплавов 100 200 400 280 200 880 500
из алюминиевых и магниевых 200 400 900 560 400 1060 1000
сплавов .Часовая производительность,- ©тли- вок/ч 125 125 75 90—120 150 80 32
Наибольшее допустимое расстояние 315 450 800 450 260 420 1250
между стыковыми плоскостями рас- крытой пресс-формы, мм Наибольшее усилие# т: прессовое 15,3 28,5 (с проставкой); 1200 (без проставки) 56,5 19,8 13 34 45
при запирании формы ' 70 120 213 140 150 400 630
Масса машины,- т 2,2 4#8 9,8 4,7 5,-11 13 25
Габаритные размеры машины, м 2,IX 2,-6 X * З.-ЗХ 1.8Х 3.5Х 4.35Х 5,54 X 6,1 X
(длинах ширинах высота) X 0,9Х X I.5X X 2.6 X 1,54Х X 1,85х X 1,8Х X 1,325 х
X 2,4 Х2,15 X 1,48 X 1,85 Х2 Х2
19
Рио. 7. Машина для литья пол давлением о горизонтальной камерой прессования модели 515М:
/ гидравлический цилиндр; 2 — аккумулятор; 3, 5 — фиксирующие гайки; 4 — пли га; 6 — система ры-
чагов; 7 — подвижная плита; 8 — неподвижная плита; 9 — рабочий цилиндр; 10 — плунжер; It — плита;
/2 — прессующий цилиндр; 13 -* телескопическая стойка; 14 — фундамент; 16, 16 — панели управления;
17 — станина; 18 ~ направляющие колонки; 19 — педаль командоконтроллера
4. ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ СПЕКАЕМЫЕ ФОРМЫ
Литье в оболочковые формы и изготовление оболочковых стержней
в последнее десятилетие значительно расширились и применяются при
производстве мелких и средних по массе отливок из чугуна, стали и
сплавов цветных металлов в условиях серийного и массового произ-
водства.
Размерная точность и качество поверхности отливок, получаемых
этим способом, значительно выше, чем при литье в песчано-глинистые
формы.
Область применения и сущность процесса
Литье в оболочковые спекаемые формы находит применение при
изготовлении деталей текстильных машин, в моторостроении, автомо-
бильной промышленности, тракторостроении и других отраслях.
Рис. 8 Схема изготовления оболочковых полуформ
Основными преимуществами этого вида литья являются: большая
геометрическая точность; чистота поверхности отливок; сокращение
трудоемкости механической обработки; снижение расхода формовоч-
ных материалов.
Сущность процесса заключается в том, что в качестве связующего
формовочного материала применяется термореактивная смола, которая
при нагреве необратимо твердеет. При температуре 100—120е С смола
расплавляется, принимая вид клейкой массы, и при дальнейшем на-
греве до 325—375° С затвердевает (полимеризуется).
Высокая прочность отвержденной оболочки позволяет применять
формы и стержни толщиной 8—10 мм при мелком литье и толщиной 12—
15 мм при среднем литье.
Схема приготовления разъемных оболочковых полуформ при-
ведена на рис. 8. Нагретую до 220—250° С чугунную модельную плиту 1
со смонтированными на ней металлическими моделями 2 устанавливают
и закрепляют на бункере 3. Формовочная смесь 4, находящаяся в бун-
кере (рис. 8, а), состоит из 93—95% кварцевого песка и 5—7% термо-
реактивной смолы (пульвербакелит и др.). При повороте бункера на
180° С формовочная смесь падает на модельную плиту (рис. 8, б). После
выдержки примерно в 20—30 с и несколько более, в зависимости от тре-
буемой толщины оболочки, на модельной плите и моделях образуется
полуотвержденная оболочка. После возвращения бункера в исходное
положение смесь, не успевшая прогреться, ссыпается в бункер (рис. 8, в).
302
Модельная плита открепляется и вместе с образованно;? оболочкой
передаются в печь, нагретую на 325—375е С, на J—2 мин для оконча-
тельного отверждения оболочки. После охлаждения оболочка при по-
мощи толкателей снимается с модельной плиты. Таким же образом из-
готовляется вторая половина оболочки;
затем обе половины оболочки спаривают-
ся рис. 9.
В серийном производстве собранные
оболочки скрепляются скобами или струб-
цинами, а при массовом производстве обо-
лочки склеиваются. Собранные формы
устанавливаются в металлический короб
(контейнер), засыпаются дробью и зали-
ваются металлом.
Материалы для изготовления
оболочек
При изготовлении оболочковых форм
применяются пески, термореактпвные смо-
лы, увлажнители, разделительные со-
ставы и клеи.
Пески. В зависимости от заливаемого
в оболочковые формы металла (чугун,
сталь, сплавы цветных металлов) приме-
няются мелкие кварцевые и цирконовые
пески, оливинит, корунд и др. (табл. 15).
Термореактивные смолы. Наилучшим
Рис. 9. Спаренные оболоч-
ковые полуформы
связующим для смеси, применяемой для
изготовления оболочек, является пульвербакелит. Однако его приме-
нение ограничено дефицитностью и высокой стоимостью. Пульвербаке
Таблица 15
Основные свойства формовочных материалов
для изготовления облоч новых форм
Наименование Плотность, г/см3 Темпера- тура плав- ления, °C Область применения
Кварцевый песок 2,65—2,66 1713 При литое мелких отли- вок из чугуна, стали и л сплавов цветных металлов
Цирконовый песок 4,6—4,7 2000 1 Прп средних особо от- ветственных отливках из
Оливинит 3,-2—3,5 1890 [ стал и
Электрокорунд 3,9—4,0 2050 J -
1
Примечание. В связи с высокой стоимостью циркона п
электрокорунда их применяют только в тех случаях, когда кварцевый
песок не обеспечивает' получения отливок с качественной поверх-
ностью
303
лит поставляется в виде мелкого порошка с добавкой до 7,5% уро-
тропина. Применяются также термореактивные смолы марок № 17, 18,
113, 214, 235 и др. С целью экономии пульвербакелита применяется
плакирование песка.
Рецептура формовочных смесей для разных литейных материалов,
в которых в качестве связующего применяется пульвербакелит, при-
ведена в табл. 16.
Таблица 16
Рецептура формовочных смесей
Назначение смеси Песок К 025 Песок К01 Хромо- магнезит в порош- ке Пуль- верба- келит фурфу- рол
(массовые доли, %)
Для чугунных отливок 30 70 6 1,0-1,1
Для стальных отливок 100 7 1,1 —1,2
То же — 100 7 1,1-1,2
Для отливок из алюми- ниевых сплавов 100 7 1,1 —1,2
Увлажнители. Для того чтобы предотвратить расслоение смолы
и песка, а также устранить пыление смеси в процессе работы, в смесь
вводят увлажнители (табл. 17).
Таблица 17
Материалы, применяемые в качестве увлажнителей
Наименование материалов Массовая доля, %
Тракторный керосин (ГОСТ 1842—52) Технический фурфурол (ТУ МХП 359—50) Жидкая бакелитовая смола (ГОСТ 4559—71) Фурфурол о жидкой бакелитовой смолой в соот- ношении 1:4 0,3—0,5 0,5—0,7 0,6—2,0 1,0
Разделительные составы. В целях обеспечения легкого съема
оболочки с модели применяются различные разделительные составы
(табл. 18).
Клеи. Для спаривания оболочковых полуформ перед заливкой
в серийном и массовом производстве применяются различные клеи на
основе жидкого стекла с добавкой пылевидного кварца и глины, а также
жидкое стекло Ч- декстрин.
304
Таблица 18
Разделительные составы
Наименование состава Содержа- ние, % Наименование состава Содержа- ние, %
Жидкость № 5 предварительное по- крытие ТУ МХП 241G —54 100 Эмульсия в со- ставе: жидкость 5
Раствор каучука в уайт-спирите: Аг 5 мыло хозяй- 3
каучук СКТ 3—4 ственное
уайт-спирит 97-96 вода 92
Применение оболочковых форм и стержней эффективно только при
комплексной механизации и автоматизации всех операций технологи-
ческого процесса. Для этой цели в СССР созданы смесители для при-
готовления песчано-смоляных смесей, машины для изготовления обо-
лочек, установки для сборки и склеивания оболочек, машины для из-
готовления оболочковых стержней и др.
5. ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Литье в формы, получаемые по выплавляемым моделям, — наи-
более древний способ изготовления отлив эк. Он применялся при от-
ливке памятников, скульптур, украшений и многих предметов домаш-
него обихода. Однако промышленное применение этот способ получил
только в годы Великой Отечественной войны. В настоящее время он
значительно усовершенствован, причем освоено изготовление сложней-
ших деталей из разных сплавов.
Область применения и сущность процесса
Литье по выплавляемым моделям наиболее рационально применять
при изготовлении деталей: из стали и сплавов, не поддающихся или
трудно поддающихся механической обработке; деталей сложной кон-
фигурации, с большим объемом механической обработки; при необхо-
димости объединения отдельных деталей в цельные неразъемные литые
узлы.
В последние годы особенно широкое применение этот способ нашел
в турбинной промышленности при изготовлении сложных турбинных
лопаток.
Сущность способа заключается в следующем. По металлической
пресс-форме из легкоплавкого состава (табл. 19) изготовляются разовые
модели и литниковые системы, которые после их полного застывания из-
влекаются из пресс-формы и собираются в блоки (рис. 10).
На собранные модельные блоки наносится несколько слоев (три-
четыре) огнеупорного покрытия. После нанесения каждого слоя мо-
дельный блок обсыпается мелким сухим кварцевым песком.. В. резуль-
тате на модели образуется огнеупорная оболочка толщиной 4—ъ мм.
В качестве огнеупорного покрытия применяется состав из гидро-
лизованного раствора этилсилпката п пылевидного кварца.
305
Этилсиликат имеет химическую формулу (С2Н6О)4 Si и содержит
от 28 до 41% окиси кремния (SiO2) и до 0,5% соляной кислоты. Гидролиз
его производится этиловым спиртом. Состав гидролизоваиного раствора:
этилсиликат — ООО см8; этиловый спирт — 300 см3, вода дистиллиро-
ванная ^подкисленная соляной кислотой (1,5%),— 30 см3; бензин авиа-
ционный — 3 см3. Раствор выдерживают при комнатной темпера-
туре 16 ч.
Покрытие приготовляется следующим образом: в эмалированную
посуду засыпают пылевидный кварц'(60—70% от общей массы покры-
Рис. 10. Блок лег-
коплавких моделей
Рис. 11. Формовка . керамической
оболочки
тия), добавляют гидролизованный раствор этилсиликата (30—40%) и
состав тщательно перемешивают до получения полной однородности.
Легкоплавкие модели из оболочек выплавляются при погружении
в горячую воду, либо при продувке горячим воздухом или паром, после
Таблица 19
Компоненты модельных составов
Компоненты модельных составов ПС псэ БПС БПК БПТ
(массовые доли, %)
Парафин (ГОСТ 783 — 53) 50 50 50 40—50 40—50
Стеарин (ГОСТ 6484—53) 50 45 20 —
Этилцеллюлоза (ТУ МХП 1968—52) — 5 —-*
Канифоль (ГОСТ 795—55) — — 12 — 20 —
Буроугольный воск (СТУ 83-191—62) —• — 30 30—40 20—40
Торфяной воск (СТУ 83-19 — 61) •— — — — 10 — 20
306
чего получаются керамические огнеупорные оболочки, Такие оболочки
заформосываются в опоках (рис. 11) с применением упрочняющей за-
сыпки кварцевым песком, затем формы прокаливают в печи и в горя-
чие формы заливают металл.
В качестве шихты при плавке стали применяются различные от-
ходы производства (заготовительных и кузнечных цехов и др.;. При
шихтовке следует учесть угар элементов: углерода 10—15%, .мар-
ганца 30—40% и кремния 8—10%. Для компенсации угара углерода
необходимо применять отходы с более высоким содержанием углерода,
чем требуется в отливках. Восполнение угара марганца и кремния ком-
пенсируется добавками в шихту соответствующих ферросплавов.
После остывания отливки выбивают из форм, отрезают литниковую
систему и подвергают очистке. Стальные же отливки перед счисткой
подвергаются термической обработке.
Технологический процесс изготовления отливок
по выплавляемым моделям
Технологический процесс изготовления отливок в формах, изго-
товляемых по выплавляемым моделям, слагается из ряда этапов —
операций (табл. 20).
Таблица 20
Последовательность операций
по изготовлению отливок по выплавляемым моделям
As операций Содержание
1 Разработка чертежа отливки по чертежу детали е учетом припусков на доводочные операция: шлифование, полирова- ние, нарезание мелких резьб и т. п.
2 Проектирование пресс-формы по чертежу отливки с учетом усадки модельного состава и сплава, из которого изготовляется отливка Пресс-формы изготовляются механическим путем из ста- лей 40, 50, У7—У9 или отливаются по образцу-эта лону из легкоплавкого сплава
3 Расплавление в термостате одного из составе.., приведенных в табл. 19, и охлаждение его до пастообразного состояния
4 Изготовление выплавляемой модели путем запрессовки пасто- образного состава в пресс-форму при помощи шприца или на специальных запрессовочных станках. Так же изготовляется литниковая система
5 Разборка пресс-формы, извлечение легкоплавкой модели и зачистка швов
6 Сборка моделей в блоки (см. рис. 10). Операция заключается в припаивании модели отливки к модели литниковой системы с помощью элёктропс1яльника или нагретого ножа
Продолжение табл, 20
№ операций Содержание
7 Нанесение на модельный блок трех-четырех слоев огнеупор- ного покрытия. Состав покрытия (массовая доля, %): для 1-го слоя — пылевидный кварц — 70, гидролизованный рас- твор этилсиликата — 30; для последующих слоев — пылевид- ный кварц — 60; гидролнзованный раствор этилсиликата —- 40 После нанесения каждого слоя модельный блок обсыпается сухим кварцевым песком и подвергается воздушной сушке в течение 2—3 ч. Таким же образом наносятся последующие слои покрытия
8 Выплавка легкоплавких моделей из керамической ^оболочки в горячей воде или горячим воздухом. -Выплавленный легко- плавкий состав используется для изготовления [легкоплавких моделей литниковой системы
9 Формовка блоков. Для повышения прочности блоков они устанавливаются в опоки (круглые или квадратные) с дном и засыпаются сухим кварцевым песком, который уплотняется легкими ударами деревянного молотка по стенкам опоки (рис. 11)
Ю Прокаливание форм. Опоки с керамическими оболочками загружаются в термическую печь, где они прокаливаются при температуре 850—900° С в течение 2—3 ч. При прокаливании происходят обжиг оболочек и выгорание остатков легкоплав- ких моделей
11 Заливка форм. После прокаливания формы несколько охла- ждаются (температура формы при заливке сталью снижается на 50—75° С) и заливаются Плавка сплавов в цехах литья по выплавляемым моделям обычно производится в электрических высокочастотных ин- дукционных печах малой емкости (30—100 кг)
12 Выбивка отливок из форм.. После остывания отливок формы устанавливаются на выбивающее устройство; при этом inecoK высыпается, освобождая отливки
13 Отделение отливок от литниковой системы. Отрезка [отливок производится на специальных станках [вулканитовымй кру- гами; отрезку Моркио делать и на фрезерных станках
14 Удаление остатков керамической оболочки. .Операция произ- водится на вибрационных станках. -Окончательное удаление оболочки происходит в в.анне с 15-процентным; раствором каусти- ческой соды-в воде при температуре 100° С. [Затем отливки про- мываются в холодной и горячей воде
15 Термическая обработка. Для получения заданных свойств стальные отливки проходят операцию термической обработки
Глава XV
ВЫБИВКА, ОЧИСТКА
И ОБРУБКА ОТЛИВОК
После охлаждения отливок в форме до полного затвердевания про-
изводятся технологические операции по их выбивке, очистке и обрубке.
1. ВЫБИВКА ОТЛИВОК И СТЕРЖНЕЙ
Допустимая температура отливок при выбивке их из форм уста-
навливается в зависимости от сплава и массы отливок. Время, требую-
щееся для охлаждения отливок в форме, приводится в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Продолжительность охлаждения отливок из чугуна
до выбивки из форм
Время охлаждения, ч
Масса отливки,- кг
На конвейере или
рольганге
На плацу
До 10
10—30
30—50
50—100
100—250
250—500
500—1 000 -
5 000—10 000
10 000—50 000
До 0,15
0,15 — 0,40
0,25—0,50
0,30—0,00
0,50—1,0
0,80—2,0
1,5 —3,0
0,5—1,0
0,8—2,0
Ь0-3,0
1,5 —2,0
2,5 —6,0
3,0—8,0
4,1 — 10,0
' 55,0—130,0
80,0—360,0
После охлаждения отливок производится их выбивка из форм раз-
личными способами: подвесным или накладным вибратором (рис. 1);
при помощи вибрационного коромысла (рис. 2); при помощи эксцентри-
ковых решеток механических и инерционных (рис. 3); при помощи вибра-
ционных машин для выбивки стержней (рис. 4). Способы, применяемые
для выбивки отливок и стержней, приведены в табл. 3.
В табл. 4 приведены технические характеристики основньтх видов
оборудования, применяемого для выбивки отливок и стержней.
309
Таблица 2
до Ты™вкпЛиз'ф1р.,ОХЛаЖДеН1'° 0ТЛИВ0К "3 У^ролистой стаж.
Масса отливки, кг Время охлаждения, ч Масса отливки^ KF Время ’охлаждения. ч
До 100 0,5—2,0 2 000—5 000 16,0—25,0
100—200 2,0—4,0 5 000—10 000 30*0— 35,0
200—400 3,0—6,0 10 000—15 000 40,0—45,0
400—800 4,0—8,0 15 000—25 000 72,0—90*0
800—1200 8,0—10.0 26 000—50 000 96,0—120*0
1200—2000 10,0—12,0 50 000—75 000 180,0—200*0
Рио. 2. Выбивка форм при по-
мощи вибрационного коромысла;
/ — скоба подвески; 2 — вибра-
ционное коромысло; 3 — вибра-
тор; 4 крюки; 5 — передвиж-
ной пульт
310.
Таблица 3
Способы выбивки отливок и стержней
Способы выбивки Характеристика процесса Условия применения
Вручную / Выбивка отливки при помощи кувалды и лома При индивидуаль- ном способе производ- ства в немеханизиро- ванных литейных це- хах
Подвесным или накладным вибра- тором (см. рис. 1) Отливка вместе с отрабо- танной смесью удаляется из формы при работе ви- братора* закрепленного на опоке Для выбивки из опок средних размеров при мелкосерийном произ- водстве
При помощи ви- брационного коро- мысла (см. рис. 2) Сначала выбивается верхняя опока, затем ниж- няя; удаление формовочной смеси и отливки из опоки происходит вследствие ви- брации опоки, подвешен- ной на крюке коромысла Для выбивки опок малых и средних раз- меров при серийном производстве
При помощи экс- центриковых ре- шеток механиче- ских и инерцион- ных (см. рио. 3) Форма устанавливается на вибрационную решетку и выбивается при ее со- трясении Для выбивки опок крупных размеров в механизированных литейных цехах
При помощи ви- брационных ма- шин для выбивки стержней (см. рис. 4) Выбитая отливка зажи- мается между неподвижным пружинным упором и по- движной бабкой, через ко- торую проходит шток ви- братора, встряхивающий отливку. После выбивки стержня отливка зацепляет- ся краном, бабка отодви- гается и отливка убирается Для выбивки стерж- ней из отливок раз- личных масс и габа- ритов; производитель- ность до 120 отливок за 1 ч
В гидрокамерах различных разме- ров и производи- тельности Выбитая отливка поме- щается на тележку, зака- тываемую в камеру, и под- вергается обработке струей воды, пода ваемой монито- рами при давлении 75-— 150 кгс/см2 Вымываемые остатки формовочной и стержневой смесей удаляются вместе о водой в отстойники. Вода из отстойников снова идет на очистку, а промытый пе- сок используется Для выбивки стерж- ней из кр.,пных и сложных отливок раз- личной конфигурации н для предварительной очистки отливок при мелкосерийном произ- водстве
311
Рис. 3. Механическая эксцентриковая выбивная решетка
модели 422;
1 — мотор; 2 — подшипники; 3 — эксцентрик; 4 «— резино-
вые буферы; 5 — решетка; 6 — вал; 7 — противовес решетки
Рис. 4. Машина для выбивки стержней:
а— исходное положение; б — отливка за-
жата; в—работа вибратора:
/—пружинный упор; 2—упор вибратора,
3 — цилиндр зажима; 4 — впуск сжатого
воздуха; 5—поршень; 6 — направляющие
движения вибратора; 7 — вибратор
312
Таблица 4
Характеристика механизмов для выбивки отливок и стержней
Наименование механизма Модель Грузо- подъем- ность, кго Произво- дитель- ность форм за I ч Размеры опокf м
Подвесной вибратор 452 800 8—10 1*5 X 1,5 х 0<2
Вибрационное коро- мысло 454 1 000 1 1,0X0,8x0,4
455 2 000 ! 30—60 1,ЗХ 1,0х 0,5
456 3 000 J 1,8Х1.5ХО,6
Решетка выбивающая 421 1 000 100—120 1.3Х 1,0х 0,5
вибрационно-эксцентрико- вая 422М 1 600 100—120 1,5х 0,9 X 0,4
423 2 500 80—100 1,8Х 1,2X0,6
Решетка выбивающая 424 4 000 100—120 1,8X1.5
вибрационно-инерционная ИР-126 7 500 100—120 1,8Х 1,3
Решетка выбивающая ИР-410 16 000 109—120 1,6х 1.6
эксцентриковая 428С 25 000 10—12 —
429 50 000 8—10 —
Машина 1 для выбивки 0—15 200 100—120 —
стержней 411 300 100—120
* Здесь дана производительность отливок за I ч
Автоматизация выбивки
В современных высокомеханизированных литейных цехах массо-
вого производства, оборудованных литейными конвейерами, выбивка
отливок из форм осуществляется на автоматизированных выбивных
установках.
Линия автоматизированной выбивки крупногабаритных отливок
массового производства, разработанная Ленинградским институтом
Гипросантехпром, показана на рис. 5. Линия имеет следующий принцип
действия. Движущаяся на тележке литейного конвейера залитая форма
дает импульс на срабатывание механизма подъема формы 2. Рычаги
манипулятора 1 захватывают форму и поднимают ее. Далее манипуля-
тор движется к выбивной решетке 5 для выбивки нижней полуформы
и по направляющим 4 устанавливает на решетку форму. Рычаги захвата
нижней полуформы разводятся, а манипулятор, подняв верхнюю полу-
форму, перемещает и опускает ее на выбивную решетку 3 для выбивки
верхней полуформы и возвращается в исходное положение. Вывешенная
на штырях отливка захватывается рычагами механизма захвата и пере-
мещения 8 и подается на решетку 6 рдя отбивки остатков смеси.
После выбивки полуформ опоки сталкиваются на транспортный роль-
ганг для возврата в формовочное отделение, а отливка навешивается
11 582 313
314
специальным механизмом 7 на цепной конвейер, который транспорти-
рует ее в очистное отделение. Механизмы возвращаются в исходное по-
ложение, и цикл повторяется.
Техническая характеристика линии
Производительность, форм/ч........ 70
Установленная мощность электродвига-
телей, кВт....................... 100
Габаритные размеры,- мм ....... И 800X8 700Х 5 500
Масса всей линии, кг................... 39 500
Управление и эксплуатационное наблюдение за работой автомати-
ческой линии осуществляется двумя операторами с пульта управления;
при работе на обычных выбивных решетках были заняты ранее 8—10 ра-
бочих.
Гидравлическая выбивка стержней
и очистка отливок
Гидрообработке обычно подвергаются средние и крупные отливки
со значительными и сложными внутренними полостями, оформляемыми
стержнями из песчано-глинистых, жидконаливных или жидкостеколь-
ных смесей.
Гидравлический способ имеет следующие преимущества: снижаются
трудоемкость и стоимость выбивных и очистных операций; резко улуч-
шаются гигиенические условия труда; сохраняются стержневые кар-
касы для повторного использования; возможны регенерация отработан-
ных смесей и последующее использование песка.
Из табл. 5 видно, что гидравлическая очистка уменьшает трудо-
емкость выбивных и очистных операций по сравнению с ручной выбнв-
Таблица 5
Сравнительные данные
о трудоемкости выбивки стержней различными способами
Наименование работ Трудоемкость, чел/ч
на 1 ьг5 смеси на 1 т отливок
Ручная выбивка стержней;
пеачано-глинистых 6—15 5—12
песчано-масл ян ых 4.6—10.8 4—8
Выбивка на вибрационных машинах от- ливок массой до 300 кг:
песчано-глинистБ1х Я—
песчано-масляных 2,6—7.5 2,0—6.0
Гидравлическая выбивка отливок сред- них и крупных:
песчано-глинистых 1—2,2 0.S—1.6
пеачано-мавляных 0,8—1.2 0.5—0.S
315
кой в 6—7 раз, а по сравнению с выбивкой на вибрационных машинах
в 4—4,5 раза.
Гидравлическая очистка осуществляется в специальных камерах
(рис. 6). Очистка производится струей воды, выбрасываемой под боль-
шим давлением (75—150 кгс/см2) из сопла небольшого диаметра (4—
7 мм); с целью удаления пригара в отдельных установках для усиления
действия воды в ее струю вводится песок. Гидравлическая или песко-
гидравлическая струя разрезает и размывает стержни в отливках и тем
самым довольно быстро очищает внутренние полости отливок и наруж-
Рис. 6. Камера для гидравлической
очистки отливок:
1 — очищаемая отливка; 2 — по-
воротный круг; д — тележка; 4 -»
гидромонитор; 5 — электродвига-
тель для поворота круга
Таблица ь
Производительность гидрокамер
для выбивки стержней
и очистки отливок
Масса отливки
сложной конфи-
гурации, кг
Производи
тельность
гидрокамеры,
т /ч
500—1 000
1 000—5 000
5 000 — 10 000
Св Ю 000
1,2—1,5
1,4 —1,8
1,6—2.8
1,9—2.8
ную поверхность. Данные о производительности гидрокамер в зависи-
мости от массы отливок приведены в табл. 6.
Техническая характеристика гидрокамер приведена ниже (см.
стр. 323).
2. МЕХАНИЗИРОВАННАЯ ОЧИСТКА
И ОБРУБКА ОТЛИВОК
К основным операциям по очистке и обрубке литья ^относятся сле-
дующие- очистка поверхностей отливок от пригЬревшей формовочной
и стержневой смесей; -удаление прибылей, литниковых систем и зали-
вов; обрубка, зачистка, гидроиспытание и приемка отливок. Способы
очистки отливок приведены в табл. 7.
Очистка отливок в галтовочных барабанах
Этот способ применяется для очистки и удаления стержней отливок
массой до 50 кг.
По принципу действия очистные барабаны (табл. 8) подразделяются
на барабаны периодического действия (рис. 7) и барабаны непрерывного
действия (рис. 8).
Отливки тонкостенные или имеющие значительную длину лучше
очищать в барабанах .квадратного сечения.
316
317
Вид A
/
Рис. 8. Барабан непрерывного действия для очистки отливок:
корпус; 2 привод; 3 кожух; 4 » спиральная полоса; 5 •=-> рама; 6 — фундамент; 7 — шарнирная опора;
8 домкрат
318
Таблица 7
Рекомендуемые способы очистки отливок
Способ очистки Назначение
Зубилом Щеткой Пневматическим 'зуби- лом В очистных 'галтовоч- ных барабанах В дробеструйных и дро- беметных камерах В гидравлических и песко-гидравлических ус- тановках Для индивидуальных тонкостенных отли- вок или в труднодоступных местах Для наружных поверхностей индивидуаль- ных мелких отливок Для наружных и внутренних поверхностей толстостенных отливок Для мелких и средних отливок Для наружных поверхностей и крупных внутренних полостей отливок] Для средних и крупных отливок
Таблица 8
Характеристика галтовочных очистных барабанов
Наименование Модель Масса за- грузки,- кг Производи- тельность, т/ч Габариты, м Установ-тп- ная мощ- ность, кВ г
Барабан действия периодического ОБ-900 1800 2.5—4 2.1ХЗ.ЗХ Х3.92 7,5
Барабан действия непрерывного 314 — 3—5 5.5 4 X 2,4х X 2.7 21.7
Барабаны загружаются только на 3/4 емкости для возможности
переворачивания отливок при вращении барабана.
Барабаны непрерывного действия характеризуются тем, что по
коду их работы не требуется остановок для загрузки и разгрузки от-
ливок. Основным недостатком таких барабанов является сложность их
конструкции. Кроме того, качество очистки отливок не всегда доста-
точно высокое.
Дробеметная очистка
Очистка дробью — наиболее экономичный и эффективный способ.
Для очистки отливок применяется чугунная закаленная дробь в виде
литых шариков или остроугольных зерен следующих размеров;
319
Крупные отливки
Средние »
Мелкие >
Дробь; мм
1 ,-5—2,5
0,8—1,5
0,5—1,0
Зерна» мм
2—3
1—2
0,5 —1,0
В единичном и мелкосерийном производстве получили распростра-
нение дробеметные барабаны и столы периодического действия, харак-
теристика которых дана в табл. 9 и 10. В серийном и массовом произ-
водстве применяются барабаны и столы непрерывного действия (рис. 9).
Таблица 9
Характеристика очистных дробеметных барабанов
Наименование Модель Произво- дитель- ность, т/ч Объем загрузки ,- м3 Потреб- ляемая мощность, кВт
Барабан непрерывного дей- ствия 42312 3,5—7,0 60,6
Барабан периодического 323 2,-0—3.-2 0,3 26,6
действия 42216 6,0 1,2 85
.Примечание. В барабанах непрерывного действия очи-
щаются- отливки массой до 25 кг; в барабанах периодического дей- ствия очищаются отливки размером до 600 мм.
Таблица 10
Характеристика очистных дробеметных столов
Наименование г Модель Диаметр, м Производи- тельность, т/ч Потребляе- мая мощ- ность, кВт Габариты, м
Стол с периодическим 352 2,5 2,5—9,0 22,5 3,68хЗХ 5,4
вращением 353 3,2 3,2<** 15 43,6 7,57 X 3,87х 3,7
Стол с непрерывным вращением 345 1,6 1,8 23,3 5,05X2,5X3.0
При массовом производстве для очистки отливок сложной конфи-
гурации массой до 0,5 т применяются дробеметные столы (табл. 10).
Для очистки крупногабаритных отливок используются дробеметные
камеры (рис. 10). Характеристика таких камер дана в табл. 11.
320
Рио. 9. Дробеметный стол непрерывного действия:
1 — сепаратор; 2 — питатель; 3 — щетки; 4 — дробеметный аппарат; 5 —
корпус; 6 — настил стола; 7 —> тарелка; 8 — ковшовый элеватор; 9 — элек-
тродвигатель
Таблица 11
Техническая характеристика дробеметных камер
Наименование Модель Производи- тельность, т/ч Грузоподъем- ность тележ- ки или под- вески, т Габариты Потребляе- мая мощ- ность* кВт
Камера периоди- ческого действия с поворотным кру- гом диаметром 1*9 м То же 2*5 м Камера непрерыв- ного действия с под- весками ДК-10М 374С 376 378 3 4—10 16 30 3,0 5,-0 4*4x5,1X8.1 10x5*4x9,2 9,IX 5*7x9*55 16,-ЗХ 8,-9 X 15,7 *5 221 59.4—22S 115,5— 228
321
Рио. 10. Дробеметная камера периодического действия модели
ДК-Ю:
/ — элеватор для транспортировки дроби; 2 сепаратор; 3 -*
дробеметные аппараты; 4 ~~ тележка; 5 *• отливка; 6 —• пово
ротный круг; 7 •— приемный бункер; 8 <— шнек»
Дробеструйная очистка
Этот способ применяется для очистки крупных отливок с разви-
тыми труднодоступными полостями. Сущность процесса заключается
в направленной подаче дроби на очищаемую поверхность под давлением
струи воздуха. Оптимальное расстояние между соплом и очищаемой
поверхностью должно составлять 200—300 мм,
322
Гидравлическая очистка
Гидравлическая или пескогидравлическая очистка основана на
принципе использования кинетической энергии водяной или песководя-
ной струи, подаваемой под давлением 75—150 кгс/см2.
Направляемая под высоким давлением водяная или песководяная
струя размывает приставшую к отливке формовочную смесь и разру-
шает стержни. В зависимости от назначения камеры, состава и проч-
ности стержневых смесей выбирается оптимальное рабочее давление
действующей струи. Опыт показывает, что более производительными
являются установки с повышенным водяным давлением, получившие
наибольшее распространение. В табл. 12 приведена характеристика
гидроочистных камер.
Таблица 12
Техническая характеристика гидроочистных камер
Наименование Модель Размер рабо- чего прост- ранства, м Грузоподъем- ность Количество гидпомони- торов Производи- тельность, т/ч
Гидроочистная каме- ра проходная о пово- ротным столом Гидроочистная каме- ра о подвесками Гидроочистная ротор- ная камера ЛН 408 ЛН 415 ЛН 409 4,5X4,5 б.ОХбЩ 9,ОХ 3,5 Диаметр тарелки 1,9 м Тележки: 30 т 100 т Под- вески: 100 кт Макси- мальная масса отливки 1,5 т 2 2 4 2 у* СП w It II О) Й.
В качестве сопутствующих операций при гидравлической очистке
применяются регенерация формовочной и стержневой смесей и очистка
воды для оборотного водоснабжения установки, что увеличивает тех-
нико-экономический эффект гидроочистки.
*
3. ПРОГРЕССИВНЫЕ СПОСОБЫ ВЫБИВКИ СТЕРЖНЕЙ
и очистки ОТЛИВОК
Помимо указанных способов выбивки стержней и очистки отливок
все более широкое применение в литейных цехах находят: электрогнд-
равлическая, вибрационная и ультразвуковая очистка отливок.
323
Электрогидравлическая очистка
Электрогидравлический способ заключается в использовании меха-
нической энергии гидравлического удара, возникающего при пропу-
скании через жидкость, в которую погружены отливки, электрического
разряда.
Промышленные установки, основанные на этом принципе, разра-
ботаны Харьковским филиалом института автоматики и Украинским
НИИ гигиены труда и профзаболеваний и успешно эксплуатируются на
Ново-Краматорском? Николаевском судостроительном и других за-
водах.
Виброабразивная очистка
При этом способе очищаемые отливки помещаются в контейнер
с очистной средой (бой абразива, фарфоровая крошка и др.), который
устанавливают на платформу вибромашины. При вибрации контейнера
происходит взаимное трение и микроудары отливок и очистной среды,
благодаря чему очищается поверхность отливок.
Этот процесс дает возможность очищать тонкостенные отливки
и внутренние полости и в 1,5—2 раза сокращает цикл очистки в сравне-
нии с очистными барабанами.
Конструкции установок разработаны ВНИИЛИТмаш, ЭНИМО,
ВПТИ ЛИТпром.
Ультразвуковая очистка
Способ ультразвуковой очистки заключается в том, что отливки
погружают в жидкость, частицы которой колеблются с частотой, пре-
вышающей звуковые колебания. Эти колебания возбуждаются в жидко-
сти кристаллами кварца, обладающими пьезоэлектрическими свой-
ствами при воздействии переменного потенциала.
Основной элемент установки для очистки — осциллятор — пре-
образует электрическую энергию в механические вибрации и играет
роль вибратора высокой частоты (~430 ООО циклов в секунду). Рабочее
напряжение 40 В позволяет погружать осциллятор непосредственно
в очистную среду/ Генератор мощностью 2,5 кВт посылает 1,0 млн.
импульсов в секунду, которые воспринимаются осциллятором, изго-
товленным из титаната бария. Установка дает возможность за две смены
работы очищать более 1 млн. шт. мелких отливок.
4. ОБРУБКА И ЗАЧИСТКА ОТЛИВОК
Обрубка отливок предусматривает проведение следующих работ:
отделение от отливок литников, прибылей и выпоров, удаление заусен-
цев, заливов по линиям разъема, неровностей и др. В табл. 13 приве-
дены способы обрубки отливок, а в табл. 14 — характеристика пневма-
тических рубильных молотков.
Снижение трудоемкости обрубных операций достигается механи-
зацией их с помощью эксцентриковых прессов, ленточных пил, прессов-
кусачек, станков с дисковыми пилами (рис. 11) и огневой резкой. Крат-
кая характеристика механизмов, применяемых при обрубке литья, дана
в табл. 15.
324
Таблица 13
Способы обрубки отливок
Наимепова- ние операции Способ обрубки ОТЛИВОн
чугунных стальных из цветных сплавов
Обрубка литников, выпоров и прибылей Ручным зубилом или ру- бильным молотком Газовыми резаками: мелкие отливки — лен- точными и дисковыми пилами, с последую- щей обрубкой и заточ- кой механизированным инструментом Эксцентриковыми прессами, ленточными дисковыми пилами, с последующей заточ- кой наждаком
Удаление заусенцев и заливов Крупные и средние отливки — пневматическими зубилами, маят- никовыми обдирочными станками, ручным инструментом; мелкие от- ливки — на стационарных обди- ром но шлифовальных станках На стационарных обдирочно-шлифоваль- ных станках; ленточ- ными и дисковыми пи- лами. эКСЦе?! триковы- ми прессами
Зачистка неровностей на поверх- ности отливок При крупных и средних отлив- ках — на маятниковых обдирочных станках; ручным механизирован- ным инструментом. При мелких отливках — на стационарных об- дирочных наждачных ставках —
Таблица 11.
Характеристика пневматических рубильных молотков
Марка молотка Масса, кг Длина. мм Число ударов в 1 млн Работа уда ра. кге-м
РМ-1 5,0 230 2400 1,1
РМ-2 5,6 370 1500 1,6
РМ-5 6.5 430 1000 2.5
Таблица 15
Характеристика механизмов для обрубки литья
Наименование механизма Назначение Характеристика
Эксцентриковые пресс-кусачки (см рис. 11, а) Для отрезки литнИков н выпоров отливок из цвет- ных сплавов, а также из ковкого чугуна после от- жига; до 300 резов в час Давление на нож 12—50 т/см4, ход ножа S0 мм; оО ходов е ми- нуту; максимальная толщина реза 50 мм
Ленточная пила (см. рис. 11,6) Для отрезки литников от отливок сечением до 150х X 150 мм Скорость ленты до 30 м/мин: максималь- ная скорость реза до 200 мм/мин
Дисковая пила (см рис. 11, в) Длд отрезки прибылей мелких и средних сталь- ных отливок; до 60 резов в час Диаметр пилы 300— 1500 мм; ширина pesa 4 — 8 мм
325
Дисковая яйла
Рис. 11. Станки для отрезки литников, заливов и прибылей: а •=- эксцентриковые пресс-кусачки; б •= ленточная
пила; в — пильный дисковый станок
326
Газовая резка
Газовой резкой обычно отделяют прибыли, литники и заливы от
стальных отливок. Процесс газовой резки заключается в сжигании на-
гретого металла в струе кислорода при температуре 1200—1250° С.
При сжигании 1 см3 железа расходуется 1,6 л кислорода.
В качестве горючих материалов при огневой резке применяют:
ацетилен, бензин, керосин, природный, коксовый и другие виды высоко-
калорийных газов. В табл. 16 приводятся данные о расходе материалов
при ацетилепо-кислородной резке 1 м стальной отливки и продолжи-
тельности резки.
Таблица 16
Расход материалов и продолжительность резки 1 м стальной отливки
Толщина реза, мм Расход* л Продолжитель- ность резки, мин
кислорода ацетилен а
3 50 14 2
5 70 14 3
10 130 16 3.5
14 180 18 4,0
20 230 20 4,3
30 360 30 4.5
60 580 40 5,0
100 1250 100 8,0
При резке металла большой толщины применяют универсальные
резаки типа УР (ВНИИавтоген), работающие при давлении ацетилена
0,01—1,0 кгс/см2 (табл. 17).
Таблица 17
Техническая характеристика универсального резака
1 Толщина разрезаемого металла, мм Номер мундштука Давление кислорода, кгс/см® Расход кислорода,' м3/ч Ширина реза, мм
3*04*25 1 2—4 0,45—0,78 to 1 IO
25—30 2 4-6 0,78—1,0 2,5 — 3
50—100 3 6—8 1,05— 1,25 3.5—4,5
100—200 4 10—12 из 4,5—7
200—300 5 12—14 1,3 7—10
Резка высокохромистой и высоколегированной хромоникелевой
сталей разных марок производится кислородно-флюсовым способом
Сущность метода состоит в том, что в струю кислорода непрерывно
вводится флюс в виде железного порошка, повышающий при сгорании
температуру в месте реза. Режимы такого способа резки приведены
в табл. 18.
Для резки применяют установку УРХС-2 конструкции ВНИИавто-
ген. Этот же метод используют при очистке от пригара поверхностей
крупных отливок.
Зачистка отливок
Наиболее распространенным способом зачистки поверхности от-
ливок является их обработка абразивными кругами на обдирочно-
шлифовальных машинах (рис. 12). Эти машины подразделяются на
стационарные, подвесные, маятниковые и переносные (табл. 19)
а) Овдиоочные kdusu
Рио. 12, Станки для зачистки отливок; а —« стационарный;
б *=» переносный; в «* подвесной
328
С целью механизации и автоматизации операций по зачистке литья
на многих заводах созданы разнообразные конструкции автоматов и
полуавтоматов применительно к конкретному виду отливки.
Таблица /Л
Режимы кислородно-флюсовой резки
Наименование Г Толщина разрезаемого металла, мм
10—30 30—50 50—100 100—206
Номер мундштука Расход кислорода# м3/м Расход ацетилена, л/м » флюса, кг/м Ориентировочная скорость резания, мм/мин 1 0.8—1.2 50—70 2—3 200—150 2 1,2—1,6 70—100 3—4 150—120 2 1,6—4,0 100—220 4—7 120—60 3 4—15 220—800 7—14 60—20
Таблица
Характеристика шлифовальных станков,
применяемых для зачистки литья
Наименова- ние Модель Назпачени Технические данные
Шлифоваль- ный станок с гибким валом 3382 Для средних и крупных отли- вок; произво- дительность за 1 ч до 0,3 т Диаметр круга до 250 мм, частота вращения до 3000 об/мин
Подвесной обдирочно- шлифоваль- ный станок 3374 То же; произ- водительность за 1 ч до 0,5 т Диаметр круга до 50С мм; ширина круга до 40 мм, частота вращения до 2800 об/мин
Стационар- ный шли- фовальный станок 3M364 \ 3M365 > 3M366 J Для мелких отливок Диаметр круга 400— 600 мм; ширина круга до 75 мм, частота вращения 1400 об/мин
_ 3446 1 3437 1 Диамзтр круга 600 мм; частота вращения до 3000 об/мин
лава XVI
►РАК ОТЛИВОК, ИСПРАВЛЕНИЕ
I МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
, ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ В ЛИТЕЙНОМ ЦЕХЕ
Главной задачей работников ОТК (отдел технического контроля)
вляется не фиксация, а предупреждение возникновения брака.
Технический контроль наряду с работниками ОТК осуществляют "
ехнологи, мастера и другие цеховые работники, руководствуясь
ехнологическими картами, государственными стандартами, техниче-
:кими условиями (ТУ), нормалями, чертежами и рабочими инструк-
циями.
Контролю качества подвергаются формовочные и стержневые ма-
ериалы, формовочные и стержневые смеси и т. п. Шихтовые материалы
тосту пают от заводов-поставщиков в сопровождении сертификата,
г. е. документа, в котором приводится анализ материала. Наряду с опре-
делением кондиционности материалов контроль осуществляется на
зсех переделах производства: на участках изготовления форм и стерж-
ней, на участках плавки и заливки сплавов. Завершающей операцией
является контроль качества отливок.
>. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Проверка качества формовочных материалов и смесей. Формовоч-
ные пески проверяются на содержание влаги и глинистой составляю-
щей, по зерновому составу, а также на газопроницаемость.
Формовочные глины испытываются главным образом на сырую и
сухую прочность стандартного образца.
Качество связующих материалов для стержневых смесей оцени- •)
вается по прочности технологической пробы.
При контроле качества формовочных и стержневых смесей про-
водятся испытания, которыми определяются содержание влаги, газо-
проницаемость, прочность всырую на сжатие, прочность всухую на
разрыв.
Контроль шихтовых материалов. К основным шихтовым материа-
лам относятся литейные, передельные и специальные чугуны, ферро-
сплавы, металлы и лигатуры, применяемые при плавке медных, алю-
миниевых и магниевых сплавов, вторичные металлы и др.
Качество этих материалов проверяется службами контроля ОТК
заводов-поставщиков. Результаты контроля заносятся в сертификат.
Однако, несмотря на наличие сертификата, иногда при производстве
высококачественных отливок на заводе-потребителе производится кон-
трольный анализ.
Получаемый литейными цехами чугунный и стальной лом должен
быть разделен на куски, удобные для загрузки в печь, и не содержать
цветных металлов. Каждая партия лома должна сопровождаться серти-
фикатом, в котором особо оговаривается взрывобезопасность*
330
3. КОНТРОЛЬ В ОТДЕЛЕНИЯХ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ
И СТЕРЖНЕЙ
Систематическое осуществление контроля за соблюдением техно-
логического процесса изготовления форм и стержней обеспечивает по-
вышение уровня технологической дисциплины и предотвращает брак
отливок. Контроль в этих отделениях осуществляют в основном мастера
и технологи.
Контрольными операциями в отделении формовки являются: кон-
троль за состоянием модельной и опочной оснастки; за качеством фор-
мовочных смесей, степенью уплотнения формовочной смеси при ручном
изготовлении форм и стержней; за тщательностью отделки форм и стерж-
ней; контроль качества сушки форм и стержней; контроль за правиль-
ностью сборки форм, загрузкой форм балластом или за прочностью
скрепления форм скобами, хомутами.
К контрольным операциям в отделении изготовления стержней
относятся: контроль за состоянием оснастки; за качеством стержневой
смеси; за качеством сушки и отделки стержней; периодическая про-
верка размерной точности стержней.
4. КОНТРОЛЬ В ОТДЕЛЕНИИ
ПЛАВКИ—РАЗЛИВКИ СПЛАВОВ
В отделении плавки—разливки контроль осуществляется масте-
рами отделений плавки—заливки и технологами.
Контрольными операциями являются: контроль за набором и взве-
шиванием шихты; контроль установленного процесса плавки; проверка
температуры металла при выпуске из печей и при заливке; соблюдение
технологических правил заливки.
Помимо этого, контроль качества осуществляется контролерами
ОТК по результатам лабораторных испытаний, проведенных с целью
проверки механических свойств, микроструктуры и химического со-
става металла.
5. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК
Основные способы контроля качества отливов в литейном цехе
включают в себя наружный осмотр, проверку размеров отливок, кон-
троль массы отливок, изготовление пробных отливок и специальные
методы контроля и испытания.
Наружный осмотр — самый распространенный к быстрый метод
контроля качества отливок, позволяющий выявить видимые поверх-
ностные дефекты. Для обнаружения трещин при наружном осмотре
используют лупы, простукивание отливок, смачивание отливок керо-
сином или маслом.
Для проверки размеров отливок и их соответствия чертежам осу-
ществляют разметку, при которой устанавливаются допуски, припуски
на механическую обработку, расположение отверстий и т. д. С целью
сокращения трудоемкости операций по разметке применяют измери-
тельные шаблоны.
В условиях массового или крупносерийного производства разметку
необходимо проводить через каждые два-три месяца,
331
контроль массы отливок проводится с целью выявления соответ-
вия их техническим условиям. При массовом и крупносерийном про-
шодстве контрольное взвешивание проводят через каждые два-три
зсяца. Нормативная масса определяется как среднее от взвешивания
) отливок, если отливки имеют массу до 10 кг, и как среднее от
свешивания 10 отливок массой до 50 кг. Тяжелые отливки взвеши-
аются все.
Существуют и специальные способы контроля и испытания отливок,
рименяемые для контроля таких свойств отливок, как проницаемость,
ислотоупорность.
. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ
ЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК
Наиболее распространенными способами технического контроля
качества отливок являются: просвечивание рентгеновскими лучами, про-
менивание гамма-лучами, магнитные испытания, ультразвуковой и
поминесцентный контроль. Этими способами выявляют внутренние
пороки литья.
Рентгеноскопия. Этот способ применяется для просвечивания
отливок толщиной до 15 мм с целью выявления внутренних дефектов.
Просвечивание осуществляют рентгеновскими лучами, используя для
этой цели специальные аппараты с электронно-оптическими преобра-
зователями. Как правило, такие аппараты работают в сочетании с теле-
визионными приставками, дающими изображение на экране.
Гаммаскопия. Просвечивание гамма-лучами, получающимися при
излучении радиоактивных изотопов, позволяет обнаруживать внутрен-
ние пороки в отливках, имеющих толщину более 15 мм.
Для этой цели используют искусственные радиоактивные вещества
(Со60, Zn65, Ge14’ и др.), помещенные в специальные стеклянные или ме-
таллические герметические ампулы, упакованные в свинцовые кон-
тейнеры.
Имеет применение и гамма-фотографирование, при котором резуль-
таты просвечивания фиксируются на фотопленке, что позволяет вы-
явить размер дефекта.
Магнитная дефектоскопия. Способ основан на свойстве потока
магнитных силовых линий менять свое направление, проходя через
отливку, при встрече раковин, засоров, неметаллических включений
и т. п. Рассеяние магнитного поля над дефектом обнаруживают инди-
каторами.
Контроль осуществляют при помощи магнитных дефектоскопов,
магнитных порошков, вихревых токов.
Ультразвуковой контроль. Ультразвуковой способ контроля осно-
ван на изменении поглощения и отражения ультразвуковых волн в от-
ливках при встрече с внутренними пороками.
Границы дефекта определяют по изменению поверхностей пленки
трансформаторного масла, покрывающего отливку при прохождении
ультразвука.
Контроль проводят на отливках, имеющих механически обработан-
ную поверхность.
«Люминесцентный контроль. Этот способ контроля проводят в такой
последовательности. На обезжиренную поверхность отливки наносится
флюоресцирующий раствор, который заполняет все поверхностные
332 ч ,
трещины. Затем поверхность подсушивают и покрывают сухим тонко-
измельченным порошком окиси магния (MgO) или кальция (СаО). При
осмотре отливки в ультрафиолетовом свете свечение флюоресцирую-
щего раствора показывает расположение трещин.
Статистический контроль в литейном цехе. Этот вид контроля
основан на использовании математических законов теории вероят-
ности и математической статистики; применяется в основном в цехах
массового производства.
Сущность процесса заключается в периодическом отборе отливок
для проведения контрольных проверок с целью выявления отклонений
от контрольных параметров. Такими параметрами могут быть: хими-
ческий состав, механические свойства, состав шихты, свойства фор-
мовочных и стержневых смесей и т. д.
Данные контроля заносятся на диаграммы, на которых указаны
технические пределы отклонений от контрольных параметров. Анализ
диаграмм позволяет выявить наиболее повторяющийся вид брака и
определить причины его возникновения-
7. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОКОВ ОТЛИВОК
И МЕРЫ ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
Все пороки отливок по своим внешним признакам, причинам воз-
никновения и мерам предупреждения подразделяются на следующие
основные группы: раковины, трещины, пороки поверхности, несоот-
ветствие формы, размеров и массы отливок чертежам; несоответствие
металла отливок требованиям ГОСТов и техническим условиям.
Характеристика видов пороков, входящих в эти группы, и меры их
предупреждения даны в табл. 1.
В зависимости от характера дефектов и соответствия отливок тех-
ническим условиям и ГОСТам, отливки разделяются на годные, услов-
ный брак, исправимый брак и окончательный брак.
В соответствии с принятым разделением отливок на группы к ис-
правимому браку относятся отливки, которые могут быть исправлены.
Основные способы исправления дефектов отливок: электродуговая и га-
зовая заварка; пайка; заделка раковин и отверстий пробками и завергы-
шами; металлизация; подчеканка; заделка замазками и пропитка. При-
менение всех этих способов в зависимости от характера дефекта дано
в табл. 2.
Электрическая заварка. Наиболее широкое распространение для
исправления пороков литья получила заварка металлическими элек-
тродами.
При исправлении ответственных чугунных отливок применяется
горячая заварка, при которой отливки нагревают до 550—700° G
Сварка осуществляется чугунными электродами (ГОСТ 2671—44,
марка А) диаметром С—25 мм, с покрытиями ОМЧ-1, МВТУ и др.
Сварное соединение характеризуется высокой прочностью и одно-
родностью, равноценными основному металлу.
Для заварки нссквозных пороков на несложных по форме чугунных
отливках (шкивы, части станин) применяется полугорячая электроду-
говая сварка с нагревом отливок до 400° С. Она осуществляется электро-
дами из малоуглеродистой стали марок Св-08 и Св-15 (ГОСТ 2246—бО)
диаметром 4—8 мм, с покрытиями СЧ, ЭМЧС и др. Твердость шва по
сечению неравномерна»
333
блица 1
фекты отливок и меры их предупреждения
Виды дефектов Причины их возникновения Меры предупреждения
Газовые раковины. Имеют сферическую или округленную фор- му с гладкой блестя- щей поверхностью, часто синеватого от- тенка Корольки (только у чугунного литья), представляющие одну из разновидностей га- зовых раковин, когда капли затвердевшего металла находятся внутри открытой или закрытой раковины Шлаковые ракови- ны. Открытые или за- крытые пустоты в теле отливки, полностью или частично запол- ненные шлаком Земляные раковины, представляющие пу- стоты, заполненные формовочными мате- риалами Раковины Высокая насыщен- ность разами расплав- ленного металла при заливке форм ввиду за- грязненности шихты и избыточн ого воздушн о- го или кислородного дутья Неправильная кон- струкция литниковых систем, вызывающая подсос воздуха, боль- шую высоту падения струи металла на дно формы, а также непра- вильный вывод газов из формы Нарушение техноло- гического режима за- ливки форм Плохая сушка форм и стержней Разбрызгивание или сплескивание металла при большой высоте па- дения струи на дно формы Несоблюдение режи- мов заливки, очистки металла от шлака и тре- буемой температуры заливки Неправильная лит- никовая система Нарушение целостно- сти форм или стержней* а) нарушение техно- логии изготовления форм и стержней; Тщательный отбор шихтовых материалов. Соблюдение техноло- гических режимов дутья. Улучшение рас- кисления металла Улучшение кон- струкции литниковых систем с целью увели- чения времени выхода газов Уменьшение длины струи и увеличение температуры заливки Соблюдение техно- логического режима сушки Уменьшение длины струи металла и изме- нение конструкции литниковой системы Улучшение очистки заливаемого металла от шлака Правильный подбор шлакоуловителей лит- никовой системы. Уста- новка фильтроваль- ных сеток в литнико- вые чаши или воронки Равномерное уплот- нение и достаточное крепление форм Правильный выбор состава смесей. Улуч- шение отделки форм и контроль перед сбор- кой
334
Продолжение табл. 1
Виды дефектов
Причины
их возникновения
Меры предупреждения
Усадочные ракови-
ны, рыхлоты и пори-
стость. Открытые или
закрытые пустоты в те-
ле отливки, имеющие
шероховатую поверх-
ность с грубокристал-
лическим строением
б) использование не-
правильной модельной
оснастки;
в) неправильная кон-
струкция литниковой
системы, вызывающая
размыв формы или стер-
жня?
. г) недостаточное
укрепление выступаю-
щих частей формы?
д) слабая, а также не-
равномерная набивка
форм и стержней
Нетехнологичная кон-
струкция отливки
Горячие трещины.
Возникают в отливках
при высоких темпера-
турах и имеют рваные
«кисленные края, по-
чти черного цвета
Чрезмерно высокая
температура заливки,
увеличивающая усадку
Трещины
В резул ьтате тормо-
жения усадки металла
в форме:
а) неправильная кон-
фигурация отливки:
Улучшение качества
моделей, форм н стерж-
невых ящиков
Улучшение кон-
струкции литниковой
системы. Изменение
подвода питателей
Улучшение укреп-
ления выступающих
частей формы
Улучшение плотно-
сти и равномерности
набивки
Устранение «горя-
чих мест» в отливке.
Обеспечение направ-
ленного затвердева-
ния установкой при-
былей, бобышек
Уменьшение темпе-
ратуры заливки
Холодные трещины.
Возникают в остывших
отливках и имеют
прямолинейные края
с легкими цветами по-
бежалости
б) большая скорость
охлаждения отливок
в форме, неправильное
и недостаточное пита-
ние отливок*
в) малая податли-
вость фоомы и стержня
Не допускать соче-
тания в отливках тон-
ких и толстых сечений
с резкими переходами.
Обеспечение свобод-
ней усадки отливок
Правильный подвод
металла Установка
холодильников
Неравномерное охла-
ждение отлпвки в фор-
ме, вызывающее дей-
ствие упругих напря-
жений, возникающих
при термическом тор-
можении усадкн
Изменение плотно-
сти набивки формы и
сое гава формовочной
и стержнев ой смесей,
применение пустоте-
лых стержней
Выравнивание ско-
рости охлаждения
различных частей от-
ливки равномерным
подводом металла,
установкой холодиль-
ников; использование
формовочных смесей
с повышенной тепло-
проводностью ж введе-
ние в них специальных
добавок, увеличиваю-
щих податливость форм
335
Продолжение табл. 1
Виды дефектов Причины их возникновения Меры предупреждения
Пороки поверхнос т и
Пригар. Грубая ше- роховатая поверхность отливки, возникаю- щая при химическом взаимодействии рас- плавленного металла н формовочных мате- риалов или в резуль- тате механического проникновения жид- кого металла в поры формы Недостаточная огне- упорность формовоч- ных материалов Недостаточная по- верхностная прочность форм, а также малая прочность набивки форм Плохое окрашивание форм и неправильный состав краски Изменение состава формовочных и стерж- невых смесей Улучшение техно- логии формовки Изменение состава краски и улучшение покрытия формы.
Сосредоточенная лит- никовая система, мест- ный разогрев формы или стержня возле питате- лей. Повышенная тем- пература заливаемого металла Изменение конструк- ции литниковой систе- мы. Выдержка металла в ковше перед залив- кой
Спаи. Сквозные или поверхностные щели в отливках с блестя- щей поверхностью и закругленными кром- ками Неудовлетворитель- ные физико-химические свойства сплава;-* пони- женная жидкотеку- честь, недостаточная температура. Наруше- ние технологического процесса заливки Повышение жидко- текучести сплава из- менением содержания отдельных элементов. Соблюдение техноло- гического процесса за- ливки
Недостаточная газо- проницаемость формы Образование скопления газов, паров, воздуха, вызывающее сопротив- ление поступлению ме- талла в форму Установка выпоров Накалывание венти- ляционных каналов
Повышенная тепло- емкость и теплопровод- ность формы (при литье в металлические формы) Нагрев металличе- ских форм перед за- ливкой до 180—200r С
Недостаточная за- полняемость формы вследствие малого сече- ния литников и питате- лей и низкой температу- ры заливаемого металла Улучшение кон- струкции литниковой системы. Соблюдение технологического ре- жима заливки
Ужимины. Неглубо- кие узкие впадины в теле отливки, покры- тые слоем металла и формовочной смеси Неправильные тех- нология изготовления формы и подбор формо- вочных материалов, снижающие газопрони- цаемость формы. Повы- шенная плотность фор- мы Равномерная и до- статочно плотная на- бивка форм. Улучше- ние ее газопроницае- мости. Снижение влаж- ности формовочной смеси, улучшение ее перемешивания
Неправильная кон- струкция литниковой системы, обусловливаю- щая замедленное пита- ние жидким металлом Улучшение кон- струкции литниковой системы. Увеличение сечения питателей и равномерное распре- деление их по контуру отливки
336
П родолжение г^абл. /
Виды дефекте.. Причины их возникновения Меры предупреждения |
Наросты. Металли- ческие образования иа поверхности отлив- ки Заливы. Неопреде- ленной формы высту- пы, приливы, ребра на теле отливки Перекос и разно- стей н ость. Характери- зуются сдвигом отно- сительно друг друга отдельных частей или полостей отливки Коробление отли- вок. Искажение форм и конфигурации отли- вок под действием внутренних напряже- ний, вызванных нерав- номерной усадкой от- ливок Разрушение формы Неисправность мо- дельно-опочной осна- стки: искривление мо- дельных плит и моде- лей, коробление опок, неудовлетворительное состояние спариваю- щих штырей, недоста- точное скрепление или загрузка форм Небрежная сборка полуформ Несоответствие стерж- невых знаков на моде- лях и стержневых ящи- ках Некачественное со- стояние опок и штырей. Изношенная модельная оснастка Неправильная уста- новка стержней в форму Неправильная сушка Неправильная кон- струкция отливок Малая податливость формы или стержня Ранняя выбивка - от- ливок. Деформация от- ливки при термообра- ботке Равномерное и до- 1 статочное уплотнение I смеси в форме. Улуч- 1 шение отделки формы 1 и крепления вв’сту- | пающих частей. Пра- 1 вильная конструкция 1 литниковой системы, предотвращающая раз- | мыв формы струей ме- 1 талла 1 Проверка состоя- I ния модельно-опочной 1 оснастки. Правиле- 1 ный подбор грузов и 1 тщательное скрепле- 1 ние форм перед залив- 1 кой Не допускать неправ- | лений и подчистки | форм на плоскости разъема. Проверить 1 плотность посадки опок 1 на плиту Контроль оснастки | Устранить зазоры во втулках опок и за- менить искривленные штыри Крепление стержней жеребейками. Приме- нение контрольных шаблонов и кондукто- ров при установке стержней. Не допу- скать одностороннего расталкивав ня модели при выемке из формы Предотвращение де- формации форм и стержней прн сушке Устранение нерав- номерности сечений от- ливки Выбор необходимого состава формовочных в стержневых смесей Соблюдение техно- логии формовки, уста- новка ХОЛОДИЛЬНИКОВ на толстых сечениях. Выбор правильного режима термической обработки и \ кладки отливок в печн
337
Продолжение табл. J
Виды дефектов Причины их возникновения Меры предупреждения
Несоответствие мас- сы и размеров отливок чертежу Неправильные раз- меры модели и стержне- вого ящика, плохое со- стояние опочной осна- стки Проверка модельно- опочной оснастки и устранение имеющих- ся несоответствий раз- меров
Небрежная сборка и крепление форм перед заливкой. Недостаточ- ная жесткость опоки Проверка с помощью шаблонов правильно- сти сборки. Примене- ние конструктивно бо- лее жестких опок. Уве- личение загрузки форм перед заливкой
Деформация стерж- ней во время сушки и прогиб при заливке ввиду недостаточной жесткости каркаса Упрочнение карка- сов стержней, укладка стержней на драйеры для сушки
Неправильный рас- чет усадки сплава при затвердевании отливки Внесение соответ- ствующих корректи- вов в размеры модель- ной оснастки
Несоответствие структуры металла техническим требова- ниям, выражающееся в повышенном или по- ниженном содержании в сплаве отдельных элементов Неправильный выбор состава шихты, нару- шение режима плавки Изменение состава шихты. Соблюдение технологии плавки. Применение шихто- вых материалов из- вестного химического состава и проведение их контрольных ана- лизов
Несвоевременная вы- бивка отливок из форм Соблюдение техно- логических требова- ний при выбивке от- ливок
Неправильная тер- мообработка отливок Выбор правильного режима термообработ- ки
Несоответствие ме- талла по механическим свойствам требовани- ям ГОСТа Несоблюдение тех- нологических режимов плавки. Неправильный расчет шихты и подбор шихтовых материалов Правильный расчет шихты. Своевременное и полное раскисление и проведение модифи- цирования сплава
Несоответствие ме- талла отливок специ- альным техническим условиям по жаро- упорности, коррози- онностойкости, ма- гнитным свойствам и т. п. Неправильный выбор химического состава металла Режим термообработ- ки отливки, не соответ- ствующий составу спла- ва и не обеспечивающий требуемых свойств Подбор состава ме- талла, обеспечиваю- щего нужные свойства Строгое соблюдение режима термообработ- ки
Крупнозернистая столбчатая структура ^Понижение темпе- ратуры заливки
ЗЗь
Таблица 2
Основные методы исправления пороков
Вид порока Метод устранения
Различные раковины (земля- ные,- газовые, усадочные и т. п.) Электродуговая и газовая сварка; за- мазка (при отсутствии механическоГ! об- работки отливок); металлизация мелких раковин; заделка пробками и вставками
Ужиминыг трещины,- спаи Электродуговая и газовая сварка; за- мазка и металлизация поверхности
Усадочные рыхлоты, пори- стость, мелкие раковины .Подчеканка, пропитка различными со- ставами под давлением
Пригар, заливы и наросты Обрубка и обдирка
Недоливы, механические по- вреждения и нарушение раз- меров Электросварка, газовая сварка,- меха- ническая обработка
Несоответствие микрострук- туры и физико-механических свойств сплава отливок требо- ваниям ГОСТов и техническим условиям Соответствующая термическая обра- ботка отливок
Электродуговая сварка без предварительного подогрева, так назы-
ваемая холодная, применяется для заварки отдельных несквозных поро-
ков и небольших неплотностей, создающих течи, на отливках ответ-
ственного назначения.
Сварка производится медно-железнымп электродами 034-1
(ГОСТ 850—41) диаметром 3—5 мм, с покрытием УСНИ 13/55 или медно-
никелевыми электродами диаметром 3—6 мм, с покрытиями МСТ и К-51.
Используются также железо-никелевые электроды Ц4-ЗА диаметром
4—6 мм и стальные электроды Ц4-4 (Г()СТ 2246—60, марка Св-08), диа-
метром 3—4 мм, со специальным покрытием.
При необходимости получения высоких механических свойств шва
в месте заварки устанавливают шпильки.
Заварку стальными электродами производят с частыми и короткими
перерывами во избежание разогрева места заварки. Для предотвра-
щения повышения твердости в месте заварки применяют комбиниро-
ванные электроды, например стальной с обмазкой, вставленный в мед-
ную трубку.
Особенности электрозаварки стальных отливок определяются со-
держанием в стали углерода и легирующих элементов (*.абл. 3).
Электрозаварка бронзовых и латунных отливок осуществляется
с предварительным нагревом их перед заваркой до 50Э—550е С Заварка
производится угольными электродами с применением флюсов и приса-
дочных материалов, выбираемых в зависимости от состава сплава.
После заварки осуществляется отжиг при 600 С для латунных отливок
или закалка в воде при 450—500° С для бронзовых отливок.
При заварке алюминиевых отливок производится предварительный
подогрев до 250—350° С, а затем отжиг после заварки при 350b С с охла-
ждением на воздухе.
339
Таблица 3
Особенности электрозаварки дефектов стальных отливок
различных групп
Группа стальных отливок Особенности электрозаварки Типы электродов и покрытий
Отливки из углеро- диетой (до 0,3% С) и низколегированных сталей (до 0,15% С) Отливки из углеро- дистой стали (0,3— 0,5% С) и низколеги- рованной стали (0,15— 0,3% С) Отливки из углеро- дистой стали (> 0,5% С) и низколегированной стали (>0,3% С) Отливки из марган- цевой стали Отливки из хроми- стой стали Отливки из высоко- хромистых и хромони- келевых сталей Отливки из марган- цевой стали Отливки с толщиной стенки до 40 мм заваривают без подогрева; толщиной св. 40 мм — с местным разо- гревом до 100—150° С Все отливки заваривают- ся с местным разогревом до 150—200° С. После заварки высокий отпуск при темпе- ратуре 600—620° С Обязательный местный разогрев отливок перед за- варкой до температуры 350—420° С. Отпуск для снятия сварочных напряже- ний при температуре 600— 650° С Обязательный местный разогрев до 200° С и отпуск после заварки при 600— 620° С Местный подогрев до 250—300° С с последующим отпуском после ваварки при 600—650° С Обязательный нагрев до 300—350° С о последующим отпуском после заварки при 700* С или отжигом при 870° С Предварительная закал- ка отливок перед заваркой Э34, с покрыти- ем А1; Э42 с по- крытием ОММ-5 или ЦМ-7 Э42А с покры- тием УОНИ 13/45, Э50А 960 с покры- тием УОНИ 13/65; Э70 с покрытием ОММ-5 Э50А с покры- тием УОНИ 13/55; Э70 с покрытием К-7 К-70 с покры- тием К-7; Э60 с покрытием УОНИ 13/65 Э42 с Покрытием НЗЛ Проволока из малоуглеродистой никелемарганцевой стали
Электроды выбираются в соответствии с составом металла отливки.
Газовая заварка. Такой вид заварки осуществляется ацетилено-
кислородным пламенем. Этот способ гарантирует высокую прочность
и плотность сварного соединения, а также однородность химического
состава и механических свойств наплавленного металла.
Отливка нагревается до температуры 600—700° С для снятия вну-
тренних напряжений и предотвращения появления трещин. В качестве
присадочного материала применяются прутки из металла, состав ко-
торого соответствует составу сплава отливки диаметром 6—15 мм. Диа-
метр прутка должен быть равен половине толщины стенки заваривае-
мой отливки.
Для предупреждения окисления металла используют в качестве
флюсов буру или борную кислоту.
Металлизация отливок. Процесс исправления дефектов литья
металлизацией в принципе одинаков для чугунных, стальных отливок
и отливок из цветных сплавов. Он заключается в зачистке и разделке
340
дефектных мест и нанесении слоя металла, расплавляемого электри-
ческим током и распыляемого сжатым воздухом.
В качестве наносимого металла используют цинк или мягкую сталь;
толщина слоя металла от 0,3 до 1,0 мм.
Металлизацию осуществляют для чугунных отливок с помощью
электродугового пистолета ЛК-2, для стальных — электрометаллиза-
торами марок ЭМЗ и ЭМ1.
Исправление дефектов пропиткой. Пропитка чугунных отливок
бакелитовым лаком осуществляется в такой последовательности; на-
грев отливок до 150—200° С; заполнение бакелитовым лаком
(ГОСТ 901—71), опрессовка под давлением до 7 кгс/см2 с выдержкой до
появления лака через поры; воздушная сушка и термообработка
в электропечи; очистка и гидроиспытание.
Применяется также пропитка чугунных отливок окисла ми железа
на специальных гидропрессах, а также раствором хлористого аммония
(NH4Ci) для предотвращения потения при гидроиспытании.
Пропитка стальных отливок бакелитовым лаком осуществляется
так же, как и для чугунных отливок.
Помимо бакелитового лака для увеличения плотности стальные
отливки опрессовывают жидким стеклом при давлении 2—3 кгс/см-
с предварительным подогревом отливки до 85—95’ С бе? последующей
термообработки.
Исправление пористости отливок из цветных сплавов (бронзы и ла-
туни) осуществляется одним из трех способов: пропитка бакелитовым
лаком с последующей термообработкой; запрессовка пор отливок жидким
свинцом; термообработка по режиму; нагрев до 650—700’ G, выдержка
2—2,5 ч, охлаждение на воздухе.
Приложение
Таблица I
Основные химические элементы
Название Символ Атомная масса Плотность (удельный вес), г/см3 Темпера- тура плав- ления, °C Темпера- тура ки- пения,- °С
Алюминий А1 26,970 2,700 658,9 1800*0
Бериллий Be 9,020 1,-850 1285,0 1500,0
Ванадий V 50,950 5,680 1610,0 3000*0
Водород Н 1,003 Ж при 252,7° С — 257,-0 — 252*7
Вольфрам W 183,920 19,300 3370 5920*0
Железо Fe 55,850 7,860 1530,0 3000,0
Кислород О 16,000 Ж при 183° С — 218,8 —182.97Х
Кобальт Со 58,940 ч 8,900 1490,0 2900,0
Кремний Si 28,060 2,400 1427,0 j 2287*0
Магний Mg 24,320 1,740 641,0 1107,0
Марганец Мп 54,930 7*440 1242,0 2151,0
Медь Си 63,570 8,945 1083,3 2360,0
Молибден Мо 95,950 10,200 2620,0 4800,0
Никель NL 58,690 8,900 1452,0 2900,0
Олово Sn 18,700 7,280 белое 231*9 2270,0
5,-700 серое
Свинец Pb 207,210 11,340 327,0 1744,0
Сера S 32,060 1,960 118,95 444,5
Сурьма Sb 121,760 6,620 630,5 1440,0
Титан Ti , 47*900 4,540 1813,0 5100,0
Углерод G 12,010 3,5 (алмаз) 3500,0 4830,-0
Фосфор Р 30,980 1*820 44*0 280,0
Хром Сг 52,010 7,140 1550,0 2480,0
Цинк Zn 65,380 7,140 419*4 907*0
Цирконий Zr 91,-220 6,400 1700,0 5050*0
Примем а н и е. Ж — жидкость
342
Таблица2
Плотность некоторых твердых и жидких тел
Материалы Плотность. г/см3 Материалы Плотность, г/см3
Твердые ма Антрацит Асбест (в среднем) Асбестовый кар- тон Алебастр Алюминиевые сплавы Бентонит Бетон Бронза Бурый уголь Воск Гипо сухой Глина свежевы- рытая Глина сухая Графит Доломит Известняк Дерево: береза сухая береза све- жая сосна сухая сосна све- жая ель сухая > свежая Древесный уголь (в порошке) Каменный уголь Кварц Кирпич строи- тельный Кирпич шамотный Кокс т е р и а л ы 1,4—1/6 2,5 1,2 2,3—2,8 2,5—2,9 - 0,9 1,7—2,2 7,4—9,2 1,2—1,5 0,9—1,0 1,0 1,7—1,9 1,5—1,6 1,9—2,3 2,8—2,9 2,5—2,8 0,5—0,7 0,8—1,0 0,3—0,8 0,4—1,0 0,3—0,6 0,4—1,0 0,3—0,45 1,2—1,5 2,5—2,8 1,4— 1,8 1,8—2,2 1.2—1,4 Латунь литая Мел Мрамор Плавиковый шпат Пробка Смола Стальное литье Стеарин Стекло зеркаль- ное Тальк Фарфор Цемент Чугун белый » серый Шлак ваграноч- ный Жидкое Ацетон Бензин Вода Глицерин Жидкое стекло Керосин при тем- пературе 15е С Льняное масло при температуре 15е С Мазут Машинное масло Минеральное мас- ло Скипидар Спирт 8,5—8,6 1 1,8—2,6 1 2,52—2,85 1 3,1—3,2 0,25 1,0—1,1 7,5—7,9 1 0,9—1,0 ( 2,5—2,7 1 2,7 2,4—2,5 1,5—2,0 7,3—7,6 7,0—7,3 2,8—3,0 । т я 0,79 0,7—0,75 1,0 1,26 I 1,43—1,55 I 0,79—0.82 1 0,95 ' 0,91 — 0,95 I 0.90—0,92 0,80 — 1,10 I С, 85 0.80
343
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
„„„ Альтман М’ Лебедев А. А.» Чухров М. В. Плавка и литье легких
сплавов. М., «Металлургия», 1969. 680 о.
.. ».2, Анисимов Н. ф., Благов Б. Н. Проектирование литых деталей.
М.. «Машиностроение», 1967, 272 с.
3. Белоусов Н. Н. Плавка и разливка сплавов цветных металлов.
Л.,- «Машиностроение», 1969, 108 о.
4. Берг П. П. Формовочные материалы. М.— Л.» Машгиз, 1963, 480 о.
5. Вышемирский М. М. Изготовление стержней. Л., Машгиз, 1961,-
74 а.
6. Габерцетель А. И. Плавка и разливка чугуна. Л., 1969, 90 с.
7. Денисов И. С. Литейные формы и их сборка. М., «Высшая школа»,
1970, 252 о.
8. Жебин М. М. Ручное изготовление литейных форм. М.,- «Вывшая
школа», 1970, 279 G. -
9. Кадников В. Г. Машинная формовка. Л., Машгиз, 1961. 70 о.
1962 142 *^адников А’* Липницкий А. М. Сушильщик. М.—Л., Машгиз,
11. Колобнев И. Ф-j Крымов В. В.» Мельников А. В. Справочник ли*
тейщика. Цветное литье из легких сплавов. М., «Машиностроение», 1974,
415 с
12. Кузелев М. Я., Скворцов А. А., Смеляков Н. Н. Справочник литей-
щика. М.—Свердловск, Машгиз, 1961, 579 с.
13. Леви Л. И., Кантон и к С. К* Литейные сплавы, М., «Высшая школа»,
1967, 347 с.
14. Липницкий А. М. Изготовление стержней в литейном производстве.
Л.« Лениздат, 1961, 171 с.
15. Липницкий А. М. Формовка вручную. Л., «Машиностроение»*
1969, 103 с.
16. Липницкий А. М. Плавка чугуна и сплавов цветных металлов. Л.,
«Машиностроение», 1973, 191 с.
17. Мариенбах Л. М., Соколовский Л. О. Плавка сплавов цветных ме-
таллов для фасонного литья. М., «Высшая школа», 1967, 248 о.
18. Морозов И. В. Литье под давлением. Л., «Машиностроение», 1969,
74 G.
19. Петриченко А. М. Книга о литье. Киев, '«Техника», 1972, 278 в.
20. Полисюк Э. П. Сушка литейных форм инфракрасными лучами. —
«Литейное производство», 1957, № 2.
21. Рубцов Н. Н. История литейного производства в СССР. М., Маш-
гиз, 1962, 287 о.
22. Рубцов Н. Н.,' Балабин В. B.J Воробьев М. И. Литейные формы.
М., 1969, 360 с.
23. Рыжиков А. А. Технологические основы литейного производства.
М.г Машгиз, 1962, 527 с.
24. Соколов А. Н. Литейные сплавы, применяемые в машиностроении.
Л.,. «Машиностроение»,- 1969, 127 с.
25. Соколов А. Н. Основы литейного производства. Л., Лениздат, 1957,
337 с. z
26. Соколов А. Н. Плавка и разливка стали. Л., Машгиз, 1961, 115 о.
27. Соколов А. Н„ Липницкий А. М. Механизация работ по обрубке
и очистке литья. М.—Л.,- Машгиз, 1957, 179 с.
28. Сосненко М. Н. Современные литейные формы. М., «Машинострое-
ние», 1967, 287 с. тт « г-
29. Справочник по чугунному литью. Под ред. проф, Н. Г. Гиршовича.
М.~Л., Машгиз, 1961, 800 G. ' . <
30. Справочник литейщика. Чугунное литье. Под ред. проф. Н. н. Руб-
цова. М., Машгиз, 1961, 774 с. '
31. Справочник литейщика. Фасонное стальное литье. Под ред. проф.
Н. Н. Рубцова. М., Машгиз, 1962, 611 с.
32. Справочник литейщика. Фасонное литье из тяжелых цветных ме-
таллов. Под ред. проф. Н. Н. Рубцова. М., Машгиз, 1962, 400 с,
33 Технические и экономические основы литейного производства. Под
оед проф. В. М. Шестопала. М., «Машиностроение», 1974, 302 о.
34. Технология металлов и других конструкционных материалов. Под
ред. канд. техн, наук А. М. Дмитровича. Минск, «Выщэйшая школа»,- 1968.
49z g«
*35. Шацких М. И. Формовочные и стержневые смеси. Л., «Машинострое-
НИе*’ 369бЭльцуфин С. А. Литье повышенной точности. Л., «Машиностроение»,
1969, 112 Q.