/
Текст
П. Н. АКСЕНОВ,
д-р tcvh. наук, проф.
ТЕХНОЛОГИЯ
ЛИТЕЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Допущено Управлением учебными заведениями
Министерства автомобильной промышленности СССР
в качестве учебника для техникумов
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
М о с. к в а 19 5 7
Книга написана в соответствии с существующей
программой специального курса .Технология ли-
тейного производства* для машиностроительных
техникумов и должна служить систематическим
учебником по этой дисциплине. Приведенный
в книге материал может представить интерес
и для производственников.
Рецензенты канд. техн, наук доц. Н. Д. Титов
и д-р техн, наук проф. Л. И. Фанталов
Редактор канд. техн, наук Л. С. Константинов
Редакция литературы по тяжелому машиностроению
Зав. редакцией инж. С. Я- ГОЛОВИН
ПРЕДИСЛОВИЕ
Процесс производства отливок распадается на три основных
этапа: 1) изготовление литейных форм, 2) приготовление жидкого
металла и 3) получение отливок с последующей выбивкой их из
форм, обрубкой, очисткой и термообработкой.
В соответствии с этим разделением производственного процесса
и рассмотрение основных технологических процессов литейного
производства сгруппировано в первых трех частях книги, посвя-
щенных: 1) литейным формам и их изготовлению, 2) литейным
сплавам и приготовлению жидкого металла и 3) получению отливок.
Материал этих основных частей курса рассматривается преиму-
щественно на базе преобладающего в машиностроении чугунолитей-
ного производства.
Особенности производства отливок из ковкого чугуна, стали и
сплавов цветных металлов, а также специальные методы отливки
(кокильное литье, непрерывное литье, отливка под давлением,
центробежное литье, литье по выплавляемым моделям, литье в
оболочковые формы) рассматриваются в четвертой части книги.
Такое отдельное рассмотрение разновидностей технологии литей-
ного производства соответствует утвержденной программе курса и
дает возможность более четко показать специфику различных видов
литья.
Последняя, пятая часть книги содержит изложение основ проекти-
рования литейных цехов и включает в себя в соответствии с про-
граммой расчеты по технологической части проекта литейного цеха
и вопросы планировки литейных цехов.
1*
ВВЕДЕНИЕ
1. РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ
Для изготовления фасонных деталей машин в подавляющем боль-
шинстве случаев применяют фасонные же заготовки, которые путем
механической обработки, т. е. снятия стружки на трущихся и сопря-
гаемых поверхностях, доводятся до размеров и конфигурации окон-
чательных чистовых деталей. Такие фасонные заготовки могут быть
литыми, штампованными или сварными.
Заготовка по форме и размерам должна максимально прибли-
жаться к окончательной чистовой детали, т. е. иметь минимальные
припуски на снятие стружки, а также должна обеспечивать необхо-
димое качество детали в отношении физико-механических свойств
металла. Вместе с тем изготовление самой заготовки тем или иным
способом должно быть по возможности дешевым.
Литейное производство заключается в получении отливок путем
заливки расплавленного металла в особые литейные формы. Эти
отливки могут являться или окончательно готовыми изделиями,
или же служить заготовками, из которых путем снятия стружки на
обрабатываемых поверхностях будут изготовляться детали, идущие
на сборку машин. Формы изготовляются в большинстве случаев из
специальных формовочных смесей типа земель и служат для полу-
чения лишь одной отливки, после чего при выбивке (особождении)
отливки разрушаются. Такие формы называются разовыми.
Кроме земляных, в современном литейном производстве приме-
няются'также разовые формы, изготовляемые из особых керами-
ческих твердеющих составов (для литья по выплавляемым моделям и
литья в корковые формы), и многократно используемые литейные
формы, изготовляемые из огнеупорных масс, а главным образом из
Металла. Методы отливки в металлические формы (кокильное литье,
литье под давлением) представляют особый интерес для машино-
строения, потому что позволяют резко повысить чистоту поверхно-
сти и точность отливок. Точные и чистые отливки изготовляются с
Уменьшенными припусками на механическую обработку, а во
Многих случаях поступают на сборку машин, вовсе не подвергаясь
Механической обработке. Сокращение механической обработки дета-
лей дает большую экономию станкочасов и трудочасов в механосбо-
рочных цехах завода.
6
ВВЕДЕНИЕ
Для уяснения сущности технологического процесса литейного
производства рассмотрим приведенную на фиг. 1 схему.
На фиг. 1 показана отливка 1 (отливаемая деталь), предста-
вляющая собой втулку. Внутренняя полость ее при заливке полу-
чается с помощью куска формовочного (точнее стержневого)
Фиг. 1. Основные элементы процесса получения отливки.
материала таких же очертаний и размеров, как и полость отливки.
Этот кусок называется стержнем. Для изготовления стержня 2
формовочный материал набивается в стержневой ящик 5;
после выкладывания из ящика стержень подвергается сушке в су-
шильной печи. Сухой стержень ставится в литейную форму при ее
сборке. В форме стержень опирается на свои два конца, которые
называются стержневыми знаками. Длина стержня де-
лается* больше длины полости отливки, которую он образует, на
длину своих знаков. Стержень является частью литейной формы.
Полость в литейной форме, куда будет при заливке поступать
жидкий металл, получается с помощью модели 4. Модель втулки
состоит из двух половинок, которые взаимно центрируются. Модель 4
не имеет полости, последняя в отливке образуется стержнем. По торцам
роль и ЗНАЧЕНИЕ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ 7
модель имеет выступы 5 для получения отпечатков в литейной форме,
на которые ляжет при сборке стержень. Эти выступы на модели
также называются стержневыми знаками.
Литейная форма для втулки делается из двух половин —
верхней 6 и нижней 7. Половины формы набиваются формовочной
землей в чугунных или стальных рамках, которые называются
о п о к а м и. На схеме показаны верхняя опока 8 и нижняя опока 9.
Для наглядности литейная форма показана разрезанной (вырезана
четверть формы). Виден стержень 2 (также частично разрезан) и
полость формы (будущая отливка) вокруг него. Жидкий металл при
заливке поступает в полость формы по так называемым литни-
ковым канала^ 10. Металл в литниковую воронку зали-
вается из литейного ковша. В правом нижнем углу на фиг. 1 показана
отливка с литниковой системой после выбивки ее из формы.
Литейной формой, изготовленной из формовочной земли, можно
пользоваться только один раз, так как при извлечении отливки
(выбивке отливки) такую форму разрушают. Освободив-
шаяся при выбивке отработанная (стараяили горе-
лая) земля вновь перерабатывается и снова используется для
изготовления следующих литейных форм. После выбивки из отливки
удаляют стержни (выбивка стержней). Далее отливку передают
на очистку от приставшей и пригоревшей к ней формовочной земли.
Земляные формы во многих случаях не сушат перед тем, как
залить в них металл. Однако при отливке крупных и сложных дета-
лей литейные формы сушат в специальных сушилах и металл зали-
вают в сухие формы. Стержни, как правило, всегда сушат.
Из приведенного примера следует, что при получении отливок
выполняются следующие основные процессы: 1) изготовление моде-
лей (в модельном цехе); 2) приготовление формовочных материалов и
смесей; 3) формовка; 4) изготовление стержней; 5) сушка форм и
стержней; 6) сборка литейных форм; 7) плавка металла; 8) заливка
форм жидким металлом; 9) выбивка отливок из форм и стержней из
отливок; 10) очистка (и, если нужно, термическая обработка) отли-
вок; 11) контроль и приемка готовых отливок.
Сравнивая метод получения фасонных заготовок деталей машин
путем отливки с другими методами получения фасонных заготовок —
ковкой или штамповкой и сваркой, необходимо отметить следующие
преимущества метода отливки:
1. С помощью отливки можно получать заготовки практически
любой сложности по конфигурации. Ни путем ковки и штамповки,
ни путем сварки нельзя изготовлять сложных фасонных заготовок,
столь максимально приближающихся кформе готовой чистовой детали.
2. Припуски на механическую обработку в отливках могут быть
весьма небольшими. Это преимущество литых заготововок имеет
весьма большое технико-экономическое значение, так как механи-
ческая обработка деталей является наиболее дорогостоящим про-
цессом во всем цикле машиностроительного производства.
8
ВВЕДЕНИЕ
3. Утилизация отходов металла в литейном производстве (лит-
ника* и брака) не требует значительных затрат средств и времени.
Указанные отходы нуждаются лишь в переплавке, и полученный из
них жидкий металл снова используется непосредственно для заливки
новых деталей. В ковочно-штамповочном же и сварочном производ-
ствах для превращения отходов металла снова в листы, профили и
болванки, годные к повторному непосредственному использованию,
нужна целая цепь дорогостоящих переделов: мартеновская плавка,
нагрев для прокатки, сама прокатка, резка и новый нагрев для
ковки или раскрой для сварки.
4. В литейном производстве не требуется столь дорогостоящего и
тяжелого оборудования, как в ковочно-штамповочном (прессы,
молоты). Поэтому постройка, монтаж и запуск литейного цеха
не требуют столь больших капиталовложений и по срокам осу-
ществляются значительно быстрее по сравнению с постройкой
кузнечно-прессового цеха. Это преимущество литья представляет
особую ценность в условиях, когда требуется максимальная быстрота
перестройки или запуска производства на новый вид продукции,
например в военное время.
5. Сравнивая полученные различными методами заготовки в
отношении качества металла (прочности и надежности), необходимо
отметить, что еще основоположник современной науки о металлах
русский ученый и металлург Д. К. Чернов в 1868 г. писал: «...проч-
ность литой непрокованной стали нисколько не меньше прочности
прокованной, если обе имеют одинаковое сложение. . . » Однако
наличие в отливках скрытых раковин, неметаллических включений,
более крупнозернистого строения и остаточных внутренних напря-
жений приводит к тому, что в отношении прочности и надежности
литые заготовки в большинстве случаев (но не всегда) уступают
кованым и штампованным. При правильно выполненной горячей
обработке давлением металл приобретает мелкозернистое и плотное
строение. Кроме того, кованая деталь получает в известной мере
волокнистое строение, что при надлежащем расположении волокон
значительно ее упрочняет.
Однако благодаря углубленному научному изучению литых спла-
вов за последние десятилетия качество литых изделий также зна-
чительно возросло. Об этом свидетельствует непрерывный рост
гарантированных НОрм прочности металла в отливке, расширение
заменаЛаТУРЫ сплавов’ обладающих специальными свойствами, и
™яК°ВанЬ1х и штампованных заготовок для ряда ответственных
деталей литыми.
высокиТИТа^ТЫе НОРМЫ прочности металла в отливке достаточно
чугуна (мопК’лСОГЛасНО Действующим ГОСТ, для отливок из серого
при изгибеД( ицированного) можно гарантировать предел прочности
вок из ковко6 Менее) бОкг/лл2 и при растяжении 38 кг!мм2, для отли-
при удлинен Г° .Ч/гУна пРедел прочности при растяжении 35 кг/мм2
ии 15%, для литья из углеродистой стали 40—60 кг!мм2
краткий обзор развития ЛИТЕИНОГО ПРОИЗВОДСТВА В СССР
9
при удлинении 24—10%, а из легированных сталей 70—80 кг/мм2, и
удлинение 30—45%. Новейший метод модифицирования магнием
дает возможность получать отливки из чугуна со сфероидальным
графитом, имеющего предел прочности при изгибе 80—100 кг!мм2
и при растяжении 55—60 кг/мм2 с удлинением 1,5—3%.
Для ряда двигателей, компрессоров и насосов применяются
литые коленчатые и распределительные валы вместо кованых.
Все изложенное служит объяснением, почему литейное производ-
ство является наиболее распространенным методом получения фасон-
ных заготовок в современном машиностроении. Производимые в
настоящее время отливки весьма разнообразны. Вес их колеблется
в пределах от 10 г до 250 т\ толщина — от 2 до 500 мм, размеры —
от 1 см до 30 м. При этом наиболее распространенными являются
отливки из серого чугуна, которые по весу занимают не менее 70—
75% общего количества отливок из всех сплавов
2. КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА В СССР
Отливка изделий известна человечеству с незапамятных времен.
Археологическими изысканиями в древнейших культурных центрах
установлено, что уже за 6 веков до нашей эры производство отливок
стояло на сравнительно высоком уровне.
В России литье металлов и сплавов производилось со времен
начала Русского государства, т. е. еще в Киевской Руси. Однако
значительное развитие литейное дело получило со времени объеди-
нения Руси Иваном III под главенством Москвы. С этих пор начи-
нается в больших масштабах отливка пушек сначала из бронзы, а
затем из чугуна. Русская артиллерия того времени становится
самой мощной в мире.
В связи с расширением литейного производства совершенствуется
и его техника. С тех пор наше литейное производство благодаря
упорному труду и талантливости русских мастеров дало много
замечательных памятников и непревзойденных образцов отливок.
Так, в 1586 г. знаменитым московским литейщиком Андреем
Чоховым была отлита находящаяся в Московском Кремле бронзо-
вая Царь-пушка, или Дробовик, весом 2400 пуд. (39 400 кг), калиб-
ром 730 мм, с весом ядра 120 пуд. (1970 кг) и заряда пороха 30 пуд.
(490 кг) (фиг. 2).
Другой московский литейщик — Иван Моторин вместе со своим
сыном Михаилом отлил в 1735 г. из бронзы величайший в мире
Царь-колокол, весящий 12 000 пуд. (196 800 кг), —поразительный
образец литейного искусства как по своей величине, так и по изя-
ществу формы и отделке1.
Грандиозной и непревзойденной отливкой является бронзовый
памятник Петру I в Ленинграде — «Медный всадник» (фиг. 3).
1 Находится в Московском Кремле.
Фиг. 3. Памятник Петру I.
КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА В СССР
11
Эта огромная пустотелая статуя весом 1350 пуд. (22 100 кг) имеет в
верхней своей части толщину стенки всего 7,5 мм. Статуя отлита
жившим в России французским скульптором и литейщиком Фаль-
коне. Подготовительные работы продолжались 6 лет, а формовка,
отливка и чеканка 2 года. Памятник был открыт в 1782 г.
Из работ советских мастеров-литейщиков последнего времени
можно отметить высокохудожественные отливки памятников
Горькому, Юрию Долгорукому, Гоголю в Москве и др.
С изобретением чугуна и началом его применения в артиллерии
Московское государство начало строить доменные заводы. Так воз-
никли первые русские чугунолитейные тульско-каширские заводы
(30-е годы XVII в.), которые отливали пушки, ядра и гранаты,
котлы, гири, печные плиты и пр. Интересно отметить, что произ-
водительность доменных печей на этих заводах в 2 раза превышала
производительность английских доменных печей того времени.
Во времена Петра I с его многочисленными войнами, основа-
нием Петербурга и постройкой балтийского флота увеличился спрос
на чугунные пушки, ядра и гранаты. В связи с этим возникает и
развивается огоомная по тому времени уральская металлургия (пер-
вая половина XVIII в.). Приблизительно к этому же времени отно-
сится постройка ряда самостоятельных литейных заводов, не зави-
симых от доменных металлургических заводов. Чугун на этих новых
заводах получался уже путем переплавки доменного чушкового чу-
гуна и лома в вагранках и пламенных печах. Этим было положено
начало самостоятельному чугунолитейному производству.
XIX век знаменуется тем, что в литейное дело, как и в другие
области промышленности, впервые проникает наука. Литейное
делос дедовскими приемами и секретами работы постепенно пре-
вращается в литейное производство с научным обосно-
ванием технологических процессов.
Среди работ первостепенной важности в области науки о металлах
в XIX в. следует назвать работы русского ученого Д. К. Чернова—
основоположника современного металловедения, без которого не-
возможным было бы создание тех высокопрочных и специальных
марок сталей и других сплавов, являющихся основой машинострое-
ния нашего времени.
Однако, в старой, дореволюционной России машиностроение
было отсталым участком народного хозяйства. Поэтому и литейное
производство не получало такого развития, которое оно получило
после Великой Октябрьской социалистической революции.
План индустриализации страны предусматривал невиданный в
мировой истории рост тяжелой индустрии и в первую очередь
машиностроения. За время первых трех пятилеток наше машино-
строение выросло в 50 раз против того состояния, в котором оно
было в царской России, а на сегодня — более чем в 100 раз.
Одновременно с бурным развитием машиностроения почти заново
было создано литейное производство. Построены новые заводы авто-
12
ВВЕДЕНИЕ
мобильной, тракторной, авиационной, станкостроительной промыш-
ленности с механизированными литейными цехами, оснащенными
первоклассным оборудованием. Освоены новые литейные процессы —
центробежное литье, кокильное литье, отливка под давлением.
Рассматривая исторический процесс совершенствования литей-
ного производства в СССР, а также и в зарубежных странах, можно
отметить следующие основные направления его развития в области
литейных сплавов и металлургических процессов, в области техно-
логии и в области механизации.
В области литейных сплавов, применяемых для.фасонного литья,
процесс развития литейного производства характеризуется прежде
всего научным изучением чугуна как литейного материала и повыше-
нием его прочностных свойств. Нормы прочности отливок из перлит-
ного чугуна были резко повышены по сравнению со старыми нормами
на обычный серый чугун без разделения последнего на классы.
Производство перлитного чугуна постепенно осваивалось промыш-
ленностью.
В 30-х годах появляется чугун еще более высокого класса —
модифицированный, получаемый с помощью малых добавок в ковш.
Наконец, современный чугун со сфероидальным графитом, получае-
мый с помощью модифицирования жидкого чугуна в ковше магнием,
церием и др., имеет примерно вдвое более высокую прочность по
сравнению с обычным серым чугуном и обладает значительной пла-
стичностью. Можно предполагать, что дальнейшее развитие в этой
области будет происходить по пути глубокого изучения и резкого
улучшения литейных и технологических свойств чугуна со сферои-
дальным графитом. Низкие технологические свойства в настоящее
время еще не позволяют широко и повсеместно освоить этот чугун и
реализовать его двойную прочность, особенно для крупногабарит-
ных, сложных и тонкостенных отливок. Между тем широкое его при-
менение позволило бы заменить в машинах значительную часть более
дорогих стальных отливок и поковок, что привело бы к снижению
веса и стоимости машин.
Кроме усовершенствования чугуна как литейного материала, в
ходе развития литейного производства исследуются и совершен-
ствуются свойства и методы получения ковкого чугуна и сталей для
фасонного литья. Особенно большие успехи достигнуты в освоении
легированных сталей, обладающих различными особыми физическими,
химическими, электрическими и механическими свойствами. Нако-
нец, реактивная техника наших дней потребовала создания и освое-
ния еще более новых, особых жаростойких и сверхтвердых литейных
сплавов типа виталиума и др.
В части методов плавки в ходе развития литейного производства
наблюдалось все более широкое применение электроплавки для стали,
электроподогрева (дуплекс-процесс вагранка — электроподогрев) в
производстве ковкого чугуна, а также применение кислорода и
подогрева дутья в вагранках в чугунолитейных цехах. В связи с пер-
КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА В С£СР
13
спективой широкого освоения высокопрочного магниевого чугуна
в недалеком будущем можно предполагать перевод вагранок на
основную футеровку, дающую возможность резко снизить содер-
жание в металле серы и тем уменьшить необходимую дозу магния
при модифицировании.
В области технологии литейного производства внимание было
направлено главным образом на разрешение проблемы точности
отливок и снижения их трудоемкости. Сюда относятся такие средства,
как научное изучение и улучшение формовочных и стержневых мате-
риалов с применением новых их видов, внедрение повседневного и
непрерывного лабораторного контроля этих материалов в производ-
стве, развитие машинной формовки по металлическим моделям и
стержневым ящикам, а также специальных методов литья: кокиль-
ного, литья под давлением, центробежного. В последнее время воз-
можности получения точных и хорошего качества отливок еще более
расширились благодаря разработанным методам скоростной фор-
мовки с применением быстросохнущих смесей и продувки форм
углекислотой, применению для крупных отливок оболочковых форм
на основе химически твердеющих смесей. Для изготовления мелких
отливок разработаны процессы литья в корковые формы на основе
смоло-песчаных смесей и литья по выплавляемым моделям. Вслед-
ствие возросшей точности получаемых отливок стало возможным
резкое сокращение объема их механической обработки, что значи-
тельно снижает трудоемкость и стоимость деталей машин на заводе.
Это направление на дальнейшее сокращение обработки резанием за
счет овладения гарантированной точностью геометрии отливок,
особенно крупногабаритных и сложных, и является, пожалуй, глав-
ным в современном производстве машиностроительного литья.
Механизация литейного производства, сопровождающаяся орга-
низацией непрерывной, поточной работы в современных конвейер-
ных литейных цехах, явилась следствием специализации и концен-
трации производства и способствовала резкому увеличению произ-
водительности труда, улучшению условий труда и повышению одно-
родности качества продукции. В литейном производстве в настоящее
время работает очень много разнообразнейших технологических и
транспортирующих машин и устройств, механизирующих все звенья
и операции технологического процесса, начиная от разгрузки при-
бывающих в цех сырых материалов и кончая контролем готовых
отливок. Дальнейшее направление развития в этой области заклю-
чается в разработке и широком внедрении автоматизации литейного
производства, вплоть до комплексной, сквозной автоматизации с
созданием автоматических линий, пролетов и цехов, что уже и
Наблюдается в действительности. Автоматизация еще больше уве-
личит производительность труда, будет способствовать стиранию
грани между умственным и физическим трудом и дальнейшему
Улучшению качества литья.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
ГЛАВА I
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
В данной главе рассматриваются лишь наиболее часто и повсе-
местно применяемые формовочные материалы и рабочие смеси для
разовых форм и стержней, состоящие в основном из песка и глины с
некоторыми добавками.
1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ
Основными рабочими свойствами формовочных смесей являются
следующие:
1. Пластичность, т. е. способность деформироваться под
действием внешней нагрузки без нарушения целости и сохранять
приданную форму после снятия нагрузки. Это свойство необходимо
для получения в форме отчетливого отпечатка модели.
2. Прочность, или связность, смеси необходима для сохра-
нения целости и правильных размеров формы при ее сборке и транс-
портировании и при воздействии на нее статического и динамического
давления заливаемого жидкого металла.
3. Газопроницаемость, или газопроводность, т. е.
способность смеси пропускать газы благодаря пористости. Под дей-
ствием высокой температуры жидкого металла из формы выделяются
газы. При недостаточной газопроницаемости формы газы пойдут не
через стенки формы, а через жидкий металл и могут остаться в отливке
в виде пузырей, образуя газовые раковины.
4. Огнеупорность и непригораемость к от-
ливке.
5. Долговечность — способность смеси сохранять свои
качества при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше
приходится добавлять в горелую землю свежих формовочных мате-
риалов при ее переработке.
Стержни находятся в более тяжелых условиях, чем собственно
литейная форма (ее внешние части), вследствие того, что при заливке
они почти со всех сторон (за исключением знаков) окружены жидким
металлом. Поэтому стержни и стержневые смеси должны обладать
повышенной газопроницаемостью, прочностью и огнеупорностью, а
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ
15
усадке, и отливка дает
Фиг. 4. Схема структуры формо-
вочной смеси.
также обладать дополнительными свойствами, главнейшие из кото-
рых следующие:
1. Сохранение прочности при нахождении во влажной среде или
негигроскопичность. Сухой стержень, поставленный в
сырую форму, впитывает имеющуюся в ней влагу и отсыревает,
обычно теряя при этом прочность. Чем гигроскопичнее стержень,
тем больше потеря его прочности.
2. Податливость. Затвердевающая и охлаждающаяся в
форме отливка уменьшается в размерах — дает усадку. Если стер-
жень неподатлив, то он препятствует
щины, так как только что затверде-
вший горячий металл очень непрочен.
3. Минимальная газо-
т в о р н а я (газообразующая) спо-
собность самих стержней.
4. Легкость выбивки
стержней из отливки после ее за-
твердевания и охлаждения в форме.
Податливость, легкая выбивае-
мость и ’ невысокая газотворность
нужны также и смесям, идущим для
изготовления форм. Однако стержне-
вые смеси должны обладать ими в
большей степени.
Формовочные и стержневые смеси
должны быть по возможности дешевыми и недефицитными.
Рабочие свойства смесей зависят:
1) от их обработки, т. е. сушки, разминания, смешивания, про-
сеивания, разрыхления, а также от уплотнения при набивке
форм;
2) от природы и состава смеси, т. е. от содержания глинистых
веществ, влажности, формы и размеров зерен, природы и содержания
специальных добавок.
Основными структурными составными частями формовочной
смеси являются песок и глина с добавкой необходимого количества
воды. Отвлекаясь пока от других специальных добавок и примесей,
можно принять структурную схему формовочной смеси по фиг. 4.
Зерна песка 1 окружены тонкими оболочками влажной глины 2.
Глина при увлажнении становится клейкой и таким образом является
связующим веществом, песчаные же зерна образуют скелет, или
основу, формовочной смеси. Промежутки (поры) 3 между зернами
обусловливают газопроницаемость смеси.
Песок и глина относятся к осадочным горным породам,
которые являются продуктами разрушения первичных, или извер-
женных, горных пород.
Изверженные горные породы (гранит, порфир, базальт,
Диабаз и др.) лежат в основании прочих пород и, по всей вероятности,
16
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
являются той первичной корой, которая образовалась на земле при ее
остывании.
Осадочные породы образовались вследствие разрушения
изверженных пород и осаждения продуктов разрушения на дне вод-
ных бассейнов или на земной поверхности.
Метаморфические горные породы образуются вслед-
ствие изменений изверженных и осадочных пород под действием
высоких давлений или температур. Метаморфическими породами
являются кварцит, сланцы, гнейс и др.
Разрушение изверженных пород и образование из них песка и
глины происходят очень медленно. Используемые в литейном про-
изводстве пески и глины очень давнего происхождения.
Процесс разрушения изверженных пород происходит под дей-
ствием солнца, воды, воздуха, а также отчасти растений и животных.
Скалы изверженных пород подвергаются неравномерному нагреву
солнцем и колебаниям температуры. Вследствие происходящего
при этом неравномерного расширения в них возникают напряжения,
ведущие к растрескиванию и распадению на крупные глыбы, а затем
на все более мелкие обломки.
Механическое действие воды, замерзание воды в трещинах, раз-
рушение и истирание скал и камней ледниками, разрушение ветром,
наконец, химическое действие воды и воздуха — все это ведет к
постепенному раздроблению и изменению изверженных пород.
Продукты разрушения изверженных пород переносятся водой
ручьев и рек, ледниками и ветром часто на далекие расстояния от
мест их образования и осаждаются на дне водоемов, а также на поверх-
ности земли. Моря и реки могут впоследствии изменить свое место-
положение, и отложения, осажденные водой, обнаружатся в различ-.
ных местах земной поверхности.
Изверженные породы имеют сложный минералогический состав.
Так, гранит состоит из кварца, полевого шпата и слюды. При раз-
рушении горных пород изменяется их минералогический состав;
более стойкие минералы остаются, а менее стойкие растворяются или
химически соединяются с водой, углекислотой и другими реагентами.
Основным минералом, входящим в состав формовочного песка,
является кварц. Чистый кварц представляет собой химическое соеди-
нение 31О2(кремнезем). Кварц стоек и огнеупорен, и при разруше-
нии изверженных пород его зерна не изменяются. Песок состоит
из кварцевых зерен, в большей или меньшей степени чистых от
примеси других минералов. Частицы песка по сравнению с частицами
глины являются более крупными и имеют компактную зернистую
форму, поэтому они оседают и задерживаются на дне водоемов при
более быстром течении раньше частиц глины.
Основной составной частью многих глин является каолин,, обра-
зующийся путем изменения минералов,входящих в изверженные
породы, в процессе их разрушения. Большей частью каолин полу-
чается как продукт химического разложения полевых шпатов под
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ
17
действием воздуха, воды и растворенных в них веществ. Так, разло-
жение кальциевого полевого шпата под действием воды и углекислоты
дает в результате каолин по реакции
СаО• А12О3• 2SiO2 +- СО2 + 2Н2О = А12О3• 2SiO2• 2Н,О + СаСО3.
Каолин Al2O3 -2SiO2-2Н2О, так же как и кварц, является стой-
ким и огнеупорным-минералом.
Однако высокое содержание каолина не является обязательной
характеристикой глины>Основное отличие глин—это размер и
форма их частиц. Глины состоят из чрезвычайно мелких минеральных
частиц, имеющих преимущественно чешуйчатую форму, что и об-
условливает основные их свойства — клейкость и пластичность.
Минералогический состав глин очень разнообразен; большинство
глин, помимо каолина, содержит много других менее стойких мине-
ралов. Высокое содержание каолина характерно лишь для керами-
ческих и фарфоровых глин (обычно малопластичных) и обусловли-
вает их огнеупорность.
Глина, состоящая из мельчайших обломков различных минера-
лов, отлагается в водоемах с незначительным течением, в озерах,
морях, заводях рек и т. п. Вместе с глиной частично отлагаются и
песчаные мелкие зерна, поэтому в глине, кроме основной глинистой
составляющей, всегда имеется некоторое количество песка.
Глинистая составляющая является условной категорией, и
условность эта зависит от того, что принято считать границей между
этим веществом и песком в отношении величины частиц. По приня-
той при испытании формовочных материалов стендартной методике
в категорию глинистой составляющей попадают все минеральные
йастицы размером менее 22 мк, частицы же большего размера попа-
дают в категорию песка. Промежуточные между песками и глинами
свежие формовочные материалы, имеющие значительный процент
глинистой составляющей, но меньший, чем в глине, в цеховой прак-
тике обычно называются свежими формовочными землями.
Свежие земли представляют собой естественную смесь глины с песком
и соответственно имеют промежуточные свойства в отношении связ
ности и пластичности.
К свежим формовочным материалам относятся также специ-
альные связующие вещества для стержней (масла,
смолы и пеки и др.), вводимые в формовочные и стержневые смеси,
Добавки (каменный уголь, органические добавки), материалы для
формовочных красок иприпылов ипудры для моделей
и стержневых ящиков.
Формовочные и стержневые смеси по приме-
нению при формовке делятся на облицовочные, наполнительные и
общие, или единые, формовочные смеси. Облицовочная, иначе
л и ц е в а я или модельная, земля (смесь) употребляется для
облицовки внутренней, рабочей рово&хности форм. Она наносится на
одель слоем 15—30 мм. ОстХа^нои>объем формы набивается н а-
п
Аксенов 1956
18
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
пол ни тельной землей (смесью), имеющей меньшую связ-
ность и более дешевой. Обща я, или единая, формовочная
земля (смесь) применяется для машинной формовки при массовом
производстве; в этом случае ею набивается вся форма.
Применение облицовочной и наполнительной земель более эконо-
мично, чем применение единой, или общей, формовочной земли.
Однако при массовом производстве и машинной формовке эта эко-
номия сводится на нет по той причине, что операция нанесения на
модель облицовочной земли, производимая вручную, вызывает про-
стой формовочных машин и снижает их производительность. Вслед-
ствие этого при массовом производстве целесообразнее применять
единую, или общую, формовочную землю.
Кроме перечисленных смесей, называемых землям и,в составе
которых преобладает песок, а содержание глины сравнительно
невелико, при изготовлении крупных форм и стержней (главным
образом по шаблону) применяют массы иглины, представляю-
щие собой смеси с более значительным содержанием глинистых ве-
ществ (более «жирные»).
2. УСЛОВИЯ СЛУЖБЫ ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ
Газовый режим формы
От теплоты жидкого металла стенки литейной формы прогре-
ваются. Содержащаяся в формовочной земле вода превращается в пар.
Примесь каменного угля, вводимая в землю для чугунного литья, а
также другие добавки (древесные опилки, торф и пр.) и связующие
вещества, или крепители, входящие в состав стержневых смесей,
все эти материалы при нагреве выделяют большое количество газов.
Газотворная, или газообразующая, способность формовочных и
стержневых смесей часто достигает 10—15 и иногда доходит до
30 см3 газов на 1 г смеси, считая газы охлажденными до комнатной
температуры. Если же принять в расчет, что эти газы нагреты
до значительных температур, то объем их надо еще увеличить
в 1,5—2 раза.
Газы, выделяемые при заливке материалами литейной формы и
стержней, а также воздух, находившийся в форме до заливки, должны
быть отведены наружу через пористые, газопроницаемые стенки
формы и через стержни. Чтобы газы пошли наружу через форму и
стержни, а не через жидкий металл отливки, необходимо обеспечить
определенную направленность газового потока в форме. Для этого
надо, чтобы сопротивление выходу газов через стенки формы было
меньше, чем гидростатическое давление жидкого металла в форме.
Внутри же самой толщи стенки формы или стержня газопроницаемость
материала должна увеличиваться по пути движения газов наружу.
Водяные пары, образующиеся от испарения влаги смеси, также
удаляются через поры формы по направлению от отливки наружу, но
УСЛОВИЯ СЛУЖБЫ ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
19
они в значительной мере конденсируются в промежуточных мало-
прогретых слоях формы.
Если газопроницаемость формы л л и стержня недостаточна, то
общая направленность газового потока нарушается. Газы начинают
итти наружу уже не через стенки формы или стержня, а через
жидкий металл отливки и могут задержаться в виде пузырей в затвер-
девающем металле и образовать газовые раковины в отливке.
Опасность прохода газов через металл отливки и образования
газовых раковин будет, впрочем, только до затвердевания у стенок
формы тонкой корочки металла, через которую газы уже больше про-
никать не смогут. Такая корочка затвердевает на отливках средней
толщины в течение времени порядка 10—20 сек. Поэтому и газотвор-
ность формовочных и стержневых смесей важно иметь не слишком
большую именно в первые секунды прогрева формы после заливки.
Однако обыкновенно в начале прогрева интенсивнось газотворной
способности смесей бывает наибольшей, а в дальнейшем она умень-
шается с течением времени.
Таким образом, газопроницаемость формовочных и стержневых
смесей наиболее правильно было бы измерять по горячему объему
газов, в условиях службы литейной формы, и оценивать ее не по
абсолютной величине, а на единицу газотворности смеси.
Из условия создания в литейной форме направленного газового
потока можно заключить, *что плотность набивки формы должна
быть больше у модели и меньше в слоях формы, расположенных
дальше от отливки, где надо обеспечить более высокую газопрони-
цаемость.
Если форма делается двуслойной, то слой смеси, прилегающий
непосредственно к модели (например, облицовочной земли), должен
иметь меньшую газопроницаемость, чем наружный слой формы (на-
пример, наполнительной земли).
Механические нагрузки
Струя тяжелого жидкого металла, входя в полость литейной
формы, оказывает на стенки формы и стержни размывающее действие.
Намытый песок потом может оказаться в отливке в виде песочин
и засора.
Гидростатическое давление жидкого металла на рабочую поверх-
ность формы при недостаточной прочности формовочной земли
может обдавить форму и вызовет раздутие отливки. Чем больше
высота отливки, тем больше напор жидкого металла в форме, тем
больше гидростатическое давление металла. В последний момент за-
полнения форма испытывает, кроме статического, еще и динамическое
Ударное давление металла, нагружающего ее дополнительно.
Стержни, окруженные жидким металлом сверху и снизу, стре-
мятся всплыть кверху, как пробка из воды. Всплывающие (подъем-
НЬ1е) силы стержней нагружают их, заставляя работать на изгиб,
2*
20
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Все эти разнообразные нагрузки требуют досататочной механи-
ческой прочности, или связности, формовочных смесей и стержней
и не только прочности в толще формы, но и поверхностной прочности
или сопротивления осыпаемости и размыванию. Как видно из харак-
тера нагрузок, прочность формы нужна в большей степени во вну-
треннем, облицовочном ее слое, у модели. Прочность формы в частях,
более удаленных от отливки, может быть меньшей. Прочность фор-
мовочных и стержневых смесей важно знать в горячем, рабочем состо-
янии.
Тепловое воздействие металла отливки
Под действием высокой температуры жидкого металла, заливае-
мого в форму, на поверхности отливки может образоваться пригар
формовочного материала.
Различают два основных вида пригара формовочного материала
к отливке — механический и химический.
Механический пригар представляет собой образовавшуюся на
поверхности отливки корку, состоящую из зерен формовочной земли,
сцементированных затвердевшим при охлаждении металлом, который
проник в поры между зернами земли.
Чем больше высота отливки в форме, тем больше гидростатическое
давление жидкого металла, тем легче он проникает в поры формы и
образует механический пригар. При условии применения для обли-
цовки формы мелкозернистых материалов, повышения плотности
набивки поверхностного слоя формы, применения формовочных кра-
сок и пониженной температуры заливки (более густой металл) воз-
можность образования механического пригара уменьшается.
Металл может проникать в поры формы только в жидком со-
стоянии. Поэтому механический пригар уменьшается в случае при-
менения более теплопроводных формовочных материалов, ускоряю-
щих образование на отливке твердой корочки металла.
Химический пригар получается в результате химического
взаимодействия зерен формовочного материала с окислами металла
отливки. Окисленный жидкий металл, как правило, лучше смачивает
формовочную землю, и поэтому такой металл легче проникает
в поры между зернами.
С окислами металла особенно интенсивно реагируют и дают
жидкие вещества некоторые примеси, имеющиеся в составе минералов,
образующих песок и глину формовочных и стержневых смесей. Эти
вредные примеси носят название плавней.
Оплавленный в результате указанного взаимодействия с окислами
металла формовочный материал образует на отливке прочно пристав-
шую пригарную корку, которую бывает трудно отделить от отливки.
Применение облицовки из материалов с высокой теплопровод-
ностью, ускоряя образование твердой корочки металла на отливке,
будет уменьшать и химический пригар.
otHOBHblE СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
21
Наконец, следует отметить возможность получения у поверхно-
сти отливки кор.и спекшихся от высокого нагрева зерен формовоч-
ной или стержневой земли без. участия металла отливки или его
окислов.’ Такой пригар, называемый термическим, может полу-
читься при малой огнеупорности формовочного материала и хорошей
изоляции его на поверхности формы от жидкого металла плотной
и стойкой краской. Корки термического пригара обычно довольно
хорошо отскакивают от отливки при ее обстукивании, и поверхность
отливки под ними получается чистой и гладкой.
Из приведенного рассмотрения условий образования пригара сле-
дует, что для полной оценки качества формовочных материалов в
этом отношении следует производить испытание их непригораемости
в условиях соответствующего нагрева и в контакте с жидким окис-
ленным или неокисленным металлом.
3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
И ИХ ИСПЫТАНИЕ
Влажность
Наличие влаги в формовочных и стержневых смесях обязательно,
так как в сухом состоянии смесь не формуется — она рассыпается.
Под влажностью смеси или любого формовочного материала по-
нимают содержание в нем механически примешанной воды в процен-
тах по отношению к весу невысушенного материала, находящегося
в рабочем состоянии. Влажность формовочных смесей чаще всего
колеблется в пределах 4—8%.
Нормальный метод определения влажности формовочных земель
заключается в следующем. Навеска земли 50 г, отвешенная на тех-
нических весах, разравнивается на противне тонким слоем и подвер-
гается сушке в сушильном шкафу в течение 1 часа (до постоянного
веса) при температуре 105—110°. После сушки и охлаждения навеску
вторично взвешивают. Точность взвешивания должна быть 0,01 г.
Потеря веса земли в граммах по сравнению с первоначальным весом
навески, умноженная на 2, равна весу влаги в земле в процентах,
т- е. указывает влажность земли.
Определение влажности описанным методом является слишком
Длительным для производственных испытаний. Поэтому в заводской
практике обычно применяется ускоренный метод определения
влажности, при котором сушка навески земли производится путем
принудительного продувания горячего воздуха через эту навеску,
помещенную в чашечку с сетчатым дном. Для этой цели пользуются
специальной четырехместной печью модели 061 Усманского завода
или же вентиляторным прибором.
и Печь Усманского завода состоит из четырех одинаковых секций
тпИ^МеСТ* Каждая секция (фиг. 5, а) представляет собой железную
Руоку, через которую сверху вниз продувается сжатый воздух.
22
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Воздух нагревается электроспиралями, находящимися внутри трубки,
и продувается далее через навеску испытуемого материала, нахо-
дящегося в алюминиевой чашечке с сетчатым дном. Температура
нагрева продуваемого воздуха контролируется термометром; накал
спиралей регулируется реостатом; ток включается при помощи
выключателя; сжатый воздух
поступает через запорный кран.
Навеска берется весом 10—50 г;
температура продуваемого воздуха—
до 200°; продолжительность сушки
до постоянного веса 4—8 мин.
Благодаря взвешиванию на специ-
альных весах и быстроте сушки с по-
мощью такой печи с четырьмя труб-
ками можно делать до 60 определе-
ний
час.
в
^6
6)
а)
Фиг. 5. Схемы секции печи (а) и вентиляторного прибора (6)
для ускоренного определения влажности:
1 — чашечка с сетчатым дном для навески испытуемого материала; 2 — элек-
троспираль; 3 — реостат; 4 — выключатель; 5 — кран для пуска сжатого воз-
духа; 6 — термометр; 7 — колпак; 8 — вентилятор с мотором.
Для описанной печи требуется сжатый воздух. В лабораториях
небольших литейных, где нет сжатого воздуха, сушку навески для
быстрого определения влажности можно производить при помощи
вентиляторного прибора (фиг. 5, б). Навеска земли в чашечке с сет-
чатым дном сушится также продуванием воздуха, нагреваемого
электроспиралью в трубке, причем воздух подается от вентилятора
с моторчиком, включаемым в осветительную сеть. Чашечка с на-
веской земли закрывается коническим колпаком. Чтобы поднять
этот колпак и вынуть чашечку с землей, трубка вместе с мотором
и вентилятором поворачивается в показанное пунктиром положение.
Температура нагрева воздуха в этом приборе—до НО—115°;
вес пробы земли 50 г; продолжительность сушки до постоянного веса
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ 23
около 8 мин. Взвешивание производится на обыкновенных техни-
ческих весах. Мощность мотора 400 вт\ ток однофазный ПО—220 в.
При определении влажности глин навеску берут 20 г и определе-
ние производят только нормальным методом, т. е. сушкой в сушиль-
ном шкафу.
Содержание глинистой составляющей
Содержание глинистой составляющей в формовочных землях
нельзя определить путем химического, или элементарного, анализа
потому что глинистая составляющая или собственно глина не имеет
определенного химического состава. Даже в случае огнеупорных
глин, содержащих большое количество каолина (Al2O3-2SiO2 -2Н2О),
по химическому анализу нельзя было бы судить о содержании као-
лина, потому что определяемое этим анализом соединение А12О3
также входит в состав других минералов (например, полевых шпатов),
которые могут быть как в глинистой, так и в песчаной составляющей.
Минералогический, или рациональный, анализ заключается в
разделении формовочного материала на три группы по степени
растворимости в кислотах: 1) кварц — труднее всего растворимая
группа; 2) полёвой шпат — среднерастворимая группа; 3) глина —
легкорастворимая группа. Эти группы рационального анализа
условны, и в полевой шпат, например, попадают и другие мине-
ралы средней растворимости. Вследствие этого и рациональный ана-
лиз не может показать истинного содержания глинистых ве-
ществ. Сравнительно надежные результаты он дает лишь для кера-
мических глин, содержащих большое количество каолина.
Содержание глинистой составляющей в формовочных материалах
определяют при помощи метода отмучивания (нормаль-
ный метод). Навеску 50 г, высушенную при 105—110°, всыпают
в литровую стеклянную банку или бутылку. В эту банку наливают
475 см3 воды и 25 cjh3 1%-ного раствора едкого натра (10 г NaOH на
1 л воды). Едкий натр добавляется для лучшего отставания глини-
стой составляющей от песчаных зерен и более полного расщепления
его комьев на отдельные частицы.
Банку закрывают пробкой и ставят на прибор для взбалтывания.
Вал прибора, несущий на своих концах гнезда для четырех банок,
делает 60 + 2 об/мин. На этом приборе банка с содержимым подвер-
гается взбалтыванию в течение 1 часа. После этого банку снимают,
доливают водой, чтобы уровень ее был на высоте 150 мм от дна, и
ставят на стол для отстаивания осадка.
После 10-минутного отстаивания слой мутной воды глубиной
125 мм удаляют сифоном, который должен быть установлен так
(фиг. 6), чтобы его конец находился на расстоянии 125 мм от свобод-
ной поверхности воды и на расстоянии 25 мм от дна банки.
К оставшемуся в банке содержимому доливают воды до прежнего
Уровня 150 мм, взбалтывают, дают отстояться 10 мин. и воду снова
Удаляют сифоном. Положение сифона в этот раз и при всех последую-
2 4
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Фиг. 6. Расположение си-
фона:
1 — сифон; 2 — зерна песка (оса-
док).
составляющей. Частицы
щих операциях такое же, как при первом удалении воды. После
этого снова доливают банку водой до уровня 150 мм, взбалтывают,
отстаивают, но уже в течение 5 мин. и удаляют сифоном не успевшую
отстояться мутную воду.
Эти операции повторяют с 5-минутным отстаиванием до тех пор,
пока вода в банке не станет совершенно прозрачной, что укажет на
полное удаление глины. Оставшийся на
дне банки осадок представляет собой
только песчаную составляющую.
Содержимое банки фильтруют, и по-
лученный на фильтре песок подвергают
сушке при 105—110°, после чего взвеши-
вают с точностью 0,01 г. Разница между
весом этого остатка и первоначальным
весом навески (50 г) и указывает вес
отмытой глинистой составляющей, по ко-
торому нетрудно подсчитать ее процентное
содержание в испытуемом материале.
В столбе воды высотой 125 мм над
сифоном после 5-минутного отстаивания
остаются лишь частицы минералов раз-
мером 22 мк и менее (считая удельный
вес таких частиц 2,62). Эти частицы по-
падают в сифон и таким образом условно
относятся нами в категорию глинистой
больших размеров осядут через 5 мин.
ниже уровня 125 мм и попадут в зерновую часть.
Процесс взбалтывания банки с навеской отнимает целый час.
Существует ускоренный (но менее точный) метод, при котором
навеску 50 г помещают в литровую банку и наливают туда 250см3
кипящей воды и 10 см3 1%-ного раствора едкого натра, после чего
банку ставят на нагревательный прибор и вместо взбалтывания кипя-
тят ее содержимое в течение 3 мин. Затем в банку добавляют при
энергичном взмучивании еще 10 cjw3 указанного выше раствора едкого
натра и столько воды, чтобы уровень жидкости стал на высоте
150 мм от дна банки. После этого проводят отсифонивание с после-
дующими добавлениями воды, как было описано выше.
Классификация песков согласно ГОСТ 2138-56 приведена
в табл. 1.
Как показано в таблице, для кварцевых песков устанавливаются
4 класса по чистоте в отношении содержания кремнезема, что имеет
значение для их огнеупорности.
Зерновой состав песчаной основы
Весовое количество зерен различных размерных групп в песча-
ной основе формовочного материала определяют при помощи зерно-
вого анализа.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
25
Таблица 1
Классификация формовочных песков по содержанию глинистых веществ
(по ГОСТ 2138-56)
-— Наименование песка Класс Содержание глинистой составляющей в °/0 Содержание кремне- зема (SiOj) в ®/0 не ниже
Кварцевый 1К До 2 97
2К , 2 96
ЗК . 2 94
4К , 2 90
Тоший Т Св. 2 до 10 —
Полужирный П . .10 . 20 —
Жирный Ж „ 20 . 30 —
Очень жирный ОЖ . 30 , 50 —
Навеска 50 г сухой безглинистой песчаной основы формовочного
материала, полученной отмучиванием, просеивается через калибро-
ванные сита с ячейками точных размеров (табл. 2). Номер сита
показывает приблизительно число ячеек на 1 пог, дм. Сита распола-
гают одно над другим: внизу — самое частое сито (№ 270), а сверху—
самое редкое (№ 6). Под сито № 270 подставляют металлический
тазик. Сито № 6 накрывают крышкой.
Таблица 2
Стандартные сита для зернового анализа
(по ГОСТ 2851-45)
№ сита Размер отверстия I в мм | № сита Размер отверстия в мм № сита Размер I отверстия | в мм । । № сита Размер отверстия в мм
6 3,3 1 30 0,6 1 70 021 200 0,075
12 1,7 , 40 0,42 100 0,15 270 0,053
20 0,85 | 50 0,30 ! 140 0,105 -
Пробу песка насыпают на самое верхнее сито (№ 6), и стопку
сит ставят на особый прибор для просеивания. Этот прибор, приво-
димый от электромотора, сообщает стопке сит качания в гори-
зонтальной плоскости при помощи особого эксцентрикового меха-
низма. В то же время по крышке верхнего сита бьет приводная
колотушка. Число колебаний сит в горизонтальной плоскости равно
300 в минуту; размах качаний составляет 45 мм\ число ударов коло-
тушки 180 в минуту.
Просеивание производят в течение 15 мин., после чего остатки
песка на каждом сите взвешивают отдельно. Точность взвешивания
0,01 г. Материал, прошедший сквозь все сита, остается в тазике.
Этот остаток также взвешивают и обозначают словом «тазик», или
«лоток», или «фракция < 270» (или «минус 270»).
26
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Результаты ситового анализа сводят в виде таблицы или изобра-
жают графически в виде диаграммы зернового состава. На фиг. 7
показаны две такие диаграммы. На оси абсцисс отложены номера сит
(а также фракция «минус 270», или «тазик», и «глина», найденная
отмучиванием), а по оси ординат — весовые проценты зерен, остав-
%
Фиг. 7. Диаграммы зернового состава.
Таблица 3
Классификация формовочных материалов
по зерновому составу
(по ГОСТ 2138-56)
Наименование песка Группа № сит смежных размеров, на кото- рых концентри- руется наибольшая сумма остатков (основная фракция)
Грубый . . . Очень крупный Крупный . . . Средний . . . Мелкий .... Очень мелкий Тонкий .... Пылевидный 20/40 30/50 40/70 50/100 70/140 100/200 140/270 200/270 20— 30— 40 30— 40— 50 40— 50— 70 50— 70—100 70—100—140 100—140—200 140—200—270 200—270—тазик
Таблица 4
Пример нахождения
модуля мелкости
№ сита Остаток на сите в °/° Множи- тель Произве- дение
6 . . . . 0,0 3 0
12 ... . 0,8 5 4
20. . . . 0,4 10 4
30 ... . 0,2 20 4
40 ... . 0,2 30 6
50. . . . 0,3 40 12
70. . . . 0,9 50 45
100 ... . 5,3 70 371
140 ... . 18,8 100 1 880
200 ... . 22,4 140 3 136
270 ... . 20,7 200 4 140
Тазик . . 18,2 300 5 460
Всего 88,2 — 15 062
Глинистая состав- ляющая 11,8 — —
Итого юо,о| — —
Модуль 15 062 _
мелкости N : 88,2
= 170
шихся на разных ситах. Сумма остатков на всех ситах вместе с
остатком на тазике и глиной должна составлять 100%.
В табл. 3 приведена классификация формовочных материалов
по зерновому составу согласно ГОСТ 2138-56. Группа песка по зерно-
вому составу обозначается дробью. В числителе ее указывается
номер крайнего сита (из трех смежных), на котором остается боль-
ший остаток, а в знаменателе — номер крайнего сита с меньшим
остатком.
Характеристика формовочного материала по зерновому составу
может быть выражена также с помощью модуля мелкости (числа
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
27
еонистости). Для вычисления модуля мелкости берут только песча-
ную основу материала ^без глинистой составляющей), и весовые
проценты остатков на каждом сите умножают на определенные для
каждого сита множители. Множитель для каждого остатка прибли-
зительно равен номеру предыдущего сита, через которое прошел
данный остаток. Сложив все полученные таким образом произведения
и разделив на сумму весовых процентов данных фракций, получают
модуль мелкости (табл. 4).
Модуль мелкости указывает на приблизительный номер такого
сита, через которое зерна могли бы только пройти, если бы они все
были одинаковых размеров.
Средний размер, или средний условный диаметр, зерна в милли-
метрах можно определить по приближенной формуле К. Н. Карлова:
. _ 254
аср— 2N ’
где N — модуль мелкости.
Форму зерен определяют, рассматривая отмытый песок в микро*
скоп или лупу при увеличении 20—50. Различают следующие классы
зерен по форме: 1) округлые, или окатанные; 2) угловатые; 3) про-
межуточные — полуокатанные (подугловатые).
Дисперсность и коллоидальность глин
Для оценки зернового состава глинистой составляющей формовоч-
ных материалов или смесей производят их испытание на д и с п ер-
снос т ь. Глинистую составляющую получают отмучиванием иссле-
дуемого формовочного материала. При испытании глинистой соста-
вляющей на дисперсность определяют количество содержащихся
в ней частиц размером до 5 мк и частиц размером до 1 мк. Испытание
производится следующим образом. Навеску 20 г глинистой соста-
вляющей, высушенной при 180—200°, взвешенную на аналитических
весах, всыпают в 0,5-литровую колбу и наливают туда 300 см3 кипя-
ченой воды и 10 см3 5%-ного раствора пирофосфата натрия. Содержи-
мое сосуда перемешивают и в течение 20 мин. кипятят.
Полученную суспензию охлаждают и фильтруют через сито № 270
в литровую банку. Сито промывают водой, которую сливают в ту же
банку, затем банку доливают водой до отметки 1 л. Банку оставляют
стоять, пока не истечет время, необходимое для осаждения на глу-
бину 100 мм частиц размером < 5 мк, определяемое по табл. 5.
Незадолго до истечения времени, указанного в табл. 5 для частиц
< 5 мк, в банку осторожно опускают специальную пипетку вмести-
мостью 20 см3, имеющую запаянный нижний конец и четыре отверстия
На боковой поверхности, расположенные все на одном уровне. Пи-
петку с закрытым краем опускают на такую глубину, чтобы четыре ее
тверстия оказались на глубине 100 мм под уровнем суспензии.
атем, когда время, указанное в табл. 5, истечет, в пипетку засасывают
28
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Таблица 5
Продолжительность оседания частиц глинистой составляющей размером 5 и 1 мк
на глубину 100 мм в зависимости от температуры воды
Температура в С Продолжительность оседания частиц размером в мк
5 1
10 1 Ч. 40 м. 42 С. 41 ч. 57 м. 38 с
12 1 , 35 м 19 , 39 , 43 . 0 ,
14 1 , 30 „ 19 „ 37 . 37 , 59 .
16 1 , 25 „ 46 . 35 . 44 » 31 .
18 1.21 . 32 , 33 . 58 . 44 .
20 1 . 17 „ 32 „ 32 . 18 . 43 .
суспензию, что производится при открытии крана и разрежении
60 см вод. ст., полученном с помощью водоструйного насоса или двух
сообщающихся сосудов, находящихся на разных уровнях.
Пипетку с отобранной пробой вынимают из банки, содержимое
выливают в фарфоровый тигель или бюкс, сушат при 105—110° и
взвешивают с точностью до 0,001 г.
Полученный вес в граммах, помноженный на 250, дает весовой
процент фракции частиц размером до 5 мк в испытуемой глинистой
основе. В самом деле, в 1000 cjw3 суспензии, находящейся в банке,
содержится 20 г глинистой составляющей. В 20 см3 суспензии, ото-
20-20
бранной в пипетку, глинистои составляющей содержалось бы -1-0— =
= 0,4 г, если бы не произошло оседания частиц размером > 5 мк,
которые ушли вниз из слоя суспензии глубиной 100 мм и не попали
в пипетку. Поэтому в пипетку попало частиц глины не 0,4 г, а меньше.
Предположим, вес этих частиц после сушки пробы из пипетки ока-
зался х граммов. Тогда, очевидно, весовой процент этих частиц
в испытуемой глинистой составляющей будет равен 100 = 250х.
После отбора пробы с фракцией < 5 мк содержимое банки вновь
перемешивают и оставляют отстаиваться в течение времени, необхо-
димого для осаждения на 100 мм частиц размером < 1 мк по
табл. 5. По истечении этого времени, так же как и в предыдущем
случае, отбирают пипеткой пробу суспензии с фракцией < 1 мк и
тем же методом находят ее содержание в испытуемой глинистой
основе.
Склеивающая способность глины тем больше, чем мельче ее
частицы, и в особенности эта способность возрастает с увеличением
в глине содержания очень мелких частиц, размером менее 0,1 мк,
называемых колллоидальными. Степень коллоидальности
формовочных глин испытывается следующим образом.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ 29
Берут навеску 15 г глины, высушенной при температуре 180 —
900° затем измельченной в ступке и просеянной сквозь сито № 70, и
сыпают эту навеску в мензурку емкостью 100 см3, диаметром около
95 мм. Туда же наливают дистиллированную воду до отметки 95.
Затем содержимое взбалтывают вручную в течение 6 мин. и доба-
вляют 1 а окиси магния и воду до отметки 100. Затем снова взбалты-
вают в течение 1 мин., после чего дают отстояться в течение 24 час.
По истечении этого срока по делениям мензурки отмечают объем
осадка, который и является мерой коллоидальности глины, выражен-
ной в процентах.
Для особо клейких глин, называемых бентонитами и
содержащих большое количество коллоидальных частиц, испытание
на коллоидальность производится несколько иным методом (пред-
ложенным А. Л. Туманским). Бентонит предварительно сушат при
температуре 105—110° и после измельчения в ступке просеивают
через сито № 200. Навеску подготовленного таким способом бенто-
нита в количестве 1 г всыпают в пробирку диаметром около 15 мм и
высотой около 150 мм. Затем в пробирку наливают 15 cjw3 дистилли-
рованной воды, тщательно взбалтывают и добавляют 0,1 г окиси
магния, после чего снова взбалтывают в течение 1 мин. Затем про-
бирку ставят отстаиваться в течение 24 час. По истечении этого срока
измеряют высоту осадка, взяв которую в процентах ко всей высоте
содержимого (осадок + вода), находят величину степени коллои-
дальности бентонита.
Газотворная способность
Газотворная способность формовочных материалов и смесей изме-
ряется количеством газов, выделяемых материалом при нагреве до
высоких температур, порядка 1000°. Чаще всего испытание на газо-
творную способность, или газотворность, производится следующим
образом. Берется навеска высушенного и измельченного испытуе-
мого материала в количестве Зги помещается в предварительно
прокаленную при 1000° фарфоровую лодочку. Лодочка помещается в
трубку печи Марса, нагретой до 1000°. Свободный конец трубки
закрывается пробкой. Газы, выделяющиеся из навески материала,
собираются в мерной бюретке, предварительно заполненной водой.
Отмечается количество газов, выделившихся через 0,25; 0,5; 1,0; 1,5;
2,0; 3,0; 5,0; 7,0 и 10,0 мин. после начала испытания. Время засе-
кается секундомером. По полученным данным строится график выде-
ления газов во времени. Ввиду того что выделяющиеся при прока-
ливании формовочных и стержневых материалов газы реагируют с
кислородом воздуха, находящегося в приборе, испытание рекомен-
дуется вести с заполнением прибора инертным или восстановитель-
ным газом.
Газотворность формовочных и стержневых материалов и смесей
ец*е мало изучена в настоящее время. По абсолютному количеству
Газов она чаще всего бывает в пределах от 5 до 15—20 см3 охлажден-
30
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
пых газов на 1 г смеси, но для стержневых смесей на некоторых
крепителях доходит до 25—30 см3 и выше. Имеются смеси с весьма
бурным выделением газов в первый период нагрева (90% всех газов
выделяется за первые 15сек.) и с более равномерным газовыделением
по времени. Последние смеси лучше, так как в меньшей степени
могут вызвать образование газовых раковин в отливках. Величина
газотворной способности и характер газовыделения во времени
зависят от состава формовочных и стержневых смесей, в основном
от характера и количества содержащихся в них специальных при-
месей и добавок.
Газопроницаемость
Фиг. 8. Схема фильтра-
ции газа через пористый
материал.
При движении газа через пористый материал газ вынужден про-
никать через поры между частицами (зернами) материала, размеры
которых сравнительно весьма малы. Поэтому движение происходит
с малыми скоростями. Такое движение газов и жидкостей через пори-
стые материалы носит название филь-
трации.
Скорость движения газа, отнесенная
условно ко всему поперечному сечению об-
разца (а не к живому сечению суммы всех
пор в этом сечении), называется скоростью
фильтрации. Скорость фильтрации v (фиг. 8)
пропорциональна падению давления газа
р2 —р2 на длине h пути движения (на длине
образца):
v = К см/мин.
и
Коэффициент пропорциональности К в
этой формуле зависит от свойств пористого
материала и называется газопрони-
цаемостью (проницаемостью) этого
материала. Чем больше К, тем лучше про-
пускает материал газы.
Обозначив разность давлений на длине образца р2 — р2 через
р г/см2, и выразив скорость фильтрации v см/мин через объем газа
Q см3, проходящего через поперечное сечение f см2 образца в тече-
ние времени t мин.,
получим соотношение
Q iz р
ц -КТ
Отсюда величина газопроницаемости будет равна
К
fpt '
(1)
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
31
размерность газопроницаемости см4/г-мин. Чаще всего газопро-
ницаемость пишут в виде отвлеченного числа.
Газопроницаемость формовочных материалов должна измеряться
при определенном уплотнении, так как с изменением уплотнения
величина ее сильно меняется. По стандартной методике образец
для испытания на газопроницаемость уплотняется в цилиндрической
гильзе с внутренним диаметром 50 ± 0,2 м,ч
и высотой 120 мм. В этой же гильзе на-
битый в виде столбика образец земли
испытывается на газопроницаемость.
Устройство копра, применяемого для
набивки образцов, показано на фиг. 9.
В гильзу 1 (показана под копром пункти-
ром) вставляют вкладное дно 2. На весах
взвешивают 160—180 г испытуемой земли
и всыпают ее в гильзу, после чего гильзу
переносят на копер для уплотнения образ-
ца. Поворачивая рукоятку 3 эксцентрика
копра, поднимают груз 4. При дальней-
шем повороте рукоятки груз соскакивает
с эксцентрика и при падении ударяется о
нижний упор 5, закрепленный на стерж-
не 6. Таким образом, удар груза пере-
дается через стержень и боек 7 земле,
находящейся в гильзе, и уплотняет ее.
Эксцентрик с рукояткой прикреплен к
нижнему упору 5, который опускается
вместе со стержнем 6 при осадке земли
в гильзе, что обеспечивает постоянство
высоты подъема груза при последующих
Ударах.
Для стандартного уплотнения образг
три удара грузом. Вес груза копра должен быть равен 6350 ± 10 г;
высота подъема груза 50 мм. Вес подвижных частей копра (груз,
боек, шток, эксцентрик) должен быть 7940 г. Высота столбика земли
в гильзе после набивки должна быть стандартной и равной 50 ±
± 0,8 мм. Для контроля этой высоты на стойке прибора против верх-
него обреза стержня 6 делаются три горизонтальные риски с расстоя-
ниями 0,8 мм между ними. Совпадение верхнего торца стержня 6
со средней риской соответствует высоте образца ровно 50 мм\ край-
ние риски дают допускаемые отклонения.
После набивки образец земли вместе с гильзой снимается с копра
и переносится на прибор для испытания на газопроницаемость.
Схема прибора для испытания изображена на фиг. 10 в двух
положениях. На фиг. 10, а показано поднятие за ручку 1 плаваю-
щего на воде колокола 2, который при опускании (фиг. 10, б) вытес-
Яет находящийся под ним воздух и прогоняет его через образец 3
Фиг. 9. Лабораторный ко-
пер:
/ — гильза для образцов; 2 — под-
ставка (вкладное дно); 3 — рукоят-
ка эксцентрика; 4 — груз; 5 —ниж-
ний упор; 6 — стержень; 7 — боек;
8 — выталкиватель для образцов.
должно быть сделано
32
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
земли в гильзе 4. Гильза с образцом надевается для испытания на
коническую резиновую пробку 5. В дно бака 6, в котором плавает
колокол, впаяна трубка 7, служащая направляющей для трубки S,
впаянной в дно колокола, имеющей вверху окна для прохода воз-
духа. Трехходовой кран 9 при поднятии колокола (фиг. 10, а) со-
единяет его внутреннее
пространство с атмо-
сферой; при испытании
же (фиг. 10, б) он соеди-
няет колокол с гильзой.
’ По водяному мано-
метру 10 отмечают да-
вление в гильзе перед
образцом. При помощи
секундомера измеряют
время, в течение кото-
рого через образец будет
пропущено 2 л цоздуха.
Для этой цели на
внешней поверхности
колокола имеются от-
метки. Расстояние ме-
жду отметками соответ-
ствует перемещению
колокола вниз, при
котором вытесняется
2000 см3 воздуха. При
испытании включение и
выключение секундоме-
ра производятся в мо-
Фиг. 10. Схема прибора для испытания на газо-
проницаемость:
а — подъем плавающего колокола прибора; б — испытание
образца; / — ручка плавающего колокола; 2 — плавающий
колокол; 3 — испытуемый образец: 4 — гильза; 5 — резиновая
пробка; 6 — бак с водой; 7 — трубка, впаянная в дно бака;
8 — направляющая трубка, припаянная ко дну плавающего ко-
локола; 9 — трехходовой кран; 10 — водяной манометр;
// — трубка для ввертывания в нее ниппелей при ускоренном
методе испытания.
менты совпадения ниж-
ней и верхней отметок
с краем бака 6.
Существуют кон-
структивные разновид-
ности этого прибора
с более совершенным
креплением гильзы с
испытуемым образцом. Вместо резиновой пробки в этих приборах
применяются специальные затворы: ртутный, штыковой, электро-
магнитный.
Для устранения коррозии бака и колокола в прибор рекомен-
дуется наливать не чистую воду, а 0,2%-ный водный раствор дву-
хромокислого калия.
Колокол должен быть такого веса, чтобы создаваемое под
ним при закрытом трехходовом кране избыточное давление было
около 5 г/см2, но не менее 4,8 г/см2. Кроме того, к колоколу прила-
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ 33
яется добавочный груз (его кладут на крышку) для создания под
Голоколом давления 10 г/смг (10 см вод. ст. по манометру). Давление
Ю г!см2 применяется при ускоренном определении газопроницае-
мости (см. ниже), а также для испытания мелкозернистых земель.
Подставив в общую формулу (1) для газопроницаемости постоян-
ные величины Q = 2000 см3, h = 5,0 см и f = 19,635 см2, получим
окончательную формулу для подсчета К при стандартных условиях
испытания:
ms- |а)
fpt pt v
Величины р и t берут из данных^испытания.
Кроме описанного нормального метода, в заводской практике
применяется ускоренный (но менее точный) метод определения газо-
проницаемости формовочных материалов и смесей. Набивка образца
при этом производится так же, как и при нормальном методе.
Для ускоренного определения' газопроницаемости между про-
странством под колоколом прибора и образцом включается сопро-
тивление (диафрагма), выполняемое в виде ниппеля с точным калиб-
рованным отверстием. В этом случае достаточно отметить давление
перед образцом, по которому, пользуясь специальной таблицей,
можно сразу найти величину газопроницаемости.
Обычно употребляются два таких ниппеля: один с отверстием
диаметром 1,5 мм, другой 0,5 мм, Первый употребляется при
испытании материалов с газопроницаемостью свыше 50, а второй —
меньше 50. В прибор для испытания на газопроницаемость (фиг. 10)
ниппели ввертываются снизу в трубку 11, Давление под колоколом
в случае работы с ниппелями при закрытом трехходовом кране
должно быть равно 10 см вод. ст. Через ниппель с отверстием 1,5 мм
2000 см3 воздуха должны пройти в течение 0,5 мин., а через ниппель
с отверстием 0,5 мм — в течение 4,5 мин. Такая проверка ниппелей
ведется без гильзы и образца.
Скорость истечения через отверстие пропорциональна квадрат-
ному корню из перепада давления. Для ниппелей с отверстиями
1,5 и 0,5 мм скорость истечения воздуха при проверке ниппелей на
приборе составляет:
а) для ниппеля с отверстием 1,5 мм
Q 2000 , /777 .
мГ =Ш7^==сУ^Р==сУ10см/мин^
где Q — количество пропускаемого при проверке через ниппель
воздуха, равное 2000 см3;
fo — проходная площадь отверстия ниппеля;
/ = 0,0176 сл<2 = ^^-;
' 4 ’
Более точно коэффициент по формуле для газопроницаемости равен 509,3.
О
и Аксенов 1956
34
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
/0 — время истечения, равное 0,5 мин.;
Др — перепад давления в ниппеле, равный 10 г/см2\
с — постоянный коэффициент, зависящий от формы проходного
отверстия ниппеля, а также от плотности воздуха и приня-
тых единиц измерения;
б) для ниппеля с отверстием 0,5 мм
Q 2000 -| /т— -I /тх ,
У О00196 Ч5 = /Др = с /10 см/мин.
Здесь
/о = 0,00196 =
и
/0 = 4,5 мин.
Легко видеть, что для обоих ниппелей линейные скорости истече-
ния одинаковы: v = с\/ 10.
Вычислим коэффициент с для ниппелей. Для обоих ниппелей он
оказывается равным
с =-----2000 — =---------2000 72 000.
0,0176-0,5/10 0,00196-4,5/10
Рассмотрим теперь условия испытания образца формовочного
материала на газопроницаемость ускоренным методом для одного
’из ниппелей.
Минутный расход воздуха через ниппель в условиях этого испы-
тания будет равен
vfQ = cybp-fQ = 72 000 /10 — p-fQ см3[мин,
где Q — количество воздуха, протекающее через ниппель за время t
мин., в cjw3;
р — давление воздуха за ниппелем, но перед испытуемым образ-
цом, измеренное по водяному манометру при испытании,
в г/см2\
кр = 10— перепад давления в ниппеле при этом испытании в г/см2;
и, /о и с — см. выше.
С другой стороны, тот же минутный расход воздуха протекает и
через испытуемый образец. Выразим этот минутный расход через
газопроницаемость К образца, его высоту h = 5 см и площадь попе-
речного сечения образца f = 19,635 см2. Получим
Q Kfp ч/
-V- = -77- CM3 MUH,
I п
где попрежнему р — давление перед образцом, измеренное при
испытании по водяному манометру прибора.
ОСНОВНЫЙ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ 35
Сопоставляя это выражение для у с первым выражением, полу-
чим соотношение
72000 |/То^.7о = -л--
Отсюда величина газопроницаемости испытуемого материала
будет выражаться формулой
„ 72ооо7„-л Vio^F
*=—I-------------?—
Подставляя вместо /0 его значения для ниппелей с отверстиями
1,5 и 0,5 мм, а также h = 5 и f = 19,635, получим окончательные
формулы, по которым можно найти величину газопроницаемости
при испытании ускоренным методом по одному давлению р, измерен-
ному на водяном манометре прибора:
а) для ниппеля с отверстием 1,5 мм
К = 322^10~^---. (2)
р
б) для ниппеля с отверстием 0,5 мм
/(^35,8^'°"^; (2а)
где р — в г/см2, или см вод. ст.
По этим формулам и строится таблица, которой обычно пользуются
при ускоренном определении газопроницаемости по давлению р.
Газопроницаемость формовочных материалов и смесей зависит
от их зерновой структуры, влажности и содержания глинистой соста-
вляющей, а также от степени уплотнения.
Чем крупнее зерна, тем больше промежутки между ними. При
одинаковом объеме промежутков (при одинаковой пористости) про-
пускная способность материала с крупными зернами больше, чем
в случае зерен с мелкими промежутками между ними. Поэтому при
прочих равных условиях с увеличением размера зерен газопрони-
цаемость улучшается.
Чем однороднее зерна, тем хуже уплотняется земля, тем больше
пористость и тем выше газопроницаемость. Неоднородные по разме-
рам зерна ложатся плотнее (мелкие вклиниваются между крупными),
Для прохода газов остается меньше пор.
При оценке влияния формы зерен на газопроницаемость необхо-
димо принимать во внимание различную уплотняемость округлых и
У ловатых зерен. Угловатые зерна труднее уплотняются, следова-
боЛЬно, угловатость должна улучшать газопроницаемость, что в
болЬШИНСТВе слУчаев и наблюдается. Однако угловатые зерна имеют
ее шероховатую поверхность, что увеличивает трение газа о
36
Формовочные материалы и их приготовление
стенки пор. Этим ‘можно объяснить, что угловатость зерен иногда
ухудшает газопроницаемость.
На газопроницаемость формовочных материалов большое влия-
ние оказывает их влажность. При увеличении влажности умень-
шаются размеры промежутков между зернами, потому что часть их
занимает вода. Поэтому с увлажнением формовочного материала
газопроницаемость его должна уменьшаться. Но, с другой стороны,
при увлажнении сухих зерен их неровная, шероховатая поверхность
выравнивается, покрываясь гладкой пленкой воды, отчего трение
газа о стенки пор уменьшается. Кроме того, при небольшом увлаж-
нении сухой пыльной глинистой смеси многие пылинки могут час-
тично слипаться, образуя конгломераты из зерен, как бы ложные
зерна, более крупные, чем сами пылинки. По этим причинам газо-
проницаемость при небольшом увлажнении сухой земли должна
несколько увеличиваться.
Одновременное действие причин, уменьшающих и увеличивающих
газопроницаемость при увлажнении, ведет к тому, что до некоторого
процента влажности газопроницаемость растет, а свыше этого опти-
мального процента влажности газопроницаемость падает.
Величина тем больше, чем больше в смеси мелких зерен
(и пыли) и чем больше содержание глины, так как мелкие зерна,
пыль и глина имеют гораздо большую поверхность смачивания. Для
чистых безглинистых песков с однородной крупнозернистой струк-
турой значение близко к нулю.
При увеличении содержания глины в смеси газопроницаемость
непрерывно падает, так как глина занимает часть объема пор и,
кроме того, имеет свойство разбухать при увлажнении.
Чем больше газотворная способность и влажность, тем больше
газов и паров выделяет смесь при прогреве и тем выше должна
быть и газопроницаемость смеси. Поэтому для оценки того, доста-
точна ли величина газопроницаемости смеси, слёдует брать не аб-
солютную величину газопроницаемости, а относить ее к единице
газотворности смеси с учетом ее влажности.
Вопрос о необходимой и достаточной величине газопроницае-
мости связан с толщиной стенок отливки, от которой зависит глубина
прогрева литейной формы и, следовательно, процесс газообразова-
ния в ней. Прямое влияние оказывает также напор жидкого металла
в форме, который обусловливает то давление, которое оказывает
жидкий металл на поверхность формы. Это давление препятствует
прониканию газов из формы в жидкий металл отливки, и чем больше
это давление, тем ^меньше может быть газопроницаемость формовоч-
ной смеси. И, наконец, необходимо учитывать степень уплотнения
формовочного материала, от которой зависит газопроницаемость и
которая в условиях формы может быть иной, чем при набивке под
лабораторным копром стандартных образцов.
Пусть чугунная отливка с толщиной стенок а = 20 мм заливается
в форме при напоре жидкого металла (высоте от уровня металла в
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ 37
итниковой чаше) над ее верхней точкой Нх = 100 мм и над нижней
л ой Нч, = 200 мм. Примем, что твердая корочка металла доста-
ТоЧной толщины, препятствующая прониканию газов в металл,
образуется на такой отливке в течение t = 10 сек. после заливки.
Глубину прогрева формы, вызывающего испарение влаги и полное
газовыделение, примем равной й0 = 15 мм. Газотворную способ-
ность формовочной смеси примем Г = 15 см3!г. Вес 1 см3 смеси в
уплотненном состоянии & = 1,6 г!см3.
У Приняв, что 1 г влаги при испарении дает 1200 см3 пара (считая
пар в охлажденном состоянии), получим при влажности формовоч-
ной смеси W = 4% общее количество газов и паров, отнесенное к
площади f = 1 cjw2 рабочей поверхности литейной формы:
_ к f а 1 • 2 «о
Воздух ИЗ формы.................... -'з- = — = 1 CJW3
Газотворность смеси...........fh^r = 1 -1,5.1,6-15 = 36 см3
Влажность смеси. . • 1200 = 1-1,5-1,6-0,04-1200= 116 см3
Всего................153 см3.
Полагаем, что в нагретом состоянии этот объем газов удваивается
и становится равным 306 см3. Объем газов, которые образуются в
течение критического времени 10 сек., опасного для проникания
газов в металл, принимаем равным г/2 общего газовыделения, т. е.
153 см3 на 1 см2 поверхности формы.
Этот объем Q = 153 см3 газов должен быть отведен через стенку
формы наружу. Пусть толщина стенки формы составляет h = 40 мм.
Давление, под которым газы должны проходить через форму наружу,
не должно превышать гидростатического давления жидкого металла.
При удельном весе жидкого чугуна 7 = 7 г!см3 оно составит в верх-
ней части формы рв = Ну = 10-7 = 70 г!см2, а в нижней части
формы рн = Н2 'Ч = 20-7 = 140 г!см2. Тогда минимальная газопро-
ницаемость формовочной смеси, необходимая для отвода наружу
указанного количества газов в течение t = 10 сек., должна быть
равна:
для верхней части формы
Qh 153-4-60 rr
— T^t ~ 1-70-10 —
для нижней части формы
is 153-4-60 ___qq
1-140-10
Учитывая, чю плотность набивки литейной фррмы может пре-
вышать плотность набивки стандартного образца на газопроницае-
мость под лабораторным копром, найденные величины газопрони-
цаемости следует увеличить. Ввиду того что верхняя опока уплот-
38
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
няется слабее, чем нижняя, увеличиваем найденную Кв на 10%,
а Кн — на 20%. Окончательно получим необходимые значения
газопроницаемости формовочной земли для данных условий
= 61 и Кн - 34.
Для проведения расчетов, подобных изложенному, требуется
знание ряда величин, не всегда поддающихся расчету и в то же
время еще недостаточно установленных экспериментально, чтобы
можно было брать их готовыми по практическим данным. Поэтому
принимаемые на практике пределы газопроницаемости формовочных
и стержневых смесей устанавливаются чисто опытным путем, про-
веркой в производственных условиях. В табл. 6 приведены эти
ориентировочные пределы.
Таблица 6
Ориентировочные пределы газопроницаемости формовочных
и стержневых смесей для различного литья
Металл Характеристика отливок Газопрони- цаемость
Чугун Сталь Медные сплавы Для всех сплавов Вес до 1 кг, формовка по-сырому . . 20 . я я 2 т я я Ю . я по-сухому „ „ 500 кг „ по-сырому „ „ 5 т „ по-сухому Формовка по сухому Стержни 10—30 30—80 80—120 80—150 80—120 80—120 30—80 80—120
Следует заметить, что при недостаточной газопроницаемости сме-
сей успешно применяется, в основном при ручной формовке, накалы-
вание в формах искусственных вентиляционных каналов. В стерж-
нях вентиляционные каналы делаются как при ручной, так и при
машинной их формовке.
Прочность
Для определения прочности (связности) формовочных материалов
и смесей существует ряд способов (фиг. 11).
Испытаниям на сжатие и срез подвергаются те же цилиндриче-
ские образцы диаметром и высотой 50 мм, которые были испытаны
на газопроницаемость. Образцы для испытания на прочность вытал-
киваются из гильзы с помощью деревянного выталкивателя 8
(см. фиг. 9).
Испытание сухих образцов на изгиб производится по схеме балки
на двух опорах с сосредоточенной нагрузкой посередине. Испытание
же сырых образцов заключается в том, что образец в виде бруска
постепенно сталкивается с края стола и свисающий его конец изги-
бается, как консольная балка, под действием собственного веса.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
39
Испытанию на разрыв в сухом состоянии подвергаются плоские
образы, имеющие форму восьмерки. Уплотнение их производится
тремя ударами нормального лабораторного копра в особой металли-
ческой разъемной форме, в которую входит фигурный боек. Толщина
образца после уплотнения должна быть 25 ± 0,4 мм, что прове-
ряется калибром. Ширина шейки образца также равна 25 мм.
Испытанию на разрыв в сыром состоянии подвергаются образцы
диаметром и высотой 50 мм, набиваемые в особую разрезанную попе-
Фиг. 11. Схемы методов испытания прочности формовочных
материалов.
рек гильзу или обойму. Наконец, не показанное на схеме испытание
глин на клейкость заключается в отрывании друг от друга двух парал-
лельных дисков, склеенных испытуемой глиной.
Во всех испытаниях, за исключением испытания на изгиб сырых
образцов, величина прочности выражается напряжением материала
в кг/см2, при разрушении образца. Прочность при испытании на изгиб
сырых образцов выражается средним весом отломившегося куска
в граммах (сечение образца при этом равно 50 X 25 мм).
В практике цехового контроля формовочных материалов и смесей
наиболее распространены испытания на сжатие, главным образом
Для сырых образцовой на разрыв сухих образцов (восьмерок) смесей
Для формовки по-сухому и стержневых смесей.
Для испытания на сжатие сырых образцов и на разрыв сухих
образцов применяются специальные приборы рычажного типа.
Испытание глин на клейкость производится на подобном же рычаж-
ном приборе. Глину наносят тонким слоем между двумя металли-
ческими дисками; нижний диск неподвижен, а к верхнему прикре-
плена тяга, которая во время испытания отрывает его от нижнего
Диска. Усилие, при котором диски отрываются друг от друга, раз-
деленное на площадь диска, характеризует клейкость глины в кг/см2.
*4злишек глины между дисками перед испытанием выдавливается
^собой рукояткой, так как верхний диск не доходит до нижнего на
мм, ложась на три штифтика, имеющихся на нижнем диске.
40
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
И
Фиг. 12. Изменение газопроницаемости
прочности сырых образцов на сжатие фор-
мовочной смеси при изменении влажности:
/ — газопроницаемость; 2 — прочность в сыром
состоянии.
Толщина разрываемого слоя глины получается таким образом всегда
одинаковой. В настоящее время чаще всего испытание прочности
глин производится методом технологической пробы.
Прочность, или связность, формовочных материалов и смесей
в сыром состоянии зависит от поверхностного натяжения смачиваю-
щей жидкости и механического
зацепления зерен.
Главную роль играет по-
верхностное натяжение смачи-
вающей жидкости.Такой жидко-
стью обычно является вода.
Большая связность и склеиваю-
щая способность глинистых ве-
ществ по сравнению с песком
объясняются малыми размерами
их частиц, составляющих глину,
и соответственно большими ка-
пиллярными силами, развиваю-
щимися в узких порах между
ними.
Из сказанного следует, что
прочность формовочных мате-
риалов и смесей увеличивается
с уменьшением размеров зерен.
В том же направлении -влияет
и неоднородность зернового
строения, ведущая к увеличе-
нию точек соприкосновения зе-
рен в 1 см3 материала. Что же
касается влияния формы зерен,
то при более угловатых зернах
вследствие худшей уплотняемости образцов прочность их чаще всего
уменьшается.
Наивысшая прочность смеси в сыром состоянии получается при
определенной влажности смеси, соответствующей полному смачива-
нию всех зерен (песчаных и глинистых частиц). При меньшей влаж-
ности не все зерна смочены и, следовательно, не во всех точках каса-
ния возникает связь при помощи поверхностного натяжения пленок
воды. При излишнем переувлажнении на зернах получаются слиш-
ком толстые пленки, и часть воды с зерен стекает в поры. Прочность
при этом падает.
Величина оптимальной влажности W2, при которой получается
максимум прочности, обычно не равна оптимальной влажности по
газопроницаемости (фиг. 12). Поэтому рабочую влажность смеси для
сырой формовки чаще всего приходится брать в интервале между и
W2. В этом интервале газопроницаемость и прочность при изменении
влажности изменяются во взаимно противоположных направлениях.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
41
Прочность при высоких температурах
Испытания формовочных материалов и смесей при комнатной
емпературе не дают возможности судить об их прочности при высо-
йХ температурах, в условиях литейной формы при заливке ее
жидким металлом. Поэтому за последние годы создан ряд приборов
Фиг. 13. Схема прибора для испытания прочности при высоких температурах:
1 — станина; 2 — колонны; 3 — поперечина; 4 — трубчатая печь; 5 и 7 — направляющие ролики;
— противовес; 8 — стакан; 9 — керамическая трубка; 10 — кварцевый стержень: 11 — коромысло;
12 — индикатор для указания деформации; 13 — чашка для гирь; 14 — противовес; 15 — корпус;
16 — червячная пара; 17 — винт; 18 — обойма; 19 — мембрана; 20 — стержень; 21 — рабочий столик;
22 — лист асбеста; 23 — керамическая опора для образца; 24 — коромысло; 25—индикатор для
указания усилий; 26 — ручной маховичок.
Для испытания указанных материалов при высоких температурах.
Схема одного из таких приборов приведена на фиг. 13.
Образец испытуемого материала имеет диаметр 30 мм и высоту
50 мм и набивается одним ударом груза на нормальном лаборатор-
ном копре. Для испытания образец устанавливается на керами-
ческую опору 23, находящуюся на рабочем столе 21 прибора. Затем
на образец опускается трубчатая электрическая печь 4, заранее
нагретая до необходимой температуры испытания (обычно 1200—
1400°). Образец быстро прогревается до этой температуры и выдержи-
вается в течение 10 мин. Затем, вращая червячную пару 16 ручным
маховичком или жег от мотора, дают столику ход вверх и нагружают
образец, прижимая его к верхнему упору в виде керамической
42
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
трубки 9. Сила, сжимающая образец, отмечается нижним индика-
тором 25. Деформация образца отмечается верхним индикатором 12,
следящим за положением верхнего торца образца с помощью квар-
цевого стержня 10.
С помощью особого приспособления прибор может автоматически
записывать на диаграмме изменения деформации образца, сжи-
мающей силы и температуры нагрева.
Применяются два метода испытаний прочности формовочных
материалов при высоких температурах. По первому методу образец
подвергают испытанию при постоянной температуре нагрева и при
постепенно возрастающей нагрузке. Наблюдают прочность образца
при разрушении.
Обычно этим методом испытывают формовочные глинистые
смеси. Прочность таких смесей при нагреве достигает макси-
мума при температурах в пределах 900—1100°, а при более
высоких температурах она резко падает. Если прочность на сжатие
сухих образцов при комнатной температуре составляет 4—8 кг/см2,
то максимальная прочность при нагреве достигает 20—40 кг/см2
(при 15% содержания глины в смеси). Прочность при 1400° соста-
вляет всего 0,7—1,5 кг/см?. Слишком высокая прочность при 1400°
(свыше 2 кг/см2) может оказаться даже вредной, свидетельствуя
о малой податливости смеси и опасности возникновения горячих
трещин отливок вследствие затрудненной их усадки.
По второму методу образец подвергается испытанию при постоян-
ной сжимающей нагрузке (обычно 5 г/см2) и постепенно (ступенями)
возрастающей температуре. Наблюдается время, в течение которого
образец выдерживает нагрузку при данной температуре (время раз-
рушения).
Чаще всего характеристикой является время разрушения
при 1400°. Таким методом обычно испытываются стержневые смеси
на крепителях. Эти смеси имеют время разрушения при 1400° в пре-
делах от 0,5—1 до 8—10 мин. Если это время превышает 12 мин.,
то смесь испытывают по первому методу.
Кроме определения прочности при высоких температурах, на
приборах описанного типа производят определение деформации
смесей и прочности нагретых и затем охлажденных образцов. Дефор-
мация смесей без нагрузки и под нагрузкой при постепенном нагреве
до высоких температур определяется по диаграммной записи прибора.
Чем больше деформация смеси при высоких температурах, тем боль-
ше ее податливость и меньше сопротивление свободной усадке от-
ливки.
Прочность смесей после нагрева образцов до высокой температуры
(обычно 1000°) и последующего охлаждения до комнатной темпера-
туры характеризует их выбиваемость. Если эта прочность охлажден-
ных образцов на сжатие получается не свыше 1 кг/см2, то выбивае-
мость считается хорошей. Стержневые смеси на крепителях имеют
нулевую прочность охлажденных образцов. Поэтому о выбивае-
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
43
мости их косвенно судят по времени разрушения при высоких
температурах. Чем больше время разрушения, тем хуже выбивае-
мость.
Поверхностная прочность (осыпаемость)
Одной из характеристик поверхностной прочности формовочных
материалов и смесей является осыпаемость. Для испытания осыпае-
мости берется образец в виде цилиндра диаметром и высотой 50 мм,
набитый тремя ударами на стандартном лабораторном копре. Обра-
зец, вытолкнутый из гильзы, подвергается испытанию во влажном
или высушенном состоянии.
Испытание заключается в том, что образец помещается во враща-
ющийся горизонтальный сетчатый барабан прибора и находится там
в течение 1 мин., после чего взвешиванием находится потеря в весе
образца, которая и является мерой осыпаемости. Эта потеря выра-
жается в процентах к первоначальному весу образца. Барабан де-
лается из сетки № 6 (диаметр проволоки 0,9 мм). Число оборотов
барабана в минуту 60, диаметр барабана НО мм.
Гигроскопичность и потеря прочности при намокании
Определение гигроскопичности представляет интерес для стерж-
невых смесей на крепителях. Степень гигроскопичности опреде-
ляется по приросту в весе стандартных высушенных образцов для
испытания на разрыв (восьмерок), охлажденных после сушки и
затем подвергнутых выдержке в течение различного времени (от
5 час. до 5 суток) в эксикаторе над водой или над 10%-ным раствором
серной кислоты. Последний метод более правилен, так как при этом
влажность воздуха в эксикаторе ближе к влажности атмосферы
в литейном цехе. Прирост в весе выражается в процентах к началь-
ному весу образца. После определения степени гигроскопичности
восьмерки подвергают испытанию на разрыв. С точки зрения влия-
ния влажности на механические свойства потеря прочности при
намокании является существенно более важной характеристикой
смесей, нежели сам прирост веса (гигроскопичность). Собственно же
гигроскопичность является важной величиной для оценки возмож-
ной продолжительности хранения стержней или выдерживания их
в собранной сырой форме. Стержень, изготовленный из гигроско-
пичной смеси, при хранении на складе или вылеживании в форме
впитывает влагу, что приводит к образованию в отливке вскипов и
газовых раковин.
Следует заметить, что гигроскопичность и потеря прочности при
намоканииформовочных материалов изучены пока недостаточнополно.
Известно, что лучшие в этом отношении стержневые смеси имеют
гигроскопичность до 0,1%, хорошие — до 0,5%. Потерю прочности
пРи намокании порядка не свыше 20—30% можно считать вполне
Удовлетворительной.
44
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ '
Пластичность
Пластичность нельзя путать с прочностью. Так, напри-
мер, литейная форма после сушки или сухой стержень обладают
высокой прочностью, но совершенно непластичны. Высокой пластич-
ностью обладают глины, пески же почти непластичны.
Высокая пластичность глин объясняется чешуйчатой формой
их частиц, облегчающей скольжение этих частиц без нарушения
сплошности образца.
Пластичность формовочной смеси улучшается с увеличением
содержания и пластичности глинистых веществ, а также по мере
уменьшения размера зерен песчаной основы смеси и при неодно-
родной зерновой структуре. За меру пластичности формовочных
смесей при их испытании (обычно на сжатие) часто принимают ве-
личину деформации образца до момента образования первой тре-
щины.
Наилучшая пластичность смеси получается при определенной
влажности, соответствующей оптимальной для скольжения тол-
щине водяных пленок на зернах.
Представляет интерес испытание пластичности при высоких
температурах.
Метод технологических проб
Для сравнительной оценки связующей способности глин и стерж-
невых крепителей часто пользуются испытанием на прочность образ-
цов, изготовленных по определенному рецепту из смеси песка с
испытуемым крепителем. Такая смесь называется технологической
пробой.
Песок, входящий в состав технологической пробы, должен быть
определенного зернового состава. Принято для этой цели брать
кварцевый песок К50/100. Количество испытуемого связующего
вещества, входящего в состав технологической пробы, зависит от
вида этого связующего вещества и также нормируется, равно как и
влажность составляемой смеси. Перемешивание производится на
лабораторных бегунах по определенному режиму. Образцы из при-
готовленной смеси изготовляются и испытываются на прочность
обычными методами.
Огнеупорность
Степень огнеупорности формовочного материала может быть
определена: 1) по условной температуре плавления, или размягче-
ния, материала и 2) по температуре шлакования, или начала спе-
кания, зерен материала.
Условную температуру начала плавления, вернее размягчения,
определяют при помощи эталонов, называемых керамически-
ми пироскопами. Керамические пироскопы представляют
собой трехгранные усеченные пирамидки из огнеупорного материала
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ 45
высотой 30 мм и со стороной нижнего основания 8 мм, а верхнего
2 мм. Нормальные пироскопы имеют номера в соответствии с темпе-
ратурой начала их плавления. Достижением условной температуры
плавления пирамидки считается момент, когда вершина ее наклонится
и коснется основания. При испытании рядом с пирамидкой из
испытуемого формовочного материала ставят несколько нормальных
керамических пироскопов разных номеров. Наблюдая за наклоне-
Фиг. 14. Установка образца для
испытания на спекаемость:
1 — образен; 2 — платиновая лента; 3 — дер-
жавка; 4 — клеммы; 5 — гибкие провода.
нием вершины нормальных и
испытуемых пирамидок, находят
таким образом искомую темпера-
туру плавления последней. Ско-
рость подъема температуры при
таком испытании в пределах от
1000 до 1500° должна быть 10—15°
в минуту, а начиная с 1500° 5°
в минуту (ГОСТ 4069-48).
Более показательным является
испытание формовочных материа-
лов на спекаемость, т. е. опреде-
ление температуры начала шлако-
вания. Этот способ заключается в
том, что к образцу прижимается
нагреваемая электрическим током
платиновая лента, и температура,
при которой она пристает к образцу, считается условной темпарату-
рой шлакования, или спекания, зерен материала. Образец для дан-
ного испытания приготовляется так же, как и для определения газо-
проницаемости. Далее образец выталкивается из гильзы и сушится.
Образец устанавливают на приборе, как показано на фиг. 14.
На его цилиндрическую поверхность сверху накладывают платино-
вую ленту, укрепленную в державке весом 170 г. Державка соеди-
нена с клеммами при помощи гибких проводов. Переменный ток из
сети напряжением НО—220 в подводится к ленте размером 50 X
X 12,5 X 0,025 мм через трансформатор мощностью 1,5 кет со
вторичным напряжением 40—50 в и далее через реостат с сопроти-
влением 0,04—4 ом. В цепь платиновой ленты включается амперметр
на 50 а.
Образец при испытании находится в светонепроницаемой камере
прибора. Испытание заключается в следующем. Ленту, раскален-
ную до 1000°, выдерживают на образце в течение 4 мин., после чего
выключают ток и проверяют, не пристала ли лента к образцу. Если
лента не пристала, ее передвигают на соседнее место на поверхности
образца и снова держат в течение 4 мин., но уже пои температуре,
на 25° большей, чем в предыдущий раз, и через 4 мин. снова прове-
ряют, не спеклась ли лента с образцом. Так, повышая каждый раз
температуру ленты на 25°, ведут опыт до приставания ленты. Тем-
пература накала ленты, при которой она пристала к образцу, при-
46
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
нимается за температуру шлакования, или спекания, формовочного
материала. Температура накала ленты измеряется при этом опти-
ческим фотометрическим пирометром.
Огнеупорность формовочных материалов в основном зависит от
их минералогического и химического состава.
Чистый кварц и чистый каолин являются весьма огнеупорными
минералами. Температура плавления первого равна 1710°, а второго
колеблется в пределах 1750—1780°. Сложные минералы, входящие
в состав песка и в особенности в большом количестве содержащиеся
в глине, значительно менее огнеупорны. Низкой огнеупорностью
отличаются полевые шпаты (температура плавления 1100—1250°)
Как правило, огнеупорность смеси двух минералов ниже огнеупор-
ности каждого минерала в отдельности.
Присутствие в смеси основных химических соединений, содер-
жащихся в сложных минералах, сильно снижает ее огнеупорность.
Такие примеси, как щелочи Na2O и К2О, окислы щелочноземельных
металлов MgO и СаО и, наконец, Fe2O3, являются особо вредными.
Допустимое содержание таких веществ, называемых плавнями,
будет указано ниже, при рассмотрении основных сортов формовоч-
ных песков и глин.
На огнеупорность формовочных материалов, кроме минерало-
гического и химического состава, влияют также форма и размеры
зерен. При крупных и окатанных зернах огнеупорность материала
практически выше, что объясняется более медленным прогревом
таких зерен металлом.
Долговечность
Песчаная часть смеси состоит из зерен кварца и других безвод-
ных минералов. При повторных заливках зерна их растрескиваются
под влиянием напряжений, возникающих вследствие внутренних
изменений минералов при нагреве, а также вследствие неравномер-
ного прогрева зерен.
Больше всего подвержены растрескиванию зерна минералов,
отличных от кварца, главным образом зерна полевых шпатов. Но и
кварцевые зерна также могут растрескиваться вследствие резкого
объемного изменения кварца при 575°. При этой температуре а-кварц
переходит в другую модификацию р-кварц, причем процесс этот про-
текает быстро и сопровождается увеличением объема на 2%.
Вследствие частичного растрескивания зерен песка смесь при
повторных заливках постепенно обогащается пылью, отчего сни-
жается ее газопроницаемость и отчасти огнеупорность.
Глинистая часть смеси при нагреве теплом металла частично
теряет свою связующую способность вследствие потери водными ми-
нералами (каолин и др.) содержащейся в них химически связанной
гидратной воды. При этом, по-видимому, нарушается капиллярность
и уплотняется поверхность частиц и происходит частичное спека-
ние их, вследствие чего глина и перестает связывать, подобно порошку
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СМЕСЕЙ
47
□божженного кирпича. «Активная» связующая глина переходит в
реактивную». Связующую способность глина особенно сильно
теряет, начиная с 400—530°.
Вследствие перехода глины из активной в неактивную формовоч-
ная смесь при повторных заливках теряет свою прочность и, кроме
того, обогащается балластом в виде неактивной глины. Таким обра-
зом, при повторном использовании формовочные смеси нуждаются
в освежении, т. е. в добавке свежих глины и песка. Чем крупнее и
массивнее отливки, тем меньше долговечность формовочной смеси и
тем больше должно быть ее освежение.
а) fi)
Фиг. 15. Схемы отбора проб свежих формовоч-
ных материалов из железнодорожных вагонов,
платформ и грузовых автомобилей (а) и из боль-
шегрузных вагонов (6).
Приемка свежих формовочных материалов и контроль смесей
в производстве
Свежие песчано-глинистые формовочные материалы при приемке
подвергают испытаниям, для чего от прибывшей на завод партии
материала отбирают среднюю пробу. Средняя проба должна
отражать качество всей партии, и поэтому на технику ее отбора сле-
дует обращать серьезное внимание, в особенности при неоднород-
ном материале.
Отбор пробы следует производить при разгрузке или транспорти-
ровании материала через определенные промежутки времени равно-
мерно от всей партии. При
отборе проб из железнодо-
рожных вагонов и грузо-
вых автомобилей, куч и
закромов необходимо от-
бирать материал из раз-
ных мест (фиг. 15) ис раз-
ной глубины, но не ближе
300 от края и не менее
чем на 100—200 мм (ваго-
ны, автомашины, баржи)
или 300 мм (кучи, бункеры) от поверхности. Материал отбирают с
помощью лопаты, совка или щупа (трубы диаметром 53 мм и длиной
630—900 мм с двумя продольными щелями на противоположных
сторонах для выталкивания пробы и с деревянной ручкой).
Вес генеральной пробы песка должен составлять не менее 1 кг
На каждую тонну партии свежего материала, а для глины 0,5 кг
аа тонну. При отборе же рядовых проб рабочих смесей в цехе вес
Робы уменьшается до 1 кг.
Отобранную генеральную пробу сокращают так, чтобы получен-
ия доля отражала среднее качество всей пробы. Для этого реко-
нДуется применять прием квартования пробы, т. е. после-
Пр^ательного деления ее на четыре квадранта (на четыре части). Две
Тнв°лежащие части отбрасывают, а две остальные снова смеши-
Т’ разравнивают в виде круга и опять подвергают делению до
48
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
тех пор, пока не получится проба весом около 5 кг. Эту пробу и
передают в лабораторию.
Дальнейшее сокращение можно производить при помощи дели-
теля проб (фиг. 16), представляющего собой суживающуюся книзу
жестяную коробку с узкими окнами, или устьями, выходящими
поочередно на две противоположные стороны и отводящими мате-
риал, засыпаемый сверху в делитель, в два подставленных ящика.
При помощи этого делителя сохраняется среднее качество при сокра-
Фиг. 16. Делитель проб.
щении пробы. Материал, попав-
ший в один из подставленных
ящиков, отбрасывают, а из
второго ящика снова засыпают
в делитель. Так продолжают до
тех пор, пока не останется необ-
ходимое для испытания количе-
ство материала.
Пески при приемке необхо-
димо подвергать ситовому ана-
лизу с определением формы
зерна, химическому анализу на
содержание SiO2 и плавней и
испытанию на влажность. Ко-
личество глинистых веществ в
песках определять не обяза-
тельно, поскольку они содержатся в нем всего до 2%.
Свежие земли (тощие, полужирные, жирные и очень жирные)
следует подвергать испытаниям на влажность, содержание глини-
стых веществ, зерновое строение и химическому анализу на содержа-
ние плавней.
Глины должны подвергаться химическому анализу на содержа-
ние плавней, испытанию на прочность и огнеупорность. При при-
емке глин и других связующих веществ рекомендуется пользоваться
технологической пробой.
Перечисленные испытания производятся обычно центральной
заводской лабораторией при приемке партий свежих формовочных
материалов. Текущий же, оперативный, контроль рабочих формо-
вочных и стержневых смесей в литейных цехах производится цехо-
выми экспресс-лабораториями формовочных материалов. При этом
формовочные смеси для формовки по-сырому испытываются обычно
на влажность, газопроницаемость и прочность на сжатие в сыром
состоянии.
Смеси для формовки по-сухому, а также стержневые смеси
на глине испытываются на влажность, прочность на сжатие в сыром
состоянии и затем в сухом состоянии на газопроницаемость и проч-
ность на сжатие. Стержневые смеси на крепителях испытываются
на газопроницаемость и прочность на разрыв в сухом состоянии и
на прочность на сжатие в сыром состоянии.
СВЕЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
49
Кроме экспресс-испытаний, производимых от каждого замеса,
выдаваемого из смесителя, следует формовочные и стержневые
смеси периодически подвергать в центральной заводской лабора-
тории всесторонним испытаниям и исследованиям с определением
содержания плавней, зернового состава, глиносодержания, газо-
творности, осыпаемости, огнеупорности, свойств при высоких тем-
пературах, изменения газопроницаемости и прочности при разных
влажностях.
4. СВЕЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Песчано-глинистые свежие формовочные материалы
• К песчано-глинистым свежим формовочным материалам относятся
пески, формовочные земли и глины.
Пески содержат до 2% глинистых веществ и являются зерновой
основой, или скелетом, формовочных и стержневых смесей Такие
пески обозначаются при маркировке буквой К и условно могут быть
названы безглинистыми.
При выборе песков следует обращать внимание на содержание
SiO2 и плавней. Содержание SiO2 в песке для стального литья должно
быть не ниже 97%, для чугунного литья допускается 90% и даже
меньше. При оценке песков одного месторождения, но разной зер-
нистости следует иметь в виду, что наиболее чистыми в химическом
и минералогическом отношении обычно являются более крупные
зерна; мелкие же зерна имеют больше загрязняющих примесей и
минералов, отличных от кварца, и обычно менее окатаны.
Зерновое строение песков, являющихся основой формовочных и
стержневых смесей, определяет зернистость последних. При выборе
песков необходимо учитывать характер литья. Мелкое литье требует
более мелкозернистых смесей и песков вследствие повышенных
требований к гладкости его поверхности. Для крупного литья берется
более крупный песок для обеспечения более высокой газопроницае-
мости и огнеупорности смесей. По тем же причинам для стального
литья применяются более крупнозернистые пески.
Разделение песков на классы по содержанию глинистых веществ и
кремнезема, согласно ГОСТ 2138-56, приводилось в табл.1, а разде-
ление их на группы по зерновому составу — в табл. 3. Допустимое
содержание вредных примесей по упомянутому ГОСТ, нормируемое
только для классов IK, 2К и ЗК, приведено в табл. 7.
В табл. 8 приведены кварцевые пески, получившие наиболее
Широкое применение в литейных цехах отечественных заводов.
Свежие формовочные глинистые пески, или земли, в зависимо-
сти от содержания глинистых веществ делятся на тощие (2—10%),
Полужирные (10—20%), жирные (20—30%) и очень жирные (30—
5р% глинистой составляющей), как об этом уже говорилось выше.
'-Пежие глинистые пески добавляются в смесь для комбинированного
Аксенов 1956
50
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Таблица 7
Допустимое содержание вредных примесей в песках классов 1 К, 2К и ЗК
Примеси в °/0 1К 2К зк
не более
Сера сульфидная Не допускается 0,025 0,025
К2О + Na2O 0,5 |1.5 2.0
СаО + MgO 1,0
Окись железа 0,75 1.0 1,5
освежения, т. е. для освежения связующих веществ и зерновой
части. Однако зерновая часть свежих глинистых песков обычно
очень мелкозерниста или же весьма разнородна по размерам зерен.
Поэтому при освежении естественными глинистыми песками смеси
обычно становятся малогазопроницаемыми. Кроме того, свежие
глинистые пески часто содержат значительное количество плавней и
понижают огнеупорность смесей. По этим причинам смеси со све-
жими глинистыми песками для стального литья, как правило, не
употребляются. Свежие глинистые пески применяются в чугуноли-
тейных мелкосерийного и индивидуального литья в основном для
формовки по-сухому, а также в литейных цветного литья.
В табл. 9 приведены наиболее известные из применяющихся на
отечественных заводах глинистые формовочные пески.
Глины согласно принятой классификации содержат свыше 50%
глинистых веществ (остальное песчаные зерна). По химическому
составу, клейкости и огнеупорности глины чрезвычайно разнооб-
разны.
Согласно ГОСТ 3226-49 глины формовочные делятся на классы,
группы, сорта и категории следующим образом.
В зависимости от характера набухания в воде формовочные
глины делятся на два класса. Глина формовочная обык-
новенная (обозначение класса буквой Ф) присоединяет воду
только по наружным поверхностям кристаллов породообразующего
минерала. Глина формовочная бентонитовая (или
бентонит) присоединяет воду как по наружным, так и по внутренним
поверхностям кристаллов породообразующего минерала, т. е.
имеет внутрикристаллическое набухание (обозначение класса буквой
Б). Глины класса Б имеют в 2—3 раза более высокую клейкость по
сравнению с глинами класса Ф.
В зависимости от содержания отощающего мелкодисперсного
кварца (тонкозернистой песчаной части) глины класса Ф разде-
ляются на две группы. Глины жирные (обозначение ФЖ) имеют
весовое отношение < 2,65. Глины отощенные (обозначе-
AI2O3
ние ФО) имеют это отношение > 2,65.
СВЕЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
51
Таблица 8
Наиболее применяемые безглинистые
свежие формовочные пески
Марка песка Наименование карьера Область место- нахождения карьера
К70/40 Кичигин- СКИЙ Челябинская
К50/100 и 100/50 Люберецкий Балашей- ский Миллеров- ский Луховицкий Правдин- ский Кичигин- ский Новинский Московская Куйбышевская Ростовская Московская Горьковская Челябинская Ленинградская
К70/140 и 140/70 Балашей- ский Гремячев- ский Молотов- ский Новинский Увельский Куйбышевская Московская Горьковская Ленинградская Челябинская
Таблица 9
Наиболее применяемые глинистые
свежие формовочные пески (земли)
Марка песка Наимено- вание карьера Область место- нахождения карьера
П70/140 ' Калют- кинский Кизите- ринский *; Свердлов- ская Ростовская
П100/200 Тамбов- ский Балашей- ский Воронеж- ская Куйбышев-J ская
Ж70/140 ОЖ70/140 Кизите- ринский Ростовская
П200/270 Ж200/270 ОЖ200/270 Репин- ский Московская
Т70/140 П100/200 Фролов- ский Свердлов- ская
В зависимости от термохимической устойчивости формовочные
'лины обыкновенные разделяются на три сорта, как показано
J табл. 10.
Таблица 10
Разделение глин формовочных обыкновенных на сорта
по термохимической устойчивости
Обозначе- ние сорта Термохимическая устойчивость Огнеупорность в °C не менее Вредные примеси в °/0 не более
S сульфидная СаО 4- MgO KtO4-NaaO
1 Высокая 1580 0,2 2,0 3,0
2 Средняя 1350 0,3 3,0 —
3 Низкая — — — —
Наконец, в зависимости от клейкости, или связующей способ-
ности, формовочные глины обыкновенные разделяются на четыре
категории: малосвязующая (обозначение М), среднесвязующая
обозначение С), прочносвязующая (обозначение П) и высокопроч-
на (обозначение В).
62
ФОРМОВОЧНЫЕ матёрйаЛы и ИХ ИЫН'ОЮЙЛВНИЕ
Полное обозначение марки глины формовочной обыкновенной
составляется из букв и цифр, указывающих класс, группу, сорт и
категорию глины. В табл. 11 приведены технические условия согласно
ГОСТ 3226-49 на формовочные глины обыкновенные, а в табл. 12—
на формовочные глины бентонитовые, или бентониты.
Таблица 11
Технические условия на глины формовочные обыкновенные
Марка глины SiOg Прочность технологи- ческой пробы на сжатие в кг/см* Огнеупор- ность в °C Вредные примеси в °/0 не более
Al jOj по весу Сырые образцы Сухие образцы S сульфид- ная CaO+MgO к,о + + Na,О
ФЖ1С 0,3—0,5 1 1580 0,2 2 3
ФЖ1В >0,5 1 1580 0,2 2 3
ФЖ2С <2,65 0,3—0,5 1 1350 0,3 3 —
ФЖ2В >0,5 1 1350 0,3 3 —
ФЖЗС 0,3—0,5 1 — — — —
ФЖЗВ >0,5 1 — — — —
Ф01М 0,15—0,30 1 1580 0,2 2 3
ФО1С 0,3—0,5 2 1580 0,2 2 3
ФО1П >2,65 0,3—0,5 2 1580 0,2 2 3
ФО1В >0,5 2 1580 0,2 2 3
Ф02М 0,15—0,30 1 1350 0,3 3 —
ФО2С 0,3—0,5 1 1350 0,3 3
ФО2П 0,3—0,5 2 1350 0,3 3 —
ФО2В >0,5 2 1350 0,3 3 —
ФОЗМ >2,65 0,15—0,30 1 — — — —
ФОЗС 0,3—0,5 1 — — — —
ФОЗП 0,3—0,5 2 — — — —
ФОЗВ >0,5 2 — — — —
Глины жирные (ФЖ) применяются преимущественно для фор-
мовки по-сырому, а отощенные (ФО) — для стержней и формовки
по-сухому. Глины с высокой термохимической устойчивостью (ФЖ1
и ФО1) применяются для отливок преимущественно из стали, со
средней термохимической устойчивостью (ФЖ2 и ФО2) — для чугун-
ного литья и с низкой термохимической устойчивостью (ФЖЗ и
ФОЗ) —для цветного литья. Глины малосвязующие (М) применяются
для сухих форм и стержней несложных отливок малого веса; средне-
связующие (С) — для отливок малого и среднего веса, для сырых и
сухих форм; прочносвязующие (П) — для сухих форм и стержней
сложного литья; высокопрочные (В) — для сырых и сухих форм и
стержней сложных и крупных отливок.
СВЕЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
58
Бентонитовые формовочные глины применяются преимущественно
для формовки по-сырому, когда для повышения газопроницаемости
необходимо предельно сократить содержание глины в смеси.
В табл. 13 приведе-
ны данные о глинах,
получивших большое
распространение в ли-
тейных цехах.
В приведенных таб-
лицах технологическая
проба для определения
прочности во влажном
состоя нии обы к новен -
них формовочных глин
(кроме бентонитовых)
составляется из сухого
песка К50/100 в коли-
честве 1800 г, испытуе-
мой глины, высушен-
ной при 180—200°, из-
Таблица 13
Наиболее применяемые формовочные глины
Наименование глины Область местонахожде- ния карьера Прочность технологи- ческой пробы на сжатие в кг/см? Коллоидальность Огнеупорность в °C
Сырые образцы Сухие образцы
Каганович- ская Донбасс 0.89 3.20 76 1730
Часов- Сталинская 0.80 3,15 77 1720
ярская Латнинская Воронеж- ская 0.87 2,52 80 1700
Пятихатская Днепропет- 0,60 2,71 43 1690
Белкинская ривская Челябинская 0.57 1,52 45 1720
Бускульская I группы в 0,80 3,68 46 1720
Бускульская III группы в 0,22 3,63 — 1650
Троицко- баянов- ская Свердлов- ская 0.86 1,47 — 1650
Нижне- увельская Челябинская 0,54 2,23 62 1630
Кудиновская (сорт .Са- ло товар- ное-) Московская 0,37 2,52 38 1350— 1580
Суворовская Тульская 0,68 1.21 68 1700
Бентонит огланли- ский Красновод- ская 1,05
Таблица 12
Технические условия
на глины формовочные
бентонитовые
Марка глины Коллои- дальность Прочность сырого образца технологи- ческой пробы на сжатие кг! см*
Б1 >95 >0,3
БП >90 0,2—0,3
мельченной в ступке или лабораторных бегунах и просеянной через
сито № 50, в количестве 200 г и воды в количестве 70 г. Для опреде-
ления прочности обыкновенных формовочных глин в сухом состоя-
нии технологическая проба составляется их сухого песка К50/100
в количестве 1900 г, испытуемой высушенной, измельченной и про-
сеянной глины в количестве 100 г и воды 130 г. Для определения
прочности бентонитовых глин во влажном и сухом состоянии техно-
логическая проба приготовляется из сухого песка К50/100 в коли-
54
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
честве 1920 г, бентонита, высушенного при 105—110°, измельчен-
ного и просеянного через сито№50, в количестве 80 г и воды в коли-
честве 70 г. Сушка образцов на обыкновенной формовочной глине
перед испытанием на сжатие производится в течение 1,5 часа при
температуре в пределах 180—200°, а образцов на бентоните — при
105—110°.
Противопригарные материалы
Формовочные материалы, служащие для уменьшения или пре-
дотвращения пригара, можно разделить на две группы:
1) материалы, вводимые в состав облицовочных формовочных
смесей, которые, в свою очередь, делятся на: а) газообразующие
материалы, б) огнеупорные мелкодисперсные материалы и в) огне-
упорные материалы с большой теплопроводностью и теплоемкостью;
2) материалы, наносимые на рабочую поверхность литейных форм
и стержней в виде припылов и красок.
Из газообразующих материалов, вводимых в состав облицовоч-
ных смесей, находит широкое применение для чугунного литья
каменный у г о л ь. Он вводится в виде тонкого порошка или
пыли в смеси при формовке по-сырому.
Противопригарное действие каменноугольной пыли в формовоч-
ной смеси для чугунного литья основано на выделении углем лету-
чих веществ (газов) при нагреве теплом металла во время заливки.
Эти газы создают изолирующий слой на рабочей (внутренней) поверх-
ности формы, вследствие чего жидкий чугун не смачивает формовоч-
ную землю и она меньше пригорает к отливке. Кроме того, выделяе-
мое при возгонке угля газы загораются и дают коптящий дым, по-
крывающий зерна слоем сажи, которая также плохо смачивается
металлом и таким образом изолирует зерна от металла и друг от
друга. Имеется мнение, что восстановительный характер атмосферы
при горении и возгонке угля в форме способствует уменьшению
окисления металла и уменьшает возможность химического пригара,
хотя этот вид пригара на чугунных отливках и встречается весьма
редко.
Рекомендуемые количества добавки каменноугольной пыли в
формовочные смеси в зависимости от толщины стенок отливки:
Толщина стенок отливок
в мм
До 3—5
5—10
10—15
25—50
Св. 50
Весовой процент каменноугольной
пыли в формовочной смеси
0
3
3—4
4—5
6—8
Уголь следует примешивать лишь в облицовочные смеси, в напол-
нительные же смеси давать его нет смысла. Точно так же бесполезно
давать уголь в смеси при формовке по-сухому, так как при сушке
формы уголь потеряет летучие вещества. Из таблицы видно, чем
СВЕЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
55
толще стенки отливки, тем больше должна быть примесь угля,
что вполне понятно, так как более толстая стенка обладает большим
запасом тепла.
Качество угля, идущего в формовочные земли, определяется в
первую очередь по содержанию в нем летучих веществ. Приемлемым
можно считать уголь, содержащий свыше 3096 летучих, в крайнем
случае не менее 25%. При этом содержание золы не должно быть
больше 10—11%, так как она остается в земле в качестве балласта.
В составе золы должно быть возможно меньше плавней. Спекаю-
щиеся угли хуже углей, у которых зола остается в виде порошка,
так как земля, засоренная жесткими комьями спекшейся золы, ста-
новится грубой и непластичной. Содержание серы в угле должно
быть не более 4%, влажность — не выше 12%. Рекомендуется приме-
нение угля марок Г (газовый) и Д (длиннопламенный).
На качество угля вредно влияет сушка, которой подвергается
слишком влажный уголь для возможности его размола, так как
часть летучих веществ при сушке возгоняется. Операцию сушки
угля, если она все же требуется, надо вести при низких темпера-
турах (не выше 120°). При длительном хранении каменноугольной
пыли также происходит потеря летучих веществ.
Качество каменноугольной пыли зависит и от тонкости помола.
Чем тоньше помол, тем равномернее уголь распределяется в земле и
тем больше эффект его действия. Тонкость помола по практическим
данным должна быть следующей: остаток на сите № 100 — не более
5%, а на сите № 270 — не более 70%, остальное количество зерен —
на тазике. В смесях для бронзового и латунного литья каменный
уголь иногда заменяют небольшим (1—1,5%) количеством мазута.
К числу огнеупорных мелкодисперсных материалов, вводимых
в облицовочные смеси для стального литья, принадлежит марша-
л и т, или пылевидный кварц, состоящий почти из чистого
кварца. Заполняя поры между зернами формовочной смеси, марша-
лит создает плотную рабочую поверхность формы, что способствует
устранению механического пригара. В облицовочные смеси для круп-
ного стального литья маршалит вводят с указанной целью в коли-
честве 20—30%.
Маршалит можно получить и искусственно, путем размалыва-
ния кварцита или чистого кварцевого песка. Обыкновенно же при-
меняют естественный маршалит. В СССР наиболее известны Боло-
товское и Токтубайское месторождения маршалита. Содержание
^О2 в маршалите должно быть не менее 98,5%. Зерновой состав:
остаток на сите № 270 и на тазике в сумме должен быть не менее 95%,
а остаток на ситах до № 50 включительно — не более 0,8%. Огне-
упорность — не менее 1680°.
К числу огнеупорных теплопроводных и теплоемких материалов,
вводимых в формовочные облицовочные и стержневые смеси для
стального литья, относится хромистый железн я*к. Смеси,
составленные на основе хромистого железняка, обладают способ-
56
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
ностью быстро отнимать тепло от жидкого металла отливки, благо-
даря чему происходит ускоренное затвердевание корочки металла.
Тем самым до минимума уменьшается то критическое время, в тече-
ние которого жидкий металл может проникать в поры формы и реа-
гировать с материалом формы, т. е. образовывать механический и
химический пригар. Кроме того, сам хромистый железняк химически
не реагирует с окислами металла (FeO и МпО). Облицовочные смеси
на хромистом железняке применяются для стального литья, зали-
ваемого в сухие и подсушенные формы. В ряде случаев такие
смеси применяются и для крупного чугунного литья.
Чистота хромистого железняка определяется содержанием в нем
Сг2О3, которое должно быть не менее 36%, а содержание СаО — не
более 1,5%. Хромистый железняк размалывается на бегунах и про-
сеивается через сито с ячейками 1,5—2 мм. Огнеупорность его — не
менее 1800°, влажность молотого хромистого железняка должна быть
не более 4%.
При небольшой толщине стальных отливок (до 50 мм) и неглубо-
ких формах целесообразно применение песчаных формовочных сме-
сей с маршалитом. Для массивных стальных отливок (толщиной
свыше 100 мм) или глубоких форм целесообразно применение смесей
на основе хромистого железняка. Для наиболее тяжелых условий в
смысле опасности пригара по некоторым данным рекомендуется вместо
хромистого железняка применять молотый хромомагнезитовый кир-
пич. Нормальный хромомагнезитовый кирпич должен содержать не
менее 15°/0 Сг2О3 и не менее 42% MgO. Помол кирпича просеивается
через сито с ячейками 2x2 мм.
Рабочая поверхность форм и стержней для дополнительной
защиты от пригара покрывается тонким слоем припыла или краски,
составляющих вторую группу противопригарных материалов.
На сырые формы покровный материал наносят в порошкообразном
состоянии путем встряхивания над формой мешочка из редкой мате-
рии с этим материалом, называемым припылом. При встряхи-
вании припыл проходит сквозь поры материи мешочка и, оседая на
сырой форме, хорошо пристает к ней.
К сухой форме порошок не прилипает и поэтому наносится на нее
разведенным в виде формовочной краски. В краску, кроме
воды (растворителя) и порошка огнеупорного материала (напол-
нителя), вводятся связующие вещества, материалы для улучшения ее
газопроницаемости, а также вещества, затрудняющие расслаивание
или оседание краски (стабилизаторы).
Противопригарное действие красок и припылов заключается в
изоляции формовочного материала от непосредственного соприкосно-
вения с жидким металлом и основано либо на их высокой естественной
огнеупорности и плохой смачиваемости металлом, либо на выделении
ими изолирующего слоя газов.
Если краска или припыл создают полную изоляцию металла от
земли, то устраняется как механический пригар, так и химический.
СВЕЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
57
В качестве припыла употребляются порошкообразный графит, дре-
весный уголь и маршалит.
Графит представляет собой кристаллическую разновидность
углерода и встречается в природе в более или менее чистом от земли-
стых примесей состоянии в виде естественных залежей.
Графит, плохо смачивается жидким чугуном, обладает высокой
естественной огнеупорностью и является поэтому хорошим противо-
пригарным покрытием для форм. В хорошем графите должно быть
не менее 75% С, не более 5% летучих веществ. Для лучшего приста-
вания к поверхности формы графит должен иметь мелкие и возможно
более чешуйчатые зерна.
Цвет графита колеблется от серебристого светло-серого до чер-
ного. Наилучшим для припыла является серебристый (кристалли-
ческий) графит. Черный (скрытокристаллический, или аморфный)
графит обычно употребляется для красок.
Огнеупорность графита зависит не столько от содержания угле-
рода, сколько от степени графитизации углерода, которую можно
уртановить косвенным путем — при помощи измерения электросо-
противления графита. Чем меньше электросопротивление графита,
тем больше степень графитизации углерода в нем и тем более он
пригоден для литейных целей.
Электросопротивление графита измеряется в эбонитовом или из
другого электроизолирующего материала цилиндре, имеющем от-
верстие диаметром 12,5 мм. В отверстие цилиндра насыпают 5 г
графита. При помощи пресса эта навеска спрессовывается входя-
щими в отверстие цилиндра с обоих концов металлическими стерж-
нями до высоты 25 мм. Полученный графитовый столбик размером
12,5 X 25 мм испытывают на электросопротивление, для чего вхо-
дящие в цилиндр железные стержни присоединяют к мостику
Уитстона. По практическим данным электросопротивление такого
столбика для хорошего литейного графита должно быть не более
0,2 ом.
Кристаллический (серебристый) литейный графит представляет
собой концентрат, полученный путем флотационного обогащения
руд естественного графита и доменных скрапов. Аморфный или
скрытокристаллический (черный) литейный графит представляет
собой размолотую горную породу, в основном состоящую из скрыто-
кристаллического графита.
Кристаллический (серебристый) графит применяется следующих
марок и сортов:
КЛТ-1 и КЛТ-2 — тайгинский кристаллический литейный 1-го и 2-го сортов;
КЛБ-1 и КЛБ-2 —то же, ботогольский;
КЛЗ-1 и КЛЗ-2 — то же, завальевский;
КЛС-1, КЛС-2 и КЛС-3 — старокрымский и из доменных скрапов кристалли-
ческий литейный 1-го, 2-го и 3-го сортов.
58 ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ II ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Содержание золы в кристаллическом графите 1-го сорта должно
быть не более 18%, а 2-го сорта — не более 30%. Влажность — не
более 2%.
Аморфный (черный) графит применяется Ногинского месторо-
ждения l-ro и 2-го сортов. Зольность для обоих сортов должна быть
не выше 17%, влажность — не выше 2%.
Древесный уголь в качестве припыла применяется
лишь для мелкого тонкостенного чугунного лйтья, так как он обла-
дает большой горючестью. При толстостенном литье он выгорает
прежде, чем успевает затвердеть поверхность отливки. Тонкость
помола угля рекомендуется в пределах 0,05—0,1 мм. Более мелкие
частицы слишком быстро выгорают. Хороший древесный уголь в
кусках должен иметь черный цвет с синеватым оттенком и давать при
ударе звонкий, как бы металлический звук. Уголь лиственных
пород лучше, чем хвойных. Лучшими углями являются березовый
и ольховый.
М а р ш а л и т, или пылевидный кварц, применяется
в качестве припыла и материала для красок при стальном литье.
В качестве материала для красок и припыла для цветного литья
применяется тальк.
Основным огнеупорным материалом формовочных красок для
чугунного литья обычно является графит, а для стали — маршалит.
Растворителем служит вода. Растворения в истинном смысле здесь
не получается: порошок огнеупорного материала просто размеши-
вается в воде, находится в ней в виде механической смеси и постепенно
оседает на дно по прекращении взбалтывания.
Во избежание быстрого оседания краски в нее вводят добавки
(стабилизаторы), увеличивающие вязкость раствора, препятствующие
таким образом оседанию и расслаиванию краски. Такими добавками
обычно являются глина или бентонит, а также некоторые другие
вещества. Для меньшего расслаивания краски полезно добавлять
в нее немного поваренной соли (при слишком большой добавке соли
краска трескается). Связующие добавки (сульфитный щелок, мука,
клей и др.) необходимы для получения прочного слоя краски на
форме. Связующая добавка может одновременно играть и роль ста-
билизатора.
Кроме этих добавок, в краски для чугунного литья с целью улуч-
шения газопроницаемости слоя краски на форме обычно вводят
кокс, древесный или каменный уголь и пр. Эти материалы либо сами
по себе являются пористыми (кокс), либо при сушке и затем во время
заливки частично выгорают (каменный уголь).
Состав красок весьма разнообразен и зависит от характера литья,
качества применяемых материалов, температуры металла, режима
заливки и т. п. В табл. 14* приведены некоторые составы красок.
* Табл. 14—17 и 21—25 приведены по данными. Б. Куманина и А. М. Лясса.
СВЕЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
59
Таблица 14
Составы формовочных красок
Наименование составляющих Для стального литья Для чугунного литья Для цвет- ного литья
Марка краски
СТ СТ1 СТ2 стз СТ4 ГБ кмг КМГУ ТБ
Состав в весовых процентах
Молотый песок кварцевый Сульфитный щелок .... Маршалит Пектиновый клей Декстрин . . Бентониг оглан- линский . . . Мылонафт . . . Кузнечный уголь Кокс ...... Графит Вода .... Прочие Удельный вес в рабочем со- стоянии (после разведения во- дой перед при- менением) . . 72,0 7,1 1,65 1,25 18.0 1,40— 1,45 72,0 5,0 3,5 19,0 Жид- кое стек- ло 0,5 1,40- 1,45 72,0 1,5 3,5 23,0 1,45— 1,50 72,0 3,5 19,5 Пато- ка 5,0 1,50— 1,55 72,0 3,0 19,0 Суль- фит- ная барда 6,0 1,45— 1,50 3,0 3,4 0,2 53,4 40,0 1,3 34,0 3,4 3,7 0,2 17,0 ‘ 17,0 24,7 1,3 34,0 3,4 3,7 0,2 9,0 17,0 9,0 23,7 1,3 3,9 35,0 Тальк моло- тый 61,1 1,25
Приведенные в таблице рецепты красок относятся к сгущенным
составам (паста м), удобным для хранения и транспортирования.
Если необходимо хранить пасту длительное время, то в состав ее
Рекомендуется добавлять формалин из расчета 40 см3 на 100 г пасты
(Для всех марок краски). Формалин служит антисептиком и пре-
пятствует брожению краски. Перед употреблением паста разво-
дится водой до рабочего удельного веса, указанного в таблице.
Пектиновый клей (отход сахарного производства) вводят в краски
связующее. Мылонафт добавляют как стабилизатор для умень-
Псния оседания краски. О сульфитном щелоке и барде, а также
Д^стрине см. ниже. Молотый кварцевый песок, входящий в состав
-рРзсок для стального литья, должен содержать не менее 98% SiO2.
°Нкость помола должна быть такой, чтобы не менее 90% мате-
60
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
риала проходило через сито № 200. Молотый песок может быть заме-
нен маршалитом. Графит, входящий в краски для чугунного литья,
следует применять черный при зольности его не свыше 14% и
с остатком на сите №270 не более 12%. Уголь и коксе зольностью не
свыше 13% должны иметь помол с остатком на сите № 270 не более
20%. Тальк, входящий в состав краски ТБ, не должен содержать
углекислых солей и должен иметь помол, характеризующийся
остатком на сите № 270 не более 15%. Краски СТ непригодны при
литье некоторых специальных сталей, например высокомарганцо-
вистой, когда происходит интенсивное химическое взаимодействие
закиси марганца с кварцем песка краски. Для этой стали рекомен-
дуется краска на основе металлургического магнезита, химически
нейтрального по отношению к закиси марганца.
В литейных цехах массового производства, главным образом
в автотракторостроении, иногда применяются загорающиеся краски,
в которых растворителем являются горючие жидкости — бензин,
керосин, спирт. Такие краски применяются для сырых форм, на
которые они наносятся непосредственно перед заливкой. Краска
загорается при заливке или специально поджигается перед сборкой
формы. При этом теплота горения подсушивает поверхность формы
на небольшую глубину (1—Змм). Графит, входящий в состав краски,
служит противопригарным материалом. Приводим в качестве при-
мера состав такой краски для форм блоков автомобильных цилин-
дров: керосина 140 л, машинного масла 4 л, черного графита 8 кг.
Модельные пудры
Модельные пудры применяются для припыливания моделей
и стержневых ящиков с целью устранения прилипания к ним земли
при формовке.
Земля прилипает к модели вследствие смачивания поверхности
модели водой, находящейся в земле; пудра же должна образовать на
модели водонепроницаемый и достаточно прочный изолирующий
слой, не смачиваемый водой. Поэтому к модельным пудрам предъ-
являются следующие основные требования: 1) несмачиваемость и
отсутствие намокания во времени (негигроскопичность); 2) прочность
пленки или слоя, образующегося на модели из частичек пудры
вследствие их сцепления; 3) хорошая кроющая способность (обра-
зование пленки максимальной площади при минимальном весе потреб-
ного порошка).
Проф. В. А. Ароновичем была разработана следующая методика
контроля этих свойств: навеску 0,5 г пудры насыпают на поверхность
воды в стакане (или в мензурке на 100 см3). Плавание пудры и от-
сутствие просачивания через нее воды указывают на ее несмачивае-
мость. Сохранение этого свойства через 24 часа указывает на доста-
точную негигроскопичность пудры. Негигроскопичность и ненамо-
каемость контролируют также прямым способом на стандартном
образце земли влажностью 7—8%, набитом на лабораторном копре,
СВГ.ЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
61
Для этого перед набивкой образца на подставку кладут кружок
фильтровальной бумаги и припиливают из мешочка испытуемой
пудрой, после чего набивают нормальный образец и выталкивают из
гильзы. Затем на бумагу, лежащую на образце, кладут гирю весом
200 г, диаметром 40 мм, и в таком виде образец ставят на полчаса в
эксикатор. Отсутствие намокания бумаги через этот промежуток
времени указывает на негигроскопичность пудры.
При контроле кроющей способности навеску 0,1—0,3 г пудры
распределяют на поверхности воды
частицу (фиг. 17). Для этого в фо-
тографическую кювету наливают
дистиллированную воду так, что-
бы уровень ее был немного выше
краев. Чтобы вода не выливалась,
края ванночки натирают парафи-
ном. Распределение пудры тонким
слоем на поверхности воды про-
изводится путем перемещения
двух натертых парафином стеклян-
ных или металлических брусков
без отрыва от краев ванночки. По-
переменно сближая и раздвигая
бруски, добиваются отсутствия
в виде пленки толщиной в одну
Фиг. 17. Испытание кроющей способ-
ности модельной пудры.
морщин на пленке пудры и в то же время ее предельного натяжения,
но без разрывов и трещин. Измерив площадь полученной пленки и
зная вес навески пудры, нетрудно определить кроющую способность
в см2!г.
Наилучшей модельной пудрой является ликоподий, пред-
ставляющий собой споры лесного растения плауна. Ликоподий —
порошок светло-желтого цвета, легкий, подвижный, мелкозернистый
(целиком проходит через сито № 200, на сите № 270 остается 5%),
негигроскопичный и способный давать прочную пленку. Единствен-
ным недостатком ликоподия являются его дефицитность и дорого-
визна.
Искусственные пудры, или заменители ликоподия, получают пу-
твм специальной обработки тонких порошков из трепела, доломита,
Инфузорной земли и других подобных материалов. Эта обработка
включается в обволакивании зерен порошка тончайшей пленкой
водонепроницаемых веществ (парафина, жира, воска, стеа-
рина).
Прилипание земли к модели можно предотвратить также проти-
ранием модели керосином или подогреванием металлической модели
температуры порядка 40°. Керосин имеет меньшее поверхностное
Вытяжение, чем вода, и поэтому к модели, смоченной керосином,
Ввсчинки прилипают менее прочно. Подогрев же модели способствует
^сушению ее поверхности путем испарения воды и препятствует кон-
денсации влаги на модели в случае неостывшей земли.
62
ФОРМОВОЧНЫЕ- МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
5. ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ
Формовочные смеси
Составы применяемых на практике формовочных и стержневых
смесей чрезвычайно разнообразны и зависят от характера литья и
качества применяемых сырых материалов.
При составлении общих формовочных смесей в горелую землю
добавляют 5—1О?о Свежих материалов. Облицовочные же смеси в
зависимости от ответственности литья и от качества применяемых
формовочных материалов могут содержать от 10—20% освежающих
добавок для среднего и мелкого литья серого чугуна до 60—80% и
даже до 100% для ответственного стального литья.
В смеси для сухих форм и в глинистые стержневые смеси вводятся
органические примеси (опилки, торф, конский навоз) для создания
большей податливости форм и стержней.
В табл. 15—17 приведены рекомендуемые показатели формовоч-
ных облицовочных смесей для различного литья и их примерные
составы.
В последние годы на ряде заводов получил распространение
метод скоростной формовки крупного и среднего чугун-
ного и стального литья с применением поверхностной под-
сушки форм, изготовляемых с облицовочными формовочными
смесями на жидком стекле. Подсушка производится с
помощью переносных сушил.
Принципиальное отличие этих смесей от обычных заключается
в том, что для высушивания их и получения высокой прочности не
требуется удаления (испарения) влаги. Процесс испарения влаги
заменен здесь процессом связывания ее в химические соединения,
что достигается обработкой поверхности формы горячими отходя-
щими печными газами, содержащими 10—12% СО2 при поверхност-
ной подсушке.
Сырые литейные формы с поверхностной подсушкой применялись
и ранее. Однако самый процесс поверхностной подсушки их пере-
носными сушилами требовал прогрева форм на значительную глу-
бину и отнимал много времени. Кроме того, высушенный поверх-
ностный слой через некоторое время впитывал влагу обратно из
глубже лежащих сырых слоев формы, и эффект подсушки пропадал.
При применении смесей на жидком стекле не требуется прогрева
форм на значительную глубину. Горячие газы, участвующие в про-
цессе «химического высушивания» смеси, проникают вглубь благо-
даря газопроницаемости смеси, и процесс упрочнения поверхности
формы на глубину 15—20 мм идет в течение всего 20—30 мин.
Такая толщина поверхностной подсушки вполне достаточна для
чугунных отливок весом до 5 /и. Подсушенный (вернее, упрочненный)
слой формы не впитывает в себя обратно влагу по меньшей мере в
течение 10 час. Если заливка формы должна быть произведена через
Формовочные и стержневые смеси
63
более продолжительное время, то надо увеличить глубину под-
сушки.
«Химическое высушивание» смеси происходит в результате
реакции
Na2O • п SiO2 + т Н2О 4- СО2 = п SiO2 • р Н2О + Na2CO3 (m — р) Н2О.
В облицовочные формовочные смеси для скоростной технологии
формовки, кроме жидкого стекла в количестве 5—7%, вводится еще
едкий натр в небольшом количестве (обычно 1% по весу 10%-ного
раствора NaOH). Добавка едкого натра увеличивает «живучесть»
смеси, т. е. время, в течение которого смесь при ее хранении и фор-
мовке самопроизвольно не затвердевает. В то же время добавка NaOH
увеличивает способность смеси к более быстрому ее упрочнению при
обработке формы газами, содержащими СО2. В табл. 18 приведены
дополнительно к табл. 15 и 16, составы облицовочных смесей с
жидким стеклом для скоростной технологии формовки. При этом сле-
дует применять жидкое стекло, имеющее модуль не свыше 2,3—2,4.
Модулем жидкого стекла называется молекулярное отношение со-
держания в жидком стекле SiO2 к содержанию Na2O, вычисляемое
по формуле 1,032, где 1,032 — отношение молекулярных
весов SiO2 и Na2O. При более высоком модуле жидкого стекла смесь
имеет недостаточную живучесть, т. е. быстро твердеет еще до окон-
чания формовки. Удельный вес жидкого стекла должен быть в пре-
делах 1,46—1,52.
Кроме формовочных смесей на жидком стекле, в настоящее
время применяются также и другие формовочные смеси, дающие
возможность применять скоростную подсушку литейных форм и тем
самым ускорять производственный цикл изготовления отливок.
Применение скоростной технологии формовки с облицовочными
смесями на жидком стекле сокращает производственный цикл изго-
товления крупных отливок в 1,5—2 раза и повышает производитель-
ность труда формовщиков в литейных цехах.
Отметим, что в практике некоторых зарубежных стран (Англия,
Чехословакия, Германия и др.) скоростная технология формовки и
Изготовления стержней на основе смесей с жидким стеклом осуще-
ствляется несколько по-иному. Набитые формы до извлечения из
них моделей, а стержни до выкладывания их из стержневых ящиков
Подвергаются картковременной (20—30 сек.) продувке газообразной
СО2, которая подводится к поверхности формы или стержня от сети
Под давлением 1,5—2 ати по трубкам диаметром 10—12 с особыми
Плоскими резиновыми наконечниками-душами или же вводится
н глубину набивки с помощью трубок-зондов диаметром 4—10 мм
И длиной 0,4—1,0 м. Через один наконечник обеспечивается
устная продувка формы объемом примерно 250 X 250 X 250 мм.
*^°Д действием продувки СО2 формовочная смесь, содержащая около
Типовые составы формовочных
№ по пор. i Характеристика отливок Состав единой смеси (весовые части) Состав облицовочной
Вес в кг Толщина стенок в мм Свежие пески Горелая земля Каменный уголь Свежие материалы 1 Горелая земля Каменный уголь (ПЖ) Опилки
1 2 3 До 20 „ 20 20—200 20—200 200-1000 До ю Больше 10 До 25 Больше 25 До 40 4-5 5—6 6-7 7—8 8-12 96—95 95-94 94—93 93-92 92—88 0,5 0,5 0,7 0,8-1,0 1.0-1.2 20-25 25—30 30-35 35—40 40-50 75-80 70-75 65-70 60—65 50-60 С 2-3 2-3 3-5 4-5 5-6 1 ы р ы е
200—1000 Больше 40 10-15 90-85 1.2-1,5 40-60 40-60 6—8 —
4 До 1000 — — — — 40-60 40-60 — Сухие 0—3
5 1000-5000 — — — — 45-65 35-55 — 0-3
6 — — — — - 70-80 20-30 — 2-4
1 1 I До 3000 I 1 . 3000 1 - 1 = 1 1 2 Ф о I 50-100 | 50—100 р м ы с I 0-50 0-50 : поде 1 - 1 у ш е н 0—2,0
Самовысыхаюшие
9 | До 1000 | - 1 - | - 1 — | 50-1001 0-50 | 5-6 1 -
1 Из расчета общего глиносодержания смеси.
* Из расчета на основу.
Типовые составы формовочных
о Е О Е 3 Характеристика отливок Состав облицовочных
Вес отливки в кг Толщина стенок в мм Свежие материалы (кварцевый песок и глина) Горелая земля Маршалит Хромистый железняк Хромо- магнезит Сульфитно- спиртовая барда уд. в. 1,27-1,28
11 | До 500 I 1 - 1 1 25-50 | 1 1 50-75 1 Сырые 1 " 1
2 1 1 До 5000 1 1 До 50 50-90 10-50 — — Сухие 0,0-1,0
3 „ 5000 >50 70-80 - 20—30 — — —
4 >5000 До 50 70—80 — 20-30 — — —
5 До 500 — 50-70 30-50 — Ф о ЭМЫ с п ( )дсушен
6 500—5000 — 70-100 0-30 — — — —
7 >5000 До 50 100 — — — — —
8 Больше 5000 Больше 50 100 1.5-3,5
9 . 5000 . 50 * 100 4,0-6.0
10 . 5000 . 50 — — — — 100
11 До 500 — 50—100 До 50 — — Само в ы с ы х а
12 . 500 — 85-90 — - — — —
1 Контролируется по остатку на нижних ситах 200 + 270 -f- тазик » 30 - 1 На сжатие через 24 часа после изготовления. • 40%.
ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ
65
смесей для чугунного литья Таблица 15
смеси (весовые части) Характеристика облицовочной смеси
1 Крепители группы А-3 * Сульфитно- спиртовая барда уд. в. 1,27-1,28 Жидкое стек- ло уд. в. 1,48-1,50 NaOH (10°/о- ный раствор) Зерновой состав Глиносодер- жанис в °/0 Влажность в °/о Газопроницае- мость во влажном состоянии Предел прочности в кг 1см*
на сжатие сырых образцов на разрыв сухих образцов
форм ы 100/200 8-10 4,0-5,5 25-35 0,3-0,5
— — — — 140/70 8-10 4,0—5,5 30-50 0,3 0,5 —
— — — — 70/140 8-10 4,0-5,5 40-60 0,3-0,5 —
— — — — 100/50 8-10 4,0-5,5 45-70 0,3-0,5 —
— — — — 100/50 9-11 4,5—6,0 50-80 0,4-0,6 —
50/100 50/100 10-12 4,5-6,5 60-100 0,45-0,7
ф о Р М 1 я 70/40 100/50 12-14 6,0—7,0 60-80 0,5-0,7 0,8-1,2
— 50/100 50/100 12-16 6,0—8,0 80-100 0,6-0,8 1,0-1,5
40/70 40/70 14-18 7,0-9,0 120—150 0,7-0,8 1,2-2,0
I ной п 1 - 1 о в е р х j юстъю 5-7 I 30/50 50/100 I 3-7 I 3,0-5,0 I >80 I I 0,15-0,30 I I >12
1 1,5-3,01 0-2,0 | - 1 0,5—1,0 | 50/100 1 - 1 4,0-5,0 1 >80 | 1 0,15-0,30 | 1 >3,0
1 Ф О Р М 1 1 - 1 я - 1 5-7 1 0.5-1,5 1 50/100 j 3-7 | 1 3,0-5,0 | 80 I 1 0,15-0,30 | 1 -
Таблица 16
смесей для стального литья
смесей в 1 °/о ПО весу Характеристика смесей Предел прочности в кг/см2
Жидкое стекло NaOH (10°/о-ный раствор) Цемент Зерновой состав Глино- содер- жание в °/о Влажность в V. Газопрони- цаемость не менее на сжатие сырых образцов на разрыв сухих образцов не менее
1 Формы 1 - 1 формы н 0 ft по 5-7 5 - 7 5-7 ю6;о~7.о <1 - 1 в е р х н о с 0,5—1.5 0,5—1,5 0,5-1,5 1,0-1,5 юр м ы 0,5-1,5 ТЬЮ 10-15 I 50/100 I 100/50 | 70/40 50/100 30/50 70/40 50/100 30/50 70/40 50/100 50/100 100/50 50/100 100/50 70/40 50/100 1' 50/100 100/50 40/70 50/100 10-12 | 12-15 7-12 7-12 4-8 4-8 4-8 3-7 4-5 | 6—8 6-8 6-8 d, 5-5,0 3,0-5,0 3,0—5,0 6,0-7,0 4,5-5,5 4,5-5,5 3,0—5,0 5.5—6,5 1 70 1 80 50 50 80 80 100 80 80 | 0,4-0,6 | 0,5—0,7 0,6-0,8 0,6—0.8 0,20—0,35 0,25-0,35 0,25—0,35 0,5-0,6 0,20-0,35 0,15—0,20 0,15-0,30 0,10—0,15 1,0 1,5 1.5 12,0 12,0 10,0 1,5 10,0 20,0 5,02
° Аксенс в 1956 •
66
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Таблица 17
Типовые составы формовочных смесей для цветного литья
2
Характери-
стика
форм
1
2
3
4
5
Сырые
формы
Сырые
формы
Сухие
формы
Сырые
формы
Сухие
формы
* О смесях для магниевого литья подробнее см. в главе о цветном литье.
Таблица 18
Характеристика облицовочных смесей с жидким стеклом для скоростной
технологии формовки
Состав песчано-глини- стой части смеси в °/0 по весу Жидкое стекло в °/0 к весу песчано-глинистой части Едкий натр (10°/о-ный раствор) в °/0 к весу пес- чано-глинистой части Мазут в °/0 к весу пес- чано-глинистой части Характеристика смесей
Общее глиносодер- жание смеси в °/0 Предел прочности в кг/см? Г азопроницаемость Влажность в %
Песок кварце- вый Отработанная смесь Глина формо- вочная на сжатие во влажном состоянии на разрыв в сухом со- стоянии
97—95 — 3-5 5—7 1 0,5 3—7 0,20—0,30 Св. 15 Св. 150 3,5—4,5
70 30 0—2 5—7 1 0,5 3—7 0.25—0,35 . 12 . 100 3,5—4,5
50 50 — 6—7,5 1 — 5—7 0,25—0,35 я 10 я юо 3,8—4,8
ФОРМОВОЧНЫЕ Й СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ 6?
4% жидкого стекла, твердеет, и форма или стержень после продувки
й извлечения модели направляется в сборку.
Опыт показывает, что размеры литейных форм и стержней из сме-
сей на жидком стекле при твердении продувкой печными газами
переносного сушила или при сушке в камерных сушилах изменяются.
Эти изменения хотя и меньше, чем для обычных песчано-глинистых
смесей, но все же дают отклонения размеров форм и стержней от
размеров моделей и стержневых ящиков, что сказывается на точности
отливок. В последнее время на ряде отечественных заводов транспорт-
ного и тяжелого машиностроения твердение форм и стержней, изго-
товляемых из смесей на жидком стекле, осуществляется не после, а
до вынимания модели из формы или стержня из ящика. Твердение
производится продувкой формы или стержня СО2 в течение около
30 мин. При этом форма или стержень для крупных стальных и чугун-
ных отливок делается в виде оболочки толщиной 50—150 мм. После
твердения и съема с модели (или извлечения из ящика) эти оболочки
собираются в кессоне с затрамбовкой снаружи формовочной землей
или засыпкой стальными шарами. Твердение оболочек на моделях
или в стержневых ящиках обеспечивает точные размеры литейных
форм и стержней, и отливки в таких формах получаются повышен-
ной точности. Это дает возможность уменьшить припуски и снизить
объем механической обработки в ряде случаев в 2 раза и более
по сравнению с обычной технологией.
Таблица 19
Характеристика глинистых стержневых смесей для чугунного литья
й
« *
Прочность
в кг]см2
Наименование и назна-
чение смеси
3 *
? £
О 3
з
Я
* а
£ 3 £
S 5
2
Песчано-глинистая
Для мелких и сред-
Них стержней не-
сложной конфигура-
Песчано-глинисто-
пилочная для
сржней, от кото-
требуется высо-
ПП1, прочность в сы-
и
су-
70/40,
50/100
7-10
4-5
70
0,2 - 0,3
1,0-0,2
100
1,0—1,5
состоянии
^ливость в
М СОСТОЯНИИ .
70/40,
50/100
12-15
6-7
70
0,3-0,5
0,8-1,2
60-70
2-3
1,0
5*
68
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Стержневые смеси и стержневые крепители
Стержневые смеси, как было сказано, разделяются на две группы:
1) смеси, в которых связующим веществом служит г л и н а , и
2) смеси на специальных связующих веществах, или
крепителях.
Стержневые смеси на глине по своему составу и основным
свойствам близки к облицовочным формовочным смесям для формовки
по-сухому. Данные о таких смесях приведены в табл. 19.
Стержневые крепители, или специальные связующие вещества
для стержней, делятся на органические крепители —
классы А и Б по принятой классификации (табл. 20) и неорга-
нические крепители — класс В. Наибольшее значение
Таблица 20
Классификация связующих материалов, предложенная И. Б. Куманиным
и А. М. Ляссом
Группа мате- риалов и удельная проч- ность кг 1см2 '“/о Класс А Класс Б Класс В
Характер затверде- вания Наименование связующих материалов сэ s Q.® ? Ps СО CQ Наименование связующих материалов Характер затверде- вания Наименование связующих материалов
I Вуд > § Необратимый А-1 Льняное масло Олифа П ПТ Пульверба- келит 4ГУ(в) Необратимый Б-1 МФ-17 М МСБ Необратимый В-1 Жидкое стекло
Промежуточный Промежуточ- ный
II Ryd = 3 -4- 5 А-2 4ГУ(п) ГТФ ЗИС СЛК БК Б-2 КВ Декстрин Пектиновый клей В-2
Обратимый
III Вуд <Z 3 А-3 Древесный пек КТ СП СБ Канифоль Б-3 Патока Сульфитно- спиртовая барда В-3 Цемент Глина формовоч- ная
Обратимый
Обра- тимый
ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ» СМЕСИ
69
имеют органические крепители. Из них класс А составляют н е -
водные органические крепители, не растворимые в воде и не
смачиваемые ею, а класс Б — водные органические крепители,
растворимые в воде и смачиваемые ею. По степени прочности, кото-
рую крепители придают стержням, принято делить крепители всех
трех классов на три группы. Деление на группы производится по
величине удельной прочности па растяжение образцов
технологических проб, составляемых на данных крепителях. Удель-
ная прочность есть прочность образца, отнесенная к 1% крепителя,
и находится по формуле
n Р f • 100 . о , п,
Ryd ~ р(100 — V) кг'СМ на
где Rt — прочность на разрыв образца в кг/см2-,
р — весовой процент содержания крепителя в смеси;
V — весовой процент содержания растворителя в крепителе.
Крепители 1-й группы (обозначаются А-1, Б-1 и В-1) имеют удель-
ную прочность свыше 5 кг/см2 на 1%. Крепители 2-й группы (А-2,
Б-2, В-2) обладают удельной прочностью от 3 до 5 кг!см2 на 1%.
Удельная прочность крепителей 3-й группы (А-3, Б-3 и В-3) соста-
вляет менее 3 кг/см2 на 1%.
Величина связующей способности крепителей тесно связана с
характером их затвердевания, который может быть необрати-
мым, обратимым и промежуточным. Необратимо
затвердевающие крепители дают наибольшую прочность, обратимо
затвердевающие — наименьшую и крепители с промежуточным ха-
рактером затвердевания — среднюю прочность смеси.
Крепители, находящиеся в пределах одной и той же группы
(например, А-1, Б-2 и т. д.), обладают родственными свойствами и
являются взаимозаменяемыми.
В качестве примеров рассмотрим имеющие наибольшее значение
крепители:
группы А-1 —льняное масло, олифу натуральную, крепители П
и 4ГУ(в);
группы А-2 — крепители ГТФ и ЗИС;
группы А-3 — древесный пек, крепители КТ, КД, СП и СБ;
группы Б-1 — крепители МФ-17, МСБ и М;
группы Б-2 — декстрин;
группы Б-3 — сульфитно-спиртовую барду;
группы В-3 — цемент.
Крепители жидкое стекло (группы В-1) и формовочная глина
^Руппы В-3) рассматривались выше.
Масла и жиры органического происхождения состоят из углерода,
°Дорода и кислорода. Стержни, изготовленные из масляных смесей,
сушки обладают очень низкой прочностью, а после сушки стано-
т?Тся весьма прочными. Вовремя сушки стержней масло окисляется.
а каждом зерне песка получается прочная пленка продуктов оки-
70
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
сления масла — оксинов и связывает зерна между собой. Продукт
окисления льняного масла —линоксин обладает особенно высокой
прочностью. Поэтому льняное масло является наилучшим связующим.
Характеристиками масел и жиров в отношении способности к
окислению являются кислородное и иодное числа. Кислородное
число выражает увеличение веса масляной пленки при ее окисле-
нии и, следовательно, дает непосредственную характеристику спо-
собности к окислению. Однако оно не совсем точно характеризует
связующую способность масла, так как при окислении пленки
происходит потеря летучих веществ, что отражается на весе окислив-
шейся пленки.
Иодное число выражается в граммах иода, поглощенного 100 г
масла. Оно также характеризует способность к окислению, хотя
и косвенно, так как чем больше кислорода поглощается маслом, тем
больше поглощается и иода. Иодное число наиболее точно характери-
зует связующую способность органического масла. Чем больше иод-
ное число, тем лучше масло как связующее для стержневых смесей.
Иодные числа для различных масел колеблются в пределах 85—210.
Льняное масло имеет иодное число 170—210, а конопляное масло
140—170.
По скорости окисления (высыхания) растительные масла делятся
на высыхающие, полувысыхающие и невысыхающие. Принадлеж-
ность масла к той или иной из названных групп обусловливается со-
держанием в нем непредельных кислот. Высыхающие масла (льня-
ное, перилловое, тунговое, конопляное) быстрее других окисляются
при сушке и дают прочные пленки оксинов на зернах песка. Полу-
высыхающие масла (сосновое, ореховое, подсолнечное, маковое,
соевое, хлопковое, кукурузное) окисляются значительно медленнее
и требуют для применения в качестве связующих добавки сиккати-
вов (катализаторов). Невысыхающие масла (касторовое, рапсовое,
горчичное, оливковое, буковое) окисляются очень медленно (а кас-
торовое почти вовсе не окисляется); пленки оксинов мягки и не-
прочны. В качестве связующих для стержней они не применяются.
Для ускорения процесса окисления (высыхания) масло подвер-
гают особой обработке, заключающейся либо в продолжительном
нагревании до 250—300°, либо в добавке особых катализаторов оки-
сления —сушителей, или сиккативов. Такое обработанное масло носит
название олифы. Сиккативами служат окисли некоторых метал-
лов — МпО, МпО2, РЬО, РЬ3О4 и т. д., а также соли тяжелых метал-
лов льняномасляной кислоты (линолеаты). Сиккативы добавляются
в масло в небольшом количестве (0,1—0,75%) в виде порошка в го-
рячее масло либо в виде раствора в масле, скипидаре или бензине;
в последнем случае нагрева масла не требуется.
Хотя сушка стержней на олифе (процесс окисления) идет быстрее,
но иодное число, а значит и связующая способность олифы несколько
понижены, так как в процессе ее изготовления (особенно горячим
способом) происходит некоторое окисление масла. Так, олифа из
ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ
71
льняного масла имеет иодное число около 150, а из конопляного
масла 130.
Льняное масло является лучшим стержневым связую-
щим, но вследствие того, что оно представляет собой пищевой про-
дукт, оно в качестве связующего в настоящее время не применяется
и может быть допущено лишь для особо ответственных и сложных
стержней.
Стержневая смесь на одном льняном масле составляется из песка
и 1,0—2,0% масла. Такая смесь в сыром состоянии почти не имеет
прочности, отчего стержни при передаче их в сушило могут от толч-
ков деформироваться. Для улучшения прочности в сыром состоянии
в смесь добавляют 3—4% воды, и тогда сырая прочность получается
уже за счет воды, которая имеет большее поверхностное натяжение,
чем масло. Для стержней, которые требуют еще большей прочности
до сушки, в смесь добавляют около 3% глины. Однако глина здесь и
вредна, так как она впитывает и омыляет некоторую часть масла,
которая таким образом не идет на создание прочности. Влажность
масляной смеси с добавкой глины берется до 5—6%.
Температура сушки масляных стержней 200—250°. Продолжи-
тельность выдержки в сушиле колеблется в зависимости от их тол-
щины. Процесс сушки (окисления) масла протекает тем быстрее,
чем выше газопроницаемость стержней. После выемки из сушила
температура стержней некоторое время может не только не падать,
но даже повышаться за счет продолжающегося процесса окис-
ления.
Стержни на льняном масле обладают сопротивлением на раз-
рыв в сухом состоянии 6—12 кг/см2. Прочность в сыром состоянии
0,04—0,05 кг/см2 (сжатие), достаточная для обычных мелких и
средних стержней, получается без добавки глины (за счет воды).
Для более крупных стержней, однако, требуется прочность в сыром
состоянии до 0,1 кг/см2. Масляные сухие стержни мало изменяют
свою прочность от пребывания в сырой литейной форме.
Технологическая проба для оценки связующего качества льня-
ного масла составляется, как указано в табл. 21, где кроме состава
пробы для различных крепителей, даны также температуры сушки
образцов (в течение 1 часа) и нормы прочности образцов.
Крепитель П состоит из продукта переработки нефти —
петролятума, подвергнутого окислению и растворению в уайт-
спирите (лаковом керосине). Крепитель П является хорошим
заменителем масляных крепителей в большинстве стержней за
исключением наиболее ответственных и тонких. Количество крепи-
теля П в стержневых смесях составляет 2—4%. Рекомендуется
Дополнительная добавка 2—4% сульфитного раствора. При замене
крепителем П крепителя 4ГУ(в) крепитель П вводится в смесь в
Количестве в 1,4 раза большем, чем доза крепителя 4ГУ(в). Тем-
пература сушки стержней на крепителе П 230—240°. Прочность
стержней не ниже 6—9 кг! см2.
72
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Таблица 21
Технологические пробы для важнейших стержневых крепителей
Крепитель Состав пробы в весовых частях Температура сушки образцов в °C Сухая прочность образцов на разрыв в кг'см* не менее
Песок К50/100 Крепитель Глина Вода
Льняное масло Олифа натуральная .... П . . 4ГУ(в) 4ГУ(п) ГТФ зис-з .......... Древесный пек КТ и КД СП и СБ МФ-17 и МСБ м Декстрин ..• Сульфитно-спиртовая барда (уд. в. 1,275) • . 98,5 98,5 100 98 100 96,1 93,5 2) 97 100 100 100 97 100 97 1,5 1,5 2 2 2 1,95 2,5 3 6 5,6 2,54) 3 1,25 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 « 3 3 2,5—3 2 2 1,95 3 3 1 2,25 1 200—220 200—220 220—2401) 200—220 200—220 180—200 *) 250 3) 220—240 220—240 180—200 200 6) 160—170 160—180 160—180 9 8 8 6 4,5 5,6 15 3 9 5 15 10 3 4
*) В течение 1 ч. 30 м. 2) Песок марки К70/100; кроме указанных составных частей, в техно- логическую пробу вводится маршалита 4.0 вес. части. 3) В течение 1 ч. 45 м. 4) К крепителю перед загрузкой в бегуны добавляется катализатор — щавелевая кислота Ю°/0-ной концентрации в количестве 25°/0 веса крепителя. б) В течение 10 мин.
Крепитель 4ГУ представляет собой раствор растительного
масла и канифоли в уайт-спирите. Имеется два сорта этого крепи-
теля — изготовляемый на высыхающем масле и на полувысыхаю-
щем масле.
На высыхающем масле изготовляется крепитель марки 4ГУ(в).
Он содержит растворителя до 47%. Этот крепитель вводится в состав
стержневых смесей в количестве 2—3% и дает стержни высокой
прочности (6—8 кг!см2 на разрыв). Его можно применять для слож-
ных и тонких наиболее ответственных стержней. Крепитель 4ГУ(в)
является хорошим заменителем льняного масла и натуральной
олифы. Температура сушки стержней 200—220°.
Изготовляемый на полувысыхающем масле крепитель 4ГУ(п)
можно применять для менее ответственных, но сложных стержней.
Он содержит также до 47% уайт-спирита. Прочность стержней на
ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ
73
нем порядка 4—6 кг/см2 (на разрыв после сушки). Температура
сушки 200—220е. Крепитель 4ГУ(п) относится уже к группе крепи-
телей А-2.
Крепитель ГТФ представляет собой тяжелую фракцию
сланцевой смолы из горючих прибалтийских (эстонских) сланцев.
Он может с успехом применяться для сложных стержней. В смеси
он вводится в количестве 3—4%, в комбинации с сульфитным рас-
твором в количестве 3—4%. Температура сушки стержней 200°
Прочность стержней после сушки 6—8 кг/см2 (на разрыв). Введение
в смесь 3—4% глины увеличивает сырую прочность стержней на
крепителе ГТФ, но уменьшает прочность после сушки. Крепи-
тель ГТФ поставляется сланцеперерабатывающим комбинатом в
Кохтла-Ярве (Таллинская обл.).
Крепители ЗИС (марок ЗИС-З и ЗИС-4) состоят из
нефтебитума № 4 в количестве 25—40%, сланцевой смолы ГТФ в
количестве 55—25% и уайт-спирита в количестве 20—35%. Кре-
пители дают стержни высокой прочности при применении без-
водных стержневых смесей, составленных на сухом песке.
При замене масляного крепителя 4ГУ(в) крепители ЗИС вводятся
в смесь в количестве на 25% большем, нежели вводился крепи-
тель 4ГУ(в). Температура сушки стержней на крепителях ЗИС
должна быть 250°.
Пеки представляют собой остатки после разгонки смол, по-
лучающихся как побочный продукт в газогенераторах.
Древесный пек (из газогенераторов, работающих на
дровах) имеет температуру плавления 100—140° и вводится в стерж-
невые смеси размолотым в порошок в количестве 2—5%. Размол
пека производят на бегунах или в шаровой мельнице с последую-
щим просеиванием через сито с отверстиями 0,3—0,8 мм. Добавка
глины в стержневую смесь на пеке в количестве 3—4% улучшает
сырую прочность. Влажность смеси 3—5%. Температура сушки
стержней на пеке 220—240°. Сухая прочность стержней на одном
пеке составляет 3—4 кг/см2 (разрыв), а при комбинации пека с суль-
фитным щелоком или другими водорастворимыми крепителями —
До 6 кг)см2.
Торфяной пек представляет собой продукт разгонки
газогенераторной торфяной смолы и имеет уд. вес 1,0—1,1. Торфя-
ной пек не обладает свойством размалываться в порошок и поэтому
вводится в стержневые смеси в виде глинисто-сульфитной эмульсии.
Последняя носит название комбинированного крепителя КТ.
Крепитель КТ содержит торфяного пека 50°/о, формовоч-
ной глины 20% и сульфитно-спиртовой барды (уд. веса 1,3) 30%.
Изготовление эмульсии. Глина замачивается суль-
фитной бардой и затем тщательно перемешивается и нагревается
До 40—50°. Пек расплавляется отдельно и нагревается на 30—40е
Ньцце температуры его размягчения. В этом виде небольшими пор-
циями при постоянном перемешивании он вводится в подогретое
74
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
глинисто-сульфитное тесто. Готовая эмульсия в любых пропорциях
должна легко разводиться в воде.
Количество пековой эмульсии КТ, вводимой в состав стержневых
смесей, берется 5—6%. При этом в смесь добавляют 3—4% глины.
Влажность смеси должна быть 3—5%. Температура сушки стержней
220—240°. Прочность стержней 3—6 кг/см2. Торфяной пек поста-
вляется Нижне-Тагильским заводом (Свердловская обл.) и Редькин-
ским химкомбинатом (Московская обл.).
Кроме крепителя КТ, применяется аналогичный крепитель
марки КД, представляющий собой глинисто-сульфитную эмуль-
сию древесного пека. Он содержит 50% древесного пека, 30% суль-
фитного раствора и 20% формовочной глины. Приготовляется ана-
логично эмульсии КТ. Древесный пек рекомендуется Ветлужского
химкомбината (Горьковская обл.). Дозировка крепителя КД в
смеси, температура сушки и получаемая прочность стержней те
же, что для крепителя КТ.
Крепители СП и СБ представляют собой эмульсии сульфитно-
спиртовой барды и являются быстросохнущими крепи-
телями, применение которых позволяет осуществить скоростную
технологию изготовления стержней и форм.
Эмульсия СП состоит из 95% раствора сульфитно-спирто-
вой барды и 5% окисленного петролятума. В состав эмуль-
сии СБ входит 80—90% сульфитного раствора и 10—20% свя-
зующего ГТФ. Эмульсии СП и СБ получаются в виде однородной
вязкой жидкости коричневого цвета. По величине связующей спо-
собности они значительно превосходят сульфитную барду. Повыше-
ние связующей способности барды после ее диспергирования проис-
ходит не только вследствие ее более равномерного распределения
на зернах стержневой смеси в виде весьма тонкой пленки, но, по-види-
мому, также вследствие химического взаимодействия с эмульгатором.
Стержневые смеси на крепителях СП и СБ в процессе сушки
при температуре 180—200° достигают максимальной прочности
уже в течение 10—15 мин. Это позволяет в 2—3 раза снизить время
сушки стержней и производить поверхностную подсушку литейных
форм с облицовочной смесью на этих крепителях в течение 20—30 мин.
на глубину 30 мм. Крепители СП и СБ в последние годы находят
значительное применение для указанных целей в чугуно- и сталели-
тейных цехах. Облицовочные формовочные смеси делаются с содержа-
нием этих крепителей в количестве около 3%; стержневые смеси
содержат 4—5% крепителей СП или СБ. Глина добавляется в коли-
честве 4—5%. Прочность формовочных смесей получается не ме-
нее 3 кг/см2 на разрыв после сушки при высокой сырой прочности
порядка 0,3—0,4 кг/см2 (на сжатие). Прочность стержневых смесей
до сушки 0,15—0,35 кг/см2 (сжатие), а после сушки — не менее
5 кг/см2 (разрыв).
Наибольшее ускорение процесса сушки стержней достигается
при применении крепителей группы Б-1 — быстросохнущих кре-
ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ
75
пителей марок МФ-17, МСБ и М. Продолжительность сушки стерж-
ней при этом может быть уменьшена в несколько раз.
Крепители МФ-17, МСБ и М представляют собой
мочевино-формальдегидные смолы. Для ускорения процесса сушки
к крепителям МФ-17 и МСБ перед загрузкой их в смеситель доба-
вляется 25% от веса крепителя щавелевой 10%-ной кислоты. Кре-
пители МФ-17 и МСБ применяются главным образом для литья
из черных сплавов. Крепитель МСБ весьма близок по составу и
свойствам к крепителю МФ-17. Крепитель МСБ обладает меньшей
газотворной способностью, лучшими санитарно-гигиеническими
условиями применения (менее сильным запахом) и значительно
меньшей стоимостью, чем крепитель МФ-17. Крепитель М широко
применяется для алюминиевого и магниевого литья. В стержневые
смеси указанные крепители входят в количестве до 2—3%. Темпе-
ратура сушки стержней на крепителях МФ-17 и МСБ 180—250°,
на крепителе М 160—180°. При этом мелкие стержни на крепи-
телях МФ-17 и МСБ могут быть высушены в течение до 40 мин.,
средние 90 мин. и крупные 150 мин. Прочность стержней на
разрыв получается не менее 6—7 и до 12—15 кг/см2. Стержни на
крепителях МФ-17, МСБ и М негигроскопичны.
Декстрин получается из картофельного и маисового крах-
мала путем его нагрева с разбавленными кислотами. Применение
декстрина в литейном производстве следует максимально ограни-
чивать, так как он изготовляется из пищевых продуктов. Декстрин —
порошок белого или различных оттенков желтого цвета. Белый дек-
стрин растворяется в холодной воде на 50%, а желтый — на 92%.
Прочность стержней на белом декстрине на 25% ниже, чем на жел-
том или палевом. Декстрин следует вводить в стержневые смеси в
виде раствора в воде, хотя чаще его смешивают с песком в сухом
виде и затем смесь увлажняют. Декстрина добавляется в смеси до 2—
4%, а воды — до 5%. Декстриновые стержни имеют хорошую проч-
ность до сушки. После сушки, которая ведется при 160—180°, проч-
ность декстриновых стержней составляет не менее 3—4 кг/см2, (на
разрыв). Сердцевина стержней получается мягче, чем поверхностная
корка, что придает стержням хорошую податливость. Декстриновые
стержни весьма гигроскопичны.
Сульфитно-спиртовая барда представляет собой
отход целлюлозно-бумажного производства. При получении из дре-
весины целлюлозы остается отход, называемый сульфитным щело-
ком, который содержит лигнин — вещество, связывающее волокна
древесины. Раньше в литейных цехах применяли в качестве кре-
пителя этот сульфитный щелок. В настоящее время сульфитный
Щелок подвергают переработке с получением из него спирта. При
этом получается остаточный продукт, который называется сульфит-
но-спиртовой бардой и используется в литейных цехах как крепитель.
Так как получаемая при этом барда содержит очень много (около
90%) воды и имеет уд. вес 1,05—1,06, то в таком виде она не пригодна
76
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
для использования в литейном производстве. Поэтому на фабриках,
поставляющих барду, производится ее упаривание, после которого
получаются концентраты сульфитно-спиртовой барды.
Поставляются концентраты барды двух видов: марки ЛКБЖ
(литейный концентрат барды жидкий) и марки ЛКБТ (литейный
концентрат барды твердый). Барда ЛКБЖ содержит 50% воды и
имеет уд. вес 1,275. Она соответствует концентрации нормального
сульфитного раствора, вводимого в стержневые смеси, и никакой
подготовки не требует. Барда ЛКБТ представляет собой темно-
коричневую твердую и вязкую массу с уд. весом 1,4 (содержит до
24% воды), и ее необходимо предварительно разводить в воде до уд.
веса 1,27 (с концентрацией около 50% твердых веществ). Концен-
траты сульфитно-спиртовой барды поставляют бумажные фабрики
Балахнинская (Горьковская обл.), Краснокамская (Молотовская
обл.) и др.
Растворяют концентрат ЛКБТ в чугунном или железном котле
или баке на огневой топке при нагревании до 80—90° и постоянном
перемешивании. Для ускорения процесс растворения лучше вести
в баке, в который по трубе подается сухой пар давлением 3—5 ати.
Куски концентрата под действием пара и конденсирующейся из
него горячей воды растворяются, и в баке получается горячий раствор,
удельный вес которого проверяется ареометром.
Стержневую смесь составляют из песка и раствора сульфитной
барды (уд. вес 1,27—1,28) в количестве около 3% по весу. Прочность
смеси в сыром состоянии хорошая, причем при выстаивании сырых
сульфитных стержней в течение некоторого времени на воздухе
на стержне образуется твердая корочка вследствие высыхания барды
с поверхности. Добавка глины увеличивает прочность как до, так
и после сушки. Глина при этом не должна быть щелочной, так как
сульфитная барда имеет кислую реакцию. Добавка глины в смесь
составляет 5—10%. Сушка сульфитных стержней ведется при
160—180°.
Прочность стержней после сушки 3—4 кг'см2. Поверхностная
корка получается более твердой, а сердцевина более мягкой, что
придает стержням хорошую податливость.
Недостатками сульфитных стержней являются их большая гигро-
скопичность и потеря прочности при намокании. Поэтому стержни
нельзя ставить в сырые формы, которые должны стоять несколько
часов до заливки. При заливке же на конвейере сульфитные стержни
не успевают намокать в формах, и применение их не вызывает затруд-
нений.
Стержневая смесь на сульфитной барде прилипает к стержневым
ящикам. Для борьбы с прилипанием применяется ряд способов,
например периодическая (один раз для нескольких формовок) про-
тирка ящиков водой или 1—2%-ным раствором стеарина в керосине,
введение в смесь 0,5—1% масла веретенного 3 или 0,3—0,5%
асидола.
Формовочные и стержневые смеси 7?
Кроме чисто сульфитных смесей, применяются также комбини-
рованные стержневые смеси с сульфитной бардой (3—4% нормального
раствора) и неводными органическими крепителями.
Средние по размерам и компактные по форме стержни, не имеющие
тонких, ломких выступающих частей, в некоторых случаях могут
быть осторожно поставлены в форму сырыми, если их изготовить
из глинистой стержневой смеси с добавкой 5—6% сульфитного раство-
ра. При выстаивании (провяливании) до установки в формы на
воздухе поверхность таких стержней довольно быстро твердеет.
Цемент в качестве связующего может применяться для сред-
них и крупных стержней в чугуно- и сталелитейном производстве, а
также для облицовочных формовочных смесей. Стержни на цементе
не требуют сушки, так как затвердевают на воздухе в течение вре-
мени порядка 1 суток. Цемент для этой цели рекомендуется применять
портландский, марки не ниже 400.
Состав смеси для стержней: 8—12% цемента, 5—7% воды, осталь-
ное песок. Прочность сырых стержней перед выстаиванием на воздухе
получается порядка 0,1—0,15 кг/см2 (сжатие), прочность после
твердения в течение суток — не менее 3—4 кг/см- (разрыв).
Огнеупорность смеси, несомненно, снижается вследствие приба-
вления цемента. Однако пригар цементных стержней при стальном
литье получается даже несколько меньше пригара стержней из обыч-
ной глинистой смеси.
Для освежения горелой цементной смеси при изготовлении из
нее стержней требуется добавка 5—10% цемента.
Ввиду сравнительной дешевизны цемента его можно применять
и для крупных стержней, что дает возможность значительно расши-
рить область блочной формовки в стержнях и сократить потребность
в сушилах и опочном инвентаре. Применение цемента затрудняет
выбивку твердых цементных форм, хотя они и теряют от нагрева в
форме значительную долю своей прочности, и переработку отрабо-
танного состава, так как в горелой цементной земле резко увеличи-
вается количество крупных фракций за счет спекания и схватыва-
ния цементом зерен в более грубые конгломераты. При применении
цементных стержней необходим, кроме того, большой запас пло-
щади в литейном цехе для их воздушной сушки.
По данным исследования И. А. Чернышова, при опытном при-
менении цемента для изготовления литейных форм для стального и
чугунного литья только облицовочная смесь изготовлялась на це-
менте, а наполнительная смесь применялась обычная или же вместо
нее применялся песок влажностью 2—3%. Такие формы подвер-
гались продувке печными газами из переносного сушила, содержа-
щими 10—12% СО2. Обработка цемента СО2 ускоряла твердение
цементной облицовочной смеси.
В табл. 22—25 приведены типовые составы стержневых смесей
на специальных связующих (крепителях) для различного литья и
их физико-механические показатели. При этом стержни, для которых
Типовые составы стержневых смесей для чугунного литья
Таблица 22
| Класс стержней | Состав смеси Характеристика смеси
Зерновая часть смеси в °/0 по весу Связующие материалы в °/0 к весу зерновой части смеси Зерновая основа Глиносодержание в °/0 Газопроницаемость во влаж- ном состоянии Влажность Предел прочности Температура сушки в °C
при сжатии во влажном состоянии в кг/см,* при разрыве в сухом со- стоянии в кг/см1 не менее
Горелая земля Кварцевый песок Глина Глинистый песок Неводные материалы (из расчета на основу) Водные матери- алы Опилки в о/о к весу зерновой части смеси
Группа А-1 Группа А-2 Группа А-3 или СП и СБ Сульфитно- спиртовая барда (уд. вес 1,27)
I 100 1,0—1,5 50/100 1—2 130 2—3 0,03—0,06 6 200-220
II — 97 3 — — 1.5—2,0 — 2,0—4,0 — 50/100 3-5 100 3—4 0,06—0,10 5 200-220
III 96—97 или гли- нистый песок по 2,0—4,0 2,5—3,5 50/100 3-6 100 3—4,5 0,10—0,20 4 220-240
IV 0—40 — расчету 60—100 или квар- цевый песок и глина по расчету — — До 3,0 1.5—3,0 До 3,0 50/100 6—10 70 4—5,5 0,20—0,40 2 220-240
V 20—60 40-80 или квар- цевый песок и глина по расчету До 3,0 До 3,0 50/100; 70/40 10-14 70 5-6 0,40—0,70 1 300-350
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Типовые составы стержневых смесей для стального литья
Таблица 23
I Класс стержней 1 Состав смеси Характеристика смеси
Зерновая часть смеси в % по весу Связующие материалы в о/о к весу зерновой части смеси Опилки в о/о к весу зерновой части смеси Зерновая основа Глиносодержание в °/0 Газопроницаемость во влажном состоянии (не менее) Влажность в °/0 Предел прочности Температура сушки в *С
при сжатии во влажном состоянии в кг!смг при разрыве в сухом состоя- нии в кг!см*
Горелая земля Кварцевый песок Глина Маршалит Неводные материалы (из расчета на основу) Водные матери- алы
Группа А-1 Группа А-2 Группа А-3 или СП и СБ Сульфитно-спир- товая барда (уд. вес 1,27)
I — 100 — — 1,2—1,5 — — — — 50/100 1—2 130 2—3 0,03—0,06 1 200—220
II — 97 3 — — 1.5—2,0 — 2,0—4,0 — 50/100 3—5 100 3—4 0,06—0,10 5 200—220
III — 96—97 3-4 — — — 2.0—4,0 2,5—3,5 — 50/100 3—6 100 3—4,5 0,10—0,20 4 220—240
IV 0—40 56—91 4—9 — — — До 3 1,5—3,0 До 3 50/100; 70/40 8—10 70 4—5,5 0,20—0,40 , 2 220—240
V 20—60 35—72 5—8 — — — — 2,0—3,0 ДоЗ 50/100; 40/70 10—14 70 5-7 0,40—0,70 1,5 300—350
V — 65—70 5—10 20—30 — — — — — — 8—12 50 6—8 До 0,8 1.5 300—350
СО
Таблица 24
Типовые составы стержневых смесей для цветного литья
1 Класс стержней Состав смеси Характеристика смеси
Зерновая часть смеси в % по весу Связующие материалы в % к весу зерновой части смеси Зерновая основа Глиносодержание в % Г азопроницаемость не менее Влажность в % Предел прочности Температура сушки в °C
при сжатии во влаж- ном состоянии в кг!см2 при разрыве в сухом состоянии в кг!смг
Горелая земля или бой стержней Свежие материалы Неводные материалы (из расчета на основу) групп Водные матери- алы Специальные добавки 1
Кварцевый песок Глина Глинистый песок < см А-3 или СП и СБ Сульфитно- спиртовая барда (уд. в. 1,27)
Для м е д н 1 j х сплавов
I — 100 — — 1,2—1,5 — — — — 50/100; 70/140 До 2 120 2—3 0,03—0,06 7—10 200—220
II — 97 3 — — 1,5—2,0 — 2,0—4,0 — 50/100; 100/50 3—5 90 3—4 0,06—0,10 5—7 200—220
III — 96—97 3—4 — — — 2,0—4.0 2,5—3,5 — — 3—6 90 3—4,5 0,10—0.16 3,5—6 220—240
IV 0—40 — — 60—100 — — До 3,0 2,0—3,0 — 50/100 5—9 70 4—5,5 0,15—0,25 2—3 160—180
V 20—60 — — 40—80 — — — До 3,0 — 50/100; 70/40 7—10 60 5—6 0,20—0,35 0,8—1,5 160—180
Для алюминиевых г г м а г н и е в ы х сплавов
I — 100 — — 0,6—1,2 — — — 0.5—1,5 50/100; 70/140 До 2 120 2—3 0,03—0,66 5-8 200—220
II — 90 — 10 — 1,0—1.5 — 1,5—3,0 0,5—1,5 50/100; 70/140 2—4 90 3—4 0,06—0,10 4—7 200—220
III — 80—85 — 15—20 — — 1,5—2,5 2,0—3,0 0,5—1,5 50/100; 70/140 3—5 90 3—4 0,10—0,16 3,5—6 220—240
IV 0—30 50—60 — 40—50 — — — 1,5—3,0 0,5—1,5 50/100; 70/140 5—8 70 4—5 0,15—0,25 2—3 160—180
1 При литье магниевых сплавов в состав смесей вводится борной кислоты 0,25—0,5% и серного цвета 0,25- 1,0%,
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
О
Аксенов 1956
Типовые составы быстросохнущих стрежневых смесей
Таблица 25
Класс стержней Состав смеси Характеристика смеси Температура сушки в ° С
Зерновая часть смеси в % по весу Связующие материалы в % к весу зерновой части Мазут Зерновая основа Глиносодержание смеси в % Газопроницаемость не менее Влажность в % Предел прочности в кг 1см2
г 1 Горелая земля Свежие материалы МФ-17 или МСБ 1 £ Жидкое стекло (уд. вес 1,48—1,52) Едкий натрий (10%-ный раствор) Сульфитно-спирто- вая барда (уд. вес 1,27) Пектиновый клей (уд. вес 1,20—1,25) При сжатии во влажном состоя- нии При растяжении в сухом состоянии не менее 1
Кварцевый песок Полужирный песок Глина
Для чугуна, стали и медны: сплавов
I 100 — 2,0— — — — — — 50/100 До 2 130 0,8— 0,03— 16 180—220
2,5 1,5 0,06
11 — 99— — 1—3 2,0— — — — 1,5— — 0,25— 50/100 1—5 100 1,5— 0,06— 14 180—220
97 2,5 2,5 0,50 2,5 0,12
III и IV 0—30 70— — 0—4 2,5— — — — 2,5— — 0,25— 50/100 4—6 70 2,5— 0,12— 12 200—220
96 3,0 3,0 0,50 3,5 0,20
III и IV 0—30 70— — 0—5 — — 5,0— 0,5— — — 0,25— 50/100 3—7 70 3,0— 0,15— 12 200—220
95 7,0 1,0 0,50 4,0 0,30
Для алюминиевого и магниевого литья2
1 100 LO- — — — 0,2— 50/100 До 2 100 3,0— 0,04— 7 160—180
TI .. Ill tS 0,5 4,5 0,06
11 И 111 — 90— 5—10 । — — 1,0— — — — 2,0— — 50/100: ; 1—3 70 3,0— 0,06— 6 180—200
95 2,0 3,0 70/140 5,0 0,15
1 Добавляется 1О°/о-ный раствор щавелевой кислоты в количестве 25°/0 от веса крепителя.
2 При литье магниевых сплавов в смеси добавляется 0,25—О,5°/о борной кислоты и 0,25—1,0°/о серного цвета.
ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ
00
82
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
рекомендуются те или иные смеси, по сложности и ответственности
разделены на пять следующих классов.
I класс — сложные, весьма ответственные стержни с очень
тонкими сечениями, имеющие малочисленные узкие знаки;
II класс—сложные стержни, имеющие наряду с компактной
или даже массивной частью очень тонкие ребра, выступы и перемычки,
обладающие более развитыми знаками;
III класс — центровые стержни средней сложности, не имеющие
особо тонких частей, опирающиеся на массивные знаки;
IV класс — стержни простой конфигурации как образующие
внутренние полости, так и внешние поднутрения отливки;
V класс — массивные стержни, образующие большие внутрен-
ние полости в крупном литье.
Отметим, что в последние годы, в связи с распространением метода
отливки деталей в так называемые корковые формы, при-
меняются для изготовления форм и стержней смеси на так называе-
мых термореактивных смолах типа бакелита. Эти
смеси будут рассмотрены ниже, при изложении метода литья в кор-
ковые формы.
6. ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСЕЙ
Правильная технология приготовления рабочих формовочных
и стержневых смесей имеет большое значение для качества смесей.
При неправильном процессе приготовления легко получить ухудшен-
ное качество готовых смесей, несмотря на хорошее качество исходных
материалов.
В настоящее время в литейных цехах в подавляющем большин-
стве случаев применяется механизированное приготовление и транс-
портирование формовочных материалов и смесей с помощью разно-
образных машин и установок, которые рассматриваются в специаль-
ном курсе оборудования литейных цехов. Механизация приготовле-
ния рабочих смесей имеет первостепенное значение для обеспечения
их высокого качества, которое недостижимо при ручном приго-
товлении. Кроме того, механизация приготовления и транспорта
земель и смесей имеет большое экономическое значение в отношении
удешевления этих процессов. Следует иметь в виду, что в литейных
цехах оборачиваются весьма большие массы указанных материалов.
Так, в среднем по машиностроению на 1 т выпускаемого готового
литья в производстве изготовляется и транспортируется около 5 т
формовочных и стержневых смесей, при составлении которых рас-
ходуется около 0,7 т свежих формовочных материалов.
Технологический процесс приготовления смесей
Формовочная или стержневая смесь чаще всего составляется из
свежих песчано-глинистых формовочных материалов, добавок и
отработанной, или горелой, земли. Поэтому технологический про-
цесс приготовления смеси распадается на следующие звенья:
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСЕЙ
83
1) предварительную обработку свежих песчано-глинистых ма-
териалов;
2) предварительную обработку добавок;
3) предварительную обработку отработанной земли;
4) приготовление смесей из предварительно подготовленных со-
ставных частей.
Предварительная обработка свежих песчано-глинистых формо-
вочных материалов заключается в следующем. Свежие пески просеи-
вают на ситах с целью отделения случайно попавших при добыче и
транспортировании посторонних предметов (камней, гальки, кусков
дерева и т. п.). Слишком влажный песок до просеивания необходимо
просушить, так как иначе может получиться избыточная влажность
смеси.
Свежие глинистые земли также предварительно подвергают сушке,
потому что во влажном состоянии они плохо проходят через сито и
быстро его залепляют. При просеивании после сушки на сите остает-
ся много комьев земли; их подвергают разминанию с последующим
просеиванием.
Глины и бентониты обычно подвергают сушке с последующим
дроблением, размалыванием и просеиванием или, чаще, отвеиванием
годного тонкого порошка от недомола, который снова идет на раз-
малывание. По другому способу глину вводят в смесь не в виде
порошка, а в виде суспензии или пульпы, содержащей необходимое
количество воды, и поэтому она не подвергается сушке и размалы-
ванию, а затворяется с водой. Способ введения глины в смесь в
виде суспензии является более целесообразным, хотя в настоящее
время наиболее распространено введение глины в смесь в виде по-
рошка.
При введении глины или бентонита в смесь в виде суспензии
в чугунолитейных цехах, в состав этой суспензии можно вводить
также каменноугольную пыль. Примерный состав суспензии по
весу: бентонит 10%, уголь 10%, вода 8О°/о.
Каменный уголь, подобно глине, подвергают дроблению и раз-
малыванию (иногда с предварительной или одновременной подсуш-
кой), а затем отделению годной пыли от недомола, идущего на
повторное перемалывание. Применяемые в смеси для сухой фор-
мовки опилки и торф должны предварительно пропускаться.через
грохот.
Предварительная обработка отработанной земли заключается в
Разминании комьев после выбивки земли из сухих форм, магнитной
сепарации для отделения застывших брызг, сплесков металла, же-
лезных шпилек и крючков, применяемых при формовке, и в про-
сеивании земли через сито после магнитной сепарации. В конвейер-
ных литейных, где имеет место весьма быстрая оборачиваемость
Земли в землеприготовительной системе, отработанная земля до по-
ступления в смеситель должна охладиться в промежуточном бункере
(перед смесителем). Достаточное охлаждение отработанной земли
6*
84
ФОРМОЙОЧНЫЁ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
перед смешиванием имеет большое значение для достижения задан-
ного процента влажности смеси.
Приготовление смесей состоит из основной операции смешивания
составных ее частей и увлажнения водой. Обычно рекомендуется
сначала перемешивать составные части в сухом состоянии, а затем
вводить воду и дополнительно перемешивать смесь во влажном со-
стоянии. При этом в смеситель сначала заваливают более тощие,
а затем более жирные песчано-глинистые материалы и глину.
Основной задачей смешивания при приготовлении формовочных
смесей служит равномерное распределение составляющих и, глав-
ное, глинистой составляющей в массе смеси. Следует стремиться к
такому распределению глинистой составляющей, чтобы каждое
зерно песчаной части смеси было обволочено тонким равномерным
слоем увлажненной глиньк Смешивание является наиболее ответ-
ственной операцией всего процесса приготовления смесей.
Продолжительность смешивания формовочных составов зависит
от количества добавляемой глины и от типа смесителя. При смеши-
вании в нормальных смешивающих бегунах периодического дей-
ствия наполнительные и общие (единые) формовочные смеси пере-
мешиваются в течение 3—5 мин., а облицовочные формовочные
смеси — в течение 6—10 мин. В новейших скоростных, так называе-
мых маятниковых, смесителях процесс перемешивания ускоряется
примерно в 3 раза и занимает для общих формовочных смесей около
1—Р/2 мин., а для облицовочных смесей —2—3 мин.
После смешивания формовочные земли для сырых форм подвер-
гают отстаиванию и разрыхлению. Отстаивание заключается в вы-
держке земли в течение 2—3 час. в особых бункерах-отстойниках.
Во время отстаивания находящаяся в земле глина лучше пропиты-
вается водой, отчего повышается прочность земли. Разрыхление
производится после отстаивания; оно улучшает газопроницаемость
земли. После разрыхления формовочная земля выдается на формовку.
Приготовление формовочных смесей для формовки по-сухому
производится в общем в том же порядке, как было описано выше,
но несколько упрощается ввиду отсутствия необходимости в отстаи-
вании и разрыхлении после смешивания. Кроме того, в состав фор-
мовочных смесей для сухой формовки не входит каменный уголь,
предварительное приготовление которого требует целого ряда опе-
раций.
Стержневые смеси, в которых связующим веществом служит
глина, приготовляются подобно формовочным облицовочным сме-
сям для сухой формовки. Ввиду более высокого глиносодержания
стержневых составов на глине для их перемешивания в нормальных
смешивающих бегунах требуется 6—12 и даже до 15 мин. времени,
а на скоростных маятниковых смесителях 3—4 мин.
При смешивании стержневых составов на органических крепи-
телях, которые большей частью вводятся в смесь в жидком состоя-
нии или в виде эмульсий, основная задача заключается в равномер-
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСЕЙ
85
ном распределении крепителя в массе песка. Обволакивание пес-
чаных зерен оболочками жидких крепителей происходит при этом
за счет капиллярных сил.
При смешивании стержневых составов на масляных крепителях
следует иметь в виду, что в силу избирательного смачивания при
введении в смесь крепителя и воды вначале по кварцу всегда распо-
ложится пленка воды, а поверх нее пленка крепителя, независимо
от порядка введения крепителя и воды в смесь. Поэтому надо в соот-
ветствии с этим естественным расположением указанных пленок
давать на песок в смеситель вначале воду, а затем масляный крепи-
тель. Если в состав смеси входит также глина и сульфитно-спирто-
вая барда, то после загрузки в смеситель песка надо дать глину или
полужирный песок, затем воду и сульфитно-спиртовую барду и,
наконец, масляный крепитель.
Выбор типа смесителя
Применяются три основных типа смесителей для формовочных и
стержневых смесей — лопаточные смесители, смешивающие бегуны и
скоростные маятниковые смесители.
Лопаточный смеситель представляет собой корыто, в котором вра-
щается горизонтальный вал со множеством укрепленных на нем
лопаток. Лопатки укреплены под углом к оси вала, и поэтому они
не только перелопачивают и перемешивают составные части смеси,
но и продвигают постепенно смесь вдоль корыта. С одного конца
корыта в такой смеситель непрерывного действия подаются состав-
ные части смеси, а на другом конце корыто имеет окно, через которое
выходит готовая смесь. Применяются и лопаточные смесители перио-
дического действия, изготовляющие смеси отдельными порциями
(замесами).
С технологической стороны лопаточный смеситель является мало
пригодным для глинистых формовочных, особенно облицовочных
и стержневых, смесей, потому что действие его сводится к простому
перелопачиванию смеси. Обволакивание же зерен оболочками влаж-
ной глины с помощью перелопачивания не происходит или проис-
ходит в недостаточной степени. Поэтому лопаточные смесители при-
годны лишь для таких формовочных смесей, в которых при смешива-
нии вводится минимальное количество глины, а именно для напол-
нительных и в крайнем случае для единых формовочных смесей.
Применение лопаточных смесителей для стержневых песчаных сме-
сей на жидких крепителях вполне целесообразно. Перелопачивание
хорошо распределяет крепитель в массе песка, обволакивание же
зерен пленками крепителей происходит само, за счет капиллярности.
Нормальные смешивающие бегуны имеют два гладких катка с
горизонтальными осями, которые с помощью приводного механизма
бегают по круговым траекториям, или путям, на дне круглой не-
подвижной чаши, делая 20—25 об/мин вокруг вертикального вала.
Чтобы не происходило дробления зерен песка катками, катки при-
86
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
подняты над дном чаши на небольшое расстояние, которое можно
регулировать. Обыкновенные смешивающие бегуны работают отдель-
ными замесами и являются смесителем периодического действия.
Существуют также и бегуны непрерывного действия.
Каток бегунов катится по чаше со скольжением, как видно из
рассмотрения схемы, приведенной на фиг. 18. При вращении оси
Фиг. 18. Схема работы катка бегунов:
1 — неподвижная чаша; 2 —каток; 3 — ось
катка; 4 — вал бегунов.
катка j вокруг вертикального вала
бегунов 4 с угловой скоростью 2
окружная скорость вращения рав-
няется u = QR, где R—радиус вра-
щения. Эта окружная скорость и
оси катка увеличивается по длине
катка. Для внутреннего торца а кат-
ка она равна QRa, а для наружного
торца с катка она равна QRc>QRa.
В то же время каток сам вра-
щается вокруг своей горизонтальной
оси 3 с некоторой угловой скоро-
стью а). Окружные скорости w этого
Фиг. 19. Схема обволакивания зерен
песка глиной под катком бегунов.
вращения в любой точке — а, b или с на боковой поверхности
катка — будут одинаковы и равны w = юг, где г — радиус катка.
Как показано на графике, приведенном на фиг. 18, скорости
и и w оказываются равными по величине только для одной окруж-
ности b на поверхности катка. Только эта одна окружность и будет
катиться по чаше без скольжения. Чем дальше мы отступим по длине
образующей катка от этой окружности 6, тем больше будет скольже-
ние катка относительно чаши при его движении. Наибольшее сколь-
жение будут иметь окружности торцов катка. При этом наружный
торец с будет при своем качении скользить по чаше вперед, а внутрен-
ний торец а будет скользить назад относительно чащи, т. е. будет
катиться с буксованием.
Это скольжение катков бегунов относительно чаши и производит
обволакивание зерен песка оболочками влажной глины. Зерна,
находящиеся под катком, т. е. между катком и дном чаши, благодаря
этому скольжению вращаются. Происходит как бы перетирание смеси,
как между ладонями рук, и обволакивание зерен глиной (см. схему
фиг. 19). Вследствие этого нормальные смешивающие бегуны хо-
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСЕЙ
87
пошо распределяют в смеси составные части и хорошо обволакивают
песчаные зерна влажной глиной. Смешивающие бегуны дают высокое
качество перемешивания и применяются для всех видов формовоч-
ных и стержневых смесей.
Схема скоростного маятникового смесителя, или центробежных
бегунов, приведена на фиг. 20. В нижней части круглой непо-
движной чаши вращается со скоростью около 75 об/мин ротор,
на котором имеются два
плужка. На роторе на
шарнирных рычагах,
или коромыслах, под-
вешены два катка с вер-
тикальными осями. Цен-
тробежной силой при
вращении ротора катки
отклоняются к обечайке
чаши. И цилиндриче-
ские поверхности кат-
ков, и внутренняя ци-
линдрическая поверх-
ность обечайки чаши
одеты резиной.
Составные части сме-
си в необходимом на
один замес количестве
загружаются В смеси- фиг. 20. Принципиальная схема скоростного ма-
тель сверху. Центро- ятникового смесителя:
беЖНОЙ СИЛОЙ ОНИ сбра- / — неподвижная чаша; 2 — ротор; 3 — катки; “/ — коромысла
катков; 5 — плужки; 6 — путь смеси.
сываются с ротора и у у
располагаются в кольцевом пространстве между ротором и обечай-
кой чаши. При вращении ротора плужки поднимают эту смесь
со дна чаши из кольцевого пространства, и смесь по плужкам
поднимается кверху и сбрасывается, таким образом, на покрытую
резиной поверхность обечайки чаши. Катки, следующие при враще-
нии ротора за плужками, проезжают по этой подброшенной смеси.
Далее смесь падает вниз и вновь бросается на резину чаши очеред-
ным плужком.
По данным исследования И. 3. Зороховича, основным процес-
сом в маятниковом смесителе является бросание плужками смеси со
значительной скоростью на резиновую поверхность обечайки чаши.
Будучи направлена плужком на обечайку, смесь должна заворачи-
вать по окружности обечайки, и вследствие этого она прижимается
к ней возникающей центробежной силой кругового движения. При
этом, как показано схематически на фиг. 21, часть или струйка потока
смеси, непосредственно прилегающая к резине чаши, сильно тормо-
зится трением о резину обечайки. Чем дальше струйка от резины обе-
чайки чаши, тем меньше будет сказываться это торможение. Следо-
88
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
V/
Фиг. 21. Схема движения струи смеси по
борту чаши маятникового смесителя:
/—4 — струи смеси, смещающиеся относительно друг
друга
вательно, в потоке смеси, идущем по поверхности обечайки чаши,
будет иметь место скольжение слоев или струек потока друг отно-
сительно друга, и скорость движения смеси вдоль обечайки будет
постепенно изменяться по се-
чению потока. Такой харак-
тер движения смеси будет
аналогичен перетиранию сме-
си между ладонями рук.
Как и под катком нормаль-
ных смешивающих бегунов,
в маятниковом смесителе при
описанном характере движе-
ния потока смеси зерна песка
будут вращаться и интен-
сивно обволакиваться увлаж-
ненной глиной. Роль катков в маятниковом смесителе, по-видимому,
чисто вспомогательная. Ввиду того что ротор маятникового смеси-
теля вращается примерно втрое быстрее нормальных смешивающих
бегунов, процесс смешивания в маятниковом смесителе идет быстро.
Скоростные маятниковые смесители строятся в СССР с полным авто-
матическим управлением и являются технологически наилучшим
типом смесителя. Они дают весьма высокое качество перемешивания
формовочных и стержневых смесей всех видов.
Понятие о центральных земледелках
В механизированных литейных цехах формовочные земли обычно
приготовляются в центральных землеприготовительных установках,
или земледелках. При большом масштабе производства в одном цехе
может быть несколько земледелок. Стержневые земли часто при-
готовляются в отдельных земледелках.
Машины для приготовления формовочных смесей и предваритель-.
ной переработки отработанной земли комбинируют так, чтобы вме-
сте с транспортными устройствами для подачи отработанной земли
и для раздачи готовой смеси они образовали землепригото-
вительную систему. Такая система может быть сделана
полностью автоматической, и роль обслуживающих людей заклю-
чается лишь в наблюдении за ее работой. Часто центральная земле-
делка делается лишь для общей или наполнительной земли, расход
которой наиболее велик; облицовочная же земля готовится на отдель-
ных машинах вне системы.
Свежие материалы (пески, земля, глины, угольную пыль) целе-
сообразно подавать к смесителям центральной земледелии в виде
увлажненной до 2—2,5% смеси, изготовленной в отдельно стоящем
смесителе (обычно на бегунах). Применение таких освежитель-
ных смесей имеет ряд следующих преимуществ перед раздель-
ной подачей в земледелку свежих материалов отдельных сортов:
1) уменьшается количество бункеров и дозирующих устройств
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСЕЙ
89
у основных смесителей, благодаря чему уменьшается продолжитель-
ность загрузки материалов в смесители; 2) уменьшается продол-
жительность перемешивания смеси в основном смесителе; 3) увели-
чивается производительность основных смесителей центральной
земледелии; 4) упрощается транспортирование свежих материалов в
земледелку со склада, где они предварительно подготовляются.
Полумеханизированное приготовление смесей
Приготовление земли в центральной земледелие производится
лишь при большом масштабе производства. Выбивка форм сосредо-
точивается в одном или нескольких местах; отсюда отработанная
земля транспортируется в центральную земледелку.
Если же выбивка форм разбросана по всей площади пролета,
то нет смысла собирать отработанную землю для транспортирования
ее в земледелку. В этом случае наполнительная земля приготовляется
непосредственно на месте формовки; в земледелие же приготовляются
лишь облицовочные и стержневые смеси.
В старых литейных цехах приготовление наполнительной земли
на местах формовки частично производилось вручную. Такое прими-
тивное приготовление земли в настоящее время применяется только
в маленьких, кустарных мастерских. Приготовлять наполнительную
землю на местах формовки следует при помощи специальных пере-
движных землеприготовительных машин, устройство которых рас-
сматривается в курсе «Оборудование литейных цехов».
Чаще всего применяются два вида таких передвижных машин —
сита и разрыхлители. Приготовление земли ведется в следующем по-
рядке. Отработанную землю увлажняют; если нужно, дают освежаю-
щие примеси, перелопачивают ее, просеивают на передвижном
сите, а затем пропускают через передвижной разрыхлитель.
Приготовление земли при помощи передвижных машин назы-
вается полумеханизированным.
Значение регенерации отработанной земли
Расход свежих формовочных материалов на 1 т годного литья
равен 0,5—1,0 т. По всему Советскому Союзу потребность в формо-
вочных материалах весьма большая, в связи с чем получается зна-
чительная загрузка транспорта при доставке их на заводы.
Одновременно с подвозом свежих земель в цех такое же коли-
чество отработанной земли приходится вывозить из цеха в виде
отходов, что также связано с загрузкой транспорта. Кроме того,
при литейных цехах приходится иметь специальные склады для
свежих земель, которые в зимнее время должны отапливаться во
избежание смерзания влажной земли. Вследствие этого восстановле-
ние качества, или регенерация, старой, отработанной фор-
мовочной и отвальной стержневой земли имеет большое технико-
экономическое значение
90
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ
Регенерация глинистой земли заключается в удалении пыли и
мелочи, а также неактивной глины. Известны мокрый и сухой спо-
собы регенерации. При обоих этих способах отработанная формо-
вочная и стержневая земля предварительно подвергается размина-
нию комьев, магнитной сепарации и просеиванию.
При регенерации по мокрому способу земля после предваритель-
ной подготовки поступает в бассейн с проточной водой, которая уно-
сит мелкую пыль и глину. Во время предварительного разминания
земли часть глинистых оболочек отдирается от зерен песка, большая
же часть их отмокает в бассейне. Оседающий на дно промытый и обес-
пыленный песок выгребается из бассейна и сушится в горизонталь-
ной печи, после чего его можно снова пустить в производство. Мокрый
способ регенерации не нашел широкого применения в литейных
цехах. Расход воды на промывку земли велик, причем для грязной
воды в условиях машиностроительного завода обычно негде устроить
отстойники, которые должны быть довольно обширными. Если же
грязную воду спускать в канализацию, то последняя засоряется.
Кроме того, песок после регенерации нужно сушить, что требует
большого расхода топлива. Регенерацию отработанной земли по
мокрому способу в условиях литейного цеха можно оправдать при
условии, что она совмещается с гидравлической выбивкой стержней.
Мокрый способ отмывания песка с успехом может применяться
на карьерах, где из добываемого песка можно удалять пыль и глину
и пропускать его далее через сортировочные сита для обогащения и
получения однородного чистого продукта. На местах добычи песка
можно найти естественные источники воды и водоемы для отстаива-
ния грязной воды, которую можно снова использовать. Сушка отмы-
того песка может осуществляться естественная, под навесами, без
затраты топлива.
Регенерация по сухому способу состоит из отделения пристав-
ших к зернам оболочек связующих веществ с последующим их уда-
лением. Наибольшие затруднения при этом связаны с отделением
оболочек. Один из способов достижения легкой отделяемости обо-
лочек стержневых крепителей от кварцевых зерен при регенерации
по сухому способу заключается в предварительном прокаливании
земли при температуре 750—800е перед пропусканием ее через пере-
тирающую машину. В установках, работающих по сухому способу,
пыль и измельченные оболочки связующих веществ отделяются от
земли либо путем отвеивания потоком воздуха, пронизывающим
землю, либо при помощи просеивания на редком сите в закрытом
кожухе с отсосом воздуха из кожуха. Будущее, несомненно, принад-
лежит установкам, работающим по сухому способу, более компактным,
экономичным и удобным в условиях машиностроительного завода.
В СССР разработаны установки для электрообеспыли-
вания и сепарации горелых отвальных земель. Принцип работы
таких установок показан на фиг. 22. В этих установках используется
так называемый коронный Электрический разряд.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСЕЙ
91
Фиг. 22. Принципиальная
схема электро-коронного
сепаратора для регенера-
ции отработанных земель.
Коронный разряд возникает, когда на электрод в виде тонкой
проволоки или острия дается высокое напряжение. При этом вокруг
электрода наблюдается голубоватое свечение, сопровождающееся
легким шипением. В светящейся области, называемой чехлом ко-
роны, происходит ионизация воздуха. Ионы, вылетающие из чехла
короны, движутся к противоположно заряженному (или заземлен-
ному) осадительному электроду сепаратора.
Эти ионы заряжают все частицы (например,
зерна формовочной земли), попадающие в
пространство между электродами. Заряжен-
ные частицы под влиянием электрического
поля также будут двигаться к осадительному
электроду. Таким образом, поле коронного
сепаратора отличается от обыкновенного
электростатического поля способом зарядки
частиц. В обыкновенном электростатическом
поле частицы могут получить заряд лишь
при соприкосновении с заряженным электро-
дом. В поле же коронного сепаратора все
попадающие туда частицы заряжаются не-
прерывным потоком ионов, исходящим от
коронирующего электрода.
В камере сепаратора укреплены две верти-
кальные металлические сетки 1 (фиг. 22), в про-
межутке между которыми натянут ряд тонких
горизонтальных проволок 2. К проволокам
подведено электрическое напряжение в не-
сколько десятков тысяч вольт. При таком на-
пряжении вокруг проволок 2 создается поле коронного разряда.
Ионы, несущие электрические заряды, устремляются к заземленным
металлическим сеткам 1 и по пути заряжают зерна земли, которая
подается через воронку 3 и падает двумя струями вниз. Получив
электрический заряд, зерно отклоняется от своего вертикального
направления падения в сторону заземленной сетки. Для крупных и
средних зерен, имеющих сравнительно большую массу, это откло-
нение невелико. Поэтому крупные и средние зерна падают в сборник 4
(годная фракция). Мелкие же, пылевидные зерна под влиянием
электрических сил сильно отклоняются от вертикального направле-
ния и попадают за сетки 1 в сборники 5 (пылевидная фракция).
Таким образом земля обеспыливается.
ЛИТЕРАТУРА
1. Добротворский М. М. и Разумова М. С., Справочник по испы-
танию формовочных материалов и смесей, Машгиз, 1953.
2. J1 ясс А. М., Современные связующие материалы и область их применения,
Машгиз, 1955.
3. ВНИТОЛ (ВНИТО литейщиков), Формовочные материалы (сборник), Мащ-
ГЛАВА ll
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Технологический процесс изготовления литейных форм назы-
вается формовкой. Формовка производится в особом отделении ли-
тейного цеха, называемом формовочным. Стержни изготовляются
отдельно в стержневом отделении цеха и подаются для сборки формы
в сборочное отделение. Сборка форм часто производится в формовоч-
ном отделении.
Формовка и сборка форм — наиболее сложные и трудоемкие
технологические процессы в литейном производстве. Ручная формов-
ка и сборка сложного ответственного литья требуют более высокой
квалификации рабочих, чем прочие работы в литейном цехе. Формо-
вочное отделение механизированного литейного цеха насыщено
наиболее сложным оборудованием, а темп работы на формовке обу-
словливает темп других отделений — стержневого, плавильного,
земледелии и выбивки.
1. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ФОРМОВКЕ
Опоки
Литейные формы чаще всего набиваются в особых жестких рам-
ках из дерева, чугуна или стали, называемых опоками. Опоки
предохраняют земляную литейную форму от разрушения как во
время ее формовки и сборки, так и при переноске и заливке. Кроме
того, опоки позволяют правильно соединять между собой верхнюю
и нижнюю части формы перед заливкой. Опоки должны быть по
возможности легкими и прочными.
Деревянные опоки дешевле и легче металлических, но менее
жестки; продолжительность их службы невелика. Поэтому они приме-
няются лишь в редких случаях — при штучном (индивидуальном) и
мелкосерийном литье. Нормальными опоками для ручной формовки
являются чугунные опоки.
На фиг. 23 показана пара ручных чугунных опок для верхней 1
и нижней 2 частей литейной фермы. Так как эти опоки имеют неболь-
шие размеры, то набитая в них формовочная смесь при подъеме опоки
держится прочно и не выпадает. В крупных опоках для лучшего
удержания смеси делаются перегородки, называемые к р е с т о-
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ФОРМОВКЕ 93
винами. В небольших же опоках для этого достаточно иметь по
разъему буртики 3. Железные ручки 4 залиты концами в торцевые
стенки опок. Для более крупных
ОПОК руЧКИ ИНОГДа ДелаЮТ ОТЪеМ- . _ Разрез по пя
ными. Они вставляются в особые
гнезда, сделанные по углам опоки.
Ручные опоки обычно делаются с
размерами в свету от 300 X 250
до 700 X 300 мм. Вес опоки с на-
битой землей не превышает 65 кг.
Переносятся они вручную одним
или двумя рабочими и снабжаются
двумя или четырьмя ручками.
Крановые средние опоки с раз-
мерами в свету до 1200 X 800 мм
весят без набивки до 65кг. В порож-
нем состоянии они- могут перено-
ситься и вручную, но в набитом
состоянии требуют обслуживания
краном или подъемником. Такие
опоки часто имеют и ручки, и цап-
фы.
Крановые крупные опоки,
снабженные только цапфами, об-
Фиг. 23. Ручные чугунные опоки:
7 — верхняя опока; 2—нижняя опока; 3 — бур-
лик для удерживания земли; 4 — ручки; 5—ц’ен
трируюшие (спарочные) штыри.
служиваклся исключительно подъемными механизмами.
Крупные чугунные опоки часто делают свертными из отдельных
стенок, соединяемых болтами. Примером могут служить соединения,
Фиг. 24. Примеры скрепления стенок свертных опок:
/ — цапфы; 2 — ушки для штырей; 3 — скрепляющие болты; а — однозамковый стык:
б — двухзамковый стык.
изображенные на фиг. 24. Для подъема и переворачивания крупных
°Пок при помощи крана служат цапфы /, находящиеся на их торцевых
Стенках.
94
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Фиг. 25. Закрепление шты-
рей в ушках опоки.
Все парные опоки должны взаимно (попарно) центрироваться,
чтобы при сборке литейной формы верхняя опока стала точно, без
сдвига, на нижнюю. Без этого нельзя получить правильной отливки.
Для взаимного центрирования пары опок служат центрирующие
штыри. Обыкновенно употребляются два штыря для пары опок (иног-
да больше). При этом штырь обыкновенно закрепляется в ушке верх-
ней опоки, а ушко нижней опоки имеет для этого штыря отверстие.
На фиг. 25 показано правильное и
неправильное закрепление штырей в уш-
ках опоки Закрепление штыря на резьбе
(фиг. 25, а) не дает необходимой точно-
сти. При нарезке резьбы в ушке опоки
ось резьбы может сместиться в сторону
вследствие перекоса метчика. Приведенная
конструкция имеет еще один недостаток:
штыревые ушки взаимно соприкасаются и
при попадании между ними земли опоки не
смогут плотно соединиться. Правильное за-
крепление штыря изображено на фиг. 25, б.
Штыри, постоянно закрепленные в ушках опоки, часто гнутся
при выбивке форм. Поэтому более рационально применение отъем-
ных спарочных штырей, которые после сборки1 формы вынимаются
из ушков опок. Пример таких штырей был приведен на фиг. 23.
Изношенные отверстия в ушках следует рассверлить и вставить в
них втулки, внутренний диаметр которых должен соответствовать
диаметру штырей. Для лучшего взаимного прилегания верхней и
нижней опок плоскости разъема их должны быть обработаны..
По своим размерам и очертанию опоки должны соответствовать
формуемой модели. Например, для круглых моделей лучше брать
круглые опоки. Опока не должна быть намного больше модели, иначе
формовщику приходится набивать лишнюю землю, а сама форма
получается излишне тяжелой.
Формовочный инструмент
Выкапывание земли и набрасывание ее в опоки при ручной фор-
мовке производят лопатой, которая должна быть плоской, без
боковых бортов, чтобы можно было ссыпать с нее землю в стороны.
В ряде случаев ручкой лопаты производят также подбивку земли, для
чего она делается прочной, а вся лопата легкой и хорошо уравнове-
шенной. Для просеивания земли при ручной формовке употребляются
ручные круглые сита диаметром 400—500 мм с сеткой различной
частоты.
Для уплотнения земли в форме служат клинообразные и плоские
трамбовки (фиг. 26). Острыми трамбовками производится на-
бивка земли около стенок опоки, около модели и в узких местах
формы. Плоским концом трамбуют верхний слой земли в форме.
Трамбовки для работы на полу делаются обычно чугунными, с
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ФОРМОВКЕ 95
железными рукоятками
(фиг. 26, а и б). Общая длина
трамбовки с рукояткой для ра-
боты с большими (крановыми)
опоками достигает 1600 мм.
Для средних опок применяются
трамбовки облегченного типа,
конструктивно не отличающиеся
от первых, но значительно ко-
роче — 350—500 мм. Для ма-
лых опок, преимущественно для
работы на верстаках, приме-
няются трамбовки комбиниро-
ванные, имеющие острый и пло-
ский концы, сидящие на одной
рукоятке. Комбинированные
трамбовки делаются металли-
ческие цельнолитые (фиг. 26,
в иг) и деревянные (фиг. 26,д).
Пневматические
трамбовки имеют встав-
ляемые снизу на конусах кли-
новые и плоские наконечники.
Пневматическая трамбовка
представляет собой вертикаль-
ный цилиндр, в котором дви-
жется боек, ударяющийся о
вставленный снизу рабочий на-
конечник. Распределение воз-
духа осуществляется при помо-
щи особых золотников и пере-
пускных каналов. Боёк попере-
менно поднимается и с силой
Ударяет вниз на наконечник.
На фиг. 26 слева показана пнев-
матическая трамбовка марки
ТР-4, выпускаемая ленинград-
ским заводом «Пневматика»,
применяющаяся для формовки
средних по размерам опок.
Боек, или поршень, этой трам-
бовки весит 1,27 кг и делает
1200 ударов в минуту. Вес всей
трамбовки 8,4 кг. Трамбовка
с помощью гибкого шланга диа-
метром 16 мм присоединяется
к сети сжатого воздуха с дав-
Фиг. 26. Трамбовки:
/ — место присоединения шланга; 2 — пуско-
вой клапан; 3 — поршень (боек); 4 — башмак
пневматической трамбовки; а, б, в, г,
д—ручные трамбовки.
96
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Форма лезвия
прямоугольная
Фиг. 27. Гладилки плоские.
лением 6 сипи. Кроме этой трамбовки, завод «Пневматика» изгото-
вляет пневматические трамбовки марки ТР-2 меньшего размера
для формовки небольших опок и более тяжелые трамбовки марки
ТР-6 для формовки крупных литейных форм.
Для создания в набитой форме искусственных вентиляционных
каналов в дополнение к естественной газопроницаемости формовоч-
ной земли формовщик делает в форме наколы стальной иглой —
душником. Чтобы вынуть модель из набитой формы, не повредив
при этом земли, формов-
щик должен смочить фор-
мовочную землю по кром-
ке модели. Кромки модели
смачиваются тонкой льня-
ной кисточкой («по-
мачкой»), которая нахо-
дится в небольшом ведер-
ке с водой. Деревянные
модели извлекаются из на-
битой формы при помощи
подъемов, которые
ввинчиваются в укреплен-
ные на разъеме модели же-
лезные пластины. В пластине, кроме отверстия с резьбой для подъ-
ема, делается второе, гладкое отверстие для расколачивания модели
перед извлечением ее из формы.
Для отделки поверхностей формы употребляются различного
рода о т д е л о ч н ы е инструменты (ГОСТ 2511-44 и 1981-43).
Гладилки плоские (фиг. 27) служат для выглаживания больших
поверхностей, а также для прорезания больших углублений на откры-
тых поверхностях формы. Они изготовляются преимущественно из
инструментальной стали. Ручки плоских гладилок изготовляются
из твердого дерева. Длина лезвия составляет 125—175 мм, ширина
30—45 мм.
Фасонные гладилки (фиг. 28) изготовляются из стали, чугуна,
иногда из бронзы. Гладилки цилиндрические (ГЦ) изготовляются
выпуклыми и вогнутыми с длиной 50—150 мм и шириной 30—70 мм.
Они служат для выглаживания преимущественно цилиндрических
поверхностей. Гладилки угловые плоские (ГУП) изготовляются
двух типов — охватывающие и входящие — и служат для выглажи-
вания выступов и прямых галтелей. Делаются они длиной 50 и 100 мм
и размером h = 40 и 60 мм. Гладилки угловые цилиндрические (ГУЦ)
выпуклые и вогнутые применяются для выглаживания выступов и
впадин на цилиндрических поверхностях формы. Они имеют длину 75
и 125 мм, радиус 50 и 100 мм и ширину 50 и 100 мм. Гладилки ду-
говые (ГД) служат для выглаживания галтелей на кривых поверхно-
стях. Изготовляются длиной 75 и 100 мм и шириной 60 и 80 мм.
Гладилки торцевые (ГТ) предназначаются для выглаживания углуб-
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ФОРМОВКЕ
97
лений, образующих бобышки в отливке. Длина гладилки составляет
120—150 мм, а размер D головок — 16—50 мм. На фигуре показаны
три формы применяемых головок.
Выпуклая
Вогнутая
Охватывающая
Входящая
Выпуклая
Вогнутая
Цилиндрическая головка
Овальная головка
Фиг. 28. Гладилки фасонные.
Полозки, ложечки и ланцеты (фиг. 29) изготовляются Иэ стали.
Полозки кривые (ПК) с плоскими и круглыми концами служат для
ОтДелки глубоких и узких впадин. Длина полозка равна 200—275 мм,
а Радиус г = 30—70 мм. Полозки прямые (ПП) с плоским и выпук-
лым сечениями рабочих концов служат для отделки прямого дна
Впадин. Длина полозка составляет 150—350 мм, размеры и /2
от 30 до 70 мм, ширина — 10—24 мм. Ложечки (ЛЖ) овальнце и
? Аксенов 1956
98
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Фиг. 29. Полозки, ложечки и ланцеты.
Прямой
Концы слегка закруглить
С пяткой
Концы слегка закруглить
3=7
Фиг. 30. Крючки.
ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
99
яйцевидные служат для отделки криволинейных поверхностей,
углублений и переходов. Длина ложечки равна 125—300 мм, длина
рабочей части — 25—100 мм и ширина — 10—55 мм. Ланцеты (ЛЦ)
предназначены для подрезки и выглаживания небольших поверх-
ностей в местах, не доступных для работы гладилками. Длина всего
инструмента составляет 125—300 мм, длина рабочей части — 25—
100 мм, ширина — 5—50 мм.
Крючки прямые, с пяткой и ланцетом (фиг. 30) изготовляются
из стали и служат для подрезки и удаления оставшейся земли из
глубоких и узких впадин и углублений формы. Длина крючков
составляет 200—500 мм, длина пера — 100—250 мм, ширина —
3—25 мм.
Для выдувания из формы пыли и сора употребляются ручные
мехи и пневматические сопла. Окраска форм фор-
мовочной краской производится мягкой плоской волосяной
кистью или пневматическим пульверизато-
ром.
2. ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
В практике литейного производства применяется много различ-
ных способов ручной формовки, с главнейшими из которых мы по-
знакомимся ниже. Однако в большинстве этих способов повторя-
ются некоторые общие приемы или основные элементы процесса
формовки, которые целесообразно рассмотреть отдельно. К ним
относятся: 1) набивка формы; 2) устройство искусственной вентиля-
ции; 3) извлечение моделей из набитой формы; 4) отделка формы;
5) сборка формы.
Литейные формы в большинстве случаев изготовляются (наби-
ваются формовочной смесью) по моделям и состоят из двух или бо-
лее частей, разделенных между собой плоскостями, или
поверхностями разъема. Такое разделение позволяет
легко вынимать модель из формы после набивки. Чаще всего приме-
няется способ формовки по модели в двух опоках с одной плоскостью
разъема между ними. Последовательность операций процесса фор-
мовки по этому способу показана на фиг. 31. Рассмотрим на этом
примере перечисленные выше основные приемы формовки.
Набивка формы
Перед набивкой модель (или ее половинку, если модель разъемная)
кладут плоской стороной на’подмодельную доску, или щиток (по-
ложение /). На щиток устанавливают (положение 2) пустую ниж-
нюю опоку, и поверхность модели припудривают встряхиванием
мешочка с модельной пудрой. После этого на модель через ручное
сито насеивают облицовочную землю (положения 3 и 13), по возмож-
ности равномерным слоем. Если облицовочная земля не держится
на вертикальных стенках модели, ее надо осторожно обжать руками.
7*
100
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
77
22
Фиг. 31. Последовательность операций формовки в двух опоках по неразъемной модели:
1 — модель положена плоской стороной на щиток; 2 — установка нижней опоки и припудривание модели; 3 — насеивание на
модель облицовочной земли; 4 — набрасывание в нижнюю опоку наполнительной земли; 5 — уплотнение земли в нижней опоке;
6 — уплотнение верхнего слоя земли в нижней опоке плоским концом трамбовки; 7 — сгребание линейкой излишка земли вро-
вень с кромкой нижней опоки; 8 — накалывание душником вентиляционных каналов в нижней опоке; 9 — нижняя опока перевер-
нута на 180J; /0 —присыпка разъема формы разделительным песком; //—сдувание излишка разделительного песка; /2 — при-
пудривание модели; 13 — установка верхней опоки и модели литника (стояка) и насеивание на модель облицовочной земли;
14 — набрасывание в верхнюю опоку наполнительной земли; 15 — уплотнение земли в верхней опоке; 16 — уплотнение верхнего
слоя земли в верхней опоке плоским концом трамбовки; 17 — сгребание линейкой излишка земли вровень с кромкой верхней
опоки; 18 — накалывание душником вентиляционных каналов в верхней опоке; прорезка литниковой чаши и извлечение из
формы модели стояка; /9— съем верхней опоки, переворачивание ее и установка для отделки; 20 — отделка нижней опоки и
прорезка литниковых каналов на разъеме; 21 — нижняя опока после отделки; 22 — выем модели из нижней опоки.
ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
102
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Толщина слоя облицовочной земли при сырой формовке для неболь-
ших и средних моделей составляет 15—25 мм и для крупных — 30—
40 мм. При формовке крупных отливок, имеющих высокие верти-
кальные стенки, облицовочную землю не насеивают на модель, а
обкладывают ею модель руками.
Набивка опоки наполнительной землей производится слоями.
Землю в опоку набрасывают лопатой (положения 4 и 14) слоем 75—
50 мм и тщательно и равномерно пробивают (положения 5 и 15).
Затем насыпают такой же второй
слой, пробивают его таким же обра-
зом, потом третий и т. д., пока опо-
ка не заполнится. Особенно тщатель-
но и более плотно следует пробивать
землю в углах опоки и у стенок. При
набивке земли вокруг модели необ-
ходимо следить за тем, чтобы не
ударить концом трамбовки по модели
и тем самым не испортить ее. Как
правило, в местах удара концом
трамбовки о модель земля сильно
уплотняется, что вызывает на теле
отливки так называемый вскип ме-
талла.
Верхний слой земли в опоке
утрамбовывают плоским концом
трамбовки (положения 6 и 16), а из-
лишек земли сгребают линейкой вро-
вень с кромками опоки (положения 7
и 22). Давление металла в нижней
опоке' значительно больше, чем в
Фиг. 32. Обкладка высокой моде-
ли облицовочной землей:
1—6 — слои формы; 7 — модель; 8 — не-
правильно положенный, слишком низкий
слой облицовочной земли.
верхней; поэтому нижнюю часть формы следует набивать плотнее,
чем верхнюю. При набивке земли у крестовин опоки нельзя уда-
рять по ним трамбовкой, так как от сотрясения крестовин земля
будет плохо удерживаться около них и при подъеме опоки может
выпасть. Под крестовинами землю необходимо обжимать руками.
Пря набивке глубоких форм слои облицовочной земли надо на-
кладывать выше, чем слои наполнительной земли (фиг. 32), чтобы
надежно одеть всю модель облицовочной землей. Как видно на этой
фигуре,третий слой (снизу)облицовочной земли нанесен неправильно.
Он был положен недостаточно высоким, при набивке формы осел, и к
модели в этом месте проникла наполнительная земля. При формовке
по-сухому набивку формы производят плотнее, чем при формовке
по-сырому.
При формовке в почве приходится иногда модель осаживать в
подготовленную поверхность формы. Для этого на модель наклады-
вают дощечку, по которой и ударяют молотком, не допуская ударов
по’самой модели, Осаживание модели в почву допустимо только для
ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
103
:изких моделей с простой конфигурацией нижней части. Если модель
юлее глубокая, то лучше сделать соответствующее углубление (яму),
[равильно установить модель на подкладках и затрамбовать землей.
В иных случаях приходится применять более сложные приемы для
юлучения отпечатка модели в почве. Наиболее универсальным из
)тих приемов является изготовление нижней части формы путем
)бжатия постели (почвенной формы) моделью в комбинации с ручной
сводкой с помощью формовочного инструмента. Для этой цели модель
Фиг. 33. Опрокидывание модели с набитыми углублениями в поч-
венную форму:
/, //, III— последовательные положения модели при опрокидывании.
с небольшим усилием осаживают в постель и тут же вынимают обрат-
но. Полученный в постели отпечаток исправляют вручную, вынимая
гладилками и крючками землю в тех местах, где она выступающими
частями модели сильно спрессована, и добавляя землю там, где модель
совсем не коснулась постели. В исправленный отпечаток модель слегка
осаживают вторично и вновь подправляют форму. Так поступают
до тех пор, пока при очередном осаживании модели в постель не
получится совершенно правильного отпечатка и земля под моделью не
окажется равномерно уплотненной во всех местах. Тогда модель
аккуратно вкладывают по полученному отпечатку в постель, окон-
чательно слегка осаживают, выравнивают по ватерпасу, если это
необходимо, и затрамбовывают землей со всех сторон.
Второй распространенный прием заключается в опрокидывании
модели в форму и применяется в тех случаях, когда нижняя часть
модели не имеет больших выступающих частей, но имеет углубления.
Формовка подобной детали показана на фиг. 33. В этом случае для
модели подготовляют постель (обычно твердую) простой конфигу-
рации, без учета углублений в модели. Модель 1 кладут на полу
цеха рядом с подготовленной для нее постелью в перевернутом по-
ложении и имеющиеся в ней углубления 2 плотно затрамбовывают
104
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
облицовочной землей. Излишек земли сгребают линейкой вровень
с краями модели, а в оставшейся внутри модели земле душником
накалывают вентиляционные каналы. После этого формовщик под-
нимает модель вместе с набитой в ней землей за один край и опроки-
дывает на подготовленную постель. Уложенная на место модель
дополнительно слегка осаживается в постель, и формовка продол-
жается обычным порядком.
70-100мм для средних, опок
50-80мм для больших опок
Фиг. 34. Расстановка крючков в опоке.
Для лучшего удерживания земли в верхней опоке, в особенности
в свисающих земляных частях (болванах), устанавливают при
набивке проволочные железные крючки или деревянные сол-
датики. Крючки подвешивают за крестовины опоки. Солдатики
часто применяются при формовке по-сырому вместо крючков и пред-
ставляют собой тонкие деревянные колышки, которые прислоняют
к крестовине и затрамбовывают землей при набивке. Расстояние от
конца солдатика или крючка до модели должно быть не менее 10 мм.
При меньшем расстоянии может получиться «вскип» формы, и отливку
придется забраковать. Поэтому формовщик должен после выемки
модели из формы проверить на ощупь плотность набивки, осадить
обратно выступающие солдатики и крючки и заделать поверхность
формы землей. На фиг. 34 приведены примеры расстановки крючков.
Крючки устанавливают крестообразно, что обеспечивает наи-
большую прочность формы. При установке их навешивают на кресто-
вины (ребра) опоки. Частота расположения крючков зависит от
размеров опоки и от расстояния между крестовиной и моделью.
В опоках средних размеров расстояние между крючками составляет
ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
105
Фиг. 35. Крепление арма-
туры болвана болтами
к верхней опоке.
70—100 мм. В больших опоках, где приходится удерживать большие
массы земли, это расстояние уменьшают до 60—80 мм. Наклонно
установленный крючок между крестовинами должен занимать не
менее 2/3 расстояния между ними. Крючки и солдатики следует перед
установкой в опоки обмакивать в жидкую глину, чтобы они лучше
держали землю. По той же причине полезно смачивать жидкой гли-
ной и крестовины верхней опоки. Расстояние между крестовинами
в верхних опоках должно быть от 150 мм для малых опок (до 600 X
X 500 мм) до 250 мм для крупных опок
(1500 X 1000 мм и выше).
Для предотвращения обвала тяжелых
свисающих болванов, расположенных в
верхней опоке, в них помещают арматуру
в виде чугунных рамок. После набивки
болвана рамку прикрепляют при помощи
болтов к верхней опоке (фиг. 35). Земля-
ные болваны, образующие в форме внут-
ренние полости отливок, должны быть
податливыми, так как металл, залитый в
форму, при затвердевании уменьшается в
объеме, дает усадку. Если болван будет
жестким, неподатливым, он будет препят-
ствовать усадке, и отливка может дать тре-
щину. Поэтому сырые болваны следует
уплотнять гораздо слабее, чем другие ча-
сти формы. Из этих же соображений при формовке по-сухому бол-
ваны часто делают пустотелыми (с вырезом внутри).
Плоскости разъема формы обычно при набивке посыпают сухим
безглинистым мелким песком, который называется раздели-
тельным песком. Делается это для того, чтобы обе части зе-
мляной формы, разделяемые плоскостью разъема, не пристали одна
к другой и при разборке формы свободно отделялись друг от друга.
На фиг. 31 в положении 10 показана присыпка разъема формы раз-
делительным песком, а в положении 11 — сдувание мехами песка с
поверхности модели. Оставшийся на модели разделительный песок
плохо пристает к формовочной земле и частично осыпается при сборке
и заливке формы. От этого ухудшается поверхность отливки и может
произойти брак по «засору». Разделительный песок хорошо держится
на горизонтальных и слегка наклонных поверхностях разъема.
Если же поверхности разъема имеют большой наклон, то их вместо
Разделительного песка устилают бумагой. Последний способ чаще
всего применяют при формовке крупного литья по шаблону.
Устройство искусственной вентиляции
Искусственная вентиляция литейных форм для улучшения их
газопроницаемости обычно создается накалыванием иглой (душни-
ком) толщи земли в форме после набивки (см. фиг, 31, положения 8
106
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
и 18). Делают такие наколы с тыловых сторон опок. В случае почвен-
ной формовки приходится дополнительно выводить вентиляцион-
ные каналы на плоскость разъема в нижней части формы. В таком
случае после съема
верхней опоки на плоскости разъема нижней
полуформы делают наколы изогнутой иглой
под модель. Выходящие на разъем отверстия
этих каналов соединяют общей канавкой, кото-
рую выводят по плоскости разъема к краю
формы (фиг. *36). Чтобы канавку не залило
металлом при заполнении формы (вследствие
возможной неплотности прилегания формы
по разъему), вдоль канавки со стороны отлив-
ки и литника проводят острым концом ланцета
черту /, как показано на фиг. 37. Обра-
небольшие гребешки земли при накладыва-
Фиг. 36. Вывод вен-
тиляционной канавки
по разъему формы.
зующиеся при этом
нии верхней опоки сомнутся и создадут плотное заграждение для
жидкого металла. При проведении чер-
ты следует ланцет или гладилку дер-
жать режущим концом наружу по от-
ношению к полости формы. Такую
предохранительную черту на разъеме
сырой формы полезно делать вокруг
полости отливки и литника даже в том
случае, если на разъеме вентиляцион-
ной канавки нет. В этом случае черта
предохраняет от ухода (утечки) ме-
талла наружу по неплотному разъему
формы.
Кроме устройства предохранитель-
ной черты, необходимо принимать сле-
дующие меры против утечки металла
по разъему формы: 1) тщательно спари-
вать опоки; при попадании на разъем
формы земли, сора спаривание будет
Фиг. 37. Предохранение венти-
ляционной канавки от попада-
ния в нее жидкого металла:
неплотным, и металл при заливке вы-
течет из формы; 2) подбирать опоки
таких размеров, чтобы расстояние от
модели до стенки опоки было доста-
ТОЧНЫМ (не менее 25—50 мм), особенно 7 -предохранительная черта; 2-вен-
' 7 тиляционная канавка; 3 — вентиляни-
У ООЛЬШИХ форм. онный канал; 4 — ланцет.
В крупных и глубоких формах
для лучшей вентиляции, кроме наколов, делают еще кок-
совый слой, из которого газы выводят наружу по
трубам. В особенности это рекомендуется при формовке в
почве.
ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
107
Выем модели из формы
Для выема модели набитую форму разбирают и ставят опоки
на верстак или на плац плоскостями разъема кверху (см. фиг. 31,
положение 19). Перед выемом модели из формы землю слегка сма-
чивают по кромкам модели кисточкой (положение 21). После этого
ввертывают в модель подъем, слегка расколачивают (расталкивают)
ее ударами молотка по подъему, направленными горизонтально во
все стороны, и, наконец, вынимают модель за подъем вертикально
кверху (положение 22). Небольшие модели вынимают вручную, а
крупные — краном.
Операция выема модели из формы является весьма ответствен-
ной, так как поврежденное место формы после исправления все же
не обладает такими свойствами, как целое место. При исправлении
формовщик не должен переуплотнять такие участки формы и иска-
жать их конфигурацию. При выеме модели вручную надо поднимать
ее очень осторожно и вертикально кверху, продолжая постукивать
по модели, особенно по тем ее частям, которые наиболее трудно выни-
маются. Краны, используемые в формовочном пролете для выема
крупных моделей, должны иметь небольшие скорости подъема.
Не следует злоупотреблять смачиванием
кромок формы перед выемом модели. Уже небольшой избы-
ток воды вызывает местное переувлажнение смеси, вследствие чего
в этих местах часто получаются отбеленные (твердые) края чугунной
отливки, а также «вскип» жидкого металла, в результате которого
получается брак литья по газовым раковинам и обрывам земли.
Не рекомендуется сильно расталкивать модели перед выемкой
их из формы, так как от этого отливка получается с неправильными,
увеличенными размерами, что приводит к излишнему увеличению ее
толщины и веса, а следовательно, к перерасходу металла. В целях
получения при ручной формовке более точного литья для средних
и крупных моделей рекомендуется применять особые пневматиче-
ские расталкиватели — вибраторы, укрепляемые на подъе-
мах, за которые вытаскивают модели из формы. Вибраторы облегчают
выемку модели без поломок формы и практически не увеличивают
размеров отливки.
Отделка формы
После извлечения модели производится отделка рабочих поверх-
ностей формы. Поврежденные при ручной формовке, во время выема
модели, места формы исправляются формовщиком при помощи
отделочных инструментов. Здесь также необходимо предостеречь
от излишнего смачивания исправляемых мест формы по причинам,
о которых говорилось выше.
Приглаживание гладилкой, ложечкой или каким-либо другим
инструментом плоскости разъема формы при отделке надо произво-
дить очень осторожно, потому что при этом можно легко осадить
108
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
а) г)
6) б)
Фиг. 38. Неправильная (а, б и в) и правиль-
ная (г) отделка кромок полости формы
на разъеме.
соединяющие вертикальный ход
(вдавить) землю на разъеме. В результате при сборке верхняя и
нижняя части формы соединяются в этом месте неплотно, и металл
может вытечь. Особое внимание при отделке надо уделять правиль-
ности кромок полости формы на плоскостях разъема. Если при
исправлении поломанных кромок неопытный формовщик выдавит
землю кверху в виде гребешка, возвышающегося над плоскостью
разъема (фиг. 38, а), то при накладывании верхней опоки она обдавит
край формы, и он обвалится. В крупных формах, особенно подвер-
гающихся сушке, кромки
полости формы следует ска-
шивать. При этом кромку
нельзя выполнять в виде
тупой фаски или галтели
(фиг. 38, б и в), так как от
этого получатся толстые за-
ливы на отливке, которые
трудно будет обломать мо-
лотком и обрубить зубилом.
Правильная отделка кромки
показана на фиг. 38, г; в этом
случае отливка будет иметь
тонкий залив, который легко
отбивается.
При отделке частей формы
формовщик прорезает го-
ризонтальные ходы литника,
тояк) с полостью формы.
Однако даже при ручной формовке разнообразного индивидуального
литья нельзя рекомендовать прорезывание литников вручную.
Литниковые ходы, в том числе и горизонтальные, должны быть
сделаны определенных размеров, по расчету, и формовать их сле-
дует по особым моделям.
При отделке1 формы ее непрочные части укрепляют шпильками.
Шпилька, или литейный гвоздь, имеет тонкий стержень с тупым
концом и широкую шляпку. Шпильки вгоняют в форму по самую
шляпку, которую плотно прижимают к поверхности земли. Про-
шпиливание — трудоемкая операция, поэтому к ней прибегают, когда
не удается упрочнить форму другими способами. Шпильками укреп-
ляют выступающие непрочные части формы, которые могут легко
обломиться при выемке модели, горизонтальные и вертикальные
участки формы вблизи места подвода металла, а также непрочные
земляные болваны.
Отделанную сырую форму припыливают перед сборкой порошко-
образным графитом, встряхивая мешочек с припылом над полостью
формы. Чтобы порошок лучше пристал к поверхности формы, его
следует осторожно пригладить ложечкой или другим подходящим
инструментом.
ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
109
Припыленную форму часто проглаживают мягкой сухой кистью.
При формовке по-сухому поверхность формы не припыливают, а
окрашивают формовочной краской при помощи волосяной кисточки
или пульверизатора. Окраска форм обычно производится после
сушки, когда они еще не остыли. Иногда формы красят 2 раза — до
сушки и после нее. Окрашивание формы до сушки надо делать осто-
рожно, без сильного нажима кистью на поверхность, чтобы не испор-
тить ее.
Сборка форм и подготовка к заливке
Сборка формы, в особенности для сложного и крупного литья,
является наиболее ответственной операцией, требующей внимания и
аккуратности. При сборке в форму устанавливают стержни, затем
ее накрывают верхней опокой.
Весь сор и пыль из формы необходимо при сборке тщательно
выдуть ручными мехами или пневматическим соплом. Производя-
щий сборку формовщик должен ясно представлять себе конфигура-
цию будущей отливки, все ее переходы, размеры, толщину стенок и
взаимное положение стержней. Если знак стержня почему-либо
не подходит к своему гнезду в форме, то в литейных цехах индиви-
дуального литья допускается припиливание (подгонка) его. Это надо
делать, однако, непременно с последующей проверкой положения
стержня в форме и образуемых им толщин тела отливки. Припили-
вания знаков стержней при сборке следует всячески избегать. Лучше
в таком случае своевременно исправить размеры знаков в стержневом
ящике или на модели.
Правильность положения стержней в форме рекомендуется про-
верять специальными контрольными шаблонами. Часто при сборке
сложных форм толщина тела отливки проверяется формовщиком
путем накрывания верха формы, причем перед этим в проверяемых
точках на поверхность формы или стержня кладут кусочки пластич-
ной глины («мушки»). При установке верхней части формы на ниж-
нюю эти кусочки глины сжимаются до толщины просвета между
формой и стержнем. После раскрытия формы можно измерить тол-
щину получившихся глиняных кусочков и таким образом узнать,
какая толщина отливки получится в этих местах.
Если между центрирующими отверстиями в ушках и штырями
опок имеется зазор из-за их износа, то при накрывании верхней
опоки на нижнюю рекомендуется верхнюю опоку повернуть «по
солнцу», т. е. по направлению вращения часовой стрелки, если
смотреть на опоку сверху. При таком повороте зазоры между шты-
рями и отверстиями в ушках опоки устраняются и достигается до-
статочно удовлетворительная точность сборки.
Для предотвращения утечки жидкого металла из формы через
возможные неплотности разъема применяется ряд способов. Простей-
ший из них — проведение ланцетом предохранительной черты (рис-
ки) на разъеме вокруг полости формы, о чем уже говорилось раньше.
110
ручная формовка
Этот способ применяется для сырых форм. При сборке сухих форм
вокруг литника и литейной полости на плоскости разъема уклады-
вают шнур из пластичной глины. Под тяжестью верхней части формы
глина сминается и образует уплотнение, препятствующее утечке
металла. Образующийся вокруг отливки тонкий залив при обрубке
удаляют.
На собранную форму необходимо перед заливкой положить
груз, вес которого назначается по расчету. В среднем груз должен
г)
Фиг. 39. Методы нагрузки и крепления литейных форм:
1 — форма; 2 — скобы; 3 — стяжные болты; 4 — балки; 5 — грузы; 6 — клинья; 7 — стенки
кессона.
быть в 4—5 раз тяжелее отливки (но нередко и значительно больше).
Нагрузка форм необходима потому, что давление жидкого металла
может приподнять при заливке верхнюю часть формы, и металл
вытечет через разъем. Вместо груза можно опоки скреплять скобами,
болтами и струбцинами.
На фиг. 39 показаны наиболее часто применяющиеся способы
нагрузки и крепления форм. Нагрузка формы грузами (фиг. 39, а),
которые осторожно кладут на верхнюю опоку, — наиболее распро-
страненный способ, обычно применяющийся в литейных индиви-
дуального литья для небольших и средних форм. Крепление формы
клиновыми скобами (фиг. 39, б), а также винтовыми струбцинами
применяется при машинной формовке в литейных массового произ-
водства. Крепление больших форм при помощи системы балок и
стяжных болтов (фиг. 39, в) применяется при вертикальном положе-
нии плоскости разъема. Таким образом крепится большинство форм
для цилиндрового литья в индивидуальных литейных (например,
формы для паровозных цилиндров). «Фальшивая» нагрузка форм
(фиг. 39, г) заключается в том, что грузы кладут не на самую форму,
а на балки и затем между формой и нагруженными балками вбивают
клинья. Таким способом легче добиться равномерного распределения
нагрузки на форму и избежать поломки или раздавливания ее тяже-
лыми грузами.
ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
111
Показанная на фиг. 39, г большая форма установлена для заливки
в литейной яме — кессоне, имеющем прочные и водонепроницаемые
бетонные стенки, препятствующие прониканию в форму почвенйых
вод, во избежание взрывов при заливке. Пространство между фор-
мой и стенками кессона затрамбовывают землей, через которую вы-
водят наружу вентиляционные трубы.
Расчет нагрузки и крепления форм
Как уже упоминалось выше, закрытые формы как почвенные,
так и изготовленные в опоках подвергаются при заливке внутреннему
давлению жидкого металла, стремящемуся приподнять верхнюю
опоку* отчего по разъему может образоваться щель, через которую
металл уйдет из формы. Во избежание этого верхняя и нижняя части
закрытой формы должны быт
верхнюю опоку должен быть
Чтобы подсчитать вели-
чину давления металла на
верхнюю опоку и определить
необходимый вес груза или
усилие, на которое должно
быть рассчитано крепление
формы, обратимся к фиг. 40.
Здесь изображены три со-
суда а, би в разной формы,
не имеющие дна и постав-
скреплены между собой или же на
положен соответствующий груз.
р а 5 6
Фиг. 40. Вертикальное давление жидкости
на стенки сосудов различной формы.
ленные на ровную плоскость, условно представляющую собой плос-
кость разъема литейной формы. В сосуды налита тяжелая жидкость
удельного веса 7 кг/дм3. Давление в каждом горизонтальном слое
по закону Паскаля одинаково по всем направлениям и равно р =
= /17 кг/дм2, где h — высота столба жидкости в дециметрах над
данным слоем до ее свободного уровня. На диаграмме слева показан
закон увеличения давления жидкости с изменением глубины h.
Давление жидкости, находящейся в сосуде, действует и на стенки
сосуда. Полная сила давления жидкости на стенку направлена
перпендикулярно ее поверхности. Чтобы найти интересующее нас
Давление на стенку в вертикальном направлении, заменим наклон-
ную стенку ломаной, состоящей из прямоугольных ступеней с гори-
зонтальными площадками (фиг. 41). Тогда вертикальное давление на
стенку сложится из давлений на эти воображаемые горизонтальные
площадки Л, /з и т. д., расположенные под уровнем жидкости
на глубине А3 и т. д.
Давление на площадку Д (уровень 1) равно произведению ее
площади на давление металла в этом слое и составляет hfi, т. е.
Равно весу воображаемого столба / жидкости над стенкой до сво-
бодного уровня жидкости. Давление это направлено снизу вверх.
Давление на соседний горизонтальный участок воображаемой
стенки, находящийся на уровне 2, равно весу столба //. Давление
112
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
на участок, лежащий на уровне <?, равно весу столба жидкости ///
и т. д.
Суммируя подсчитанные таким образом давления, можно ска-
зать, что вертикальное давление на стенку равно весу воображаемого
столба жидкости, находящегося над ней и распространяющегося
вверх до свободного уровня жидкости. На фиг. 40 эти столбы жидко-
сти показаны штриховкой в
клетку.
В случае литейной формы
направленное вверх вертикаль-
Фиг. 42. Расчет давления металла
на верхнюю опоку плоской плиты.
Фиг. 41. Определение верти-
кального давления жидкости
на наклонную стенку.
ное давление жидкого металла на верхнюю опоку равно весу во-
ображаемого столба жидкого металла, находящегося над частью
отливки, которая помещается в верхней опоке, имеющего высоту
до уровня металла в литниковой чаше.
Так, для плоской чугунной плиты, заформованной, как показано
на фиг. 42, давление металла на верхнюю опоку при удельном весе
его 7 7,0 кг/дм3 составит
Рм= 10-10-2 7= 1400 кг,
т. е. равно весу столба жидкого чугуна, показанного на фигуре
штриховкой в клетку.
Подсчитаем давление металла на верхнюю опоку при формовке
круглого котла днищем вверх (фиг. 43). Для простоты расчета сфе-
рический сегмент высотой 150 мм (днище котла) заменим цилиндром
половинной высоты, т. е. 75 мм.
При Чмет = 7,0 имеем
Рм = [т (72-52) 8,5 + (52-12) (8,5-5,5-7= 1353 кг.
Если бы мы подсчитали объем днища более точно по формуле
для шарового сегмента, то сила Ри получилась бы на 19 кг (1,5%)
ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ ФОРМОВОЧНЫХ РАБОТ
113
больше. Ошибка невелика, поэтому при подсчетах объемов, огра-
ниченных кривыми поверхностями формы, во многих случаях можно
пользоваться подобными упрощениями, соответственно несколько
увеличивая результат подсчета. Эквивалентный силе Рм столб
жидкого металла показан на фигуре штриховкой в клетку.
Стержни, находящиеся в форме, при заливке окружены жидким
металлом со всех сторон, за исключением их знаков. Следовательно,
по закону Архимеда подобно телу, погруженному в жидкость, они
подвергаются давлению металла снизу вверх, равному весу металла
в объеме стержня за вычетом объема знаков. Следует, впрочем,
Фиг. 43. Расчет давления ме-
талла на верхнюю опоку котла,
формуемого днищем вверх.
оговориться, что это правило отно-
сится только к стержням, омывае-
Фиг. 44. Расчет давления металла на верхнюю
опоку трубы с горизонтальным стержнем.
мым снизу металлом, и не относится, например, к вертикальным
стержням, стоящим в нижней части формы, подобно болвану, изо-
браженному на фиг. 43.
Так как горизонтальные стержни обычно имеют знаки, которые
при давлении металла на стержень снизу вверх опираются на верх-
нюю опоку и передают на нее это давление, то при подсчете нагрузки
на верхнюю опоку давление металла на такие стержни за вычетом
их веса должно быть прибавлено к давлению металла на поверхность
верхней опоки.
Подсчитаем суммарное давление металла на верхнюю опоку для
формы горизонтально заливаемой трубы (фиг. 44). Примем удельный
вес жидкого чугуна 7 = 7,0.
Давление на поверхность верхней опоки, равное весу заштри-
хованного в клетку объема металла, составит
Ро = (20-14-10-у 7-- 8820 кг,
Давление на стержень, равное весу металла в объеме стержня
Между знаками, равно
Prm = ^.20-7= 18590 кг.
8 -Аксенов 1956
114
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Суммарное давление металла будет равно
Рж = 8820+ 18590 = 27410 кг.
Пользуясь описанной методикой расчета, можно определять
статическое давление жидкого металла на верхнюю часть литейной
формы и в более сложных случаях.
Для определения веса груза, который должен быть положен на
форму, или усилия, на которое должно быть рассчитано крепление
формы, из подсчитанного суммарного давления металла на верхнюю
опоку надо вычесть собственный вес опоки и вес введенных в расчет
стержней. К полученной таким образом величине нагрузки следует
прибавить некоторый запас для компенсации динамического воздей-
ствия металла на форму при заливке и неравномерности распреде-
ления давления металла по площади опоки.
3. ФОРМОВКА В ПОЧВЕ
Основными методами ручной формовки являются: 1) формовка в
почве; 2) формовка в опоках; 3) формовка в стержнях и кусках;
4) формовка по скелетным моделям и контрольным сечениям; 5) фор-
мовка по шаблону; 6) формовка в глине (по кирпичу).
Формовкой в почве называется изготовление литейных форм в
земляном полу формовочного отделения. Формы делаются откры-
тыми и закрытыми. В обоих случаях прежде всего необходимо под-
готовить самую почву, или землю на полу мастерской, или, как го-
ворят, приготовить постель. Постель должна давать хороший
отпечаток при вдавливании в нее модели и хорошо отводить газы,
для неглубоких отливок требуется мягкая постель, а для более
глубоких — твердая.
Приготовление мягкой постели
Мягкая постель делается или для каждой формы отдельно, или
же общей для нескольких форм. В первом случае в земляном полу
цеха выкапывают яму глубиной 150—200 мм, а по ширине и длине
несколько большую по сравнению с моделью (примерно на ширину
лопаты с каждой стороны). В яму набрасывают лопатой в уровень с
почвой подготовленную для формовки наполнительную землю,
разравнивают ее и сверху насеивают равномерный слой облицовоч-
ной земли толщиной 15—20 мм. В подготовленной таким образом
постели производится формовка по одному из описанных ниже спо-
собов.
При изготовлении в открытых формах большого количества пло-
ских (неглубоких) отливок (например, печных плит, стержневых
рамок и т. п.) целесообразно делать общую постель для нескольких
форм со строго горизонтальной и слегка уплотненной поверхностью.
Для этой цели в почве цеха устанавливают фундаментально на не-
котором расстоянии два параллельных массивных железных бруса /
ФОРМОВКА В ПОЧВЕ
115
(фиг. 45) (например, два рельса), ограничивающих ширину будущей
постели. Эти брусья при установке должны быть выверены по ватер-
пасу как по длине, так и друг относительно друга и в таком положе-
нии укреплены. Затем между брусьями выгребают старую землю
и в освободившееся пространство набрасывают лопатой подготовлен-
ную наполнительную землю 2.
Излишек набросанной земли, вы-
ступающей за верхние кромки
брусьев, сгребают линейкой <?,
как показано на фиг. 45, а.
На образовавшуюся ровную
поверхность наполнительной зем-
ли насеивают слой облицовочной
земли толщиной около 10 мм,
сгребают еепри помощи линейки*?
с подложенными под нее подклад-
ками 4 (фиг. 45, б) толщиной око-
ло 10 мм. После выравнивания
слоя облицовочной земли линей-
кой подкладки 4 убирают и вы-
ступающую поверх брусьев 1
землю осаживают, постукивая
линейкой 3 (фиг. 45, в). Это де-
лают двое рабочих, держа концы
линейки. Для получения более
гладкой поверхности горизон-
тальной постели на нее насеивают
3
6)
Фиг. 45. Приготовление мягкой по-
стели:
1 — рельсы; 2 — формовочная земля; 3 — ли-
нейка; 4 — подкладки; а, б, в — последова-
тельные операции приготовления постели.
тонкий слой облицовочной земли и приглаживают его гладилкой,
после чего постель готова для формовки.
Как видно из приведенного описания, мягкая постель делается
без уплотнения земли трамбовкой,а лишь путем набрасывания лопа-
той. Поэтому в ней можно формовать лишь неглубокие детали, не
требующие большого уплотнения формы.
Приготовление твердой постели
Для приготовления твердой постели выкапывают яму такой глу-
бины, чтобы она превышала на 300—500 мм высоту формуемой мо-
дели. На дне ее для лучшей вентиляции кладется слой кокса /,
закрываемый сверху рогожей или соломой (фиг. 46). Поверх кокса
ЯМУ при помощи трамбовки набивают наполнительной землей 2,
причем из коксового слоя на поверхность земли выводится одна или
несколько вентиляционных труб 3.
Набивку твердой постели, как и набивку опок, ведут слоями
толщиной 50—75 мм. Первые два-три слоя набиваются плотно,
последующие же — несколько слабее, чтобы они могли уплот-
ниться при осаживании модели в готовую постель. Последний
8*
116
Ручная формовка
слой наполнительной земли толщиной до 100 мм часто совсем не
уплотняют.
Верхний неуплотненный слой земли разравнивают, если нижняя
поверхность формуемой модели плоская, а если низ модели фасон-
ный, то и поверхности постели на-глаз придают соответствующую
форму. После этого в земляном слое постели возможно чаще прока-
Фиг. 46. Приготовление твердой постели:
/ — кокс или гарь; 2 — формовочная земля; 3 — вентиляционные трубы;
4 — вентиляционные наколы; 5 — конфигурация модели.
лывают с помощью душника сквозные (до коксового слоя) отверстия.
Затем поверхность постели засеивают сквозь мелкое сито тонким
слоем (15—20 мм) облицовочной земли и приступают к формовке.
Свободный конец вентиляционной трубы, выводящей газы из
коксовой прослойки, затыкают паклей. При заливке формы паклю
вынимают, а выходящие из трубы газы поджигают с целью их обез-
вреживания и во избежание образования взрывчатой атмосферы в
помещении.
Открытая почвенная формовка
Открытая почвенная формовка является простейшим видом фор-
мовки. Производится она большей частью по мягкой постели. При
этом способе можно отливать лишь такие детали, верхняя сторона
Фиг. 47. Открытая почвенная формовка:
/ — модель; 2 —подъем; 3— изогнутый душник;
4 — уровень; 5 — литниковая, чаша; 6 — литниковый
которых в положении залив-
ки представляет собой пло-
скость.
Модель 1 будущей отлив-
ки, обычно деревянная
(фиг. 47), осторожно осажи-
вается легкими ударами мо-
лотка по положенной на нее
дощечке. Горизонтальность
верхней плоскости осажен-
канал; 7-сливной канал. НОЙ в земЛЮ МОДеЛИ ПрОВе-
• ряется ватерпасом 4, как
показано на фигуре. После этого земля уплотняется вокруг модели,
и излишек ее с помощью линейки сгребается в уровень с верхней
плоскостью модели. Для лучшего отвода газов в форме рекомен-
дуется делать наколы с помощью изогнутого душника 3.
ФОРМОВКА В ПОЧВЕ
117
Чтобы не лить металл из ковша прямо в сырую почвенную форму,
что вызвало бы размывание ее струей металла, вырезают, или вы-
полняют в специальном стержне приемник, или литниковую чашу 5,
от которой к модели прорезают канал 6 для прохода металла.
С целью облегчить заливщику уловить момент, когда надо пре-
кратить заливку открытой формы, иногда прорезают в форме слив-
ной канал 7, обычно со стороны, противоположной литнику. Появле-
ние жидкого металла в этом сливе сигнализирует о заполнении
формы.
После выемки модели с помощью подъема 2 и исправления обва-
лившихся мест, форму припыливают и заливают.
Открытая формовка по выверенной горизонтальной постели имеет
то преимущество, что модель не приходится выверять по ватерпасу.
В этом случае для осаживания модели пользуются длинным деревян-
ным бруском. Этот брусок при постукивании по нем молотком кон-
цами опирается на выверенные железные брусья, лежащие по краям
постели, и таким образом сразу ставит модель в горизонтальное по-
ложение.
При формовке на общей постели двух или нескольких моделей
рядом нельзя вытаскивать модель до тех пор, пока не будут осажены
в землю соседние модели. В противном случае соседняя пустая форма,
из которой вынута модель, может смяться или обвалиться, в особен-
ности если форма довольно глубокая и модели расположены близко
одна от другой. По этой причине при формовке в почве большого
количества одинаковых деталей желательно иметь не одну, а минимум
две модели. При наличии же единичной модели ее приходится чередо-
вать при формовке с моделью какой-либо другой отливки.
В открытые формы обычно отливают простое литье, без стержней.
Простые стержни в случае необходимости (например, для отверстий
в плитах и т. п.) ставят на знаках на дно формы и для большей устой-
чивости укрепляют шпильками либо нагружают грузами.
Основными недостатками литья, полученного в открытых почвен-
ных формах, являются неровность верхних плоскостей и скопление
на них газовых раковин, мусора и шлака.
В открытую форму гораздо больше проникает газов, чем в за-
крытую, так как металл здесь не имеет такого большого давления,
как в закрытой форме. Поэтому на вентиляцию открытых почвенных
форм следует обращать серьезное внимание, несмотря на малую
толщину формуемых отливок.
Открытая почвенная формовка, как правило, применяется для
неответственного, простого литья (колосники, всевозможные плиты,
шайбы для анкерных болтов и т. п., а также стержневые рамки и
каркасы).
u Верхнюю поверхность деталей, отливаемых в открытой форме,
сейчас же после заливки надо засыпать слоем мелкого древесного угля
и поверх него сухой землей. Тогда теплота горения древесного угля
будет поддерживать верхнюю часть отливки достаточно долго в
118
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
жидком состоянии, большая часть газов и других неметаллических
включений сможет подняться на самую поверхность металла и уйти
из отливки, и верхняя поверхность отливки получится более здо-
ровой.
Закрытая почвенная формовка
Закрытая почвенная форма показана на фиг. 48. После осаживания
в почву модель перекрывают опокой, и в последнюю набивают землю.
Чтобы земля верхней опоки при набивке не пристала к почвенной
земле, плоскость разъема перед набивкой посыпают вручную тонким
слоем сухого разделительного песка, сдувая затем песок, попав-
Фиг. 48. Закрытая почвенная
формовка по цельной модели
с применением мягкой постели:
1 и 3 — правильно забитые центри-
рующие колья; 2 — неправильно заби-
тый центрирующий кол.
ший на модель.
Для образования вертикального
литникового канала (стояка) при на-
бивке опоки ставят модель его. Гори-
зонтальные литниковые каналы (на
разъеме формы), а также чашу литника
обычно вырезают вручную.
После набивки опоки, накалывания
в ней вентиляционных каналов и про-
резки литниковой чаши модель стояка
вынимают кверху. Затем всю опоку
снимают с формы и переворачивают
для отделки. Чтобы при сборке формы
опока снова правильно встала на низ
формы, по углам опоки перед ее набив-
кой забивают четыре кола /, как пока-
зано на фигуре в плане. Колья не
должны быть слишком наклонены (2);
для более точного направления они
должны прилегать к стенкам опоки (5).
После того как верхняя набитая
опока снята, отделана и припылена,
в нижней части формы на разъеме душником накалывают вентиля-
ционные каналы. Искусственная вентиляция форм как почвенных,
так и изготовленных в парных опоках при помощи накалывания
иглой, устройство вентиляционных труб, пористых прослоек и т. п.
являются характерной особенностью ручной формовки.
После накола вентиляционных каналов и вывода канавок модель
вынимают из нижней части формы, затем исправляют обвалившиеся
кромки или земляные края формы и другие повреждения. После
отделки и прошпиловки припыливают нижнюю часть формы,
устанавливают стержни и, наконец, накрывают форму верхней
опокой.
Закрытую почвенную формовку применяют для более высоких
моделей и часто для крупного литья. Обычно она выполняется по
твердой постели (фиг. 49 и 50).
ФОРМОВКА В ОПОКАХ
119
В случае формовки по разъемной модели (фиг. 50) в почву оса-
живается нижняя половина модели, затем на нее накладывают верх-
нюю полумодель, ставят опоку и набивают. При съеме набитой опоки
с формы верхняя полумодель остается в опоке и затем из нее выни-
мается, а нижнюю полумодель после снятия опоки вынимают из
почвенной части формы.
Фиг. 49. Закрытая формовка в почве по
цельной модели с применением твердой
постели:
а — отливка; б — форма.
Фиг. 50. Закрытая формовка в почве
по разъемной модели с применением
твердой постели:
а — отливка; б — форма.
Верх формы, показанной на фиг. 48, служит лишь для того, чтобы
закрыть ее. Если отливка сверху не плоская, то в верхней опоке
получается фигурная часть отливки (фиг. 50).
Закрытая почвенная формовка применяется для индивидуального
литья как простого, так и сложного, мелкого и крупного, когда изго-
товление специально для данной детали парных опок не окупается.
4. ФОРМОВКА В ОПОКАХ
Опочная формовка чаще всего производится в двух опоках. Этот
способ мы прежде всего и рассмотрим.
Формовка в двух опоках
^Последовательные стадии формовки в двух опоках по неразъем-
ной модели были показаны на фиг. 31.' Формовка по разъемной
модели отличается только тем, что в положении 9 на нижнюю по-
ловину модели накладывают верхнюю половину модели и затем
продолжают формовку обычным порядком.
Формовка в опоках по сравнению с формовкой в почве дает более
точное литье, так как центрирование опок осуществляется при помощи
штырей, а не при помощи кольев^ как при формовке в почве.
120
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Фиг. 51. Формовка в двух опоках простых деталей по цельным моделям:
а —отливка; б — набитая нижняя опока; в — набитая нижняя опока (вид сверху);
г — собранная форма.
Фиг. 52. Формовка в двух опоках деталей средней сложности по разъемным моделям:
а — отливка; б—набивка нижней опоки; в — набивка верхней опоки; г — собранная форма.
ФОРМОВКА В ОПОКАХ
121
Формовка в двух опоках наиболее широко распространена для
машиностроительного литья. При машинной формовке почти исклю-
чительно применяется формовка в двух опоках.
На фиг. 51 и 52 приведены примеры формовки в двух опоках про-
стых деталей по цельным моделям и деталей средней сложности по
разъемным моделям. Примеры понятны из чертежей и не нуждаются в
описании.
Формовка по-сухому отличается от формовки по-сырому приме-
нением более плотной набивки. Кроме того, окончательно отделанные
верхние опоки перед окраской и отправкой в сушило накрывают,
на нижние, с тем чтобы их поверхности разъема могли плотно при-
жаться друг к другу. Затем опоки разнимают и после окраски отпра-
вляют в сушку. Если опоки перед сушкой не перекрыть, то при сборке
сухой формы может получиться ее обжим из-за неровностей поверхно-
сти разъема, образовавшихся при извлечении моделей и отделке
формы.
Формовка с подрезкой и с фальшивой опокой
Пример формовки с подрезкой приведен на фиг. 53. На фиг. 53. а
изображена отливка. На фиг. 53, б показана набивка нижней опоки.
Модель уложена на щиток, но она прилегает к щитку не всей своей
нижней поверхностью,
а только выступом. По-
этому при набивке опоки в
пространства 1 попадает
земля.
Чтобы в дальнейшем
можно было вынуть модель
из нижней опоки, земля-
ные пространства 1 сре-
зают гладилкой или лан-
цетом, как показано на
фиг. 53, в, и образующую-
ся поверхность разъема
тщательно заглаживают.
Это называется подрез-
кой. Разъем формы будет
Уже не ПЛОСКИЙ, а фасон- Фиг. 53. Формовка с подрезкой.
Ный.
Далее поверхность разъема нижней опоки, в том числе и поверх-
ность подрезки, посыпают разделительным песком или при глубо-
кой подрезке выстилают бумагой. Затем ставят и набивают обычным
путем верхнюю опоку, разбирают форму, ставят стержень и соби-
рают форму для заливки. На фиг.53, г показана собранная для
заливки форма.
122
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Как видно из приведенного примера, подрезка применяется в тех
случаях, когда формовка в опоках производится по цельной модели,
которая при укладке на подмодельную доску или щиток не прилегает
к нему всей своей нижней поверхностью. В этих случаях разъем
формы должен быть сделан фигурным по не прилегающей к щитку
нижней поверхности модели, так как иначе ее невозможно будет
вынуть из земли.
Подрезка применяется лишь при изготовлении небольшого коли-
чества отливок по данной модели. При формовке крупной серии
отливок подрезка каждой формы отнимает слишком много времени,
и производительность формовщика снижается. В таких случаях при
ручной формовке серийного литья
применяется фальшивая опока.
Фальшивая опока, или фальшив-
ка, служит в качестве земляного фи-
гурного подмодельного щитка. Часто
делаются специальные фасонные под-
модельные деревянные или гипсовые
щитки по форме модели, на которые
укладывается цельная модель. Таким
образом отпадает необходимость в
подрезке разъема каждой изготов-
ляемой формы.
Для изготовления фальшивой
опоки ставят на плоский щиток пу-
стую опоку и набивают ее возможно
туже крепкой землей (например, об-
переворачивают и на плоскости ее
Фиг. 54. Формовка с фальшивой
опокой:
1 — фальшивая опока; 2— модель.
лицовочной). Затем опоку
разъема вручную вырезают выемку, в которую укладывают модель
(фиг. 54). Переход от углубленной в форму части модели к плоскости
разъема делают плавным, как при обычной подрезке. Модель не-
сколько расталкивают в фальшивой опоке, вынимают из нее и снова
укладывают. Поверхность полученного на фальшивке фигурного разъ-
ема посыпают разделительным песком, чтобы к ней не приставала
земля при формовке нижней опоки.
Формовка по фальшивой опоке ничем не отличается от обычной
формовки в двух опоках. На фальшивую опоку с вложенной в нее
моделью ставят нижнюю опоку. После набивки ее снимают и пере-
ворачивают. При этом модель остается в набитой нижней опоке.
На нижнюю опоку ставят верхнюю и набивают, затем разбирают
форму, вынимают модель и собирают форму для заливки. Фальшивая
опока в заливке не используется и служит лишь для формовки в
качестве фигурного подмодельного щитка.
При формовке на формовочных машинах деталей, требующих
разъема с подрезкой, такой фигурный разъем заранее выполняется
на модельной плите.
ФОРМОВКА В ОПОКАХ
123
Формовка в нескольких опоках
При формовке в двух опоках имеется одна плоскость разъема
формы. Однако сложные отливки часто требуют не одной, а двух и
более плоскостей разъема, иначе части модели не вынимаются. В таких
случаях формовку производят в трех опоках и более.
Формовка в трех и более опоках производится так же, как и в
двух. Последовательно набивают одну опоку за другой и последова-
Фиг. 55. Формовка шкива с двумя ребордами в трех опоках:
а —набивка средней опоки; б — набивка нижней опоки; в —набивка верхней опоки;
г — собранная форма; 1 — верхняя опока; 2 — средняя опока; 3 — нижняя опока.
тельно же укладывают части модели одну на другую. В качестве
примера на фиг. 55 приведена формовка в трех опоках шкива с двумя
ребордами.
Формовку удобнее начать со средней опоки, причем модель следует
положить на щиток в перевернутом положении, предварительно
сняв нижний (отъемный) знак стержня. Модель в этом случае при-
меняется разъемная. Разъем может быть сделан посредине, как
показано на фиг. 55, или же по плоскости прилегания одного из бур-
тов к цилиндрической части шкива.
После набивки средней опоки и отделки разъема ставят и наби-
вают нижнюю опоку. Перевернув обе набитые опоки вместе и подре-
зав землю вокруг реборды (иначе верхняя опока не снимется), ста-
вят модель стержневого знака, затем ставят и набивают верхнюю
опоку, разбирают форму и вынимают части модели. После этого соби-
рают форму для заливки,
124
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Фиг. 56. Модель цилиндра товарного паровоза серии Э: А, В, С — плоскости
разъема формы; 1—9 — стержневые знаки; а — л — отъемные части модели.
ФОРМОВКА В ОПОКАХ 125
7
Фиг. 57. Форма паровозного цилиндра:
/ — IV — опоки; 1—8 — стержни.
Фиг. 58. Формовка станины токарно-винторезнопГстанка в трех опоках:
М^и N — плоскости разъема формы; 1—13 — стержни.
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
ФОРМОВКА В ОПОКАХ
12?
На фиг. 56 показаны эскизный чертеж и модель цилиндра товар-
ного паровоза серии Э, а на фиг. 57 — собранная для заливки форма.
Цилиндр формуется горизонтально, а для заливки форма устанавли-
вается в вертикальное положение.
Сначала набивается опока I, после чего на плоскость ее разъема
ставится средняя часть модели и опока //. После набивки опоки //
производится набивка опоки /// по верхней части модели. В опоке IV
Фиг. 59. Формовка станины токарно-винторезного станка в двух опоках с кантовкой
формы: 1—9 — стержни.
формуются только отъемные фланцы верхней части модели. При
разборке формы наличие нескольких плоскостей разъема (Л, В и С)
(фиг. 56) дает возможность вынуть модель (по частям) без разрушения
формы. Стержневые знаки и стержни перенумерованы в порядке
Установки стержней в форму при сборке.
Дополнительные плоскости разъема формы при ручной формовке
иногда делают не только вследствие сложности конфигурации от-
ливки, но и для удобства отделки и сборки формы.
На фиг. 58 показана формовка станины токарно-винторезного
Станка в трех опоках. Здесь наличие плоскости разъема М не вызы-
вается необходимостью в отношении вынимания модели из формы.
Модель можно было бы вынуть и на плоскость N. Однако слишком
вЫсокая верхняя опока (250 + 300 = 550 мм) создавала бы затруд-
нения при накрытии ею нижней. Наличие же средней опоки позволяет
После ее установки на место проверить при сборке правильность
128
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
положения стержней и затем уже закрыть форму невысокой верхней
опокой.
С другой стороны, нередко удается сократить число разъемов
формы и упростить формовку, изменив расположение детали при
формовке с последующей кантовкой формы при сборке, чтобы обеспе-
чить прежнее положение детали во время заливки.На фиг. 59 пока-
зан в качестве примера более рациональный метод формовки анало-
гичной станины с одним разъемом в вертикальной плоскости. При
таком варианте сборка производится при горизонтальном положении
плоскости разъема, и затем собранная форма поворачивается на 90°
и ставится в положение, показанное на фигуре.
Отъемные части модели
Во избежание лишних плоскостей разъема формы или специальной
подрезки выступающие части модели, мешающие ее выниманию из
земли, часто делаются отъемными. При выемке основной модели
отъемные части остаются в земле и затем вынимаются из нее в другом
направлении через полость, образованную в форме основной моделью.
Примеры отъемных частей показаны на фиг. 56 (справа внизу).
Фланцы /? станины при трехопочной формовке (фиг. 58) также
дел а юте я отъем н ым и.
Отъемные части иногда прикрепляются к основной модели при
помощи шпилек (гвоздей), но гораздо лучше и надежнее прикреплять
их с помощью клиновой шпонки в виде ласточкина хвоста.
Применение стержней-лепешек
Способ формовки со стержнем-лепешкой позволяет избежать
лишней плоскости разъема формы, что значительно ускоряет фор-
мовку. Рассмотрим следующий пример. Надо заформовать колено с
Фиг. 60. Схема формовки колена со стержнем-лепешкой (а) и нижняя часть
модели с отъемным фланцем (б):
/ — отъемный фланец; 2 — стержень-лепешка.
боковым отростком и фланцем 1 на его конце (фиг. 60, а). Конфигу-
рация колена такова, что для выемки модели нужны два разъема:
один по его оси и другой по фланцу 1.
ФОРМОВКА В ОПОКАХ
129
При формовке колена с лепешкой достаточно одного осевого
разъема. Фланец 1 отростка на нижней половине модели делают
отъемным, причем знак стержня на модели проходит через отвер-
стие во фланце, как показано на фиг. 60, б. При набивке нижней
опоки отъемный фланец закрывают плоским стержнем-лепешкой 2,
производят набивку земли до уровня верхней кромки стержня-
лепешки, далее лепешку снимают, отъемный фланец вынимают,
снова кладут на место в форму лепешку 2, закрывающую теперь уже
полость, образованную в форме моделью фланца, и заканчивают
набивку нижней опоки, затрамбовывая при этом лепешку. Нижняя
модель по удалении фланца 1 легко вынимается на разъем формы.
Формовка с перекидным болваном
Рассмотрим формовку чугунного котла (фиг. 61) или горшка
для варки пищи («чугуна»). Моделью служит один из ранее отлитых
котлов, разрезанный поперек в наиболее широком месте. Верхняя
часть модели котла называется венцом, нижняя — чашкой. Для
Фиг. 61. Формовка чугунного котла для варки пищи
(«чугуна») с перекидным болваном:
/ — V/// — последовательные стадии формовки; и 3 — опоки.
2 — чугунное колыю
взаимного центрирования этих двух частей модели к наружной стороне
чашки приклепывают три маленьких направляющих штифта.
Для формовки чашку ставят на щиток вверх дном, накрывают
верхней опокой 1 и набивают опоку землей (положение /). После
того как опока перевернута, набивают внутри чашки болван (поло-
жение II) и для лучшей прочности втискивают в него до половины
У Аксенов 1956
130
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
высоты чугунное кольцо 2. Затем ставят венец и продолжают набивку
болвана внутри него до верхней кромки венца (положение ///).
Плоскость разъема опоки, а также верхнюю плоскость болвана посы-
пают разделительным песком, ставят и набивают нижнюю опоку 3 и
делают наколы в болване (положение IV). Далее приступают к раз-
борке формы, для чего сначала снимают нижнюю опоку 3 вместе с
венцом, а затем из нее вынимают венец (положение V). Опоку 3 снова
ставят на форму, и всю форму переворачивают (положение VI)..
В верхней опоке ставят клиновидные литники, и опоку 1 снимают с
модели. Чашка при этом обычно остается на болване, с которого ее
и снимают (положение VII) После этого форму накрывают верхней
опокой для заливки (положение VIII).
В данном случае набитый внутри модели сырой болван служит
в качестве стержня. Чтобы вынуть половинки модели, болван пере-
кидывают, и при переворачивании формы он последовательно ложится
то на модель чашки (положение V), то на нижнюю опоку (положе-
ние VI).
Формовка с перекидным болваном связана с большой затратой
времени и сил на переворачивание формы, приподнимание и накры-
вание опок и изготовление самого перекидного болвана. Поэтому
при машинной формовке в условиях серийного и массового производ-
ства перекидной болван заменяют сухим стержнем, что значительно
ускоряет и облегчает процесс формовки и сборки.
Таким образом, формовка с перекидным болваном может быть
целесообразна при индивидуальном производстве, когда некоторое
увеличение трудоемкости формовки компенсируется экономией на
изготовлении стержневого ящика и стержня. Описанные ранее ме-
тоды формовки с подрезкой и с фальшивой опокой (вместо примене-
ния фигурного подмодельного щитка) и формовка со стержнем-ле-
пешкой точно так же служат примерами специальных приемов руч-
ной формовки.
5. ФОРМОВКА ПО ШАБЛОНУ
Формовка по шаблону заключается в получении поверхностей
формы при помощи выгребания особыми профилированными досками,
называемыми шаблонами. Чаще всего практикуется выгреба-
ние при помощи шаблонов, вращающихся около вертикальной оси
(редко горизонтальной). Значительно реже применяется формовка
при помощи протяжных (скребковых) шаблонов.
При формовке по шаблону не нужны модели, изготовление же
самих шаблонов стоит очень дешево, следовательно, получается зна-
чительная экономия. Но, с другой стороны, шаблонная формовка
требует большей квалификации формовщика и отнимает значительно
больше времени, чем формовка по модели. Следовательно, стоимость
самой операции формовки здесь получается выше.
Формовка по шаблону наиболее выгодна при индивидуальном
производстве, когда надо изготовить одну или несколько отливок.
ФОРМОВКА ПО ШАБЛОНУ
131
Для отливки большого количества деталей выгоднее формовка по
модели, изготовление которой в таком случае вполне рентабельно.
Поэтому при массовом и крупносерийном производстве шаблонная
формовка, как правило, не применяется.
Приспособления для шаблонной формовки
Устройство, применяемое для формовки по вращающимся шабло-
нам, состоит из чугунной опоры, или крестовины, / (фиг. 62, а),
стального валика 2 и чугунного рукава 5, вращающегося на валике.
При формовке по шаблону крестовину / обычно устанавливают
в земле (в почве) под изготовляемой формой. Иногда крестовину
приходится прикреплять к особым
опорным плитам, для чего она имеет
щелевидные отверстия 5 для болтов.
Валик имеет конический опорный
хвост, которым и вставляется в
гнездо крестовины
Фиг. 6-. Приспособление для формовки по шаблону (а) и установка его
для формовки (б).
На рукаве 3 имеются прорезы для прикрепления к нему болтами
Деревянных шаблонов. Верхняя кромка рукава строгается точно
перпендикулярно оси валика. Для проверки вертикальности
валика на эту верхнюю кромку рукава кладут ватерпас, и рукав
поворачивают вокруг оси. На втулке рукава имеется стопорный
винт для закрепления шаблона с рукавом в определенном положе-
нии, что иногда требуется при шаблонировании. Стопорное кольцо4
нажимным винтом наглухо закрепляется на валике на нужной
высоте и служит опорой вращающегося рукава. На верхнем конце
9*
132
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
тяжелого валика просверливают отверстие 6, чтобы его можно было
вынимать из крестовины при помощи крана.
Для установки крестовины выкапывают яму необходимых раз-
меров (фиг. 62, б) и дно ее ровно утрамбовывают На дно ставят ма-
ленькую пустую опоку, как показано на фигуре, и вокруг этой
опоки крепко набивают землю вровень с краями опоки. Затем при
помощи тяжелого молотка окончательно устанавливают положение
этой опоки, проверяя его по ватерпасу. Эта опока служит для того,
чтобы отверстие стоящей на ней крестовины можно было очистить
от попавшей в него земли.
На опоку дальше ставят крестовину, которая частично ложится
и на плотно утрамбованную вокруг опоки землю. Крестовину уста-
навливают по ватерпасу, а в нее вставляют валик На валике укреп-
ляют стопорное кольцо, навешивают рукав, и на верхнюю (строга-
ную) кромку кладут ватерпас, по которому проверяют горизонталь-
ность положения рукава, поворачиваемого при этом вокруг валика.
Если ватерпас показывает неправильное положение рукава, то кре-
стовину осаживают с соответствующей стороны тяжелым деревян-
ным бруском. Затем яму затрамбовывают доверху, вровень с краем
крестовины, и еще раз весьма аккуратно проверяют горизонтальное
положение верхнего края рукава при его наивысшем положении на
валике. Если крестовина установлена правильно, то на ней можно
формовать много форм подряд. Однако хороший формовщик перед
каждой новой формовкой должен тщательно проверить положение
валика и рукава, как было описано, при помощи ватерпаса.
Шаблоны делаются деревянными, в виде досок, вырезанных по
профилю, соответствующему отливке. По краю шаблона, сгребаю-
щему землю, снимается фаска, но так, чтобы рабочая кромка не
получилась острой, иначе она будет непрочной и при выкрашива-
нии станет неровной.
При изготовлении форм шаблонированием по формовочной земле
шаблон гребет землю не фаской, а нескошенным краем, причем по-
следний для большей прочности обивается железом.
Формовка с вертикальным валиком
Формовка по вращающимся на вертикальном валике шаблонам
является наиболее распространенным видом шаблонной формовки.
В качестве примера рассмотрим формовку шкива (фиг. 63).
При установке валика на крестовине, утопленной в почве под бу-
дущей формой, на него надевают половинку модели ступицы, затем
на рукаве укрепляют шаблон 1 (положение а). Этот шаблон имеет
очертание, необходимое для выгребания в земле такого профиля,
который служит негативом, или земляной моделью, для верхней
части формы.
Горизонтальность верхней кромки шаблона при укреплении его
на рукаве проверяется ватерпасом, а правильность положения по
ФОРМОВКА ПО ШАБЛОНУ
133
радиусу — при помощи особой деревянной мерки 2. Мерку полу-
круглым вырезом прижимают к валику; по ее концу устанавливают
шаблон, для чего на нем делают метку или зарубку, соответствующую
размеру радиуса мерки.
После установки шаблона / им зачищают соответствующую по-
верхность в предварительно подготовленной почве (или нижней
Фиг. 63. Формовка шкива по шаблону:
/ — шаблон; 2 — мерка; J— контршаблон; 4 — отъемное тело; 5 — косяк; 6 — модель спины
опоке); затем эту поверхность временной земляной модели отделы-
вают так, чтобы при набивке верха формы земля к ней не пристала.
Для этой цели в случае горизонтальных и слабо наклонных поверхно-
стей употребляют разделительный песок, вертикальные же и имею-
щие большой наклон и значительную площадь поверхности разъемов
Устилают бумагой или же красят гипсовой водой.
Шаблоном / выгребают только профиль, соответствующий внут-
реннему очертанию обода шкива, и ровную плоскость разъема формы,
спицы же и втулку формуют при помощи разъемных моделей. Модель
спицы 6, состоящая из двух половинок, показана на фигуре слева.
*аких моделей надо иметь столько, сколько спин у шкива. Модели
134
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
спиц по разметке укладывают на плоскость разъема (сначала нижние
половинки, а на них верхние). Рукав с шаблоном снимают, на форму
ставят верхнюю опоку, набивают землей (положение б), затем сни-
мают с формы и отделывают. Верхние полумодели спиц и полумодель
ступицы при этом поднимают вместе с опокой и после переворачивания
вынимают из нее.
В верхней опоке (положение б) набивается довольно глубокий
свисающий вниз болван, который должен образовать внутренность
обода шкива. Чтобы болван меньше
обваливался при подъеме, его делают
при большой ширине обода шкива с бо-
лее значительным уклоном, чем это по-
лагается по чертежу. После же подъема
и переворачивания опоки болван дово-
дят до окончательных размеров при по-
Фиг. 64. Схема формы для шкива
с двумя рядами спиц.
Фиг. 65. Ящик для стержней
шкива с двумя рядами спиц.
мощи особого контршаблона 3 (положение в) Ось вращения
контршаблона в виде деревянной скалки вставляют в отверстие,
имеющееся в полумодели ступицы.
После отделки верха на нижней части формы выгребают оконча-
тельный профиль при помощи шаблона 1 с прикрепленной к нему
наделкой или отъемным телом 4 (положение г) или
же при помощи специального цельного шаблона.
Выгребание шаблоном земли в узкой и глубокой части нижней
формы, образующей обод шкива, затруднительно, поэтому для ее
отделки применяют косяк или оправку 5 (фиг. 63),представ-
ляющую собой частичную модель обода (в положении д показано
применение оправки 5).
После отделки нижней части форму собирают для заливки. В по-
ложении е показана собранная форма.
Почвенные формы, изготовленные при помощи шаблонов, нередко
накрывают чугунными плитами, обмазанными снизу глиной, как
показано на фиг 64 для формы шкива с двумя рядами спиц. Внут-
ренняя чзсть формы, образующая пространство между спицами»
ФОРМОВКА ПО ШАБЛОНУ
135
собирается из стержней, изготовляемых в стержневом деревянном
ящике «фиг. 65). Боковые стенки ящика разборные, модели спиц
вынимаются к центру.
В рассмотренных примерах формовки по шаблону формы изготов-
лялись с одной плоскостью разъема и состояли из двух частей —
верха и низа. При формовке по шаблону с несколькими разъемами
Фиг. 66. Шаблонная формовка барабана лебедки в трех опоках:
/ — верхняя опока; 2 — средняя опока; 3 — нижняя опока; / — / // — шаблоны.
сохраняется последовательность операций, свойственная шаблонной
формовке. Формовку начинают с самой нижней части формы, причем
сначала в ней делают земляную модель для следующей, вышележа-
щей части формы, затем набивают вышележащую часть; ее шаблони-
руют сверху, как модель для части формы, лежащей еще выше нее,
и т. д. После набивки всех частей форму разбирают, доводят до нуж-
ного профиля и отделывают ее части, последовательно идя вниз,
начиная с верхней.
Шаблонная формовка в трех опоках барабана для подъемной
л^бедки показана на фиг. 66, не нуждающейся в пояснениях.
Формовка с горизонтальным валиком
Формовка при помощи шаблонов, вращающихся на горизонталь-
ном валике, применяется значительно реже. В качестве примера
на фиг. 67 показана формовка стального ручьевого прокатного валка.
Формовка производится горизонтально, т. е. с разъемом по оси
136
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
валка; для заливки форму из двух опок устанавливают в вертикаль-
ное положение.
Валик вращается при помощи ручной рукоятки и имеет три
опоры, две на торцевых стенках опоки, а третью — на особой попе-
речной балочке, снимаемой после формовки. Третью опору делают
лишь в случае применения валика большой длины во избежание
его прогиба.
Фиг. 67. Формовка стального ручьевого прокатного валка по шаблону
с горизонтальным валиком.
Опоку набивают землей так, чтобы до шаблона оставался про-
межуток 30—40 мм; его набивают более жирной формовочной мас-
сой и заглаживают шаблоном. На фигуре справа показан второй
вариант конструкции формы, когда в опоку сначала укладывают
ряд изготовленных из формовочной массы кирпичей, а затем наносят
лицевой слой массы. Кирпичная форма лучше выдерживает большое
давление жидкого металла.
Формовка по протяжным шаблонам
Формовка с протяжными (скребковыми) шаблонами применяется
для крупных штучных деталей неизменяющегося сечения, как пат-
рубки и колена труб большого диаметра, некоторые фундаментные
рамы и др.
Сущность этого способа заключается в том, что форма выгребается
плоскими скребками, направляемыми по особой рамке, причем обычно
в форме же изготовляется и стержень, также при помощи скребков.
Таким образом, для формовки не нужны ни модель, ни стержневой
ящик.
Формовка патрубка диаметром 400 мм с фланцами на концах и
с двумя боковыми отростками при помощи протяжных шаблонов
показана на фиг. 68. Сверху изображен эскизный чертеж патрубка;
ниже показаны необходимые приспособления: деревянная рамка /,
по которой направляются скребки, модели фланцев 2 и 3 и модели
отростков 4 и 5. Последние показаны уложенными на рамке, а также
отдельно; сделаны они, как и модели фланцев, разъемными из двух
половинок. Деревянная рамка 1 имеет две отъемные планки 6,
соответствующие толщине тела трубы. По рамке со вставленными
ФОРМОВКА ПО ШАБЛОНУ
137
планками направляют скребки, выгребающие стержень, а по рамке
с отнятыми планками — скребки для внешней формы трубы.
Формовка производится в почве с верхней опокой. На подготов-
ленную горизонтальную поверхность почвы (твердой постели) укла-
дывают рамку / вместе с отъемными планками 6. Далее осаживают
в почву нижние модели
полуфланцев и при помощи
скребка-шаблона 7 (поло-
жение /, внизу слева) вы-
гребают профиль по внут-
ренней поверхности трубы.
Полученную поверх-
ность стержневого земля-
ного ящика обкладывают
бумагой, после чего наби-
вают стержень. Сверху его
заглаживают шаблоном S,
очерченным по внешней
поверхности трубы (поло-
жение //). После этого
2000
укладывают модели флан-
цев и двух отростков тру-
бы, накрывают верхней
опокой, набивают ее, сни-
мают и отделывают.
Фиг. 68. Формовка патрубка по протяжным
шаблонам.
Далее стержню при-
дают окончательные раз-
меры, для чего с верхней
его половины снимают
слой земли 9 (зачерненный
на эскизе—положение//),
равный толщине тела
трубы. Снять этот слой
можно при помощи спе-
циального шаблона либо при помощи резака 10, показанного на
фигуре справа. Выдвижная часть резака 11 выдвигается на толщину
тела отливки, в данном случае на 20 мм, и закрепляется двумя
винтами. Этим резаком на стержне делают канавки близко одна
от другой; землю между ними срезают вручную гладилкой.
После придания стержню окончательного очертания его подни-
мают за каркас, затрамбованный в нем при набивке, и уносят для
отделки, сушки и окраски. С поверхности оставшейся нижней части
формы снимают лишний слой земли 12 (положение /) либо шабло-
ном, направляемым рамкой, либо резаком. Далее отделывают низ и,
наконец, собирают всю форму и заливают. Стержни для боковых
отростков изготовляют отдельно в стержневых ящиках, ставят в
форму на знаках и укрепляют шпильками к главному стержню.
138
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
6. ФОРМОВКА ПО СКЕЛЕТНЫМ МОДЕЛЯМ И КОНТРОЛЬНЫМ
СЕЧЕНИЯМ
Формовка по скелетным моделям, представляющая собой комби-
нацию формовки по моделям и протяжным шаблонам, применяется
для штучных крупных отливок.
Способ контрольных сечений является дальнейшим шагом вперед
по пути удешевления моделей и экономии пиломатериала. Так,
стоимость изготовления моделей для цельного спирального кожуха
водяной турбины (формовка его описана ниже) по данным проф.
В. М. Андреева была следующей:
Цельная модель и стержневые ящики........... 20 000 руб.
Скелетная модель............................. 6 000 „
Приспособления и модели контрольных сечений . . . 2 000 „
Как видно из приведенных данных, наиболее дешевой является
оснастка для формовки по контрольным сечениям. Однако этот метод
требует более высокой квалификации формовщиков и более дли-
тельной формовки, чем метод скелетных моделей.
Фиг. 69. Шестая часть свертного спи-
рального кожуха водяной турбины.
Формовка по скелетным моделям
Рассмотрим формовку отливки, представляющей собой шестую
часть спирального кожуха водяной турбины общим весом 200 т
(фиг 69). Эта отливка имеет из-
меняющееся сечение по длине
и поэтому не может быть за-
формована по скребковым шаб-
лонам. Стойки / не являются
частью отливки; они прикреп-
лены к отливке для придания
ей большей жесткости при обра-
ботке, транспортировании и
сборке.
На фиг. 70 показана скелет-
ная модель, по которой фор-
муется названная отливка Мо-
дель эта представляет собой
остов, имеющий форму и раз-
меры отливки и плоскость
разъема по оси спирали; изго-
товлена она из брусков толщи-
ной в размер стенки будущей
отливки.
Принцип формовки показан
на фиг. 71 Порядок формовки
такой же, как при формовке по шаблону, причем в форме по той
же скелетной модели изготовляют и стержень, так что отпадает
необходимость в стержневом ящике,
ФОРМОВКА ПО СКЕЛЕТНЫМ МОДЕЛЯМ И КОНТРОЛЬНЫМ СЕЧЕНИЯМ 139
На схеме показан порядок формовки трубы круглого сечения.
В нижней части формы заформовывают нижнюю половинку скелет-
ной модели (положение /), причем при помощи скребкового (протяж-
ного) прямолинейного шаблона I, направляемого по рёбрам модели,
землю выгребают по внутренней поверхности отливки. Полученная
поверхность земли служит земляным стержневым ящиком. В поло-
жении II показано изготовление стержня. Стержень сверху выгре-
бается по наружной поверхности мо-
дели для набивки верхней опоки.
Фиг. 71. Принцип формовки
по скелетной модели.
Фиг. 7О. Скелетная модель.
После того как верхняя опока набита и снята с верхней половинки
стержня, между ребрами модели при помощи скребков 2 снимают
лишний слой земли (положение III). Затем поднимают верхнюю
половинку модели и стержень. Наконец, при помощи таких же скреб-
ков 2 выбирают лишний слой между ребрами нижней полумодели на
нижней части формы (положение IV), после чего вынимают нижнюю
полумодель и производят отделку, сушку и сборку формы.
При формовке по скелетным моделям стержни больших сечений,
как в случае кожуха турбины (см. фиг 69), часто изготовляют по
половинкам, причем каждая из них имеет свой каркас. Половинки
стержня в отдельности вынимают из формы, сушат, подвергают
окраске и затем укладывают в форму одну на другую.
Формовка по контрольным сечениям
На фиг. 72 изображен схематический чертеж цельного спираль-
ного кожуха водяной турбины Все сечения спирали / — IX, на-
несенные на разрезе, имеют разные размеры; основная часть кожуха—
спиральная труба—формуется по контрольным сечениям. Лапы,
задний прилив, а также фланец на входном конце трубы формуются
по частичным деревянным моделям.
Модельный цех изготовляет деревянную рамку (фиг. 73) с выре-
зом, очерченным по внешнему габариту кожуха, частичные деревян-
140
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
ные модели лап 1, заднего прилива 2, вставки 3 и фланца 4, а также
модели всех сечений отливки от / до IX (контрольных сечений)
в виде деревянных досок (применение их описано ниже). Места кон-
трольных сечений помечаются на рамке рисками с соответствующими
цифрами. Формовка производится в почве с верхней опокой. Рас-
Фиг. 72. Схема цельного спирального
кожуха водяной турбины: / — /X — се-
чения кожуха.
Фиг. 73. Рамка и частичные модели:
I — модели лап; 2 — модель заднего прилива;
о — модель фланца.
смотрим два варианта формовки данной детали по методу контроль-
ных сечений.
По первому варианту порядок изготовления частей форм такой же,
как и при формовке по шаблону или по скелетным моделям. В почве
Фиг. 74. Изготовление земляного стержневого ящика
в нижней части формы:
5 — поверхность, представляющая собой тело вращения; 6 — шаблон;
7 — контрольное сечение; 8 — кромка формы; 9— наделка к рамке.
делают поверхность, служащую земляным стержневым ящиком
(фиг. 74). Часть кривой поверхности 5, представляющую собой поверх-
ность вращения, выводят шаблоном 6. Остальную часть формуют
по контрольным сечениям следующим образом. На рамку, уложен-
ную на плоскости разъема, ставят радиально (по шаблону) контроль-
ные сечения (доски) 7, которые одним концом ложатся на соответ-
ФОРМОВКА ПО Ск£. 1ЕТНЫМ МОДЕЛЯМ И КОНТРОЛЬНЫМ СЕЧЕНИЯМ 14]
ствующие пометки на рамке, а другим концом — на заточенную
шаблоном поверхность 5. Количество устанавливаемых моделей
контрольных сечений равно в данном случае девяти.
Часть поверхности формы между двумя соседними контрольными
сечениями формовщик выгребает вручную. При достаточном коли-
Фиг. 75. Изготовление земляной модели для набивки верха
10 — шаблон: // —контрольное сечение.
честве контрольных сечений квалифицированный формовщик может
сделать это с достаточной для такого рода отливок точностью. Для
получения более правильной кромки 8 земляной формы к рамке
с внутренней стороны прикрепляют шурупами наделку 9, ширина
которой равна толщине тела отливки
Фиг. 76. Набивка верха и снятие шаб-
лоном части лишнего слоя со стержня.
Фиг. 77. Снятие остальной части
лишнего слоя со стержня по кон-
трольным сечениям:
Г2 — контрольное сечение
По полученному земляному стержневому ящику формуют цель-
ный стержень (фиг 75). Часть стержня, представляющую собой
гело вращения, затачивают шаблоном /0, а остальную (основную)
часть формовщик изготовляет вручную по контрольным сечениям 11,
устанавливаемым для этой цели, как показано на фигуре. Верхней
части стержня придают наружные очертания отливки, так как она
будет служить в качестве модели для набивки верхней опоки.
После отделки полученной поверхности ставят верхнюю опоку,
набивают ее (фиг 76. слева), поднимают и отделывают Лишний
слой земли, имеющийся на стержне, снимают частично при помощи
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
вращающегося шаблона (фиг. 76, справа), а в основном — вручную,
ориентируясь по устанавливаемым контрольным сечениям 12 (тре-
тий комплект), как показано на фиг. 77, либо без контрольных сече-
ний при помощи резака. Готовый стержень вынимают из формы и
подвергают отделке, сушке и окраске.
Лишний слой земли, имеющийся на освободившейся нижней
части формы, снимают частично шаблоном 13 (фиг. 78, слева), а
в основном — вручную по контрольным сечениям 14 (четвертый
комплект), как показано на фиг. 78, справа, либо без контрольных
сечений при помощи резака 15 (фиг. 78, слева). После отделки и про-
сушки форму собирают (фиг. 79).
Фиг. 79. Схема собранной формы
Фиг. 78. Снятие лишнего слоя с нижней
части формы:
13 — шаблон; 14 — контрольное сечение; 15 — резак.
При формовке цельного спирального кожуха водяной турбины
по описанному варианту требуется от двух до четырех комплектов
моделей контрольных сечений, и при этом формовщик 4 раза выгре-
бает поверхности частей формы на-глаз, ориентируясь по установлен-
ным контрольным сечениям, либо по канавкам, сделанным резаком.
Рассмотрим второй вариант формовки той же детали, при кото-
ром требуется всего один комплект моделей контрольных сечений,
а выгребание на-глаз по этим сечениям производится только 2 раза
Работа начинается с изготовления половинки стержня (фиг 80),
которая формуется на специально отлитой чугунной плоской плите.
Часть стержня, представляющую собой тело вращения, затачивают
шаблоном /, имеющим опору в деревянном кольце 2. вставленном
в стержень. Половинка стержня внутри заполнена коксом для луч-
шего отвода газов и снабжена каркасом. Наружный слой стержня
делают из глины Поверхность полустержня формовщик изготовляет
вручную, ориентируясь по установленным моделям контрольных
сечений.
После суточного провяливания при комнатной температуре
и последующей сушки в сушиле на полустержень наносят слой глины,
равный толщине стенок отливки, чтобы получить глиняную полу-
модель корпуса турбины. Для этого стержень обкладывают глиня-
ными лепешками соответствующей толщины и прикрепляют их
гвоздями или шпильками. Среднюю часть стержня (тело вращения)
затачивают шаблоном. После того как лепешки провянут 2—3 дня,
ФОРМОВКА В СТЕРЖНЯХ И В КУСКАХ
143
полученную глиняную полумодель снимают с чугунной плиты, а
на последней, повернув ее обратной стороной, таким же способом
изготовляют вторую глиняную полумодель.
Для изготовления формы одну глиняную полумодель, укреплен-
ную на чугунной плите, осаживают в подготовленный в почве котло-
ван и подбивают под нее землю (фиг. 81). После этого чугунную
Фиг. 80. Половина стержня на плите:
1 — шаблон; 2 — деревянное кольцо.
Фиг. 81. Набивка низа формы
по глиняной модели.
плиту открепляют от заформованной полумодели и убирают. На
разъем полумодели кладут вторую полумодель, ставят и набивают
верхнюю опоку и разбирают форму. Глиняные лепешки с обеих
полумоделей удаляют, и получаются две половинки стержня;
после отделки, подсушки и окраски их устанавливают в форму и
накрывают верхнюю опоку 1.
7. ФОРМОВКА В ТЕРЖНЯХ И В КУСКАХ
Стержни обычно употребляются для получения внутренних
полостей отливок; но в таких сложных деталях, как блоки автомо-
бильных цилиндров и т. п., приходится применять стержни и для
образования части внешней поверхности. При этом всю форму, обра-
зующую и внешние, и внутренние очертания отливки, часто бывает
наиболее целесообразно собирать целиком из стержней При изго-
товлении массового сложного и ответственного литья такая формовка
дает возможность использовать менее квалифицированных рабочих
(для изготовления стержней), получить более точные отливки, умень-
шить брак литья и ускорить процесс по сравнению с обычной фор-
мовкой.
Сборка формы, целиком состоящей из стержней, может произво-
диться по одному из следующих трех методов
По первому методу стержни, образующие внешнюю часть формы,
собирают без наружных жакетов, или кожухов, их стя-
гивают лишь болтами или струбцинами.
Примером такого метода является сборка формы для мотоциклет-
ного цилиндра (фиг. 82). Внешнюю часть формы собирают из трех
Равных стержней. Эти стержни взаимно центрируются при помощи
1 Описанный метод и пример формовки по контрольным сечениям взят из прак-
тики завода имени Сталина в Ленинграде.
144
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
уступа, а также вставок в виде шипов и соответствующих им углуб-
лений на главных стержнях. При сборке в форму устанавливают
внутренние стержни. Собранная форма стягивается винтами и уста-
навливается для заливки в вертикальное положение.
Формовку в стержнях без жакета можно применять только для
сравнительно некрупных отливок. При более крупном литье такая
Фиг. 82. Формовка в стержнях мотоциклетного цилиндра*
i —6 — стержни.
форма во избежание разрушения от давления жидкого металла долж-
на иметь очень массивные внешние стержни, что невыгодно, так как
увеличивается расход стержневой массы и вес формы. Поэтому
для более крупного сложного литья применяют второй и третий
методы сборки, заключающиеся в том, что стержни собираются
либо в особом металлическом жакете, либо в земляной форме.
В последнем случае форму, выполняющую лишь роль жакета
для сборки и крепления стержней, изготовляют в опоке или в почве
по весьма простой модели или по шаблону.
Примером жакетной сборки в металлическом
ящике служит формовка головки блока авиационного мотора
с жидкостным охлаждением (фиг. 83). Для выбивки формы жакет
переворачивается на цапфах, и отливка со стержнями выпадает из
него. Для вывода газов в стенках жакета имеются отверстия
ФОРМОВКА В СТЕРЖНЯХ И В КУСКАХ
145
Металлический жакет для сборки формы в стержнях может слу-
жить хорошо в том случае, если жидкий металл отливки не подхо-
дит близко к стенке жакета. В противном случае жакет получает
сильный местный нагрев, отчего в нем возникают внутренние напря-
жения, ведущие к его короблению. В целях лучшей теплоизоляции
таких мест жакета, последние могут быть защищены полупостоянной
Фиг. 83. Формовка в стержнях головки блока мотора с жидкостным охлаждением
(жакетная сборка).
огнеупорной набивкой. Для удешевления металлический литой
жакет может быть обработан не по всей внутренней поверхности,
а лишь частично, чтобы только создать ряд контрольных опорных
площадок для стержней.
Пример сборки формы из стержней вземлянойнабивке
показан на фиг. 84. Формовка не механизирована. Вес отливки 1
равен 9 tn. Котлован затачивается по шаблону, который выгребает
плоскость основания и знак для центрового стержня 2. Диаметр
котлована превышает на 1 м наружный диаметр формы, что позволяет
свободно устанавливать стержни.
Центровой стержень 2 изготовляется в деревянном ящике 3.
После установки центрового стержня производится установка на
основании котлована девяти стержней 4, которые изготовляются
в ящике 5. Эти стержни устанавливают вокруг центрового стержня.
Ю Аксенов 1956
146
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Фиг. 84. Формовка в стержнях направляющего аппарата пропеллерного
насоса для канала Москва — Волга:
/ — отливка; 2 — центровой стержень; 3 — ящик для центрового стержня; 4 — внутренние
стержни, образующие лопатки; 5 — ящик для стержней 4; 6 — шаблон; 7 — наружные
стержни; 8 — ящик для стержней 7.
ФОРМОВКА В СТЕРЖНЯХ И В КУСКАХ
147
Правильность их установки проверяется специальными мерками,
равными толщине тела лопаток, а также шаблоном 6.
После установки стержней 4 промазывают глиной швы между
ними, отделывают форму, красят и сушат ее жаровнями в течение
Ю__12 час. Далее производят установку восемнадцати стержней 7,
изготовляемых в ящике 8. Эти стержни располагаются вокруг девяти
стержней 4 и образуют наружное кольцо отливки. После этого заде-
лывают швы и затрамбовывают форму вокруг стержней землей до
стенок котлована; форму грузят и заливают,
формовка в стержнях применяется для
ответственного, сложного и преимущественно
массового литья, так как в этом случае
изготовление лишних стержневых ящиков
с избытком окупается другими преимуще-
ствами. При отливке единичных крупных
деталей также иногда применяется формовка
в стержнях.
Для художественного литья
обычно применяют формовку в кусках,
представляющих собой те же. наружные
стержни, но изготовляемые в самой форме.
Такой способ формовки обусловливается тем,
что модели художественных изделий не
имеют знаков для стержней и в то же время
обладают такой сложной конфигурацией,
вынуты из формы без применения внешних отъемных кусков.
Рассмотрим формовку простейшей художественной отливки —
медальона с выпуклым рельефом (фиг. 85). Внешние очертания рель-
ефа не позволяют вынуть модель из формы без применения отъемных
кусков, с внутренней же стороны модель легко снимается с формы.
Формовка этой отливки начинается с набивки (при помощи фальши-
вой опоки) опоки II (фиг. 86, а). Затем на модели рельефа изготовляют
из формовочной массы куски I—6 (куски 4—6 невидны, так как
не попадают в разрез). Внешнее очертание кусков должно быть таким,
чтобы с них можно было снять опоку I (фиг. 86, б).
После того как куски изготовлены и снаружи припылены лико-
подием, набивают опоку /, а затем снимают ее с модели. Куски же
остаются на модели и затем снимаются с нее в стороны, как показано
на фиг. 86, в. Снятые с модели куски переносят в опоку I и укрепляют
в ней шпильками. Наконец, модель вынимают из опоки II, отделы-
вают и собирают форму.
Формы для больших сложных статуй обычно собирают из
кусков, изготовленных из жирной глинистой массы («глины»); для
большей прочности в куски часто заформовывают проволочные
каркасы. Куски сушат жаровнями на месте изготовления в форме.
Форму собирают в литейной яме и кругом затрамбовывают
землей.
10*
148
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Стержень, служащий для образования внутренней полости
статуи, изготовляется непосредственно в форме, как в стержневом
ящике. Необходимая толщина стенок отливки получается путем
срезания с поверхности стержня соответствующего слоя земли.
В стержень заформовывают каркас из продырявленных (для газо-
отвода) железных труб, а также сеть восковых шнуров. Последние
при сушке стержня выплавляются и образуют вентиляционные
каналы.
Фиг. 86. Формовка медальона:
а — изготовление кусков на модели; б — набивка нижней опоки; 1 —3 — куски; / — нижняя
опока; // — верхняя опока; в — снятие кусков (1—3) с модели и укрепление их в форме.
До начала XIX в. пустотелые фигуры и статуи отливали при
помощи восковых выплавляемых моделей. Глиняный стержень
обливали в гипсовой форме слоем воска, внешняя поверхность
которого соответствовала размерам отливки. Получалась, таким обра-
зом, модель, которую формовали в земле или глине; затем выплав-
ляли слой воска, на месте которого получалась полость, заливав-
шаяся затем металлом.
Особый вид формовки, напоминающий по конструкции формы
кусковую формовку или формовку в стержнях, представляет собой
применяющийся в СССР новый метод формовки крупного литья
с применением оболочек, изготовляемых в форме из смесей
на жидком стекле, с твердением этих оболочек путем продув-
ки СО2. Об этом методе использования смесей на жидком стекле упо-
миналось выше, в главе о формовочных материалах. Основное пре-
имущество этого метода заключается в получении точных, не иска-
жающихся в процессе сушки размеров литейных форм и стержней,
что дает отливки повышенной точности. Благодаря этому можно
ФОРМОВКА В СТЕРЖНЯХ И В КУСКАХ
149
резко уменьшить припуски и сократить объем механической обра-
ботки отливок.
На фиг. 87 в качестве примера 1 приведена схема такой литейной
формы, собранной из оболочек. Формуемая отливка — станина
3-тонного штамповочного молота весом 7700 кг из стали 35Л. По преж-
ней технологии форма изготовлялась в почве с перекрышей верхней
опокой; формовочные смеси применялись обычные песчано-глинистые.
Контур отливки, располагающийся в нижней полуформе, получался
с помощью стержней из смеси на сульфитной барде. Отливки полу-
чались с пригаром. Припуски на обработку достигали 30 мм на сто-
рону.
По новой технологии внешний контур отливки получается в обо-
лочковой форме, состоящей из пяти отдельных оболочек 1—5 при
средней толщине оболочек 60 мм. Оболочки набивают непосредственно
на модели отливки, причем их армируют каркасами 6. Смесь для
оболочек состоит из 80 вес. частей песка К70/140, 20 частей марша-
лита, 7,5 частей жидкого стекла (модуль 2,2—2,4) и 1 части 10%-ного
раствора NaOH.
При набивке оболочек наружные их очертания образуются
с помощью деревянного жакета. В теле оболочек делаются наколы.
Затем оболочку накрывают асбестовым полотном и в пространство
между полотном и оболочкой пускают углекислый газ, под дей-
ствием которого оболочка твердеет. После отвердения оболочек модель
вынимают из формы. Для облегчения этой операции и получения отли-
вок без формовочных уклонов модели делают разборными. Анало-
гично в разборных стержневых ящиках изготовляются оболочковые
стержни.
Сборку оболочковой формы производят по деревянному шаблону-
кондуктору. Пространство вокруг формы в кессоне затрамбовывают
отработанной формовочной землей. Отливки, полученные по новой
технологии, имеют чистую поверхность. Припуски на обработку
сокращены в 2—3 раза. Вес металла, снимаемого с данной отливки
при обработке и идущий в стружку, сократился на 440 кг, или на
58,5%. Снижение трудоемкости в литейном и механическом цехах
по этой детали составило 120 нормочасов, или 26,5%.
На фиг. 88 приведен другой пример 2 формовки с применением
оболочек. Формуемая отливка — подушка рабочей клети прокатного
стана из стали 25Л весом 10 100 кг. Толщина оболочек 150 мм. Смесь
Для оболочек аналогична приведенной выше, но без маршалита.
Твердение оболочек производится продувкой СО2 через отверстия
с шагом 150 мм, сделанные в стенках деревянного жакета, обра-
зующего их внешние очертания. Форма собирается в опоках, не
1 Пример взят из практики Старо-Краматорского машиностроительного завода
Имени Орджоникидзе.
2 Пример взят из практики Ново-Краматорского машиностроительного завода
имени Сталина.
8
$ ^Остаток от прибыли
Остаток отприбыли
в оболочках
Фиг. 87.
станины
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Формовка
штамповочного молота:
а — отливка с обозначением величины
припусков на механическую обработку;
б — собранная форма; 1 — 5 — оболочки;
6 — каркасы.
ФОРМОВКА В ГЛИНЕ
151
имеющих крестовин. В нижней части формы между оболочкой и
опокой затрамбовывается сухая отработанная земля, а в верхней
части засыпаются стальные шары диаметром 40 мм. Припуски на обра-
Фиг. 88. Формовка в оболочках подушки рабочей клети прокатного стана:
а —отливка; б—верхняя оболочка; а—центровой оболочковый стержень: г—нижняя оболочка;
д — собранная форма; / — набивка сухой отработанной землей; 2 —засыпка стальными шарами;
3 — грузы; 4 — каркас оболочки.
ботку отливки по новой технологии снижены до 8—10 мм на сторону;
вес снимаемого при обработке металла уменьшился на 700 кг, или
на 43,7%, а общая трудоемкость отливки в литейном и механическом
Цехах снизилась на 8%.
8. ФОРМОВКА В ГЛИНЕ
Формовка в глине применяется для крупного литья и суще-
ственно отличается от формовки в земле. Форму изготовляют путем
нанесения слоя формовочной глины на прочные, твердые стенки,
состоящие из кирпичной кладки или из чугунных плит.
152
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Вследствие большой прочности глиняные формы выдерживают
значительное давление металла без раздутия отливки и хорошо про-
тивостоят действию протекающей и падающей со значительной
высоты струи металла. Эти качества необходимы при изготовлении
крупных и высоких отливок, для которых прочность обыкновенных
земляных форм недостаточна.
Глиняная форма изготовляется без опок. Собирают ее для заливки
в литейной яме, а с боков затрамбовывают землей. Возможность
обходиться без опок в случае крупных индивидуальных отливок
также является одним из преимуществ формовки в глине.
Конфигурация многих отливок, заливаемых в глиняные формы,
позволяет легко вынимать их из формы с минимальными поврежде-
ниями ее. В таком случае глиняная форма является полупостоянной,
и ее кирпичная кладка выдерживает несколько десятков заливок,
причем для каждой новой заливки требуется лишь возобновление
глиняной облицовки. Многократное использование кирпичной кладки
формы дает возможность сэкономить рабочую силу и формовочные
материалы.
Конструкция глиняных форм и их изготовление
Глиняная форма обычно состоит из внутренней части (или стерж-
ня), наружной части (называемой иногда кожухом) и верхней части,
закрывающей сверху полость формы. Во многих случаях стержень
и кожух устанавливают на отдельно изготовленной нижней части,
называемой днищем или замком.
Наружную часть формы, и чаще всего стержень, выкладывают
из кирпича на особых плоских чугунных плитах (фиг. 89). Плиты
отливаются в открытых почвенных формах и для крупных отливок
делаются толщиной 80—100 мм и толще. Плиты снабжены четырех-
угольными лапами, чтобы возможно было переносить их и возведен-
ные на них формы в сушило.
Кроме основных плит, в кладку замуровывают на разной высоте
ряд сплошных или решетчатых плит, скрепленных друг с другом
и с основной плитой болтами, как показано на фигуре. Такое крепле-
ние делается для достижения большей жесткости кладки и пред-
отвращения ее деформации при переноске в сушило.
Намазанную на рабочую поверхность формы глину приглаживают
шаблоном, двигающимся (в противоположность формовке по земле)
вперед не краем, обитым железом, а скошенной кромкой. При таком
шаблонировании по глине получается более гладкая поверхность.
Формовка в глине по модели производится редко. Слой глины
в этом случае набрасывают между моделью и кладкой по мере ее
возведения. Во избежание прилипания глины поверхность модели
смазывают маслом или мазутом.
Перед нанесением глиняной облицовки при шаблонировании
поверхность кладки надо очистить щеткой от пыли и грязи и смочить
водой. Вначале глину надо втирать в кирпич, а не просто набрасывать
ФОРМОВКА В ГЛИНЕ
153
щина
и для
на него. Глину наносят в два слоя. Первый слой, не соприкасающий-
ся непосредственно с металлом отливки, состоит из более жирной
глины, а облицовочный слой — из более тощей глины, обладающей
лучшей газопроницаемостью, чтобы металл спокойнее ложился на
поверхность формы. Облицовочный слой наносят на форму после
подсушивания первого слоя в сушиле или на воздухе. Общая тол-
глиняной обмазки для средних отливок делается 10—20 мм
крупных — 40—50 мм. Она должна быть тем больше, чем
больше толщина стенки отливки.
В состав глины добавляют конский на-
воз, опилки, рубленую солому, а также
молотый кокс. Эти примеси улучшают газо-
Фиг. 89. Конструкция стенки
кирпичной глиняной формы.
Фиг. 90. Верхняя плита для пере-
крытия глиняных форм.
проницаемость глины после сушки и уменьшают ее способность
давать при высыхании трещины и сокращаться в объеме. Глина
должна быть не слишком жидкой, но и не слишком крутой: слишком
крутая глина плохо пристает к кирпичу, плохо приглаживается
шаблоном; слишком жидкая глина сползает с кладки. При сушке
форм глина дает трещины, которые затем расшивают и затирают тем
же составом. Хорошая глина должна давать небольшое количество
не слишком крупных трещин. Слишком жирная глина дает много
трещин. Если при нормальной сушке получаются мелкие трещины
или же их совсем не получается, значит глина слишком тоща и
слаба, и форма не будет иметь надлежащей прочности.
Для кладки глиняных форм и стержней употребляют обыкновен-
ный красный кирпич, а иногда специальный кирпич из формовочной
массы, высушиваемый в литейном сушиле. Кладка делается на гли-
няном растворе. Для обеспечения газопроницаемости швы между
кирпичами делаются не менее 1 см толщиной. В глиняный раствор
Аля той же цели вводят органические примеси. В швы часто за-
кладывают по радиусу пучки соломы, но так, чтобы прочность
кладки не нарушалась. Стержни из кирпичной кладки изготовляют
пустотелыми, что делает их достаточно податливыми и облегчает
Удаление газов. При затрамбовывании глиняных форм снаружи зем-
Лей в литейных ямах в набивке делают коксовые прослойки и выводят
154
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
из них трубы, через которые образующиеся при заливке газы отво-
дятся в атмосферу.
Верхние плиты (фиг. 90), служащие для перекрытия глиняных
форм, отливают с шипами, называемыми торцами, а также с лапами
для подъема краном. Торцы делаются для лучшего удержания глины.
Центрирование таких плит относительно формы, а также взаимное
центрирование других частей формы (например, стержня и внешней
части формы) производят при помощи замков, т. е. конических высту-
пов на одной части формы и соответствующих им выемок на другой
центрируемой части формы. Устройство замков широко практи-
куется и при шаблонной формовке в земле, в особенности при фор-
мовке в почве с верхом.
Взаимная фиксация отдельных частей глиняных форм осуще-
ствляется также по рискам, которые получаются на жирной глине
достаточно резкими и позволяют вести сборку по ним с точностью,
вполне удовлетворительной для крупных отливок.
Применяются два метода формовки в глине: 1) формовка с вре-
менным слоем глины (с рубашкой) и 2) раздельная формовка стержня
и внешней части формы.
Формовка с рубашкой
Формовка с рубашкой является наиболее старым методом изго-
товления глиняных форм по шаблону, который заимствован из прак-
тики производства колоколов. Метод этот в применении к колоколам
и отливкам подобной им конфигурации состоит в следующем. Сначала
изготовляют кирпичный стержень, обмазанный глиной и заточенный
по шаблону. После сушки стержня на его поверхность наносят слой
глины толщиной, равной толщине тела отливки. Этот временный
слой глины и называется рубашкой. После сушки рубашки полу-
чается глиняная модель отливки. По ней выкладывают внешнюю
часть формы — кожух; кожух выкладывается на отдельной чугун-
ной плите, что дает возможность снять его с модели и высушить.
После этого слой глины, составляющий рубашку, обламывают и
удаляют со стержня. Стержень подсушивают и затем производят
сборку формы, надевая кожух на стержень.
На фиг. 91 и 92 показана формовка с рубашкой сферического
котла с фланцем. В целях получения более здорового и плотного
металла в днище, являющемся самой ответственной частью котла,
заливка производится фланцем вверх.
Сначала изготовляют внешнюю часть формы, для чего на основной
чугунной плите 1 возводят кирпичную кладку; ее обмазывают гли-
ной, шаблонируют и высушивают. При возведении кладки, в особен-
ности имеющей значительную высоту, лучше сначала закончить ее,
а затем уже намазывать глиняную облицовку и заглаживать ее
шаблоном. При таком порядке работы кирпичная стенка формы даст
осадку еще до заточки глины, благодаря чему значительно умень-
шается возможность осадки готовой формы.
ФОРМОВКА В ГЛИНЕ
155
На поверхность внешней части формы наносят рубашку, т. е.
слой глины в толщину тела отливки, и получается таким образом
глиняная модель или, вернее, глиняный стержневой ящик. Рубашку
затачивают при помощи показанного на фиг. 91 шаблона.
Поверхность формы перед нанесением глиняной рубашки под-
сушивают жаровнями. Для тонкостенных котлов глиняная рубашка
наносится в один слой; при значительной же толщине ее наносят
в несколько слоев, подсушивая каждый из них. Иногда наносят тон-
кий слой глины, на него укладывают сушеные глиняные плитки
и сверху намазывают второй слой глины.
Фиг. 91. Заточка глиняной рубашки.
Фиг. 92. Формовка котла с рубашкой.
Поеле сушки рубашки в полученном глиняном стержневом ящике
изготовляют стержень (фиг. 92). На дно наносят толстый слой вязкой
глины, в которую вдавливают чугунную плиту с торцами снизу. Затем
на этой плите, служащей основанием для стержня, возводят кладку,
а промежуток между ней и рубашкой по мере возведения кладки
заполняют глиной. Стенки стержня делают не толще чем в два кир-
пича, так что середина получается пустой, что важно для улучшения
газопроницаемости и податливости стержня, а также для облегчения
его веса.
На стержень, покрытый слоем глины, сверху кладут верхнюю
чугунную плиту с торцами, скрепляемую болтами с нижней плитой
стержня. Затем стержень просушивают при помощи жаровен, распо-
ложенных внутри стержня, или в сушиле, куда для этой цели
должна быть передана на нижней основной плите вся форма.
После сушки стержень при помощи крана вынимают из формы,
ставят его на козлы, отделывают (заделывают трещины, образовав-
шиеся при сушке), красят и окончательно сушат в сушиле. Глиняную
рубашку удаляют. Форму оаделывают, красят, сушат и затем соби-
рают для заливки.
Изготовление глиняной рубашки и последующее удаление ее
значительно затягивают весь процесс формовки. Поэтому формовка
с рубашкой применяется, как правило, лишь при единичной отливке
деталей; в этом случае она более выгодна, так как не требует тех
дополнительных приспособлений, которые нужны при раздельной
формовке стержня и внешней части формы.
156
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Раздельная формовка стержня и внешней части формы
Фиг. 93. Чугунный каркас (патрон)
с верхней плитой.
При серийном производстве отливок стержень и наружная часть
формы чаще всего изготовляются отдельно. Рассмотрим формовку
по этому методу сферического котла, отливаемого фланцем вверх.
Внешнюю часть формы изгото-
вляют так же, как и при фор-
мовке с рубашкой, на основной
плите с нанесением на кладку
глиняной облицовки и заточкой
ее по шаблону.
Стержень изготовляют от-
дельно путем нанесения глиня-
ной облицовки толщиной
40—50 мм на особый чугунный
каркас, или патрон (фиг. 93). Для лучшего удержания глины на кар-
касе делаются торцы (шипы). Каркас имеет множество отверстий
диаметром 6—10 мм, расположенных на расстоянии 50—60 мм друг
Фиг. 94. Шаблонирование
стержня на каркасе.
от друга, служащих для отвода газов
из облицовки. К каркасу приверты-
вают верхнюю плиту с торцами, на ко-
торой формуется замок. Изготовление
подобных каркасов для единичных от-
ливок невыгодно, и для них поэтому
Фиг. 95. Переворачивание стержня, изго-
товленного на каркасе.
применяют формовку с рубашкой. При серийном же производстве,
если отливается четыре-пять котлов одного размера, стоимость
изготовления каркасов уже окупается.
Глину намазывают на каркас и затачивают шаблоном, когда
каркас обращен выпуклостью вверх (фиг. 94). Опору для валика
ФОРМОВКА В ГЛИНЕ
157
в данном случае устанавливают на треноге, укрепленной в приливах
плиты, но можно установить также в земле, причем для пропускания
валика сквозь каркас в дне последнего делается отверстие, закры-
ваемое потом плиткой. При этом методе каркас перед обмазкой дол-
жен быть установлен центрально по отношению к валику, что про-
веряют шаблоном. После сушки и окраски формы и стержня произ-
водят сборку формы, крепление или нагрузку ее и заливку. Немед-
Фиг. 96. Раздельная формовка конуса:
/ —чугунные плиты; 2 —глина; 3 — верхняя плита; 4 — нижняя плита; 5 —опока;
Ша — шаблоны.
ленно после затвердевания отливки чугунный каркас стержня необ-
ходимо вынуть из формы, в противном случае он будет препятство-
вать свободной усадке отливки.
Для облегчения переворачивания после сушки стержней, изго-
товленных на каркасах или патронах, подобных описанным, к ним
привертывают щеки с цапфами (фиг. 95). Цапфы укрепляют таким
образом, чтобы ось поворота располагалась по возможности ближе
к центру тяжести всей системы.
Изготовление стержней на чугунных^каркасах для больших
котлов, помимо ускорения процесса формовки, способствует также
получению металла более плотного и мелкозернистого строения бла-
годаря охлаждающему действию каркаса.
На фиг. 96 показан пример формовки в глине с раздельным изго-
товлением стержня и внешней части формы. На фиг. 96, а изображена
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
Фиг. 97. Собранная форма верхней части выхлопного патрубка
/ — балки для крепления всей системы; 2 — нарезной болт с гайкой для вертикального крепления;
балками; 5 — грузы на форму (общий вес 60 ту, 6— сварные двутавровые балки для подвески основ
вески основного болвана; 9 — нарезной болт с гайкой для вертикального крепления; 10 — подклад
к балкам; 13 — литая арматура для крепления болвана диафрагмы; 14 — клинья для крепления шпон;
/7 —опорные головки на болтах, для вертикального крепления; 18 - плиты-подкладки под балки;
балок; 21 — плиты-настилы на тавровые балки; 22 — тавровые балки для крепления подвесной арма
балок; 25 — плиты для крепления тавровых балок с подвесной арматурой; 26 — плиты для крепления
28 — подъемы; 29 — плиты-фордеки для перекрытия питателей; 30 — плиты-фордеки для перекры-
ного болвана; 33 — броневые плиты для бокового крепления формы; 34 — стержень диафрагмы;
37 — рельсы-перекладины на
ФОРМОВКА В ГЛИНЕ
159
паровой турбины мощностью 50 тыс. кет и эскиз отливки:
ного^/?ЛКИ для фальшивой нагрузки формы; 4 — плиты-прокладки для расчековки заднего болвана с
ные Олвана’ 7 “ прокладки опоры под гайки для затяжки; 8 — нарезные болты с гайками для под-
/5^Уп°ры; // — прокладки для расчековки балок; /2 —крючки с нарезкой для крепления арматуры
/9^КРЮЧКИ для зацепления подвесной арматуры; 16 — литая арматура (вертикальные шпоны);
туп7.Н«Жнее кРепление (поперечный ряд двутавровых балок); 20 — продольный ряд двутавровых
заднр 23 ~~ болты для горизонтального крепления тавровых балок; 24 — болты для крепления тавровых
ти^ 1го болвана; 27 — грузы и прокладки для расчековки заднего болвана со стенкой кессона;
35 Л?Рмы патрубка; 31 — болты для крепления балок; 32 — болты для крепления плит для подвес-
Опопи°РНЬ1е Стойки (для фальшивой нагрузки); 36— броневые плиты для бокового крепления формы;
ирных стойках.
160
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
отливка. На фиг. 96, б показана формовка стержня. Он выклады-
вается из кирпича на чугунной плите и укрепляется еще двумя пли-
тами, скрепляемыми с нижней и между собой болтами. Облицовоч-
ный слой глины затачивается шаблоном Ш1. На фиг. 96, в показана
формовка внешней части формы. Она выкладывается на отдельной
чугунной плите и также укрепляется двумя промежуточными пли-
тами, которые замуровываются в кладку. Заточка слоя глины про-
изводится шаблоном Ш3. Нижний фланец затачивается шаблоном ZZ/2.
На фиг. 96, г изображена собранная для заливки форма. Для формов-
ки литниковой чаши и выпоров на верхнюю плиту формы ставят
опоку, набиваемую землей. Сборка и заливка формы производятся
в литейной яме (кессоне).
Кирпичные формы с набивной облицовкой
Для крупных отливок, формуемых по модели, часто применяют
кирпичные формы с облицовкой из жирной формовочной массы,
набиваемой в промежуток между моделью и кладкой по мере ее
возведения.
Рассмотрим формовку верхней части выхлопного патрубка паро-
вой турбины на 50 000 кет на Ново-Краматорском заводе имени
Сталина (НКМЗ). Габаритные размеры отливки: длина около 6 м,
ширина около 2,5 м и высота около 3 м, толщина стенок в среднем
около 60 мм, вес около 60 т. Собранная для заливки форма, а также
эскиз отливки с вырезанной по АБВ четвертью показаны на фиг. 97.
Формовка производится в литейной яме длиной 9 м, шириной 6 м
и глубиной 5 м с бетонными стенками и дном толщиной 500 мм.
Крепление такой формы должно быть весьма солидным: по при-
близительным подсчетам давление металла, поднимающее верхние
части (болваны), составляет около 420 т. Плотный бетонный кес-
сон предохраняет форму от проникания в нее почвенных вод.
Формовка производится по скелетной модели (фиг. 98) с попе-
речным разъемом и отъемной частью. Части модели при формовке
стягиваются с внутреннего болвана по горизонтальному направлению,
показанному стрелками.
Модель имеет, кроме того, отъемный знак для пол у кольцевого
стержня 34 (см. фиг. 97). Форма для данной отливки состоит из ниж-
ней части и трех болванов /, II и ///; последний образует внутрен-
ность отливки, а первые два являются внешними. Болван III—
подвесной, а болваны I и II — съемные; устанавливаются они
в форме на знаках. По фланцу патрубка форму закрывают сверху
чугунными плитами 5, обмазанными с нижней стороны глиной.
Нижнюю часть формы выкладывают из кирпича, и пространство
между ней и бетонными стенками ямы затрамбовывают землей, устраи-
вают коксовые прослойки и выводят наружу вентиляционные трубы.
Перед началом кладки модель устанавливают на соответствующем
уровне на кирпичных столбах. Кладку делают так, чтобы между ней
и моделью оставалось пространство 45—50 мм для набивки облицо-
ФОРМОВКА В ГЛИНЕ
161
войной массы, состоящей из 29% глинистой земли, 14% шамота,
19% горелой земли, 14% навоза, 5% кокса и 19% свежего песка.*
Влажность массы при набивке 12%, прочность на сжатие 0,7 кг/см2.
После сушки прочность массы 11 кг/см2, при газопроницаемости 60.
Для лучшего приставания облицовки поверхность кладки перед
набивкой смачивают жидкой глиной, а в швы между кирпичами заби-
вают костыли из 5-мм проволоки.
Болваны делают набивными из земли и облицовывают той же
массой, что и нижнюю часть формы. Толщина облицовки на болванах
около 75 мм. Внутрен-
ность болванов
пают ]
лают в
заполнение; наружу вы-
водят вентиляционные
трубы. Внутри болва-
нов затрамбовывают ар-
матуру, состоящую из
балок, плит и фасон-
ных литых шпон (см.
фиг. 97). Внутренний
(подвесной) болван III
за эту арматуру подве-
шивается болтами к
засы-
песком и де-
( них коксовое
Пиния поперечного
разъема
\ модели
Разъем диафрагмы
Отъемный
знак
крепежным балкам фор- Фиг. 98. Эскиз разъемной скелетной модели,
мы. Заднюю и нижнюю
стороны знака наружного болвана I облицовывают плитами. Для
большей устойчивости болван не только снабжен нагрузкой сверху,
но и упирается сзади в бетонную стенку ямы с помощью плит 26 и
распорок 27 (см. фиг. 97). Верхние перекрывающие форму плиты 5
толщиной 120 мм отливаются с нижней стороны с торцами, на
которые наносят шамотовоглинистый состав слоем 50 мм.
После изготовления нижней части формы и набивки болванов
приступают к разборке формы для удаления модели. Поднимают
съемные болваны I и II, причем болван II поднимают вместе с при-
легающей к нему частью модели, которую потом стаскивают с него.
Болван I сначала отодвигают по горизонтали назад, а потом уже
поднимают вверх. Болван III поднимается вместе со второй частью
модели, которая затем стягивается с него в сторону.
По правилам техники безопасности отделка частей формы, круп-
ных стержней и болванов, подвешенных на кране, категорически
воспрещается из-за опасности обрыва тросов крана. Поэтому болваны
Для отделки устанавливают, не переворачивая их, на козлах. Глав-
ный болван III устанавливают на козлы в яме, в которой он затем
подсушивается (в течение 6 дней) жаровнями; на это время яму
закрывают железными листами. Боковые болваны I и II сушатся
вместе с нижней частью формы; чтобы газы омывали их со всех сто-
11 Аксенов 1956
162
РУЧНАЯ ФОРМОВКА
рон, они устанавливаются в форме на прокладках. Сушка формы
с болванами I и II с помощью жаровен и переносных сушил занимает
около 5 суток. При сборке первым ставят в форму главный болван 1Ц.
Нагрузка подобных форм производится «фальшиво», т. е. грузы
не давят непосредственно на форму, а кладутся на перекрывающие
ее балки, которые стянуты болтами с нижней частью крепления фор-
мы. Концы балок лежат на бетонных стенках ямы, форма же раскли-
нивается об эти нагруженные балки. Помимо вертикального крепле-
ния формы с помощью болтов (20 болтов диаметром по 50 мм), для
нагрузки данной формы требуется около 60 т груза. При набивке
земли вокруг нижней части формы для большей прочности и неподат-
ливости низа кладут также ряд наклонных плит.
Литейные ямы для сборки подобных форм должны иметь прочные
и водонепроницаемые кессоны, предотвращающие возможность про-
никновения в форму почвенных вод, могущих повести к взрывам
при заливке. Заливка производится одновременно из двух ковшей
(45 и 20 т) в две литниковые чаши; металл подводится снизу (сифо-
ном) через пятнадцать литниковых каналов (питателей), как показано
на фиг. 97.
ЛИТЕРАТУРА
1. Приступлюк Н. И., Сборник упражнений по технологии литейного
производства, Машгиз, 1953.
2. Аксенов П. Н., Балабин В. В., Мариенбах Л. М., Р а-
бинович Б. В., Рубцов Н. Н., Фанталов Л. И., Технология литей-
ного производства, т. 1, Машгиз, 1946.
3. Министерство тяжелого машиностроения, Новое в технологии производства
крупных отливок (Опыт заводов), Машгиз, 1956.
ГЛАВА III
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
Машинная формовка имеет большие преимущества по сравне-
нию с ручной. Механизация процессов уплотнения и выемки модели
из формы облегчает труд рабочего, обеспечивает большую точность
отливок и значительное повышение производительности труда.
Механизация формовки, как наиболее трудоемкого процесса
литейного производства, является показателем уровня механизации
всего комплекса литейного производства. В литейных цехах дорево-
люционной России количество литья, получаемого машинной фор-
мовкой, не превышало 8—10%. В настоящее время мы имеем в сред-
нем по литейным цехам СССР процент машинной формовки по-
рядка 60—70%, а в ряде отраслей машиностроения—свыше 90%.
1. ОСОБЕННОСТИ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ И ИНСТРУМЕНТА,
ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ МАШИННОЙ ФОРМОВКЕ
Опоки, модели, модельные плиты и стержневые ящики или так
называемая технологическая модельно-опочная
оснастка при машинной формовке имеет свои особенности кон-
струкции, вызванные специфическими условиями массового и серий-
ного производства, при котором применяется машинная формовка.
Точно так же условия большой серийности производства ограничи-
вают и специализирует применение формовочного инструмента.
Эти специфические условия массового и крупносерийного про-
изводства сводятся в основном к следующему.
1) Высокие требования к точности геометрических размеров и
к однородности качества получаемых отливок. Это условие приво-
дит к необходимости иметь взаимозаменяемость опок, надежность
и точность их взаимного центрирования, применять металлические
Модели и стержневые ящики.
2) Быстрый темп работы и быстрый оборот опок при машинной
формовке. Это условие заставляет применять особое центрирование
°пок с компенсацией их термического расширения, делать опоки
Максимально легкими и прочными, модели и литниковую систему
Монтировать на постоянных модельных плитах, применять быстро-
действующие конструкции крепления опок при сборке вместо на-
гРузки форм грузами.
И*
164
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
3) Массовость производства заставляет также тщательно отраба-
тывать все детали технологии для получения наибольшей экономич-
ности, так как даже небольшая экономия материалов и трудозатрат,
полученная на одной отливке, умножается на десятки и сотни тысяч
отливок в год и дает большой годовой экономический эффект. Поэтому
конфигурация и размеры опок при машинной формовке максимально
приближаются к конфигурации и размерам отливки; опоки специа-
лизируются, прикрепляются к определенным отливкам; нередко
применяется фасонный разъем литейных форм; сокращается до мини-
мума отделка форм и стержней вручную; исправление подорванных
при съеме форм почти не производится, так как быстрее отформовать
взамен их новые; применение отделочного инструмента резко сокра-
щается. При машинной формовке массового и серийного литья нахо-
дят применение также особые виды формовки — безопочная и
стопочная, требующие специфической технологической оснастки.
Опоки
Нормальными опоками для машинной формовки в настоящее
время являются литые стальные, отличающиеся по сравнению с чу-
гунными большей прочностью и более продолжительным сроком
службы.
Для улучшения газоотвода из формы и облегченйя опоки, в
стенках литых стальных опок делаются щелевидные отверстия
(фиг. 99). Мелкие ручные опоки снабжаются ручками, крупные
крановые — цапфами. При машинной формовке опоки скрепляют
при сборке формы специальными клиновыми скобами 1 или струб-
цинами.
Литые стальные опоки для машинной формовки массового литья
обычно обрабатываются с двух сторон — и по разъему, и с противо-
положной стороны. Опоки должны быть полностью взаимозаменяемы;
для этого центрирующие отверстия в ушках просверливаются по
кондукторам.
Центрирование опок для машинной формовки производится при
помощи отъемных, или контрольных, штырей. В ушках обеих опок
делаются отверстия, модельные же плиты имеют укрепленные на
них неподвижные штыри.
Штыри, укрепленные на модельных плитах, а также контрольные
штыри, служащие для центрирования опок при сборке, делаются
шлифованными стальными. Чтобы не бросать всю опоку из-за износа
отверстий в ушках, отверстия эти делают в стальных шлифованных
втулках, вгоняемых в ушки опок на плотной посадке. При этом
в каждой опоке одна втулка имеет круглое отверстие для штыря
(как показано на фиг. 100, а), а другая — прорезное отверстие
(фиг. 100, б), в котором штырь может скользить на некоторое рас-
стояние. Такое устройство втулок позволяет компенсировать удлине-
ние опок и вызываемое этим изменение расстояния между центрами
отверстий в их ушках. Если бы обе втулки в ушках имели круглые
ОСОБЕННОСТИ ПРИСПОСОБЛЕНИИ И ИНСТРУМЕНТА
165
отверстия, то неостывшую опоку нельзя было бы поставить на холод-
ную модельную плиту, у которой расстояние между центрами шты-
рей не изменилось. Прорезная же втулка компенсирует термическое
удлинение опоки, и последняя легко садится на модельную плиту.
Фиг. 100. Втулки для штырей опок для машинной формовки:
а — круглая втулка; б — прорезная втулка.
Равным образом в случае разной температуры (и удлинения) верхней
и нижней опок без таких втулок их нельзя было бы собрать.
Для сборки мелких и средних опок при машинной формовке
применяются контрольные, или спарочные, штыри. На фиг. 101
показано четыре варианта таких штырей. Штырь а применяется
при сборке форм размером до 500 мм. Во время накрытия верхней
опоки на нижнюю такой штырь свисает вниз, находясь в ушке верх-
166
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
под
Фиг.
101.
штыри для сборки
формовки.
6J
Контрольные
опок машинной
ней опоки, и после сборки вынимается. Такой метод накрывания опок
называется «накрывание штырем». Конструкция б предусматривает,
кроме контрольного (вынимаемого после сборки) штыря /, еще нали-
чие постоянного короткого штыря-втулки 2, который сидит в ушке
нижней опоки на плотной посадке. После удаления штыря 1 штырь 2
надежно предохраняет опоки от взаимного сдвига. Вариант б при-
меняется для форм размером до 1000 мм. Штырь в имеет отогнутую
прямым углом ручку. Штырь г рекомендуется для крупных и
высоких опок. Штырь г
ставится при сборке в
нижнюю опоку, причем он
имеет две опоры для боль-
шей устойчивости, что
важно при большой его
длине. Такой метод на-
крывания опок назы-
вается «накрыванием на
штырь». Он более удобен,
чем накрывание штырем.
Диаметр контрольных
штырей рекомендуется в
пределах 20—35 мм, мате-
риал — сталь 45, твердость
после термообработки 7?с = 50—55. Материал для штыревых вту-
лок — сталь 45, твердость после термообработки /?с = 44—48.
В массовом производстве для отливки каждого наименования
изготовляются свои индивидуальные опоки. Поэтому крестовины
со стороны модели очерчиваются по контуру данной модели, как
показано.на фиг. 99, причем концы их делаются сходящимися на клин
и должны не доставать до модели на 20—30 мм.
Подопочные щитки, на которые устанавливаются в массовом и
серийном производстве литейные формы для заливки, делаются
либо чугунными литыми (фиг. 99), либо сварными.
Размеры и конструкция литых опок должны соответствовать
следующим ГОСТ:
ГОСТ 2133-43. Классификация и основные размеры.
ГОСТ 2529-44. Конструктивные элементы цельнолитых стальных
и чугунных опок.
ГОСТ 2902-45. Конструктивные элементы крановых свертных
чугунных опок.
Кроме литых стальных опок, при машинной формовке применяются
также сварные стальные опоки из специального проката, которые
наряду с высокой прочностью и продолжительностью службы отли-
чаются большей легкостью. Сечение проката для сварных опок
имеет вид швеллера с утолщением посредине. Опоки из такого про-
ката делаются высотой до 200 мм. Ручки и ушки изготовляются
отдельно и приклепываются к корпусу опоки. Более крупные свар-
ОСОБЕННОСТИ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ И ИНСТРУМЕНТА
4 67
Hbie опоки изготовляются из проката, имеющего профиль типа вол-
нистого железа с фланцами, отогнутыми внутрь опоки. Крестовины
делаются отдельно из листового материала и привариваются к кор-
пусу опоки. Цапфы и ушки изготовляются также отдельно и прива-
риваются. Иногда применяются опоки из алюминиевых сплавов.
Они примерно втрое легче стальных литых опок.
При безопочной формовке форма изготовляется в специальных
опоках. После сборки она от них освобождается и заливается уже
Фиг. 102. Разъемные опоки для
безопочной формовки.
Фиг. 103. Центрирующее
устройство разъемных опок.
без опок, имея вид глыбы земли, стоящей на щитке. Безопочная
формовка производится по двусторонним модельным плитам, обычно
на формовочных машинах, и весьма редко вручную; применяется
для серийного и массового литья мелкого развеса.
Пара разъемных деревянных опок для безопочной формовки
показана на фиг. 102. Они разрезаны в диагональной плоскости и
могут раскрываться для снятия их с собранной формы на шарнирах
около угла 1, При набивке и сборке формы опоки закрыты и заперты
защелками 2. Для удержания земли при поднимании опок во время
сборки на внутренней стороне их имеются горизонтальные ка-
навки.
Взаимное центрирование разъемных опок, а также относительно
модельной плиты производится при помощи трехгранных штырей,
укрепленных в ушках нижней опоки. Модельная плита и верхняя
опока снабжены особыми направляющими угольниками 1 (фиг. 103),
которые винтами 2 прижимаются к штырям и закрепляются шуру-
пами 4 в ушках 3 нижней опоки. При износе угольника 1 отпускают
шуруп 4, затем подтягивают винты 2 и снова закрепляют угольник
шурупом 4.
Чтобы жидкий металл не мог прорвать безопочную форму и уйти
наружу, в каждую опоку на плоскость разъема (на модельную плиту)
перед формовкой кладут рамку из полосового железа высотой 50—
30 мм. После снятия разъемной опоки рамки остаются на форме.
Чтобы рамки легко вставлялись в опоки, они должны быть на 4—
168
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
5 мм меньше внутренних размеров опоки. Перед заливкой на безо-
опочные формы кладут грузы в виде чугунных плит с отверстиями
для литников.
Фиг. 104. Съемные опоки для безопочной формовки.
На фиг. 104 показана пара алюминиевых съемных опок, кото-
рые после набивки, вынимания модельной плиты и сборки снимаются
с формы кверху. Внутрен-
ние их поверхности 1 от-
шлифованы и сделаны на-
клонными под углом 5е
к вертикали. Центрирова-
ние производится при по-
мощи круглых штырей 2,
укрепленных в нижней
Разрез по АР-ББ -88
Фиг. 106. Готовая к заливке безопочная
форма:
1 — чугунный груз; 2 — чугунный жакет; 3 — деревян-
ные ручки; 4 — пружины жакета.
Фиг. 105. Устройство ножей в верх-
ней съемной опоке для безопочной
формовки.
опоке и подтягиваемых винтами полукруглых втулок 3 в ушках
верхней опоки, а также на модельной плите.
ОСОБЕННОСТИ ПРИСПОСОБЛЕНИИ И ИНСТРУМЕНТА
169
Верхняя опока в целях поддержания земли при снятии после
набивки (для выема модельной плиты) снабжена передвигающимися
в плоскости разъема планками или ножами 4 (фиг. 105). Эти ножи,
изготовленные из листовой стали, передвигаются при помощи угло-
вых рычагов 5, расположенных на двух противоположных углах
опоки. В свободном состоянии рычаги 5 отжимаются кверху в пока-
занное на фиг. 105 положение при помощи закрепленных на их
осях спиральных пружин. При таком положении рычагов ножи 4
входят внутрь опоки (фиг. 104) и при снятии ее поддерживают землю.
После удаления модельной плиты и сборки формы обе съемные
опоки (верхняя и нижняя) одновременно снимаются с формы. Для
того чтобы ножи 4 (фиг. 105) не мешали свободному съему верхней
опоки, их убирают внутрь стенок опоки при помощи нажатия на
рычаги 5.
На земляные конусные безопочные формы, изготовленные в съем-
ных опоках, для защиты их от возможного прорыва металла наде-
вают перед заливкой особые жакеты, представляющие собой широкие
конусные с тем же наклоном рамки из листового железа с уголками
для жесткости. Жакеты делаются также литыми из чугуна. Чугун-
ный жакет состоит из отдельных боковин с пружинами по углам
для лучшего прилегания к форме. Форма с жакетом, стоящая на
щитке, на котором она относится на заливку, изображена на фиг. 106.
Безопочные формы, изготовленные в съемных опоках, также нагру-
жаются перед заливкой грузами в виде чугунных плит с отверстием
для литника. Съемные алюминиевые опоки наиболее употребительны
при безопочной формовке на формовочных машинах.
Модельные плиты
При ручной формовке модели (обычно деревянные) каждый раз
укладываются в опоки. При машинной формовке применяют более
дорогие, но зато более точные и стойкие металлические модели,
которые укрепляются постоянно на особых металлических плитах.
Получаются так называемые модельные плиты, по которым
и производится формовка на машинах. Модели литниковых ходов
также делаются металлическими и укрепляются на тех же модель-
ных плитах.
Изготовляемые на формовочных машинах литейные формы нор-
мально состоят из двух опок — верхней и нижней. Верхняя опока
чаще всего формуется на одной машине, а нижняя — на другой.
Каждая опока формуется по своей модельной плите. На схеме фиг. 107
вверху показана пара таких модельных плит: плита /, на которой
укреплены половинки модели для верхней опоки, и плита 2 с поло-
винками модели для нижней опоки. Такие плиты называются одно-
сторонними и наиболее часто применяются.
Слева внизу показана двусторонняя модельная плита 3,
на одной стороне которой укреплены модели для верха, а на другой —п
170
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
модели для нижней опоки. При формовке по двусторонней плите
требуется одна формовочная машина, и формовка верхних и нижних
опок производится на ней по очереди. Формовка по двусторонней
плите применяется реже, чем формовка по двум односторонним
плитам на паре машин, так как в последнем случае получается более
высокая производительность.
Справа внизу показана так называемая реверсивная
модельная плита 4, представляющая собой одностороннюю плиту,
но имеющую и нижнюю, и верхнюю части модели. Верхние модели
на реверсивной плите укреплены симметрично по отношению к ниж-
ним. Это позволяет на одной
и той же плите поочередно
формовать нижние и верхние
опоки. Перед тем как накры-
вать верхнюю опоку, ее по-
вертывают в горизонтальной
плоскости на 180°. Изготов-
ление реверсивной плиты
обходится несколько дешевле, чем двусторонней, а тем более пары
односторонних плит. Вместе с тем применение их в производстве
Фиг. 107. Типы
4
модельных плит.
вызывает существенные осложнения.
Так, на фиг. 107 одна деталь направлена конической частью вниз,
а другая — вверх. Это обстоятельство ограничивает применение
реверсивных плит, так как не всякую отливку можно заливать в лю-
бом положении. Кроме того, реверсивная плита не позволяет устро-
ить в форме нормальную литниковую систему с расположением шлако-
уловителя в верхней опоке и питателей в нижней опоке.
Если конфигурация формуемой детали требует применения под-
резки, то при машинной формовке эта подрезка делается постоянной
на металлической модельной плите, которая получается, таким обра-
зом, не плоской, а с фасонным разъемом.
Отъемных частей на моделях при машинной формовке по возмож-
ности стремятся избегать, потому что гнезда отъемных частей в модели
быстро разрабатываются и отливки получаются неточными. Кроме
того, вынимание из набитой формы отъемных частей вручную яв-
ляется длительной операцией, вызывающей простой формовочных
машин. Поэтому в тех редких случаях, когда приходится иметь
отъемные части, делаются специальные механизмы на модельной
плите, которые быстро убирают отъемные части внутрь модели
перед съемом заформованной опоки с модельной плиты.
При машинной формовке мелкосерийного литья приходится часто
менять модельные плиты, что отнимает много времени, вызывая про-
стой формовочных машин и снижая их производительность. Чтобы
ускорить смену моделей и плит, в этих условиях рекомендуется
применять координатные и наборные модельные плиты.
Координатная модельная плита (фиг. 108) имеет сетку просвер-
ленных на ней и пронумерованных отверстий. Модели, монтируемые
ОСОБЕННОСТИ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ И ИНСТРУМЕНТА
171
на такой плите, имеют крепежные винты, расположенные в соответ-
ствии с этой сеткой, что позволяет быстро снять модель с плиты
и заменить ее другой моделью. При этом модели могут быть и дере-
вянными.
Наборная модельная плита-клише (фиг. 109) состоит из рамки,
в которую вставляются быстросменные вкладные модельные плитки,
закрепляемые упорными винтами. Такие плиты удобны для мелкого
литья.
Разрез по ДД-ББ
4
---1150-0,1-------
4- 4
100*8-800-
Фиг. 108. Координатная модельная плита.
-------1100
с*
5ф
-4
£ з
7 9
4^0
/7
д
4“
4
Чтобы легче было вынимать модель из земли, при ручной формовке
ее расталкивают во все стороны вручную. От этого страдает сама
модель; кроме того, отливка получается более полной, чем это пре-
дусмотрено по чертежу, и имеет, следовательно, лишний вес. При
машинной формовке для расталкивания моделей, укрепленных на
модельной плите, применяются пневматические вибра-
торы, прикрепляющиеся к модельной плите и приводящие всю
плиту в состояние дрожания, или вибрации. Модели при этом выни-
маются без обвалов земли; в то же время заметного их расталкивания
не получается. Вибратор включается во время выемки модели из
набитой опоки.
Устройство пневматического вибратора показано на фиг. 110.
Вибратор имеет цилиндр /, крышки 2 и плунжер 3. К модельной плите
он крепится за ушко 4. Плунжер вибратора ударяет попеременно
в обе крышки цилиндра. Эти удары, быстро следующие один за дру-
172
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
4
Фиг. 109. Наборная модельная плита-клише:
1 — рамка; 2 — вкладные модельные плиты; 3—вкладные литниковые плиты;
4 — модели; 5, 6—модели элементов литниковой системы; 7 — крепежные винты.
Впуск
Фиг. НО. Пневматический вибратор для модельных плит.
ОСОБЕННОСТИ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ И ИНСТРУМЕНТА
173
гим, и создают вибрацию (частое сотрясение) модельной плиты и
модели, благодаря чему при выемке моделей форма не повреждается.
Распределение воздуха производится самим плунжером вибратора.
Воздух проходит в кольцевую выточку 5 плунжера, а из нее по ка-
налу 6 в левый конец цилиндра. Здесь сжатый воздух оказывает
давление на торец плунжера, и под действием этого давления плун-
жер идет вправо и ударяется о правую крышку цилиндра. При этом
ходе воздух из правого конца цилиндра уходит через отверстие 7
наружу. Когда плунжер доходит до правого конца цилиндра и уда-
ряет в правую крышку, начинается обратный ход плунжера справа
налево. Теперь сжатый воздух проходит в другую кольцевую вы-
точку 8 плунжера, которая в это время находится против отверстия
впуска. Из кольцевой выточки 8 воздух далее идет по каналу 9
в правый конец цилиндра и давит на правый торец плунжера. Вслед-
ствие этого плунжер теперь идет влево и ударяется о левую крышку
цилиндра. Воздух же из левого пространства цилиндра уходит наружу
через отверстие 10 в цилиндре. Таким образом, при работе вибра-
тора происходят частые удары плунжера попеременно в правую и ле-
вую крышки цилиндра.
Пружина 11 в правом конце цилиндра служит для того, чтобы
при остановке работы вибратора отжать плунжер к левой крышке
до отказа. Благодаря этому выточка 5 плунжера становится точно
против отверстия впуска. Если бы плунжер не отжимался пружиной,
он мог бы остановиться в каком-то случайном положении, когда ни
одна из кольцевых выточек не могла бы встать против впускного
отверстия. В таком случае вибратор нельзя было бы вновь пустить
в работу. Пружина же ставит плунжер в пусковое положение.
Формовочный инструмент
Применение формовочного инструмента при машинной формовке
весьма ограничено. Ручные трамбовки для дополнительного уплот-
нения верхних слоев опок, набиваемых на встряхивающих формовоч-
ных машинах, иногда применяются. Чаще для этой цели применяются
пневматические трамбовки. Накалывание в формах искусственных
вентиляционных каналов душником также редко применяется при
машинной формовке. Надлежащая газопроницаемость форм обеспе-
чивается при этом за счет высокой естественной газопроницаемости
применяемых формовочных земель. Отделочный инструмент и самая
отделка форм применяются обычно лишь для крупных форм, и то
весьма ограниченно. Формы, особенно небольшие и средние, полу-
чившие повреждения (подрывы) при съеме с модельной плиты,
обычно не исправляются, а выбиваются, как бракованные, потому что
быстрее отформовать на машинах взамен их новые формы. В то же
время при.машинной формовке находят применение некоторые спе-
циальные виды приспособлений и инструмента. К числу их относятся:
прорезная конусная трубка с острыми режущими кромками на ниж-
174
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
нем конце для прорезки литниковых вертикальных каналов (стояков)
в безопочных формах; пружинные стояки при прессовой формовке;
круглые оправки, или «волчки» для отделки литниковых воронок
и др.
2. МЕТОДЫ МАШИННОЙ ФОРМОВКИ
Нормальный метод опочной формовки
2
Фиг. 111. Машинная формовка шкива с двумя
ребордами в двух опоках с наружным стерж-
нем в крупносерийном производстве:
/ — нижняя опока; 2 — верхняя опока; з — стержень
отверстия в ступице; 4 — наружный кольцевой стержень.
Нормальным, общераспространенным и почти исключительно
применяемым методом машинной формовки является метод формовки
в двух опоках по разъемным моделям, укрепленным на односто-
ронних модельных плитах.
При ручной формовке применение трех и более опок не вызывает
особых затруднений. При машинной же формовке набивка средней
опоки, имеющей плоскости разъема с обеих сторон, затруднительна.
Кроме того, при крупносе-
рийном и массовом произ-
водстве плоскости разъема
опок подвергают частой
перешлифовке (минимум
раз в месяц) вследствие
их неравномерного и бы-
строго износа на встряхи-
вающих формовочных ма-
шинах. При формовке в
трех опоках пришлось бы
часто заменять средние
опоки новыми, так как
высота средней опоки по-
сле перешлифовки умень-
шается. Поэтому при ма-
шинной формовке, как правило, форма состоит из двух опок. Для
заливки формы, как правило, устанавливаются горизонтально, без
кантовки.
На фиг. 111 показана машинная формовка шкива с ребордами,
ручная формовка которого была рассмотрена на фиг. 55. Вместо трех
опок машинная формовка шкива производится в двух опоках с коль-
цевым наружным стержнем, позволяющим обойтись одной плоскостью
разъема формы.
На фиг. 112 показана машинная формовка в условиях крупно-
серийного производства станины токарно-винторезного станка, руч-
ная формовка которой была рассмотрена на фиг. 59. Формы станины
при машинной формовке заливаются без сушки, в сыром состоянии.
Формовка производится в двух опоках, причем станина расположена
направляющими не вниз, а вбок, что также обеспечивает их чистоту
и плотность. Плоскость разъема формы получается горизонтальной,
МЕТОДЫ МАШИННОЙ ФОРМОВКИ
175
без последующей кантовки формы, что упрощает сборку и установку
форм на конвейере.
Приведенные примеры показывают, что рациональная
технологияформовки одной и той же детали зависит
от серийности производстваи при разной серийности
будет различной.
Фиг. 112. Машинная формовка станины токарно-винторезного станка
в двух опоках при крупносерийном производстве.
Кроме нормального метода машинной формовки в двух опоках,
находят применение некоторые специфические методы формовки,
а именно стопочная и безопочная формовка, которые, как общее пра-
вило, производятся на формовочных машинах, хотя в случае необ-
ходимости могут осуществляться и ручным способом.
Стопочная формовка
Для экономии площади формовочного зала применяется стопочная
формовка (вернее, стопочная заливка) двух видов — этажная и сту-
пенчатая.
При этажной стопочной формовке 10—12 опок и более ста-
вят одну на другую в многоэтажную стопку.
На фиг. 113 показана стопочная формовка поршневых колец для
автомобильных двигателей. Для изготовления поршневых колец можно
отлить заготовку в виде трубы и разрезать ее на станке на отдель-
ные кольца. В автомобилестроении каждое кольцо отливают отдельно
и затем подвергают шлифованию. Индивидуальная отливка колец
способствует улучшению их упругих свойств и уменьшению объема
механической обработки и отходов металла в виде стружки.
В опоке, имеющей в плане фигурную форму, приспособленную
к данной формовке (массовое производство), располагаются шесть
176
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
колец /. Металл из стояка тремя радиальными каналами, имеющи-
мися в каждой опоке, подается в шлакоуловитель 2, а из него —
к каждому кольцу.
Металл разливается по кольцу двумя струями, которые сходятся
на стороне, противоположной месту его подвода. Во избежание несва-
ривания струй и образования на отливке спая устроены особые кар-
маны, или сборники 5, куда и сливаются встречающиеся струи. Бла-
Фиг. 113. Формовка поршневых колец для автомобильных двигателей:
1 — кольца; 2 — шлакоуловитель; 3 — сливные сборники; 4 — поджимные кольца.
годаря своей относительно большой массе сборники 3 охлаждаются
медленнее, чем кольцо, и обогревают прилегающую к ним часть
кольца, в которую металл из литника доходит уже значительно
охлажденным. Таким образом выравнивается скорость охлаждения
различных частей кольца. Для более свободной усадки колец
делаются кольцевые углубления 4. Стопочная форма для поршневых
колец состоит из 12 опок, в которых заформовано 66 колец. Высота
одной опоки 35 мм, а общая высота стопки, включая литниковую
воронку, равна 470 мм. Формовка колец на автомобильных заводах
производится на формовочных машинах.
При стопочной этажной формовке нижние опоки стопки подвер-
гаются сильному давлению жидкого металла, и отливки в них могут
получиться раздутыми, в то время как в верхних опоках давление
металла незначительно. Вследствие этой особенности стопочная
МЕТОДЫ МАШИННОЙ ФОРМОВКИ
177
этажная формовка применяется для мелкого тонкостенного литья,
быстро затвердевающего в форме. При этом отливки в нижних опоках
успевают затвердеть еще до того момента, как наполнится доверху
металлом вся стопка, т. е. раньше, чем внизу разовьется полное
давление металла, соответствующее всей высоте напора до уровня
литниковой воронки.
Кроме стопочной этажной формовки по типу формовки автомо7
бильных поршневых колец, применяется еще сифонно-сто-
почная этажная формовка деталей.
Она заключается в том, что заформо-
ванные опоки собираются в несколько
этажных стопок на общем поддоне и
заливаются сифонным литником с под-
водом металла через один общий цен-
тровой стояк. От этого общего стояка
жидкий металл разводится по поддону
радиальными ходами и из них подни-
мается по стоякам в каждой стопке и
+ 2
Фиг. 114. Стопочная заливка
со ступенчатой установкой
форм: /, 2, 3 — формы.
>7/77 7 777777777777777777777/77
заполняет полости отливок.
Схема стопочной заливки со ступенчатой установкой форм
для заливки показана на фиг. 114. Формы изготовляются и соби-
раются, как обычно, но в целях экономии площади пола три-четыре
и более форм для заливки устанавливаются друг на друга. Каждая
вышележащая форма сдвинута относительно нижележащей на рас-
стояние а, зависящее от размера литниковой чаши. При большом числе
форм в стопке под них подставляются подпорки. Каждая форма
заливается отдельно через свой стояк. Заливку начинают с нижних
форм.
Безопочная формовка
Формовку (фиг. 115) начинают с набивки нижней опоки. Модель-
ная двусторонняя плита лежит на перевернутой верхней съемной
опоке, а на плите стоит также перевернутая нижняя опока (положе-
ние а). После набивки нижней опоки на нее накладывают щиток;
обе опоки с плитой и щитком переворачивают и набивают верхнюю
опоку (положение б). Затем разбирают форму, для чего поднимают
верхнюю опоку (положение в), а с нижней снимают модельную плиту
(положение г). Затем в нижнюю опоку, если нужно, ставят стержни,
и нижнюю опоку накрывают верхней (положение д). С собранной
формы одновременно снимают обе опоки (положении е), после чего
безопочную форму на щитке передают на место заливки, где на нее
перед заливкой надевают жакет и кладут груз в виде чугунной плиты
с отверстием для литника.
Изготовление безопочной формы в разъемных опоках аналогично
описанному, только вместо съема опок в положение е форму осво-
бождают от разъемных опок, раскрывая их около угла, имеющего
Шарниры.
12 Аксенов 1956
178
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
КОНТРОЛЬ СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
179
Для предупреждения прорыва металла по разъему формы, а
также для того, чтобы верхнюю половину формы нельзя было сдви-
нуть относительно нижней половины, модельные плиты для безопоч-
ной формовки чаще всего делают не плоскими, а с уступом, или зам-
ком а. Высота замка обычно равна 10 мм\ его делают в верхней
опоке, что облегчает вес последней и упрощает съем ее с модельной
плиты. Наклон замка делается 45°.
Размеры безопочных форм должны позволять одному человеку
поднять форму на щитке и перенести ее на место заливки (или на кон-
вейер). Наиболее ходовыми размерами безопочных форм являются
400 X 250 и 400 X 300 мм при высоте полуформы до 150 мм.
Безопочная машинная формовка широко применяется для мелкого
(до 3—4 кг в штуке) массового литья на автотракторных заводах и
на заводах сельскохозяйственных машин. По сравнению с заливкой
в опоках здесь получается большая легкость выбивки и значительный
выигрыш на стоимости опок, но несколько увеличивается расход
формовочной земли.
При массовом производстве безопочная формовка по двусторон-
ним модельным плитам обычно производится на одном формовочном
станке. При этом операцию переворачивания, формы приходится
выполнять вручную, что требует значительных физических усилий
от рабочего. Поэтому теперь часто применяют раздельную
безопочную формовку верхней и нижней частей формы
на двух отдельных станках по односторонним модельным плитам.
Сборка формы и съем с нее опок при этом производятся третьим
рабочим. Такой способ значительно облегчает труд формовщиков.
3. КОНТРОЛЬ СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
При машинной формовке особо важное значение приобретает
контроль плотности набивки литейных форм.
Слишком слабая набивка ведет к раздутию литейной формы при запол-
нении ее жидким металлом, и отливки получаются с увеличенными
размерами. Слишком плотная набивка влечет за собой брак отливок
по «вскипу» металла в форме, а также по газовым раковинам.
Степень уплотнения формовочной земли в литейной форме при-
нято оценивать величиной ее объемного веса &, выражаемого в г!см3.
Ввиду того что удельный вес зерен различных формовочных земель
колеблется всего в пределах 2%, такая оценка степени уплотнения
(по объемному весу) является достаточно точной. Величина степени
Уплотнения’ & для разрыхленной земли, насеянной в опоку через
частое сито, составляет 0,85—1,0 г!см3, для земли, насыпанной
в опоку из бункера, 1,15—1,20 г!см3 и для земли, уплотненной
На формовочных машинах, 1,55—1,75 г/см3.
* Однако в производственных условиях затруднительно измерять
Величину объемного веса формовочной земли непосредственно в кон-
тролируемой литейной форме. Поэтому при контроле плотности
12*
180
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
набивки литейных форм в производственных условиях пользуются
прибором, показанным на фиг. 116. Этот прибор, называемый твер-
домером, имеет размер карманных часов. Из основания прибора
под действием пружины выступает на половину своего диаметра
стальной шарик. Прибор прижимают основанием к контролируемому
участку литейной формы. Чем плотнее набивка, тем больше шарик
спрячется внутрь корпуса прибора, сжав свою пружину, находя-
щуюся внутри корпуса, и тем мень-
ший отпечаток оставит шарик на
поверхности формы. Величина пере-
мещения шарика, на которую он
прячется в корпус прибора от со-
противления набитой формы, пере-
дается на стрелку прибора, которая
покажет на шкале то или иное деле-
ние. Показание прибора будет тем
больше, чем плотнее набита форма.
Вся шкала прибора разделена на
100 делений.
Кнопка 4 служит для. того,
чтобы зафиксировать показание
стрелки прибора. Пока кнопка на-
жата, стрелка остается в одном поло-
Фиг. 116. Твердомер для контроля
плотности набивки литейных форм:
1 — шарик; 2 — корпус прибора; 3 — шка-
ла; 4 — кнопка.
жении и сохраняет показание изме-
ренной плотности набивки. Как только кнопка отпускается,
стрелка прибора встает на ноль.
В СССР изготовляется твердомер такого типа с шариком диа-
метром 10 мм и силой пружины 1000 г. Показания такого твердомера
следующим образом характеризуют плотность набивки формы:
Слабая набивка............. 25—30 делений шкалы твердомера
Средняя................. 50—60 „ , ,
Плотная ................... 70—80 . „ »
Очень плотная.............. 85—90 , „ ,
Твердомер описанного типа пригоден для контроля плотности
набивки как горизонтальных участков литейных форм, так равно
вертикальных и наклонных.
4. МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ НА ФОРМОВОЧНЫХ МАШИНАХ
Уплотнение прессованием
Различают два метода уплотнения литейных форм прессованием —
верхнее и нижнее прессование. Соответственно и прессовые формо-
вочные машины делятся на машины с верхним и нижним прессова-
нием.
Схема верхнего прессования показана на фиг. 117, а. На столе 1
машины укреплена модельная плита с моделью 2. На плиту на штырях
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
181
ставят опоку <3; на нее ставят наполнительную рамку 4, после чего
опоку и рамку заполняют из бункера землей. Далее над опокой и
рамкой устанавливают упор в виде поперечины, или траверсы 5,
с прикрепленной к ней прессовой колодкой 6 несколько меньших
размеров, чем наполнительная рамка. Стол машины после этого
поднимается кверху, и так как траверса остается неподвижной, то
колодка входит внутрь наполнительной рамки, вытесняя из нее
землю и впрессовывая последнюю в опоку. Нижняя кромка колодки
в конце прессования доходит до верхней кромки опоки. В некоторых
Фиг.
верхнего (а) и ниж-
117. Схемы
него (б) прессования.
конструкциях машин стол остается на месте, но опускается траверса
с колодкой. В обоих случаях от-
носительное движение колодки
и опоки с рамкой одно и то же.
Схема нижнего прессования
изображена на фиг. 117, б.
Стол 1 движется в прорези
(в «колодце»), образованной
окружающей его неподвижной
рамкой 7. Модельная плита с
моделью 2 перед прессованием
находится ниже верхней кромки
рамки 7, на которую ставят
на штырях опоку 3. Таким образом,
снизу опоки создается запас
земли на прессование в объеме слоя 4, и рамка 7 является здесь также
наполнительной рамкой. После наполнения опоки землей из бун-
кера над ней устанавливают неподвижную траверсу 5 (без колодки),
и стол /, поднимаясь кверху, впрессовывает землю из рамки 7 в опоку
снизу, т. е. со стороны модели. Ход стола должен быть точно равен
высоте слоя 4, чтобы в конце прессования верхняя плоскость модели
совпала с плоскостью разъема опоки. При верхнем же прессовании
точность хода стола необязательна, так как точного совпадения
уровня запрессованной земли с кромкой опоки на нерабочей, тыловой
стороне опоки не требуется.
Необходимость точного регулирования длины хода стола, более
сложная переналадка машины на другой размер опоки, а также попа-
дание земли в зазоры между столом 1 и рамкой 7 и связанный с этим
значительный износ этих частей — основные дефекты машин с ниж-
ним прессованием. Поэтому на практике более распространены
машины с верхним прессованием.
Необходимую высоту наполнительной^рамки подсчитывают сле-
дующим образом. Предположим сначала, что мы прессуем землю
в опоке без модели, по гладкой плите. Для вывода формулы возьмем
схему верхнего прессования (фиг. 118). Весь ход рассуждений и
Формулы совершенно одинаковы как для верхнего, так и для нижнего
Прессования. На фиг. 118 слева показано положение колодки до
прессования, справа — колодка запрессована в наполнительную
182
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
Обозначив средний объемный вес земли до прессования (рыхлая
земля) через а после прессования — через & и площадь опоки
в плане через 7, можно написать следующее уравнение:
F80 (Н + Л) = Н>Н,
т. е. вес земли до прессования равен весу земли после прессования.
После сокращения на F и соответствующего преобразования полу-
чаем следующую формулу для подсчета высоты рамки:
A=//U-1)- (3>
Приняв & = 1,6 г/см3 и
&0 = 1,2 г/см3у получим h =
= 1/377. При других & и &0
получатся другие соотноше-
ния между h и Н.
Предположим теперь,
что в опоке имеется модель
(фиг. 119). Обозначив объем модели через V и оставляя все прежние
обозначения, напишем основное уравнение, исходя из того, что вес
земли до прессования равен весу земли после прессования:
[F (77 + А) — V] 80 = (F77 — V)8,
откуда
(4)
Формулу (4) легко получить из формулы (3), если вообразить
объем модели распространенным на всю площадь опоки F в виде
слоя одинаковой вы-
соты -у. Если эту при-
веденную высоту модели
вычесть из действитель-
ной высоты опоки Н9 то
получится приведенная
у
высота опоки Н------~ ,
г
которая и подставлена Фиг. цд Схема прессования опоки с моделью,
в формулу (4) вместо Н
в формуле (3).
При прессовании плоской колодкой опоки с высокой моделью
столб земли над моделью уплотняется больше, чем столб земли вне
модели (фиг. 119, справа). Это вполне понятно, так как слой земли,
находящийся в рамке, при уплотнении впрессовывается над моделью
в низкий столб земли в опоке, а вне модели — в более высокий столб
земли. Эти два столба земли (над моделью и вне ее), разумеется, не
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
183
являются изолированными, и при прессовании происходит некоторое
перетекание земли из первого во второй, но при обычных, мало-
текучих, формовочных смесях это существенного влияния на
результаты уплотнения не оказывает.
Для более равномерного уплотнения участков формы над высокой
моделью и вне ее рекомендуется применять профильные прессовые
колодки, имеющие выступы в соответствии с конфигурацией модели
(фиг. 120).
Выступы эти запрессовываются ниже кромки опоки; получив-
шиеся отпечатки их, как правило, не нарушают прочности формы
и поэтому не заделываются.
Для определения высоты выступов х профильной колодки услов-
но примем, что столбы земли I и II (над моделью и вне ее) изоли-
рованы, т. е. что при уплот-
нении между ними не проис-
ходит обмена землей.
Высота столба / после
прессования составляет
Н — Нм (где Нм — высота
модели), а высота запрессо-
ванного в него слоя земли
равна Л. Поэтому согласно
формуле (3) можно написать
(а)
Фиг. 120. Схема прессования с помощью
профильной прессовой колодки.
Для столба земли II аналогично имеем
А + (б)
Примем, что величина & после прессования будет одинаковой для
обоих столбов, т. е. будем считать, что колодка обеспечивает одина-
ковое среднее уплотнение как над моделью, так и вне ее.
Подставив h из выражения (а) в выражение (б) и решив последнее
относительно х, получим формулу для профильной колодки:
х = (5)
Если модель имеет сложное очертание, то ее делят на участки
определенной средней высоты, профиль ступенчатой прессовой
колодки определяют тем же способом и затем скругляют переходы
между ее ступенями в соответствии с переходами модели.
Иногда вместо профильной колодки применяется выгребание
земли над моделью перед прессованием на глубину у (фиг. 121).
Колодку в этом случае делают плоской.
Рассуждая, как и в предыдущем случае, можно на основании
Формулы (3) для столба земли 1 написать
—1). (в)
184
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
а для столба II
(г)
Подставив значение h из выражения (г) в уравнение (в) и решив
его относительно у, найдем формулу для глубины выгребания:
У = 1)- (6)
Пример 1. Пусть требуется найти высоту наполнительной рамки для опоки
Н = 100 мм без модели при Во = 1,15 и &= 1,55 г/см3. По формуле (3) находим
h = 10 ( — И = 3,5 см = 35 мм.
\1,15 /
Фиг. 121. Схема прессования с предвари- Фиг. 122. Эскиз модели с опокой
тельным выгребанием земли над моделью. при прессовании с помощью прес-
совой колодки (к примеру 3).
^wwwwwww^
Пример 2. При размерах опоки 500 X 400 мм и высоте 100 мм и при разме-
рах модели 400 X 300 X 40 мм высоты для прежних значений 5 и 50 получаем по
формуле (4) высоту наполнительной рамки:
, /1П 40-30-4\ /1.55 А о_ о_
Л V0 50-40 ) (1,15 ) “ 2,7 см ~ 27 мм-
Пример 3. Для формы с моделью, показанных на фиг. 122, при прежних зна
чениях оо и 5 находим:
а) высоту наполнительной рамки по формуле (3)
Л = (Я —Яи2) (4-- l') =(20-12) С441- - Л =2,8 см = 28 мм
б) высоты уступов профильной колодки по формуле (5)
*1=#«i (1 - 4г')=9 (1 - 4414=2-3 см=23 мм<
Хг-Нмг v) = 12 (* =ЗД см^ 31 мм-
ХЪ — М%
/. р /1 1 15 \ _ 1 -
1------= 6 р-------------j-£g- \ = 1 ,о см = 1 □ млк
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
185
Пример 4. Для той же формы и модели при выгребании над моделью про-
СИЛЬНОЙ ямки (фиг. 123) получаем:
* а) высоту наполнительной рамки по формуле (3)
"-70«
б) глубина выгребания по формуле (6)
Ух = Нм (X - 1) = 9 (-1Х- - 1) = 3,2 см = 32 мм;
№ = (X_ = 12 (|Х- 1) = 4,2 см = 42 мм;
№ = /Mv-1) =6О-1)5=2,1 CM = 2i мм-
Рассмотрим распределение степени уплотнения формовочной
земли по высоте опоки при прессовании,
существенное значение, потому что
основные физико-механические свой-
ства—газопроницаемость и прочность —
формовочных материалов сильно изме-
няются с изменением степени уплотне-
ния. Лабораторные испытания, произ-
водящиеся при стандартном уплотнении
образцов (что необходимо для получе-
ния сравнимых результатов), гаранти-
руют только качество формовочной
земли, но не формы. В условиях же ли-
тейной формы, при других степенях
уплотнения, газопроницаемость и проч-
ность формовочной земли могут ока-
заться сильно отличающимися от по-
Этот вопрос имеет весьма
Фиг. 123. Эскиз модели с опо-
кой при прессовании с предва-
рительным выгребанием земли
над моделью (к примеру 4).
лученных в лаборатории.
При прессовании не ограниченного снизу и с боков массива земли
Удельное давление в земле уменьшается по мере удаления вниз
от прессовой колодки и в стороны от вертикали, проходящей через
середину колодки. В характере этой закономерности легко убедиться
на упрощенной схеме, приведенной на фиг. 124. Здесь земля показана
Условно состоящей из не имеющих взаимного сцепления жестких
Шаров или цилиндров одинакового диаметра, имеющих правильную
Плоскую укладку. В действительности зерна земли имеют разно-
образную форму и более сложную укладку, сцепляются между собой
и не являются вполне жесткими, так как они покрыты оболочками
нлажной глины. Однако такое упрощение структуры земли не ока-
зывает существенного влияния на характер распределения давления.
Пусть колодка оказывает на свободную поверхность земли
равномерное давление, причем каждый шар, находящийся под ней,
186
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
Фиг. 124. Схема распределения давления
на шары или цилиндры.
нагружается силой, равной единице. Тогда нагрузки, воспринима-
емые другими шарами, будут различны, и их легко найти при данной
схеме укладки. Так, шар б (фиг. 124) получит половину силы от ша-
ра а, другая же половина силы от шара а передастся на шар в, кото-
рый получит, кроме того, половину силы шара г и будет таким обра-
зом нагружен целой еди-
ницей силы. Нагрузки на
другие шары, найденные
подобным же образом,
указаны на них же.
Из рассмотрения дан-
ной схемы видно, что по
мере удаления от колодки
вниз и в стороны от вер-
тикальной оси симметрии
удельное давление (на-
грузка на шары) умень-
шается. В действительно-
сти, если прессовать фор-
мовочную землю, а не кучу шаров, то общая закономерность оста-
нется качественно такой же, но по
(напряжение) распределится по более
При прессовании же земли в
опоке получаются некоторые из-
менения в распределении напряже-
ний и степени уплотнения по срав-
нению с не ограниченным снизу и
с боков массивом.
Нафиг. 125 показано распределе-
ние степени уплотнения по высоте
опоки при верхнем прессовании.
В соответствии со схемой фиг. 124
величина & непрерывно уменьшается
по мере удаления от колодки. Однако
около плоскости разъема уплотне-
ние увеличивается, что показано на
фигуре сплошной кривой, и уплот-
нение не уменьшается непрерывно,
как оно должно было бы уменьшаться в случае не ограниченного
снизу массива земли. Разница получается благодаря наличию жест-
кой плоскости разъема.
Чтобы объяснить такое влияние плоскости разъема на распреде-
ление &, рассмотрим уплотнение кома земли, находящегося на пло-
скости, при помощи приложенной к нему силы Р, направленной под
некоторым углом к опорной плоскости.
Предположим, что ком может скользить вдоль плоскости с весьма
незначительным трением (пусть плоскость покрыта смазкой). В та-
величине удельное давление
сложному закону.
Фиг. 125. Распределение степени
уплотнения по высоте опоки при
верхнем прессовании:
1 — модельная плита; 2 — модель; 3— опо-
ка; 4 — наполнительная рамка; 5 — прес-
совая колодка.
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
187
Р можно довести до значительной
Фиг. 126. Распределение степени уплотнения
по высоте опоки при нижнем прессовании:
1 — модельная плита; 2 — модель; 3 — опока; 4 —тра-
верса; 5 — неподвижный стол машины.
ком случае не удастся добиться заметного уплотнения кома при по-
мощи силыР, так как эту силу не удастся развить до величины, необ-
ходимой для начала уплотнения. Ком земли будет все время скользить
по плоскости под действием самого незначительного усилия.
Предположим теперь, что ком земли перемещается по плоскости
со значительным трением, т. е. что плоскость покрыта, например,
наждачной бумагой. В таком случае (при наличии значительного
сопротивления движению) си
величины и под действием ее
уплотнить ком земли.
Роль сопротивления дви-
жению кома вдоль плоскости
может играть не только тре-
ние, но и лобовой упор в виде
жесткой плоскости или более
уплотненной земли. Чем
больше сопротивление дви-
жению, тем больше может
стать усилие Р, тем больше
может быть уплотнение. Этот
вывод можно сформулиро-
вать в виде общего принципа
сопротивлений, справедли-
вого для всех способов уплот-
нения: всякое внешнее сопротивление, тормозящее движение отдель-
ного участка земли при ее уплотнении или препятствующее этому
движению, способствует местному увеличению уплотнения около
данного сопротивления.
Увеличение уплотнения около разъема опоки при верхнем прес-
совании (фиг. 125) на основании данного принципа легко объяснить
сопротивлением вертикальному движению земли со стороны жесткой
плоскости разъема. Точно такая же местная концентрация уплот-
нения наблюдается и около горизонтальных поверхностей моделей.
При нижнем прессовании (фиг. 126) распределение В по высоте
опоки обратно распределению при верхнем прессовании. Увеличение
уплотнения в верхней части эпюры против пунктирной кривой пред-
ставляет собой эффект сопротивления жесткой плоскости колодки.
При прессовании как верхнем, так и нижнем в земле, кроме
вертикального давления, развивается еще значительное горизон-
тальное, или боковое, давление, которое в среднем состав-
ляет около 30—40% давления на колодке. Уплотняющаяся в опоке
земля, движущаяся сверху вниз, вследствие бокового давления при-
жимается к стенкам опоки. Возникающее между землей и стенками
опоки трение поглощает некоторую долю внешней работы, так что
на уплотнение земли остается лишь часть этой работы.
Чем больше высота опоки, тем больше удельное значение бокового
Давления и тем большая доля внешней работы поглощается трением
188
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
Фиг. 127. Влияние вибрации
во время прессования на
уплотнение формы:
/ — с вибрацией; 2 — без вибра-
ции
земли о стенки опоки. Поэтому при одинаковом удельном давлении
колодки уплотнение в высокой опоке при прессовании получается
меньшим, чем в низкой.
Необходимое удельное давление прессования р кг/см2, на прессо-
вой колодке можно найти по эмпирически установленному уравне-
нию прессования
8= 1 4-С-р0'25, (7)
где В — степень уплотнения литейной формы после прессования,
или средний ее объемный вес, в г!см3\
С = 0,4—0,6 — опытный коэффициент уплотняемости прессо-
ванием, зависящий от размеров формы и модели и качества
формовочной земли.
Необходимое удельное давление прессования обыкновенно состав-
ляет 2,0—2,5 кг на 1 см2 площади опоки (в плане). При больших
опоках общее усилие прессования полу-
чается весьма значительным, а механизм
машины громоздким и дорогим. Поэтому
прессование, как правило, применяется
для небольших по площади
опок, чаще всего до 800 X 600 мм.
Что касается предела высоты опок,
формуемых на прессовых машинах, то
таким пределом обыкновенно считается
200—250 мм. При более значительной
высоте опоки (а значит, и модели) полу-
чается слишком большая не-
равномерность в распреде-
лении уплотнения — земля над
моделью уплотняется весьма сильно,
а вокруг модели слабо.
Как показали исследования в литейной
лаборатории Московского Высшего Техни-
ческого Училища, включение, вибратора во время прес-
сования способствует значительному увеличению уплотнения
при том же давлении колодки.
На фиг. 127 показаны две кривые нарастания уплотнения с уве-
личением давления прессования. Обе кривые относятся к одной и
той же опоке и земле, но верхняя коивая получена во время прессо-
вания (верхнего) с вибрацией, а нижняя — без вибрации. Как видно
из диаграммы, при одном и том же давлении прессования при вибра-
ции получается значительно большее уплотнение, а для достижения
одного и того же уплотнения в случае вибрации требуется значительно
меньшее давление прессования. Такое действие вибрации объясняется
уменьшением работы трения земли о стенки опоки, а также работы
внутреннего трения в земле при взаимном перемещении зерен в про-
цессе уплотнения.
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
189
Фиг. 128. Принцип прессования
с помощью диафрагмы:
— модель; 2 — опока; 3 — диафрагма;
4 — головка.
помощью прессования гибкой
Применение вибрации во время прессования дает возможность
использования существующих прессовых машин для формовки опок
большей высоты, а также для достижения нормальных степеней
уплотнения при пониженном давлении воздуха в магистрали. При-
менение вибрации в комбинации с прессованием значительно улуч-
шает также и равномерность в распределении уплотнения, устраняя
тем самым основной недостаток прессования. Этот метод уплотнения—
вибропрессование — имеет все основания к применению
не только для низких, но и для бо-
лее высоких опок. По сравнению со
встряхиванием вибропрессование
явится более экономичным в отно-
шении расхода сжатого воздуха и
главное более производительным по
затрате времени на формовку каждой
опоки, так как вместо многих уда-
ров встряхивания здесь требуется
всего один ход прессового поршня.
Рассмотренные выше методы
прессования производились с по-
мощью жесткой прессовой колодки.
На фиг. 128 показан принцип нового
метода уплотнения земли в опоке с
резиновой диафрагмой. Стол формовочной машины остается непо-
движным. На опоку накладывается и скрепляется с ней головка в
виде коробки, имеющая внизу резиновую диафрагму, которая
ложится на поверхность земли в опоке. При впуске в головку сжа-
того воздуха диафрагма прессует землю в опоке, прогибаясь в соот-
ветствии с местными сопротивлениями уплотнению — над высту-
пами модели меньше, а между выступами больше.
Уплотнение получается значительно более равно-
мерным, чем при прессовании жесткой прессовой колодкой.
Кроме того, при обычном прессовании удельное давление на прес-
совой колодке обыкновенно равняется всего максимум 2,5 кг!см2,
а здесь диафрагма передает на землю полное давление сжатого
воздуха до 6 кг!см2. Следовательно, может быть достигнута повы-
шенная степень уплотнения. Сама формовочная машина при этом
упрощается — отпадает дорогой и громоздкий прессовый механизм
Цилиндра и поршня, остается неподвижный стол и головка в виде
коробки с простым быстродействующим механизмом для скрепле-
ния с опокой.
Метод формовки прессованием с помощью диафрагмы расширяет
область применения прессовой формовки и представляет практиче-
ский интерес. Кроме того, высокое удельное давление прессова-
ния при этом новом методе уплотнения дает более плотные формы
и позволяет получать отливки повышенной точности
с уменьшенными припусками на обработку.
190
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
5
<4
7,2
/,/?
oj
&
' О 20 4/7 60 80п
Фиг. 129. Рост степени уплотне-
ния S формовочной земли в опоке
с числом ударов встряхивания п.
Уплотнение встряхиванием
На модельную плиту, укрепленную на столе встряхивающей
машины, ставят опоку и насыпают с верхом землей. Стол встряхи-
вающей машины вместе с опокой поднимается и с этой высоты падает,
ударяясь о преграду. При ударе стола живая сила земли погашается
и производит в этот момент ее уплотнение. Высота подъема встря-
хивающего стола в современных машинах колеблется в пределах
от 25—30 до 70—100 мм. Число ударов стола равно 150—300 в минуту.
Продолжительность действия уплотняющих сил в момент удара
очень невелика, она выражается в тысячных долях секунды. Вслед-
ствие этого за один удар земля в
опоке не успевает полностью уплот-
ниться. Поэтому опоку многократно
встряхивают — делают от 8—10 до
60—80 ударов. С каждым ударом
уплотнение увеличивается (фиг. 129).
На фигуре по оси абсцисс отложено
число произведенных ударов или
встряхиваний и, а по оси ординат —
средний объемный вес земли в
опоке &.
По мере увеличения числа уда-
ров п приращение В получается все
меньшим, так как земля в опоке,
становясь все плотнее, труднее поддается дальнейшему уплотнению.
Наконец, после некоторого большого числа ударов наступает ста-
билизация уплотнения или равновесие между нагрузкой (энергией
ударов, сообщаемой земле при каждом встряхивании с данной высоты
подъема стола) и степенью уплотнения. По достижении этого равно-
весия кривая В по и становится горизонтальной, и дальнейшее встря-
хивание с той же высоты подъема уже не увеличивает уплотнения.
Из сказанного видно, что увлекаться увеличением числа ударов
не следует, так как чем правее по оси абсцисс на диаграмме фиг. 129,
тем ближе кривая к горизонтали. Если уплотнение земли при данном
режиме встряхивания получается недостаточным, то с точки зрения
производительности рациональнее, если позволяет прочность ма-
шины, увеличить высоту встряхивания, а не
число ударов.
Не следует давать слишком большое количество ударов при уплот-
нении встряхиванием еще и потому, что оно может привести к частич-
ному разрыхлению и даже появлению трещин на форме.
Местное разрыхление формы при слишком длительном встряхивании
объясняется стремлением наиболее крупных зерен сгруппироваться
вверху, а наиболее мелких — внизу. Такое расслоение при встря-
хивании происходит лишь в ограниченных размерах, так как сцепле-
ние зерен препятствует их свободному передвижению. В тех местах,
где образуются прослойки с одинаковой зернистостью, степень
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
101
уплотнения уменьшается, так как одинаковые зерна не могут уло-
житься так же плотно, как зерна разных размеров в соседних слоях
формы. При дальнейшем встряхивании получаются трещины.
V Число произведенных ударов при встряхивании только в том
случае характеризует уплотняющее воздействие на землю, когда
известна энергия, или работа, сообщаемая земле при каждом ударе.
Если G — вес земли в опоке в кг, a h — высота подъема стола
в см, то теоретически энергия удара, сообщаемая земле при встря-
хивании, равна Gh кгсм, а удельная энергия, или работа удара
на 1 см2 площади опоки, равна
кгсм!см2.
F 1
При п ударах удельная работа, сообщенная земле, теоретически
составит
aQ = hn кгсм!см2.
Однако действительная удельная работа, сообщенная земле,
меньше теоретической работы а0, как и действительная энергия удара
для G кг земли меньше теоретической энергии удара Gh. Это объяс-
няется наличием сжатого воздуха, остающегося после выхлопа под
поршнем пневматической встряхивающей формовочной машины и
оказывающего сопротивление падению стола, а также наличием
трения поршня о стенки цилиндра.
Действительная удельная работа, сообщенная земле за п ударов,
равна G
a = -y-hnxi кгсм!см2,
где 71 — коэффициент, учитывающий потерн энергии при падении
стола машины и равный отношению действительной энергии удара
к теоретической; величина ъ Для пневматических формовочных ма-
шин колеблется в пределах 0,3—0,7 и зависит от конструкции, тща-
тельности изготовления, регулировки, смазки и износа машины,
а также от давления воздуха.
Опыт показывает, что средняя степень уплотнения формы В при
встряхивании зависит исключительно от величины удельной работы а.
Зависимость & от а можно выразить следующим эмпирическим урав-
нением встряхивания:
8=1Н-£-а0’3, (8)
гДе & — в г!см3, а работа а — в кг-дм на 1 см2 площади опоки. Опыт-
ный коэффициент уплотняемости встряхиванием k = 0,35—
0,55 и зависит от размеров формы и модели и качества
формовочной земли.
Изменение высоты подъема h практически не оказывает существен-
ного влияния на величину уплотнения земли в опоке данных разме-
ров. Однако на практике предпочтительнее работать
с большими высотами подъема, потому что для полу-
чения той же работы а в таком случае потребуется меньше ударов
192
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
и меньше времени, т. е. производительность машины
будет большей.
При уплотнении земли встряхиванием боковое давление в несколь-
ко раз меньше, чем при прессовании. Поэтому при увеличении высоты
опоки величина уплотнения при встряхивании уменьшается незна-
чительно, если удельная работа а остается постоянной. В настоящее
время встряхивающие машины применяются для формовки опок
разнообразной высоты и размеров.
Распределение уплотнения по высоте опоки при встряхивании
показано на фиг. 130. Наибольшее уплотнение получается в нижнем
слое у разъема, потому что при
ударе на этот слой давит сила инер-
ции всей лежащей над ним массы
земли. По мере удаления от разъе-
ма масса вышележащей земли
умен ьшается, соответственно
уменьшается и уплотнение. Нако-
нец, самый верхний слой земли
оказывается неуплотненным и
Фиг. 130. Распределение степени
уплотнения б по высоте опоки Н при
встряхивании.
остается в таком же разрыхленном
состоянии, как и до встряхивания.
Он может уплотняться лишь под
действием сил инерции собствен-
для этого недостаточной, сверху
ной массы, которая оказывается
же над ним никакого столба земли нет.
При встряхивании, так же как и при прессовании, жесткая пло-
скость разъема (модельная плита) оказывает сопротивление движению
земли вниз. Поэтому, согласно изложенному выше общему принципу
сопротивлений, около разъема получается местное увеличение уплот-
нения. Кривая & около разъема делает излом в сторону боль-
ших уплотнений.
Приведенная кривая распределения уплотнения при встряхива-
нии указывает нанедоуплотненность верхних слоев
земли, которые вследствие этого нуждаются в дополнительном
уплотнении. В настоящее время для этой цели в случае малых и сред-
них опок применяется подпрессовка, а для крупных опок —
подтрамбовка вручную или пневматическими трамбовками,
а также частично встряхивание с грузом в виде плиты, положенной
сверху на землю. Для крупных опок, имеющих большую площадь
(в плане приблизительно свыше 1000 X 800 мм), подпрессовка не
применяется из-за громоздкости подпрессовочного механизма.
Подтрамбовка после встряхивания при помощи ручных и пнев-
матических трамбовок является наиболее распространенным методом
дополнительного уплотнения крупных опок, но не может считаться
рациональной, так как требует значительной затраты времени.
По другому методу на поверхность земли в опоке предварительно
кладут груз в виде чугунной плиты, и опоку встряхивают вместе
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
193
с грузом. Между краями груза и стенками опоки остается зазор,
так что груз свободно входит внутрь опоки при осадке земли. Силы
инерции груза при встряхивании оказывают таким образом давление
на верхние слои земли и уплотняют их. При работе с подобными под-
прессовочными грузами целиком отпадает длительная операция под-
трамбовки. Затрата же времени на накладывание груза на опоку
перед встряхиванием и снятие его с опоки после встряхивания
при подвешивании груза на подъемнике крайне мала по сравнению
с продолжительностью подтрамбовки. Поэтому переходом на работу
с грузами можно значительно повысить производительность формо-
вочных машин при формовке крупных опок. Толщина чугунного
груза достаточна 50—80 мм.
При формовке встряхиванием небольших и средних опок (до
1000 X 800 мм) дополнительное уплотнение верхних слоев рацио-
нальнее всего производить при помощи подпрессовки. Для этой цели
встряхивающая машина снабжается подпрессовочным механизмом,
который должен развивать удельное давление порядка 1,5—
2,0 кг/см2, считая на площадь опоки в свету. Подпрессовка произво-
дится после встряхивания. Включение вибратора во время подпрес-
совки способствует увеличению уплотнения при том же давлении
колодки, подобно тому, как это наблюдается при чистом прессова-
нии. Точно так же для получения заданной степени дополнительного
уплотнения подпрессовка с вибрацией требует меньшего удельного
давления колодки по сравнению с подпрессовкой без вибрации.
Необходимо обратить внимание на то, что на практике часто при-
ходится давать излишне большое число ударов встряхивания на
одну опоку на машинах, у которых механизм подпрессовки недоста-
точно силен. Для достижения же наибольшей производительности
нужно поступать как раз наоборот — давать небольшое число ударов
встряхивания, порядка от 2—3 до 10 ударов, и иметь сильную под-
прессовку. Поэтому формовочные встряхивающие машины с подпрес-
совкой надо конструировать с усиленными механизмами подпрес-
совки, рассчитанными на удельное давление на прессовой колодке
не ниже 2 кг!см2.
При встряхивании часто получается серьезный дефект в отноше-
нии распределения уплотнения по поверхности формы, прилегающей
к модели: на вертикальных или круто наклонных поверхностях
формы около углов с резкими горизонтальными кромками
получается местная рыхлота, или слабина набивки, веду-
щая к раздутию отливок в этих местах. Рыхлое место получается
на расстоянии 5—25 мм от угла модели вниз.
У высоких моделей (высотой больше 150 мм) рыхлота проявляется
°чень резко, у низких же моделей (менее 50 мм) это явление заметно
слабо. При закруглении угла модели рыхлота уменьшается, и чем
больше радиус закругления, тем меньше рыхлота. При радиусе боль-
ше 50 мм рыхлота заметна очень слабо. В случае закруглений кромки
Рыхлота обнаруживается несколько ниже того места, где кончается
Аксенов 1956
194
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
закругление. У модели с наклонной плоскостью при углах наклона
ее к горизонту меньше 45° рыхлота почти не наблюдается. Из факто-
ров, характеризующих режим встряхивания, на рыхлоту влияет
высота подъема стола, число ударов и высота опоки. Чем меньше
высота подъема, число ударов и чем меньше высота опоки по отно-
Фиг. 132. Подпрессовка про-
фильной колодкой для унич-
тожения местной рыхлоты,
образующейся при встряхи-
вании.
шению к высоте модели, тем резче выражена
рыхлота.
Качество формовочной земли в отношении
связности и пластичности также оказывает
заметное влияние. Чем больше связность и
пластичность земли, тем резче падает уплот-
нение в рыхлом месте за кромкой углов модели.
Наконец, следует отметить благоприятное дей-
ствие вибрации во время встряхивания на
уменьшение рыхлоты. Если во время встряхи-
Фиг. 131. Гидравличе- вания включить вибратор (мощностью, при-
сная аналогия движе- мерН0 в 2 раза большей против нормальной для
встряхивании. данной модельной плиты), то падение уплотне-
ния за углом модели становится менее резким.
Возникновение местной рыхлоты за углами модели при встряхи-
вании объясняется тем, что поток земли огибает острую кромку угла
модели, отклоняясь от вертикального направления и отходя от
модели к противоположной стенке опоки.
Движение потока земли в опоке при встряхивании аналогично
движению вязкой жидкости по трубе с внезапным сужением (фиг. 131).
Закругление кромки модели, так же как и
закругление острой кромки в месте суже-
ния трубы, уменьшает отклонение потока
и слабину набивки за углом модели. В том
же направлении действует и замена вер-
тикальной стенки модели наклонной. Уве-
личение высоты подъема встряхивающего
стола, числа ударов и высоты опоки влечет
за собой увеличение вертикальных сил
при встряхивании, препятствующих от-
клонению потока в сторону, отчего сла-
бина уменьшается. Увеличение связности
и пластичности формовочной земли анало-
гично увеличению вязкости жидкости, ве-
дущему к более заметному отклонению потока при огибании острой
кромки. Наконец, одновременное со встряхиванием действие уси-
ленной вибрации придает частицам земли большую подвижность,
вследствие чего поток меньше отклоняется от своего направления,
как в случае уменьшения вязкости жидкости.
Возникновение местной рыхлоты за кромками углов модели яв-
ляется серьезным дефектом при уплотнении встряхиванием. При
формовке по высоким моделям, особенно при массовом производстве,
МЕТОДЫ УПЛОТЙЕЙИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
с этим явлением приходится считаться и вести с ним решительную
борьбу.
Наиболее действенным средством является подпрессовка
профильной колодкой, имеющей выступ против угла
модели, где получается рыхлота (фиг. 132). При подпрессовке этот
выступ поджимает землю к рыхлому месту и дополнительно уплот-
няет его. При помощи профильной колодки рыхлота практически
устраняется полностью уже при небольших давлениях колодки
порядка 1 кг!см2. Подпрессовка же плоской колодкой не дает доста-
точного устранения рыхлоты даже при давлениях порядка 2,5 кг! см2.
Уплотнение с помощью пескомета
Основной рабочей частью пескомета является метательная
головка (фиг. 133). В кожухе 1 на быстро вращающемся (1400—
1500 об/мин) горизонтальном валу имеется ротор, на котором укреп-
лен сменный ковш, или лопатка, 2.
В задней стенке кожуха сделано отвер-
стие 5, через которое в кожух непре-
рывно подается земля при помощи лен-
точного транспортера. Земля подхваты-
вается лопаткой 2, уплотняется пред-
варительно на этой лопатке от действия
центробежной силы, и когда лопатка
проходит мимо выхлопного отверстия 4,
земля соскальзывает с нее и выбрасы-
вается через это отверстие 4 вертикально
вниз в находящуюся под головкой
опоку.
Земля из головки пескомета выбра-
сывается отдельными предварительно
уплотненными комками, или пакетами.
За каждый оборот лопатки выбрасы-
вается один комок, а в минуту —1400—
1500 комков, так что наблюдателю ка-
жется, что земля выходит из головки
непрерывной струей. Вследствие боль-
шой скорости падения земли пакеты
земли с силой ударяют о поверхность
земли в опоке и уплотняют ее, действуя как своего рода трамбовка;
одновременно опока наполняется землей.
Пескомет таким образом механизирует старый практический
пРием, применяющийся при ручной формовке, когда формовщик для
набивки утопленных мест модели бросает туда с размаху пригоршни
земли. Чтобы иметь возможность направлять поток земли в разные
еста по всей площади опоки, головку монтируют на пескомете на
с°бых рычагах, и формовщик может водить ее над опокой в горизон-
тальной плоскости.
тательной головки пескомета:
/ — кожух головки; 2 — сменная ло-
патка (ковш); 3 — ленточный транспор-
тер для подачи земли; 4 — выхлопное
отверстие.
13*
196
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
При набивке пескометом земля равномерно уплотняется по высоте
опоки: и у модели, и в средних слоях, и на тыловой поверхности
уплотнение приблизительно одинаково. Равномерность уплотнения
делает пескомет особенно пригодным для набивки нижних опок
с высокими моделями. Уплотнение достаточно надежно не только
у разъема, но и на уровне верхней кромки модели, где нижняя опока
больше всего подвергается давлению металла при заливке. Местной
рыхлоты за острыми кромками углов модели при набивке пескометом
не получается.
Степень уплотнения регулируют либо переключением вращения
ковша головки на другую скорость (пескометы могут иметь, например,
две скорости), либо путем быстрого и медленного вождения головки
над опокой. При более быстром вождении головки уплотнение полу-
чается несколько большее, а при медленном —меньшее. Если головку
держать над опокой в одном положении, то уплотнение получается
еще меньшим. В этом случае струя земли бьет все время в одно место,
и в опоке образуется коническая кучка земли, причем новые порции
ссыпаются с нее в стороны. При всяком же перетекании и сдвиге
сыпучие материалы с зернистым строением разрыхляются, поэтому
и земля в данном случае меньше уплотняется, чем при передвижении
головки над опокой.
Пескометы, как правило, благодаря большой производительности
(10—30 м3/час) применяются для набивки лишь средних и крупных
опок. Небольшие опоки невыгодно набивать пескометом из-за слиш-
ком большой потери земли, падающей мимо опоки.
Уплотнение пескодувным методом
Пескодувный процесс в настоящее время широко применяется
главным образом для уплотнения стержней, но начинает внедряться
также и для литейных форм. Он является весьма прогрессивным,
производительным процессом, так как самое уплотнение смеси в стер-
жневом ящике или в опоке занимает при этом всего доли секунды,
а пескодувные машины по своему устройству значительно проще всех
прочих видов формовочных и стержневых машин. Изготовление литей-
ных форм пескодувным процессом взамен общераспространенного
в настоящее время изготовления на встряхивающих машинах столь же
перспективно, как и изготовление пескодувным методом стержней.
Пескодувный процесс заключается во вдувании сжатым воздухом
формовочной или стержневой смеси в опоку или стержневой ящик
(фиг. 134). Пескодувная машина имеет резервуар, периодически
пополняемый смесью, в который в момент дутья впускается мощной
струей сжатый воздух с обычным давлением 6 ати. Стержневой ящик
или опока прижимается снизу к дну, или дутьевой плите, резервуара.
Вдувание смеси в опоку или ящик производится через вдувные
отверстия, которые делаются в дутьевой плите, служащей дном песко-
дувного резервуара. Против вдувных отверстий в стенках алюми-
ниевых стержневых ящиков рекомендуется делать стальные вставки
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
197
в виде бронирующих шайб для предотвращения быстрого износа
этих мест ящика струей вдуваемого в ящик песка.
Выпуск воздуха из ящика или опоки наружу происходит через
вентиляционные отверстия, или в е н ты, которые выполняются
обычно в виде медных или латунных пробок, имеющих дно с мно-
жеством прорезанных в нем параллельных щелей (фиг. 135)или’с на-
паянной вместо дна сеткой. Эти пробки запрессовываются в отвер-
I?
Фиг. 134. Схема пескодувного про-
цесса:
1 — пескодувный резервуар; 2 — дутьевая
плита; 3 — впуск сжатого воздуха; 4 — вдув-
ные отверстия; 5 — стержневой ящик;
6 — венты; 7 —прижим ящика.
стия, просверленные в стенках стерж-
невого ящика.
На схеме фиг. 134 показано рас-
положение вент в нижней части
стержневого ящика, в противопо-
Фиг. 135. Вента с прорезными щелями
(Горьковский автозавод имени Молотова):
D в мм . .16 12,5 9,5 8 6,5
d в мм . . 13,5 10 7 5,5 4
Количество про-
резей в шт. .7 6 5 4 3
/ в мм . . 2 1,5 1,5 1,5 1,5
Живое сечение
в мм* . . .20,96 1 4,18 8,48 5,33 3,15
ложном его конце по отношению к месту вдувания смеси. Такая
система вентиляции носит название нижней вентиляции.
Она требует устройства вент в стенках стержневого ящика. При фор-
мовке опок нижняя вентиляция требует устройства вент на модель-
ной плите. Опока при этом должна иметь глухие стенки.
На схеме фиг. 136 показан современный пескодувный резервуар,
предусматривающий другую систему вентиляции. Кроме доньевой
плиты, этот резервуар имеет еще вторую, вентиляционную, плиту,
монтированную под доньевой плитой и снабженную множеством
вент. Вдувные же отверстия, выполненные во втулках, проходят через
°бе плиты. Стержневой ящик при такой верхней системе
Вентиляции делается совсем без вент. При этом с успехом могут
198
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
применяться и деревянные стержневые ящики. Вся вентиляция
осуществляется через венты вентиляционной плиты. При формовке
опок в случае верхней вентиляции делать венты на модельной плите
также не нужно. Опока, понятно, и в этом случае должна иметь глу-
хие стенки.
Показанный на фиг. 136 пескодувный резервуар имеет и другие
особенности. Впуск сжатого воздуха в него производится не сверху
Фиг. 136. Схема пескодувного резервуара с периферийным
впуском воздуха и с ворошилкой:
1 — наружная стенка резервуара; 2 — внутренняя стенка резервуара; 3 — впуск
сжатого воздуха; 4 —доньевая плита; 5 — вдувнЫе отверстия; 6 — вентиля-
ционная плита; 7 —венты; 8 — приводная ворошилка; 9—опока; 10 — мо-
дель; 11— модельная плита; 12 — прижим опоки.
прямо на находящуюся в нем смесь, а сбоку, по периферии. Для
этого резервуар имеет двойные стенки — наружную стенку сплош-
ную, а внутреннюю в виде сетки. Воздух впускается в пространство
между этими стенками и через сетчатую внутреннюю стенку проходит
внутрь резервуара, взрыхляя находящуюся в нем смесь, препят-
ствуя ее зависанию и способствуя более легкому прохождению смеси
через вдувные отверстия. Для той же цели — борьбы с непрохожде-
нием смеси через вдувные отверстия — служит и механическая воро-
шилка в этом резервуаре, приводимая во вращение в момент дутья.
Резервуар описанного устройства позволяет производить фор-
мовку опок из обычных формовочных глинистых смесей с сырой
прочностью на сжатие порядка 0,5—0,6 кг!см?. На машинах же с ре-
зервуарами по типу фиг. 134 такие смеси не формуются из-за недо-
статочной текучести — они плохо проходят через вдувные отверстия.
МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
199
резервуары без ворошилок и с впуском воздуха сверху пригодны
только для формовки стержней из хорошо текучих песчаных смесей
на крепителях. Такие смеси обладают весьма малой прочностью
до сушки.
Кратковременный процесс уплотнения смеси пескодувным методом
можно условно расчленить на две стадии. *
При пуске в пескодувный резервуар сжатого воздуха он устрем-
ляется через вдувные отверстия в полость стержневого ящика или
в опоку и увлекает с собой стержневую или формовочную смесь.
В стержневых ящиках и опоках высотой до 300 мм средняя скорость
струи смеси получается порядка 15 м/сек. При ударе струи в прежде
поступившие в ящик или опоку слои и происходит уплотнение
смеси в процессе заполнения ящика или опоки за счет кинетической
энергии струи смеси.
Для этой, первой, стадии процесса важна величина давления
воздуха в резервуаре. Чем больше давление в резервуаре, тем больше
скорость струи, тем больше ее кинетическая энергия и получаемая
степень уплотнения смеси. Обильная вентиляция, особенно верхняя,
удаляя воздух из потока, способствует более плотной укладке зерен
смеси при ударе, т. е. увеличивает уплотнение. Существенным яв-
ляется расстояние между вдувными отверстиями, которое не должно
превышать размера основания тех конусов смеси, которые струи
образуют под каждым вдувным отверстием.
Одновременно с заполнением ящика или опоки и образованием
слоя смеси все увеличивающейся толщины h происходит второй про-
цесс, или вторая стадия пескодувного процесса — фильтрация
сжатого воздуха через поры уложенной в ящике или в опоке смеси
в направлении от свободной поверхности уложенной смеси к вентам.
После заполнения ящика или опоки смесью остается только одна
эта вторая стадия процесса, впредь до прекращения дутья.
При фильтрации воздушного потока сквозь пористую среду эта
среда получает уплотнение за счет того, что воздух оказывает давле-
ние на зерна смеси в направлении фильтрации. Степень уплотнения
смеси в ящике или в опоке за счет фильтрации зависит от разности
давлений воздуха (р1 — р2) в начале и в конце данного слоя смеси
или участка формы (см. фиг. 134). А из уравнения фильтрации,
рассмотренного нами в главе I, следует, что эта разность давле-
ний рх — р2 будет прямо пропорциональна высоте слоя смеси h.
Таким образом, чем больше высота стержня в положении набивки,
тем больше будет уплотнение, получаемое при пескодувной его
набивке за счет фактора фильтрации.
Для получения направленного потока фильтрации по стержню
или его отростку необходимо основное количество вент располагать
внизу ящика или на конце отростка стержня. Чем длиннее и уже
отросток стержня, тем больше его гидравлическое сопротивление
и тем слабее будет проходить здесь воздушный поток фильтрации.
Поэтому при недостаточной плотности набивки данного отростка
200
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
стержня надо усилить его вентиляцию, т. е. добавить число вент
на конце этого отростка.
Установка вент при входе воздушного потока в ящик, в верхней
его части, будет с этой точки зрения только вредна, так как она будет
выводить часть воздушного потока в атмосферу и эта часть потока
будет потеряна для уплотнения фильтрацией.
Чем больше суммарная площадь живого сечения вент, устанавли-
ваемых внизу ящика или на концах отростков стержня, тем меньше
Фиг. 137. Схема уплотнения опоки пескодувным
процессом с последующей нижней подпрессовкой:
а—дутье; б — подпрессовка; / — пескодувный резервуар;
2 — опока; 3 — модель; 4 — модельная плита; h = 10 —20 мм.
давление на выходе и
тем больше уплотнение
смеси от фильтрации.
Однако при увеличении
суммарного сечения
вент свыше 0,30—0,35
от площади сечения
стержня уплотнение
уже не увеличивается,
так как при этом ли-
митировать прохожде-
ние воздушного потока
будет уже не сопротив-
ление и сечение вент,
а сопротивление и жи-
вое сечение пор смеси,
т. е. ее естественная га-
зоп р он и ца емость.
В реальных условиях набивки форм и стержней на пескодувных
машинах действуют оба фактора уплотняющего воздействия на
смесь — и кинетическая энергия струи смеси, и фильтрация воздуш-
ного потока. По данным практики Горьковского автозавода имени
Молотова и ряда исследований (А. С. Евсеева, Б. 3. Черняка и др.),
можно, в первом приближении, руководствоваться следующими циф-
рами. Диаметр вдувных отверстий для стержневых хорошо текучих
смесей с сырой прочностью на сжатие до 0,1 кг1см2 можно принимать
в пределах 8—20 мм, а для формовочных смесей с сырой прочностью
0,5—0,6 кг!см* — в пределах 20—30 мм. Расстояние между вдувными
отверстиями — 70—100 мм и максимум 150 мм. Удельное количество
смеси, вдуваемой через 1 см2 площади вдувных отверстий, составляет
в среднем 200—300 г. Система вентиляции может быть принята как
верхняя, так и нижняя. Однако верхняя вентиляция более проста,
не требует устройства вент в ящике или на модельной плите, допу-
скает применение деревянных ящиков. Живое сечение всех вент FeeHm
должно быть не менее 0,3—0,5 от сечения всех вдувных отверстий Fed.
Степень уплотнения литейных форм и стержней с помощью песко-
дувного процесса может быть получена вполне удовлетворительной
при обычном для цеховых условий давлении сжатого воздуха в сети
5,5—6,0 ати. В случае недостаточного уплотнения, главным
ВЫБОР ТИПА ФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
201
образом при набивке в опоки формовочных смесей, рекомендуется
производить после надувки дополнительную нижнюю подпрессовку
по схеме, показанной на фиг. 137. Необходимый для этого ме-
ханизм подпрессовки может быть сделан мембранного типа, он полу-
чается простым и легко встраивается в прижимной стол пескодув-
ной машины.
5. ВЫБОР ТИПА ФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
Классификация формовочных машин
Формовочные машины механизируют две операции: а) уплотне-
ние земли в опоке и б) вынимание модели из формы. По этим двум
признакам и строится технологическая классификация формовочных
машин. Что же касается привода, то подавляющее большинство совре-
менных формовочных машин приводится в действие сжатым воздухом
(с давлением 6 ати). Пескометы приводятся в действие от электро-
моторов. В небольших литейных цехах применяются в ряде случаев
ручные формовочные машины. Гидравлические формовочные ма-
шины, приводимые в действие от сети с водой под высоким давлением,
применяются редко вследствие ряда эксплуатационных неудобств (течь
сети, двойная линия труб и пр.). Гидропривод от местной (обычно
масляной) насосной станции, действующей в пределах данной ма-
шины, является вполне рациональным и находит применение в совре-
менных формовочных машинах.
По методу уплотнения земли в опоке формовочные машины делятся
на пять типов: машины с ручной набивкой, прессовые формовочные
машины, встряхивающие формовочные машины, пескометы и песко-
дувные машины. Перечисленные механические методы уплотнения
были подробно рассмотрены выше. Кроме перечисленных, применя-
ются еще специальные механические методы уплотнения литейных
форм, например с помощью вращающихся валков и механических
трамбовок. Такие специальные формовочные машины применяются
редко, в особых случаях практики.
Формовочные машины с ручной набивкой земли в опоке являются
лишь приспособлениями для правильного вынимания модели из
формы. Они обладают малой производительностью и применяются
в небольших литейных цехах.
По методу вынимания модели из формы формовочные машины
Делятся на следующие три типа: с штифтовым подъемом, с протяж-
кой модели и с поворотной плитой или с перекидным столом.
Схема штифтового подъема приведена на фиг. 138. После уплот-
нения земли опоку 1 снимают с модельной плиты 2 при помощи
четырех штифтов 3, расположенных по углам опоки; модельная же
плита с моделью 4 остается на столе 5 машины, на котором она укреп-
лена. Для штифтов модельная плита имеет соответствующие отверстия
или вырезы. Подъем штифтов осуществляется при помощи какого-
202
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
либо простейшего механизма (зубчатая передача, рычажный меха-
низм, пневматический цилиндр и пр.). Штифты обычно делают пере-
ставными и закрепляют на общей раме в соответствии с размерами
формуемых опок, причем для одновременного параллельного подъема
Фиг. 138. Схема штифтового подъема:
— уплотнение; б — съем; 1 — опока; 2 — модельная плита; 3 — подъемные
штифты; 4 — модель; 5 — стол машины.
всей опоки верхние кромки штифтов должны быть установлены
точно на одном уровне.
Ввиду того что кромки земли вокруг моделей, обозначенные
на схеме буквами х, при съеме опоки находятся на весу и, не имея
Фиг. 139. Схема протяжки с проваливающейся моделью:
а — уплотнение; б — протяжка; 1 — неподвижная часть модели; 2 — модель-
ная плита; 3 — проваливающаяся часть модели.
применяется только при формовке простых
и невысокихмоделей.
Схема протяжки модели при формовке плоской плиты с тремя
высокими ребрами, расположенными близко одно от другого, пока-
зана на фиг. 139. При съеме такой формы штифтами земляные бол-
ваны х между ребрами вследствие трения и сцепления с моделью
легко могут обвалиться. Во избежание этого модель сделана из двух
частей. Модель самой плиты 1 укреплена на неподвижной модельной
ВЫБОР ТИПА ФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
203
плите 2у ребра же 3 сделаны проваливающимися, или протяж-
ными. После набивки опоки эти ребра, соединенные в одну общую
гребенку, опускаются вниз при помощи простейшего механизма,
протягиваясь (проваливаясь) через соответствующие вырезы в мо-
дельной, или протяжной, плите. После этого опоку снимают с остав-
шейся на плите невысокой части модели вручную или при помощи
штифтового подъема.
Так как болваны х между ребрами при протяжке поддерживаются
снизу, то они не обваливаются. Протяжные машины при-
меняются для вы-
соких, с трудом вы-
нимаемых из фор-
мы моделей.
Протяжка возможна
не только путем опуска-
ния модели, но и при по-
мощи штифтового подъема
(фиг. 140). Опоку ставят
на протяжную плиту /,
которая имеет прорезь по
очертанию модели. После
уплотнения земли протяж- фиг, 140, Схема протяжки модели с штифго-
ная плита поднимается вым подъемом:
штифтами вместе С ОПОКОЙ. / _ протяжная плита.
Протяжная плита поддер-
живает кромки земли около модели и предохраняет их от обвала.
С протяжной плиты опоку далее снимают вручную или подъемником.
При съеме опок по схеме, показанной на фиг. 140, конструкция
модельного комплекта получается проще, чем по схеме с провалива-
ющейся моделью (фиг. 139). Однако при съеме опок штифтами про-
тяжка обычно осуществляется лишь по наружному контуру модели.
В большинстве случаев такой съем практически бывает вполне надеж-
ным.
Способы выема и относительное положение модели в машинах
с поворотной плитой и перекидным столом по существу одинаковы.
На фиг. 141 показана схема поворотной плиты. После уплотнения
земли в опоке поворотная плита с опокой переворачивается на 180°.
Затем опока с моделью устанавливается на приемное устройство 1
и модель вытягивается кверху.
Для выема модели из опоки в одних конструкциях приемное
Устройство перемещается по вертикали, а поворотная плита вращается
в неподвижных подшипниках; в других конструкциях подшипники
поворотной плиты перемещаются по вертикали, а приемное устрой-
ство по высоте не перемещается.
В современных формовочных машинах поворотная плита обычно
используется для формовки только с одной стороны, хотя в более
примитивных ручных станках на обеих сторонах поворотной плиты
204
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
крепятся модельные плиты для верхней и нижней опок. В последнем
случае обе опоки формуются поочередно на одной и той же машине.
Для облегчения переворачивания поворотной плиты ось ее вра-
щения смещается относительно плоскости модельной плиты: она
Фиг. 141. Схема поворотной плиты:
а — уплотнение; б — вытяжка модели; 1 — приемный стол; 2 — поворотная плита.
Фиг. 142. Схема перекидного стола:
а—уплотнение; б —вытяжка модели; / — при-
емный стол; 2 — перекидной стол.
должна проходить приблизительно через центр тяжести всей пере-
ворачиваемой системы.
В машинах с перекидным столом (фиг. 142) ось вращения пере-
кидного стола обычно не перемещается по высоте. Поэтому приемное
устройство 1 передвигается по
вертикали, и опока при вытяжке
модели опускается на нем вниз.
Формовочные машины с пово-
ротной плитой и с перекидным
столом следует использовать для
, формовки по таким моделям,
когда в опоке имеются массивные
и высокие сырые болваны. В этих
случаях они не могут обвалиться
при выеме модели, так как не нахо-
дятся на весу, как при других
способах выема модели.
Машины с поворотной плитой
и перекидным столом при прочих
равных условиях менее произво-
дительны, чем машины со штифтовым подъемом или с протяжкой
модели, так как подъем и переворачивание поворотной плиты или
перекидного стола являются добавочными операциями, отнимаю-
щими время. Поэтому^ машины с поворотной плитой и перекидным
&ЫВОР ТИПА ФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
205
столом надо применять лишь тогда, когда они технологически
необходимы. Большей частью (но не всегда) они требуются при
формовке нижних опок и обычно не нужны для формовки верхних
опок, так как в них во избежание обвалов при сборке и заливке
не располагают тяжелых сырых болванов. Для нижних опок по-
воротная плита или перекидной стол удобны также потому, что они
выдают с машины опоки разъемом кверху, т. е. в рабочем положении
для сборки формы.
Выбор типа формовочных машин для различных отливок
и серийности производства
Наиболее распространенными в практике современного литейного
производства являются встряхивающие формовочные машины. Они
делаются как с штифтовым подъемом и с протяжкой модели, так и
с поворотной плитой и с перекидным столом. Встряхивающие машины
для небольших и средних опок снабжаются механизмом подпрессовки.
Встряхивающие формовочные машины применяются для всего
диапазона развеса и сложности литья, от самых мелких деталей,
формуемых в. опоках 400 X 250 мм, до крупных форм с размерами
до 6 At длиной. Подъемная сила столов встряхивающих формовочных
машин составляет от 100 кг до 40 т. Следует, однако, заметить, что
крупные отливки, формуемые в опоках с размерами свыше 3 м
длиной, более рационально формовать под пескометом.
Встряхивающая формовочная машина конструктивно связана
с модельно-опочной оснасткой, и смена модельных плит вызывает
простой машины. Поэтому встряхивающие формовочные машины
целесообразно применять при крупных сериях изготовляемых отли-
вок — в массовом, крупно- и среднесерийном производстве. В усло-
виях мелкосерийного производства, при частой смене моделей, реко-
мендуется применение на этих машинах координатных модельных
плит.
При комплектовке встряхивающих формовочных машин в пары
следует учитывать пониженную производительность машин с пово-
ротной плитой и с перекидным столом против машин с штифтовым
подъемом и с протяжкой модели. Поэтому для нижних опок машины
с поворотной плитой и с перекидным столом следует выбирать не
во всех случаях, как обязательное правило, а только в тех случаях,
когда они необходимы технологически (наличие в нижней опоке
тяжелых болванов).
Прессовые формовочные машины обычно комбинируются с меха-
низмом штифтового подъема. Применение их по технологическим
соображениям ограничивается высотой опок 200—250 мм, а мощность
(сила прессования) ограничивает площадь формуемых опок. Таким
образом, прессовая формовка применяется для мелкого, преимущест-
венно простого литья.
Как и встряхивающие, прессовые формовочные машины связаны
с модельно-опочной оснасткой. Поэтому их применение целесооб-
од
МАШИННАЯ ФОРМОВКА
разно преимущественно для массового и крупносерийного, а также
и среднесерийного литья.
Пескометы делаются стационарными и передвижными. Стацио-
нарный пескомет обычно работает с вращающейся от мотора кару-
селью, на которой имеются четыре простых ручных или пневмати-
ческих станка с штифтовым съемом или протяжкой. На этих станках
подлежащие набивке опоки поочередно подводятся под действие
пескометной головки, а затем после набивки опоки снимаются с мо-
дельных плит, убираются и взамен них ставятся очередные пустые
опоки. Такие пескометы с каруселью применяются в массовом
и крупносерийном производстве. Для более крупных опок вместо
карусели целесообразно применение стационарных штифтоподъемных
или же кантовальных станков, также в комбинации со стационарным
пескометом.
Передвижные пескометы весьма целесообразно применять для
механизации формовки мелкосерийного и индивидуального литья.
Они конструктивно не связаны с моделью и опокой и могут набивать
самые разнообразные опоки, извлечение моделей из которых произ-
водится независимо от пескомета краном. Пескомет является наи-
более рациональной формовочной машиной для тяжелого литья, фор-
муемого в больших опоках или в почве и в кессонах.
Ввиду того что обычная производительность современных песко-
метов составляет минимум 8—10 м31час по уплотненному объему,
применение пескометной формовки нецелесообразно для мелких
опок.
Заметим, что для механизации верстачной формовки индивидуаль-
ного и мелкосерийного литья целесообразно было бы создание
специальных малых настольных пескометов со сменным бункером,
имеющих производительность порядка 1, максимум 2 м31час. Таким
пескометом могли бы пользоваться поочереди двое формовщиков,
работающих за одним столом. Смена бункера с землей к такому
пескомету могла бы быть производима с помощью крана.
Пескодувная формовка опок в наших литейных цехах пока почти
не практикуется. Однако она вполне рациональна и является процес-
сом, значительно более перспективным по сравнению с общераспро-
страненной формовкой на встряхивающих машинах. Пескодувным
процессом можно формовать мелкое и среднее литье любой сложности
в условиях массового ,крупно- и среднесерийного производства.
В заключение необходимо указать на автоматизацию формовки
как одну из главнейших задач усовершенствования и развития формо-
вочных машин. Уже многие работающие в литейных цехах формовоч-
ные машины имеют элементы автоматического контроля и управле-
ния некоторых важнейших узлов и механизмов. Можно указать,
например, на автоматические регуляторы плотности набивки литей-
ных форм, которые ставятся на многих формовочных машинах и обес-
печивают стабильную величину уплотнения от формы к форме.
Имеются также полностью автоматические формовочные машины,
ВЫБОР ТИПА ФОРМОВОЧНЫХ машин 2о7
примером которых может служить автомат для стопочной формовки
поршневых колец для автомобильных двигателей, освоенный нашей
промышленностью. Наконец, создаются и внедряются комплексные
автоматические линии формовки, сборки, заливки и выбивки литей-
ных форм. А на базе таких линий будут созданы комплексно автома-
тизированные литейные цехи и машиностроительные заводы.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВНИТОЛ, Технология литейной формы (сборник), Машгиз, 1954.
2. ВНИТОЛ, Механизация литейных цехов мелкосерийного производства
(сборник), Машгиз, 1954.
3. Стеба ков Е. С., Модельно-опочный инвентарь, Энциклопедический
справочник «Машиностроение», т. 6, Машгиз, 1948.
ГЛАВА IV
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
1. КОНСТРУКЦИЯ СТЕРЖНЕЙ И УСТАНОВКА ИХ В ФОРМЕ
Для улучшения газопроницаемости и прочности все стержни за
малыми исключениями подвергают сушке. Кроме того,
для лучшей прочности в них заформовывают специальную усилива-
ющую их арматуру. Для улучшения газоотвода в них делают
вентиляционные каналы.
Армирование стержней
Для небольших и тонких стержней арматуру, закладываемую
в стержневые ящики при набивке, делают из проволоки, а для более
крупных и сложных стержней применяют чугунные рамки и каркасы.
Арматура для стержней должна: 1) обеспечить достаточную
прочность и жесткость стержня; если арматура отстает от стержневой
массы, то она в этом месте пружинит, и стержень не получает над-
лежащей жесткости; 2) не создавать препятствий усадке отливки;
3) не мешать устройству в стержне надлежащих вентиляционных
каналов; 4) легко удаляться из отливки при выбивке стержня.
Проволочную арматуру укладывают в основном
вдоль стержня. Она должна быть короче стержня в знаках не
более чем 2—3 мм с каждой стороны, но ни в коем случае не длин-
нее стержня (фиг. 143, а и б). Концы арматуры должны заходить
в знаки, так как последние и передают нагрузку от стержня на форму.
Если имеются два знака один против другого, то арматура должна
их соединять. Проволока не должна быть расположена слишком
близко к поверхности стержня во избежание откалывания тонкого
слоя стержневой массы, а также не должна выходить на самую
поверхность стержня (фиг. 143, в) во избежание приваривания к
отливке и образования в ней газовых раковин. Если в сечении
стержня прокладывают одну проволоку, то ее надо располагать по
центру сечения; несколько проволок надо распределять равномерно
по сечению (фиг. 143, а). В сложные изогнутые стержни вместо одной
толстой проволоки лучше прокладывать несколько более тонких,
чтобы легче было вынуть их из отливки.
В проволочных каркасах для стержней различают проволоку
основную и контурную. Основной называют проволоку, состав-
конструкция стержней и установка их в форме
209
Фиг. 143. Правильное (а) и не-
правильное (б и в) расположе-
ние проволочной арматуры в
стержне.
дяющую остов стержня и обеспечивающую жесткость каркаса. Этот
остов должен иметь опоры на знаках стержня. Контурной
называют проволоку, которая, следуя за всеми очертаниями стержня,
не позволяет отдельным частям стержня отламываться под давлением
жидкого металла или веса стержня. Диаметр контурной проволоки
должен быть меньше, чем основной, так как нагрузка на каркас
воспринимается главным образом основ-
ной проволокой. При толщине отдель-
ных частей стержня менее 12 мм кар-
касы выполняются из одной контурной
проволоки.
Каркасная проволока применяется
диаметром до 8 мм из железа торговых
сортов с содержанием углерода до
0,2%. Проволока для связывания пере-
секающихся проволок каркаса (вяза-
тельная проволока) содержит до
0,15% С; диаметр ее — до 1,2 мм. Сле-
дует употреблять только мягкую
отожженную проволоку, так как
она легко изгибается (для получения
сложных очертаний каркаса) и не пру-
жинит. Жесткая же неотожженная про-
волока при подвешивании стержня на
кране пружинит, может отстать от
стержневой массы и, кроме того, при
сушке частично распрямляется, что
также ведет к отставанию от стержня
и к уменьшению его жесткости.
Для более крупных и массивных
стержней употребляют арматуру в виде
чугунных каркасов или рамок
(фиг. 144). Основная часть такого каркаса состоит из чугунной ли-
той рамки (реже плиты), в которую заливаются железные прутки
или же приливаются чугунные конические выступы (торцы). Отливка
каркасов производится в открытых почвенных формах. Основной
частью каркаса, воспринимающей нагрузку, является чугунная
рамка; торцы же и железные прутки служат главным образом для
связи отдельных частей стержня подобно контурной проволоке в
проволочных каркасах. Чтобы можно было подвешивать стержни
на кране, в каркас заливают железные серьги или подъемы, обна-
жаемые снаружи стержня; при сборке формы эти места заделывают
землей. Иногда стержень поднимается непосредственно за рамку
каркаса. Арматуру перед укладкой в стержни смачивают жидкой гли-
ной для лучшего схватывания со стержневой массой. Острые углы и
выступающие тонкие части стержней, изготовленных из смесей на
глинистых связующих, укрепляют шпильками.
14 .
Аксенов 1956
210
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
Для глиняных стержней, представляющих собой тела вращения
и изготовляемых обточкой по шаблону, в качестве арматуры упо-
требляют патроны. Чаще всего патрон имеет вид продырявленной
для отвода газов трубы, причем патроны большого диаметра заги-
Фиг. 144. Чугунная арматура для стержней:
1 — рамка; 2 и 3 — рамки с залитыми в них железными прутьями; 4 — рамка с прилитыми
торцами, полученными с помощью наколов в почвенной открытой форме; 5 — плита
с залитыми прутьями; 6 — рамка с креплением с помощью болта.
баются и свариваются из листового железа. При изготовлении
стержня патрон, вращающийся на особом станке, обматывают соло-
менным жгутом, служащим для улучшения податливости стержня,
затем на жгут намазывают слой глины и затачивают его шаблоном.
Вентиляция стержней
При изготовлении стержней применяют различные методы устрой-
ства в них искусственных вентиляционных каналов.
Простейший метод заключается в накалывании каналов душни-
ком (иглой). Наколы должны быть расположены в стержне равно-
мерно и центрально и не должны выходить на его рабочую поверх-
ность во избежание заливания их жидким металлом.
Сложные вентиляционные каналы при помощи иглы сделать
трудно. Такие каналы получают иногда путем выдергивания зало-
женного в стержень при набивке шнура. Удобным и надежным мето-
дом получения сложных изогнутых вентиляционных каналов являет-
ся прокладка при набивке стержня восковых фитилей, выплавля-
ющихся при сушке. Фитили можно делать из состава, содержащего
80% битума № 5, 15% парафина и 5% крепителя П. Для стержней,
которые сушатся при температуре ниже 220°, можно применять состав
из 80% битума № 3 и 20% желтого парафина.
КОНСТРУКЦИЯ СТЕРЖНЕЙ И УСТАНОВКА ИХ В ФОРМЕ
211
В стержнях, склеиваемых из двух половинок в сухом или сыром
состоянии, вентиляционные каналы делают путем их прорезки или
вдавливания особых вентиляционных плит на плоскости разъема
у одной из половинок стержня.
В массовом производстве стержни обычно изготовляются из песча-
ных смесей, которые до сушки обладают небольшой прочностью.
Искусственная вентиля-
ция таких стержней де-
лается при помощи венти-
ляционных плит и душни-
ков (фиг. 145, а) или спе-
6)
Фиг. 145. Методы вентиляции стержней:
а —с помощью вентиляционной плиты и душника; б —с помощью заполнения гарью; / — венти-
ляционная плита с направляющей втулкой; 2 — стержневой , ящик; 3 — душник; 4 — патрон;
5 — трубки для вывода газов; 6 — рамка.
циальных неподвижных вентиляционных штырей, укрепленных на
дне стержневого ящика. Такая вентиляция стержней называется
иногда шомпольной вентиляцией.
Крупные, массивные стержни, изготовляемые обычно из глини-
стой стержневой земли, для лучшей вентиляции в середине заполняют
коксовой мелочью, или гарью (фиг. 145, б), откуда в знаки стержня
выводят вентиляционные каналы или трубки.
Установка стержней в форме
Стержни устанавливают в форме большей частью на знаках.
Знаки на модели, дающие соответствующие отпечатки в форме,
Должны быть несколько больших размеров, чем знаки у стержня,
чтобы между стержнем и формой в знаках получились небольшие
зазоры. Наличие этих зазоров дает возможность избежать обжима
формы стержнем и ее возможного разрушения (нормы на зазоры
в знаках будут даны ниже).
Во избежание проникания металла из формы по зазорам в знаке
в торец стержня, где металл может залить вентиляционные каналы,
На знаках модели при крупных стержнях делают канавки (фиг. 146),
Которые образуют на форме земляной кольцевой выступ. Этот выступ
14*
212
Изготовление стержней
обжимается стержнем при его установке в форму, и таким образом
достигается плотное соприкосновение стержня с формой.
Чтобы при установке стержня в нижнюю опоку и при накрытии
верхней опокой не смять кромок а на форме (фиг. 146), последние
следует закруглять. Еще лучше делать здесь поясок прямоугольного
сечения толщиной 0,5—1,0 мм и шириной (по длине знака) 5—10 мм.
Фиг. 147. Типы фикса-
торов для стержней:
1 — для предотвращения осе-
вого перемещения стержня;
2 и 3 — для предотвращения
вращения стержня; 4 — для
предотвращения осевого пе-
ремещения и вращения стер-
жня.
Фиг. 146. Устройство
уплотняющей канавки
на знаке модели:
1 — модель; 2 — знак;
3 — уплотняющая канавка.
Для достижения точ-
ного положения стерж-
ней в форме на их зна-
ках часто делают фик-
саторы (фиг. 147).
Фиксатор 1 в виде коль-
цевого выступа на знаке
предотвращает осевое
перемещение стержня,
а фиксаторы 2 и 3 в ви-
де вырезов предотвра-
щают вращение стерж-
ня. Трапециевидный
фиксатор 4 предохра-
няет стержень одновре-
менно и от осевого пере-
мещения, и от повора-
чивания вокруг своей
оси.
В тех случаях,когда
знаки горизонтального
стержня находятся не
в плоскости разъема формы, их продолжают на конус до плоскости
разъема, чтобы иметь возможность поставить такой стержень в форму.
Такие знаки называются в ы т я ж н ы м и. На фиг. 148, а изображен
стержень для горизонтального цилиндрического отверстия в отливке,
имеющий вытяжной знак.
Стержни, установленные на знаках, не должны сдвигаться и
перекашиваться ни под действием собственного веса, ни под давлением
жидкого металла. Цилиндрический горизонтальный стержень, нахо-
дящийся на двух знаках, устойчив, так как центр приложения нагруз-
ки находится на линии, соединяющей знаки. Консольный горизон-
тальный стержень, имеющий один только знак (фиг. 148, б), может
перекоситься, давление металла может поднять его рабочую часть
(консоль) кверху. Во избежание такого перекоса стержень должен
иметь очень большой знак, как показано на фигуре, а это удорожает
его и требует опоки большего размера. Вследствие этого необходимо
избегать применения консольных стержней, для чего надо соответ-
ствующим образом проектировать отливки. Так, например, у крон-
штейна, показанного на фиг. 148, б, следовало бы сделать в боковых
стенках отверстия для дополнительных знаков стержня. При отливке
КОНСТРУКЦИЯ СТЕРЖНЕЙ И УСТАНОВКА ИХ В ФОРМЕ
213
изогнутого колена трубы в горизонтальном положении получается
крутящий момент, выворачивающий стержень. Для уравновешивания
стержней такие колена отливают по два и более с одним общим стерж-
нем (фиг. 148, в). Стержень, имеющий уже не две, а три опоры, вполне
устойчив и не перекашивается. Для уравновешивания стержней
на их знаках иногда делают специальные выступы, или замки,
воспринимающие крутящий момент.
Если стержень неустойчиво держится на знаках, или знаки слиш-
ком малы и слабы, или же имеется опасность поломки стержня под
давлением металла, то употребляют металлические опоры, назы-
ваемые жеребейками.
Фиг. 148. Некоторые особые виды стержней:
а — стержень с вытяжным знаком; б — консольный стержень на одном знаке;
в—объединенный стержень для двух отливок.
Жеребейки для чугунных и стальных отливок изготовляют из
железа (мягкой стали). Они остаются в теле отливки, свариваясь с
ее металлом. При плохой свариваемости жеребейки с отливкой послед-
няя может не выдержать гидравлической пробы и дать в этом месте
течь. Поэтому применения жеребеек следует избегать в особенности
для ответственного литья, подвергающегося гидравлической пробе.
Для лучшей свариваемости с отливкой жеребейки не должны быть
заржавленными: ржавчина при нагреве жидким металлом выделяет
газы, что может повести к образованию вблизи жеребейки газовых
раковин. Поверхность жеребеек при хранении трудно сохранить чи-
стой, незаржавленной. Поэтому их, как правило, подвергают луже-
нию или омеднению.
Наиболее употребительные типы жеребеек показаны на фиг. 149.
Жеребейки а и б делают с двумя, четырьмя или с одной ножкой.
Для лучшей развариваемости в отливке жеребейка б снабжена нож-
ками с насечкой. Коробчатые жеребейки в, г, д, е, ж, з изготовляют
из листового материала, продырявленного для лучшей свариваемости
с отливкой и для более свободного протекания жидкого металла.
Жеребейки д и з имеют ножки, которыми они втыкаются в стенки фор-
мы при установке на наклонной или вертикальной поверхности
формы. Жеребейки других типов в этих случаях укрепляются на
месте при помощи шпилек, для чего в пластинках жеребеек имеются
отверстия,
214
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
На фиг. 149, и показана установка так называемых радиаторных
жеребеек, имеющих ножку и одну пластину. Жеребейку вставляют
в отверстие, имеющееся на модели радиатора, как показано на фигуре
Фиг. 149. Типы жеребеек:
а — з — жеребейки, устанавливаемые в формы при сборке; « — применение жеребеек радиа-
торного типа, устанавливаемых в формы при шбивке; / — модель; 2 — верхняя опока; 3 — нижняя
опока; 4 — жеребейка; .5 — поясок жеребейки; 6 — жестяная пластинка; 7 — стержень.
сверху, на определенный размер а. Пластинку жеребейки при фор-
мовке затрамбовывают землей. На эскизе внизу показана установка
стержня радиатора, опирающегося на такие жеребейки. На стержень
а)
Фиг. 150. Некоторые особые методы установки стержней в форме:
а — подвешивание стержня к верхней опоке; б — установка стержней
на знаках с обратным конусом.
кладут жестяные пластинки, в которые и упираются ножки жеребеек.
Жеребейки этого типа при формовке по металлическим моделям при-
меняют для многих деталей. Отверстия под жеребейки в теле модели
сверлят насквозь во избежание засорения землей. Чтобы жеребейка
вошла в такое отверстие только на толщину тела отливки, на ножке
ее делается поясок, высаженный при штамповке на требуемом рас*
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ
215
стоянии а от конца ножки. Жеребейки радиаторного типа широко
применяются для различных отливок, при машинной формовке
в литейных цехах массового и крупносерийного производства.
Кроме установки стержней на знаках и на жеребейках, приме-
няются, правда реже, и другие особые методы установки. К таким
методам относится, например, подвешивание стержня к верхней опоке
(к бруску, положенному на опоку, или крестовинам) за каркас
при помощи проволоки или при помощи болтов с гайками на концах
(фиг. 150, а). На фиг. 150, б показана форма для автотракторных
поршней со стержнями, затрамбованными при формовке и удержи-
вающимися в форме на знаках с обратным конусом. Стержни закла-
дывают при формовке в пустотелые модели. После выемки моделей
или съема опоки стержни остаются в форме.
2. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ
Основными методами изготовления стержней являются изготовле-
ние по ящикам и при помощи шаблонов. К процессу изготовления
стержней относятся также операции контроля, склейки и сборки
стержней.
Изготовление стержней по ящикам
Внутренние очертания стержневого ящика соответствуют кон-
фигурации стержня. Делается он сплошным или разъемным. В литей-
ных индивидуального литья стержневые ящики изготовляют из дере-
ва; для массового и крупносерийного литья применяют металличе-
ские ящики, обычно из алюминиевых сплавов. Изготовление в стер-
жневых ящиках (или «по ящикам») — наиболее часто применяющийся
метод изготовления стержней.
Части стержневого ящика взаимно центрируются при помощи
дюбелей (деревянные ящики) или специальных центрирующих шты-
рей (металлические ящики). На фиг. 151 показано устройство нере-
гулируемых а и регулируемых б центрирующих штырей для метал-
лических стержневых ящиков. Штырь укрепляется в одной (на фигуре
в нижней) половинке ящика, а втулка для него — в другой половинке
ящика. Регулируемый штырь можно подвертывать на резьбе в своем
гнезде для компенсации износа его и втулки. Закрепление штыря
производится нижней гайкой.
Центрирующие штыри следует так располагать на плоскости
разъема ящика, чтобы расстояние между ними было наибольшим.
В этом случае при наличии зазоров данной величины между шты-
рями и их гнездами снос одной половинки ящика относительно
Другой будет наименьшим.
Части ящиков в процессе формовки скрепляют скобами, струб-
цинками и клиньями. На фиг. 152 приведены примеры соединений
Для металлических стержневых ящиков.
Стенки алюминиевых ящиков, наиболее широко применяющихся
3 массовом производстве, имеют снаружи для усиления конструкции
216
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
ребра жесткости. Толщина стенок ящиков колеблется в пределах 6—
20 мм, а толщина ребер жесткости — в пределах 5—15 мм. На пло-
скости разъема к алюминиевому ящику привертывают тонкую сталь-
Фиг. ,151. Устройство нерегулируемого (а) и регулируемого (б)
штыря для центрирования металлических стержневых ящиков.
ную пластину для предохранения его от забоин (алюминиевое литье
обладает небольшой твердостью).
Фиг. 152. Соединения для половинок
металлических стержневых ящиков
с клиновой скобой (а), шарнирным
болтом с барашком (6) и шарнирной
скобой (в).
На фиг. 153 показана формовка простейшего цилиндрического
стержня по деревянному ящику, состоящему из двух половин.
Половинки ящика взаимно центрируются при помощи двух шипов
на их плоскости разъема. После соединения этих половинок и
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ
217
скрепления их струбцинкой ящик набивается землей с торца. Затем
по центру набитого стержня делается накол иглой, после чего ящик
ставится на сушильную плитку, осторожно обстукивается легким
деревянным молотком и разбирается, как показано на чертеже справа.
Готовый стержень на плите уносится в сушило.
Фиг. 153. Изготовление простейшего цилиндрического стержня.
На фиг. 154 показана конструкция фигурного стержня, поло-
винка деревянного ящика для его изготовления и готовый стержень.
Стержни простой формы, изготовленные из крепких глинистых
смесей, обычно можно осторожно выложить из ящика на плоскую
сушильную плиту без ис-
кажения и разрушения.
Слабые же стержни вы-
кладываются на песочную
постель или на фасонную
сушильную плиту.
На фиг. 155, а показан
способ выкладывания фа-
сонного стержня из ящика
на песочную постель. На
половинку ящика со
стержнем накладывают
деревянную рамку, затем
в нее насыпают до краев
сухой безглинистый песок
и сверху кладут сушиль-
ную плиту. После пере-
ворачивания всей системы
Фиг. 154. Изготовление фигурного стержня:
а — конструкция стержня; б — половинка стержневого
ящика; в — готовый стержень; / — проволочный каркас;
2 — восковой шнур.
яЩик и рамку снимают,
а стержень отправляют на песочной постели в сушило. На фиг. 156
показана последовательность операций при такой работе.
В литейных цехах массового производства вместо песочной постели
Для сушки фасонных стержней из малопрочных в сыром состоянии
смесей применяют фасонные металлические (из чугуна или алюминия)
сушильные плиты-изложницы, называемые также драйерами
(фиг. 155, б). Драйеры (фасонные) для мелких и средних стержней
°тливаются из чугуна толщиной 4—5 мм или из алюминия толщиной
4—7 мм. По всей их поверхности, как и на плоских сушильных
218
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
плитах, делают круглые отверстия для ускорения выхода влаги из
стержней при сушке. Для большей жесткости и устойчивости против
коробления драйеры и плиты делаются с ребрами. Относительно
половинки стержневого ящика драйер центрируется на штырях.
Стержень, как правило, опирается на фасонный драйер только своими
горизонтальными и слабо наклонными поверхностями. Вертикаль-
Фиг. 155. Выкладывание фи-
гурного стержня из ящика на
Песочную постель (а) и на
драйер (б).
Фиг. 156. Пример выкладывания фигур-
ного стержня на песочную постель:
а — стержень в половинке ящика; б — установка
рамки; в — стержень на песочной постели;
1 — рамка; 2 — стержень; 3 — постель.
ные и имеющие большой наклон поверхности драйера во избежание
задирания стержня делают с развалом или зазором 1—1,5 мм.
На фиг. 157, а показан неразъемный открытый алюминиевый
ящик с отъемными частями, или вкладышами, 2, а на фиг. 157, б —
стержень, выложенный на сушильную плиту, и направление стяги-
вания с него отъемных частей. Эта же фигура иллюстрирует часто
применяемый в металлических ящиках способ получения вентиля-
ционных каналов в стержне при помощи прутка /, выдергиваемого
наружу через стенку ящика после набивки стержня. Отверстия от
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ
219
прутка на боковой поверхности после сушки стержня заглушаются
пробками, изготовляемыми из стержневой смеси, или замазываются
специальной пастой. Для удобства удаления песка при очистке
гнезд под отъемными частями в стенке ящика рекомендуется
делать окна 3.
Фиг. 157. Изготовление стержня по ящику с отъемными
частями и шомпольной вентиляцией:
а — стержневой ящик; б — стержень на сушильной плите; / — вентиляцион-
ный пруток; 2 — отъемные части (вкладыши) ящика; 3 — окно для прочистки
гнезда под вкладышем.
Ящики для стержней сложной конфигурации, например, для
станочного литья, зачастую должны иметь большое количество отъ-
Фиг. 158. Деревянный вытряхной стержневой ящик и изготовление
стержня по нему:
1 — салазки для кантовки ящика.
емных частей. В таких случаях рекомендуется соединять эти части
?Целые отъемные стенки, окружающие весь стержень (фиг. 158).
'-'Тъемные стенки меньше подвергаются износу и перекосам, чем
ОтДельные небольшие вкладыши. Отъемные стенки врезают в ящик
с большими уклонами (обычно 10%), что обеспечивает свободное
220
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
выкладывание их на сушильную плиту вместе со стержнем. Такие
стержневые ящики называются в ытр я х н ы м и. Они широко при-
меняются в современных литейных цехах станочного литья.
Вытряхные ящики позволяют легко механизировать формовку
стержней, увеличивая при этом производительность стержневых
машин. Кроме того, при работе с вытряхными ящиками не требуется
таких высококвалифицированных стерженщиков, как при работе
с ящиками, имеющими отдельные отъемные части.
При формовке в ящиках стержней, склеиваемых из двух полови-
нок, чаще всего для образования на плоскости разъема вентиляцион-
ных каналов применяют вентиляционные плиты и рамки, наклады-
ваемые по штырям на ящик. Для получения вентиляционных каналов
в знаках стержня, расположенных в дне ящика, в последнем укреп-
ляют неподвижные конические штыри.
Изготовление стержней при помощи шаблонов
По шаблонам чаще всего изготовляют глиняные стержни на патро-
нах. На фиг. 159 показан служащий для этой цели станок и самый
процесс изготовления, или точки (обточки), стержня.
Станок представляет собой две чугунные стойки, в треугольные
вырезы которых кладется своими концами патрон стержня и при
Фиг. 159. Станок для заточки глиняных стержней на патронах:
/ — патрон; 2 — соломенный жгут; 3 — шаблон.
помощи рукоятки в них вращается. Для создания податливости
стержня на патрон 1 наматывают слой соломенного жгута 2 и затем
на жгут намазывают слой формовочной глины. Избыток ее счищается
при вращении патрона закрепленным на стойках шаблоном 3.
Для получения фасонной поверхности стержня применяют
соответствующим образом вырезанные шаблоны. Чтобы толщина
глиняного слоя получилась приблизительно одинаковой по всему
стержню, на патрон в некоторых местах навивают не один, а два-три
слоя жгута (фиг. 160).
методы Изготовления стержней
221
Изготовление стержня с применением протяжного шаб-
лона показано на фиг. 161. Стержень для колена трубы изготов-
ляется по половинкам. Каждая половинка шаблонируется на плите 1,
Фиг. 160. Конструкция точеного стержня:
/ — патрон; 2 — соломенный жгут; 3 — слой глины; 4 — шаблон.
Фиг. 161. Принцип изготовления стержня
при помощи протяжного шаблона:
/ — плита; 2 — протяжной шаблон; 3 — направляю-
щая рамка.
на которой она потом и сушится. На плите 1 предварительно набивают
вручную грядку земли, в которую закладывают каркас. Протяжной
шаблон 2, как показано на чертеже, передвигается по краю направ-
ляющей рамки 3 и соскребает лишнюю землю с формуемого полу-
стержня. После сушки поло-
винки стержня склеивают,
а при больших размерах
стержня связывают проволо-
кой за их каркасы.
Контроль и сборка стержней
Стержни, которые должны
иметь точные размеры, после
сушки необходимо подвер-
гать специальному контро-
лю, т. е. обмеру или про-
верке шаблонами. Примеры применения контрольных шаблонов
приведены на фиг. 162. Скобы, мерки и шаблоны для контроля стерж-
ней в массовом производстве должны конструироваться по прин-
ципу предельных калибров. Скобы и мерки, служащие
Для контроля стержня данного размера, должны иметь два конца,
причем один конец — проходной — должен соот-
ветствовать допустимому максимуму данного
Размера, а другой — непроходной — допусти-
мому минимуму. Комплект контрольных шаблонов в этом
случае также может состоять из двух — максимального, или проход-
ного, и минимального, или непроходного.
При контроле с помощью одного шаблона годность или негодность
стержня устанавливают по величине зазоров между стержнем и
шаблоном.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
Фиг. 162. Контроль размеров
стержней после сушки с помощью
шаблонов:
1 — шаблон; 2 — стержень; 3 — контроль-
ная плита.
Неточность размеров стержня получается вследствие того, что:
1) глубина ящика, а также (в меньшей степени) и другие размеры
с течением времени изменяются, так как плоскости разъема и полость
ящика постепенно изнашиваются;
2) сушильные плиты и драйеры коробятся;
3) стержень, * изготовленный из
малопрочных до сушки смесей, под
действием вибратора при выкладыва-
нии из ящика, равно как и от толч-
ков во время передачи в сушило,
может несколько осесть и получить
неправильную высоту;
4) объем стержня при сушке по-
разному изменяется в разных на-
правлениях.
При массовом производстве ав-
тотракторного литья стержни обычно
изготовляют из песчаных масс с орга-
ническими связующими веществами
преимущественно на стержневых
встряхивающих машинах. При этом
употребляют открытые с верхней сто-
роны ящики, а стержни сложной
конфигурации часто формуют по по-
ловинкам и после сушки их склеи-
вают. К стержням для такого литья
предъявляются высокие требования
в отношении точности. Поэтому для
получения полустержней, правиль-
ных по высоте, дают припуск 1—2 мм
по плоскости разъема ящика, а после
сушки зачищают их плоскости разъе-
ма в специальных кондукторах, сни-
мая лишний слой. Стержень полу-
чается правильной высоты. Кондук-
тор представляет собой чугунный
ящик с опорными поверхностями для
установки в нем стержня (фиг. 163). Высота кондуктора должна
быть точной, и поэтому к верхней плоскости его привертывают
стальную пластину, сменяемую!—2 раза в месяц. Скребки или ножи
для ручной зачистки (из серого чугуна) следует затачивать через
каждые 3—5 час. работы.
На фиг. 164 показан принцип механизированной зачистки стерж-
ней в кондукторах при помощи шлифовального круга, вращающегося
на вертикальном валу от мотора. На практике применяются зачистные
машины двух типов. Одни машины имеют неподвижный стол, на кото-
ром укрепляют кондуктор, а над столом на особой каретке по рельсам
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ
223
передвигается мотор со шлифовальным кругом. В машинах другого
типа кондукторы укрепляют на горизонтальном круглом враща-
ющемся столе, а мотор со шлифовальным кругом устанавливают
неподвижно. Шлифовальный круг с мотором или кондуктор пере-
ставляется по высоте для точной установки в зависимости от высоты
стержня. Машины второго типа более производительны.
Фиг. 164. Зачистка стержня в кондук-
торе на машине с шлифовальным кругом:
1 — шлифовальный круг; 2 — привод; 3 — стер-
жень; 4 — кондуктор.
Фиг. 163. Зачистка стержня в кондукторе вручную:
1 — кондуктор; 2 — стержень; 3 — нож.
Сухие стержни лучше склеивать в не совсем остывшем,, еще
горячем состоянии по выдаче из сушил во избежание вторичной
подсушки. Для получения клея разводят декстрин в горячей воде
до густоты жидкого клейстера. Для увеличения прочности склейки
в декстриновый клей полезно
добавлять муку, тальк, глину
и маршалит. При склеивании
сухих стержней в холодном
виде с последующей подсушкой
в клей вводят до 8—10% чер-
ного графита (по объему). До-
бавка графита улучшает проч-
ность склейки и, кроме того,
предохраняет клей от перегора-
ния при подсушке. По данным
Харьковского тракторного за-
ВоДа (ХТЗ) наибольшая проч-
ность склейки чисто декстрино-
вым клеем получается при подсушке склеенных стержней при 105—
И0°, для клея с графитом —при 200°. Вместо декстрина в целях
Удешевления можно применять сульфитный раствор удельного
Весв не ниже 1,3. Как и в декстриновый клей, в него добавляют
мУку, тальк, глину, маршалит и графит.
По данным И. Б. Куманина рекомендуется следующий состав
^лея для стержней: 100 вес. частей сульфитной барды уд. веса 1,27—
1’30, 125 вес. частей глины и 30 вес. частей воды. Сульфитная барда
м<>жет быть заменена другими водорастворимыми связующими мате-
224
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
риалами. Замазка для заделки швов и выбоин на стержнях реко-
мендуется следующего состава: 60% по весу песка К140/200, 25%
чешуйчатого (серебристого) графита и 15% глины.
Склеивание стержней — медленная и кропотливая операция.
Для ускорения и упрощения ее применяется ряд приспособлений.
Для нанесения клея на сложные стержни можно применять особый
шприц. Однако для больших стержней он не подходит, так как дает
слишком узкую полоску клея. На фиг. 165 показан принцип устройства
Фиг. 165. Принцип действия при-
способления для нанесения клея
приспособления для быстрого и точ-
ного нанесения клея на большие
стержни. Клей (раствор декстрина
или сульфитного щелока с глиной)
наливают в бак, в котором при по-
мощи рычага может подниматься и
опускаться шарнирно укрепленный
штамп в виде рамки, наносящий клей
на стержень, положенный на особые
выступы в баке. Таким образом,
одним движением рычага клей нано-
сится на всю поверхность стержня в
тех местах, где он должен быть на-
ложен, без заливки вентиляционных
каналов. При употреблении описан-
ия стержни: ного приспособления важно подоб-
/ — стержень; 2 — бак с клеем; 3 — штамп. рать ПОДХОДЯЩУЮ Густоту Клея, ТВК
как слишком жидкий клей стекает
с рамки, а слишком густой облепляет рамку и ложится на стер-
жень слишком толстым слоем. По данным литейной ХТЗ, приспо-
собление это лучше работает с сульфитным клеем; при работе с
декстриновым клеем вся рамка залепляется пленкой, что нарушает
работу приспособления.
При спаривании всырую двух половин стержня, набитых в двух
половинах металлического стержневого ящика, часто применяют
следующий прием. На разъем нижней половины ящика перед ее
набивкой накладывают по штырям стальную пластину толщиной 2—
3 мм, имеющую прорези по очертанию стержня, но более узкие, чем
стержень. После набивки полустержня пластину снимают и на этот
полустержень в ящике накладывают вторую половину ящика с наби-
тым в ней вторым полустержнем и прижимают или простукивают
молотком. Половинки стержня при этом прочно соединяются. Такой
метод особенно пригоден при спаривании мелких фасонных стержней
в многогнездных ящиках.
В конвейерных литейных массового автотракторного литья в целях
упрощения, ускорения и повышения точности сборки литейных
форм для сложных отливок практикуется предварительная
сборка стержней в комплекты и последующая уста-
новка в форму этих комплектов. Для большей точности сборка
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ
225
таких комплектов часто производится в особых конду кторах
со взаимным скреплением собранных стержней в комплекте путем
заливки легкоплавким сплавом (фиг. 166).
При сборке стержней в комплекты без кондукторов контроль
ведется с помощью шаблонов. В качестве примера на фиг. 167 изоб-
ражены две стадии сборки стержневого комплекта для головки
блока трактора ХТЗ и метод проверки правильности сборки при
помощи специальных фасонных шаблонов (цифрами обозначены
номера стержней). Вверху изображен наполовину собранный, а внизу
Фиг. 166. Сборка комплекта стержней
в кондукторе со скреплением их с по-
мощью заливки легкоплавкого сплава:
а — схемы соединительных каналов; б — сборка
комплекта стержней в кондукторе.
Фиг. 167. Сборка комплекта стерж-
ней для головки блока трактора
ХТЗ. Цифрами обозначены номера
стержней в порядке их установки
при сборке:
а — жеребейка.
готовый стержневой комплект. Весь комплект собирают на основном
стержне /, имеющем вид угольника. Предварительная сборка стерж-
ней в подобные сложные узлы, проводимая в стержневом отделении,
при сложном литье значительно ускоряет и облегчает сборку формы
и способствует получению более точного литья.
Кроме проверки правильности сборки стержневых узлов, точность
отливки обусловливается еще возможностью проверки правильности
сборки формы. Это в особенности относится к сложному тонкостен-
ному литью. Чтобы можно было проверить правильность положения
стержней в форме в процессе ее сборки, форма должна быть сконструи-
рована таким образом, чтобы вокруг каждого поставленного в нее
стержня можно было видеть толщину стенки отливки.
Проверку положения стержней в форме лучше всего вести при
Помощи особых контрольных кондукторов или шаблонов, которые
Должны иметь базу на металлической строганой плоскости разъема
Аксенов 1956
226
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
опоки. На фиг. 168 показана проверка правильности установки
стержней с помощью шаблонов 3 и 4 при сборке формы для восьми-
цилиндрового блок-картера двигателя Дизеля.
Готовые стержни после контроля подаются на склад стержней,
а затем в формовочное отделение на сборку. Мелкие стержни для
Фиг. 168. Контроль правильности установки стержней при сборке
сложной формы:
1 — форма; 2 — стержень; 3 и 4 — контрольные шаблоны.
транспорта следует тщательно и плотно укладывать в ящики. Если
они лежат в ящике беспорядочно и неплотно, то при транспорти-
ровании трутся друг о друга и теряют правильные размеры и кон-
туры. Стержни сложной конфигурации следует укладывать в ящики
со специальными гнездами, которые для предотвращения осыпания
стержней обивают войлоком.
Применение сырых стержней
Стержни, как правило, подвергаются сушке, но в некоторых слу-
чаях ставятся в формы в сыром состоянии. Сырой стержень, разу-
меется, также должен противостоять давлению жидкого металла,
часто весьма значительному. Для вкладывания сырых стержней
в опоку применяют специальные приемы.
Приведем пример из практики Московского автозавода имени
Лихачева. На фиг. 169 показана схема формовки картера маховика
с сырым стержнем (болваном), а на фиг. 170 — порядок операций
при сборке такой формы. Формовка картера маховика с сырым стерж-
нем осуществляется на трех встряхивающих машинах: двух для
набивки нижней и верхней опок и одной с поворотным столом для
набивки стержня. Разъем формы делается по лапам (фиг. 169).
После того как стержень набит (положение а на фиг. 170), снимают
верхнюю половину ящика и вместо нёе ставят на ящик набитую
нижнюю опоку (положение б). Опоку накрывают подопочным щит-
ком, закрепляют его, поворачивают стол машины и снимают ящик
(положение в). После этого накрывают форму набитой верхней опокой.
На фиг. 171 показана форма тракторных поршней ХТЗ-СТЗ
с сырыми стержнями (завод «Красный профинтерн» в Одессе). Стерж-
ни устанавливают на уширенные конические знаки в гнезда, расто-
ченные в особом чугунном поддоне, который затем накрывают набитой
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЁРЖНЕЙ
227
Фиг. 169. Форма для картера маховика грузового автомо-
биля с сырым стержнем.
9
Фиг. 170. Сборка формы картера маховика грузового автомобиля с сырым
стержнем:
а — сырой стержень в ящике; б — на стержень накрыта нижняя опока и наложен
подоночный щиток; в —после переворачивания комплекта и снятия стержневого ящика.
15*
228
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
верхней опокой. Стержневой ящик имеет два гнезда для одновремен-
ной формовки пары стержней и разнимается по вертикальной пло-
скости (по оси стержней). Для установки сырых стержней, набитых
в ящике, последний на съемных штырях ставят на поддон, половинки
ящика отодвигают в стороны, стержни же остаются на поддоне уста-
Фиг. 171. Форма для тракторных порш-
ней с сырыми стержнями:
1 — земля формы; 2 — фильтровальная сетка;
3 — опока; 4 — поддон; 5 — литниковая система.
новленными в его гнездах на
знаках.
Применение сырых стержней
там, где это возможно по усло-
виям их прочности, дает воз-
можность ускорить и удешевить
технологический процесс полу-
чения отливок.
3. МАШИННАЯ ФОРМОВКА
СТЕРЖНЕЙ
Методы машинной формовки
стержней
Изготовление стержней на
машинах производится следую-
щими методами: 1) на мунд-
штучных машинах; 2) методом
прессования; 3) встряхиванием;
4) формовкой с помощью песко-
мета; 5) пескодувным методом.
Перечисленные методы во мно-
гом аналогичны методам машин-
ной формовки опок, и соот-
ветственно служащие для них
стержневые машины во многих
случаях аналогичны и даже со-
вершенно идентичны формовоч-
ным машинам. Из специфиче-
ских методов формовки, применимых только для стержней, имеются
два: метод изготовления стержней на мундштучных машинах и
метод прессования стержней.
Для прямых стержней с постоянным сечением (круглым, оваль-
ным, многоугольным и др.), изготовляемых из глинистых смесей,
применяют метод выжимания стержневой массы через
мундштук соответствующего сечения. Выходящий из мундштука
стержень после сушки разрезается на куски требуемой длины. Чаще
всего этот метод применяется для изготовления круглых стержней
небольшого диаметра, обычно в пределах 20—100 мм. Конусные
знаки таких стержней затачивают после сушки на особых станочках
с наждачным камнем или с ножевой головкой.
МАШИННАЯ ФОРМОВКА СТЕРЖНЕЙ
229
Выжимание стержневой массы через мундштук производится
с помощью винта или путем выталкивания поршнем. Винтовая
мундштучная машина, подобно мясорубке, выжимает стержневую
массу через мундштук при помощи винта. И винты, и мундштуки
делают сменными для разных диаметров стержней. Выталкивающая
мундштучная машина выталкивает стержневую массу из мундштука
при помощи поршня, имеющего возвратно-поступательное движение.
Поршни и мундштуки также делают сменными для стержней разных
размеров.
Фиг. 172. Метод изготовления круглых стержней на мундштучной
машине:
/ — резервуар со стержневой смесью; 2 — мундштук; 3 — поршень; 4 — привод; 5 — игла.
На фиг. 172 изображена формовка стержня на выталкивающей
стержневой машине. Стержневая масса, загружаемая в полость 1
машины, выжимается из нее через мундштук 2 при помощи поршень-
ка 5, который перемещается вправо и влево при помощи привода 4.
При каждом движении поршенька влево он выталкивает из мундштука
стержень. С помощью неподвижной иглы 5 в стержне формуется
вентиляционный канал. Сырой стержень принимается на сушиль-
ную плиту, находящуюся перед мундштуком машины, и на ней
сушится, а после сушки разрезается на куски требуемой длины.
Мундштуки и поршни у машины можно ставить разных размеров для
получения прямых стержней диаметром от 20 до 50 мм. Производи-
тельность такой формовки составляет 10—12 пог. м стержней в^час
при ручном приводе машины.
Для мелких фасонных массовых стержней применяют метод
прессования (фиг. 173). Стержень прессуют в ящике, состоя-
щем из двух половинок. Чтобы насыпать в нижнюю половинку
яЩика необходимое количество земли, применяют наполнительную
рамку в виде доски с прорезью по форме стержня. Эту доску кладут
па ящик (положение а) и после наполнения его землей снимают (поло-
жение б).
На каждой половинке ящика по очертанию стержня имеются
Канавки, служащие для приема излишка земли при прессовании
230
ИЗ ГОТОВ Л Е11И г: СТЕ РЖ 11Е и
г)
в)
Фиг. 173. Метод изготовления стержней прес-
сованием:
а — установка наполнительной рамки на нижнюю поло-
винку ящика; б — насыпание стержневой смеси в ниж-
нюю половинку ящика; « — прессование; г —готовый за-
прессованный стержень перед выкладыванием его из
нижней половинки стержневого ящика.
стержня и обеспечения полного соприкосновения обеих половин
ящика. Прессование осуществляется нажатием верхней половины
ящика на нижнюю. После прессования (положение в) верхнюю поло-
винку ящика поднимают
(положение г), а стержень
затем выкладывают из
нижней половинки обыч-
ным путем на драйер.
Стержневые ящики для
мелких прессуемых стерж-
ней обычно изготовляют
на много гнезд.
Наиболее распростра-
ненным методом машинной
формовки стержней в на-
стоящее время является
формовка их путем
встряхивания.
Встряхивание приме-
няется для изготовления
средних и средне-крупных
стержней. Крупные стерж-
ни имеют сложную внутренюю конструкцию с коксовым заполне-
нием и чаще всего формуются вручную. Стержни или половинки их,
Фиг. 174. Методы установки арматуры в ящике при изготовлении
стержней пескодувным процессом:
1— стенка ящика; 2 — каркас; 3 — трубка; 4 — душник.
формуемые на встряхивающих машинах, в положении набивки
должны иметь плоскую верхнюю поверхность, и ящик должен быть
МАШИННАЯ ФОРМОВКА СТЕРЖНЕЙ
231
открытым сверху. Пример такого ящика был приведен на фиг. 157.
Изготовление стержней встряхиванием широко применяется в авто-
тракторостроении и других отраслях среднего машиностроения.
формовка стержней с помощью пескометов применяется
при массовом и крупносерийном производстве. Для этого применяются
стационарные пескометы с вращающимися каруселями, на которых
устанавливаются стержневые ящики. Смеси обычно употребляются
песчаные, на крепителях. Формуют таким методом средние и средне-
крупные стержни. Применяемые пескометы те же, что и для формовки
опок.
Изготовление стержней пескодувным процессом широко
распространяется в настоящее время и имеет перспективы стать
превалирующим методом машинной формовки мелких и средних стер-
жней. Пескодувным методом получаются стержни любой сложности.
Принципы размещения вдувных отверстий и вент были рассмотрены
выше, при разборке пескодувного процесса. При установке арматуры
в ящике, набиваемом на пескодувной машине, также применяются
специальные методы, показанные на фиг. 174. Если каркасом служит
трубка (фиг. 174, а), то концы еефиксируются в знаках двумя скал-
ками. После набивки стержня скалка вытягивается наружупо стрел-
ке М. Таким образом может быть укреплен и каркас из проволоки
(фиг. 174, б). Иногда для поддержания каркасов приходится уста-
навливать в ящике специальные подставки под концы каркаса
(фиг. 174, в). Отверстия, получающиеся в стержне от подставок,
заделывают после сушки стержня стержневой смесью или вклеива-
нием особых стерженьков — пробок.
являются
комбини-
Выбор типа стержневых машин
Наиболее распространенными в наших литейных цехах
встряхивающие стержневые машины. Обыкновенно они
руются с механизмом перекидного стола, с помощью которого стержни
извлекаются из ящика и выкладываются на сушильную плиту.
Встряхивающие стержневые машины делаются как ручные, так и
пневматические. Из них предпочтительнее последние.
На встряхивающих машинах изготовляются стержни преиму-
щественно средних и средне-крупных размеров типа большинства
стержней для авто-тракторостроения и авиа-моторостроения в мас-
совом и крупносерийном производстве, обыкновенно по металличе-
ским ящикам. Ящики для формовки на встряхивающих стержневых
машинах должны быть открытыми, с плоской верхней стороной.
Допускается, но нежелательно, применение отъемных частей (вкла-
Дьнней). Установка проволочной и другой арматуры в стержни при
формовке на встряхивающих машинах не встречает затруднений.
Применение заполнения внутренности стержней коксовой мелочью
или гарью затруднительно, хотя и возможно, путем установки
ящик при встряхивании модели этой заполняемой гарью полости
232
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ
с последующим извлечением модели и засыпкой гарью с заделкой
стержневой смесью.
Формовка стержней на встряхивающих машинах хотя и обеспе-
чивает достаточную равномерность уплотнения стержней (при под-
трамбовке верхних слоев смеси в ящике), но не может считаться
прогрессивной ввиду сравнительно невысокой производительности
труда. Гораздо более высокую производительность, примерно, вдвое,
дает метод формовки стержней на пескодувных машинах. Этот метод
применим как для средних и средне-крупных, так и для мелких
стержней в условиях как массового и крупносерийного производства
в металлических стержневых ящиках, так и в условиях индиви-
дуального и мелкосерийного производства в деревянных стержневых
ящиках.
Помимо высокой производительности труда, пескодувный
метод формовки дает хорошо уплотненные стержни повышенной
газопроницаемости, имеющие «продутые» поры между зернами песка
потоком сжатого воздуха в процессе изготовления на машине. Песко-
дувные стержневые машины сочетаются с механизмами штифтового
съема и протяжки, а также с кантовальными устройствами, дающими
возможность механизации извлечения стержней из ящика.
Прогрессивным методом изготовления средних и средне-крупных
стержней в условиях массового и крупносерийного производства
является также формовка их под пескометом. Производительность
труда здесь также достигается достаточно высокая. Качество уплот-
нения получается весьма равномерным и высоким. Пескометы при-
меняются стационарного типа, с каруселью.
Прессование стержней пригодно только для мелких стержней,
так как при более массивных стержнях уже отрицательно сказывается
слишком большая неравномерность степени уплотнения по сечению.
Стержневые ящики для таких мелких стержней делаются металли-
ческими и многогнездными, что ограничивает применимость ме-
тода прессования областью массового и крупносерийного произ-
водства.
Прессовые стержневые машины обычно снабжаются поворотной
плитой для переворачивания нижней половины стержневого ящика
с готовыми запрессованными стержнями и наложенным на нее
драйером. Кроме того, они имеют механизм штифтового подъема для
приема стержней на драйере после переворачивания поворотной
плиты.
Метод изготовления стержней на мундштучных машинах огра-
ничивается номенклатурой прямых стержней постоянного сечения
(обычно круглых), изготовляемых из глинистых смесей, так как
смеси песчаные (на крепителях) мало прочны до сушки и стержни
из них рассыпаются при выталкивании их из мундштука на сушиль-
ную плиту. По той же причине — недостаточной сырой прочности—
данным методом не изготовляют стержней диаметром меньше 20 леи.
Верхний предел диаметра — порядка 100 мм — обусловливается
МАШИННАЯ ФОРМОВКА СТЕРЖНЕЙ
233
тем, что для более крупных сечений уже требуется простановка кар-
касной проволоки и, кроме того, нужен не один, а минимум два вен-
тиляционных канала, что затруднительно осуществить на мундштуч-
ной машине. .
ЛИТЕРАТУРА
1. Аксенов П. Н., Балабин В. В., Мар иенбах Л. М., Раби-
нович Б. В., Рубцов Н. Н., Фанталов Л. И., Технология литейного
производства, т. 1, Машгиз, 1946.
2. С т е б а к о в Е. С., Модельно-опочный инвентарь, Энциклопедический
справочник «Машиностроение», т. 6, Машгиз, 1948.
ГЛАВА V
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Методы формовки и изготовления стержней, применяемые при
производстве данной литой детали, являются теми главными момен-
тами, которые в основном определяют и характеризуют весь комплекс
технологических процессов отливки данной детали. В этой главе
рассматривается проектирование литейной технологии при подго-
товке производства на заводе и соображения, которыми при этом
руководствуются. На основе разработанного технологического про-
цесса изготовляется модельный комплект и вся технологическая
оснастка и направляется в литейный цех для выполнения заказа.
Основной задачей при проектировании литейной технологии
является выбор для данной детали и данной серийности наиболее
рациональных методов производства в условиях данного завода,
обеспечивающих высокие технико-экономические показатели про-
изводственного процесса и необходимые эксплуатационные качества
литых деталей.
При оценке тех или иных методов литейной технологии, выби-
раемой для данной детали, необходимо учитывать не только затраты
и стоимость получения отливок в литейном цехе, но также объем
механической обработки отливок и стоимость ее. Во многих случаях
уменьшениезатратв механическом цехе вследствие уменьшения объема
или изменения характера механической обработки литых деталей
в несколько раз превышает те дополнительные затраты в литейном
цехе, которые вызваны применением более совершенных технологи-
ческих процессов.
1. РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ОТЛИВКИ
Отливка отличается от готовой детали тем, что на ней должны
быть предусмотрены литейные (формовочные) уклоны и припуски
на механическую обработку. Если на отливку не разрабатывается
особого чертежа, то указания об уклонах и припусках на обработку
делаются технологом на синьке литой детали.
Литейные уклоны
Чтобы облегчить вынимание модели из формы, стенки модели,
перпендикулярные к плоскости разъема формы, делают с укло-
ном. Если внутрення полость отливки образуется при формовке
РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ОТЛИВКИ
235
сырым болваном, то внутреннюю поверхность модели также делают
с уклоном и даже несколько большим, чем уклон наружной поверх-
ности, потому что съем болванов труднее. Чтобы стержни легко выни-
мались или выкладывались из ящика, поверхности их, перпендику-
лярные к разъему ящика, также должны иметь уклоны.
Величину уклона измеряют либо углом наклона стенки к вер-
тикали и в таком случае выражают в градусах, либо тангенсом
этого угла, который выражается в процентах.
Величина уклона зависит от высоты стенки, материала модели
и от метода формовки. Металлические модели имеют более гладкую
поверхность и поэтому изготовляются с меньшими уклонами, чем
деревянные модели. Для машинной формовки, при которой модель
вынимается механически, нужны меньшие уклоны, чем для ручной
формовки, при которой модель хотя и сильно расталкивается, но
вынимается из формы вручную или при помощи крана, не строго
вертикально и не так плавно, как на машине. В табл. 26 приведены
предусмотренные ГОСТ 2670-44 конструктивные уклоны на отливках
и соответствующие им углы.
Таблица 26
Конструктивные уклоны на отливках и соответствующие им углы
наклона стенок к вертикали для различной высоты стенок
по ГОСТ 2670-44
Уклон Угол наклона стенки Высота стенок в мм
1
5 11°30' До 25
1 5°30'
10 25—500
1 о°
20 о
1
50 1° Свыше 500
Необходимые минимальные литейные, или формовочные,
Уклоны, установленные ГОСТ 3213-46, приведены в табл. 27. В слу-
чае обрабатываемых вертикальных стенок (перпендикулярных пло-
скости разъема формы) уклон дается всегда в плюс, т. е. дополни-
тельно, сверх припуска. Также в плюс дается уклон, если стенка
°тливки не обрабатывается, но имеет толщину меньше 8 мм. При
толщине необрабатываемой стенки 8—12 мм уклон дается в плюс —
Минус пополам, а при толщине стенки свыше 12 мм — в минус, если
высота стенки до 100 мм, и в плюс — минус, если она более 100 мм.
236
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 27
Формовочные уклоны на отливках и соответствующие им углы наклона стенок
к вертикали для различной высоты стенок по ГОСТ 3213>46
Высота стенки в мм Металлические модели (машинная формовка) Деревянные модели (ручная и машинная формовка)
Формовочные ; уклоны не более
Уклон в мм Угол наклона стенки | Уклон в мм Угол наклона стенки
До 20 1 3° 1 3°
21—50 1 1°15' 1,5 1°30'
51—100 1.5 0°45' 2 1°15'
101—200 2 0°30' 2,5 0°45'
201—300 2.5 0°30' 3 0°30'
301—500 3 0°30' 4 0°30'
501—800 — 5 0°30'
801—1000 — — 6 0°30'
1001—1200 — — 6 0°30'
Св. 1200 — — 8 0°30'
Припуски на механическую обработку
Припуски на механическую обработку даются на всех обраба-
тываемых поверхностях отливки. Величина припуска зависит от
положения поверхности при отливке, метода формовки и чистоты
обработки поверхности, а также от величины отливки и самой обра-
батываемой поверхности.
При машинной формовке, ввиду большей точности литья, припуски
на обработку даются меньшие, чем при ручной формовке. Наиболь-
шие припуски предусматриваются для поверхностей, которые при
заливке обращены вверх, так как они больше всего засоряются
неметаллическими включениями. Поверхности же, обращенные вниз,
получаются чище и на них даются уменьшенные припуски на обра-
ботку. Согласно ГОСТ 1855-55 припуски на механическую обработку
для отливок из серого чугуна определяются по табл. 28.
Приведенные в табл. 28 нормы припусков относятся к боковым
и нижним поверхностям отливок. Для верхних поверхностей отливок
при массовом и серийном производстве припуск на обработку берется
по следующей группе таблицы, а для индивидуального производ-
ства — согласно принятому технологическому процессу.
По приведенной табл. 28 определяются припуски для всех обра
батываемых поверхностей отливок из серого чугуна за исключением
сопряженных отверстий, т. е. таких, положение которых на отливке
связано гарантированными размерами с другими отверстиями илг
обрабатываемыми поверхностями. Для таких сопряженных отверстий
даются увеличенные припуски, согласно тому же ГОСТ, по табл. 29
РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ОТЛИВКИ
237
Отверстия в отливках серого чугуна могут не выполняться
в литье, если их диаметр не превышает 20 мм при массовом,
30 мм при серийном и 50 мм при индивидуальном производстве.
Таблица 28
Припуски на механическую обработку для отливок из серого чугуна
по ГОСТ 1855-55
(для всех случаев, кроме сопряженных отверстий)
Наименьший размер Группа припусков
Массовое производство Серийное производство Индивидуальное производство
отливки в мм Наибольшие припуски в мм
Простые Сложные Простые Сложные Простые Сложные
отливки отливки отливки отливки отливки отливки
До 100 2 2 3 3 3 4
Св. 100 до 200 2 3 3 4 4 5
, 200 w 300 2 3 3 5 5 6
. 300 , 500 3 4 4 6 6 8
, 500 , 800 3 5 5 7 7 9
„ 800 . 1200 4 6 6 8 8 10
, 1200 . 1800 5 7 7 9 9 11
.1800 , 2600 6 8 8 10 10 12
. 2600 , 3800 — -г- 9 11 11 14
„ 3800 . 5400 — — 10 12 12 . 16
Св. 5400 — — 12 14 14 18
Таблица 29
Припуски на механическую обработку для сопряженных отверстий в отливках
из серого чугуна
по ГОСТ 1855-55
Наибольший размер отливки в мм Наибольшие припуски в мм для групп
Массовое производство Серийное производство Индивидуальное производство
До 100 3 4 5
Св. 100 до 200 4 5 6
„ 200 , 300 5 6 7
, 300 , 500 6 7 8
„ 500 . 800 7 8 9
, 800 . 1200 8 9 10
. 1200 . 1800 9 10 12
. 1800 , 2600 10 12 14
„ 2600 . 3800 — 14 16
/3800 . 5400 — 16 18
Св. 5400 • - 18 20
23S
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 30
Припуски на механическую обработку для отливок из углеродистой стали
при машинной формовке
по ГОСТ 2009-55
Размер отливки в мм Положе- ние поверх- ности отливки при за- ливке Ширина отливок в мм
До 100 101—200 201—300 301—400 401—500 501-600 601—800 801-1000 1001—1250 | 1251-1500
До 200 Верх, 6 6
низ, бок 4 5
От 201 до 300 Верх, 6 6 7 — — — — — — —
низ, бок 4 5 5 — — — — — — —
„ 301 , 400 Верх, 7 7 8 8 — — — — — —
низ, бок 5 6 6 6 — — — — — —
» 401 , 500 Верх, 7 8 8 9 9 — — — — —
низ, бок 6 7 7 7 7 — — — — —
, 501 , 600 Верх, 8 8 9 10 10 10 — — — —
низ, бок 6 7 7 7 7 7 — — — —-
» 601 „ 800 Верх, 8 8 9 10 11 11 11 — — —
низ, бок 7 7 7 7 7 7 8 — — —
„ 801 „ 1000 Верх, 9 10 11 И 12 12 12 12 — —
низ, бок 7 7 7 7 8 8 8 9 — —
, 1001 „ 1250 Верх, 10 11 12 12 13 13 13 14 15 —
низ, бок 7 8 8 8 8 9 9 9 10 —
„ 1251 и более Верх, 11 11 12 12 13 14 14 15 15 15
низ, бок 8 8 9 9 9 10 10 10 11 11
Нормы припусков на обработку для отливок из углеродистой
стали по ГОСТ 2009-55 приведены в табл. 30 и 31. При отливке тел
вращения малой высоты за оба габаритных размера следует прини-
мать диаметр.
Рекомендуемые припуски на обработку для нижних и боковых
поверхностей отливок из сплавов цветных металлов приведены
в табл. 32. Для верхних поверхностей припуски по табл. 32 следует
увеличивать на 25—30%.
Для отливок ковкого чугуна нормальные припуски на обработку
обычно колеблются в пределах 1,5—3,5 мм в зависимости от величины
отливки и рода обрабатываемой поверхности.
Приведенные выше нормы припусков дают приемлемые для
практики результаты, но для массового литья имеют тот недостаток,
что не учитывают расположения базовых поверхностей относительно
данной обрабатываемой поверхности. Для поверхностей, располо-
женных в одной опоке с базой или образуемых одним и тем же стерж-
нем, что и база, следовало бы давать меньшие припуски, чем для
поверхностей, расположенных в другой опоке или образуемых другим
стержнем по отношению к базе, так как в первом случае снос обраба-
тываемой поверхности относительно базы исключен.
РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ОТЛИВКИ
239
Таблица 31
Припуски на механическую обработку для отливок из углеродистой стали
при ручной формовке
по ГОСТ 2009-55
размер отливки в мм Положе- ние поверх- ности отливки при за- ливке Ширина отливок в мм
До 100 101—200 201—300 | 301-400 1 1 401-500 1 § 1 § § 1 § 0001—108 1 1001-1250 1 1251-1500 1 1 1501-1800 | 1 1801—2300 | | 2301-2800 1 1 2801—3500 | 1 3501-5000 1 1 Более 500о1
До 200 Верх, 7 7
низ, бок 6 6 — — — — — — — — — —
От 201 до 300 Верх, 7 8 9
низ, бок 5 6 6
, 301 . 400 Верх, 8 8 9 10
низ, бок 6 7 7 7
. 401. . 500 Верх, 8 9 10 И 11
низ, бок 7 8 8 8 8
, 501 . 600 Верх, 9 10 10 11 11 11
низ, бок 7 8 8 8 8 8
, 601 . 800 Верх, 9 10 И 12 12 12 12 — —
низ, бок 8 8 8 8 8 8 9
, 801 . 1000 Верх, 10 11 12 12 13 13 13 13
низ, бок 8 8 8 8 9 9 9 10
. 1001 . 1250 Верх, 11 12 13 13 14 14 15 15 16
низ, бок 8 9 9 9 9 10 10 10 и
. 1251 . 1500 Верх, 12 13 13 13 14 15 15 16 16 16
низ, бок 9 9 10 10 10 11 11 11 12 12
. 1501 . 1800 Верх, 12 13 14 14 15 15 15 16 17 17 18
низ, бок 9 10 10 10 10 И 11 12 12 12 12
, 1801 . 2300 Верх, 14 14 14 15 16 17 17 18 18 18 19 19 — — — —
низ, бок 10 10 11 11 12 12 13 13 13 13 14 14 — — — —
.2301 . 2800 Верх, — 15 15 16 17 18 19 19 20 20 22 22 23 — — —
низ, бок — 11 12 12 12 13 13 13 14 15 15 15 15 — — —
.2801 , 3500 Верх, — — 16 17 18 19 20 20 21 22 22 23 24 25 — —
низ, бок — — 12 12 13 13 14 14 14 15 15 16 16 16 — —
.3501 . 5000 Верх, — — 18 19 20 21 22 22 23 24 25 25 25 26 27 —
низ, бок — — 12 13 13 14 15 15 15 16 17 18 18 18 18 —•
5001 и более Верх, — — — 20 21 22 22 23 23 24 25 25 26 27 28 28
низ, бок — — — 13 14 15 16 16 16 17 18 18 18 19 19 20
Допуски на размеры и вес отливок
Основными причинами отклонения размеров отливок от чертежа
являются следующие.
Залитый в литейную форму металл при затвердевании и охлажде-
нии уменьшается в объеме, т. е. даетусадку. Величину усадки
заранее компенсируют тем, что модель изготовляют несколько боль-
ших размеров, чем размер будущей отливки по чертежу, т. е. заранее
Дают на все размеры отливки припуск на усадку.
240
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 32
Припуски на механическую обработку для отливок из сплавов цветных металлов
Наибольший размер отливки в мм Группа припусков
Массовое произ- водство Серийное произ- водство Индивидуальное производство
Наибольшие припуски в мм
Простые отливки Сложные отливки Простые отливки Сложные отливки Простые отливки Сложные отливки
До 200 200—300 300—500 500—800 800—1200 1200—1800 1800—2600 2600—3800 3800—5400 Св. 5400 2 2 3 3 4 4 5 2 2 3 4 5 5 6 2 2 3 4 5 5 6 7 8 9 3 4 5 5 6 7 8 9 10 12 3 4 5 5 6 7 8 9 10 12 4 5 6 7 8 9 10 11 13 16
Этот припуск дается в зависимости от величины линейной усадки
сплава, измеряемой в процентах по отношению к размерам отливки.
Так, если линейная усадка сплава равна 1 %, то для получения длины
охлажденной отливки в 1 м отпечаток в форме, а значит и модель
должны иметь длину 1 м+1 % от 1 м, т. е. 1,01 м, или 1010 мм. При
изготовлении моделей припуски на усадку находят либо при помощи
так называемых усадочных таблиц, составленных для разных раз-
меров и процентов усадки, либо при помощи усадочного метра. Уса-
дочный метр длиннее обыкновенного на величину усадки и разделен
на свои усадочные миллиметры. Усадочные метры делаются для ли-
нейной усадки от 1 до 2,5% через каждые 0,25%.
Однако компенсация усадки путем изготовления моделей (и стерж-
невых ящиков) по усадочному метру с определенным процентом
усадки не всегда достигает цели, потому что в действительности
усадка отливки неравномерна. Величина усадки
металла или сплава зависит от скорости охлаждения металла в форме,
и в тонких стенках отливки усадка численно другая, чем в массив-
ных стенках. Кроме того, в сложных отливках, вследствие взаимной
связанности стенок и частей отливки, одни из них тянут при усадке
другие части и стенки, препятствуя свободной их усадке. Торможение
усадки происходит также вследствие механического сопротивления
частей литейной формы и стержней. Коробление отливки при затруд-
ненной усадке ведет к искажению ее размеров и конфигурации.
Поэтому при освоении новых сложных отливок, в особенности
(ля массового и крупносерийного производства, по изготовленным
РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖЕЙ ОТЛИВКИ
241
новым моделям и стержневым ящикам отливают пробные отливки,
подвергают их тщательному обмеру и механической обработке и
производят длительную доводку конфигурации и размеров моделей
и ящиков, последовательно добиваясь получения более точных
отливок.
В некоторых случаях на отдельные черновые размеры отливок
в тех местах, где не предусматривается механическая обработка,
но по техническим условиям требуются жесткие допуски, приходится
давать специальные припуски, которые компенсируют неточный
учет величины усадки отливки. Такие припуски носят название
гар анти йных^ Так, в отдельных случаях на внутренней стороне
обода крупных стальных шестерен, маховиков и т. п. дают дополни-
тельные припуски («пополнения») на случай, если усадка окажется
меньше ожидаемой. Эти пополнения, или гарантийные припуски,
должны лежать в пределах допускаемых по ГОСТ отклонений чер-
ных размеров отливок, приведенных в табл. 33—36.
Второй причиной отклонения размеров отливок от чертежа
является расталкивание моделей перед выемом их из формы. Это
расталкивание при ручной формовке может быть иногда весьма су-
щественным, что может значительно увеличить размеры (главным
образом толщину стенок) отливки и ее вес. Применение вибраторов
дает очень малое расталкивание моделей. Так, по некоторым данным
расталкивание металлических моделей при машинной формовке
не превышает 0,2—0,3 мм для моделей размером до 500 мм и 0,5—
0,75 мм для крупных моделей размером 1—2,5 м. Вибраторы реко-
мендуется применять не только для машинной, но и для ручной фор-
мовки, укрепляя их на подъемах, вставляемых в модели при выеме.
Третья причина отклонения отливок от их геометрии по чертежу—
это неточности сборки литейной формы. Так, при сборке форм слож-
ных отливок, в особенности в условиях мелкосерийного и индиви-
дуального производства, практикуется припиловка знаков стержней,
весьма часто ведущая к искажению размеров отливок. Припиливать
стержни приходится в основном потому, что деревянные ящики, по
которым они изготовляются, а также и деревянные модели быстро
коробятся и теряют свою точность.
Поэтому для обеспечения большей точности сложных ответствен-
ных отливок, даже при небольшой серии, следует применять метал-
лические модели и стержневые ящики. Желательно также вести
сборку стержней по металлическим фиксирующим вставкам (фиг. 175),
вделываемым в сопрягаемые стержни, производя размещение таких
вставок от баз механической обработки отливок.
Неточности при сборке формы происходят также вследствие
Неточности и главным образом износа штырей и втулок на опоках.
°поки следует периодически проверять и изношенные штыри и втулки
заменять новыми. Возможность сноса верхней опоки относительно
нижней из-за зазора в штырьевых парах следует учитывать при
выборе разъема литейной формы, о чем будет сказано ниже.
Аксенов 1956
242
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
При сборке сухих литейных форм земляная набивка верхней
опоки часто неплотно ложится на разъем нижней опоки вследствие
Фиг. 175. Пример сборки стержней в форме по металлическим фикси-
рующим вставкам:
/ — 8 — центровые куски; 9 — стержень водяной рубашки; 10 — металлические балки;
11 — центрирующие отверстия; 12 — центрирующие дюбели; 13 — тело стержня.
искажений, полученных при отделке. Поэтому для обеспечения
плотности прилегания на разъеме заранее делают вокруг полости
Таблица 33
Допускаемые отклонения в размерах отливок из серого чугуна
по ГОСТ 1855-55
Измеряемый размер отливки в мм Класс точности
1-й (массовое производство) 2-й (серийное производство) З-й (индивидуальное производство)
Наибольшие допускаемые отклонения в мм
+ — 1 + 1 + —
До 100 1 1 1,5 1 2 1
Св. 100 до 200 1 1 2 1 2 2
, 200 , 300 1 1 2 1,5 3 2
, 300 , 500 1,5 1 3 2 4 3
. 500 , 800 2 1 4 2 5 3
. 800 , 1200 3 1,5 5 3 6 4
, 1200 . 1800 4 2 6 4 8 5
, 1800 » 2600 5 3 8 5 10 6
, 2600 » 3800 — — 10 6 12 8
, 3800 , 5400 — — 12 'В 15 10
, 5400 — — 15 10 20 15
РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖЕЙ ОТЛИВКИ
243
Таблица 34
Допускаемые отклонения в весе отливок из серого чугуна
по ГОСТ 1855-55
Вес отливки в кг Наибольшие допускаемые отклонения по весу в °/0
Класс точности
1-й (массовое производство) 2-й (серийное производство) З-й (индивидуаль- ное производство)
До 100 5 8 10
Св. 100 до 1000 4 6 10
я 1000 3 5 8
Таблица 35
Допускаемые отклонения в размерах отливок из углеродистой стали
по ГОСТ 2009-55
Измеряемый размер отливки в мм Класс точности
1-й (массовое производство) 2-й (серийное производство) З-й (индивидуальное производство)
Наибольшие допускаемые отклонения в мм
+ 1 - 1 + 1 - 1 + 1 -
До 100 1 1 2 1 3 2
Св. 100 до 200 1 1 2 1 4 2
я 200 „ 300 1 1 3 2 4 3
я 300 „ 500 1,5 1 3 2 5 3
я 500 „ 800 2 1 4 2 6 4
я 800 „ 1200 3 2 5 3 7 5
я 1200 „ 1800 4 2 6 4 9 6
я 1800 я 2600 5 3 8 5 12 8
я 2600 я 3800 6 4 10 6 14 10
я 3800 я 5400 8 6 12 8 16 12
я 5400 10 8 15 10 20 16
формы канавку, в которую укладывают перед накрытием опок
Уплотняющий валик из вязкой глины. Так как глины кладут с неко-
торым избытком, то при заливке вокруг отливаемой детали образуется
залив. Этот залив, или облой, потом при обрубке обламывают и обру-
бают, но размеры отливаемой детали в направлении, перпендикуляр-
ном к плоскости разъема формы, получаются увеличенными. Для
компенсации этого увеличения размеров крупных отливок на ряде
заводов дают отрицательные припуски на моделях в на,
правлении, перпендикулярном к плоскости разъема формы.
16*
244
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Наконец, отклонение размеров и формы отливки от чертежа может
получиться и при термической обработке ее. Изменение размеров
и формы отливки при термообработке также должно учитываться
при доводке модельного комплекта при освоении новой отливки.
В табл. 33 приведены нормы на допускаемые отклонения в разме-
рах, а в табл. 34 — в весе отливок серого чугуна по ГОСТ 1855-45.
В табл. 35 и 36 даны аналогичные нормы для отливок из углеродистой
стали по ГОСТ 2009-55.
Таблица 36
Допускаемые отклонения в весе отливок из углеродистой стали
по ГОСТ 2009-55
Вес отливки в кг Наибольшие допускаемые отклонения по весу в °/0
Класс точности
1-й (массовое производство) 2-й (серийное производство) З-й (индивидуаль- ное производство)
До 100 б 8 10
Св. 100 до 1000 5 7 10
, 1000 4 6 8
Из сопоставления приведенных в табл. 33 и 35 данных с нормами
точности механически обработанных деталей можно установить,
что точность размеров, получаемых в литье в обычные земляные
формы, приблизительно находится между 8-м и 9-м классами точ-
ности по стандартам для механически обработанных деталей.
2. ВЫБОР РАЗЪЕМА И ГАБАРИТОВ ФОРМЫ И СТЕРЖНЕЙ
Правильный выбор поверхностей разъема для форм и стержней
чрезвычайно важен в отношении получения годной отливки и должен
быть увязан с технологическим процессом обработки данной детали
на металлорежущих станках, в особенности при массовом производ-
стве. На практике нередки случаи ликвидации массового брака отли-
вок путем изменения разъема форм или стержней.
Положение детали при заливке
Основное соображение, которым руководствуются при располо-
жении детали в литейной форме при заливке, заключается в полу-
чении чистых сторон детали, подвергающихся механической обра-
ботке. Неметаллические загрязнения —шлак, газы, песок и пр. —
легче жидкого металла и всплывают в нем кверху, собираясь на тех
поверхностях отливки, которые в положении заливки являются
верхними («смотрят вверх»). Боковые же поверхности отливок,
ВЫБОР РАЗЪЕМА И ГАБАРИТОВ ФОРМЫ И СТЕРЖНЕЙ
245
и в особенности нижние стороны, получаются чистыми, свободными
от неметаллических включений.
По указанной причине большинство толстостенных цилиндров
двигателей, компрессоров и других машин заливают в вертикальном
положении. Однако формовка таких деталей более удобна с горизон-
тальным их разъемом по оси цилиндров. Поэтому чаще всего подоб-
ные детали формуются горизонтально, а затем форма кантуется
и устанавливается для заливки вертикально.
Из других соображений- при выборе положения детали при за-
ливке можно назвать следующие.
Не рекомендуется иметь большие горизонтальные плоскости
детали, образуемые в верхней опоке. При заполнении формы жидким
металлом на таких плоскостях нередко образуются специфические
дефекты отливок, называемые ужиминами (подробнее см. главу
о литейном браке).
Положение детали при заливке должно быть таким, чтобы было
обеспечено заполнение формы жидким металлом и правильное пита-
ние усадки отливки в процессе затвердевания. Для литья из сплавов,
имеющих большую усадку (например, сталь), это соображение часто
является решающим и определяет положение детали при заливке.
Линия разъема формы или модели для крупных и сложных отли-
вок обусловливается чаще всего конфигурацией отливки. Для мел-
кого же и среднего литья можно наметить несколько вариантов разъ-
ема. В таком случае при выборе наиболее целесообразного разъема
надо руководствоваться следующими основными соображениями.
1. Плоскость разъема формы должна позволить свободно извлечь
части модели при формовке, по возможности без применения отъемных
частей, без подрезки и наружных стержней. Желательно, чтобы форма
имела одну плоскость разъема, а в случае машинной формовки это
является обязательным. Выбранный разъем должен позволять
свободный доступ во внутреннюю полость формы для отделки и сборки
формы.
2. Следует стремиться к тому, чтобы отливка формовалась с мини-
мумом стержней, а сырые болваны были расположены в нижней опоке.
Чем меньше стержней, тем меньше надо стержневых ящиков,
тем меньше стоимость изготовления самих стержней, проще и быстрее
сборка формы.
При съеме верхней опоки с модельной плиты сырые болваны
часто разрушаются, если они слишком слабы, или же отрываются
и остаются на модели, если они слишком плотно набиты. В нижних
опоках, которые при машинной формовке чаще всего формуют так,
что модельная плита вынимается из них кверху, болваны получаются
лучше, потому что во время вытяжки модели они оказываются не
навесу. Низший предел диаметра сырого болвана, формуемого по
металлической модели, равен 15—20 мм при отношении высоты
к диаметру не более 1,0. При большем диаметре брдв^на этд отно-
шение может быть доведено до 1,5.
246
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
3. При безопочной формовке желательно, чтобы вся отливка
или большая ее часть располагалась в нижней опоке. Верхняя
опока при этом получается более низкой и ее легче снимать с модель-
ной плиты.
4. Во избежание брака отливок по перекосу, или сносу части
отливки, находящейся в верхней опоке, относительно части отливки,
находящейся в нижней опоке (вследствие изношенности штырей
и втулок опок), желательно всю отливку располагать лишь в одной
из опок. Если же этого достичь не удается, то следует в одной опоке
помещать непременно и поверхность, служащую базой для механиче-
ской обработки, и обраба-
тываемую часть отливки.
Фиг. 176. Схема формовки
пробки:
а — неправильно; б — правильно;
1 — квадратный прилив (база);
2 — обрабатываемая поверхность;
3 - болван.
Фиг. 177. Схема формовки крышки огнетуши-
теля:
а — неправильно; б — правильно.
Схема формовки пробки, иллюстрирующая сказанное, изображена
на фиг. 176. Базой для механической обработки цилиндрической
пробки является квадратный прилив /, служащий для зажима пробки
в приспособлении. Обработка сводится к нарезке резьбы на внешней
поверхности 2. При разъеме, показанном слева, база и обрабатыва-
емая поверхность находятся в разных опоках. При сносе опок база
может получить настолько значительный эксцентриситет относительно
поверхности 2, что при обработке получится с одной стороны чер-
нота (данного припуска нехватит), и отливку забракуют. При распо-
ложении базы и обрабатываемой поверхности в одной опоке, как
показано на фигуре справа, такой брак получиться не может. Снос же
болвана 3, образующего облегчение в пробке, не имеет значения,
так как образуемая им поверхность не обрабатывается.
На фиг. 177 слева показана форма для крышки огнетушителя
(завод Пожарогас в Одессе), дававшая большой брак по сносу обра-
батываемой внутренней поверхности, образуемой стержнем, относи-
тельно базы обработки — квадратного прилива, находящегося в дру-
гой опоке. Способ формовки, изображенный справа, целиком устра-
няет этот брак,
ВЫБОР РАЗЪЁМА И ГАБАРИТОВ ФОРМЫ И СТЕРЖНЕЙ
247
Выбор контуров и разъема стержней
При назначении контуров и разъемов стержней надо принимать
во внимание следующие основные соображения:
1. Стержни должны иметь достаточную прочность и устойчивость
при их изготовлении и заполнении формы металлом. Следует избе-
гать применения жеребеек при установке стержней в форме, в осо-
бенности для ответственных отливок, подвергающихся при приемке
гидропробе.
2. Стержневой ящик должен иметь удобную плоскость набивки.
Следует стремиться к тому, чтобы стержни со стороны набивки были
плоскими и имели относительно большую площадь для возможности
сушки их на плоских плитах. Полость стержневого ящика со сто-
роны набивки должна быть максимально раскрыта, не должна по
возможности иметь поднутрений для избежания необходимости
в^отъемных частях ящика.
3. Следует по возможности избегать склейки стержней, так как
цельные стержни получаются более точными.
4. Следует избегать применения литых каркасов (рамок) для
стержней, заменяя их сборными из сортового железа, а в более
мелких стержнях — проволочными.
5. Вентиляционные каналы стержней должны сходиться с вен-
тиляционными каналами в форме, которые уже выводят газы из
формы наружу. В соседних спариваемых стержнях вентиляционные
каналы должны совпадать концами и взаимно продолжаться.
6. Для ответственного и сложного литья, независимо от серий-
ности заказа, следует применять металлические стержневые ящики
и машинную формовку стержней для достижения постоянной их
точности и отказаться от применения для вентиляции стержней
восковых фитилей и гари, заменяя их шомпольной вентиляцией.
Установку стержней в формы при сборке следует для такого литья
производить с предварительной узловой сборкой отдельных стержней
в комплекты и установкой таких уже готовых комплектов в форму.
При этом сборку стержней желательно производить по металли-
ческим центрирующим вставкам, о чем упоминалось ранее. При уста-
новке стержней в форму, при сложной сборке, должна быть обеспе-
чена возможность контроля сборки с помощью кондукторов,
шаблонов и щупов.
Определение габаритов формы
По размерам формуемой детали и в зависимости от выбранной
плоскости разъема формы и числа деталей в опоке устанавливают
внутренние габаритные размеры опок. При раскладке деталей по
опокам мелкие и частично средние детали располагают по несколько
Штук в опоке. При этом должно быть учтено расположение и размеры
литниковой системы. При формовке крупного литья необходимо
сообразоваться с грузоподъемностью имеющихся в цехе кранов
248
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОИ ТЕХНОЛОГИИ
При машинной формовке следует учитывать пределы размеров опок,
которые можно поместить на те или иные машины, а также подъемную
силу встряхивающих формовочных машин.
Минимальные внутренние размеры опок получаются путем при-
бавления к габаритным размерам модели с литниковой системой
некоторых расстояний а, Ь и с до боковых стенок опок и до нижней
и верхней плоскостей формы (фиг. 178). Расстояние а до боковых
стенок опок от тела отливки или модели берется для мелких опок
30—50мм, для средних — 50—100лм<идля крупных — 100—150мм.
То же расстояние, но не от тела модели, а от стержневого знака
до боковой стенки опоки берется от 0 до 50 мм. Расстояние Ь до
нижней плоскости формы от модели берется для мелких опок 40—
60 мм, для средних — 60—120 мм и для крупных — 100—150 мм,
а то же расстояние, но от знаков стержней/берется в пределах 20—
120 мм. Расстояние с до верхней плоскости формы от модели берется
как расстояние Ь, а то же расстояние от стержневых знаков берется
в пределах 50—120 мм. Если в опоке формуется несколько мелких
Таблица 37
Длина и ширина опок в мм
по ГОСТ 2133-43
ВЫБОР РАЗЪЕМА И ГАБАРИТОВ ФОРМЫ И СТЕРЖНЕЙ
249
30—
и вы-
не менее
массивных
Фиг. 178. Установление габаритов
формы.
Таблица 38
дета-
раскладке
или средних деталей, то расстояние между ними в плоскости разъема
формы должно быть не менее 15—20 мм для тонкостенных и неглу-
боких отливок и ‘ ол
50 мм — для более
соких отливок.
Найденные при
лей размеры опок следует округлять
до ближайших размеров согласно
принятым на данном заводе норма-
лям или до ближайших размеров по
ГОСТ 2133-43 (табл. 37 и 38)
При формовке нескольких дета-
лей в одной форме и тесном их рас-
положении на плоскости разъема
следует произвести проверку, не
сможет ли вес верхней полуформы
(G кг) п груза (Q кг) об давить остав-
шуюся площадь земляной набивки
на разъеме формы. Эту площадь зем-
ляной набивки, воспринимающую
Длина и высота опок в мм
по ГОСТ 2133-43
Длина Высота
50 75 100 125 150 175 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
300 X X X X X
350 X X X X X X
400 X X X X X X X
450 X X X X X X
500 X X X X X X X
600 X X X X X X X X
700 X X X X X X X X
800 X X X X X X X X
900 X X X X X X X X X
1000 X X X X X X X X X
1100 X X X X X X X X X X
1200 X X X X X X X X X X X
1400 X X X X X X X X X X
1600 X X X X X X X X X
1800 X X X X X X X X
2000 X X X 2^ X X X X
2200 X X X X X X X
2400 X X X X X X X
2500 X X X X X X X X X X х X
2750 X X X X X X х X X X X X
3000 X X X X X X X X X X X X
3500 X X X X X X X X X X X X
4000 X X X X X X X X X X X X
4500 X X X X X X X X X X X X*
5000 X X X X X X X X X X X X
250
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
суммарный вес G + Q, можно найти как разность между плошадью
опоки F см2 и суммой площадей f0 см2 отливок по разъему в коли-
честве п штук, формуемых в опоке, плюс площадь f г см2 литнико-
вой системы на разъеме формы. Получаемое на этой оставшейся
G + Q
неиспользованной площади разъема удельное давление
не должно превышать для сырой формы 0,25 кг/см2. Такой расчет
следует производить в случаях безопочной и почвенной формовки.
3. СТЕРЖНЕВЫЕ ЗНАКИ
Размеры стержневых знаков
При слишком малых размерах стержневых знаков может полу-
читься смятие поверхности формы, а отсюда снос стержня и непра-
вильная толщина стенок отливки. Слишком же большие знаки отни-
мают много места в опоке, что ведет к ненужному увеличению габа-
ритов формы, перерасходу трудовых затрат и формовочных мате-
риалов.
При установке в формы стержневые знаки нагружаются силами
веса стержней. Однако силы всплывания стержней, с которыми
стержни при заливке формы выпираются кверху жидким металлом,
обыкновенно в несколько раз превосходят вес стержней. Поэтому
размеры стержневых знаков необходимо рассчитывать по усилиям
всплывания стержней.
Если — реакция на данном знаке от силы всплывания стержня,
то площадь опорной поверхности знака F можно найти как частное
R
—, где
м
Величина
<зСм — прочность земляной набивки формы на смятие.
асм Для сырых форм берется не свыше 0,3—0,4 кг!см2.
Практически размеры знаков принимаются по нормативам, учиты-
вающим не только прочность формы на смятие, но и устойчивость
стержней. Ниже приводятся некоторые из таких нормативов по ГОСТ
и по заводским данным.
Сборочные зазоры в знаках
Для сборки формы необходимо наличие зазоров в знаках между
стержнем и формой, а также между соприкасающимися сопрягае-
мыми стержнями, так как практически нельзя проставить стержень,
знак которого сделан с формой «ноль в ноль», без зазора. Принятые
нормативы зазоров построены по системе вала, при которой знак
стержня имеет номинальный размер (в соответствии с размером
отверстия отливки), а знак модели делается увеличенным. При та-
кой системе отверстия в отливках получаются более точными.
На фиг. 179 показан вертикальный цилиндрический стержень,
цмеющий верхний и нижний конические знаки, а на фиг. 180 —
СТЕРЖНЕВЫЕ ЗНАКИ
251
горизонтальный цилиндрический стержень, имеющий длину L между
своими двумя знаками. В табл. 39 и 40 приведены данные о размерах
знаков таких стержней и величине сборочных зазоров в знаках по
ГОСТ 3606-47 для металлических моделей и стержневых ящиков.
По другим данным нижний знак вертикального цилиндрического
стержня делается с углом наклона образующей конуса 5°, а верх-
ний знак 10°. Для шаблонной работы по глине оба знака имеют
io'+is'
Фиг. 179. Размеры знаков Фиг. 180. Размеры знаков и сборочные зазоры
и сборочные зазоры верти- горизонтального цилиндрического стержня:
кальнОГО цилиндрического а и g _ варианты конструкции знаков стержня; в — знак
стержня. модели.
угол наклона образующей конуса 10°. Высота нижнего знака hH
при D = 10—150 мм и L до 500 мм берется в пределах от 10 до 70 мм.
высота верхнего знака для стержней тех же размеров берется от 10
До 50 мм.
Более короткий и с большим конусом верхний знак цилиндриче-
ского вертикального стержня позволяет более уверенно накрывать
верхнюю опоку при сборке формы. Нередко при значительном числе
таких стержней в одной опоке они делаются совсем без верхних знаков,
причем длина стержней делается такой, что между ними и набивкой
верхней опоки остается небольшой зазор. Образующиеся над тор-
цами стержней тонкие заливы легко обламываются при обрубке,
отливок. Зато при накрывании верхней опоки на нижнюю исклю-
чается опасность перекоса стержней.
Канавка шириной с в торце нижнего знака служит для предотвра-
щения попадания под опорную поверхность стержня песка, случайно
содранного при установке стержня. Кромки формы z по окружностям
знаков рекомендуется закруглять радиусом до 3—5 мм.
252
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Знаки горизонтальных цилиндрических стержней делают без
всякой конусности, цилиндрическими. Торцы знаков модели делают
с уклонами, что облегчает выни-
мание модели из формы. Торцы
стержня либо также делают с укло-
нами, если стержень формуется в
ящике с разъемом по оси стержня,
либо очерчиваютторец перпендику-
лярно оси стержня, если послед-
ний формуется в цельном ящике
или с поперечным разъемом. Раз-
меры а X b предохранительного
пояска против обжима кромки
формы и уплотнительной канав-
ки г приведены в таблице.
Знаки фасонных (не цилиндри-
ческих) стержней рекомендуется
делать с боковыми гранями и торцами, имеющими наклон а к вер-
тикали от 3 до 10°. Зазоры а и Ь в знаках таких стержней (фиг. 181)
Таблица 39
Размеры знаков и зазоров вертикальных цилиндрических стержней
по ГОСТ 3606-47
Номиналь- ный диа- метр отвер- стия от- ливки D и знака стержне- вого ящика D& Допускае- мое откло- нение по Диаметр знака модели DM hg и hH при $1 r = c
Номи- нал Допускае- мое откло- нение 4- bl t" II N3 II сл
мм
10 8 10 10 13
20 | —од | +0.1 12 15 20 12/25 I — —
30 15 20 25 15/35
40 20 25 20/35 20/45
50 С<5 20 30 20/40 20/55 J 1 2,5
60 —0,15 + in 1 25 25/35 25/45 25/65
70 25 25/40 25/50 25/70
80 || 25 25/45 25/55 25/80 | 2 4
100 30 30/50 30/60 30/90
120 30 30/55 30/70 30/100
150 | —0,2 | +0.2 35 35/60 30/75 35/110 } 3 5
200 35 35/65 35/80 35/110
300 —0,3 +0,3 40 40/65 40/80 -r— I 5 7 R
500 —0,5 +0,5 50 50/65 — — 15
СТЕРЖНЕВЫЕ ЗНАКИ
253
Таблица 40
Размеры знаков и зазоров горизонтальных цилиндрических стержней
по ГОСТ 3606-47
Номинальный диаметр от- верстия отливки D и знака стержневого ящика £>я Допускаемое отклонение по Dx Диаметр знака мо- дели D Длина знака ящика 1я при Длина знака модели $1 а b с г а*
Номинал 1 Допускаемое отклонение 1 bl г- OJ М bl Г4 II сл 1 Ма 1 Мб
мм
10 8 10 12 15 1 — — — — 5
20 | —0,1 j +0,1 12 15 18 20 1 — — — — 5
30 15 18 20 25 1 — — — — 5
40 20 20 25 30 1 5 0,5 — — 5
50 20 25 30 35 1 5 0,5 — — 5
60 • - 0,15 +0,15 30 30 35 40 2 5 0,5 20 2,5 5
80 см со 30 35 40 50 со со со 2 5 0,5 20 2,5 5
100 + 35 40 45 60 + + 3 5 0,5 20 2,5 5
120 45 50 55 70 3 8 1,0 30 5 3
150 j—0,2 II | +0,2 50 60 70 90 II II 4 8 1,0 30 5 3
200 * Q 65 75 90 НО ч *•*» X 4 8 1,0 30 5 3
250 80 95 105 — 4 8 1,0 55 6 3
300 | —0,3 | +о.з 95 ЦП 125 — 4 12 1,0 55 6 3
350 110 125 145 — 5 12 1,5 90 7,5 2
400 120 140 — — 5 12 1,5 90 7,5 2
450 | —0,5 | +0,5 135 160 — — 5 12 1,5 90 7,5 2
500 150 180 — — 5 12 1,5 90 7,5 2
Таблица 41
Рекомендуемые величины зазоров в знаках стержней в мм
Размер сечения знака в мм Класс точности отливок
1-й (массовое производство) 2-й (серийное производство) З-й (индивидуаль- ное производство)
До 20 0,3 0,6 0,8
21—50 0,4 0,8 1,2
51-100 0,6 1,1 1,7
101—250 0,8 1,5 2,3
251-500 1,0 1,8 3,0
501-1000 1,2 2,2 4,0
1001—2000 1,5 2,4 4,5
можно брать по данным табл. 41. В этой таблице за основной раз-
мерный параметр знака взят размер сечения знака, равный для
2В4 Проектирование литейной технологии
круглого сечения его диаметру, для полукруглого сечения 2/3 его
диаметра и для прочих форм сечения полусумме основных габарит-
ных размеров (^например, В для фиг. 181). На торцах знаков
в верхней опоке дают больший зазор, чем в нижней опоке, и часто
располагают его на конус, с уширением к плоскости разъема формы
(«с напуском»), как показано на фиг. 181 справа.
4. ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ОТЛИВОК
Нанесение основных технологических указаний на синьке литой
детали
Первым этапом в разработке технологического процесса изготов-
ления отливки является нанесение на синьке литой'детали техноло-
Фиг. 182. Пример нанесения на синьке детали (фундаментной рамы)
технологических указаний для изготовления модельного комплекта.
гических указаний для модельного цеха. Эти указания обычно нано’
сятся цветными карандашами (фиг. 182).
На чертеже должен быть указан разъем формы синим каранда-
шом с надписями «верх» и «низ». Плоскости разъема модели и стерж-
невых ящиков также должны быть указаны синими линиями.
Отъемные части модели обводятся желтым карандашом с выносом
ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
255
стрелки и надписью ОЧМ № . Все стержни нумеруются в порядке
простановки их в форму при сборке. Синим карандашом должны быть
указаны границы стержней, стержневые знаки с простановкой их
Таблица 42
№
Марка завода
Дата
Технические условия на изготовление
модельного комплекта
Наименование отливки К изделию Заказчик
Фундаментная рама
2
2
Общие
данные
Марка
металла
Годовой
заказ
в шт.
Чистый
вес по
чертежу
в кг
Черный
вес
в кг
Вес лит-
ников и
прибылей
в кг
Вес
жидкого
металла
на форму
в кг
s
2
1
2
3
900
974
46
1020
16
С Ч 12-28
Усадка
в %
Нормальная
Затруднен-
ная
0,7
Отрицательные при-
пуски по внешнему
контуру модели
Уклоны модели
Конструк-
тивные
Зазоры между зна-
ками модели и зна-
ками стержневых
ящиков
По 3 мм
на сторону
Гарантийные при-
пуски (черновые)
Подъемы
2 шт. плас-
тинчатые
5
6
7
4
Отрицательные при-
пуски по разъему
формы
Галтели
По нормали
8
Дополнительные указания
размеров и величины сборочных зазоров. При шаблонной формовке
на чертеже детали указывают профили шаблонов, обводя их желтой
линией. Припуски на механическую обработку указываются цифро-
выми обозначениями размера припуска в миллиметрах над знаками
обработки и, кроме того, красным карандашом в масштабе обво-
дится граница припуска,а в разрезе тело припуска штрихуется крас-
ным же карандашом. Все отверстия, пазы и углубления на детали,
Которые не должны отливаться, зачеркиваются красным каран-
дашом на чертеже детали. В разрезе все заливаемые отверстия
Штрихуются красным карандашом подобно припускам на механи-
256
ПРОЕКТИРОВАНИЕ литейной технологии
ческую обработку. Величина отрицательного припуска по разъему
формы указывается на чертеже синим карандашом над номинальным
размером детали со знаком минус. Гарантийные припуски указы-
Таблица 43
Опись модельного комплекта
№ по пор. Наименование Коли- чество Материал Примечание
1 Модель 1 Дерево —
2 Стержневые ящики 4 —
3 Шаблон для заточки стержня . . . — — —
4 Шаблон для заточки формы . . . — — —
5 Шаблон для заточки болвана . . . — — —
6 Отъемные части модели 1 Дерево —
7 Модели литниковой системы . . . 2 —
а) Питатели 4 я Нормаль А
табл, а, № rij
б) Шлакоуловители 2 Нормаль А
табл, б, № п2
в) Сетки-филвтры — — —
г) Зумпфы — 1
д) Стояки 2 Дерево Нормаль А
табл, в, № п3
е) Чаша или воронка — — Нормаль А
табл, г, № П\
8 Выпоры 2 Дерево —
9 Прибыли 1 ™У*ие h 1 открытые — —
10 Шаблоны для проверки стержней Мерительная
11 Шаблоны для проверки формы . . — рейка
12 Мерки для установки шаблона на 1 Дерево
шпиндель — — —
13 Модели рамок к стержням .... 2 Дерево См. чертеж
14 Модели холодильников 1 —
15 Подмодельная доска 1 - —
16 Модельные плиты — — —
Составил Проверил Нач. отд. Гл. металлург завода
Фиг. 182а. Эскиз отливки (к табл. 44)
Аксенов 1956
Таблица 44
Технологиче:кая карта на изготовление и заливку формы (фиг. 182, а и 1 83)
1 Утверждаю: Гл. инженер завода
Марка завода Технологическая карта на изготовление и заливку формы № Дата
1. Общие данные Наименование отливки К изделию Заказчик
Фундаментная рама
№ заказа № чертежа № модели Чистый вес по чертежу в кг Черный вес в кг Вес прибылей и литников в кг Вес жидкого металла на форму в кг Годовой заказ в шт. Марка металла № шихты № режима термо- обработки
900 974 46 1020 16 СЧ 12-28 — —
2. Технические условия , Химический состав в °/0 Механические свойства Пробный брусок
С SI Мп Р S °шах °ь f нВ Размер в мм Количество
3,4—3.6 2,2—2,4 0.6—0,8 0,3—0,4 0,1—0,12 12 28 2 143—229 300 3
Гидравлическое испытание Дополнения
Не подвергается
3. Способ формовки Вручную По-сырому В почве Дополнения: формуется в парных опоках по модели
По-сухому В опоках
На машине Тип № :
ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
5
Продолжение табл. 44
Наименование Материал Коли- чество Приме-! чание Наименование Материал Коли- чество Примечание
4. Модельный комплект Модель Дерево 1 Прибыли — —
Шаблон — — Холодильники Чугун 8
Стержневые ящики Дерево 4 Контрольные шаблоны Дерево 1 Мерительная рейка
Модельные плиты — — Под модельные доски Дерево 1
5. Приспособления X х о с О Назначение опок Размеры в свету в мм Количество № чертежа Объем уплотнен- ной земли в м3
Длина Ширина Высота
Верхняя 1400 1000 850 1 0,46
Промежуточная — — — — —
Нижняя 1400 1000 350 2 0,60
Прочие приспособления № по пор. Наименование Количество Материал Размеры № чертежа — эскиза Приме- чание
1 Крючки для крепления стержня в верхней опоке 4 Ст.2 0/6 ММ —
2 Подкладки для стержней 4 Дерево Толщина 85 мм —
3 Мерительные рейки 2 Дерево Толщина 45 мм —
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТВИНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
6. Формовочные смеси № по пор. Назначение смеси Толщина слоя в мм № смеси Окраска формы № краски 7. Сушка формы Части формы № । режима Способ сушки Длитель- ность в час. Темпе- ратура макси- мальная в вС
До сушки После сушки
1 Облицовочная для низа 60 1—3 Мг 2 — Верх № 1 В камерном сушило 10,0 250
2 Одлицовочная для верха 40 1—3
№ 2 Низ № 1 То же 10,0 250
3 Наполнительная — 1—2
8. Сборка формы № шаблонов — — — — — 9. Прошпиловка формы и стержней № стержней — — —
№ стержней, устанав- ливаемых по шаблону — — — — Зоны стержня А Б в
Чистота шпиловки — — —
Количество стерж- ней в комплекте Порядок сборки стержней по №
Размеры шпилек — — —
До супйси После 1-й сушки После 2-й сушки Зоны формы А Б в
Частота — — —-
10 шт. № 1; За; 16; 1в; 1г; 5; 5а № 2; 2а; 3* и 4* —
Размеры шпилек
* Стержни № 3 и 4 установить при сборке в нижнюю форму на подкладки толщиной 85 мм. Проверить тело рейкой толщиной 45 мм* Затем стержни крепить болтами к верхней опоке.
ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Продолжение табл. 44
10. Литниковая система Элементы Питатели Шлакоуло- вители Стояки 11. Наростки Выпоры | Прибыли] Чаши (воронки)
Количество
Общее количество в шт. 4 2 2 2 | - |
Размеры кожухов
Суммарное сечение в см2 22 24 28
- 1 - 1
№ по нормали завода
№ по нормали
—- | — |
12. Крепление и загрузка формы Наименование Количество № или размер Примечание Уход за фор- мой 13. Заливка формы Количество ковшей 1
Емкость ковшей в т 2
Хомуты 4 025 Заливка из крано- вого ковша —
Количество стопоров —
Болты — —
Диаметр стакана —
Скобы - — Температура заливки в СС 1320—1340
Г рузы Общий вес — Время остывания в час. 20
14. Расчет- ные нормы времени Наименование операци й Формовочное отделение Выбивка опок
Набивка Отделка Сборка | Итого
Нормы времени в час. Разряд 2,7 3—4 2,3 4 2.6 5 7,6 1.2 3
Составил Проверил Нач. отд. Гл. металлург завода
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИЙ
ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
261
Таблица 45
Технологическая карта на изготовление стержней (фиг. 184)
Утверждаю: Гл. инженер завода Дата 19 — год.
Технологическая карта на изготовление стержней д^,а
1. Общие данные Наименование отливки | К изделию | Заказчик
Фундаментная рама | |
№ заказа № чер- тежа № модел Чистый вес по а чертежу в кг Чер- ный вес в кг Вес при- былей и литников в кг Вес жидкого металла на форму в кг Годо- вой заказ в шт. Марка металла
900 1974 1 46 1 1020 16 I СЧ 12-28
'2- I Стерж- ни № 1 2 1 1 3 1 1 4 1 1 5 «1 |7
Количество 5 2 1 2 1 L
3. Ящики № 1 2 1 3 4 1* 1 L
Количество 1 1 1 1
4. № контрольных шаб- лонов — — — — —
5. № стержневой смеси | 2 2 3 3 2 1
6. № режимов сушки | 5 5г 5з 53 5г 1
7. Способ вентиляции Душник Душник Г арь Душник Г арь Душник Душник
8. Каркасы № чертежа —- - 1 - 1 - —
Количество 2 1 1 1 1 2
Материал Проволо ка 08 мм Проволо- ка 08 мм Чугун Чугун Проволо- ка 08 мм
f 9. Окраска № краски До сушки | - 1 — — — — 1
После сушки | 2 1 2 2 2 1 2
Способ окраски Пу львер изато ром Кистью П ульверизатором
10. № холодильников — — — — —
/ 11. Норма । ' времени на изготовление кар- стерж- касов ней Разряд работы Норма вре- мени в час.** Разряд работы Норма вре- мени в час. 3 0,55 3 0,10 3 0,48 3 0,04 5 2,60 3 0,33 5 2,60 3 0,33 3 0,20 3 0.04
* Стержень № 5 изготовляется по ящику № 1 с применением вкладыша. * * Норма времени установлена на комплект стержней.
^Составил Проверил Нач. отд. Гл. металлург завода
262
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 46
Технологическая карта на обрубные работы и термообработку отливки (фиг. 185)
Утверждаю: Гл. инженер завода Дата 19 —- года
Марка завода Технологическая карта на обрубные работы и термическую обработку литья №
Цех Дата
Наименование детали Чертеж № Черный [ вес Заказчик или № заказа
Фундаментная рама ZAC Id ЛЬ J’NS
Модель №
Технические условия Марка металла Химический состав Особые требования
С I Si Мп р 1s 1 1 1 1 Гидроиспытание
Соста- вляющие в % От 3,41 2.2 0,6 о,з\о.ю\ - I - I - I -
до 3.61 2.4 | 0,8 0.4\0.12\ - | - | - | - Пробный брусок, длина 300 мм
Механические свойства
атах ’6 f нв — — Примечание
12 28 2 ' 143 229 — —
№ по пор. Наименование операций Технологические указания Инструмент или тип оборудования Норма вре- мени в час. Разряд ра- боты
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Очистка отливки от формовочной земли Выбивка стержней Отделение прибылей Отделение литников, выпоров и заливов Термообработка Очистка окалины и пригара Обрубка заливов и остатков литников Зачистка наждаком Контрольный осмотр отливки Вырубка дефектов Заварка дефектов Зачистка дефектов Правка отливки Контроль: гидроиспытание разметка механические свойства Вручную Отламывать в сторону отливки; выпоры подрубать Тщательная очистка наружной поверхности Осмотр всех по- верхностей Не требуется В обрубной На пробных брусках (3 шт.) Ломик, лопата Пневматический молоток Пневматическое зубило, кувалда Ручная щетка Пневматическое зубило Контрольный мо- лоток Плита 0,83 0.32 0,45 0,77 1,10 1.6 4 4 4 4 4 4
Составил Проверил Нач. отд. Гл. металлург завода
ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
263
ваются на соответствующих поверхностях отливки синим каран-
дашом и проставляется размер величины припуска. Красным каран-
дашом изображаются на чертеже отливки с указанием размеров и
Фиг. 183. Технологический эскиз литейной формы фундаментной рамы (к табл. 44).
1 <№ по пор. Наименоваие Количе- ство Материал по пор. Наименование Количе* ство Материал
1 Литниковая ча- Формовочная 9 Холодильники 8 Чугун
ша 1 смесь 10 Стержень № 4 1 Стержневая
2 Стояки 0 42 мм 2 11 Стержни № 1, смесь
3 Выпоры 2 — 1а, 16, 1в, 1г 5 То же
4 Питатели . вы- 12 Зумпф стояка 1
поров 2 — 13 Стержень № 3 1 Стержневая
5 Шлакоулови- смесь
тели 2 — 14 Стержни № 5,
6 Литниковые 5а 2 То же
каналы 2 — 15 Съемные под-
7 Стержни № 2 2 Стержневая кладки 4 Дерево
смесь
8 Питатели 2 —
Учений, литниковая система, выпоры и прибыли. Наружные и
внутренние холодильники показываются зеленым карандашом.
Точно так же изображаются с указанием размеров усадочные ребра,
264
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Фиг. 184. Технологические эскизы стержней
(к табл. 45).
для фундаментной рамы
Фиг. 185. Эскиз отливки фундаментной рамы (к табл. 46).
ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
265
приливаемые к детали пробы для контроля качества металла, стяжки
и другие приливы. Размеры отливки, которые необходимо проверять
шаблонами и кондукторами при сборке формы, обводятся на чертеже
детали желтым кружком, и на выносной стрелке указывается номер
проверочного шаблона. При малом числе контрольных шаблонов
вместо этого на чертеже указывается профиль шаблона путем обводки
его на разрезе детали желтым карандашом.
Чертеж литой детали с нанесенными на нем технологическими
указаниями сопровождается техническими условиями на изготов-
ление модельного комплекта по форме, пример которой приведен
в табл. 42, а также описью модельного комплекта (табл. 43) и направ-
ляется в модельный цех для изготовления модельного комплекта.
Описанная документация является достаточной для изготовле-
ния модельного комплекта в условиях индивидуального и мелко-
серийного производства. В массовом или крупносерийном производ-
стве, кроме этой документации, составляются еще чертеж отливки,
чертеж литейной формы и рабочие чертежи металлических моделей,
модельных плит, опок, стержневых ящиков, драйеров, контрольно-
сборочных кондукторов и шаблонов.
Разработка технологических карт
Технологическая карта на изготовление данной литой детали
является основным документом, в котором устанавливается весь
технологический процесс, методика и порядок всех операций по
изготовлению отливки. Все указания, записанные в технологической
карте, совершенно обязательны для выполнения в производстве.
Объем фиксируемых данных в технологической карте может быть
различным в зависимости от вида и сложности литья и условий серий-
ности производства. В табл. 44—46 приведены рекомендуемые для
условий мелкосерийного производства формы технологических карт.
Карта на формовку и заливку детали (табл. 44) сопровождается
эскизами отливки (фиг. 182, а) и литейной формы (фиг. 183).
К карте на изготовление стержней (табл. 45) прилагаются эскизы
конструкции стержней (фиг. 184). Необходимые указания к карте на
обрубные работы (табл. 46), например, указания по отрезке
прибылей и т. п., выполняются по прилагаемому к этой карте
эскизу отливки (фиг. 185).
ЛИТЕРАТУРА
1. Руссиян С. В., Баранов И. А., Голованов Н. Н., Соко-
лов А. Н., Либман С. Е., Эльцуфин С. А., Проектирование техно-
логических процессов литейного производства, Машгиз, 1951.
2. ВНИТОЛ, Литейный факультет. Технология литейной формы. Курс лек-
ций В. М. Шестопала, 2-е изд. 1953.
ГЛАВА VI
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
Изготовление модельной оснастки — моделей, шаблонов, модель-
ных плит и стержневых ящиков — производится на машинострои-
тельном заводе в особом модельном цехе, откуда модели поступают
в литейный цех на формовку. По выполнении заказа на литье исполь-
зованные модели хранятся в модельном складе в течение определен-
ного срока, который устанавливают в зависимости от повторяемости
заказа и ценности моделей. Модели и стержневые ящики для ручной
формовки обычно изготовляются из дерева, а для машинной фор-
мовки — из металла.
1. СВОЙСТВА И ОБРАБОТКА ДЕРЕВА
Дерево как материал для моделей
Основные положительные качества дерева как материала для
моделей — дешевизна, легкость и хорошая обрабатываемость. Основ-
ные недостатки — гигроскопичность, коробление при сушке и при
впитывании воды из влажной формовочной земли и недостаточная
прочность.
Строение ствола дерева показано на фиг. 186. Снаружи ствол
покрыт корой /, состоящей из внешнего пробкового слоя, предо-
храняющего дерево от резких внешних влияний и повреждений,
и внутреннего живого лубяного слоя, по которому идут соки от
листьев дерева вниз. Основной частью ствола является древесина 2,
внешний, наиболее молодой слой которой называется заболонью
и служит для движения питательных соков от корней дерева вверх.
Сердцевина 3 — отмершая часть дерева — является анатомическим
его центром.
Древесина у деревьев, растущих в нашем климате, имеет резко
выраженные годичные слои 4, образующиеся вследствие того, что
рост и образование клеток происходят главным образом весной и
летом, а осенью и в особенности зимой образование новых клеток
весьма ограничено. Число годичных слоев показывает возраст дерева
в годах.
Для изготовления моделей используется древесинная часть
ствола,
СВОЙСТВА И ОБРАБОТКА ДЕРЕВА
267
Модели изготовляют из сосны, ольхи, березы, липы, бука. Допу-
скается изготовление неответственных моделей из ели.
Сосна трудно пропитывается водой, легко
обрабатывается и легко колется. Обработан-
ная поверхность получается слегка шерохо-
ватой; применяется для средних и крупных
моделей и стержневых ящиков.
Ольха и береза, а также клен и липа
дают чистые, гладкие поверхности после
обработки; широко применяются для не-
больших и сложных моделей.
Бук, а также груша, орех и ясень явля-
ются прочными, плотными и твердыми по-
родами и употребляются для тонких, фигур-
ных моделей и вставок в стержневые ящики.
1
Фиг. 186. Строение ствола
дерева:
I — кора; 2 — древесина;
3 — сердцевина; 4 — годичные
слои.
Сушка дерева
Деревянная доска и деревянная модель
при высыхании и намокании изменяют свою
форму, коробятся вследствие неравномерного
изменения размеров в разных направлениях
дерева. Усушка по радиусу для разных пород деревьев в среднем
равна 3—4%, по окружности годовых слоев — 5—7%, а по длине
ствола — 0,1—0,5%.
Покоробившиеся при сушке доски, первоначально имевшие пра-
вильные прямые линии пропила, показаны на фиг. 187.
Чтобы предохранить модели и стержне-
вые ящики от коробления, их делают из
высушенного лесоматериала и, кроме того,
с поверхности красят и покрывают лаком.
Применение сухого леса для моделей предо-
храняет их также от разрушения вслед-
ствие загнивания.
Влажность свежесрубленных стволов де-
ревьев достигает 50—60%. Для изготовления
моделей обычно доставляются менее влажные
пиломатериалы; их подвергают далее сушке
до влажности порядка 10%. Сушка леса
может быть естественная и искусственная,
я сушка заключается в естественном про-
пиломатериалов под навесом, имеющим крышу
Фиг. 187. Коробление
Досок при высыхании.
а
Естественн
ветривании штабеля
и открытые боковые стороны (без стен). Продолжительность есте-
ственной сушки дерева колеблется от 1 до 2 лет для мягких пород
и от 2 до 4 лет — для твердых. Доски или бруски для сушки укла-
дывают в штабель в клетку с промежутками. Штабель кладут на
подставках высотой 0,6—1 м.
268
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
Преимуществами естественной сушки являются минимальные
затраты на основное оборудование и отсутствие эксплуатационных
. расходов на топливо, недостатками — длительность процесса и воз-
можное загнивание материала.
В настоящее время широко применяется искусственная
сушка дерева в специальных сушилах. Минимальная продолжитель-
ность искусственной сушки составляет для мягких пород дерева 5—
8 дней, а для твердых — 8—16 дней.
В современных сушилах сушка леса производится посредством
циркулирующего в них воздуха, нагреваемого при помощи ребристых
труб или радиаторов, по которым пропускается пар. Эти сушила
делаются с естественной вентиляцией, или циркуляцией воздуха,
и с принудительной циркуляцией.
Движение воздуха внутри сушильной камеры с естественной
циркуляцией создается исключительно за счет разности удельных
весов теплого и холодного воздуха и происходит сравнительно
медленно. Недостатками сушил с естественной вентиляцией и яв-
ляется эта медленность циркуляции воздуха (медленность процесса
сушки), а также слабая регулировка сушила и изменение тяги трубы
в зависимости от погоды.
Этих недостатков лишены сушила с принудительной циркуля-
цией воздуха, проталкиваемого при помощи вентилятора через су-
шильную камеру и штабель материала, подвергающегося сушке.
Воздух проталкивается через рабочее пространство сушйла с бо-
лее значительными скоростями, легко поддающимися регули-
ровке.
Режим сушки характеризуется изменением температуры и влаж-
ности воздуха внутри камеры во времени и обусловливает качество
сушки леса.
Температура сушки дерева должна быть не выше 70—75°. При
нагреве выше 80° дерево изменяет свой химический состав, темнеет,
сцепление между клетками нарушается, отчего поверхностные слои
легко шелушатся, а обработка режущими инструментами затруд-
няется (так называемый <закал» дерева). Необходимой для сушки де-
рева температуры нужно достигать постепенно во избежание растре-
скивания сушимого материала.
Влажность воздуха в сушиле имеет очень большое значение
для качества сушки. При слишком сухом воздухе и высокой темпера-
туре поверхностные слои сохнут быстрее, чем центр сечения брусков,
и на поверхности их образуются трещины.
Для достижения равномерной сушки по сечению брусков в начале
сушки производят пропарку предварительно прогретого дерева
при помощи насыщенного пара, который подается в сушило. Пар
заставляет волокна дерева разбухать, благодаря чему влага из
внутренних слоев легче удаляется наружу. Наружные слои дерева
получают от пара дополнительную влагу, вследствие чего они меньше
сохнут и не растрескиваются. Сохранение наружных слоев влаж-
Свойства и обработка дерева
269
ними важно также для прогрева брусков до центра, так как тепло-
проводность влажного дерева больше, чем сухого.
Как правило, не следует сушить вместе твердые и мягкие, хвой-
ные и лиственные породы, а также резко разнящиеся по толщине
доски и бруски.
Обработка дерева
При изготовлении моделей модельщик пользуется мерительным
инструментом, приспособлениями для зажима обрабатываемых
кусков дерева и заготовок, режущим инструментом и станками для
механической обработки дерева.
Набор мерительного инструмента состоит из обыкновенного
метра, усадочных метров, линейки, или правила, для проверки пло-
скостей, ватерпаса, угломера в виде угольника с прямым углом
и специального угольника с раздвижным углом (так называемая
малка), рейсмуса или чертилки для прочерчивания параллельных
линий вдоль кромок доски, разного рода циркулей и нутромеров,
штангенциркуля и др.
Из инструментов и приспособлений для зажима отметим раз-
ного рода струбцинки и тиски, а также модельный верстак, на ко-
тором выполняется вся основная ручная обработка моделей и ящиков.
Режущий инструмент для дерева имеет свои особенности, обу-
словленные меньшим сопротивлением резанию дерева по сравнению
с металлом.
Угол резания зависит от направления резания и твердости де-
рева и чаще всего колеблется в пределах 45—60°. При скоблении
угол резания составляет 80—90°. Сопротивление резанию дерева
в разных направлениях относительно волокон (в торец, по длине
волокон и поперек волокон) относится примерно как 6:3:1. При
этом резание поперек волокон (поперек доски) производят лезвием
со скошенной кромкой или в направлении под углом к оси доски
во избежание получения шероховатой поверхности. Скорости реза-
ния в станках для механической обработки дерева применяются
очень высокие — от 15—20 м/сек (в строгальных станках) до 50—
60 м/сек (у механических пил). При слишком малых скоростях полу-
чается менее гладкая поверхность.
Механическая обработка дерева в модельном производстве осу-
ществляется на различных станках. Главнейшие из них следующие.
Циркулярная, или круглая, пила служит большей частью
Для грубой, предварительной разрезки материала на куски при
изготовлении заготовок. Ленточная пила применяется для
более точного распиливания материала и заготовок и для выпилива-
ния фигурных профилей. Строгальн о-ф уговочный ста-
нок применяют для строжки на плоскость при помощи быстро вра-
щающейся ножевой головки с двумя и более ножками. Для полу-
чения доски определенной толщины применяют строгальн о-
рейсмусные станки, в которых доска пропускается под
270
Изготовление моделей
ножевой головкой, причем строганой стороной она прилегает к глад-
кому столу станка. Доска подается автоматически при помощи
вальцев. Обтачиваемое на токарном станке по дереву
изделие закрепляют в центрах либо в разного рода патронах и на
планшайбе. Фрезерные станки применяются разнооб-
разных конструкций до полных автоматов, выполняющих сложней-
шие профили и поверхности на моделях и в стержневых ящиках.
Сверлильные станки по дереву по конструкции
мало отличаются от сверлильных станков по металлу. Долбежно-
фрезерные станки служат для механического выбирания
квадратных и прямоугольных глубоких выемок, пазов или гнезд.
Механическое долбление производится при помощи цепной фрезы,
которая представляет собой быстро бегущую замкнутую цепь с ре-
жущими зубьями, приводимую шестерней. Шлифовальные
станки применяют для окончательной отделки поверхностей мо-
делей и стержневых ящиков. Шлифование производится стеклянной
бумагой («шкуркой»), укрепляемой на шлифовальном диске и шли-
фовальном барабане станка.
В модельном производстве необходимо строго соблюдать общие
правила техники безопасности: должны быть установлены ограж-
дения быстро движущихся опасных частей и приводов станков, при-
меняться специальные приспособления для надевания приводных
ремней и пр. Кроме того, необходимо производить от всех станков
вытяжку стружки и пыли по трубам при помощи вентилятора.
2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ МОДЕЛЕЙ
Процесс изготовления деревянных моделей
Процесс изготовления деревянной модели или стержневого
ящика складывается из следующих операций: 1) разработки чер-
тежа отливки, или так называемой модельной разметки; 2) изготов-
ления заготовки; 3) обработки заготовки и сборки модели; 4) про-
верки, приемки и окраски модели.
Модельная разметка заключается в том, что модельщик вычер-
чивает на щитке или на листе фанеры чертеж отливки и ее ча-
стей, переходов и т. п. со всеми припусками и уклонами, на
котором намечает размеры заготовок для модели или ящика и раз-
меры кусков дерева, из которых заготовка будет сделана. Чертеж
этот вычерчивается по усадочному метру в натуральную величину.
В дальнейшем модельщик берет все размеры уже непосредственно
с этого чертежа («щитка»).
Затем изготовляют заготовки, из которых путем соответствую-
щей обработки получаются модели (ящики) или их части. В целях
уменьшения коробления модели, заготовки обычно склеивают из
многих кусков дерева.
И-31 ОЮВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ МОДЕЛЕЙ
271
На фиг. 188 показано три варианта склеивания щитка. По ва-
рианту а все доски коробятся в одну сторону, и их деформации
складываются. По варианту б деформации направлены в противо-
положные стороны. По варианту в, т. е. при склеивании из боль-
шего числа досок, волнистость после коробления еще
меньше.
При склеивании заготовок из отдельных кусков дерева нужно
соблюдать следующее правило: центры годичных слоев двух сосед-
них кусков должны находиться по разные стороны щитка. При
склейке многослойных щитков доски соседних слоев укладывают
в перпендикулярных направлениях.
На фиг. 189—191 показаны клееные заготовки для диска, кольца
и цилиндра. Швы между кусками в двух лежащих один на другом
слоях не должны совпадать, для чего куски располагают вперевязку.
Кроме скрепления при помощи клея, применяется еще врезка и скреп-
ление шпонками (фиг. 189). В целях облегчения и уменьшения
коробления крупные модели и стержневые ящики делают из клепок,
пустотелыми (фиг. 192). Порядок изготовления заготовок следую-
щий: сначала производят разметку необходимых кусков, затем их
выпиливание (обычно на ленточной пиле) и склейку. В целях эко-
номии материала разметку кусков лучше делать не на отдельных
досках, а на склеенных щитках.
При склеивании заготовку зажимают при помощи струбцинок
(фиг. 193). Торцевые концы склеиваемых кусков стягивают скобами,
сконструированными так, что внутренние кромки их острых концов
наклонны, а наружные параллельны. Поэтому при вбивании скоб
концами в два соседних куска последние плотно сжимаются. Для
прочности склейки необходимо смазывать клеем обе склеиваемые
поверхности, хорошо сжимать склеенные части струбцинками и ско-
бами и оставлять заготовку зажатой в теплом месте не менее чем
на 2—3 часа. Следует отметить, что 3/4 всех исправлений в моделях,
возвращаемых из литейной для ремонта, вызваны неправильной
склейкой стыков.
В модельном производстве употребляют столярный клей. Его
предварительно разводят в воде, а затем варят, т. е. нагревают
(но не до кипения) в особых клеянках, представляющих собой со-
СУДЫ с двойными стенками, между которыми находится вода. Клеянки
подогревают на огне или при помощи электричества. В больших
Модельных цехах клеянки применяют только для поддержания
в жидком состоянии готового клея; варят клей в клееварках, также
представляющих собой сосуды с двойными стенками, но большей
емкости и нагреваемые обычно паром.
Слейка получается прочной, если клей проникает на некото-
рую глубину в поры обоих склеиваемых кусков древесины. Куски
Дерева мягкой породы, имеющей более широкие поры, склеивают
оолее густым клеем, а твердой породы, наоборот, — жидким
клеем.
272
изготовление моделей
а)
Фиг. 188. Три варианта склеивания щитка.
Фиг. 189. Склейка диска.
Фиг. 190. Склейка кольца.
Фиг. 191. Склейка цилиндра.
Фиг. 192. Пустотелая
заготовка для модели.
Фиг. 193. Зажим склеиваемой заготовки.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ МОДЕЛЕЙ
273
Помимо обыкновенного столярного клея, в модельном производ-
стве применяют холодный, или казеиновый, клей; его растворяют
в холодной воде непосредственно перед употреблением.
Склеенную заготовку подвергают обработке, станочной и руч-
ной. Затем модель, если она состоит из нескольких частей, обра-
батывающихся в отдельности, собирают и окончательно шлифуют
рабочую поверхность. Сборка модели трубы с фланцами показана
на фиг. 194, а. Фланцы вытачивают отдельно от модели тела трубы
и затем врезают в каждую полумодель. На фиг. 194,6 показана
правильна врезка фланца
с галтелью. Обычно упот-
ребляют деревянные и вос-
ковые галтели. Восковые
галтели проглаживают по
радиусу особой стальной
гладилкой с шариками на
концах. Радиус шарика
должен быть равен радиусу
галтели. Наиболее широко
распространены восковые
галтели (из воска с при-
месью конифоли и мела),
Фиг. 194. Врезка фланцев.
которые также проглажи-
вают гладилкой с шариком. Деревянные галтели врезают в угол
модели и приклеивают, иначе их острые кромки легко выкраши-
ваются.
Центрирование половинок деревянных моделей и стержневых
ящиков производят при помощи деревянных шипов или металли-
ческих шипов, называемых дюбелями, ввинчиваемых или заколачи-
ваемых в разъем с молотка. К более крупным моделям дюбели при-
крепляют при помощи шурупов.
Рабочую поверхность модели для придания ей наибольшей
гладкости шлифуют стеклянной бумагой, вручную или на шлифоваль-
ном станке. Шлифование начинают с грубых номеров бумаги и посте-
пенно переходят к более тонким. Изготовленную деревянную мо-
дель или стержневой ящик подвергают проверке, окраске и
приемке.
Все размеры модели тщательно проверяют по чертежу отливки,
затем проверяют качество обработки, правильность подбора ку-
сков для склейки модели и т. д. Проверка моделей, как и разметка
заготовок, производится па точно обработанных металлических
плитах.
Перед окраской модели неровности и щели зашпатлевывают за-
мазкой, изготовленной из мела с олифой или клеем. Клеевая шпат-
левка высыхает быстрее масляной.
Деревянные модели и стрежневые ящики красят и затем покры-
вают модельным шеллачным лаком в целях получения возможно
18 Аксенов 1956
274
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
более гладкой рабочей поверхности. Кроме того, слой краски и лака
предохраняет модель (и ящик) от впитывания влаги из формовочной
земли.
Модели окрашивают в разные цвета, в зависимости от рода ме-
талла, из которого будут отливаться детали по данной модели.
Согласно ГОСТ 2413-44, модели для чугунных и стальных отливок
следует красить в красный цвет, для цветных металлов — в жел-
тый. Плоскости разъема не окрашиваются. На поверхностях моде-
лей, которые соответствуют обрабатываемым поверхностям отливок,
наносят черные круглые пятна (точки) по основному фону. Стерж-
невые знаки окрашивают в черный цвет. Поверхности сопряжения
модели с их отъемными частями обводят черной линией. Скрепляю-
щие части моделей (ребра жесткости), подлежащие в формах
и стержнях заделке, отмечают черными прямыми линиями (штрихов-
кой) под углом 45°. Прибыли и приливы для отбора проб и образ-
цов (для испытаний) должны быть отделены от основного тела от-
ливки черной линией и помечены буквой П.
По прочности и соответственно по качеству изготовления де-
ревянные модели делятся на три класса. Модели 1-го класса изго-
товляются из пиломатериала не ниже 2-го сорта, для 2-го класса
допускается З-й сорт, а для 3-го класса сорт пиломатериала не ого-
варивается. Для 1-го и 2-го классов вязка заготовок должна быть
в шип, на клею и все отдельные части (ребра, бобышки) должны
врезаться, а для 2-го класса — ставиться на шурупы. Отъемные
части в моделях 3-го класса ставятся на шпильках, а для 1-го и 2-го
классов — на косых шипах (ласточкин хвост). Галтели в моделях
1-го класса делаются деревянные с врезкой или вклейкой, в мо-
делях 2-го класса при радиусе до 5 мм — подмазкой, а в моделях
3-го класса подмазка допускается при радиусе до 10 мм. Рабочие
поверхности в моделях 1-го класса делаются из твердых пород
дерева, грани оковываются металлом, а особо тонкие части выпол-
няются цельнометаллическими. Соотношение трудоемкости изго-
товления одной и той же модели по 3-му, 2-му и 1-му классам проч-
ности примерно равно 1 : 1,2 : 1,5, а соотношение стоимости, вклю-
чая материал, выражается как 1 : 1,4 : 1,8. Модели 1-го класса
изготовляют, как правило, только для серийного литья основной
программы. Весьма часто такие модели ставятся на деревянные
или металлические модельные плиты и применяются при машинной
формовке. Модели 2-го класса изготовляют для отливки деталей
приспособлений, запасных частей, сложных экспериментальных
отливок. Модели 3-го класса изготовляют для единичных отливок
и по выполнении заказа обычно уничтожают.
Модели 1-го и 2-го классов после использования хранят на
особом центральном модельном складе (устраивается обычно в от-
дельном здании) уложенными на полках и стеллажах. Помещение
склада должно быть сухим и отапливаемым. Каждую модель и при-
надлежащую к ней отъемную часть и стержневой ящик следует мар-
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ МОДЕЛЕЙ
275
кировать одним номером. Срок хранения моделей зависит от харак-
тера производства; модели хранят до 5 лет и более. В литейных
цехах имеются, кроме того, промежуточные склады, где хранят
модели, подготовленные для формовки в ближайшее время.
Ремонт деревянных моделей в целях поддержания чистоты
в основном модельном цехе лучше производить в особой мастерской.
Ремонтируемую модель очищают волосяными щетками от пыли
и земли и протирают влажной тряпкой. Отбитые края целиком вы-
резают и заделывают кусками твердого дерева. Выступающие части
иногда оковывают листовым железом или алюминиевыми пласти-
нами.
Трещины на стыке склеенных кромок заделывают после тща-
тельной очистки следов старого клея и пыли, в противном случае
заделка не будет прочно держаться в щели. Отделку крашеных
поверхностей производят после шпатлевки и заделки всех неров-
ностей и вмятин. Обязательно восстанавливают все номера, над-
писи и условные знаки, бывшие на модели до ремонта.
Скоростное изготовление деревянных моделей
Изготовление деревянных моделей производится в модельных
цехах машиностроительных заводов и носит, как правило, чисто
индивидуальный характер. Модельщик высокой квалификации, вы-
полняя модельную разметку, работает как конструктор и в то же
время выполняет большое количество физически тяжелых операций
по фугованию, долблению и т. п. Конструирование и сборка мо-
делей и стержневых ящиков основывается на принципах столяр-
ного производства. Способ вязки осуществляется на шиповых и
клиновых врезных соединениях, не дающих должной точности
при сборке. Поэтому модельщик не может придавать заготавли-
ваемым частям окончательных чистовых размеров, а вынужден
оставлять значительные припуски на доводку фугованием.
На Московском заводе «Станколит» внедрена скоростная тех-
нология изготовления деревянных моделей и стержневых ящиков,
основанная на более глубоком разделении труда и более широком
использовании деревообрабатывающих станков. Скоростная техно-
логия предусматривает новые конструктивные решения ряда узлов
и соединений моделей.
Шиповые и клиновые врезные соединения заменены стыковыми
прямолинейными соединениями частей моделей с помощью дере-
вянных нагелей (фиг. 195 и 196), а также частично шурупов и гвоз-
дей. Нагели делаются из дерева твердой породы. Нагели забиваются
в отверстия с натягом и с промазкой клеем. Прямолинейные сты-
ковые соединения выполняются с большой точностью, и вязка
Моделей с помощью таких соединений почти полностью устраняет
Доводочные работы. Стяжка разъемных стержневых ящиков про-
изводится с помощью болтов и барашков.
18*
276
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
Продольные и торцевые стенки коробчатых моделей поступают
из заготовительного отделения на сборку профугованными начисто,
в виде щитов. Длина заготовки больше окончательного размера
по длине на 30—50 мм, а по высоте — на 3—5 мм. Сборка моде-
Фиг. 195. Вязка коробчатых моделей с помощью нагелей:
1 — нагели; 2 — гвоздь; 3 — угловая шпонка.
Размеры в мм
н С D В f
90-200 25—30 8-15 1 80-100 1 35
От 200 и выше 35-45 15-20 100-120 45
лей производится на стендах (фиг. 197). Стенд состоит из стола,
на котором имеется сборочная плита (для крупных стендов она де-
лается составной из нескольких плит). Сборочная плита имеет
пазы, в которых помещаются выступы подвижных крепежных
плит.
С помощью болтов крепежные плиты можно расставить и закрепить
в нужном положении. У крупных стендов крепежные плиты имеют
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ МОДЕЛЕЙ
277
Фиг. 196. Вязка углов коробчатых вытряхных стержневых
ящиков с помощью нагелей:
1 — нагели; 2 — угловая шпонка.
Фиг. 197. Стенд для сборки крупных моделей:
I — стол; 2— сборочная плита; 3 — пазы; 4 — крепежные плиты; 5 и 6 — болты
и гайки для закрепления крепежных плит.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
Фиг. 198а. Сборка длинной модели на стенде:
/ — крепежная плита; 2 — струбцина; 3 — продольная стенка; 4 — торцевая
стенка; 5 — рамка жесткости; 6 — угловая шпонка; 7 — нагели.
Фиг. 1986. Сборка вытряхного ящика со
вставками на стенде:
1 — крепежная плита; 2 — струбцина; 3 — продольная
стенка; 4 — торцевая стенка: 5—угловая шпонка;
6 — нагели.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ 279
механическое перемещение с помощью ручного ходового винта.
Крепежные плиты устанавливаются на стенде в соответствии с раз-
мерами собираемой коробки модели.
Сборка заключается в том, что к крепежным плитам прикреп-
ляют с помощью струбцин и скоб заготовленные стенки модели.
Точные размеры коробки по высоте наносят рейсмусом, не сни-
мая коробки со стенда. При сборке длинных моделей ставят попе-
речные рамки жесткости. Установив все стенки, угловые шпонки
и рамки жесткости, сверлят отверстия для нагелей, забивают в эти
отверстия нагели и прострагивают модель в этих местах, а также
и в тех местах, где имеется избыток материала. На этом процесс
сборки заканчивается. На фиг. 198а показана сборка на стенде
остова длинной модели, а на фиг. 1986 — вытряхного стержневого
ящика со вставками.
Все операции по изготовлению моделей по скоростной техно-
логии распределяются между бригадами заготовщиков, сборщиков
и модельщиков.
В работу бригады заготовщиков входит поперечная разделка
пиломатериалов, прострожка разделанного материала на фуговоч-
ных станках, склейка подготовленных материалов в щитки, обра-
ботка склеенных щитков на рейсмусовых станках на заданный раз-
мер.
В работу бригады сборщиков входит заготовка кольцевых
и круглых токарных заготовок из сегментов и секторов, сборка
(вязка) на стендах остовов моделей, коробок стержневых ящиков
и вставок к ним. Вся продукция сборщиков подвергается операцион-
ному контролю.
Изготовленная сборщиками продукция поступает на рабочее
место модельщиков для дальнейшей разметки и компоновки с дру-
гими необходимыми частями моделей и ящиков (бобышками, ребрами
и т. п.). Бригада модельщиков производит на разметочной плите
разметку соответственно эскизу или чертежу технологического
бюро и ведет общую* компоновку узлов, а также отделку резких
переходов, ребер, платиков, бобышек, галтелей, карманов и пр.
Собранный модельный комплект отправляется далее на проверку
контролером на разметочной плите, окраску и затем в литейный
Цех или на склад моделей.
Применение новой, скоростной технологии изготовления де-
ревянных моделей дало на заводе повышение производительности
труда с 14 до 18 м3/год на одного модельщика и экономию пило-
материалов на 25%.
3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ
Модельные плиты, как правило, снабжены металлическими мо-
делями, изготовленными отдельно и затем смонтированными на
Плите или отлитыми за одно целое с плитой. В первом случае мо-
дельная плита называется монтированной, или посад-
280
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
ной, во втором случае — цельнолитой, или монолит-
ной.
Основными преимуществами металлических моделей перед де-
ревянными является их большая точность, долговечность и более
гладкая рабочая поверхность. Однако они гораздо дороже и тяже-
лее деревянных. Металлические модели применяются при машинной
формовке.
Сплавы для металлических моделей
Для изготовления металлических моделей применяются следую-
щие сплавы: чугун, бронза и латунь, сплавы алюминия, сплавы
белых металлов (свинца, олова, висмута, сурьмы, цинка и др.).
Чугунные модели отличаются прочностью, дешевизной, гладкой
поверхностью, а также довольно хорошей обрабатываемостью, но
имеют ряд недостатков: большой вес и свойство ржаветь под влия-
нием влажной формовочной земли. Для борьбы с ржавлением рабо-
чую поверхность чугунных моделей покрывают тонкой пленкой воска,
нанося его кисточкой на подогретую модель и растирая сукном.
Бронзовые и латунные модели имеют очень гладкую поверх-
ность, хорошо вынимаются из формы, не ржавеют и обрабатываются
легче, чем чугунные модели. Однако бронзовые и латунные модели
дороже чугунных и алюминиевых, поэтому онй применяются в ред-
ких случаях, только для небольших сложных моделей. Рекомен-
дуемый состав сплава для таких моделей: 9—11% Sn, 3—7% Zn,
остальное — медь.
В современном массовом литейном производстве наиболее рас-
пространены модели и стержневые ящики из алюминиевых сплавов.
Основными их преимуществами перед моделями из других спла-
вов являются легкость и очень хорошая обрабатываемость, недо-
статками — затруднительность пайки (например, при ремонте) и не
всегда достаточная твердость и прочность, в особенности в тон-
ких выступающих частях.
В сплавы для алюминиевых моделей и стержневых ящиков вво-
дят 4—8% Си и иногда 5—10% Zn. Эти примеси улучшают литейные
свойства сплава и увеличивают его твердость. Распространен для
моделей сплав, состоящий из алюминия и 8% меди.
Сплавы белых металлов (свинца, олова, висмута, сурьмы,
цинка и др.) очень хорошо заполняют форму, плавятся при низ-
ких температурах, очень мягки и прекрасно обрабатываются; для
моделей машиностроительного литья применяются редко вслед-
ствие мягкости и малой прочности.
Некоторые из этих сплавов благодаря малой усадке или пол-
ному отсутствию ее представляют интерес в тех случаях, когда
надо изготовить точную копию с имеющейся рабочей деревянной
или металлической модели. Малая величина усадки или полное
отсутствие ее обусловливается наличием висмута (табл. 47).
Сплавы же без висмута обладают некоторой усадкой.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ 281
Таблица 47
Состав сплавов белых металлов для моделей в °/0
РЬ Zn Sb Bl Sn Примечание
70 13 17
80 5 15 — —
82 1 9 — 8
71 — 15 14 — Почти без усадки
45 — — 55 — Без усадки 1
Процесс изготовления металлических моделей и модельных плит
Рассмотрим сначала изготовление монтированных модельных
плит. Для отливки рабочих металлических моделей, которые будут
монтироваться на модельной плите, изготовляют особые модели,
называемые подмоделями. Подмодель отличается от рабо-
чей модели размерами, а часто (при крупных моделях) и конфигу-
рацией.
Отличие в размерах заключается в том, что подмодель делают
с дополнительными по сравнению с рабочей моделью припусками
на усадку и обработку. Так, если металлическую модель для чу-
гунной детали, имеющей усадку 1%, изготовляют из алюминиевого*
сплава, дающего усадку 1,2%, то подмодель должна иметь при-
пуски на усадку 2,2%.
Припуски на обработку металлической модели дают на все ра-
бочие поверхности, соприкасающиеся во время формовки с землей,
а также на ту плоскость, которой модель ложится на модельную-
плиту.
Для твердых металлов (чугун, бронза) дают меньшие припуски
на обработку, чем для мягких металлов (алюминий, сплавы белых
металлов). Для ручной обработки металлической модели дают
незначительныё припуски, в несколько раз меньшие, чем для меха-
нической обработки, — обычно не свыше 1 мм. Для обработки на
фрезерном станке чугунной модели дают припуск до 2 мм, а для
алюминиевой —3—4 мм. Для обточки на токарном станке алюми-
ниевых моделей припуск может быть дан 5—6 мм, а для чугунной —
3—4 мм. Припуски на строжку плоскостей разъема имеют наиболь-
шую величину и обусловливаются величиной модели, так как боль-
шие модели могут при отливке получить неровные плоскости разъема.
Припуски для бронзовых моделей значительно меньше, чем для
чугунных и алюминиевых.
Отличие подмодели от рабочей металлической модели по кон-
фигурации имеет место в случае крупных моделей и обусловли-
вается необходимостью сделать рабочую модель пустотелой и с реб-
рами жесткости внутри. Для алюминиевых моделей и ящиков тол-
282
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
щина стенок обычно колеблется в пределах 6—20 мм, толщина ребер
жесткости — от 5 до 15 мм. Чтобы сделать облегчения в металли-
ческих моделях, надо на подмоделях, служащих для их отливки,
предусмотреть знаки для стержней, образующих эти облегчения..
Подмодель для отливки рабочих металлических моделей большей
частью делают деревянной. Однако при массовом производстве для
сложных моделей программного литья вместо деревянной изготов-
ляют металлическую подмодель, или маете р-м одель, по ко-
торой уже периодически отливают рабочие металлические модели,
монтируемые на модельные плиты взамен изношенных. В этом случае
деревянная модель для отливки мастер-модели должна иметь трой-
ную усадку, а также дополнительные по сравнению с обычной под-
моделью припуски на обработку.
Отлитые металлические рабочие модели перед монтированием
их на плиты подвергают обработке, чтобы получить гладкую ра-
бочую поверхность и плоскость посадки на плиту и точные размеры.
Перед обработкой рабочих поверхностей производят строжку
плоскостей разъема и спаривание полумоделей при помощи кон-
трольных шпилек.
Металлические модели и стержневые ящики обрабатывают на
обычных металлообрабатывающих станках, а также на специальных
фрезерных и копировально-фрезерных станках, вплоть до автомати-
ческих. Подобные станки применяют также при обработке штампов.
Помимо обработки па станках, многие сложные профили и по-
ве[ хности металлических моделей подвергают обработке вручную
при помощи фасонных зубил, ручной опиловки и шабровки. Кроме
того, специально изготовленными шаблонами проверяют очертания
получаемой поверхности. Большим подспорьем при обработке та-
кого рода поверхностей являются ручные настольные фрезерные
станки с гибким валом, на конце которого укрепляется инструмент
(фреза); вал приводится во вращение от мотора.
После того как модели окончательно обработаны и проверены,
их монтируют на плиты, изготовляемые и прострагиваемые отдельно.
Монтаж моделей на односторонних модельных плитах (для опочной
формовки) производится различными методами.
На фиг. 199, а показаны две полумодели, спаренные при помощи
контрольных шпилек, пропущенных через отверстия 1. Одну из
полумоделей устанавливают на плите таким образом, чтобы раз-
меточные риски модели и плиты совпадали. Затем в этом положении
{фиг. 199, б) в модельной плите сверлят отверстия, пользуясь отвер-
стиями из-под контрольных шпилек модели как кондуктором. После
этого полумодель снимают с просверленной плиты, и обе плиты
(без моделей) кладут друг на друга нерабочими плоскостями, ко-
торыми они в дальнейшем лягут на формовочный станок. Плиты
при этом взаимно центрируются при помощи двух направляющих
штырей либо при помощи особой рамки 2 со штырями (фиг. 199, в).
В этом положении через первую плиту с просверленными отвер-
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ 283
стиями сверлят отверстия для контрольных шпилек во второй
плите. После этого обе полумодели сажают на плиты на контроль-
ных шпильках, туго забиваемых в просверленные отверстия. Шпильки
служат лишь для центровки моделей относительно плит, прикре-
пляют же модели к плитам при помощи винтов (фиг. 199, г).
По второму методу монтажа полумодели устанавливают на обеих
односторонних плитах точно по разметке и в этом положении при-
крепляют винтами. Отверстия для винтов в плитах при этом обычно
сверлят через отверстия в моделях; но если хотят использовать
имеющиеся в плите отверстия и не делать новых, то через них наме-
чают центры будущих отверстий на моделях. При данном методе
монтажа практикуется также фиксирование моделей контрольными
шпильками, которые забивают через отверстия, просверленные
в моделях и модельных плитах. . *
Первый метод монтажа более рационален, так как при нем отпа-
дает необходимость в точной разметке и установке полумоделей
на обеих плитах. Второй метод — монтаж по разметке — можно
применять в том случае, когда на одних и тех же плитах часто сме-
няются модели, чтобы воспользоваться имеющимися отверстиями
и не сверлить каждый раз новые.
Монтаж моделей на плите может осуществляться также с по-
мощью кондуктора. Кондуктор представляет собой жесткий
металлический лист, в котором просверливаются базовые отверстия
под штыри и прорезаются окна по контурам моделей (фиг. 200, а).
Взаимное расположение окон соответствует расположению моде-
лей на плите. Кондуктор по базовым отверстиям накладывают на
рабочую поверхность плиты, в окна вкладывают половины моделей
и в таком положении сверлят их одновременно с плитой для полу-
284
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
чения отверстий под контрольные шпильки и крепежные винты
(фиг. 220, б). Нарезав затем крепежные отверстия в плите или в мо-
дели (в зависимости от того, крепится ли модель винтом сверху
или снизу) и рассверлив соответственно проходные отверстия для
винтов, монтируют половины моделей на плите. Монтаж моделей
на другой парной плите осуществляется с помощью того же кон-
в)
Фиг. 200. Монтаж моделей с помощью кон-
дуктора:
/ — модель; 2— кондуктор; 3 — плита; 4 — контур модели;
5 — контур окна кондуктора.
дуктора, положенного на
плиту обратной стороной.
Если модель по пло-
скости разъема имеет
сложный контур, то окна
кондуктора прорезаются
по упрощенному контуру,
как показано на фиг. 200,в.
Если контуры нижней и
верхней модели в плоско-
сти разъема не совпадают,
то окна прорезают по кон-
туру, занимающему боль-
шую площадь (обычно
нижней половины). Верх-
нюю половину модели в
этом случае сажают на
плиту по разметке или
делают для нее специаль-
ную вставку в окно кон-
дуктора из того же листо-
вого материала.
Монтаж моделей е по-
мощью кондуктора обеспе-
чивает изготовление плит
с наибольшей точностью.
Погрешности во взаимном
расположении окон, кото-
рые могут произойти
вследствие неточности раз-
метки или обработки кондуктора, не имеют значения. При монтаже
моделей эти погрешности фиксируются как на нижней плите, так
и на верхней, что обеспечивает точное совпадение контуров отливок
по плоскости разъема.
Кондуктор обеспечивает изготовление взаимозаменяемых дубле-
ров модельных плит. Этим обусловливается широкое применение
кондукторов на заводах массового производства, где модельный
инвентарь периодически возобновляется по мере износа.
Монтаж моделей на двусторонних плитах (например, для безо-
почной формовки) производится следующим образом. Полумодели
в соответствующем положении располагают на одной стороне плиты
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ 285
и через отверстия, имеющиеся в них и служившие для спаривания
их контрольными шпильками с другими полумоделями, просверли-
вают отверстия в модельной плите. Затем обе полумодели сажают
с двух сторон плиты на общие контрольные шпильки, проходящие
через просверленные от-
верстия в плите. Модели,
кроме того, прикрепляют
к плите при помощи ВИН-
27
Фиг. 201. Схема формовки пары односторон*
них цельнолитых модельных плит.
тов.
Цельнолитую плиту от-
ливают вместе с располо-
женными на ней моделями,
причем для моделей изго-
товляют неразъемные под-
модели, лучше металли-
ческие.
Схема формовки пары
односторонних цельноли-
тых плит показана на
фиг. 201. Для их изготов-
ления нужны шесть точно
спаренных опок соответ-
ствующего размера. Впер-
вой опоке изготовляют
вспомогательную фаль-
шивку, во второй—основ-
ную фальшивку, в
третьей — лицевую сто-
рону первой цельнолитой
плиты, в четвертой—ли-
цевую сторону второй
плиты, в пятой — обрат-
ную сторону первой плиты
и в шестой — обратную
сторону второй плиты.
В первую опоку с
плотно утрамбованной
землей вдавливают подмо-
дель до линии разъема и
производят подрезку (цельнолитые плиты обычно изготовляют для
деталей, имеющих при формовке неплоский разъем). После этого
фальшивку / приглаживают, модель слегка расталкивают, но не вы-
нимают, и на первой фальшивке набивают фальшивку //. После
переворачивания обеих фальшивок снимают вспомогательную фаль-
шивку / с основной фальшивки //. Подмодель при этом остается
в основной фальшивке. После того как основная фальшивка под-
правлена и подмодель в ней слегка ослаблена, производят по
286
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
Фиг. 202. Схема формовки
двусторонней цельнолитой
модельной плиты для без-
опочной формовки:
/ — деревянная плита; 2 —рамка;
3 — готовая форма.
ней формовку лицевой стороны первой цельнолитой плиты в
опоке 111.
Если модель имеет сложную конфигурацию с сильно изломанной
линией разъема, то основную фальшивку изготовляют из гипса,
заливая гипсовое тесто в опоку и смазав предварительно модель
маслом Гипсовую фальшивку высушивают, подчищают и ее рабочую
поверхность покрывают лаком. Модель
должна выходить из гнезда фальшивки
свободно, для чего гнездо слегка подчи-
щается.
После набивки в опоке III лицевой сто-
роны первой плиты опоки II и III перево-
рачивают и опоку II (основную фаль-
шивку) снимают. Подмодель остается в
опоке III. На опоку III ставят опоку IV
и производят в ней формовку лицевой
стороны второй плиты. После набивки этой
опоки и извлечения подмодели опоки III
и IV подвергают сушке.
Обратные, нерабочие, стороны обеих
цельнолитых плит формуют по моделям
из специальной формовочной массы. Мо-
дели эти изготовляют на фальшивках /
и // следующим образом. На фальшивки
I и II накладывают деревянные рамки,
внешние размеры которых равны разме-
рам будущей плиты. Отпечаток модели
получится в середине рамок. После этого
внутри рамки по рельефу разъема и отпе-
чатка модели укладывают плитки из
скульптурной глины или смеси ила с гра-
фитом по толщине будущей плиты. Промежутки и швы между
плитками заполняют тем же составом. Слегка подсушив и припуд-
рив ликоподием полученные таким образом модели, формуют по
ним в опоках V и VI обратные стороны цельнолитых плит и под-
вергают сушке. Формы для заливки плит для первой плиты со-
ставляются из опок /// и V, а для второй плиты — из опок IV
и VI. Плиты заливают лицевой стороной вниз.
Ребра жесткости, если они должны быть у цельнолитой плиты,
прорезают в опоках V и VI вручную или формуют по частичной
модели.
Схема формовки двусторонней цельнолитой плиты для безопоч-
ной формовки показана на фиг. 202. Вместо фальшивки в этом слу-
чае обычно изготовляют деревянную плиту, на которой находятся
врезанные модели. На плиту ставят опоку и набивают. Опоку с пли-
той переворачивают, плиту снимают, а модели остаются в опоке.
По этой опоке затем формуют вторую опоку и удаляют модели.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ 287
Для получения тела плиты нужной толщины (для алюминиевых
плит обычно 10 мм) на одну из опок, которая при заливке будет
нижней, накладывают рамку, наружные размеры которой соответ-
ствуют размерам будущей плиты; вокруг нее утрамбовывают землю,,
а рамку после этого снимают. При сборке формы между опоками
прокладывают чугунные или железные планки такой же толщины,
как рамка, во избежание обжима утрамбованной вокруг рамки,
земли.
Модельные плиты из других материалов
Кроме металлических модельных плит, иногда применяют плиты
из разных пластических отвердевающих масс, например из гипса,
цемента и бетона. Эти материалы заливаются в тестообразном со-
стоянии в форму, и после затвердевания получается модельная плита
вместе с прилитыми к ней моделями.
Гипс — малопрочный материал, в особенности при ударной
нагрузке, и поэтому может применяться только для модельных
плит на прессовые формовочные машины. На встряхивающих маши-
нах гипсовые модели и плиты быстро разрушаются. Гипс не дает
усадки, твердеет быстро (в течение 1—2 дней), обладает гигроско-
пичностью, вследствие чего гипсовые модельные плиты надо
покрывать' лаком.
Цемент (лучше портландский) применяют в виде чистого вод-
ного раствора (без песка) или в виде бетона, т. е. в смеси с песком
в отношении от 1 : 1 до 1 : 2,5. Цемент затвердевает в течение 1 —
2 недель, но уже после 3—5 дней происходит первичное схватыва-
ние раствора, и форму можно разобрать. Цементные и бетонные-
модельные плиты обладают значительной прочностью и могут приме-
няться на встряхивающих формовочных машинах. Для большей глад-
кости поверхности цементных моделей их следует покрывать лаком.
Имеется специальный магнезиальный цемент для моделей, кото-
рый при употреблении затворяется с добавкой раствора хлористого
магния (уд. веса 1,27) из расчета 0,7 л раствора магния на 1 кг
Цементного порошка. Затворенный цементный раствор должен иметь
УД. вес 1,8. Перед заливкой цементным раствором формы (земля-
ные) рекомендуется закоптить ацетиленовым пламенем. Разборка
форм производится через сутки после заливки. Далее модель нати-
рается порошкообразным тальком и после трехдневного выстаивания
покрывается модельным лаком.
Гипсовые и цементные или бетонные модели и плиты применяют
Для мелкого и среднего литья.
Крупные модели и плиты подобного типа делают железобетон-
ными, с железной проволочной арматурой, причем модель делают
пустотелой. Наружное очертание модели при этом получается по
земляной форме, а внутреннее очертание — при помощи устанавли-
ваемой в форму опалубки. Стенки железобетонной крупной модели
Делают толщиной около 50 мм. Опалубка изготовляется из сырых
288
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
досок во избежание сильного разбухания. Толщина досок около 25мм,
ширина 70—80 мм. Доски ставят не вплотную друг к другу, а с за-
зорами на разбухание. Перед заливкой бетоном эти зазоры проко-
нопачивают, а после первичного схватывания бетона раскрывают.
После 3—5 дней рабочую поверхность модели оголяют и для
большей гладкости замывают водой. Крупные железобетонные мо-
дели обычно не покрывают лаком. Полезно произвести так называе-
мое железнение поверхности модели, заключающееся в припудри-
а)
Фиг. 203. Схема формовки модельных плит из цемента или гипса (а)
и железобетона (6):
1 — строганая чугунная рамка; 2 — опалубка; 3 — бруски.
вании порошком цемента еще сырой, не совсем отвердевшей модели
и заглаживании гладилкой.
Гипсовые и цементные (бетонные) модельные плиты со сплошными
моделями отливают, как схематически показано на фиг. 203, а.
Рабочая поверхность получается при помощи формовки в опоке по
деревянным моделям. Перед заливкой плиты тестообразной массой
на опоку ставят строганую чугунную рамку /, в которой и полу-
чится затем модельная плита.
На фиг. 203, б схематически показана заливка железобетонной
модельной плиты. Лицевая поверхность заформована в опоке по де-
ревянной модели, а внутренность модели образуется опалубкой 2,
устанавливаемой в форме на брусках 3, опирающихся на чугунную
рамку 1. На фигуре показана заложенная в форму проволочная
арматура, изготовление и примерка которой производятся по
опалубке.
На выступающие части цементных и бетонных, а также и гипсо-
вых моделей во избежание быстрого разрушения их рекомендуется
надевать металлическую облицовку. Для этой цели из железа или
латуни изготовляют соответствующей формы чехлы или части мо-
дели, которые перед заливкой бетона (цемента, гипса) ставят в форму
в нужных местах. К этим металлическим вставкам с внутренней
стороны прикрепляют железные крючки, благодаря которым они
прочно держатся в модели.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МОДЕЛЬНЫХ ПЛИТ 289
По другому методу металлическую облицовку делают литой из
сплавов белых металлов. Порядок изготовления модельной плиты
с такой облицовкой показан на фиг. 204. По деревянной модели
формуют две одинаковые опоки / и //. По опоке // набивают в
опоке /// негатив. Этот земляной негатив снимают, переворачивают
и соскребают с его поверхности слой земли /, равный толщине
будущей металлической облицовки. Накрыв далее негативом III
Фиг. 204. Схема формовки цементной или
гипсовой модельной плиты с литой метал-
лической облицовкой:
/ —удаляемый слой земли; 2 — чугунная рамка.
опоку /, заливают через имею-
щийся в негативе стояк белый
металл, обладающий очень хо-
рошей жидкотекучестью и за-
полняющий весь облицовоч-
ный слой. Далее опоку III
Фиг. 205. Схема монтажа модельного
комплекта для встряхивающей формо-
вочной машины с подпрессовкой и
рамочной протяжкой:
1 — опока; 2 — модель; 3—стул; 4— подстуль-
ная плита; 5 — стол машины; 6 — протяжная
плита; 7 — протяжная рамка машины.
снимают, удалив предварительно из нее землю, на опоку же /
ставят чугунную рамку 2 и заливают модельную плиту гипсом или
подобным ему материалом.
Модельные плиты из гипса, цемента, бетона и тому подобных
материалов хуже нормальных металлических плит, так как они боль-
ше весят, толще их, менее стойки и прочны, имеют менее гладкую
поверхность, но дешевле металлических. Вследствие этого такие
плиты находят себе применение лишь в мелкосерийном произ-
водстве.
В заключение следует отметить, что нами рассмотрены плиты
Для простейших случаев, когда весь комплект модельной плиты
состоит из плиты и моделей, посаженных на ней тем или иным спосо-
Аксенов 1956
290
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЕЙ
бом. При формовке с протяжкой модельный комплект усложняется
наличием протяжной плиты и, кроме того, вместо одной плиты, на
которую сажают модели, обычно в этом случае применяют так назы-
ваемую подстульную плиту и стулья. Стулья пред-
ставляют собой подставки, на которых монтируются отдельные
модели. Все стулья, в свою очередь, укрепляются на общей под-
стульной плите. Такая конструкция облегчает подгонку и монтаж
комплекта.
На фиг. 205 показана схема модельного комплекта для встря-
хивающей формовочной машины с рамочной протяжкой (например,
марки 266). Модель укреплена на стуле, прикрепленном к под-
стульной плите, которая крепится к встряхивающему столу машины.
Протяжная плита ложится на протяжную рамку машины. Опоку ста-
вят на протяжную плиту.
Чтобы протяжная плита легче садилась на место и не застревала
на стуле, на ней делают наклонные направляющие ребра 1 с укло-
ном 0,5—1,5° в сторону расширения книзу. Подгонку протяжной
плиты к стулу делают с зазором 0,1 мм. Контур стула повторяет
контур модели, но делается на 0,5—0,7 мм полнее для предохране-
ния модели от повреждений при движении протяжной плиты.
Вместо протяжки по точному контуру модели часто удовлетво-
ряются протяжкой по упрощенному контуру, по которому очерчи-
вается стул и прорезь протяжной плиты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев В. М., Основы изготовления деревянных и металлических
моделей, Машгиз, 1946.
2. Оргстанкинпром, Руководящий материал по прогрессивной технологии
изготовления деревянных моделей, 1953.
ГЛАВА VII
СУШКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
Формы и стержни подвергают сушке в целях повышения их газо-
проницаемости и прочности и уменьшения газотворной способности
Далеко не все литейные формы нуждаются в сушке. Сушке подвер-
гают только формы для сложного, толстостенного и ответственного
литья.
Сушка затягивает процесс производства отливок и требует до-
полнительного оборудования и расхода топлива. Поэтому сушку
форм следует производить лишь в тех случаях, когда это действи-
тельно необходимо, когда сырая форма не обладает достаточной
газопроницаемостью и прочностью и не может обеспечить получение
литья без дефектов.
С улучшением качества формовочных материалов, их контроля
и повышения общей технической культуры производства процент
литья, формуемого по-сухому, постепенно понижается.
1. ПРОЦЕСС И КОНТРОЛЬ СУШКИ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
Процесс сушки фэрм и стержней
Литейные формы и стержни омываются в сушиле топочными
газами, разбавленными воздухом до необходимой температуры. Чем
выше температура нагрева газов, тем больше их влагоемкость, т. е.
способность поглощать влагу. Кроме того, при повышении темпера-
туры в сушиле увеличивается скорость испарения влаги с поверх-
ности форм и стержней.
Однако температуру сушки приходится ограничивать. При
слишком высокой температуре может произойти разрушение связую-
щих веществ формовочных и стержневых материалов. По этой при-
чине обычные земляные формы и стержни на глине сушат в сушиле'
при температуре не выше 300—350°. Формы и стержни из жирных
масс (шаблонная формовка или кирпичные формы), а также жир-
ные массы для стального литья можно сушить при 400—450°. Тем-
пература сушки стержней не специальных связующих указыва-
лась в главе L
Чем толще стенки форм и стержней, тем продолжительнее должна
быть сушка их при той же температуре. Режим сушки, т. е. про-
19*
292
СУШКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
должительность и температура сушки и весь ход ее изменения во
времени, устанавливают для различных групп форм и стержней
опытным путем. В обычных камерных сушилах сушка форм длится б—
10 час. О применении быстросохнущих формовочных и стержневых
смесей и о скоростной технологии формовки и изготовления стержней
говорилось ранее в главах I и II.
Первый этап сушки заключается в прогреве всей толщи формо-
вочной земли, или набивки. Так как влажная земля значительно
теплопроводнее сухой, то в этот период сушки следует по возмож-
ности удерживать влагу в набивке, не давать ей испаряться.
Подъем температуры в сушиле должен быть не слишком быстрым
Кроме того, в этот период надо по возможности меньше выпускать
газов из сушила и заставлять их насыщаться влагой. Удержание
влаги в атмосфере печи и умеренная температура ведут к уменьше-
нию скорости испарения влаги с поверхности набивки и способствуют
ее прогреву. Чтобы удержать газы в сушиле в этот период, надо
заслонку на дымовом борове (для отходящих газов) почти закрыть
и топку вести не интенсивно.
Второй этап сушки заключается в более быстром подъеме тем-
пературы до максимального уровня и в выдержке сушила при этой
температуре в течение некоторого времени, до прекращения топки.
Интенсивное повышение температуры сушила после предваритель-
ного прогрева набивки способствует интенсивному испарению влаги
с поверхности и притоку ее из внутренних слоев набивки. Шибер
на дымовом борове в этот период должен быть полностью открыт,
и на место уходящих газов, содержащих испарившуюся из набивки
влагу, в сушило притекают свежие, более сухие и влагоемкие топоч-
ные газы.
Наконец, третий этап сушки заключается в охлаждении сушила
при выключенной топке и полуоткрытом дымовом шибере до темпе-
ратуры разгрузки. Набивка в этот период не только охлаждается,
но и досушивается и освобождается от остатков влаги за счет акку-
мулированного в ней тепла.
Методы контроля процесса сушки
Контроль процесса сушки и степени достигнутого испарения влаги
имеет большое практическое значение. Недосушенные стержни
и формы не только приводят к явному литейному браку (например,
обвалам и подрывам форм, местным вскипам, неслитинам, газовым
раковинам, раздутиям и др.), но и могут вызывать скрытые пороки
в отливках, обнаруживаемые лишь после дорогостоящей механи-
ческой обработки (например, внутренние раковины и неплотности,
течь при гидропробе и т. п.). Пересушка также отрицательно влияет
на качество и прочность набивки. Она ведет к растрескиванию
и осыпанию поверхности формы и размыванию ее жидким металлом
при заливке.
ПРОЦЕСС И КОНТРОЛЬ СУШКИ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
293
Существующие методы контроля процесса сушки можно разде-
лить на прямые и косвенные. Прямые методы контроля заключаются
в измерении влажности набивки в процессе ее сушки, а косвенные —
в измерении температуры газов, циркулирующих в сушиле.
В практике современных литейных цехов наиболее широко рас-
пространены косвенные методы контроля, т. е. измерение темпера-
туры газов в сушиле при помощи специальных приборов — пиро-
метров (описание их дано во втором разделе книги). Пирометры
(обычно термоэлектрические) устанавливают в сушилах таким об-
разом, чтобы концы их, т. е. места, в которых измеряется темпера-
тура, находились около сушимых форм и стержней. На многих пред-
приятиях, в особенности в литейных массового производства, су-
шила снабжены самопишущими пирометрами, которые вычерчивают
график температуры сушила во времени. Наконец, существуют
сушила, в которых работа топки автоматически регулируется в за-
висимости от показания пирометра, так что температура газов
в сушиле изменяется во времени по заданному заранее графику.
Из прямых методов контроля процесса сушки форм и стержней
известны следующие.
Проф. В. А. Ароновичем был разработан метод контроля влаж-
ности сушимой набивки при помощи измерения ее электросопротив-
ления. Формовочная земля обладает тем большей электропровод-
ностью, чем больше ее влажность. Если пропускать через набивку
слабый электрический ток, то по мере ее высыхания сила тока не-
прерывно уменьшается и падение ее до нуля или до очень малой
величины свидетельствует о достаточной просушке.
Ток от аккумулятора или батареи сухих элементов пропускают
через реостат, далее — по проводам, ведущим в сушило, и по электро-
дам через сушимую набивку. Измеряется сила тока при помощи
низковольтного вольтметра, имеющего измерительную трехвольто-
вую шкалу. По мере высушивания набивки (формы или стержня)
показания стрелки прибора становятся все меньшими. Абсолютная
величина показаний на приборе во время сушки, зависящая от
плотности набивки, начальной влажности, качества земли, расстоя-
ния между электродами и глубины их погружения, не имеет никакого
значения для контроля, так как все равно в конце процесса сушки
стрелка прибора показывает ноль. Если вести сушку до достижения
нулевого показания на приборе, то влажность набивки получается
не свыше 0,1%, что вполне достаточно для практических целей.
В качестве проводников электрического тока, погружаемых перед
сушкой в набивку формы или стержня и называемых электродами,
рекомендуется брать латунные проволоки требуемой длины диа-
метром около 1 мм. Электроды погружают в набивку так, чтобы
расстояние между ними составляло 5—10 мм. Голые электроды,
Погруженные в набивку на некоторую глубину, служат для контроля
Просушки всего слоя, так как дают ток в землю по всей погруженной
Длине. В случае необходимости контроля сушки в какой-либо опре-
294
СУШКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
деленной части формы или стержня применяют электроды с наде-
тыми на них стеклянными трубочками, изолирующими их по всей
длине, кроме нижних оголенных концов. К одному и тому же изме-
рительному прибору (вольтметру) при помощи переключателя можно
присоединять несколько пар электродов, погружаемых в набивку
типовых форм и стержней, подвергаемых сушке в данном сушиле
или блоке сушил. При погружении в набивку электроды следует
располагать на расстоянии не менее 25 мм от металлических частей,
находящихся в набивке (крестовины, каркасы, стенки опок, драйеры
И т. п.).
Напряжение питательной батареи также не имеет существенного
значения, но рекомендуется напряжение в пределах около 15 в\
регулирование производится реостатом и вольтметром. Вместо по-
стоянного тока от батареи элементов можно применять переменный
ток, подводя его от сети через трансформатор на 5—8 в и соответ-
ствующей й вол ьтметр.
Другой метод прямого контроля, разработанный в лаборатории
Уральского завода тяжелого машиностроения (УЗТМ), заклю-
чается в том, что в контролируемую влажную набивку вводятся
два электрода в виде заостренных прутков — один медный, другой
железный — и при помощи находящегося вне сушила милливольт-
метра измеряют напряжение, которое дает получившийся таким
образом гальванический элемент. В этом элементе (медь — железо)
электролитом является влага набивки; напряжение, показываемое
милливольтметром, по мере просушки набивки уменьшается.
Третий метод прямого контроля сушки разработан также в ла-
боратории УЗТМ и основан на том, что температура набивки при
сушке не поднимается выше 100° до тех пор, пока из нее не испарится
вся влага. Следя за температурой набивки при помощи введенной
в нее термопары железо — константан, можно точно установить
момент окончания сушки, когда температура начнет повышаться
выше 100°. К этому времени в набивке останется не более 0,2—
0,5% влаги.
Первые два из рассмотренных прямых метода менее удобны для
контроля влажности форм при сушке, чем метод замера температуры
сушимой набивки. При первом методе требуется постоянное питание
током и вознобновление батареи. При втором методе также требуется
вводить в набивку медный и железный электроды, устанавливая
их на определенном расстоянии друг от друга.
Типы сушил
Сушила для литейных форм и стержней можно разделить на
следующие три типа: 1) переносные сушила для почвенных форм;
2) сушила периодического действия; 3) конвейерные сушила непре-
рывного действия.
Почвенные формы приходится сушить на месте формовки ввиду
того, что нижние части их заформованы непосредственно в почве.
ПРОЦЕСС И КОНТРОЛЬ СУШКИ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
295
Сушке на месте формовки подвергаются также тяжелые и громозд-
кие глиняные (кирпичные) формы и крупные подвесные набивные
болваны. Для почвенных форм достаточна просушка на глу-
бину 35—50 мм.
Наиболее простой метод сушки почвенных и глиняных фо'рм
на месте заключается в том, что внутрь формы вводят (подвешивают
или устанавливают, но не близко к поверхности набивки) особые
жаровни в виде продырявленных противней или ведер, наполненных
горящим коксом или древесным углем. Для меньшей потери тепла
и концентрации жара форму сверху покрывают железными листами.
Такой примитивный метод сушки ведет к пережогу формы в тех
местах, где жаровня близко расположена от ее поверхности; с дру-
гой стороны, многие участки формы часто получаются недосушен-
ными.
Более совершенными являются переносные сушила с вентилято-
ром. Переносное сушило ставят на верхнюю опоку, которой пере-
крыта почвенная форма. Твердое топливо (кокс, антрацит, камен-
ный уголь и т. п.) сгорает в топке сушила. Топочные газы струей
воздуха, создаваемой при помощи вентилятора, и в смеси с этим
воздухом подаются из сушила через литниковое отверстие внутрь
формы. Газы омывают внутреннюю поверхность формы и через от-
верстия выпоров или через зазор, оставляемый между верхней
опокой и низом, выходят наружу. По такому же типу делают су-
шила без вентилятора, но с подводом по шлангу сжатого воздуха
от цеховой сети.
Аналогичные сушила применяются и для скоростной сушки
форм при употреблении формовочных составов на жидком стекле.
Переносные сушила с вентилятором или с подводом сжатого
воздуха дают более равномерную сушку, чем жаровни, так как
вдуваемые в форму горячие газы более равномерно омывают ее ра-
бочую поверхность. Следует, однако, отметить, что с санитарно-
гигиенической точки зрения как жаровни, так и переносные су-
шила являются мало удовлетворительными, так как они загрязняют
атмосферу помещения дымом и вредными газами и пользоваться
ими по правилам техники безопасности разрешается только в не-
рабочие смены. Для работы в дневные смены над такими сушилами
надо иметь вытяжные зонты.
Для сушки почвенных форм иногда применяют электрические
переносные сушильные устройства в виде проволочных спиралей,
опускаемых в форму. При надлежащем равномерном распределении
спиралей в форме качество сушки получается вполне удовлетвори-
тельным.
При электросушке нет выделения дыма и вредных газов, что
является большим преимуществом.
- Весьма интересным методом является применение инфракрасных
лучей для поверхностной сушки литейных форм. Источником инфра-
красных лучей служат специальные лампы, которые монтируются на
296
СУШКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
потолке сушила и производят облучение раскрытых форм, подлежа-
щих сушке. Сушка форм инфракрасными лучами занимает
около 10 мин. на каждые 4—8 мм глубины просушки.
В литейных цехах массового автотракторного литья поверх-
ностная подсушка ответственных форм может быть осуществлена
в потоке с помощью рамп с лампами инфракрасного света, под-
вешиваемых над литейным конвейером или сборочным роль-
гангом.
Лампы инфракрасного света мощностью 250 и 500 вт (127 в)
имеют габариты: длину 250 мм и диаметр 176 мм. У этих ламп внут-
ренняя поверхность колбы, имеющая параболическую форму, покрыта
тонким слоем серебра и служит отражателем. Такие лампы рекомен-
дуется располагать в рампе с шагом 185—200 мм. Расстояние от
ламп до разъема облучаемой формы 100 мм. При влажности формо-
вочной земли 5% и глубине просушки 10 мм время сушки в этих
условиях составляет 15—25 мин., при глубине просушки 20 мм
время сушки 25—40 мин. Затрата электроэнергии соответственно
в первом случае около 4, а во втором — 7 квт-ч на 1 м2 площади
опоки по разъему.
Для объемной сушки форм и стержней применяются камерные
сушила периодического действия и конвейерные сушила непрерыв-
ного действия.
Сушило периодического действия представляет собой камеру,
в которую загружают комплект подлежащих сушке форм или стерж-
ней. После сушки и охлаждения сушила высушенные изделия выгру-
жаются, а на их место загружают новые для следующего цикла
сушки.
Сушила периодического действия, применяющиеся в литейном
производстве для форм и стержней, делятся на ямные и наземные,
а последние, в свою очередь, на камерные сушила с тележками
и с этажерками и на так называемые сушильные шкафы.
Я м н о е сушило располагают ниже уровня пола; оно углублено
в землю, и над уровнем пола выступают только его съемные своды.
Эти сушила удобны для крупных форм и стержней. Их загружают
при помощи мостовых или консольных кранов. Разгрузка также
производится краном после того, как снят свод сушила.
Наземные камерные сушила с тележками наи-
более широко распространены для сушки форм и крупных стержней.
Формы или стержни укладывают на тележку, которая по рельсам
через дверь в торцевой стене сушила въезжает внутрь сушильной
камеры. Если после сушки тележка выдается обратно через ту же
дверь, то сушило называют тупиковым. В проходных
сушилах тележка после сушки выдается через дверь в противопо-
ложной от входа стене камеры; таким образом она проходит камеру
насквозь в одном направлении. На практике применяются как тупи-
ковые, так и проходные камерные сушила с тележками, в зависи-
мости от планировки цеха.
ПРОЦЕСС И КОНТРОЛЬ СУШКИ ФОРМ и стержней
297
В литейных массового и крупносерийного производства для
сушки средних и средне-мелких стержней часто применяют к а-
мерные этажерочные сушила, в которые стержни
завозятся на особых железных этажерках.
Сушильные шкафы, применяющиеся для сушки мелких
стержней, представляют собой камеры с постоянным нагревом,
в которые на особых выдвижных полках вводятся стержни. Полки
можно вставлять в шкаф и вынимать из него независимо одна от
другой, причем сушка стержней, находящихся на других полках,
не прекращается. Каждую полку можно выдерживать в шкафу
произвольное время. Топливо для сушильных шкафов применяется
как твердое, так и жидкое и газообразное.
Сушило непрерывного действия, или конвейерное су-
шило, имеет постоянный нагрев. В каждой точке его объема в тече-
ние всего рабочего дня температура остается неизменной. Подвер-
гающиеся сушке изделия, например стержни, продвигаются по
сушилу, входя в него с одного конца и выходя высушенными с дру-
гого конца. В конвейерных сушилах непрерывного действия, при-
меняющихся в современных литейных массового производства,
стержни непрерывно передвигаются по сушилу на этажерках,
подвешенных к конвейерной цепи. Стержневые конвейерные сушила
непрерывного действия бывают вертикальные и горизонтальные.
Вертикальное сушило представляет собой стоящий на
бетонном фундаменте вертикальный кожух четырехугольного се-
чения, в котором движется вертикально замкнутый конвейер с под-
вешенными на нем этажерками. Загрузку сырых стержней на эта-
жерки производят через загрузочное окно в боковой стенке сушила.
Стержни на этажерках поднимаются кверху, попадают в зону все
более высоких температур, затем другой стороной печи опускаются
вниз к разгрузочному окну. Отапливается сушило мазутом или
газом.
Вертикальные сушила обычно применяют для некрупных стерж-
ней, и продолжительность сушки в них колеблется от 1 до 3 час.
Высота печей — 15—16 м от фундамента и до 14—15 м над полом
стержневой.
В горизонтальном конвейерном сушиле непрерывного
действия стержни движутся на этажерках, подвешенных к горизон-
тально замкнутому цепному подвесному конвейеру, который внутри
сушила делает несколько поворотов. Во избежание потери газов.
Через открытые входные и выходные отверстия конвейер входит
в печь и выходит из нее по наклонным коридорам, или участкам,
сама же печь ставится на колоннах на высоте 2,5—3,5 м над полом.
Горизонтальные сушила отапливаются газом или мазутом.
Длина сушил достигает 40—45 м. Продолжительность сушки —
До 5 час.
В последнее время разработан метод сушки стержней из песча-
ных смесей с помощью переменного электрического
298 СУШКА ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
тока высокой частоты (порядка 20 млн. пер/сек).
Сушка стержней происходит в течение 3—5 мин. в пространстве
между обкладками конденсатора. Стержни на гооизонтальном кон-
вейере проходят через сушило и выходят из него высушенными.
Промышленное применение этого метода пока ограничивается зна-
чительным расходом электроэнергии (порядка 150 квт-ч на 1 т
стержней). Однако этот метод сушки имеет в нашей стране перспек-
тивы широкого применения в массовом производстве в связи с пуском
мощных гидроэлектростанций в стране.
ЛИТЕРАТУРА
Мариенбах Л. М., Сушка форм и стержней, Энциклопедический спра<
вочник «Машиностроение», т. 6, Машгиз, 1948.
ГЛАВА VIII
литники для ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Назначение литниковой системы — подвести жидкий металл
к полости отливки в литейной форме, обеспечив совершенное ее за-
полнение и задержав случайно попавший с металлом шлак. Кроме
этой первой задачи подвода металла, литниковая система должна
способствовать питанию отливки жидким металлом в процессе ее
усадки при затвердевании в форме и получению таким образом от-
ливки без усадочных пороков. Для отливок из сплавов с относитель-
но небольшой усадкой, например из серого чугуна, эта вторая за-
дача питания не является основной и литниковая система преду-
смотрена в основном лишь для обеспечения заполнения отливок.
Для отливок из сплавов с относительно большой усадкой (сталь,
ковкий чугун) задача их питания приобретает весьма большое зна-
чение, и литниковая система для такого литья включает в себя спе-
циальные питающие устройства (прибыли, питающие бобышки),
которые мы и рассмотрим в соответствующих главах о стальном
литье и ковком чугуне.
Правильный подвод металла к отливке, конструкция и размеры
литниковой системы имеют большое значение цля получения здо-
рового литья, без дефектов по недоливам, раздутию, газовым и уса-
дочным раковинам, засорам, шлаковым включениям, трещинам.
Излишне большие сечения каналов литниковой системы приводят
к перерасходу металла и увеличению расходов на переплавку отхо-
дов. Поэтому надлежащее устройство и размеры литниковых систем
имеют большое технико-экономическое значение в литейном произ-
водстве.
1. типы литниковых СИСТЕМ
Рассмотрим сначала наиболее часто применяемую для отливок
серого чугуна литниковую систему (фиг. 206), которую условно
будем называть нормальной. Элементами нормальной лит-
никовой системы являются литниковая чаша, стояк, шлакоуло-
витель и питатели.
Литниковая чаша служит резервуаром, в который льют
Жидкий металл из ковша при заливке формы. Основное назначе-
ние чаши — облегчить попадание в литник струи металла, особенно
300
литники для отливок из СЕРОГО ЧУГУНА
из большого ковша. Для мелкого литья для экономии металла вместо
чаши делают небольшую коническую литниковую воронку.
В литниковой чаше также частично происходит отделение от
металла шлака, как показано на схеме фиг. 207. Струи металла
образуют в чаше вихри, которые и захватывают частицы шлака,
как более легкие по удельному весу. Кроме того, часть шлака успе-
вает всплыть на свободную поверхность металла в чаше и также
не попадает в стояк. В больших чашах для лучшего задержания шлака
иногда делают специальные перегородки.
Часто при крупном литье применяют чаши
с пробкой. Чугунную пробку, обмазанную
глиной, открывают (за залитый в нее же-
Фиг. 206. Схема нормальной
литниковой системы для отли-
вок серого чугуна:
1 — литниковая чаша; 2 — стояк;
3 — шлакоуловитель; 4 — питатели.
Фиг. 207. Схема течения металла в литни-
ковой чаше:
1 — подача металла из ковша; 2 — порог чаши.
лезный пруток) лишь после наполнения чаши металлом, когда шлак
всплывает кверху. Иногда отверстие стояка в чаше закрывают не
пробкой, а листочком жести, который расплавляется к концу на-
полнения чаши металлом и освобождает отверстие стояка.
Стояк представляет собой вертикальный канал литниковой
системы, по которому металл опускается от уровня чаши до того
уровня, на котором он подводится к отливке. Стояк должен не-
сколько сужаться книзу.
Шлакоуловитель нормальной литниковой системы пред-
ставляет собой горизонтальный канал, чаще всего трапециевидного
сечения, устраиваемый на плоскости разъема формы. Шлакоуло-
витель делают в верхней опоке, а питатели (т. е. каналы, отводящие
из него металл) — в нижней. Как показывает его название, шлако-
уловитель служит в основном для задержания попавшего в него
с металлом шлака.
Шлакоуловитель можно рассматривать как резервуар, в кото-
рой по каналу 1 (стояк) входит жидкий металл со шлаком, а по
ТИПЫ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ
301
каналу 2 (питатель) чистый металл направляется в отливку
(фиг. 208).
Если пропускная способность стояка 1 больше, чем питателей 2,
то шлакоуловитель заполняется металлом. Шлак поднимается
кверху, к потолку шлакоуловителя, и здесь задерживается, а в пи-
татели со дна шлакоуловителя идет чистый металл. Когда же про-
пускная способность стояка 1 меньше пропускной способности пи-
тателей 2, то шлакоуловитель не заполняется металлом, шлак не
отделяется от металла и попадает в отливку.
Фиг. 208. Схема течения металла со шлаком через заполненный (а)
и незаполненный (б) шлакоуловитель:
1 — стояк; 2 — питатель.
Таким образом, чтобы шлакоуловитель хорошо работал (т. е.
был целиком заполнен металлом), пропускная способность стояка
должна быть больше пропускной способности питателей. Для этого
чаще всего сечение стояка делается больше
суммы сечений всех питателей. Сечение же шлако-
уловителя делается по величине промежуточным между сечением
стояка и суммой сечений питателей.
Это правило часто считают основным для подбора сечений ка-
налов нормальной литниковой системы.
Такая прогрессивно сужающаяся по ходу металла литниковая
система при заливке очень быстро вся заполняется жидким метал-
лом, и литейная форма, как говорят, оказывается запертой,
т. е. предохраненной от засасывания в нее через литник воздуха
и шлака. После заполнения такой литниковой системы заливщик
Должен лить в нее металл лишь в меру ее пропускной способности,
сколько она может его принять.
Для возможности всплывания шлака металл из стояка непре-
менно должен пройти некоторый путь вдоль шлакоуловителя, а не
попадать прямо в питатель. Поэтому нельзя располагать
питатели непосредственно под стояком.
Кроме прямых шлакоуловителей трапециевидного сечения, при-
меняющихся в литниковой системе, названной нами нормальной,
на практике применяют шлакоуловители других типов.
302
литники для ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
На фиг. 209 приведены эскизы так называемых тормозя-
щих шлакоуловителей, предложенных В. И. Фундатором. Пере-
ливание металла из одного колена в другое, располагаемых пооче-
редно то в верхней, то в нижней опоке, уменьшает энергию струи,
и скорость заполнения отливки становится меньше. Подбирая
опытным путем число таких элементов сопротивления, можно до-
биться наивыгоднейшей скорости заполнения формы, при которой
5
Фиг. 209. Схемы литниковых систем
с элементами торможения:
1 — стояк; 2 — элементы торможения; 3 — пита-
тели.
получается качественная отлив-
ка. При слишком медленной
заливке имеется опасность по-
лучить брак литья по обгару
формы с образованием песочин
и засора и, кроме того, тонко-
стенные отливки могут выйти с
недоливом. При слишком же
быстрой заливке динамическое
давление металла может обжать
форму, и отливка получится с
раздутиями.
На эскизах фиг. 210 пока-
зано два метода установки в
литниковой системе филь-
тровальной сетки,
являющейся четвертым элемен-
том системы и служащей как для
задерживания крупных частиц
шлака, так одновременно и для
торможения металла. Сетки для
форм металлоемкостью до 80—
90 кг изготовляются в виде
стержней на масляных крепи-
телях толщиной 12—14 мм с
7—15 отверстиями диаметром
6—8 мм на верхних концах и 7,5—10 мм — на нижних.
На фиг. 211 показана литниковая система с центробеж-
ным шлакоуловителем и гидравлическим затвором.
Вследствие вращательного движения потока шлак собирается в се-
редине центробежного шлакоуловителя, а по периферии соби-
рается и отводится в форму чистый металл. Центробежные шла-
коуловители нередко применяются для ответственного литья
(также и без гидравлического затвора) и надежно задерживают
шлак.
Назначение гидравлического затвора — запирать систему в слу-
чае недостаточной подачи в стояк жидкого металла. Так как
верхний уровень АВ порога затвора делается приблизительно
вровень с уровнем потолка шлакоуловителя, то даже в случае пол-
ного прекращения подачи металла в систему шлакоуловитель все
ТИПЫ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ
303
равно останется заполненным, и находящийся в нем шлак не по-
падает в форму.
Рассмотрим последний по ходу металла элемент литниковой
системы — питатели. Количество питателей и их расположение за-
висят от характера заливаемых деталей. Сечение питателей должно
быть такой формы, чтобы металл возможно меньше в нем охлаждался
и питатели легко отламывались от отливки. Первое условие легче
всего выполнить при круглом сечении, так как у круга наиболь-
Фиг. 210. Схема установки фильтровальной сетки на разъеме формы (а) и в литни-
ковой воронке (б):
1 — литниковая воронка; 2 — стояк; 3 — фильтровальная сетка; 4 — шлакоуловитель; 5 — питатели.
шее отношение площади к периметру. Однако круглые питатели,
за исключением так называемых дождевых литников, не приме-
няются, так как сопряжение их со шлакоуловителем и отламывание
от отливки труднее, чем питателей другого сечения.
Наилучшим сечением питателей в месте примыкания к шлако-
уловителю следует признать трапецию с переходом в тонкий и ши-
рокий прямоугольник в месте сопряжения питателей с отливкой
(фиг. 212). Если толщина тела отливки меньше полуторной высоты
сечения питателя в месте подвода его к отливке, то на питателе
на расстоянии около 2 мм от отливки необходимо сделать пережим
Для облегчения отламывания питателя.
При выборе места подвода металла к отливкам серого чугуна
надо руководствоваться следующими соображениями.
Подводить металл следует в тонкое место отливки.
Металл при этом попадает в массивные места отливки уже несколько
охлажденным, в месте же подвода, в тонком сечении, он будет более
горячим. Вследствие этого отливка будет остывать более равномерно,
Что, как увидим ниже, способствует получению более здорового
литья в отношении усадочных раковин, напряжений и искривлений.
304
литники для отливок из СЕРОГО ЧУГУНА
Подводить металл нужно по возможности по х о ду, т. е.
чтобы стенка или ребро отливки были продолжением струи металла
в питателе. Металл пойдет плавно, без резких поворотов, минимально
размывая форму.
При подводе металла по знаку стержня (в плоскости разъема)
нельзя вести питатели, как показано на фиг. 213, а, потому что
через зазор в торце знака металл может попасть в вентиляционный
Фиг. 211. Схема литниковой системы с центробежным шлакоуловителем
и гидравлическим затвором:
1 — стояк; 2 — центробежный шлакоуловитель; 3 — гидравлический затвор; 4 — контур
болвана; 5 — металл; 6 — шлак.
канал стержня и залить его. В таком случае питатели следует под-
водить так, как показано на фиг. 213, б. Зазоры по боковой поверх-
ности стержней обычно очень малы, и через них металл не может
проникнуть в торец стержня.
При формовке мелкого литья (обычно по нескольку деталей
в опоке) стремятся расположить в нижней опоке если не всю деталь,
то ее наиболее высокую часть. Поэтому литники для мелкого литья
эбычно получаются с верхним подводом металла. У таких
литников вместо чаши делают небольшую коническую воронку.
Тонкостенные отливки с большой поверхностью во избежание
недолива надо заливать быстро, так как металл, растекаясь в такой
форме, быстро стынет и густеет. Заливать такую деталь надо
через большое количество питателей, располагая их
вдоль отливки равномерно, чтобы пробег металла по отливке
был минимальным.
ТИПЫ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ
305
им отливкам, а именно при
Фиг. 212. Форма питателя:
1 — шлакоуловитель; 2 — питатель; 3 — пере-
жим.
При заливке посудного литья (сковородок, котлов для варки
пищи, ванн и т. п.) применяют клиновые литники (фиг. 214).
Они подают металл широкой тонкой струей и способствуют быстрому
и равномерному заполнению формы. Так как в месте примыкания
к отливке клиновой литник очень тонок (тоньше тела отливки),
то он легко отламывается. Клиновые литники ставятся всегда на-
верху отливок.
Известны два метода подвода металла к заливаемым в вертикаль-
ном положении цилиндрам и подо '
помощи сифонных и дождевых
литников. При сифонном лит-
нике (фиг. 215) металл опускается
из чаши по стояку и подводится к
отливке в самой нижней ее точке.
При дождевом литнике
(фиг. 216) металл, пройдя через
множество тонких питателей, уста-
новленных наверху отливки, па-
дает в полость формы дождем.
При сифонном литнике металл
плавно входит в полость формы,
плавно поднимается в ней и очень
мало ее размывает; при дождевом
литнике металл падает на дно
формы с большой высоты и может сильнее размыть форму. Однако
указанное преимущество сифонного литника имеет значение лишь
для сырых форм. Цилиндровое же литье отливается, как правило, в
сухие формы, которые достаточно хорошо выдерживают размываю-
щее действие дождевого литника.
В отношении чистоты поверхности отливки сифонный литник
хуже дождевого. Металл, плавно поднимающийся при сифонной
заливке в кольцевом пространстве между формой и стержнем, имеет
выпуклую поверхность у стенок (он не смачивает стенок) и при-
жимает плавающие на нем шлак и сор к стенкам формы и стержня,
где эти загрязнения и остаются вкрапленными в тело отливки. При
заливке дождем поверхность металла в форме все время находится
в волнении, вследствие чего шлак и сор не задерживаются у стенок
формы и стержня, а выносятся на самый верх отливки, в срезаемую
при обработке часть.
Поэтому при заливке в сухие формы ответственных цилиндров
в вертикальном положении предпочтительнее дождевой литник.
И действительно, для отливки’ цилиндров паровозов, паровых су-
довых и других машин, отливавшихся ранее почти исключительно
при помощи сифонных литников, в настоящее время применяют
всюду дождевые литники.
При этом следует отметить необходимость прорезки «лент» —
стержней паровпускных каналов. Стержни эти примыкают к глав-
20 Аксенов 1956
306
литники для отливок ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Фиг. 213. Схема неправильного (а) и пра-
вильного (б) подвода металла к отливке
| по знаку горизонтального стержня.
Фиг. 214. Схема клинового
литника для посудного литья:
1 — отливка; 2 — литник.
Фиг. 215. Схема формы для изложницы с сифонным литником.
Фиг. 216. Схема формы для изложницы
с дождевым литником.
Фиг. 217. Схема формы
с рожковым литником:
1 — дощечка.
ТИПЫ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ
307
ному стержню («бочке»), и если между ними и главным стержнем
не сделать прорезей, то поднимающиеся на поверхность шлак и сор
застрянут под лентами и отливка в этом месте получится нездоровой.
Разновидностью сифонного литника является рожковый
литник (фиг. 217), при котором подвод металла осуществляется
еще более плавно, чем при боковом сифонном литнике. Рожковый
литник особенно удобен для цилиндрической отливки со стержнем,
в который бьет струя металла при боковом подводе, или для от-
ливки с зубчатой боковой поверхностью. Для предохранения от
г
1 6
Фиг. 218. Схема подвода металла
к крупной массивной отливке через
этажную литниковую систему:
/ — отливка; 2—прибыль; 3 — чаша; 4 — стояк;
5 — шлакоуловитель; 6 — питатели.
Фиг. 219. Отливка с литнико-
вой системой и выпорами:
1 — литник; 2 — выпоры.
обвала земли при вытаскивании из формы модели рожка сверху
на разъем накладывают и прижимают дощечку /.
Сифонный т а н г е н ц и а л ь н ы й подвод является весьма ра-
циональным при отливке сплошных цилиндрических тел (например,
прокатных валков), так как он способствует получению чистой поверх-
ности отливки. Но он является нерациональным для цилиндрических
вертикальных отливок со стержнем, так как вращение металла
в форме оттесняет шлак к стержню, у поверхности которого он
и застревает, и отливка с внутренней (обыкновенно наиболее ответ-
ственной) стороны получается нечистой.
При заливке высоких тонкостенных или крупных массивных
отливок применяют этажные литники с подводом метал-
ла на нескольких уровнях. На фиг. 218 показана схема
подвода металла к шаботу для парового молота питателями на
трех различных уровнях.
При таком методе подвода металл в верхнюю часть отливки
поступает не через нижний ход, а через верхние ходы, более горя-
чим, не успевшим остыть в форме. Это обстоятельство имеет боль-
шое значение как для массивных, так и для сложных и высоких
20*
308
литники для ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
тонкостенных деталей. Кроме того, через питатели, расположенные
на одном уровне, проходит только часть металла, что ведет к мень-
шему разогреву и размыванию питателей и формы при тяжелых,
массивных отливках.
Кроме литниковых каналов, подводящих металл в форму, на
верхних местах отливки часто ставят так называемые выпоры,
или выдухи, представляющие собой вертикальные каналы (стояки)
с расширением наверху в виде воронки. Пример установки выпоров
показан на фиг. 219.
Выпоры на отливках серого чугуна ставят для нескольких це-
л&й: 1) через выпор выходит наружу вытесняемый из формы воздух;
2) выпор служит для слива лишнего (загрязненного и остывшего)
металла; 3) выпором пользуются для наблюдения за ходом напол-
нения формы (как только металл показался в выпоре, значит форма
наполнена); 4) благораря выпору смягчается удар жидкого металла
о верхнюю часть формы при ее заполнении.
Число выпоров и размеры их зависят от характера и размеров
отливки. На мелких отливках, как правило, выпоров не ставят; на
крупных отливках часто ставят по нескольку выпоров.
2. РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК
ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
При расчете литниковой системы определяют площадь сечения
наиболее узкого места литниковой системы, которое носит назва-
ние малого сечения системы и которым чаще всего являют-
ся выходные отверстия питателей. Площадь малого сечения при
данном напоре и конструкции системы лимитирует секундный рас-
ход жидкого металла через систему. Найдя расчетом величину
площади малого сечения F чс, определяют далее площади сечений
других элементов системы, задаваясь теми или иными соотно-
шениями между сечениями этих элементов и величиной малого
сечения.
Процесс заполнения жидким металлом полости литейной формы
может быть разделен на две фазы — заполнение части отливки,
расположенной ниже уровня питателей, и заполнение верхней части
отливки, находящейся в форме выше уровня питателей.
Научный метод расчета литниковой системы должен быть по-
строен на применении общих закономерностей гидравлики. Рассма-
тривая литниковую систему как трубопровод для жидкого металла
и взяв два сечения этого трубопровода — в начале его, по зеркалу
металла в чаше, и в конце его, по выходным отверстиям питателей,
можно написать для первой фазы заполнения формы уравнение
Бернулли в виде
+ пот. сист, (9)
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 309
где Н — статический напор жидкого металла в см над
питателями, считая от зеркала металла в чаше;
v — скорость истечения металла из питателей в по-
лость литейной формы в см! сек;,
g — ускорение силы тяжести, равное 981 см/сек.2 \
^hnom сист — сумма потерь напора в литниковой системе на
преодоление гидравлических сопротивлений
(потери на трение металла о стенки каналов,
потери при поворотах струи, при изменениях
сечения струи), выражаемых в сантиметрах
столба жидкого металла.
Потери напора ^hnom сист можно условно выразить в виде
V
где — коэффициенты упомянутых местных сопротивле-
ний в
Тогда
откуда
системе, отнесенные к скоростному напору в питателях,
получим
2g
скорость
V —
а весь весовой расход жидкого металла за время заливки г сек.,
равный весу заполняемой в первой фазе части отливки Q кг, выра-
зится в виде
ГХ г 'Г
Q = V —,
4 * мс v 1 + 2с/
где 7 — вес 1 см3 жидкого металла в кг.
Величина _ру==- равна отношению действительного рас-
хода Q реальной жидкости (жидкого металла), обладающего вяз-
костью и имеющего в литниковой системе потери напора (2Се > 0),
к теоретическому расходу за то же время воображаемой идеальной
жидкости, не обладающей вязкостью (ЕСс = 0).
Эта величина — + дг"' носит название коэффициента расхода
литниковой системы. Обозначим ее через Тогда расход Q выра-
зится
Отсюда искомое сечение Fмс будет равно
F =----------.
мс V2gH
(Ю)
310
ЛИТНИКИ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Для чугуна, подставив 7 = 0,007 кг/см9 и
получим
F =--------------------------------------=
м ^г-0,31 / Н
вычислив У 2g,
(Юа)
Для второй фазы заполнения литейной формы, когда уровень
жидкого металла в полости формы поднимается выше уровня питате-
лей и заполняется верхняя часть отливки, истечение металла из
отверстий питателей происходит не в свободное пространство формы,
а под затопленный уровень. В отличие от первой фазы заполнения,
статический (пьезометрический) напор в питателях будет уже не
равен нулю, а определится как сумма последующих за питателями
сопротивлений — подпора металла в отливке со средней высотой
столба металла Ьф ср над питателями и суммой потерь напора в по-
лости формы на трение и на местные сопротивления 2Лпот. ф-
Уравнение Бернулли для второй фазы заполнения напишется в виде
Н ~ 2g hnotn. сист 4” ^ф.сР + 2 hnotn. ф‘ (11)
у 2
Выражая ЗЛпот. ф в виде ^ф-^, где 1ф — коэффициенты
местных сопротивлений в форме, отнесенные к скоростному на-
у 2
пору 2^- в питателях, и обозначив Н — Ьфср (среднюю расчетную
высоту действующего в питателях напора) через Нср; получим
и аналогично первой фазе будем иметь выражение для искомой
площади FMC во второй фазе заполнения формы
1Мг V сР ’
(12)
а для чугунного литья
<2
мс цкг -0,31 YH ср
(12а)
где — комплексный коэффициент расхода литниковой системы
и полости литейной формы, равный
1
№к = —7-- - •
Научный метод расчета FMC по приведенным формулам (11)
и (12) встречает трудности ввиду недостаточной изученности коэф-
фициентов С местных сопротивлений в литниковой системе и в осо-
бенности в полости литейной формы, а также величины потерь
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 311
напора на трение жидкого металла. В связи с этим в настоящее
время практически применяют целый ряд методов расчета, рассмат-
риваемых ниже, которые носят эмпирический или полуэмпириче-
ский характер и основаны на обработке опытных данных, относя-
щихся чаще всего к определенным группам литья по развесу и слож-
ности. Поэтому полученные в результате такого рода расчетов раз-
меры сечений элементов литниковой системы на практике все же, как
правило, нуждаются в доводке на основе пробной заливки деталей.
Расчеты, основанные на формуле Озанна и производных
от нее формулах
По методу проф. Б.
литниковой системы для
муле
Озанна расчет площади малого
отливок из серого чугуна ведется
сечения
по фор-
(13)
Q
p.z-0,31 Vhp'
построению формулам (10), (10а)
и (12),
Фиг. 220. Расчет среднего на-
пора металла при заливке.
вполне аналогичной по
(12а), прямо вытекающим из закономерностей гидравлики. Но ввиду
того что расчет ведется не для первой
или второй фазы заполнения формы по
отдельности, а для всего процесса за-
полнения суммарно, средний действую-
щий в питателях расчетный напор Нр
определяется следующим образом.
Пусть Н — напор металла над пи-
тателем (фиг. 220), действующий в пер-
вой фазе заполнения, Р — высота верх-
ней части отливки над питателем, а
С — вся высота отливки в форме. Можно
приближенно принять, что условная
доля участия полного напора Н
(доля первой фазы) в общем среднем искомом расчетном напоре Но
С _ р р
равна отношению —— высоты нижней части отливки (которая
заполняется в первой фазе) к высоте всей отливки.Во второй фазе
в начале действует тот же полный напор //, а в конце второй фазы
действует напор Н — Р. В среднем для второй фазы можно при-
Р
нять действующий напор Н —Условная доля участия этого
напора в общем среднем расчетном напоре Н будет равна отноше-
Р р
нию высоты верхней части отливки (заполняемой в этой фазе)
к высоте всей отливки. Таким образом, складывая принятые нами
условные доли участия обеих фаз заливки, получим искомый рас-
четный напор
312
литники для отливок из СЕРОГО ЧУГУНА
или окончательно
D2
(14)
На фиг. 221 показаны три метода подвода металла к отливке,
при которых величина напора Н р получается разной.
и С
При сифонной заливке Р = С расчетный напор Нр = Н — у.
При верхнем литнике Р
Фиг. 221. Три метода подвода
металла к отливке (к расчету
среднего напора металла при
заливке):
а — сифонный подвод; б — верхний
подвод; в — подвод металла по разъе-
му формы.
= 0 расчетный напор Н р = Н.
При подводе металла по разъему в
п с
середину высоты отливки Р = -у рас-
С
четный напор Нр = Н--g-.
Определение среднего расчетного
напора по формуле (14) хотя и реко-
мендуется многими авторами, однако
является грубым приближением. Более
точно можно рассчитать величину Н р,
как было показано в работе В. А. Бе-
ленького, следующим образом.
Скорость истечения жидкого метал-
ла через питатели в первой фазе за-
полнения формы постоянна и равна
v1=}/2gH. Скорость истечения во
второй фазе переменна. В начале вто-
рой фазы она также равна У 2gH, а в
конце У 2g (Н — Р). Можно принять,
что средняя скорость истечения через
питатели во второй фазе составляет
= /a+TWEZL _ у^н2.
где Н2 — среднее значение действующего в питателях напора за
вторую фазу. Сократив полученное выражение на У 2g, найдем
=VH2.
Продолжительность первой фазы заполнения формы составляет
, Vi . . , V, , 1
Zj = k , а второй фазы z2 = k где k - ---------------,
V" Г
a Vj и — объемы нижней и верхней частей отливки. Очевидно,
что отношение времен будет
г2 У~н
гх УТЦ
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 313
Расчетный усредненный напор Нр должен обеспечить заполне-
ние всей отливки объемом Vi + V2 в то же самое время z^z^
секунд, т. е. Zi + z2 = k V^-2- Отсюда /Нр = k—у' + у--.
Р k Ун + k У'ТГ2
Сократив на k и приняв приближенно, что объемы и V2 пропор-
циональны высотам С — Р нижней и Р верхней частей отливки,
получим окончательно
----С -------- ('5)
VTi + у 77 + УТГ^Р
Коэффициент расхода р- в формуле (13) относится к первой
и второй фазам заполнения формы суммарно. Поэтому он является
комплексным и учитывает сопротивление как литниковой системы,
так и полости формы. По данным Озанна коэффициент сопротивле-
ния р- колеблется для сырых форм в пределах 0,27—0,55, а для
сухих форм 0,6—0,8. Неопределенность значения коэффициента р-,
которым надо задаваться, вносит элемент неопределенности и в весь
расчет по данному методу.
Величиной входящей в формулу Озанна продолжительности
заливки z при расчете также задаются по различным практическим
и опытным данным. Закономерность времени z в зависимости от
веса отливки Q, толщины ее стенок & и других факторов при этом
может быть любая. Если же упомянутую зависимость принять
какой-либо определенной, то мы придем к тем или иным расчетным
формулам, производным от общей гидравлической формулы Озанна.
Г. Дитерт принял закономерность времени заливки z = s ]/ Q,
где коэффициент s = 1,63 для чугунных отливок с преобладаю-
щей толщиной стенок 3—4 мм, для толщины 5—8 мм s = 1,85 и для
толщины 8—15 мм s = 2,20. Подставив эту закономерность для z
в формулу (13) и объединив коэффициенты в один общий комплекс-
ный коэффициент, получим формулу Дитерта для расчета Fмс\
____X V Q
мс~ Ун~р'
(16)
Расчетный напор Нр рассчитывается по формуле (14). Для тол-
щины отливок 3—4 мм коэффициент х = 5,8, для толщины 5—8 мм
* = 4,9 и для толщины 8—15 мм х = 4,3.
Расчет по Дитерту дает практически приемлемые результаты
главным образом для мелкого и средне-мелкого (до 400 кг) тонко-
стенного литья сложной конфигурации, с которым автор эксперимен-
тировал и установил приведенные коэффициенты. Для простого
и толстостенного литья расчет по Дитерту дает преувеличенные
значения FMC.
314
ЛИТНИКИ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Оргтяжмаш рекомендует вести расчет FMC по формуле, анало-
гичной формуле Дитерта, но вместо Нр брать полный действующий
над питателями напор Н и коэффициент х представить в виде ,
где ц, L и а —отдельные коэффициенты, учитывающие различные
Р
факторы. Из них а = 1------(см. фиг. 220), причем этот коэффи-
циент применяется лишь для этажных литниковых систем. Зна-
чения коэффициентов ц и L приведены в табл. 48—50. В этих табли-
цах (49, 50) объемный вес, или относительная плотность отливки kv =
= у- представляет собой вес отливки Q в кг, разделенный на габа-
ритный объем отливки V дм3. Очевидно, чем сложнее отливка пр
конфигурации и чем тоньше ее стенки, тем меньше величина kv.
Таблица 48
Значения коэффициента в формуле Оргтяжмаша
Подвод металла Род формовки Значения
Сверху По-сырому По-сухому 0,124 0,155
Сифоном По-сырому По-сухому 0,087 0,108
По середине отливки (в разъем) По-сырому По-сухому 0,107 0,134
Этажная литниковая система По-сырому По-сухому 0,124 0,155
Дождевой литник По-сырому По-сухому 0,134 0,217
Я. Л. Додин и Н. Б. Гельперин принимают зависимость времени
заливки приблизительно по закону z = sp^Q, расчетную же формулу
упрощают и придают ей вид
Fмс~ F исх'k*'kn'k<:' (17)
где Fucx — некоторая «исходная» площадь малого сечения при
принятом условном постоянном напоре 10 см, определяемая по
графикам, построенным по практическим данным применительно
к станочному литью. Авторы дают три таких графика — для отли-
вок весом до 1 т, для отливок от 1 до 15 т (фиг. 222) и для отли-
вок от 15 до 40 т. Коэффициент kH учитывает напор металла и опре-
деляется по графику фиг. 223. Коэффициент kn учитывает условия
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 315
отливки св. 40 мм.
Фиг. 222. Значения Filcx для отливок весом от 1 до 15 т:
1 — при толщине стенок отливки 10—20 мм\ 2 —при толщине стенок отливки 20—40 мм\
3 — при толщине стенок
Фиг. 223. Значения коэффициента kH
в зависимости от величины напора.
о>з
0,7
0,5
0,1
Чат
Фиг. 224. Значения коэффициента kc
в зависимости от сложности отливки:
1 — при формовке по-сырому; 2 — при фор-
мовке по-сухому.
316
литники для отливок ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Таблица 49
Значения коэффициента L в формуле Оргтяжмаша
(не для сплошных плит без вырезов и глубоких ребер и не для цилиндров,
поршней, изложниц и других подобных деталей)
Преобладающая толщина тела отливки в мм Объемный вес отливки кг/дм* Значения L при весе отливок в кг
До 50 100 500 1000 2000 5000 Более 5 00
До 5 До 1,0 1,8 1,25 1 1
1,1 —1,3 2 1,25 1 1 — — —
1,4—2 2,3 1,6 1,2 1 — — —
2,1—3 3 2 1,4 1 — — —
>3 — — — — — — —
6—10 до 1,0 1,8 1,6 1,2 1
1,1 —1,3 2,1 1,6 1,2 1 — — —
1,4-2 2,3 2 1,8 1,5 — — —
2,1—3 3 2,4 2 1,5 .— — —
>3 3,5 2,8 2,4 2 — — —
11—15 до 1,0 2,1 2 1,8 1,5 1,2
1,1 —1,3 2,1 2 1,8 1,8 1,4 — —
1,4—2 2,5 2,5 2,2 2 1,6 — —
2,1—3 3,5 2,8 2,4 2,2 1,8 — —
>3 4 3,8 2,8 2,5 — — —
Более 15 до 1,0 2,8 2,5 1,7 1,2 1,2 0,9 0,7
1,1 —1,3 2,8 2,8 1,7 1,5 1,5 1,1 0,8
1,4—2,0 3 3 2 1,8 1,8 1,3 0,9
2,1—3 3,5 3,2 2,5 2,2 2,2 1,5 1
>3 4 3,6 3,0 2,5 2,5 1,5 1,1
подвода металла и определяется по табл. 51. Коэффициент ke учи-
тывает сложность отливок и определяется, в зависимости от объем-
ного веса отливок kv кг/дм3, по графику фиг. 224.
По методу проф. В. М. Андреева время заливки также прини-
мается пропорциональным V Q, но в расчетной формуле не учиты-
вается влияние напора, и она принимает вид
FM.= VMQ, (18)
где М — коэффициент, принимающий значения: для отливок с тол-
щиной стенок до 15 мм М = 0,41; для толщины 16—30 мм М —
= 0,47; для толщины свыше 30 мм М = 0,55.
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 317
Таблица 50
Значения коэффициента L для пустотелых цилиндров, изложниц и поршней
Объемный вес отливок кг/дм* Значения L при весе отливок в кг
До 10 11-25 26-50 51-100 101-500 501—1000 1001-5000 Более 5000
До 0,5 1,5 1,2 0,8 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3
0,6—0,7 2 1,5 1 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4
0,8—1 2,8 1,8 1,2 0,9 0,8 0,6 0,5 0,5
1-1,3 3,5 2,2 1,4 1,1 1 0,7 0,6 0,6
1,4—1,7 4 2,5 1,6 1,3 1,2 0,8 0,7 0,7
1,8—2,1 4,5 3 1,8 1,5 1,4 0,9 0,8 0,8
2,2—2,5 4,5 3,5 2 1,8 1,6 1,1 0,9 0,9
2,6—3 4,5 4 2,2 2 1,8 1,2 1 1
3,1—3,5 5 4,5 2,5 2,2 2 1,4 1,2 1,1
Более 3,5 5 4,5 3 2,5 2,2 1,7 1,4 1,2
Значения коэффициента kn
Таблица 51
Метод подвода металла в форму Значения кп
Сверху Сифоном По середине отливки (по разъему) Этажная литниковая система 1 1,4 1,2 1,3
Б. В. Рабинович принимает закономерность времени заливки
_______________ зл___
средней между У Q и ]/ Q. Практический расчет ведется по номо-
грамме фиг. 225, где влияние напора, металла не учитывается.
Линии 1, 2 и 3 соответствуют отливкам, требующим быстрой, сред-
ней или малой скорости заливки.
К. А. Соболев предложил для определения площади сечения
Питателей (или FMC) номограмму (фиг. 226), при составлении кото-
рой было принято, что время заливки изменяется пропорционально
з,-— з
V Q и V Ь, где & —толщина стенок отливки. Эта номограмма дает
практически удовлетворительные результаты для среднего и средне-
крупного литья.
Г. М. Дубицкий и Л. А. Израилевич принимают время заливки
з ______
2 = s ]/ Q&. Расчет площади сечения питателей (или произ-
водится’’по номограммам следующим образом.
Сначала определяют время заливки г, для чего даются три номо-
граммы: для чугунных отливок весом от 5 кг до 2 т и толщиной от 4
2-F мс~ суммарная площадь малых сечений системы
Фиг. 225. Номограмма Рабиновича для расчета FMC.
х
X
X
о
о
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
co
CD
320
ЛИТНИКИ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
до 40 мм; для отливок весом от 100 кг до 10 т и толщиной от 2
до 100 мм (фиг. 227); для отливок весом от 10 до 60 т и толщине
стенок от 40 до 150 мм. При этом сначала соединяют прямой 1 при
нятое значение s на шкале А с значением & на шкале Б и находя
точку пересечения этой прямой с немой шкалой В. Затем, соеди
нив эту точку с значением Q на шкале Г прямой 2, находят искомо*
7,У н
1.8-
6
^00
-90
^200
- 190
- 1S0
- 120
- 160
- НО
но
=- 130^
Г 1/0ы
г /00^
- 70
И|
-50
Г-10000
~-9000
-8000
г 7000
Ь бооо
7 5000
Ё- 9000
г 3000
г
-800
- 700
У 600
г 500
-900
г 300
800
100
Фиг. 227. Номограмма для определения времени заливки z.
значение z на шкале D. Полученное значение z уьшыщяы про-
верить на скорость подъема металла в форме — мм/сек, которая
должна быть не менее 8—10 мм!сек для чугунных отливок с тол
щиной свыше 40 мм, 10—40 лш/сеядля В = 10—40 мм, 20—30 мм/сег
для В = 4—10 мм и 30—100 мм/сек для В = 1,5—4 мм.
Найдя z, определяют площадь сечения питателей (FMC) по но
мограммам, составленным для заливки из поворотного ковша с ве
совой скоростью заливки в пределах 0,5—60 кг!сек (фиг. 228
и для весовой скорости от 20 до 300 кг/сек. Определение произво
дится так же, как и в предыдущем случае, проведением двух пря
мых 1 и 2, показанных на номограмме. При этом значениями общей
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 321
коэффициента расхода системы и формы задаются по данным
табл. 52.
Таблица 52
Значения коэффициента р. для чугунных отливок
Форма Сопротивление формы
большое среднее малое
Сырая 0.3 0,42 0,5
0,41 0,48 0,6
В. И. Фундатор для практических расчетов суммарного сече-
ния питателей (7\с), или «минимума питания» дает таблицу
п 300
х/
о.з-у
— 100
г zoo
— 150
-200
--300
~^500
1-600
— 700
-800
-900
-1000
0.7
- 1500
~_2000
Фиг. 228. Номограмма для определения площади сечения питателей
’ па
(табл. 53). Определение F*. по этой таблице дает удовлетворитель-
ные результаты при литье в сырые формы главным образом для
мелких (до 50 кг) отливок простой конфигурации. В этой таблице /г2—
число питателей по месту.
21 Аксенов 1956
322
литники для отливок ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Таблица 53
Величина минимума питания по данным Фундатора
Вес отливки в кг Питатели Количество питателей при толщине отливки в мм
Сечение в см2 Длина в мм 3-5 5-8 8-10 10-15 15-20
До 0,5 0,3-0,4 10—15 1 1 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 1
3-5 0.65—0,85 25—30 2 2 1 1 1
5—10 0,65-0,86 25—30 3 3 2-3 2-3 2-3
10-15 0,65-0,87 25—30 3 2 2 2
15—20 0,85 - 0,95 25-30 4 4 3 3
20—30 0.85—1 30—35 4 4 3 3
30-40 0,85—1 30-35 5 4 3 3
40—60 1-1,5 30-35 4-5 4 3-4 3
60—100 1 — 1,5 30-35 5-6 5 4-5 4
100—150 1—1,5 40-45 7-8 7 5-6 5
150—200 1—1,5 45-50 "1 8-9 8 7—6 6
Расчет по удельной весовой скорости заливки
По методу, разработанному группой работников чугунолитей-
ного цеха Ново-Краматорского машиностроительного завода
имени Сталина, суммарное сечение питателей (FMC) определяется
по формуле
<19>
где Q — вес отливки в кг;
г— продолжительность заливки в сек.;
К — удельная весовая скорость заливки в кг1сек на 1 см2 сече-
ния питателей.
Продолжительность заливки z согласно предлагаемому методу
находят по формуле г = 1,1 |/ Q. Величину удельной весовой ско-
рости заливки берут по табл. 54, исходя из объемного веса kv
отливки.
По табл. 54 определяют удельные скорости заливки К для всех
деталей за исключением простых плит толщиной до 35 мм. Для
этих плит объемный коэффициент kv близок к 7,2, и данные таблицы
для них не подходят, так как дают заниженные сечения питателей.
Для подобных простых плит берут следующие величины удельной
скорости заливки К;
Толщина тела плиты в мм Величина К
До 10.................................................. 0,4—0,6
.15.................................................. 0,5—0,7
„ 20-25 ............................................. 0,6—0,8
. 30—35 ............................................. 0,7—0,9
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ для отливок ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА 323
Таблица 54
Удельная весовая скорость заливки К по данным НКМЗ
Вес отлив- ки Q в кг до Удельная скорость заливки К при ky равном
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
100 0,5 0 53 0.56 0,6 0,63 0,65 0,69
500 0.53 0,57 0,61 0,65 0,68 0,7 0,75 |
1 000 0,56 0,61 0,65 0,9 0,73 0,7 0,82 *
5 000 0,6 0,65 0,7 0,72 0,79 0,83 0,88 '
50 000 0,64 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95
Вес отлив- Удельная скорость заливки К при ky равном 1
ки Q в кг
до 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0
100 0,72 0,75 0,78 0,81 0,84 0,88 0,9
500 0,79 0,82 0,84 0,9 0,93 0,97 i,o :
1 000 0,86 0,9 0,94 0,98 1,02 1,06 1,1 f
5 000 0,98 0,97 1,02 1,07 1,11 1,16 1,2 i
50 000 1,0 1,05 1,1 1,15 1,2 1.25 из
По данным завода «Ленстанколит» удельную весовую скорость
заливки можно брать вне зависимости от веса фасонных отливок
следующей:
Kv = 0,55 1 2 3 4 5 6 7 кг/дм*
К = 0,55 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 кг/сек-см*
Определение размеров других элементов системы
Найдя по расчету площадь малого сечения литниковой системы,
определяют площади сечений остальных ее элементов по принятым
соотношениям. Чаще всего малым сечением системы является сум-
марная площадь питателей. Наиболее ходовыми соотношениями,
принимаемыми при расчете нормальных литниковых систем для
отливок из серого чугуна, являются следующие:
Fcm'Flu^Fnum = 1Л: 1,2:1; (20)
Fcm-FUiji'-Ftlum= 1,15: 1,1:1. (21)
Соотношение (20) рекомендуется НКМЗ и является вполне
Удовлетворительным для машинного литья. Соотношение (21) ре*
комендуется Фундатором. Для литниковых систем с фильтроваль*
ными сетками часто берется соотношение Fcm: Рфс: Ешл: Fnum = от
0,8 : 0,7 : 1,2 : 1 до 1,2 : 1 : 1,2 : 1. Форма при этом все же .остается
запертой. 1
21*
«324
литники щля ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
. В литниковых системах, предложенных Б. В. Рабиновичем, ма-
лым сечением являются не питатели, а дроссель — пережим в виде
узкой щели просветом 5—6 мм на шлакоуловителе или между стоя-
ком и шлакоуловителем. В этом случае соотношение сечений, по
данным названного автора рекомендуется принимать Fcm: Fdp\ Fiujt :
tFnum = 1 : (1—1,2) : (3—4) : 1. Выходное суммарное сечение пита-
телей в этом случае может быть даже несколько расширено, что
полезно для уменьшения скорости поступления металла в полость
формы. При этом фильтровальной сетки в системе не ставится,
так как ее заменяет дроссель.
Сечение шлакоуловителя по тем же данным следует брать из
расчета скорости течения жидкого чугуна через шлакоуловитель
0,25 кг/сек, на 1 см2, или линейной скорости течения около 0,4 м/сек.
При наличии центробежного шлакоуловителя его объем V см3 по
данным проф. Н.’ Г. Гиршовича берется равным ЗОО-О^’Л, где GceK —
расход металла через литниковую систему в кг/сек.
Согласно исследованиям Г. В. Рабиновича, при недостаточной
конусности стояка и острой кромке его верхнего, входного отвер-
стия в стояке получается разрежение, струя жидкого металла
отрывается от стенок стояка и через газопроницаемые стенки полу-
чается присос наружного воздуха и увлечение его струей металла.
Для избежания этого явления диаметр верхнего (входного)
сечения стояка de рекомендуется брать по диаграмме фиг. 229.
Сначала находят, в зависимости от отношения высоты стояка вместе
с чашей Н к высоте чаши h4, по одной из четырех кривых 1—4 вели-
чину отношения верхнего диаметра стояка de к диаметру d0 отвер-
стия, эквивалентного площади малого сечения системы. Эта послед-
няя величина (d0) легко определяется из номограммы, приведенной
Таблица 55
Емкость литниковых чаш по ГОСТ 2613-44
Чаши на один стояк Чаши на два стояка
Секундный расход чугуна в кг Емкость чаши в кг Секундный расход чугуна в кг Емкость чаши в кг
1,3—2 2 4-6 12
2—2,5 3 6-8 15
2,6-3 4 8-10 17
3 4 5 10—12 . 25
4—5 6 12 — 14 34
5—7 9 14—18 40
7-11 13 18-22 50
11 13 19 22-26 60
13—17 28 26—30 75
17—21 37 30-35 85
21-27 52 35-40 100
27-35 70 — —
РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ для отливок ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Фиг. 229. График для нахождения диаметра верхнего сечения стояка по Рабиновичу:
/ — для литниковой системы, состоящей из чаши и стояка; 2 —то же плюс один поворот; —то же плюс два поворота; 4 — то же плюс
три поворота.
ю
сл
326
литники ДЛЯ ОТЛИВОК из СЕРОГО ЧУГУНА
ранее (фиг. 225). Далее, зная d9 и отношение k = легко найти
“О
искомое dB непосредственно, либо по номограмме, пристроенной
слева к основному графику на фиг. 229. Кромку входного отвер-
стия стояка рекомендуется скруглять радиусом г = 0,2dfl. Что ка-
сается диаметра нижнего (выходного) сечения стояка, то его на-
ходят по площади этого сечения Fcm, определяемого по принятому
соотношению сечений элементов системы.
Размеры литниковой чаши по ГОСТ 2613-44 берутся по секунд-
ному расходу чугуна следующим образом (табл. 55).
Соотношение длины к ширине и к высоте для стандартизован-
ных чаш на один стояк колеблется в пределах (1,5 до 1,8): 1 : (0,9
до 1,2). То же соотношение для чаш на два стояка составляет (1,3
до 1,4) : 1 : (0,7 до 0,85).
По данным НКМЗ емкость литниковой чаши в зависимости от
металлоемкости формы выбирается равной п секундных весовых
расходов чугуна, где п берется по следующим практическим
данным:
Металлоемкость формы в кг п
До 100.................................................. 3
Св. 100 до 500 .................................... 4
. 500 , 1000 ................................... 6
, 1('00 . 5 000 ..................................... 7,5
. 5000 „ 50000 ........................................• 8
Соотношение длина: ширина: высота чаши по тем же данным
рекомендуется для чаш на один стояк 1,6 : 1 : 0,7, а на два
стояка 1,3 : 1 : 0,7.
По данным проф. Н. Г. Гиршовича, объем литниковой чаши
следует брать равным 400-G*^5 см3, где GceK —секундный расход
чугуна через систему в кг.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВНИТОЛ, Технология литейной формы (сборник), Машгиз, 1954.
2. Руссиян С. В., Баранов И. А., Голованов Н. Н., Соко-
лов А. Н., Либман С. Е., Эльцуфин С. А., Проектирование техно-
логических процессов литейного производства, Машгиз, 1951.
3. Дубицкий Г. М., Литниковые системы, Машгиз, 1951.
4. Ф у н д а т о р В. И., Литниковые системы и заливка металлов, Машгиз,
1951.
5. Рабинович Б. В., Дроссельные литниковые системы, НИИТавтопром,
1956.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА
ГЛАВА I
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Литейными свойствами называются такие технологические свой-
ства металла или сплава, которые характеризуют его пригодность
для целей отливки и от которых зависит надежность получения
из него здорового фасонного литья, без литейных пороков — рако-
вин, рыхлот, трещин и т. п. Главнейшими литейными свойствами
металлов и сплавов являются жидкотекучесть, усадка и склон-
ность к ликвации.
1. ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ
Способность жидкого металла заполнять узкие полости литей-
ной формы называют жидкотекучестью. При недостаточной жидко-
текучести не вся форма заполняется, отливка получается с недо-
ливом и идет в брак. Жидкотекучесть имеет большое значение при
изготовлении сложного тонкостенного литья, имеющего большую
поверхность. Жидкотекучесть металла или сплава зависит от его
химического состава и температуры заливки. Помимо жидкоте-
кучести металла, на заполняемость формы оказывает влияние также
характер самой формы (сухая, сырая), род припыла или формовоч-
ной краски, вентиляция формы и наличие выпоров (сопротивление
газов, находящихся в форме в момент ее заполнения), конструкция
литниковой системы и скорость заливки.
Жидкотекучесть сплавов измеряют при помощи заливки особой
технологической пробы — спирали (фиг. 230), имеющей трапецие-
видное сечение площадью 0,56 см2. Спираль формуют в земляной
форме и заливают испытуемым сплавом. Для получения сравнимых
результатов формовку следует производить в земле одинакового
качества, с одинаковой плотностью набивки и с применением одного
и того же припыла и, кроме того, устанавливать форму для заливки
строго горизонтально. Фильтровальную сетку с тремя проходными
отверстиями диаметром 6 мм изготовляют в виде стержня. Модель
стояка имеет для этого стержня соответствующий знак.
Особыми приливами, или шишечками, на верхней стороне спи-
раль разделена на равные участки длиной по 50 мм. Наличие этих
шишечек облегчает определение длины получившейся спирали. Сте-
пень жидкотекучести металла условно выражают длиной получив-
шейся части спирали в миллиметрах.
328
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Описанная спираль чаще всего применяется для контроля жидко-
текучести чугуна. Для стали чаще применяется спираль, пока-
занная на фиг. 231. Площадь поперечного сечения канала спи-
рали — 0,5 см2. Форма для этой спирали составляется из двух
стержней и литниковой чаши, имеющей порог и перелив. Кроме
спиральных проб, приведенных здесь, для оценки жидкотекучести
сплавов находят применение и другие технологические пробы —
ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ
329
Фиг. 231. Спираль для определе-
ния жидкотекучести стали.
в виде прямого горизонтального канала, U-образного вертикального
канала и др.
Жидкотекучесть металлов и сплавов обусловливается величи-
нами их внутреннего трения (вязкости) и поверхностного натяже-
ния, которые зависят от химического состава и температуры сплава.
Повышение температуры заливки сильно повышает жидкотеку-
честь всех сплавов. Так, по данным проф. Н. Г. Гиршовича, жидко-
текучесть серого чугуна при температуре заливки 1200° выражалась
длиной спирали 400 мм, при
1250° — длиной 750—800 мм, при
1300° — около 1200 мм. Однако тем-
пература заливки ограничивается
другими технологическими сообра-
жениями. Поэтому на практике уста-
навливают умеренно низкую темпе-
ратуру заливки, которая надежно
обеспечивала бы заполняемость дан-
ной отливки и отсутствие брака по
недоливу. Так,температура заливки
серого чугуна обычно колеблется в
пределах 1250—1350°. Чем тоньше
стенки и сложнее конфигурация от-
ливки, тем выше должна быть тем-
пература заливки для обеспечения
заполнения формы. Так как темпе-
ратура начала затвердевания чугу-
нов с изменением химического со-
става меняется, то температура заливки должна выбираться неза-
висимости от состава металла. Чем ближе состав к эвтектическому,
тем ниже может быть температура заливки.
Химический состав чугуна может оказывать влияние на жидко-
текучесть путем: 1) изменения вязкости и поверхностного натяже-
ния чугуна; 2) изменения эвтектичности чугуна, т. е. приближения
или отдаления его положения на диаграмме плавкости от эвтекти-
ческого состава; 3) образования особых структурных составляющих
высокой или низкой плавкости в интервале затвердевания чугуна.
Как известно из металловедения, чугун затвердевает в неко-
тором температурном интервале, увеличивающемся по мере удаления
от состава эвтектики. При этом температура начала затвердевания
повышается, а выделяющиеся в жидком металле твердые первич-
ные кристаллы увеличивают вязкость чугуна и уменьшают его жидко-
текучесть. Таким образом, чем больше разница между содержа-
нием углерода в чугуне и в эвтектике (для чистых железоуглеро-
дистых сплавов С9дт = 4,3%), тем хуже жидкотекучесть при оди-
наковой температуре заливки.
Кремний уменьшает содержание углерода в эвтектике — сдви-
гает эвтектическую точку на диаграмме плавкости влево (и вверх).
330
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Поэтому в доэвтектических чугунах увеличение кремния прибли-
жает состав к эвтектическому и улучшает жидкотекучесть. После
достижения эвтектического состава дальнейшее увеличение содер-
жания кремния ухудшает жидкотекучесть.
По данным проф. Н. Г. Гиршовича, эвтектическое содержание
углерода в чугуне можно определить по следующей формуле:
С5вт = 4,3-0,3 (% Si + % Р) - о/о Ni -0,04 - % Сг-0,07. (22)
При выплавке перлитного чугуна стремятся получить постоян-
ную степень графитизации, для чего увеличивают содержание
кремния, если снижают содержание углерода, и, наоборот, умень-
шают содержание кремния при увеличении количества углерода.
Однако, сохраняя степень графитизации, мы изменяем степень
эвтектичности чугуна, а именно: низкоуглеродистый перлитный
чугун получается дальше от состава эвтектики, чем высокоуглероди-
стый. Этим и следует объяснить худшую жидкотекучесть низкоугле-
родистого перлитного чугуна.
Низкокремнистые чугуны, застывающие в земляной форме на-
сквозь белыми (применяются в литейных ковкого чугуна), по со-
держанию углерода и кремния дальше отстоят от состава эвтек-
тики, чем обычные чугуны с большим содержанием кремния и за-
стывающие в земляной форме серыми. Поэтому последние имеют зна-
чительно лучшую жидкотекучесть.
Свободный марганец, не связанный с серой в виде MnS, не ока-
зывает влияния на жидкотекучесть чугуна. Наличие же серни-
стого марганца, рано кристаллизующегося в металле вследствие
его тугоплавкости, увеличивает внутреннее трение и поэтому не-
сколько уменьшает жидкотекучесть.
Сера в чугунах обычно вся находится в связанном состоянии
в виде MnS и снижает жидкотекучесть. Сернистый чугун требует
более высокого перегрева для избежания брака по недоливам.
•Свободная сера резко ухудшает жидкотекучесть чугуна.
Фосфор сильно улучшает жидкотекучесть чугуна, уменьшая его
поверхностное натяжение и вязкость, а также образуя легкоплав-
кую фосфидную эвтектику. Свойством фосфора улучшать жидко-
текучесть чугуна широко пользуются на практике при отливке
художественного чугунного литья, где содержание его доводят
до 1,0—1,5%.
Из легирующих элементов никель несколько улучшает жидко-
текучесть чугуна. Хром при низких температурах, примерно до
1300°, уменьшает жидкотекучесть, при температурах же порядка
1350° нейтрален или даже несколько улучшает жидкотекучесть
чугуна. Такое влияние хрома можно объяснить тем, что он образует
с углеродом чугуна тугоплавкие карбиды, которые при низких
температурах жидкого металла действуют подобно механическим
посторонним включениям и увеличивают внутреннее трение, при
высоких же температурах растворяются и расплавляются в чугуне.
УСАДКА
331
Жидкотекучесть стали тем больше, чем выше содержание в ней
углерода. Так, по данным проф. Ю. А. Нехендзи, для температуры
заливки 1550° длина спирали при содержании углерода в стали С =
= 0,2% составляет около 300 мм, при С = 0,5% — 400 мм,
а при С = 1% —около 500 мм. Аналогичное увеличение жидко-
текучести при возрастании С% имеет место и при других темпера-
турах заливки. Из других элементов Si, Мп, Си, S и Р повышают
жидкотекучесть стали, a Cr, No, Mo, V и Ti понижают ее. Сведения
о жидкотекучести сплавов цветных металлов будут приведены
в главе о цветном литье.
2. УСАДКА
Усадкой называется свойство металлов и сплавов уменьшать |
свой объем при затвердевании и охлаждении. Соответственное
уменьшение линейных размеров отливки называется линейной
усадкой.
Величину линейной усадки металлов и сплавов оценивают по раз-
ности линейных размеров полости литейной формы 1ф и готовой
охлажденной отливки 1отл. Условимся относить эту разность к раз-
меру охлажденной отливки. Выражая эту линейную усадку в про-
центах, получим
е = /£21^.1ООо/О)
чтл
откуда
— ^отл ( 1 + Joo) •
Возведя обе части этого равенства в куб, получим
у — у (1 21 _|_ 211 _l. е3 \
уф— v отл\1 100 ~ 1002 “ 1003/ •
где Уф и Уотл — объемы полости формы и отливки, пропорциональ-
ные кубу их линейных размеров 1ф и 10тл. Пренебрегая весьма ма-
_ Зе2 е3
лыми членами и получим
V.~V fl+— \=V
*Ф—vem»\4lT100/ ' 100/’
где ₽ — процент объемной усадки сплава, который таким образом
оказывается приблизительно равным утроенному проценту линей-
ной усадки сплава Зе.
Величину усадки часто относят к исходному состоянию отливки,
л не к конечному. В этом случае линейная усадка выражалась бы
следующим образом:
e'=kZ^.100O/O)
1Ф
332
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
и размер формы, или модели, определился бы из выражения
/ low л
100
ствительности малых величинах
се-
Время после начала затвердевания
Фиг. 232. Характер кривых усадки
рого (/) и белого (2) чугунов.
Однако для вычисления размеров модели 1ф по размерам
отливки 1отл выражение 1отл[^ пР°Ще. Поэтому и удобнее-
относить усадку не к исходному, а к окончательному состоянию
отливки. Разница же в значениях е и е' при наблюдающихся в дей-
усадки литейных сплавов практи-
чески неощутима.
Более подробное рассмотре-
ние процесса усадки отливки
позволяет разбить его на три
стадии. Первая стадия — со-
кращение объема, или усадка,
жидкого металла, залитого в
форму, от температуры его
заливки до начала затвердева-
ния. Вторая стадия —усадка
металла в процессе его затверде-
вания. Третья стадия усадки—
сокращение
металла
конца его
температуры
охлаждения,
происходящие в
объема твердого*
отливки от момента
затвердевания до
окончательного
металле и сопро-
Все фазовые превращения,
вождающиеся изменением объема, оказывают влияние на величину
усадки. Так, происходящий с увеличением объема процесс графи-
тизации в сером чугуне уменьшает его общую усадку и тем в боль-
шей мере, чем больше образуется в нем графита. На фиг. 232 схе-
матически показаны кривые усадки серого и белого чугуна после
их затвердевания. В сером чугуне графитизация дает вначале даже
некоторое расширение а. Результирующая усадка Д/ у серого чу-
гуна по указанной причине получается меньше, чем у белого чугуна,
в котором процесс графитизации отсутствует.
Остановка А на кривой охлаждения соответствует образованию
в чугуне перлита. Усадка чугуна от начала затвердевания до точки
перлитного превращения называется доперлитной усадкой',,
а от этой точки и до конца охлаждения отливки — послепер-
л и т н о й усадкой. Серый и белый чугуны существенно отличаются
по доперлитной усадке, а послеперлитная усадка обоих этих чугу-
нов практически одинакова.
При отливке деталей из серого чугуна в сухие, а тем более в подо-
гретые литейные формы, медленнее отводящие тепло от металла
УСАДКА
333
по сравнению с сырыми формами, степень графитизации чугуна
увеличивается, а величина усадки соответственно уменьшается. По
той же причине толстостенные отливки серого чугуна имеют мень-
шую усадку, чем тонкостенные.
Примеси, способствующие графитизации чугуна, например крем-
ний, уменьшают усадку серого чугуна, Примеси же, препятствующие
графитизации, например, марганец, сера, увеличивают усадку.
Влияние примесей на усадку белого чугуна в общем совпадает с их
влиянием на усадку чистого железа (фиг. 233).
Примеси
Фиг.. 233. Влияние примесей на усадку технически чистого железа
(0,08% С, 0,02% Si, 0,07% Мп, 0,01% Р, 0,002% S).
По данным проф. Н. Г. Гиршовича, линейная усадка серого
чугуна может быть вычислена по формуле
е = 1,8 + 0,2 (С — 2,5 - Р) + 0,03Мп -0,12 (Si + 2Сгр) °/0, (23)
где содержание элементов берется в процентах.
На величину усадочных раковин оказывает значительное влия-
ние температура заливки металла. В момент образования на от-
ливке сплошной корки металла внутри нее останется жидкий ме-
талл, тем более горячий, чем выше была температура заливки.
А более горячий жидкий металл при усадке в замкнутом объеме,
ограниченном коркой, даст и раковину большего объема.
Сопротивление сокращению отливки со стороны литейной формы
и стержней вынужденно уменьшает величину линейной усадки от-
ливки (механическое торможение усадки).
В отливках сложной конфигурации вследствие неодновременности
остывания различных ее (толстых и тонких) частей и наличия между
ними связей усадка в разных частях отливки и в различных напра-
влениях получается неодинаковой (термическое тормо-
жение усадки).
Усадка — отрицательное свойство литейных сплавов. Чем меньше
величина усадки, тем технологичнее сплав. Вредными последствиями
усадки являются: 1) образование в отливках усадочных раковин
и усадочной пористости и 2) возникновение в отливках внутренних
напряжений, трещин и коробления отливок.
Усадочная раковина образуется следующим обра-
зом. При затвердевании отливки на ее поверхности образуется
334
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
твердая корочка металла, вследствие чего внутренняя часть отливки»
находящаяся еще в жидком состоянии, оказывается изолированной.
Объем этой внутренней части при затвердевании уменьшается и ме-
талла не хватает, отчего внутри отливки получается пустота или
полость, называемая усадочной раковиной. Усадочная раковина*
как правило, образуется в толстых массивных частях отливки,
затвердевающих последними. Более тонкие части отливки полу-
чаются здоровыми, без раковин, так как, затвердевая, они питаются
металлом из более толстых частей. В массивных местах отливки
Фиг. 234. Схема образования усадочной раковины в фасонной отливке.
усадочные раковины по той же причине образуются в их верхних
частях.
Усадочная раковина в массивных отливках имеет форму непра-
вильной воронки, и ее поверхность получается неровной, рваной.
Этим она резко отличается от газовых раковин, имеющих форму
пузыря с плавными очертаниями и гладкой поверхностью. Неболь-
шие усадочные раковины имеют неправильную форму. Скопление
мелких усадочных раковин образует усадочную рыхлоту.
В фасонных отливках образование усадочных раковин сосредото-
ченной или рассеянной формы зависит от характера процесса затвер-
девания отливки (см. ниже).
На фиг. 234 дана схема последовательных стадий образования
в фасонной отливке усадочной раковины.
В положении а показана заливка формы. Тонкие части отливки
могут частично затвердевать и давать усадку еще в процессе за-
полнения формы металлом. Кроме того, жидкий металл в форме»
охлаждаясь в течение времени заливки, также дает усадку в жидком
состоянии. Питание обеих этих усадок в процессе заливки про-
исходит за счет ковша.
По окончании заливки проходит некоторый небольшой проме-
жуток времени до образования на поверхности отливки сплошной
тонкой корки затвердевшего металла (положение б). В течение
этого периода усадка охлаждающегося жидкого металла (до неко-
УСАДКА
335
торой температуры, большей, нежели температура ликвидуса) пи-
тается за счет литниковой системы. В очень массивных отливках
и в слитках литниковая система затвердевает раньше, чем образуется
сплошная корка твердого металла на отливке, и уровень жидкого
металла в форме вследствие продолжающейся жидкой усадки ме-
талла отливки опускается. Однако в фасонных отливках этого, как
правило, в заметной степени не наблюдается. Поэтому мы примем,
что вплоть до полного замыкания твердой корки на отливке усадка
жидкого металла отливки питается еще не успевшей полностью-
затвердеть литниковой системой. Введение,, вместо этого упрощаю-
щего предположения, жидкой усадки отливки до образования корки
по существу не изменило, а только усложнило бы рассмотрение-
вопроса.
Далее следует усадка жидкого металла внутри твердой корки
при охлаждении металла до температуры начала кристаллизации,,
или температуры ликвидуса. Уровень жидкого металла внутри
корки вследствие усадки опускается (положение в). Усадкой самой
корки и вследствие этого некоторым уменьшением размеров отливки
в этот и следующий период для упрощения пренебрегаем.
В следующий период происходит кристаллизация жидкого ме-
талла отливки внутри твердой корки-футляра, образовавшейся на
ней. Металл при кристаллизации дает усадку. К концу затверде-
вания температура металла отливки равна температуре солидуса..
В отливке образовалась усадочная раковина (положение г).
Последний период — охлаждение затвердевшей отливки от тем-
пературы солидуса до окончательной температуры охлаждения
сопровождается усадкой твердого металла и сокращением, в меру
этой усадки, как размеров самой отливки, так и размеров усадоч-
ной раковины, заключенной внутри отливки (положение д).
Обозначая через ₽ коэффициент объемной усадки в частях еди-
п Угоо ~ Ухол
р =-------------------------------------„------ и, следова-
V хо i
для положений, показанных
следующие соотношения.
ницы и принимая во внимание, что
тельно, Vroa = (1 + р) Vxot, можно
на фиг. 234, считать действительными
Объем жидкого металла, заключенного в затвердевшей корке
(положение б),
ж,
где Увж —объем жидкого металла в положении а — коэффициент
объемной усадки жидкого металла при охлаждении его с момента
образования на отливке твердой корки и до температуры ликвидуса.
Далее, для перехода от положения в к положению г имеем
V« = (1 Ч-М VL,.
где $кр — коэффициент объемной усадки при затвердевании ме-
талла, а Утв — объем твердого металла отливки в положении г.
336
ЛИТЕИНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
Наконец, для перехода от положения г к положению д имеем
V/ne = (1 -4- 8me) Vme
и соответственно для объемов усадочной раковины
Нетрудно видеть, что на основании приведенных соотношений
объем усадочной раковины в моменты г (после затвердевания от-
ливки) и д (после окончательного охлаждения отливки) выразится
в виде:
V^-= [(1 + fU (1 + М - 1] Угтв-, (24)
,д _ (1 + W(1 +М-1 ,г
рак — 1 । ц У те >
1 “Г гп:в
(24а)
F = -г о + w о + W- 1- (25)
Из полученных формул следует, что в формировании усадочной
раковины принимает участие усадка жидкого металла и усадка при
затвердевании металла. Объем раковины тем больше, чем больше
эти виды усадки. Усадка твердого металла уменьшает объем рако-
вины в охлажденном состоянии. Относительную величину раковины
(по отношению к объему металла отливки) дает формула (25).
При выводе формул (24 )и (25) не было учтено питание усадки
жидкого и затвердевающего металла отливки за счет ковша и лит-
никовой системы. Поэтому действительный объем усадочной рако-
вины должен быть меньше объема по формулам (24) и (25) на неко-
торую величину Ук указанного питания за счет ковша. Эта вели-
чина Ук тем больше, чем больше время заливки и чем быстрее затвер-
девание отливки в форме.
При выводе формул (24) и (25) мы относили величину усадки
металла не к исходному, а к окончательному объему, как и усло-
вились об этом раньше. Если же усадку Угор — Ухол относить
Т 7 П Угор — У ХОЛ
к исходному объему У и положить р =---------------, то получим
и V гор
Угор = утту и рассуждая, как было изложено выше, придем
к следующим выражениям вместо формул (24) и (25):
уграк - Уж V™ - [(1 _ м (1 _ >кр)
(24')
[(1-ыа-м Ф1 ₽тв)‘Гтв: (24а)
Урак Урак _ • л
vL “o-iwo-m
те те
(25')
УСАДКА
337
Наиболее радикальной мерой предотвращения образования уса-
дочных раковин является устройство на тепловых узлах отливок
специальных резервуаров для питания их усадки, называемых
прибылями. О типах и расчете прибылей будет сказано в сле-
дующей главе.
Возникновение внутренних, или остаточных, на-
пряжений в отливках
согласно общераспростра-
ненной теории Гейна, проис-
ходит следующим образом.
Пусть отливка (фиг. 235, а)
состоит из толстого стержня I
и двух тонких стержней //,
связанных массивными попе-
речинами. Сечение стержня /
при этом равно сумме сече-
ний стержней //. Такая от-
ливка называется решет-
кой напряжений.
Проследим за усадкой стерж-
ней / и II этой решетки.
На фиг. 236 показаны
расположенные одн£ под дру-
гой диаграмму изменения
при термическом торможении усадки,
Фиг. 235. Решетка напряжений (а) Фиг. 236. Возникновение внутренних
и схема коробления решетки (6). напряжений в стержнях решетки по Гейну.
температуры t и укорочения стержней Д/. По оси абсцисс отложено
время г охлаждения отливки после ее затвердевания. Температура
толстого стержня / падает медленнее, чем тонких стержней //.
Пусть tKp — такая критическая температура, выше которой
металл отливки находится преимущественно в пластическом, по-
датливом состоянии, а ниже ее — преимущественно в упругом,
жестком состоянии. Тогда все время охлаждения отливки разби-
вается на три стадии: 1) стадия Д, когда как стержень /, так и
стержни II находятся в пластическом состоянии; 2) стадия Б, в те-
чение которой толстый стержень I все еще находится в пластическом
22 Аксенов 1956
338
ЛИТЕИНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
состоянии, а тонкие стержни II — уже в упругом состоянии; 3) ста-
дия В (рр конца охлаждения), когда и толстый стержень/, и тонкие
стержни // уже перешли в упругое состояние.
В течение стадии А стержни / и II пластичны, т. е. податливы.
Для их пластических деформаций растяжения и сжатия не требуется
существенно больших усилий. Поэтому в стадии А существенных
напряжений в отливке не возникает. Вместо линий / и //, по ко-
торым стержни укорачивались бы, если бы были свободными, отре-
занными от решетки, они в действительности, будучи связанными
в одну общую отливку, будут укорачиваться по какой-то средней
линии ав. При этом стержень / будет подвергаться деформации пла-
стического сжатия те, равной деформации пластического растя-
жения пв стержней II.
В стадии Б ставшие жесткими, упругими тонкие стержни II
тянут за собой еще податливый, пластичный толстый стержень /,
который принудительно следует за стержнями //, испытывая пласти-
ческую деформацию (в данном случае сжатия). Общее укорочение
длины (усадка) стержней / и II идет по линии вс, которая нахо-
дится все время на одинаковом расстоянии от линии II усадки
упругих стержней. Существенных внутренних напряжений в стерж-
нях в течение стадии Б также не возникает.
В стадии В как стержень /, так и стержни II упруги. Для их
деформации требуются существенные усилия, т. е. напряжения.
Если бы в точке с стержни I и 11 освободить, отрезать от отливки,
то они стали бы охлаждаться и давать дальнейшую усадку само-
стоятельно по линиям Г и //', параллельным линиям I и II их
свободной усадки. Будучи же связанными в одну общую отливку,
стержни I и II будут иметь общее укорочение по линии cd, являю-
щейся средней линией между линиями Г и //'. При этом толстый
стержень / будет испытывать все возрастающие упругие деформа-
ции растяжения, а тонкие стержни // — все возрастающие упругие
деформации сжатия. В меру этих упругих деформаций в толстом
стержне будут возникать внутренние напряжения растяжения,
а в тонких стержнях — внутренние напряжения сжатия. Величина
этих напряжений в каждый момент времени в стадии В будет про-
порциональна отрезкам dq = dr.
Под действием внутренних напряжений вся отливка будет испы-
тывать коробление (фиг. 235, б) и может дать трещины в наиболее
слабых местах. Описанная отливка — решетка напряжений — мо-
жет служить технологической пробой для испытания металла на
склонность к внутренним напряжениям. Для этого в охлажденной
в литейной форме и вынутой из нее решетке перерезают ножевкой
толстый растянутый стержень /. По величине расхождения краев
пропила можно судить о величине бывших в стержне внутренних
напряжений растяжения.
Рассмотренная схема возникновения термических напряжений
в фасонных отливках может служить для объяснения многих явле-
УСАДКА
339
выгибается, теряя
Фиг. 237. Усадочная
трещина в чугунной
литой раме.
ний, встречающихся в практике. Так, например, на фиг. 237 пока-
зана часть лопнувшей чугунной рамы с тонким переплетом. Пере-
плет оказался сжатым, а бруски рамы — растянутыми. Один из
брусков не выдержал внутренних напряжений растяжения и дал
трещину.
Маховик имеет толстый обод и более тонкие спицы. Спицы по-
лучаются сжатыми, обод же растягивается и
свою правильную круглую форму.
У шкива обод тонкий, а спицы по сравне-
нию с ним толстые. Тонкий обод шкива за-
твердевает и дает усадку раньше спиц. В ре-
зультате этого усадка спиц получается несво-
бодной, их концы фиксируются затвердевшим
ободом, и спицы получаются растянутыми.
Обод получает напряжения сжатия и изгиба и
также искривляется, теряя правильную форму
круга.
Балка таврового сечения с толстой полкой
и тонким ребром (фиг. 238) искривляется при
усадке, как показано на эскизе пунктиром. Тон-
кое ребро затвердевает, дает усадку и становится
жестким раньше, чем толстая полка. При этом во время усадки тон-
кого ребра толстая часть находится в податливом, пластическом
состоянии и не оказывает значительного сопротивления. Когда же
начнет давать усадку и станет жесткой толстая полка балки, то
тонкое ребро будет препятствовать этому, вследствие чего толстая
Фиг. 238. Схема искривления балки
при усадке.
Фиг. 239. Схема искривления
трубы с эксцентрично установлен-
ным стержнем.
часть получит напряжения растяжения, а тонкая окажется сжатой.
При этом толстая часть, сжимая в продольном направлении тонкое
ребро, изогнет всю балку, как показано на эскизе.
Аналогичные напряжения и искривления получаются в трубе
при эксцентричной установке стержня (фиг. 239). В этом случае
толстая часть трубы получается растянутой, а тонкая — сжатой.
Рассмотренная теория Гейна, удовлетворительно объясня-
ющая возникновение внутренних напряжений в отливках в упру-
гой области, не может, однако, объяснить образования горячих
трещин, которые, как показывает практика, возникают в области
не упругого, а пластического состояния металла, в процессе его
кристаллизации или в только что затвердевшей отливке. Исследо-
22*
340
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
ваниями Л. С. Константинова установлено, что в области пласти-
ческого состояния металла в нем также возникают напряжения,
которые могут вызывать появление в отливке трещин и надрывов.
Эти напряжения являются не менее опасными, чем упругие напря-
жения, возникающие при более низких температурах.
Кроме внутренних напряжений, возникающих при термическом
торможении усадки, в фасонных отливках часто образуются внут-
ренние напряжения от механического торможения
усадки вследствие сопротивления неподатливых частей литей-
ной формы и стержней свободной усадке отливки. Эти напряжения
также зачастую ведут к образованию в отливках трещин и к короб-
лению отливок.
Усадочные напряжения в отливках не всегда приводят к обра-
зованию трещин во время остывания их в литейной форме. Напря-
женная деталь иногда неожиданно разрушается при службе в машине,
причем часто при незначительных нагрузках.
Для предотвращения внутренних напряжений может быть при-
менена ранняя выбивка (при высокой температуре, когда еще не
возникло больших напряжений), и горячие отливки должны быть
возможно быстрее перенесены в теплоизолированные камеры или
колодцы для выравнивания температуры и медленного охлаждения.
Этот последний способ (томление) применяется, например, для
чугунных колес с отбеленным ободом (для товарных вагонов).
После механической обработки отливок, получивших внутрен-
ние напряжения вследствие термического торможения усадки, рав-
новесие внутренних напряжений нарушается, и происходит медлен-
ный процесс перераспределения напряжений и достижения нового
состояния равновесия. При этом отливка несколько деформируется
(коробится), что для точных деталей может оказаться неприемлемым.
Если надо иметь точную литую деталь, то ее следует подвергнуть
грубой механической обработке (обдирке), оставив лишь небольшой
припуск для отделочной операции, и затем дать ей время (выдер-
жать несколько месяцев на складе) для перераспределения напря-
жений. Отделочная механическая (бработка после этого уже не
ведет к заметному короблению, так как при этой операции сни-
мается очень небольшая стружка. Вместо длительного выдержи-
вания на складе (естественного старения) процесс перераспределе-
ния напряжений можно ускорить, подвергнув деталь после обдироч-
ной механической обработки так называемому искусственному ста-
рению, заключающемуся в нагреве до 500—550° с последующим
медленным охлаждением.
Для борьбы с короблением и трещинами в отливках при усадке
применяют также усадочные ребра. Усадочные ребра проре-
зают при формовке в опасных в отношении трещин местах отливки.
При усадке эти ребра воспринимают на себя часть напряжений,
благодаря чему удается избежать возникновения трещин. При
обрубке отливки усадочные ребра вырубают или выламывают.
УСАДКА
341
Установка холодильников на массивных частях от-
ливки, выравнивая скорости охлаждения, ведет к уменьшению
усадочных напряжений и связанного с ними коробления.
При конструировании отливок необходимо считаться с вредными
последствиями усадки как в отношении усадочных раковин, так
и напряжений, приводящих к короблению и трещинам. Для этого
надо так конструировать отливки, чтобы разные части их охла-
ждались одновременно, чтобы не получалось местных
скоплений металла в отливке, чтобы внутренние стенки двухтельной
Фиг. 240. Схема транскри-
сталлизации металла в мас-
сивном слитке.
Фиг. 241. Правильное (в) и не-
правильное (а и б) выполнение
углов в отливке.
детали были несколько тоньше более быстро остывающих внешних
стенок и чтобы не было резких углов и переходов от стенки одной
толщины к стенке другой толщины. Для уменьшения усадочных
напряжений часто полезно сделать деталь составной из двух или
более отдельно отливаемых частей. Во избежание коробления от
неравномерного охлаждения верхней и нижней сторон плоские
плиты надо конструировать с укрепляющими их ребрами жесткости.
Избегать резких, незакругленных углов при конструировании
отливок следует еще и потому, что у отливок с резкими углами
при кристаллизации металла в углах получаются плоскости сла-
бины (фиг. 240), по которым изделие легче разрушается, обнаружи-
вает течь при гидравлическом испытании. Образование таких
резко выраженных плоскостей слабины называется транскри-
сталлизацией. Рост кристаллов происходит в направлениях,
перпендикулярных к поверхностям охлаждения, и при встрече
растущих кристаллов получаются плоскости ослабленного сцепле-
ния металла. Образование плоскости слабины при неправильной
конструкции поворота стенки показано на фиг. 241, а и б. В случае
одностороннего закругления (фиг. 241, б) вследствие местного ско-
пления металла получается, кроме того, усадочная рыхлота или
раковина в углу. При правильном двухстороннем закруглении
(фиг. 241, в) отливка в этом месте получается здоровой и прочной.
Образование плоскостей слабины в углах при пересечении сте-
нок без закругления наиболее резко выражено у стального литья
и в отливках из белого чугуна. В отливках серого чугуна это явле*
ние практически не имеет места.
342
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
3. ЛИКВАЦИЯ
Ликвацией называется неравномерность отдельных частей
отливки по химическому составу, получающаяся при затвердева-
нии в форме.
Как известно, железоуглеродистые сплавы затвердевают в не-
котором температурном интервале за исключением сплава эвтекти-
ческого состава, затвердевающего при одной температуре. Первые
выделяющиеся из жидкости смешанные кристаллы (например,
в стали или доэвтектическом чугуне) содержат меньше углерода, чем
наслаивающиеся на них по-
следующие слои кристаллов.
В результате каждый кри-
сталл (дендрит) имеет пере-
менный состав по его сече-
нию, и процесс диффузии не
успевает выравнять эту не-
равномерность состава. Ука-
занное явление носит назва-
ние кристаллической
(дендритной) ликвации,
или микроликвации.
Микроликвация сказывается
тем сильнее, чем больше
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 07* 0,0b 0,12 №
Фиг. 242. Ликвация различных элементов интервал затвердевания, а
в стальном слитке. также чем меньше диффузия
(чем быстрее охлаждение).
Для чугунных отливок микроликвация не имеет существенного
значения. Гораздо большую роль для них играет зональная
ликвация, или макроликвация. Она заключается в не-
равномерности химического состава отдельных слоев и частей
отливки. Более тонкие стенки отливки и наружные слои затверде-
вают раньше и содержат меньше примесей, чем более массивные
части и внутренние слои, так как маточный раствор по мере вымер-
зания из него первичных кристаллов обогащается примесями. Кроме
того, зональную ликвацию может вызвать образование в жидком
металле тугоплавких соединений с удельным весом, отличным от
удельного веса остального металла, всплывающих в металле или
падающих на дно формы.
Зональная ликвация в противоположность дендритной разви-
вается тем сильнее, чем медленнее охлаждение, и проявляется
главным образом в толстостенных отливках. Больше всего ликви-
руют сера и фосфор, а затем углерод. На фиг. 242 показано распре-
деление содержания примесей по высоте массивного стального слитка.
Примеси сосредоточиваются главным образом в верхней части
слитка, затвердевающей последней.
Ликвация .серы в массивных чугунных отливках (например,
& прокатных ралках) происходит еще а жидком состоянии вслед-
ЛИКВАЦИЯ
343
ствие частичного всплывания образующегося MnS в верхнюю часть
отливки. Такую ликвацию в жидком металле называют зейге-
рованием. Зональная ликвация, или зейгерование, серы сопро-
вождается ликвацией марганца, так как наверх всплывает не чистая
сера, а соединение MnS. Разница в содержании марганца и серы
в верхних и нижних частях массивных чугунных отливок может
быть значительной. Так, в одной из отливок весом 5 т в верхней
части было 0,69% Мп и 0,21% S, а внизу 0,54% Мп и 0,11% S.
Точно так же в вертикально отлитой водопроводной трубе вверху
было 0,31% S и 1,14% Мп, а внизу 0,08% S и 0,58% Мп.
Такого же рода ликвацию иногда может дать и углерод в за-
эвтектических серых чугунах вследствие всплывания первичного
графита («спели»). По некоторым данным разница в содержании
углерода вверху и внизу в чугунных чушках по этой причине пре-
вышает 0,25%.
Кроме зейгерования, зональная ликвация серы, и в особенности
фосфора, часто получается в частях отливок, затвердевающих
последними, в частности, около усадочных раковин.
Ликвация фосфора в чугунных отливках, кроме того, иногда
проявляется в выдавливании на поверхность отливки капель фос-
фидной эвтектики. Такие капли («пот») наблюдаются на верхних
шейках чугунных отбеленных прокатных валков. Капли состоят
в значительной мере из фосфидной эвтектики и выдавливаются через
межкристаллитные поры металла наружу под действием развиваю-
щегося внутри валка сильного давления при графитизации его серой
сердцевины. Подобные же капли фосфидной эвтектики часто обна-
руживаются в газовых раковинах чугунных отливок, куда они
выдавливаются из окружающего металла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник мастера по чугунному литью под ред. проф. Н. Г. Гиршовича,
Машгиз, 1953.
2. Головин С. Я., Краткий технологический справочник литейщика. Маш-
гиз, 1955.
ГЛАВА II
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
1. ПРОЦЕСС ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
Фиг. 243. Схемы отливок с одновре-
менным (а) и направленным (б) за-
твердеванием:
/ — отливка; 2 — напуск
во всех частях отливки к нача
Характер процесса затвердевания отливки обусловливает развитие
усадочных явлений и имеет первенствующее значение для получения
здоровой отливки, без усадочных раковин и рыхлот и с минималь-
ными внутренними напряжениями. Характер процесса затвердева-
ния отливки зависит от теплового режима ее охлаждения в период
кристаллизации металла.
Если все части отливки охла-
ждаются приблизительно одновре-
менно (фиг. 243, а), то усадочные
пустоты получаются рассеянными
по всей отливке, в виде небольшой
усадочной пористости или рых-
лоты, которая в большинстве слу-
чаев не вредит службе детали
• и не является браковочным при-
знаком. Для обеспечения одно-
временного затвердева-
ния фасонной отливки нужно,
чтобы отливка имела одинаковую
толщину стенок и чтобы металл
ту затвердевания имел одинаковую
температуру, равно как и стенки литейной формы были прогреты
одинаково. Если отливка двухтельная, то внутренние ее стенки
должны иметь меньший запас теплоты металла и быть тоньше в со-
ответствии с пониженной их скоростью охлаждения. При небольшой
разностенности отливки одновременное затвердевание может быть
достигнуто подводом литников в более тонкие ее части и захолажи-
ванием мест скопления металла отливки, или ее тепловых узлов,
с помощью холодильников.
Другой тип процесса затвердевания иллюстрируется эскизом
б на фиг. 243. В этом случае разностенная отливка затвердевает
от своих тонких частей к более толстым и далее по направлению
к прибыли, питающей усадку всей отливки. Усадочная раковина
получается сосредоточенной и образуется в прибыли. При таком
ПРОЦЕСС ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
345
направленном затвердевании наиболее надежно
обеспечивается 'получение плотной отливки. Подвод металла
при этом обычно производится в прибыль, которая заполняется
в конце заливки наиболее горячим металлом. Чтобы обеспечить
направленность затвердевания, нередко на отливке приходится давать
специальные напуски или технологические припуски, дающие воз-
можность получить постепенное утолщение стенок отливки по
направлению к прибыли (фиг. 243, б). Если кроме одного или не-
скольких главных тепловых узлов, питаемых прибылями, на отливке
имеются небольшие тепловые узлы, нарушающие общую законо-
мерность постепенного возрастания толщины стенок, то эти допол-
нительные узлы захолаживаются с помощью холодильников.
Главные тепловые узлы отливки располагаются вверху и прибыли
ставятся над ними.
Образование в прибылях сосредоточенной усадочной раковины,
а в тонких сечениях равностенных отливок рассеянной усадочной
пористости связано с различной интенсивностью конвективных
потоков жидкого металла при охлаждении и кристаллизации.
В массивной прибыли возникают интенсивные потоки конвекции
поднимающегося кверху более горячего жидкого металла. Более
холодный же металл опускается в нижнюю часть прибыли, где он
и затвердевает. В результате дефицит металла (вследствие его со-
кращения при усадке в процессе затвердевания) проявится вверху,
где и образуется сосредоточенная усадочная раковина. В тонко-
стенной же отливке возникновение конвективных токов жидкого
металла затруднено вследствие стесненности движения его между
кристаллами твердого металла, прорастающими с поверхностей тон-
кой стенки. Дефицит металла ощущается по всему протяжению
стенок, и раковина получается в виде рассеянной пористости, рас-
полагающейся в середине толщины стенки по всей ее протяженности.
Следует отметить, что развитию конвективных потоков благо-
приятствует длительное пребывание металла отливки в жидком
состоянии, что в наибольшей мере имеет место при эвтектическом
составе сплава, имеющем наинизшую температуру затвердевания.
Поэтому чем ближе состав к эвтектическому, тем при прочих равных
условиях более сосредоточенной будет усадочная раковина.
При расчетах процессов затвердевания и охлаждения фасонных
отливок в земляных формах рекомендуется пользоваться теорией
проф. А. И. Вейника, согласно которой общая расчетная формула
имеет вид
У* = 1п , (26)
где т — время в часах, отсчитываемое от начала первой стадии
охлаждения;
— продолжительность предшествующей стадии охлажде-
ния отливки.
346
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
Индекс 1 относится к отливке, а индекс 2 — к литейной форме.
Так: ----приведенный размер отливки вм, равный отношению
объема отливки Vj в м3 к площади соприкосновения
отливки с формой F в ле2;
— вес 1 м3 металла отливки в кг;
ci — удельная теплоемкость металла отливки в кал/кг°С]
Ь2 = 2^2— коэффициент аккумуляции тепла материала литей-
ной формы в кал/м2, час'1* °C, зависящий от коэф-
фициента теплопроводности материала формы
Х2. кал!м- час°С, его удельной теплоемкости с2 кал!кг °C
и веса 1 м3 материала ч2 в кг.
Буквой ft обозначены температуры, отсчитываемые от температуры
формы как от нуля.
Так: ft1//fl4 — средняя по сечению температура отливки в начальный
момент рассматриваемой стадии охлаждения, равная
нач
fti — средняя температура отливки в текущий момент вре-
мени т, равная tr— t$.
Процесс затвердевания и охлаждения отливки расчленяется на
три стадии: 1) стадия охлаждения жидкого металла в форме с момента
конца заполнения литейной формы жидким металлом и до начала
затвердевания металла (отвод теплоты перегрева) с продолжитель-
ностью времени 2) стадия затвердевания металла (отвод теплоты
кристаллизации) с временем т2, которое отсчитывается от начала
первой стадии; 3) стадия охлаждения затвердевшей отливки с вре-
менем т3, которое также отсчитывается от начала первой стадии.
При расчете первой стадии охлаждения отливки величины и
надо брать для металла в жидком состоянии. Величина $1нач
представляет собой температуру заливаемого металла ft1Hfl4 = Ьзал=
= t — К
^зал ф‘
Таким образом, общая формула (26) для первой стадии охлажде-
ния получает вид
(26а)
где 71 и ci относятся к жидкому металлу.
Если при заливке формы через данное сечение отливки жидкий
металл протекает в течение некоторого значительного времени т0,
то отвод теплоты перегрева от этого сечения начинается не с момента
конца заполнения всей литейной формы, а раньше, с момента сопри-
косновения жидкого металла с формой в данном сечении, за т0 час.
до конца заливки формы. Поэтому в таких случаях к правой части
формулы (26а) надо прибавлять величину Ут0, которая является
для первой стадии охлаждения величиной ]/ хнач.
При расчете второй стадии охлаждения отливки (процессаЗкри-
сталлизации) могут быть два случая.
ПРОЦЕСС ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
347
Если металл кристаллизуется в интервале температур Мкр =
= — К>л = 1лик — *сол (где tAUK и tC0A — температуры ли-
квидуса и солидуса), то расчет ведется по общей формуле, в кото-
рую вместо величины Ct следует подставить величину приведенной
теплоемкости металла q + -Д1- , учитывающей удельную теплоту
^1кр
кристаллизации металла отливки pj в кал/кг. Величину сле-
дует взять равной температуре ликвидуса = tMK — tf, а время
ТнаЧ = Т11 т. е. продолжительности первой стадии охлаждения.
Таким образом, общая формула для этого случая второй стадии
охлаждения получает вид
(266)
Если металл кристаллизуется при постоянной температуре
9.^ = tKp — 1ф, то расчет второй стадии охлаждения следует вести
по формуле
<26в>
При расчете третьей стадии охлаждения отливки в общую рас-
четную формулу надо подставлять величины и clf относящиеся
к металлу в твердом состоянии. Температура для этой стадии
есть температура солидуса $сол (если металл затвердевает в интер-
вале температур) либо температура кристаллизации $ (если
металл затвердевает при этой постоянной температуре). Темпера-
тура есть температура окончательного охлаждения отливки, т. е.
температура выбивки $вЫб = tQbl6 — t$. Время тнач есть время
предшествующей, второй, стадии охлаждения т2. Общая формула
для третьей стадии охлаждения при затвердевании металла в интер-
вале температур принимает вид
ln + Уъ, (26г)
а для случая затвердевания при постоянной температуре
+ (26а)
"выб
Пользуясь приведенными формулами (26) — (26д), можно рас-
считать закономерность падения температуры отливки во времени
при ее затвердевании и охлаждении в неметаллической литейной
Форме.
При помощи тех же формул можно решить и другую задачу —
Рассчитать закономерность нарастания толщины корочки твердого
348
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
металла на стенке отливки во времени. Для этого следует восполь-
зоваться формулами (266) и (26в) для стадии затвердевания.
Очевидно, что если положить в этих формулах текущую темпера-
туру равной температуре конца кристаллизации Ьсол или $кр,
то для любого текущего времени т, отсчитываемого от начала первой
стадии, толщина затвердевшей корки R будет соответствовать
приведенному размеру отливки, полностью затвердевающей
к моменту времени т2 согласно данным формулам. Итак, подставив т
вместо т2 и RKOp вместо найдем для случая, когда металл кри-
сталлизуется в интервале температур
----1----FTVT-------(2?)
+^7- (Г
\ ^СОЛ
а если металл кристаллизуется при постоянной температуре
Для расчета закономерности распределения температуры по
толщине стенки литейной формы в заданный момент времени т
согласно излагаемой теории надо поступать следующим образом.
Задавшись временем т в часах, отсчитываемым от начала первой
стадии охлаждения отливки, находим для литейной формы так
называемый критерий Фурье, который обозначается Fo и равен
Fo = J- (28)
А2
Здесь а2 = м21час — коэффициент температуропроводности
С2?2
материала формы;
Х2 — толщина стенки формы в м.
Далее намечаем в данном сечении формы точки, в которых тре-
буется рассчитать температуру нагрева в данный момент времени.
Пусть расстояния этих точек от поверхности отливки будут х'^
*2 И Т. Д.
Находим далее в табл. 56 для этих точек по величине критерия
t и
— х2 х2
Fo и по величинам относительных координат этих точек -TriV»
х2 » „
-у- и т. д. значения у- , где $ есть разность между температурой
отливки в данный момент и температурой формы /2 в данный
момент, а есть разность между и начальной температурой
формы 1ф.
Итак, по таблице для каждой из намеченных точек в сечении
формы находим 4- — ~/2, . Значение для данного момента
* **о t i — trfj
ПРОЦЕСС ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
349
Таблица 56
$ х2
Значения -у- для различных значений критерия Fo и -у-
и о II * |й Х2 х7 = 0'2 ^- = °.3 Л 2 4^= °’5 к-1"
0,001 0,975 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
0,002 0,886 0,998 1,000 1,000 1,000 1,000
0,003 0,803 0,990 1,000 1,000 1,000 1,000
0,004 0,736 0,975 0,999 1,000 1,000 1,000
0,005 0,682 0,955 0,997 1,000 1,000 1,000
0,006 0,638 0,932 0,994 1,000 1,000 1,000
0,007 0,602 0,909 0,989 0,999 1,000 1,000
0,008 0,571 0,886 0,982 0,998 1,000 1,000
0,009 0,544 0,864 0,975 . 0,997 1,000 1,000
0,010 0,521 0,843 0,966 0,995 1,000 1,000
0,011 0,500 0,823 0,957 0,993 0,999 1,000
0,012 0,481 0,803 0,947 0,990 0,999 1,000
0,013 0,465 0,785 0,937 0,987 0,998 1,000
0,014 0,450 0,768 0,927 0,983 0,997 1,000
0,015 0,436 0,752 0,917 0,979 0,996 1,000
0,016 0,424 0,736 0,906 0,975 0,995 1,000
0,017 0,412 0,721 0,896 0,970 0,993 1,000
0,018 0,401 0,707 0,886 0,965 0,992 1,000
0,019 0,393 0,695 0,877 0,960 0,990 1,000
0,020 0,383 0,682 0,866 0,955 0,988 1,000
0,040 0,277 0,521 0,711 0,843 0,923 0,999
0,050 0,248 0,472 0,657 0,794 0,886 0,997
0,060 0,227 0,436 0,614 0,752 0,851 0,992
0,080 0,198 0,383 0,547 0,682 0,788 0,975
0,100 0,177 0,345 0,498 0,629 0,736 0,949
0,150 0,144 0,284 0,414 0,531 0,633 0,864
0,200 0,124 0,244 0,358 0,462 0,553 0,772
0,300 0,095 0,188 0,276 0,357 0,430 0,607
0,400 0,074 0,147 0,215 0,279 0,336 0,474
0,500 0,058 0,115 0,168 0,218 0,262 0,371
0,600 0,045 0,090 0,132 0,170 0,205 0,290
0,700 0,035 0,070 0,103 0,133 0,160 0,226
0,800 0,028 0,055 0,080 0,104 0,125 0,177
0,900 0,022 0,043 0,063 0,081 0,098 0,138
1,000 0,017 0,033 0,049 0,063 0,076 0,108
350
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
времени т нам известно из расчета процесса охлаждения отливки,
равно как известна и Таким образом, найдя величины по ним
можно вычислить для намеченных точек искомые температуры
прогрева формы:
(29)
Изложенный метод расчета распределения температуры в толще
формы строго закономерен только для периода затвердевания ме-
талла отливки при постоянной температуре кристаллизации. Од-
нако для целей практического приближенного расчета можно поль-
зоваться этим методом и при падающих температурах t± отливки.
2. ПИТАНИЕ ОТЛИВОК
Основным методом предотвращения образования усадочных
раковин является питание отливок с помощью прибылей. Прибыль
представляет собой резервуар, устраиваемый в литейной форме
над питаемой отливкой. Металл в прибыли должен дольше оставаться
жидким, чем в отливке, и затвердевать последним. Усадочная ра-
ковина при наличии прибыли образуется не в отливке, а в прибыли,
которая после выбивки отливки отрезается от последней пилой или
автогеном. Прибыли широко применяются при производстве отливок
из сплавов с большой усадкой, например стального фасонного
литья» На отливках из серого чугуна прибыли ставятся в редких
случаях.
Если не принято специальных мер, то при затвердевании отливки
питание ее жидким металлом происходит под действием силы тяжести
из лежащих выше частей отливки в ниже расположенные части.
Поэтому прибыль надо располагать наверху отливки или над пита-
емым ею термическим узлом отливки. Если в отливке имеется не-
сколько крупных термических узлов, то прибыли надо ставить над
каждым из них. Более мелкие узлы отливки надо при этом охлаждать
с помощью холодильников, ускоряя искусственно их затвердевание
и создавая им возможность питаться при усадке из крупных тер-
мических узлов. По границам сферы действия прибылей на отливке
также желательно устанавливать внешние холодильники. Форма
прибыли должна обеспечивать наиболее медленное охлаждение
содержащегося в ней металла. По той же причине подвод металла
к отливке должен быть таким, чтобы прибыль заливалась наиболее
горячим металлом. Чтобы металл в прибыли дольше не затвердевал,
практикуется также дополнительная доливка в прибыль горячего
металла, засыпка на поверхность открытых прибылей древесного
угля, засыпка в прибыль термита.
В прибыли для стальных отливок иногда устанавливают графи-
товые стержни, которые производят науглероживание жидкой
стали в прибыли, что понижает температуру начала затвердевания
ПИТАНИЕ ОТЛИВОК
351
и способствует более длительному пребыванию стали в жидком
состоянии. Однако науглероженная сталь проникает частично
и в отливку при ее питании из прибыли, что допустимо не для всех
отливок. Графитовый стержень диаметром 7—10 мм для прибылей
с диаметром до 250 мм и 10—20 мм для более крупных прибылей
устанавливают в прибыли горизонтально на расстоянии радиуса,
считая от верха прибыли.
Общий научный метод расчета необходимого объема прибыли
для питания данной отливки может быть построен на основе сопо-
ставления того, сколько ме-
талла во времени требует от-
ливка для питания и сколько
металла во времени может по-
дать в отливку прибыль тех
или иных размеров. По данным
исследования Н. Г. Интякова
такое сопоставление может быть
представлено в виде графика,
приведенного на фиг. 244.
На графике совмещены две
диаграммы. Диаграмма с пунк-
тирными осями координат по-
казывает, как по кривой 1 на-
растает во время потребность,
или дефицит Д, жидкого ме-
талла для питания отливки.
Этот дефицит Д покрывается
частично в размере Go кг еще
в жидком металле для питания отливки (/)
с питающей способностью прибыли (2).
в период заливки формы за счет питания усадки жидким металлом
из заливочного ковша. Остальную часть потребности в питании
G = D — GQ кг отливка должна получить из прибыли. Потребность
в металле для питания отливки растет по линии 1 до момента затвер-
девания отливки, которое заканчивается в течение времени тзатд9
считая от конца заливки, или в течение времени тзатд + т0 от
начала заливки.
Прибыль затвердевает по кривой 2, изображенной на диаграмме
с осями координат, показанными сплошными линиями. Эта линия
2 показывает, как изменяется вес жидкого металла Ж, оставшегося
в прибыли в данное время т, отсчитываемое от конца заливки.
Область Т показывает нарастание веса затвердевшего металла
в прибыли, который после полного затвердевания прибыли за
время тпр станет равным всему весу прибыли Gnp.
Для обеспечения питания отливки необходимо, чтобы в момент
конца затвердевания отливки (точка z на линии /) количество жид-
кого металла в прибыли Ж было больше потребности отливки G.
Величина некоторого запаса Д жидкого металла в прибыли в этот
Момент необходима для создания напора, под которым металл
352
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
должен пропитывать отливку, проникая в нее через становящиеся
узкими промежутки между прорастающими в ней кристаллами
в конце ее затвердевания.
Для практического использования изложенного метода расчета,
или подбора прибылей для заданной отливки необходимо получить
опытным путем семейство линий 2 питающей способности для какого-
то нормального ряда прибылей. Тогда, вычислив координаты точ-
ки z потребности, или дефицита, металла для данной отливки,
легко назначить для нее номер (и, следовательно, размеры) соот-
ветствующей прибыли. При вычислении положения точки z время
затвердевания (абсцисса) может быть найдена по приведенным
ранее формулам (26) — (26в). Полный дефицит металла Д можно
определить по удельным весам твердого и жидкого металла, как раз-
ность между весами твердого и жидкого металла в объеме отливки.
Что касается величины Go питания за счет ковша в процессе заливки,
то по данным упомянутого исследования Go зависит от секундного
расхода металла при заливке GceK и от площади поверхности охлаж-
дения отливки F. Чем больше GceK, т. е. чем быстрее заливка, тем
меньше успеет отливка затвердеть во время заливки, т. е. тем меньше
будет питание Go. Чем больше F, тем быстрее происходит охлажде-
ние отливки в форме и тем больше она успеет затвердеть еще во
время заливки, т. е. тем больше питание Go. Для нахождения вели-
чины Go, в зависимости от отношения может быть построен,
по практическим данным, соответствующий график.
Однако в настоящее время описанный метод расчета еще не полу-
чил внедрения, и на практике применяется ряд эмпирических и
полуэмпирических методов расчета прибылей, некоторые из кото-
рых мы и рассмотрим параллельно с рассмотрением основных типов
применяемых прибылей.
Прибыли, применяемые для фасонного литья, можно разделить
на три типа: 1) обычные, 2) легкоотделяемые и 3) действующие под
атмосферным, газовым или воздушным давлением.
Прибыли, которые мы будем называть обычными имеют
уширение кверху и располагаются непосредственно над питаемым
узлом отливки или присоединяются к нему сбоку. Обычные прибыли
могут быть открытыми и закрытыми. Открытые при-
были создают лучшие удобства при сборке литейной формы и по-
зволяют вести наблюдение за заполнением формы во время за-
ливки.
Недостатками открытых прибылей является увеличенный расход
на них металла, особенно при высоких верхних опоках, и возмож-
ность засора формы через прибыль до заливки. Если прибыль ста-
вится непосредственно над питаемым узлом отливки, она называется
прямой прибылью. Если прибыль присоединяется к питаемому
узлу сбоку, она называется отводной прибылью. Отводные при-
были ставятся в тех случаях, когда нельзя установить прямую при-
ПИТАНИЕ ОТЛИВОК
353
быль над данным узлом отливки. При одинаковых размерах отвод-
ная прибыль хуже питает отливку, чем прямая прибыль, потому
что напор металла в прямой прибыли получается больше, чем
в отводной. Если закрытая прибыль очерчена сверху по шаровой
поверхности, то такая прибыль называется сфероидальной. Сферо-
идальная прибыль при данном ее объеме имеет меньшую поверхность
охлаждения, чем прибыль обычной конической или цилиндриче-
ской формы, имеющая ту же площадь основания, т. е. поставленная
на том же узле отливки. Поэтому в сфероидаль-
ных прибылях металл дольше сохраняется в
жидком состоянии и лучше питает отливки.
На сфероидальных прибылях рекомендуется
делать так называемые утепли те л и—сфериче-
ские приливы на верхней их части, очерчен-
ные радиусом, равным половине радиуса при-
были. Назначение утеплителей — переместить
расположение усадочной раковины в верхнюю
часть сфероидальной прибыли.
Из применяемых методов расчета обычных
прибылей для стальных отливок может быть
принят за основу и рекомендован практиче-
ский метод института «Оргтяжмаш», заключаю-
щийся в следующем.
Руководствуясь принципом направленного
затвердевания, определяют методом вписан-
ных кругов(фиг. 245) размер Б нижнего осно-
вания прибыли и размеры напусков к отливке.
Метод вписанных кругов заключается в том,
что, вписав окружность некоторого диаметра d
Фиг. 245. Схема опре-
деления напуска к от-
ливке и размера ниж-
него основания при-
были методом вписан-
ных кругов.
в питаемый узел отливки, причерчивают к телу отливки по направ-
лению к прибыли такой утолщающийся технологический напуск,
чтобы указанная вписанная окружность свободно выкатывалась в
прибыль. Обыкновенно напуск делается с уклоном 3°.
Между отливкой и прибылью дается припуск на отрезку при-
были автогеном. Величина припуска берется в пределах 10—40 мм
в зависимости от толщины отливки (10—20 мм для отливок толщи-
ной до 200 мм, 20—30 мм для толщин 200—400 мм и 30—40 мм
Для толщин свыше 400 мм).
Для определения размера прибыли по верхнему основанию по-
ступают следующим образом.
Вычисляют объем металла, необходимый для компенсации усадки
°тливки или питаемого прибылью узла, принимая упрощенно иско-
мый объем компенсирующего металла равным объему отливки (или
ее узла), помноженному на коэффициент объемной усадки металла
при его кристаллизации р . При этом для стали с содержанием
0,10% С принимают Ркр = 0,02, для С = 0,35% Ркр = 0,03,
Для С = 0,45% ркр = 0,043 и для С = 070% р^ = 0,053.
23 Аксенов 1956
354
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
Вычислив объем компенсирующего металла, придают ему форму
шара или цилиндра и вычисляют диаметр dQ этого шара или осно-
вания цилиндра (фиг. 246—248).
Фиг. 246. Прибыли для цилиндрических отливок (а), для отливок прямо-
угольного сечения (б) и для узлов отливок Т-образного сечения (в).
Приняв, что для сохранения в жидком состоянии этого компен-
сирующего металла следует окружить его слоем металла, равным
половине нижнего размера Б прибыли, определяют диаметр окруж-
ности прибыли Dnp. Эта окружность
должна проходить через концы нижнего
а)
— D
—D
Фиг. 247. Прибыли для узлов крестообраз-
ного сечения прямоугольных (а) и цилиндри-
ческих (б) отливок.
Фиг. 248. Цилиндрическая и сфе-
роидальная прибыли для узлов
кольцевых отливок.
размера Б прибыли. Сопряжение прибыли с отливкой очерчи-
вают под углом 45°. Угол наклона боковой образующей открытой
прибыли берут равным 5°. Радиус сопряжения отливки с при-
былью г = 20 мм. Высота прибыли для прямых открытых при-
ПИТАНИЕ ОТЛИВОК
355
былей берется равной Нпр = dQ 4- 1 »35£>лр, а для прямых закры-
тых прибылей Нпр = dQ + 0,85D,zp.
На фиг. 246—248 приведены некоторые частные случаи расчета
обычных прибылей излагаемым методом для отливок из стали,
содержащей 0,45%С (с объемной усадкой при затвердевании 4,3%),.
Для цилиндрической отливки с диаметром D и высотой Н (фиг.
246, а) диаметр шара компенсирующего металла получается равным
d0 = ]/0,06502Я 0,40 VD4i. (30)
Для отливки прямоугольного сечения с размерами b X I и высо-
той Н (фиг. 246, б) диаметр окружности цилиндра компенсирующего
металла (при длине цилиндра /) составляет
jo = ]/0,054tffc^0,22 VHb. (31)
Для узла Т-образного сечения с размерами, показанньщи на
фиг. 246, в, диаметр d круга, вписанного в узел, получается равным
я__а । 2____। (За 4- Ь)2 /32 а)
+ ь2R — ^+8(а+36)’
где радиус сопряжения стенки толщиной в с ребром толщиной а
п а 4- Ь
принят равным 7? — —— .
Размер нижнего основания прибыли Б составляет
Б = d + 0,4// tg 3° = d + 0,02//. (326)
Диаметр окружности цилиндра компенсирующего металла со-
ставляет
dQ = 0,2 V Hb-h 2а2. (32в)
При расчете dQ в данном случае принят объем узла с протяжен-
ностью (границей питания) горизонтального ребра длиной 2а.
Для узла крестообразного сечения прямоугольной отливки
(с прямоугольной прибылью на узле) получаются следующие ве-
личины (фиг. 247, а):
диаметр вписанного в узел круга
d = у 5а2 + б^ + 5^ а±Ь
при радиусе сопряжения стенок R = - ;
диаметр окружности цилиндра компенсирующего металла
do = O,22 У f/.b-±*L-t4a2 (336)
23
356
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
при длине пропитывания горизонтальных стенок 2а в каждую сто-
рону от узла.
Для узла крестообразного сечения цилиндрической отливки
(с цилиндрической прибылью на узле) аналогично получается
(фиг. 247, б):
диаметр вписанного в узел круга
л/ 5a2 + 6aD + 5L>2 a + D
Г 2 2
Г» и 1 и
при радиусе сопряжения R =—-—;
объем питаемой части узла
V = ^[(D2 + D?) (^=H) + a(D1 + 4a)2]
(34а)
(346)
при длине пропитки горизонтальных ребер 2а в каждом направлении;
диаметр шара компенсирующего металла
з __________________________
d0 = 0,4 ]/(О2 + D?) + a (D, + 4а)2. (34в)
Для узлов кольцевых отливок типа втулок (фиг. 248) с радиусом
сопряжения стенок R = -^-1—g—+ а ^диаметр вписанного в узел
круга будет равен
2 8 ja + |(D-D0)
Размер Б нижнего основания прибыли
B = d+ 0,02/7.
(35а)
(356)
Диаметр сечения кольца компенсирующего металла
d = 0,22 УН + 2а2 (35в)
при длине пропитки горизонтального ребра 2а в каждом направлении.
Стержень, образующий отверстие в отливке (во втулке), делается
по уклону напуска с углом образующей к вертикали 3°. Если при
этом диаметр верхнего сечения стержня получается меньше 30 мм,
прибыль следует делать сфероидальной с диаметром D и высотой
D + Ль как показано на правой части фиг. 248.
Заметим, что вместо вычисления диаметров d вписанных в узлы
кругов по приведенным формулам практически допустимо опреде-
лять d графически, путем вписывания в узлы кругов с помощью
циркуля.
ПИТАНИЕ ОТЛИВОК
357
Для проверки запроектированной прибыли может быть применен
наглядный, но приближенный прием графического изображения
последовательно затвердевающих слоев металла, как показано на
фиг. 249, а. Слои прочерчиваются на глаз, руководствуясь общими
соображениями о характере конструкции узла отливки и прибыли
и интенсивности охлаждения в разных направлениях. С помощью
тогожеметода можносудитьоправильности конструкции узла отливки
в смысле образования в нем усадочных раковин. Так, на фиг. 249, б
показан узел неправильной конструкции, а на фиг. 249, в — узел
правильной конструкции, с напус-
ками по направлению к прибыли,
которая ставится сверху на узле.
Из других методов расчета
обычных прибылей следует прежде
всего назвать расчет по нормалям,
составленным С. В. Руссияном
на основе обобщения данных прак-
тики. Из этих нормалей отметим
нормаль для определения разме-
ров радиальных прибылей, устана-
вливаемых против спиц на ободе
стальных шестерен и колес, и
нормаль для прибылей, устанав-
ливаемых на фланцах различных
корпусов вентилей и т. п.
Для радиальных прибылей ре-
комендуется назначать диаметр
окружности, вписанной в при-
быль и касательной к нижнему
основанию прибыли, из расчета £лр=1,ЗБ, где Б—размер нижнего
основания прибыли. Высота прибыли берется равной Нпр = 0,6-И 4-
+ 0,35 в, где Н — высота, а в — ширина сечения обода детали-
Длина дуги одной радиальной прибыли (против каждой спицы)
должна быть Lnp = , где *L0 — длина средней окружности
обода детали, a k — количество прибылей на ободе.
Для фланцевых прибылей нормаль рекомендует назначать охват
прибылью фланца (длину хорды) L = 0,8 £>, где D—диаметр
фланца. Высота прибыли Нпр = (0,4 -т- 0,5) £>. Толщина прибыли
вверху составляет 1,86, где Ь —толщина фланца.
По методу проф. Б. Б. Гуляева расчет обычных прибылей ве-
дется по формулам, построенным на основе теоретических поло-
жений, но имеющим достаточно сложную структуру и содержащим
ряд эмпирических и полуэмпирических коэффициентов, а также
основные размеры усадочной раковины. При этом площадь сечения
прибыли назначается на основе чисто практических рекомендаций,
Расчетом же определяется только высота прибыли.
а) 6)
Фиг. 249. Схема проверки правильно-
сти конструкции прибыли (а) и узла
отливки (б, в) с помощью изображе-
ния последовательно затвердевающих,
слоев.
358
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО литья
По методу проф. А. А.
производится по коэффицие
Фиг. 250. Зависимость между коэффи-
F отд
циентами отливки а= -77------ и при-
11ОГГ.Д
Fnp
были 01 = 77— по Рыжикову:
11 пр
/ — для деталей типа цилиндров; 2 —для
прочих отливок.
Принцип устройства лег
показан на фиг. 252. Между пр
<икова расчет обычных прибылей
а и aL для отливки (или узла) и
прибыли, равным отношениям
площади сечения к периметру
сечения и характеризующим, по
автору, скорость затвердевания
отливки и прибыли. Вычислив а
для отливки (или питаемого узла),
находят а,! для прибыли, пользуясь
серией графиков, построенных
автором на основе обработки дан-
ных практики (фиг. 250). По коэф-
фициенту устанавливают форму
и размеры сечения прибыли. Для
нахождения высоты прибыли вы-
числяется так называемый коэф-
фициент питания прибыли где
Q — вес отливки, a F —площадь
нижнего основания прибыли. По
величине этого коэффициента,
пользуясь другой серией графи-
ков, построенных по практическим
данным (фиг. 251), находят высоту
прибыли.
оотделяемой прибыли
!ылью и отливкой устанавливается
Фиг.252. Принцип устройства
легкоотделяемой прибыли:
/ — прибыль; 2 — отливка; 3 —раз-
делительная пластина; 4 — отвер-
стие в пластине.
Фиг. 251. Зависимость высоты прибыли Н от
коэффициента питания Я?” для отливок раз-
tflP
личного веса и толщины по Рыжикову.
разделительная диафрагма, или пластина, выполняемая из листо-
вого железа или в виде песчано-глинистого стержня. В центре
ПИТАНИЕ ОТЛИВОК
359
пластина имеет отверстие, через которое присходит питание от-
ливки из прибыли. Сама пластина прогревается настолько, что
существенно не ухудшает условий пропитывания отливки. Такие
легкоотделяемые прибыли отбиваются от отливок с помощью ударов
кувалды и не требуют трудоемкой работы по их отрезке автогеном
или механической пилой. Следует иметь в виду, что при кантовке
формы или отливки во время выбивки легкоотделяемая прибыль
может неожиданно выпасть, о чем надо соответствующим образом
проинструктировать выбивальщиков.
Разделительные пластины для прибылей с размерами нижнего
основания до 150 мм на чугунном литье делаются из листового
железа толщиной 1 мм и окрашиваются формовочной краской и
сушатся. При размерах основания прибыли свыше 150 мм на чугун-
ном литье пластина делается из стержневой смеси и имеет толщину
12—16 мм. На стальном литье пластины делаются из стержневых
смесей и имеют толщину 6—12 мм для прибылей с размером по
основанию до 150 мм и толщину 12—16 мм для более крупных
прибылей. Размер отверстия в пластине делается на стальном литье
при круглых прибылях площадью в пределах 10—25% от площади
нижнего сечения прибыли, а на чугунном литье при круглых при-
былях— 4—6%, а при прямоугольных прибылях — 6—10% от
площади нижнего сечения прибыли. Чем больше сечение прибыли,
тем меньше в процентном отношении может быть сечение отверстия
в пластине. Если разделительная пластина делается из стержне-
вой смеси, то отверстие выполняется с фаской с верхней стороны
пластины.
По данным проф. Ю. А. Нехендзи и Ф. Д. Оболенцева, диаметр
легкоотделяемой прибыли Dnp в дцм должен быть
з _
Dnp = d + 0,2 VQ, (36)
где d — диаметр вписанной окружности для питаемого узла в дцм;
Q — вес питаемого узла в кг.
Диаметр питающего отверстия в пластине, по данным проф.
А. А. Рыжикова, можно назначать по формуле
^.0 = ^+l,5s, (37)
где d0 —минимальный диаметр отверстия, который принимается
не менее 15 мм (а по другим данным 20 мм)\
s—толщина разделительной пластины, которая, по данным
П. В. Сорокина, может быть принята равной 0,1 Dnp.
Принцип работы прибылей, действующих под
атмосферным, газовым и повышенным воз-
душным давлением, заключается в повышении давления
газов в полости усадочной раковины, образующейся в прибыли.
Давление газов в замкнутой усадочной раковине в обычной
прибыли меньше атмосферного. Если же сообщить полость раковины
360
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
с атмосферой, например, с помощью пористого стержня (фиг. 253),
то прибыль будет питать отливку более интенсивно, потому что на
жидкий металл в полости раковины будет давить полная атмосфера
а не часть ее, и под этим повышенным давлением металл будет
более интенсивно вытесняться из прибыли в отливку.
Фиг. 253. Сравнение действия обыкновенной отводной
закрытой прибыли (а) и прибыли с атмосферным давлением (б):
1 — отливка; 2 — прибыль; 3 — пористый стержень.
Вместо установки пористого стержня для сообщения прибыли
с атмосферой целесообразно формовать прибыль по модели с выемкой
трехгранного угла, как показано на фиг. 254. Вследствие малой
Фиг. 254. Вариант конструкции при-
были с атмосферным давлением:
/ — прибыль; 2 — выемка в прибыли; 3 — на-
пуск на отливке; 4 — выпоры.
Фиг. 255. Установка патрона
с газообразующим зарядом
в прибыль, действующую под
газовым давлением.
интенсивности охлаждения такого внутреннего угла корочка металла
в этом месте образуется очень тонкой и давление атмосферного на-
ружного воздуха ее продавливает.
Если в прибыли установить специальный стерженек-патрон
(фиг. 255), содержащий какой-либо газообразующий материал
(«заряд»), то выделяющиеся из этого заряда при заливке газы могут
создать в полости раковины давление в несколько атсмосфер.
Под действием этого высокого давления газовая прибыль будет
РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ УЗЛОВ
361
Фиг. 256. Подача сжатого воздуха
в прибыль:
1 — наращалка; 2 — трубка для подвода воз-
духа; 3 — песчано-глинистый стержень.
питать отливку еще более интенсивно, чем прибыль с атмосферным
давлением. Следовательно, размеры и вес прибыли для данной
отливки можно будет сократить еще больше. В качестве заряда,
вводимого в патрон-стерженек, берут мел или мел с термитом.
Назначение термита — компенсировать потерю тепла на разложение
мела (который и выделяет при этом газ СО2). Вес заряда мела по
данным Старо-Краматорского машиностроительного завода должен
составлять 0,005 Qp граммов, где
Q — вес отливки в кг, а р — рас-
четное давление газа в прибыли
в ати (принимается равным
3—5 ати). В случае заряда из
мела с термитом мела берется 70%,
а термита 30%. Толщина патрона
из шамотной или стержневой
массы, в которой помещается за-
ряд, должна быть такой, чтобы
заряд прогревался и начинал вы-
делять газ только после образова-
ния на прибыли сплошной твер-
дой корки металла. Толщина стенок патрона берется по практиче-
ским данным от 4—6 мм для малых зарядов мела (до 10—15 г) до
20—30 мм для крупных зарядов и прибылей.
Наконец, для создания высокого давления в полости усадочной
раковины можно в прибыль подвести от цеховой сети сжатый воздух
по трубке с наконечником из песчано-глинистого состава (фиг. 256).
Такие прибыли с повышенным воздушным давлением обладают
большой дистанцией пропитывания отливки.
Применение прибылей, действующих под атмосферным, газовым
и повышенным воздушным давлением (главным образом на стальных
отливках), позволяет значительно сократить расход металла на
прибыли и повысить выход годного литья.
3. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ УЗЛОВ
Регулирование скорости охлаждения тепловых узлов отливки
производится с помощью внутренних и наружных холодильников.
Установка холодильников ускоряет охлаждение тепловых узлов,
что часто бывает необходимо для обеспечения направленного или
одновременного затвердевания отливки. Ускоряя охлаждение
Узла, холодильник предотвращает образование в нем усадочной
Раковины, так как теперь узел успевает пропитаться за счет позднее
затвердевающих частей отливки. Раковина как бы переводится
в Другое место отливки, которое питает усадку данного узла. Уско-
рение охлаждения массивных сечений отливки холодильниками,
способствуя выравниванию скоростей охлаждения, может повести
также к уменьшению внутренних напряжений, коробления отливки
и опасности образования трещин.
362
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
Внутренние холодильники (фиг. 257) устанавливают в форму
при ее сборке. Они развариваются или расплавляются и остаются в
теле отливки. По своему химическому составу внутренние холодиль-
ники должны соответствовать составу отливки. Для стальных отливок
из стали с 0,25—0,45% С внутренние холодильники могут содер-
жать 0,1—0,2% С, так как в процессе расплавления они науглерожи-
ваются от окружающего металла отливки. Перед установкой в форму
внутренние холодильники должны быть тщательно очищены от
грязи и масла и пропескоструены. Сырые формы с внутренними
Фиг. 257. Методы установки внутренних холодильников:
а — холодильник в виде прутка, устанавливаемого на гвоздях; б — холодильник
в виде гвоздей; в — проволочная спираль; г — пруток, устанавливаемый на знаке.
холодильниками надо заливать не позднее чем через 3—4 часа после
сборки во избежание конденсации влаги на холодильниках.
По данным проф. Ю. А. Нехендзи, вес внутренних холодильников
gx должен составлять g^.^0,28 (g2 — gi) где g2— вес толстой
{охлаждаемой) части отливки в кг, a gx —вес тонкой части отливки.
По практическим данным С. В. Руссияна, вес внутренних холодиль-
ников для мелких и средних стальных отливок составляет 2—5%
от веса отливок для холодильников из прутка и 4—6% для холодиль-
ников в виде гвоздей. Для крупных массивных стальных отливок
(шаботы, копровые бабы) вес холодильников из прутка или обрезков
проката по тем же данным может составлять 10—20% от веса отливок.
Наружные холодильники делаются чаще всего из стали, а фа-
сонные отливаются из чугуна. Наиболее распространенные случаи
применения наружных холодильников приведены на фиг. 258,
а в табл. 57 даны размеры холодильников по практическим дан-
ным С. В. Руссияна. При этом толщина дискового холодильника
для фланца (случай а) берется равной 0,5—0,6 от толщины фланца Д
для Д до 40 мм и 0,6—0,8 Д при Д свыше 40 мм. Для бобышек
(случай в) толщина пластинчатого холодильника берется 0,6—0,8
высоты бобышки h при h до 40 мм и 0,8—1,0 h при h свыше 40 мм-
Наибольшая применяемая толщина плоских наружных холодиль-
ников обычно не превышает 70 мм, наибольший диаметр круглых
наружных холодильников из прутка — 40—45 мм. При захолажи-
вании плоских поверхностей отливки большой протяженности с по-
мощью наружных пластинчатых холодильников последние выпол-
няются в виде плит длиной не свыше 100—150 мм для тонких
РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ УЗЛОВ
363
стальных отливок (до 10 мм) и 200—300 мм для толстых отли-
вок (свыше 25 мм) и устанавливаются на охлаждаемую плоскость
отливки с промежутками, равными в первом случае 6—10 мм
и во втором случае 20—30 мм.
По данным исследования В. М. Бугачева, толщина наружных
холодильников определяется по номограмме, представленной на
фиг. 259. Номограмма построена для двух типовых узлов: для пло-
Фиг. 258. Методы установки наружных холодильников:
а — на фланце; б — на лапе или на кронштейне; в — на бобышке; г — на прямом
(Г-образном) узле; д,е,ж- на Т-образном узле.
ской стенки толщиной 2s, имеющей утолщение толщиной h, и для
сопряжения двух стенок толщиной 2s и 2s + h под углом 90°.
При пользовании номограммой надо знать длительность течения
стали через данный узел т в секундах, которая и откладывается
на одной из трех вертикальных шкал справа, в зависимости от
степени перегрева стали (большой, средний, малый).
Далее на вертикальной шкале в левой части номограммы откла-
дывается величина массивности узла М, равная отношению
или Здесь /? = 2ГТТ — половина толщины такой воображае-
мой, не ограниченной в длину и ширину стенки, которая имеет
то же отношение объема к поверхности охлаждения, что и реальная
стенка толщиной 2s данного узла. Предполагается, что такая «экви-
валентная» стенка охлаждается с той же скоростью, что и реальная
стенка. Величина Я = представляет собой толщину подоб-
364
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
Массивность
узла
при
(l,5R>p>0,5R)
Длительность
течения стали
через узел
Т сек.
100
С
Гол или на минимального холодильника
Углового 0 мм Плоского
-2,0
--1,8
--1,6
-1,4
100
80
I
£
--Ofr
--0,6
--0,4,-
--0,2
-О
90-
80 —
70-
60-
50--
80
.60
40—
30-
40^^-
20^
:20^^-
10--
10
/ rmin плоск
-50
100-
80
60
-45
-40
-&-60
-30
50
—-30
-^г20
--^10
-5
90
80-
70-
60*-
50 —
40--
30--
20 —
Углового/ \ Плоского
гтах.угл. гтах Плоск.
Толилина максимального холодильника
60
40
40
20
20
±0
5
Перегрев
при
заливке
б мм
Фиг. 259. Номограмма Бугачева для определения толщины
наружных холодильников.
УПРОЧНЕНИЕ МЕСТ ПЕРЕХОДА С ПОМОЩЬЮ УСАДОЧНЫХ РЕБЕР
365
Таблица 57
Размеры наружных холодильников для различных узлов отливок
по практическим данным
Вид узла и поло- жение холодиль- ника Размеры узлов в мм Размеры холодильников в мм
а ь d т ш
Прямой узел (фиг. 258, г) До 25 Св. 25 До 25 До 25 Св. 25 „ 25 ОО ОО С0 о о“ О 1 1 1 LO L0 ’'f О* О* о" — —
Т-образный узел (фиг. 258, д) До 20 . 20 Св. 20 . 20 Св. 20 До 20 Св. 20 До 20 0,5-0,6 dy 0,3-0,4Z 0,5—0.6dy 0,3—0,4dy — —
То же (фиг. 258, е) До 20 . 20 Св. 20 . 20 Св. 20 До 20 Св. 20 До 20 — рррр 05 05 СЛ СИ 1111 ООО О ОО ОО 05 05 а а а а <5 <5 «а со сч со сч 1111 ю сч ю сч сч“ сч
То же (фиг. 258, ж) До 20 „ 20 Св. 20 . 20 Св. 20 До 20 Св. 20 До 20 р о о о ОО фь QO фь 1111 р о о о Ф СП *Ф» СЛ 4ММЧ?* 0,4—0,5а 0,4-0,5а 0,5—0,6а 0,5—0,6а 2,5—36 2-2,56 2,5-36 2-2,56
ного же эквивалентного тела для прилива или утолщения стенки,
ар — радиус закругления узла при угловом сопряжении стенок
(р = 0,5-1,57?).
Отложив т и М на правой и левой шкалах номограммы, соеди-
няем их прямой линией, пересечение которой с четырьмя шкалами
в средней части номограммы даст искомые величины максимальных
и минимальных толщин холодильников для рассматриваемых теп-
ловых узлов. При этом, как видно из номограммы, для массивных
Узлов со значением от 1 до 2 рекомендуется двустороннее захолажи-
вание, при М = 0,2—1—одностороннее, а при М < 0,2 захола-
живания не требуется.
4. УПРОЧНЕНИЕ МЕСТ ПЕРЕХОДА С ПОМОЩЬЮ УСАДОЧНЫХ РЕБЕР
Одной из надежных мер борьбы с горячими трещинами в отлив-
квх является установка в опасных местах на отливке так называе-
мых усадочных, или литейных, ребер. Ребра эти чертежом отливки
Не предусматриваются и делаются по указанию литейщика-техно-
л°га. Ставятся они обычно в местах резкого перехода толщины
366
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗДОРОВОГО ЛИТЬЯ
сечений отливки и делаются, значительно тоньше стенок отливки,
вследствие чего охлаждаются быстрее стенок и, приобретая от этого
более высокую прочность, упрочняют отливку в данных местах.
Приводим рекомендации по раз-
Фиг. 260. Типовые сопряжения стенок
отливок, опасные в отношении обра-
зования горячих трещин:
1 — основная стенка; 2 — смежные стенки.
мещению и назначению размеров
усадочных ребер на стальных от-
ливках по данным исследования
В. Н. Савейко.
На фиг. 260 показаны типо-
вые сопряжения стенок отливок,
в которых возможно образование
горячих трещин вследствие меха-
нического торможения усадки.
При этом основной стенкой отлив-
ки здесь считается стенка, испы-
тывающая растягивающие напря-
жения вследствие сопротивления
литейной формы усадке; смежной
названа стенка отливки, примы-
кающая к основной, наличие кото-
рой вызывает напряжения в основ-
ной стенке. Длиной плеча от-
ливки П названа длина смежной стенки в направлении, перпендику-
лярном к основной. Внутренние напряжения и горячие трещины
(образующиеся при температурах, близких к температуре затвер-
девания, когда проч-
ность металла весьма
мала) будут возни-
кать не только при
механическом, но
также и при термиче-
ском сопротивлении
свободной усадке,
когда имеется значи-
тельная разница в
толщинах отдельных
стенок отливки.
По данным упомя-
нутого автора, узлы Фиг. 261.
отливок нуждаются
в упрочнении путем установки на
Конструкция усадочных ребер.
них усадочных ребер при вели-
чине отношения толщин стенок = 1/3 1, если плечо П > З&о-
б0
При отношении
плеча П > 26О,
ф- = 1 и- 2 ребра надо ставить уже при длине
°0
а при у- = 2 + 3 необходимость в ребрах возни*
УПРОЧНЕНИЕ МЕСТ ПЕРЕХОДА С ПОМОЩЬЮ УСАДОЧНЫХ РЕБЕР
367
кает при еще более коротком плече отливки, превышающем одно-
кратную толщину основной стенки &0. Конструктивное оформление
усадочных ребер рекомендуется по фиг. 261, а размеры ребер и их
размещение на отливке приведены в табл. 58, составленной по данным
упомянутого автора.
Таблица 58
Размеры усадочных ребер и расстояние между ними в мм по данным
В. Н. Савейко
Толщина основной стенки отливки Толщина усадочных ребер Высота усадочных ребер Шаг ребер на отливке
До 10 2,5—3,5 7—25 20—50
10-20 4—6 8—48 30—100
20—50 7—12 15—100 60—190
50—100 14—18 30—145 110—240
100—200 20—24 40—195 150—250
200—300 25—30 85—240 —
Толщина ребер в указанных в таблице пределах берется тем
больше, чем больше толщина основной стенки отливки. Высота
ребер берется тем больше, чем больше величины отношений и
°0
— . Шаг ребер берется тем меньше (ребра ставятся тем чаще), чем.
* *с
больше отношение .
°о
ЛИТЕРАТУРА
1. ВНИТОЛ, Технология литейной формы (сборник), Машгиз, 1954.
2. ВНИТОЛ, Современная технология получения высококачественных сталь-
ных отливок (сборник), Машгиз, 1953.
3. Р у с с и я н С. В., Баранов И. А., Голованов Н. Н., Соко-
лов А. Н., Либман С. Е., Эльцуфин С. А., Проектирование техноло-
гических процессов литейного производства, Машгиз, 1951.
4. Василевский П. Ф., Стальные отливки, Машгиз, 1950.
ГЛАВА III
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ по СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛА
И МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ
Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, которого
он содержит в пределах 2,0—4,5%. Содержание углерода 1,7%
является теоретической границей между сталью и чугуном. В чугуне
всегда имеются примеси: 0,5—3,5% Si, 0,3—1,5°/0 Мп, до 1 % Р и до
0,15% S. Для улучшения качества чугуна в него также могут
вводиться специальные, или легирующие, примеси (никель, хром,
медь, молибден и др.) в разных количествах — от десятых долей
процента до 15—20% в специальных чугунах. Свойства чугуна
в отливке зависят от его микроструктуры и химического состава.
Структурная диаграмма состояния чистых железоуглеродистых
сплавов приведена на фиг. 262. Как известно из курса металлове-
КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ ИО СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛА
369
дения, сплошные линии относятся к системе железо — карбид
железа (Fe3C), а пунктирные — к системе железо — графит.
Первую систему называют метастабильной (неустойчивой), а вто-
рую — стабильной (устойчивой), так как при медленном охлаждении
карбид железа, или цементит, оказывается неустойчивым и раз-
лагается с образованием устойчивого графита, представляющего
собой чистый углерод. Структура чугуна зависит от химического
состава и скорости охлаждения отливки.
Структурные составляющие чугуна можно разделить на сле-
дующие группы: 1) представляющие собой чистый углерод (пла-
стинчатый и сфероидальный графит и углерод отжига); 2) содержа-
щие углерод в виде химического соединения с железом (структурно
свободный цементит, ледебурит, перлит и стэдит); 3) содержащие
углерод в твердом растворе (феррит, аустенит в специальных чу-
гунах и продукты его неполного распада — мартенсит, троостит
и сорбит); 4) не содержащие углерода (сернистый марганец).
1. Пластинчатый графит — характерная структурная со-
ставляющая серого чугуна, представляет собой элементарный углерод,
выделяющийся в виде пластинок или листочков разной величины
и формы. Графит при разрушении распыляется и припудривает
поверхность излома, придавая ему серый цвет. В белом чугуне нет
графита, поэтому излом его не серый, а блестящий белый. Вклю-
чения пластинчатого графита по размерам могут быть различной
величины, от крупных до очень мелких, а по форме прямолиней-
ные, завихренные и точечные.
Существуют две теории образования графита в сером чугуне.
По одной теории образование графита возможно только путем рас-
пада (при высоких температурах) образовавшихся сначала метаста-
бильных структур, и процесс образования серого чугуна проходит,
таким образом, через стадию белого чугуна. По другой теории,
опирающейся на двойную диаграмму состояния (по всей вероятности,
эта теория ближе к истине), графит при затвердевании и остывании
серого чугуна может образовываться частично непосредственно из
жидкого сплава, а частично путем разложения метастабильных
структур, в зависимости от химического состава чугуна и ско-
рости охлаждения. Графит, образующийся путем кристаллизации
из жидкого сплава, получается крупным, а графит, образующийся
от распада метастабильных систем в твердом состоянии,—более
Мелким и имеет характерное расположение по границам первичных
блочных (дендритных) кристаллов. Графит такого характера в даль-
нейшем будем называть графитом распада. Теоретическую
картину расположения графитовых включений в чугуне сильно
искажает явление коалесценции графита, т. е. рост
крупных выделений за счет мелких с поглощением последних.
Сфероидальный, или глобулярный, графит
°бразуется в литой структуре современных высокопрочных, или
«сверхпрочных», чугунов, получаемых путем обработки серых чу-
Аксенов 1956
370
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
гунов в жидком состоянии присадкой магния (см. ниже). Форма
графитовых включений оказывает громадное влияние на свойства
чугуна. Именно благодаря компактной форме сфероидального
графита эти чугуны, также относящиеся к типу серых чугунов,
обладают весьма высокой прочностью и вязкостью. Подробнее этот
вопрос будет рассмотрен ниже.
Углерод отжига является характерной структурной
составляющей ковкого чугуна, получаемого из белого чугуна путем
его термической обработки. Выделения углерода отжига имеют
характерную форму компактных гнезд или пятен. Как и пластин-
чатый и сфероидальный графит, углерод отжига представляет собой
вид элементарного углерода. Форма же выделения углерода отжига
в виде компактных пятен является также весьма благоприятной
для прочности и высокой вязкости ковких чугунов.
2. Структурно свободный цементит предста-
вляет собой крупные включения карбида железа Fe3C. Карбид
железа содержит 6,67% С и является самой твердой и хрупкой
структурной составляющей железоуглеродистых сплавов. Поэтому
чугун, в котором имеется структурно свободный цементит, об-
ладает высокой твердостью, хрупок и плохо обрабатывается резцом.
Первичный цементит выделяется из жидкого заэвтек-
тического чугуна по линии CD диаграммы состояния и имеет вид
крупных игл. Вторичный цементит образуется при рас-
паде твердого раствора по линии ES диаграммы в виде мелких обра-
зований, часто сливающихся с ранее образовавшимися выделени-
ями цементита.
Ледебурит представляет собой эвтектику системы же-
лезо — цементит, затвердевающую в точке С диаграммы состояния.
Он состоит из перемежающихся образований цементита и аусте-
нита. Аустенит, входящий в ледебурит, позднее распадается на пер-
лит и вторичный цементит, так что в холодном состоянии ледебурит
состоит из цементита и перлита.
Содержание углерода в ледебурите в системе чистых железо-
углеродистых сплавов равно 4,3%, а температура его затвердевания
1145°. Примеси, содержащиеся в чугуне, изменяют как содержание
углерода, так и температуру образования ледебурита. Так, кремний
сдвигает эвтектическую точку на диаграмме состояния вверх и
влево. Ледебурит — твердая структурная составляющая; он при-
дает чугуну твердость, хрупкость и плохую обрабатываемость.
Перлит представляет собой эвтектоид системы железо — кар-
бид железа. Различают пластинчатый перлит, состоящий из пласти-
нок цементита в феррите (почти чистом, мягком железе), и зернистый
перлит, в котором цементит имеет форму мелких округлых зерен.
Зернистый перлит получается при термической обработке чугунов
и сталей.
Перлит обладает значительной прочностью, умеренной твер-
достью (200—230 по Бринелю) и хорошей обрабатываемостью
КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ ПО СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛА
371
благодаря мелкой раздробленности находящегося в нем цементита.
Чем мельче строение перлита, тем выше его прочность.
Содержание углерода и температура образования перлита (по-
ложение точки S на диаграмме состояния) изменяются под влиянием
содержащихся в чугуне примесей. В чистых железоуглеродистых
сплавах перлит содержит 0,9% С и образуется при 721°. Кремний
уменьшает содержание углерода в перлите и повышает температуру
его образования.
Стэдит, или фосфидная эвт е-к тика, обладает
высокой твердостью. Тройная фосфидная эвтектика состоит из
железа, цементита и фосфида железа Fe3P и содержит 1,96% С
и 6,89°/0 Р- Двойная фосфидная эвтектика не содержит цементита и
образуется при медленном охлаждении чугуна и повышенном содер-
жании кремния.
Стэдит в чугуне расположен в виде островков неправильной
формы, имеет характерную точечную стуктуру. Стэдит — самая
легкоплавкая часть чугуна — затвердевает последним, при 953°,
располагаясь по границам зерен металла. При увеличенном содер-
жании фосфора в чугуне (свыше 0,6%) включения стэдита образуют
почти непрерывную сетку, и в таком случае чугун становится весьма
хрупким.
3. Феррит представляет собой твердый раствор цементита в а-же-
лезе с весьма незначительным содержанием углерода. При комнатной
температуре он содержит не более 0,01% С. Поэтому феррит, прак-
тически можно считать а-железом, не содержащим углерода. На
травленом шлифе феррит имеет вид зерен, или полиэдров, разде-
ленных ясно видимыми под микроскопом границами. Феррит очень
мягок, легко обрабатывается резцом и обладает большой вязкостью.
Аустенит и продукты его неполного распада — мартенсит,
троостит и сорбит — могут быть получены в чугунах при помощи
специальной термической обработки, либо путем простой отливки
высоколегированных чугунов.
4. Сернистый марганец, или сульфид марганца MnS, присут-
ствует в структуре чугуна в виде отдельных мелких включений
серого цвета, имеющих форму зерен или многогранников. Сернистый
марганец очень тугоплавок (он затвердевает в чугуне первым) и
обладает большой твердостью. Вследствие малых размеров и ком-
пактной формы включения MnS оказывают незначительное влияние
на механические свойства чугуна.
Из рассмотренных структурных составляющих чугунов, полу-
чаемых непосредственно отливкой (без термической обработки),
основными являются пластинчатый и сфероидальный графит, струк-
турно свободный цементит (и ледебурит), перлит и феррит. Окон-
чательная структура чугунного литья представляет собой комби-
нацию перечисленных составляющих.
По структуре металла чугунное литье из нелегироваппого чугуна
можно разделить на следующие пять типов.
24*
372
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
1. Белый чугун со-
стоит из перлита и структурно
свободного цементита. Струк-
тура заэвтектического белого
чугуна (цементит + ледебу-
рит) показана на фиг. 263,а;
эвтектического, состоящего
из одного ледебурита,—на
фиг. 263, б; доэвтектичес-
кого (ледебурит+ перлит) —
на фиг. 263, в. Общую струк-
турную форму белого чугуна
можно представить в виде
П + Ц (перлит + цементит),
подразумевая под цементи-
том структурно свободный,
первичный, вторичный и ле-
дебуритный цементит. Кроме
основных составляющих П
и Ц, в структуре белого чу-
гуна имеется сернистый мар-
ганец и может присутство-
вать стэдит.
Белый чугун является со-
вершенно не графитизирован-
ным чугуном, и весь углерод
в нем находится в виде хи-
мического соединения с же-
лезом. Белый чугун обла-
дает высокой твердостью,
хрупок, не поддается обра-
ботке резцом. Поэтому его
редко применяют в машино-
строении, лишь в тех слу-
чаях, когда деталь работает
на износ (щеки камнедроби-
лок, катки для мостовых,
прокатные валки, вагонные
колеса и т. п.). При этом
для обеспечения большей
прочности деталь отливают
так, чтобы только у рабочей
поверхности получился бе-
лый чугун, а в центре сече-
ния отливки — более проч-
ный серый чугун. Такое чу-
гунное литье называют о т-
КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ ПО СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛА
373
беленным, или «з а к а л е н н ы м». Белый чугун применяют также
в производстве ковкого чугуна. Для получения деталей из ковкого
чугуна сначала их отливают из белого чугуна, а затем подвергают
специальной термической обработке (отжигу или томлению).
Отливки серогочугуна в литом состоянии обычно имеют
пластинчатый графит, но путем обработки жидкого чугуна присад-
кой магния можно получить в ли-
том же состоянии графит сферо-
идальной формы. По характеру
структуры основной металличе-
ской массы отливки серого чугуна
могут принадлежать к одному из
следующих четырех типов.
2. Перлито-цемент и т-
ный серый чугун (фиг. 264)
состоит из перлита, включений
остатков структурно свободного
цементита в виде Отдельных остров-
ков и включений пластинчатого
Фиг. 264. Перлито-цементитный
серый чугун. Х250.
Фиг. 265. Перлитный серый чугун
с пластинчатым (а) и сфероидаль-
ным (б) графитом, а — X 300;
б — X 400.
графита. При обработке чугуна магнием может получиться чугун
с перлитоцементитной структурой и сфероидальным графитом. Чугун
с°структурой П + Ц + Гр обладает повышенной твердостью и плохо
врабатывается резцом; кроме особых случаев, для машиностроитель-
н°го литья не применяется; получается обычно как брак произ-
в°Дства (исправляемый отжигом).
3. Перлитный серый чугун (П-|-Гр) состоит из перлита
и пластинчатого или сфероидального графита (фиг. 265). Пластин-
чатый графит в перлитном чугуне, при данной степени графитизации,
374
свойства чугуна в отливках
получается обычно мелкодисперсным. Такой чугун обладает
умеренной твердостью, хорошо обрабатывается резцом. Из всех
серых чугунов с пластинчатым графитом перлитный чугун отли-
чается наиболее высокой прочностью, поэтому его часто называют
высококачественным. Перлитный же серый чугун с сфероидальным
Фиг. 266. Перлито-ферритный се-
рый чугун с пластинчатым (а) и
сфероидальным (б) графитом.
а — X 500; б — X 400.
Фиг. 267. Ферритный серый чугун
с пластинчатым (а) и сфероидаль-
ным (б) графитом, а X 250;
б — Х400.
графитом обладает еще более высокими механическими свойствами
И носит название сверхпрочного, или высокопрочного, чугуна.
♦ 4. Перлито-ферритный серый чугун состоит из
перлита, феррита и графита (фиг. 266). Графит также может быть
пластинчатым и сфероидальным. Пластинки графита в таком чугуне
получаются более крупными, чем в перлитном чугуне. Поэтому
перлитно-ферритный серый чугун с пластинчатым графитом менее
прочен, чем перлитный. Он более мягок и легче обрабатывается рез-
цом. Феррит обычно располагается вокруг графитовых включений в
виде оторочки. Структура П+Ф+Гр пластинчатый) чаще всего
КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ ПО СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛА
375
встречается в обыкновенном машиностроительном чугунном литье.
Перлито-ферритный чугун со сфероидальным графитом принадлежит
также к сверхпрочным чугунам.
5. Ферритный серый чугун состоит из феррита и графита
(обычно пластинчатого). Графитовые выделения в таком целиком гра-
фитизированном чугуне получаются крупными. Прочность чугуна со
структурой Ф+Гр невелика. Он очень мягок, быстро изнаши-
вается, очень легко обрабатывается резцом. Для машиностроитель-
ного литья не пригоден из-за слишком малой прочности. Структура
такого чугуна показана на фиг. 267, а. Кроме основных структурных
составляющих (Ф+Гр), на данной микрофотографии видно значи-
тельное количество стэдита (включения стэдита и сернистого мар-
ганца обычно присутствуют в сером чугуне всех рассмотренных
типов). Существует также ферритный серый чугун со сфероидальным
графитом (фиг. 267, б), принадлежащий к сверхпрочным чугунам.
Классификация чугунного литья по механическим свойствам
производится согласно ГОСТ 1412-54 (табл. 59). Этот стандарт
распространяется на отливки из серого чугуна с пластинчатым гра-
фитом, которые должны обладать определенной механической
прочностью. Стандарт не распространяется на такие отливки серого
чугуна, которые должны иметь специальные свойства: кислотоупор-
ность, немагнитность и т. д.
Таблица 59
Классификация отливок из серого чугуна
по ГОСТ 1412-54
Марка чугуна □" со О CL й) h = ч с S х = 5? а °*О 1 * 5 С х н и S Предел проч- ности при из- гибе в кг/мм2 не менее Стрела прогиба в мм при расстоянии между опорами образца Предел проч- ности при сжатии в кг/мм2 не менее Твердость по Бринелю в кг{мм2
600 мм 300 мм
счоо Не испытывается
СЧ12—28 12 28 6 2 50 143—229
СЧ15—32 15 32 8 2,5 65 163—229
СЧ18—36 18 36 8 2,5 70 170—229
СЧ21—40 21 40 9 3 75 170—241
СЧ24—44 24 44 9 3 85 170—241
СЧ28—48 28 48 9 3 100 170—241
СЧ32—52 32 • 52 9 3 ПО 197—248
СЧ35—56 35 56 9 3 120 197—248
СЧ38—60 38 60 9 3 130 207—262
Контрольные литые образцы для испытания на изгиб испытывают
в необработанном виде. Диаметр образцов 30 мм, отклонение диа-
метра в любом сечении не должно превышать ±1 мм. Рекомен-
дуется отливать образцы длиной 680 мм и испытывать их на изгиб
с расстоянием между опорами 600 мм. Допускается отливка образ-
376
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
цов длиной 340 мм с расстоянием между опорами при испытании
300 мм.
Образцы для испытания на растяжение вытачиваются из отдельно
отлитых проб и должны иметь диаметр расчетной части 10, 15,
20 или 25 мм в соответствии со средней толщиной стенок отливок.
Расчетная длина образцов должна составлять не менее одного и не
более двух с половиной диаметров образца. Переход от расчетной
части образца к головке скругляется радиусом, равным диаметру
расчетной части образца.
Чугуны марок, начиная с СЧ 28-48 и выше, относятся к высо-
кокачественным серым чугунам; они имеют перлитную структуру
(П+Гр) с мелкораздробленным завихренным пластинчатым гра-
фитом. Чугуны этих марок рекомендуется получать путем модифи-
цирования, т. е. обработки в жидком состоянии присадками сили-
кокальция или ферросилиция. Метод модифицирования подробно
рассматривается ниже. Марки модифицированных чугунов иногда
обозначаются МСЧ.
Марки высокопрочного чугуна со сфероидальным графитом,
получаемого с помощью модифицирования магнием, приведены
в табл. 60 по данным ГОСТ. Аналогичные марки сверхпрочного
чугуна со сфероидальным графитом по номенклатуре института
ЦНИИТМАШ приведены в табл. 61. Чугуны марок по ГОСТ ВЧ
45-0—ВЧ 60-2 или по ЦНИИТМАШ СПЧ-П-40 — СПЧ-П-55 имеют
перлитную основную металлическую массу; чугуны ВЧ 45-5 и
СПЧ-Ф-5 — феррито-перлитную основу; чугуны марок ВЧ 40-10
по ГОСТ или СПЧ-Ф-10 по марочнику ЦНИИТМАШ имеют феррит-
ную основную металлическую массу. Чугуны класса «а» по данным
ЦНИИТМАШ (табл. 61) допускают использование обычных шихто-
Таблица 60
Классификация отливок из высокопрочного чугуна
по ГОСТ 7293-54
Марка чугуна Временное сопротивление в кг/мм* Условный предел теку- чести при рас- тяжении в кг!мм2 Относитель- ное удлине- ние в % Ударная вяз- кость в кгм;см2 на образцах без надреза сечением 20x20 мм* Твердость по Бринелю в кг{мм2
не менее
ВЧ45—0 45 36 187—255
ВЧ50—1,5 50 38 1,5 1,5 187—255
ВЧ60—2 60 42 2,0 1,5 197—269
В 445—5 45 33 5,0 2,0 170—207
ВЧ40—10 40 30 10 3,0 156—197
* Образцы из чугуна марки ВЧ40-10 берутся сечением 10x10 мм.
-- Таблица 61
Марки сверхпрочного чугуна со сфероидальным графитом и рекомендуемые условия их получения методом
____________двойного модифицирования магнием и ферросилицием по данным ЦН И ИТ МАШ
Марка чугуна Механические свойства Условия получения
Предел прочно- сти при растяже- нии в кг/мм2 Удлинение в °/о Предел прочности при изгибе в кг!мм2 Стрела прогиба в мм при расстоя- нии между опора- ми 300 мм Предел прочности при сжатии в кг/мм2 Ударная вязкость на образцах 20x 20 мм без надреза в кгм/см2 Твердость по Бри- нелю в кг!мм2 Толщина стенок отливки в мм Химический состав исходного чугуна в °/0 Химический состав после модифициро- вания В °/о Количество модифика- торов в °/0 к весу жид- кого чугуна
Класс а со Ч Класс а СО С Si Мп Р S Si s Mg Mg FeSi
СПЧ.П-40 СПЧ.П-45 40 45 0,4— 1,5 0,4— 1,5 1,5— 3,0 1,5— 3,0 60 72 4 5 150 160 0,5— 1,5 0,5— 1,5 1,5— 3,0 1,5— 3,0 192— 241 207— 269 75— 150 >3,2 2,0— 2,5 0,5— 0,8 Класс а <0,2 Класс б <0,1 <0,14 2,0— 2,5 <0,03 0,05— 0,12 0,7— 1,0 —
СПЧ-П-55 55 0,4— 1,5 1,5— 3,0 100 5 175 0,5— 1,5 1,5— 3,0 207— 285 <10 10— 30 SO- 75 75— 150 >3,4 >3,2 2,7— 3,1 2,4— 2,7 2,2— 2,5 1,8— 2,1 0,8— 1,2 0,5— 0,8 Класс а <0,2 Класс б <0,1 <0,14 2,7— 3,0 2,5— 2,8 2,1— 2,4 1,3— 1,6 <0,03 0,05— 0,12 0,3- 0,5 0,6— 0,8 0,7— 0,8 0,8— 1,0 0,8— 1,0 0,6— 0,8 0,5— 0,7 0,7— 1,0
СПЧ-Ф-5 40 5— 10 70 6 200 2,5— 8,0 173— 207 <10 10— 30 30— 75 75— 100 >3,4 >3,4 >3,2 >3,0 2,6— 3,1 2,4— 2,8 2,2— 2,6 2,2— 2,6 <0,4 <0,6 <0,1 <0,14 3,0— 3,2 2,8— 3,2 2,6— 3,0 2,4— 2,8 <0,03 0,05— 0,12 0,3— 0,5 0,5— 0,8 0,7— 0,9 0,7- 0,9 0,8— 1,0
СПЧ-Ф-10 45 — 10— 20 85 30 220 — 5,5— 7,0 156— 179 Получается с помощью отжига отливок из чугуна марок СПЧ с перлитоферритной основной металлической массой при температуре 720—760° С.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ ПО СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛА
378
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
вых материалов при плавке. Для чугунов же класса «б» повышенной
пластичности требуется применение низкофосфористых шихтовых
материалов.
2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ
Механическая прочность чугуна зависит: 1) от величины, формы
и распределения графитовых включений и 2) от прочности основной
металлической массы.
Величина, форма и распределение включений графита являются
решающим фактором. Графит практически никакой прочностью
не обладает, и графитовые включения, присутствуя в чугуне, лишь
ослабляют его прочность, разделяя основную металлическую массу,
подобно микроскопическим трещинам.
Возле трещин, вырезсв или графитовых включений в основной
металлической массе образца или детали при нагрузке возникают
местные перенапряжения, и в этих именно местах начинается раз-
рушение материала. Поэтому чем мельче и завихреннее графитовые
листочки, тем прочнее чугун. Чугун со сфероидальным графитом
обладает наиболее высокой прочностью.
Вторым фактором является прочность основной металлической
массы. При оценке различных структур из рассмотрения прежде
всего надо исключить структуры, содержащие свободный цементит
и ледебурит вследствие их чрезвычайно высокой твердости, плохой
обрабатываемости и хрупкости. Затем исключим аустенит и продукты
его неполного распада, так как эти структуры в простом нелегиро-
ванном чугуне без термической обработки не получаются. Остается,
следовательно, сравнить в качестве структуры основной металли-
ческой массы феррит и перлит (а также промежуточную между ними
структуру Ф+П). Из них перлит значительно прочнее феррита и
тем прочнее, чем мельче (тоньше) пластинки цементита. Твердость
перлита больше, чем твердость феррита, но в то же время перлит
достаточно хорошо обрабатывается резцом. Вязкость перлита
меньше вязкости феррита, но практически вполне достаточна,
а износоупорность его значительно выше.
Таким образом наиболее желательной структурой основной
металлической массы высокопрочного чугуна является перлит,
имеющий мелкое строение. Чугуны с ферритной и феррито-перлитной
основой при прочих равных условиях обладают пониженной проч-
ностью по сравнению с перлитным чугуном. Прочность перлита зави-
сит не только от мелкослойности, но и от химического состава. Так,
перлит в хромоникелевых чугунах прочнее, чем в нелегированных.
Высококачественный нелегированный серый чугун, получаемый
путем простой отливки, без последующей термической обработки,
должен в основном состоять из мелкослойного перлита и мелкого
пластинчатого, а еще лучше сфероидального графита. Для получения
такой структуры необходимо создать условия, при которых вся
кристаллизация до образования эвтектоида в охлаждающемся
ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ
379
чугуне происходила бы по стабильной системе, т. е. с полной графити-
зацией и разложением образовавшегося цементита, а эвтектоидная
кристаллизация — по метастабильной системе с образованием перлита.
Основными факторами, влияющими на процесс графитизации
при затвердевании и охлаждении чугуна, являются: 1) наличие,
характер и распределение в затвердевающем и затвердевшем чугуне
центров графитизации, что зависит от степени перегрева чугуна при
плавке и от обработки егов жидком состоянии, и 2) соотношение между
склонностью чугуна к графитизации, зависящей от его химического
состава, и скоростью охлаждения при затвердевании и дальнейшем
охлаждении.
Центрами графитизации в жидком чугуне могут служить как
остатки не растворившихся при плавке включений графита, так и по-
сторонние включения, например, окислы, силикаты и др. Если в пе-
риод кристаллизации в чугуне имеется небольшое количество таких
зародышей графитизации, то около них рано начинается образование
графита, включения которого успевают вырастать до больших
размеров. Получается непрочный чугун с крупным графитом. Если
в чугуне к моменту затвердевания вовсе нет зародышей графитиза-
ции, то процесс образования графита и затвердевания начинается
поздно, когда чугун уже несколько переохладится ниже нормаль-
ной температуры затвердевания. При таком переохлаждении в чу-
гуне возникает самопроизвольно сразу очень большое число центров
кристаллизации. Образующиеся около них включения графита не
успевают вырасти до больших размеров. Получается структура
со множеством мелких включений графита, т. е. высококачествен-
ный чугун. То же самое получится, если перед разливкой в литей-
ные формы в жидкий чугун искусственно ввести или в нем образовать
большое количество мельчайших неметаллических включений,
которые будут играть роль зародышей графитизации. При затвер-
девании такой чугун также получит структуру с большим числом
мелких включений графита. Изложенное позволяет понять сущность
действия на чугун перегрева при плавке и обработки чугуна в жидком
состоянии различными методами.
Если жидкий чугун сильно перегреть выше температуры пла-
вления и затем охладить и залить при нормальной температуре
заливки, то графитовые включения получаются значительно более
мелкими, чем в малоперегретом чугуне. Перегрев чугуна
способствует размельчению графита, т. е. по-
лучению более высокой механической проч-
ности литья. В то же время количество химически связанного
Углерода (в виде Fe3C) в перегретом чугуне несколько увеличивает-
ся, а количество графита соответственно уменьшается. Перегрев,
следовательно, уменьшает также склонность чугуна к графитиза-
ции при данном его химическом составе.
Графитовые включения при расплавлении чугуна растворяются
Медленно, и при недостаточном перегреве в чугуне остаются нерас-
380
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
творенные графитовые зародыши. При застывании чугуна зародыши
эти действуют как центры кристаллизации графита, который рано
начинает выделяться из чугуна и листочки которого успевают
вырасти до крупных размеров. При перегреве же до высоких темпе-
ратур порядка 1450—1500° графитовые зародыши целиком раство-
ряются в жидком чугуне. При охлаждении такого чугуна графит
из-за отсутствия готовых центров кристаллизации начинает выде-
ляться позднее, при более низкой температуре, и получается поэтому
в виде большого числа мелких образований.
Высокий перегрев чугуна при плавке является одним из основ-
ных условий получения высокопрочного чугуна. Чем больше со-
держание в чугуне углерода и кремния, тем выше должен быть
перегрев. Повышению прочности чугуна способствует перегрев
при плавке до температур свыше 1400°, порядка 1450—1500°.
Слишком высокий перегрев, до температур выше 1600—1650°, по
некоторым данным ведет к падению прочности чугуна вследствие
неблагоприятного распределения в нем графита по границам
зерен.
Вместо перегрева до высоких температур порядка 1500° раз-
мельчение графита можно получить также при помощи выдерж-
ки жидкого чугуна при умеренных температурах в те-
чение более или менее длительного промежутка времени в подо-
греваемой печи или копильнике. Этим способом, как и при перегреве
достигается полное растворение графитовых зародышей. Длитель-
ность выдержки зависит от температуры и для обычных чугунов
должна быть порядка 20—30 мин.
Современными исследованиями установлено, что доменные
чушковые чугуны одного химического состава, но разного проис-
хождения (выплавленные в различных домнах, при разном режиме
доменного процесса и из разных руд) обладают некоторыми инди-
видуальными особенностями. Так, чугуны некоторых заводов и
плавок обладают крупнопластинчатым графитом; другие чугуны
при том же химическом составе и тех же условиях охлаждения чушек
имеют более мелкий графит. Эти индивидуальные особенности
чушкового чугуна при переплавке без перегрева передаются (хотя
и в ослабленной степени) изготовленным из него отливкам. Такая
«наследственность» чугунов проявляется, в част-
ности, в отношении крупности графитовых включений. Структура
отливок из чушкового чугуна с крупным графитом при плавке
с недостаточным перегревом (или выдержкой) также содержит
крупный графит.
Высокий перегрев при плавке (или длительная выдержка при
умеренных температурах в жидком состоянии) уничтожает плохую
наследственность в отношении крупной кристаллизации графита.
Чем крупнее графит в исходных чушковых чугунах, тем выше должна
быть температура перегрева (или длительность выдержки) при его
переплавке.
ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ
381
Хорошие результаты поэтому получаются при употреблении
в шихту чушковых чугунов с мелким графитом.
На доменных заводах следовало бы изготовлять особый мелко-
графитистый чушковый чугун, получаемый путем высокого перегрева
и выдержки обыкновенных чугунов в миксере. Разливка чугуна
в чушки уменьшенных размеров и сечений также могла бы дать
эффект в смысле размельчения графитовых включений в чушках.
Плавка на белой шихте, т. е. состоящей из белых
чушковых чугунов, вовсе не содержащих графита, с последующим
введением недостающего кремния уже в расплавленный металл
в виде ферросилиция дает отливки более высокой прочности. В этом
случае жидкий чугун не содержит зародышей графита.
Растворенный в металле кислород не является графитизатором,
а наоборот, отбеливает чугун. Образующиеся же при раскислении
окисленного чугуна продукты раскисления в виде
мелкодисперсных неметаллических включе-
ний («силикатная муть») играют роль центров графити-
зации. Поэтому раскисление или обработка жидкого чугуна,
дающая мелкодисперсные продукты раскисления, ведет к графити-
зации чугуна с получением мелкодисперсного графита. Обработка
жидкого чугуна, связанная с его раскислением и образованием
мелкодисперсных включений, служащих зародышами графитиза-
ции, называется процессом модифицирования чу-
ч у н а, а получаемый в результате этого процесса чугун — моди-
фицированным чугуном.
Модифицирование жидкого чугуна можно производить путем
присадки на желоб вагранки или в ковш под струю размельченного
силикокальция в количестве 0,1—0,4?^ от веса чугуна. Модифици-
рование ведет к улучшению чугуна в смысле размельчения графита
и повышения механических свойств и плотности, а также выравни-
вания структуры в толстых и тонких сечениях отливки. Наибольший
эффект дает обработка силикокальцием низкоуглеродистого (около
3% С) и низкокремнистого перегретого чугуна из вагранки, рас-
плавленного обычно с присадкой в шихту стального лома. Такой
чугун без обработки силикокальцием затвердел бы белым, а после
обработки силикокальцием получает перлитную структуру с мелким
и завихренным пластинчатым графитом. Он обладает высокими
Механическими свойствами, повышенной плотностью, твердостью,
Устойчивостью против износа и хорошей обрабатываемостью, что
Дает ему возможность конкурировать с обычными легированными
чугунами. Кроме того, метод его получения отличается простотой,
Дешевизной, применимостью при любых масштабах производства.
Изменяя дозировку силикокальция в каждом ковше, можно полу-
чать металл разных свойств. Силикокальций вводится в раздроб-
ЛеНном состоянии до размера зерен около 5 мм. Изготовляемый
* электропечах силикокальций содержит 23—31% Са и 59—62% Si
ГОСТ 4762-49).
382
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
Как показали исследования процесса модифицирования чугуна,
сущность самого процесса имеет более сложную природу и объясняет-
ся не только одним раскислением и влиянием на графитизацию про-
дуктов раскисления чугуна. Помимо роли раскисления и воздействия
продуктов раскисления на чугун, также большая роль в этом про-
цессе принадлежит, как видно, образованию на растущих кристаллах
графита особых пленок, состоящих из модификаторов (присадок).
Упомянутые пленки (кальция, кремния и др.) препятствуют свобод-
ному росту графитовых включений, в результате чего при затверде-
вании получается мелкий графит, приводящий к высокой механиче-
ской прочности металла. Весьма полезно вводить в шихту 2—5?6 кар-
ботитала — специального древесноугольного чугуна, содержащего
0,8—1,2% Ti, 0,2—0,5% Al и около 0,2% V. Применение карботитала
особенно хорошие результаты может дать при плавке с природно
легированными чугунами. Раскислителями в этом чугуне служит
титан и алюминий, а примесь ванадия способствует повышению
механических свойств металла. Вместо силикокальция в качестве
модификаторов можно с успехом применять высокопроцентный фер-
росилиций. Количество модификатора (ферросилиция) требуется
в пределах 0,2—0,5%. Рекомендуемое содержание углерода в моди-
фицируемом чугуне (из вагранки) 2,9—3,4%. Сумма С + Si % по
данным проф. К. И. Ващенко должна быть
С + Si = 5,4 — 1g 3, (38)
где В —толщина стенки отливки.в мм. Количество стали в шихте
при плавке в вагранке должно быть 15—20%. По другим данным
количество стали в шихте должно быть 20—25% при получении
чугуна марки МСЧ 28-48, 25—35% для чугуна МСЧ 32-52, 35—50%
для чугуна МСЧ 35-56 и 50—80% при плавке чугуна МСЧ 38-60.
Модификатор (ферросилиций) следует дробить до размеров зерен 2—
10 мм при модифицировании в ковшах емкостью 50—100 кг и 15—
20 мм при модифицировании в 2—10-тонных ковшах.
Следует отметить, что графит в модифицированном чугуне полу-
чается достаточно мелкопластинчатым, но не имеет дендритной
ориентации, неблагоприятной для прочности чугуна.
На фиг. 268 приведена, по данным Г. И. Клецкина, принципиаль-
ная диаграмма изменения прочности немодифицированного и модифи-
цированного чугуна по мере снижения содержания С + Si, увели-
чения присадки стали в шихту, повышения температуры перегрева
металла и повышения скорости охлаждения отливки. Все эти факторы
оказывают упрочняющее влияние на чугун. Однако для немодифи-
цированного чугуна они дают эффект только в некоторой области А,
а затем прочность начинает падать вследствие появления в структур6
чугуна графита распада, имеющего дендритную ориентацию.
Модифицирование малыми добавками ферросилиция отодвигает
этот предел повышения прочности и момент появления дендритного
графита на величину некоторой зоны 5. В этой зоне модифицирован-
ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ
383
ный чугун имеет значительно более высокую прочность по сравнению
с простым немодифицированным серым чугуном.
Наконец, модифицирование большими добавками ферросилиция,
вносящими 40—60% общего содержания кремния в чугун, предот-
вращает появление дендритного графита и правее зоны Б, позволяя
Тем самым использовать в еще большей степени откладываемые по
оси абсцисс технологические факторы и получить чугун с еще более
высокой прочностью.
Рассмотренные методы
модифицирования приводят
к образованию структуры чу-
гуна с мелкораздробленным
графитом, но имеющим пла-
стинчатую форму. По-
дробно исследованный в
ЦНИИТМАШ Б. С. Миль-
маном и другими работни-
ками метод модифи-
цирования магнием
или его сплавами
дает сверхпрочный
чугун со сфероидаль-
ным графитом.
Для этого применяется чу-
гун, расплавленный в ваг-
Фиг. 268. Схема изменения прочности немо-
дифицированного (/) и модифицированного (2)
чугуна в зависимости от различных факторов.
ранке, имеющий температуру
не ниже 1400° (желательно 1450°), такого химического состава, при
котором он в данных отливках застыл бы е серым изломом.
Процесс модифицирования при получении сверхпрочного чугуна
состоит из обработки чугуна магнием или его сплавами и последую-
щей обработки чугуна ферросилицием. Сфероидальная форма графита
сверхпрочного чугуна получается благодаря модифицированию его
магнием или его сплавами. Ввиду того что эти модификаторы легко
горят, их вводят в ковш с жидким чугуном в особом железном про-
дырявленном колокольчике, который погружают в жидкий чугун.
Самый ковш с чугуном при этом помещается в особой закрытой кабине
или на ковш надевается специальная крышка, не допускающая выры-
вания из ковша газов и пламени от частично сгорающего магния.
Перед погружением колокольчика в жидкий чугун необходимо сни-
зить шлак. В связи со значительным «кипом» металла (испарением
и горением магния) ковши должны заполняться чугуном лишь на 70—
ЭД % их высоты.
Вместо металлического магния можно применять его сплавы
^Игатуры), из которых наиболее удобна никелевая лигатура, кото-
у10 можно давать в открытый ковш без особых предосторожностей.
эгккая лигатУРа тонет в жидком чугуне и почти не дает фото и пиро-
^Рфекта. Применяется также лигатура из магния и ферросилиция.
384 СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
Вводить ее надо под поверхность металла в ковше в закрытой кабине,
помещая ее, как и чистый магний, в колокольчик.
Магний в чугуне прежде всего производит обессеривание, в резуль-
тате чего содержание серы в чугуне падает и после модифицирования
не превышает 0,03%. Лишь оставшийся после обессеривания маг-
ний действует как модификатор и сфероидизирует графит чугуна.
Из присаженного количества магния большая часть угорает.
После модифицирования в чугуне остаются только сотые доли
процента магния. Длительность этого первого модифицирования со-
ставляет 2—4 мин.
После окончания модифицирования чугуна магнием с поверхности
металла счищают шлак и производят второе модифицирование
с помощью 75%-го ферросилиция, засыпаемого в ковш совками
в зернах размером 5—8 мм.
После ввода ферросилиция жидкий чугун перемешивают, счи-
щают шлак и затем приступают к разливке чугуна по формам.
Часть кремния ферросилиция расходуется на модифицирование,
часть же его остается в чугуне. Вследствие этого содержание Si
в окончательном продукте несколько увеличивается по сравнению
с исходным чугуном.
В табл. 61 указаны основные рекомендации ЦНИИТМАШ по про-
цессу получения сверхпрочного чугуна различных марок методом
двойного модифицирования чистым магнием и ферросилицием.
При применении лигатуры магний — ферросилиций по методу, реко-
мендуемому институтом НИИТавтопром производится лишь одно-
кратное модифицирование. Такая лигатура содержит 20—30% маг-
ния и изготовляется в тигельных печах.
Необходимо иметь в виду, что эффект всякого модифицирования,
будь то модифицирование магнием и ферросилицием или простое
модифицирование силикокальцием или ферросилицием, сохраняется
лишь в течение некоторого времени, а затем пропадает, и если чугун
слишком долго не заливать в формы после модифицирования, а про-
должать держать в ковше, то он превратится в обыкновенный чугун
и в отливке не даст той структуры, которая получается благодаря
модифицированию. Эта нестойкость эффекта модифицирования во вре-
мени объясняется постепенным всплыванием в жидком чугуне про-
дуктов модифицирования, которые обусловливают мелкодисперсную
кристаллизацию в нем графита при затвердевании. По практическим
данным эффект модифицирования удерживается в ковшах емкостью'
до 500 кг в течение 5 мин., в ковшах 500 кг до 3 т — в течение 10 мин.,
в ковшах 3—6 т — в течение 15 мин. и в более крупных ковшах
в течение 20 мин.
Переходим к рассмотрению влияния на процесс графитизации
химического состава чугуна и скорости охлаждения отливок в форме-
Кремний при содержании его до 2,7% сильно способствует пр°'
цессу графитизации чугуна; свыше этого количества он действует
в противоположную сторону. Свободный марганец и сера препятсТ'
ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ
385
вуют графитизации, т. е. ведут к уменьшению количества графита
в чугуне. Влияние фосфора на графитизацию неопределенно и незна-
чительно.
Скорость охлаждения отливки в форме зависит от толщины ее
стенок и, в свою очередь, сильно влияет на процесс графитизации.
Чем тоньше стенки отливки (чем больше скорость охлаждения), тем
меньшая часть находящегося в чугуне углерода выделяется в виде
графита и тем большая часть его остается в связанном состоянии.
При заливке в металлические формы графитизация сильно тормо-
зится, и чугунная отливка получается с поверхностным или сплош-
ным отбелом. Для получения чугуна с заданной структурой хи-
мический состав его должен быть выбран в зависимости от толщины
стенок отливки, или скорости охлаждения.
Основными элементами, которыми приходится регулировать состав
нелегированного чугуна в зависимости от скорости охлаждения,
являются углерод и кремний. Марганец, серу и фосфор задают исходя
из следующих соображений.
Содержание марганца в чугуне должно быть увязано с содержа-
нием серы. Сера может соединяться с Fe в FeS; в виде этого соеди-
нения она особенно вредна, так как FeS, располагаясь в металле
в виде эвтектики с железом по границам зерен, вызывает хрупкость
чугуна. При нагреве до красного каления такой чугун становится
особенно хрупким (красноломкость), так как эвтектика Fe и FeS
плавится уже при 985°, и зерна металла оказываются несвязанными.
Кроме того, сера в виде сернистого железа увеличивает усадку чугуна.
При наличии в чугуне марганца сера из FeS переходит в MnS,
так как она имеет большее химическое сродство к марганцу. В виде
MnS сера не оказывает такого вредного влияния на литейные и
механические качества чугуна, как FeS. Сернистый марганец пла-
вится при высокой температуре; в структуре чугуна он находится
в виде мелких компактных включений, не нарушающих заметно
сплошности металла.
Таким образом, марганец обезвреживает серу, связывая ее в MnS.
Теоретически, по соотношению атомных весов Мп и S, количество
марганца должно быть в 1,7 раза больше содержания серы. Однако
количество марганца берут с запасом в 3—3,5 раза больше серы.
Для высококачественного перлитного чугуна содержание марганца
берут чаще всего в пределах 0,7—1,0%, количество серы — до
0,1%, и отношение получается не менее 7.
Содержание фосфора в высококачественном чугуне должно быть
Не более 0,2—0,3% за исключением тонкостенных деталей. Фосфор
Улучшает жидкотекучесть чугуна, но делает чугун хрупким (включе-
ния стэдита).
При выборе химического состава чугуна в отношении содержания
Углерода и кремния в зависимости от скорости охлаждения, или тол-
щины стенок отливки, главным регулирующим элементом является
кремний, количество которого назначают в зависимости от толщины
Аксенов 1956
386
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
стенок отливки. Содержание углерода на практике изменять гораздо
труднее, чем кремния. Поэтому выбирается такое содержание угле-
рода, которое можно легко и надежно получить в металле при данном
плавильном агрегате и которое надежно гарантирует достаточно
хорошие литейные свойства чугуна — жидкотекучесть и усадку
Фиг. 269. Структурная
диаграмма Маурера.
(низкоуглеродистые чу-
гуны обладают плохими
литейными свойствами).
Имеется ряд данных
для увязки содержания
углерода и кремния в
чугуне с толщиной сте-
нок детали при отливке
в земляные формы. Так,
структурная диаграмма
Маурера (фиг. 269) дает
зависимость между
углеродом и кремнием
для отливок с постоян-
ной толщиной стенок, соответствующей пробному бруску диаметром
30 мм. Диаграмма имеет структурные области. В области перлит-
ных высококачественных чугунов наибольшей механической проч-
ностью обладают низкоуглеродистые чугуны (С<3%), содержащие
меньше графита, чем высоко-
углеродистые. Диаграмма
дает лишь соотношение
между углеродом и кремнием
и не показывает зависимости
их содержания от толщины
стенок отливки.
Структурная диаграмма
Грейнера и Клингенштейна
(фиг. 270) показывает зави-
симость содержания С + Si
Фиг. 270. Структурная диаграмма Грейнера
и Клингенштейна.
от толщины стенок отливки
и от типа желаемой струк-
туры металла. Обозначение
структурных областей диаграммы то же, что и для диаграммы
Маурера, а именно область / соответствует структуре П + Ц’>
область На —структуре П + Ц + Гр; область // — структуре
П + Гр; область НЬ — структуре П + Ф + Гр и область
III — структуре Ф + Гр.
Область перлитных высокопрочных чугунов на диаграмме огра-
ничена сверху горизонталью 5,3% С + Si, так как механическая
прочность особенно сильно улучшается с уменьшением С + Si
ниже этого предела за счет уменьшения количества графита. Диа-
грамма Клингенштейна дает возможность по толщине отливки вы-
ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ
387
брать сумму С + Si; содержание углерода и кремния в отдельности
следует определять по диаграмме Маурера. Заметим, что вместо
суммы С + Si склонность чугуна к графитизации иногда оцени-
вается суммой С + -у + •
На основании рассматриваемой диаграммы можно сделать вывод,
что перлитный чугун в большей степени, чем
чугун како й-л ибо другой структуры,обладает
свойством давать однотипную структуру (П +
4- Гр) п р и колебанияхтолщины стенок в широ-
ких пределах. Это свойство перлитного чугуна, так назы-
ваемая квазиизотропия, присуще в большей степени чугуну с низ-
ким содержанием С + Si. Чугуны других структур таким ценным
свойством не обладают; поля /, Па, ПЬ и /// на диаграмме узкие,
и только поле // сильно расширяется вниз.
Увязка химического состава чугуна с толщиной стенок отливки
по приведенным диаграммам относится к получению высокопрочных
чугунов в обыкновенных земляных формах. Полу-
чение высокопрочного чугуна по этому методу характеризуется,
кроме того, высоким перегревом при плавке в вагранке.
Кроме получения отливок из высокопрочного серого чугуна в
обыкновенных земляных формах, можно получать чугун с высокой
прочностью путем отливки деталей в подогретые земляные формы.
Однако этот метод на практике в настоящее время не применяется
ввиду необходимости в лишней технологической операции — подо-
греве форм перед заливкой до определенной температуры.
При литье чугунных деталей в металлические формы (кокили)
получается размельчение структуры металла в отливке и может быть
достигнута его высокая прочность. Подробно об этом методе будет
сказано в главе о специальных методах отливки.
Рассмотрим влияние на чугун специальныхлегирую-
Щ и х элементов. Наибольший практический интерес пред-
ставляют никель, хром, медь, молибден и титан.
Н и к е ль подобно кремнию является графитизатором, способ-
ствует разложению цементита, образовавшегося при затвердевании
чУгуна, и таким образом уменьшению твердости в тонких частях
°тливки. Но в то же время в никелевом чугуне получается более
мслкослойный сорбитообразный перлит, более прочный и твердый,
н° хорошо поддающийся обработке резцом. Поэтому в массивных
Частях отливки никель несколько увеличивает твердость. Получается
Таким образом выравнивание твердости в отлив-
к а х с о стенками разной толщины: тонкие се-
ления не отбеливаются, а толстые получаются
е такими рыхлыми. Одновременно увеличивается меха-
ническая прочность.
Так как никель является графитизатором, то при добавлении
г° в чугун надо несколько уменьшать содержание кремния. В мало-
25*
388
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
кремнистом чугуне графитизирующее действие никеля можно считать
вдвое меньшим по сравнению с кремнием, а при высоком содержании
углерода и кремния активность никеля в 3—5 раз меньше актив-
ности кремния.
При высоких содержаниях никеля структура основной металли-
ческой массы чугуна представляет собой аустенит и продукты его
неполного распада. Так, при 4% Ni получается сорбитный чугун,
при 8% Ni — мартенситный, а при 20% Ni — чугун с основной струк-
турой аустенита. В последнем случае чугун получается немагнитным.
Никель добавляют в чистом виде в ковш или на желоб вагранки,
а чаще всего присаживают в шихту в виде природно легированных
чушковых чугунов (из них отметим халиловские, уфалейские и ели-
заветинские чугуны); эти природно легированные чугуны, кроме
никеля, содержат обычно хром и титан. При плавке никель не выго-
рает и целиком переходит в чугун. Применения металлического
никеля следует избегать ввиду его дефицитности.
Хром наряду с никелем является одной из важнейших леги-
рующих присадок в чугуне. Хром препятствует графитизации,
т. е. отбеливает чугун и увеличивает твердость и устой-
чивость против износа. Одновременно хром сильно раз-
мельчает графит и делает перлит мелкослойным, сорбитообраз-
ным. При введении одного хрома содержание в чугуне кремния надо
увеличивать. Отрицательное действие хрома на графитообразование
в среднем в 1,5 раза больше положительного действия кремния.
Хром вводят в чугун либо в виде феррохрома (специального чу-
гуна, содержащего до 65% Сг) в ковш или на желоб вагранки, либо
в виде природно легированного чушкового чугуна в шихту. Высоко-
углеродистый (5—6% С) феррохром, которым снабжаются наши
литейные цехи, содержит большое количество соединений хрома
с углеродом — карбидов хрома, отличающихся тугоплавкостью
и поэтому медленно растворяющихся в чугуне. Вследствие этого
феррохром лучше всего давать на желоб вагранки, где он интенсивно
размывается струей чугуна. Для присадок в ковш и на желоб лучше
употреблять высококремнистый (4—10% Si) феррохром, так как он
содержит более мелкие карбиды и, кроме того, легче дробится.
Одновременная присадка никеля и хрома
ведет к размельчению графита, выравниванию твердости в тонких
и толстых сечениях отливки, получению мелкослойного перлита и
высокой прочности при повышенной устойчивости против износа и
хорошей обрабатываемости чугуна, несмотря на несколько уве'
личенную твердость.
Чтобы при одновременном введении в чугун никеля и хрома не
изменять содержания кремния для получения той же степени граф*1'
тизации, количество никеля должно быть в 1V2—2 раза больше коли-
чества хрома. Халиловские природно легированные чугуны содержат»
однако, никеля в 2—3 раза меньше, чем хрома. Поэтому при употреб-
лении их следует либо увеличивать содержание кремния, либо оди°'
ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ
389
временно применять елизаветинские или уфалейские природно
легированные чугуны, содержащие больше никеля, чем хрома.
Комбинируя эти чугуны, а также применяя легированные отходы
(литники) своего производства, в которых меньше хрома вследствие
угара его при переплавках, а содержание никеля не изменилось,
можно достигнуть отношения Ni : Cr = 1, что можно уже считать
практически вполне приемлемым и достаточным.
Влияние меди на чугун недостаточно изучено. По некото-
рым данным медь несколько увеличивает прочность чугуна и сопро-
тивление ржавлению. При низких содержаниях кремния медь
способствует графитизации, но в небольшой степени. Твердость
медистого чугуна выше, чем нелегированного, но это не связано
с ухудшением обрабатываемости. Медь частично применяется для
замены в чугунах более дефицитного никеля. При плавке медь не
окисляется и подобно никелю целиком переходит в чугун. В струк-
туре чугуна медь находится в твердом растворе при содержании
ее приблизительно до 2%, а в специальных аустенитных чугунах
и при значительно более ее высоком содержании.
Молибден при содержании его свыше 0,5% значительно
увеличивает прочность и твердость чугуна и его устойчивость против
износа. Молибден препятствует графитизации, но меньше, чем хром.
Оптимальное содержание молибдена в чугуне составляет около 1,5%.
Структура молибденовых чугунов получается с весьма мелким гра-
фитом и мелкослойным сорбитообразным перлитом. Молибден —
дорогая присадка. Вводят ее в виде размельченного ферромолибдена
в ковш и применяют лишь для особо ответственных
отливок. Наиболее целесообразно давать молибден при присадке
в шихту в виде специальных чугунов, содержащих от 1 до 8,5% Мо.
Титан является очень хорошим раскислителем; он связывает
содержащиеся в чугуне газы, кислород и серу. Введение в чугун
больше 0,1% Ti приводит к размельчению графита и увеличению
механической прочности.
Присадка титана в чугун затруднительна вследствие его сильной
окисляемости и высокой температуры плавления. Поэтому наиболее
Целесообразно вводить его в виде природно легированных чугунов.
Такими титаносодержащими чугунами в СССР являются халиловские
чУгуны.
Из низколегированных чугунов отметим антифрикционные чу-
гУны СЦЧ1 и СЦЧ2 по ГОСТ 1585-42, рекомендуемые в качестве
заменителей бронзы для втулок и вкладышей подшипников при ок-
ружных скоростях валов до 2 м/сек и удельном давлении до 20 кг/см2.
Чугуны СЦЧ1 и СЦЧ2 содержат 3,2—3,6% С, 2,2—2,4% Si, 0,6—
J>,9% Мп, 0,15—0,25% Р, до 0,12% S, 0,2—0,35% Сг и 0,3—0,4% Ni.
Кроме того, чугун СЦЧ1 содержит 0,2—0,3% Си и 0,1—0,15% А1.
Как уже было сказано выше, чугуны высокой прочности можно
Получить также при помощи термической обработки.
Термическая обработка серых чугунов не приводит к особому уве-
390
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
личению прочности, так как она не способна заметно изменить харак-
тер графитовых включений, образовавшихся при затвердевании чугу-
на во время отливки. Тем не менее она может дать в результате струк-
туру основной металлической массы в виде сорбита или мартенсита
и повести к высокой устойчивости против износа.
При термической обработке белого чугуна возможно получение
структуры с мелким гнездообразным графитом (типа углерода
отжига) и с основой в виде перлита или сорбита. При правильно
подобранном режиме можно достигнуть очень высокой прочности
и вязкости чугуна.
Особый вид термической обработки белого чугуна для получения
ковкого чугуна будет подробно рассмотрен в главе о ковком чугуне.
3. СВОЙСТВА ЧУГУНА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Многие ответственные чугунные отливки (цилиндры двигателей
внутреннего сгорания, механические устройства металлургических
печей, арматура для перегретого пара, детали химической аппара-
туры и т. п.) работают в условиях повышенных температур, при кото-
рых прочность чугуна сильно падает (табл. 62). И высококаче-
ственные чугуны, отличающиеся большой прочностью при комнатной
температуре, и обыкновенные чугуны при нагреве становятся непроч-
ными, особенно при температурах свыше 600°.
Таблица 62
Относительное изменение прочности серого чугуна на изгиб
при повышенных температурах по данным проф. Н. Г. Гиршовича
Температура в °C +20 +200 +400 +600 +800 +1000
Относительная прочность . . . 1,0 0,95 1,0 0,60 0,25 0,01
При длительном высоком нагреве, и особенно при повторных
нагревах, чугун, кроме того, постепенно увеличивается в объеме,
становится рыхлым, коробится, покрывается с поверхности тре-
щинами и затем легко разрушается. Это явление носит название
роста чугуна. Рост чугуна, т. е. увеличение объема, достигает
обычно 3—5%, но наблюдались случаи, когда рост доходил до 30°6 и
выше. Заметный рост чугуна наблюдается при нагревах уже свыше
400°, но наиболее значительное и быстрое увеличение объема имеет
место при температурах свыше 750—800°.
Механизм роста чугуна можно представить себе следующим обра-
зом. При нагреве и длительной выдержке или при повторных нагре-
вах структурно свободный и перлитный цементит распадается на
железо и свободный углерод (графит или углерод отжигд). Разло-
СВОЙСТВА ЧУГУНА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
391
жение цементита сопровождается увеличением его объема (по разным
данным на 12—16%), вследствие чего несколько увеличивается и весь
объем чугуна. Однако это первоначальное увеличение объема
невелико.
Дальнейший рост чугуна является результатом его разрыхления
вследствие образования трещин и окисления. Трещины, вначале
микроскопические, а затем все более увеличивающиеся, могут воз-
никнуть как вследствие внутренних напряжений из-за неравномер-
ности прогрева отливки (особенно при повторных нагревах и охлаж-
дениях), так и вследствие разных коэффициентов расширения отдель-
ных структурных составляющих чугуна. Разрыхление чугуна сопро-
вождается увеличением поверхности окисления. Наружный воздух
проникает по трещинам и неплотностям вдоль графитовых листоч-
ков внутрь металла. Окисление графита и металлической массы
ведет к образованию газов и дальнейшему разрушению и увеличению
объема чугуна.
На рост чугуна сильное влияние оказывают размеры листочков
графита. Чем крупнее графит, тем больше рост чугуна, потому что
при повторных нагревах около графитовых листочков и начинают
образовываться трещины и по этим трещинам и графитовым включе-
ниям в металл проникают окислительные газы.
Углерод и кремний способствуют росту чугуна, так как они
увеличивают размеры графитовых включений. Присадка хрома сильно
уменьшает рост чугуна. Поэтому добавление в шихту природно-
легированных чугунов значительно повышает устойчивость чугун-
ных отливок против роста.
Повышенное содержание кремния в обычных серых высокоугле-
родистых чугунах, укрупняя графит, способствует увеличению роста
чугуна. При увеличении же содержания кремния до 5—7% и при
низком содержании углерода (2,5—2,7%) получается серый чугун
с мелким графитом, отличающийся большой устойчивостью против
роста. Однако такой чугун, называемый силалом, в холодном
состоянии не обладает достаточной вязкостью.
Специальный легированный жароупорный чугун (н и к ро-
си л а л) наряду с еще большей устойчивостью против роста обла-
дает достаточной прочностью и вязкостью в холодном состоянии.
Таблица 63
Относительное изменение прочности и ударной вязкости серого чугуна
при пониженных температурах по данным проф Н. Г. Гиршовича
Температура в °C . Относительная прочность на изгиб Относительная прочность на растя- жение Относительная величина ударной вязкости +20 1,0 1,0 1,0 0 1,0 1,03 0,98 —20 1,05 1,06 0,91 —35 1,16 0,88 —80 1,11 0,85 — 180 1,14 0,72
392
СВОЙСТВА ЧУГУНА В ОТЛИВКАХ
Никросилал — аустенитовый серый чугун (структура — аустенит
и графит); он содержит около 2% С, 5% Si, 2—5% Сг и 18% Ni .
При пониженных температурах статическая прочность серого чу-
гуна существенно не изменяется, но значительно падает удар-
ная вязкость (табл. 63).
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник мастера по чугунному литью (под ред. проф. Н. Г. Гиршовича),
Машгиз, 1953.
2. ЦНИИТМАШ, Высокопрочный чугун со сфероидальным графитом, ч. I,
Машгиз, 1953.
3. ВНИТОЛ, Высокопрочные чугуны, Машгиз, 1951.
4. Самохоцкйй А. И. и Кунявский М. Н., Металловедение,
Машгиз, 1955.
ГЛАВА IV
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ
И ШИХТОВКА
1. ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В чугунолитейном производстве в шихту употребляют следующие
металлические материалы: чушковой чугун, ферросплавы, возврат
собственного производства (литник и брак), чугунный и стальной
лом и стружку.
Большую часть чушковых чугунов выплавляют в кок-
совых домнах. Однако часть уральских чугунов выплавляют на дре-
весном угле. Древесноугольные чугуны по сравнению с коксовыми
являются более чистыми в отношении содержания серы. Кроме того,
коксовые низкокремнистые чугуны могут оказаться более окислен-
ными, чем чугуны из древесноугольной домны.
Для литья как обычного, так и высококачественного серого чугуна
следует употреблять исключительно коксовые чугуны; никакой
надобности в древесноугольных чугунах нет. При производстве же
закаленного литья желательно иметь хотя бы часть древесноуголь-
ных низкокремнистых чушковых чугунов; однако и по этому вопросу
среди литейщиков нет единого мнения.
Классификация чушковых чугунов и ферросплавов по химиче-
скому составу согласно действующим ГОСТ приведена в табл. 64—67.
Литейные чушковые чугуны (табл. 64) выплавляются домен-
ными заводами для переплавки их на машиностроительных заводах
при производстве чугунных отливок. Так называемые гематиты,
Или гематитовые чугуны, представляют собой литейные чугуны, особо
инстые в отношении фосфора (содержат до 0,1 % Р). Гематиты следует
Употреблять лишь для ответственного литья с низким содержанием
Фосфора.
Литейные чугуны различают по маркам в отношении содер-
жания кремния. Наибольшим содержанием кремния обладают чу-
гуны марки 00, наименьшим—марки 4. По содержанию марганца
УгУны разделяются на группы, по содержанию фосфора — на
л а с с ы и по содержанию серы — на категории.
Передельные чугуны (табл. 65) отличаются высоким
Держанием кремния и марганца и обычно идут для передела
Классификация литейных чугунов Таблица 64
Марка чугуна Содержание элементов в %
Si Мп Р S не более с (прибли- зительно) Примерное назначение
Группа чугуна Класс чугуна Категория чугуна
I И А (гематит) Б (обычный) в 1 Г 1 п
(фосфористый)
лкоо яко ЛК1 ЛК2 л КЗ ЛК4 3,76—4,25 3,26—3,75 2,76—3,25 2,26—2,75 1,76—2,25 1,25—1,75 0,5—0,9 0,5—0,9 0,5 - 0,9 0,5—0,9 0,5-0,9 0,5—0,9 0,91 — 1,30 0,91—1,30 0,91—1,30 0,91 — 1,30 0,91 — 1,30 0,91 — 1,30 Чугун До 0,1 . 0,1 . 0,1 . 0,1 . 0,1 . 0,1 К О К С О В 1 0,11—0,30 0,11—0,30 0,11—0,30 0,11—0,30 0,11—0,30 0,11—0,30 ы й (по Г 0,31—0,70 0,31—0,70 0,31—0,70 0,31—0,70 0,31—0,70 0,31—0,70 ОСТ 4832- 0,71 — 1,20 0,71—1,20 0,71—1,20 0,71 — 1,20 0,71-1,20 0,71 — 1,20 -49) 0,02 0,02 0,02 0,03 0 03 0,04 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05 3,2—3,6 3,3—3,7 3,4—3,8 3,5—3,9 3,6—4,0 3,7—4,1 Для отливок серого чугуна
ЛД1 ЛД2 лдз 2,26—2,75 1,76—2,25 1,25—1,75 Ч у г у 0,7—1,2 0,5—1,0 0,5—1,0 н древесноугольный (по ГОС! До 0,30 . 0,30 . 0.30 ' 4833-49 * 0,02 0,03 0,03 3,6—4,0 3,7—4,1 3,8—4,2 Для особо от- ветственных от- ливок серого чугуна
кк КД1 КД2 1,00—1,50 0,71 — 1,50 0,15—0,70 чу 0,2—0,6 0,1—0,4 0,1—0,3 гун с п е До 0,1 i ц и а л ь и До 0,15 „ 0,15 1 ы й (по ГОСТ 483. 4-49) ** 0,03 0,03 0,03 3,7—4,1 3,8—4,2 3,8—4,2 Для отливок ковкого чугуна
ВК1 ВК2 ВД1 ВД2 0,50—1,00 0,10—0,50 0,81—1,30 0,30—0,80 0,2—0,6 0,2—0,6 0,2—0,8 0,2—0,8 — До 0,4 , 0,4 , 0,4 „ 0,4 — 0,03 0,03 0 06 0,06 3,8—4,2 3,8—4,2 3,8—4,2 3,8—4,2 Для валков прокатных станов
чк 0,50—1,00 0,5—1,0 — 0,20—0,35 — — 0,07 3,8—4,2 Для колес с отбеленным ободом
ЛКА * * * \ ки ЧК 2,76—3,75 На групш В чугуне ‘ — не бол 0.5—0,9 я, классы и категор марок КК, КД1, К ее 'ни не дел Д2, ВК1, ится. ВК2, ВД1 0,6—0,9 и ВД2 с одержание 0,025 ; хрома не более 0, 3,3—3,8 ,04%; в 4} Для авиаци- онной про- мышленности туне мар-
'ХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ И ШИХТОВКА
Таблица 65
Классификация передельных чугунов, применяемых в чугунолитейном производстве
Марка чугуна Содержание элементов в °/0
Si Мп р S не более
Группа чугуна Класс чугуна Категория чугуна
1 | II | III А Б 1 в 1 г 1 Д ' 1 1 11 1 111
Ml 0,91—1,50 1,20—2,50 2,51—3,00 Не менее 3,51 'Гун До 0,15 КОКСОВЫЙ До 0,20 (по ГОСТ 8 До 0,30 1 05-49) I — 0,03 0,05 0,07
МД1 МД2 0,76—1,25 0,15—0,75 Чугун ; Не менее 1,20 , 0,70 I р е в е !СНОу гол ь До 0,20 н ы й (по Г( До 0,30 ЭСТ 4831-49) — 0,03 0,04 —
Чугун высококачественный коксовый (марки ПВК ГОСТ 805-49) и древесноугольный (марки ПВД ГОСТ 4831-49)
ПВК1 ПВК2 1,21—1,75 0,61 — 1,20 1,50—2,75 1,00—2,50 До ЛО1 л но к (1 НОД Л HQH л HQ 1 Л ПЛ К Л ЛСЛ л Л1 с
ПВД1 ПВД2 1,21 — 1,75 0,61 — 1,20 1,50—2,75 1,00—2,50 0,020 U,U21 —U,Uzo U,UZO—U,UoU U,IK51—U,U40 U,U4o—U,UoU 0,015 0,020 0,025
Примечание. Содержание углерода в стандартах не оговорено, оно колеблется в пределах 3,8—4,2°/0.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
396
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ И ШИХТОВКА
в сталь, но употребляются также для переплавки в чугунолитейных
цехах.
Из природно-легированных чушковых чугунов
(табл. 66) чаще всего применяются чугуны из руд Орско-Халилов-
ского месторождения, содержащие 1,6—3,8% Сг и 0,6—1,0% Ni,
а также чугуны из руд других месторождений. Ферросплавы
(табл. 67) применяются как доменные, низкопроцентные, так и полу-
чаемые в электропечах, имеющие высокое содержание кремния или
марганца.
Шихта для переплавки в вагранке обычно содержит 20—50%
чушкового чугуна, остальное — возврат своего производства (лит-
ник и брак), посторонний чугунный и стальной лом, иногда
стружка.
Литники и брак обычно целиком используют в шихту.
Литники предварительно надо подвергать очистке в барабанах от
пригоревшей формовочной земли, так как на ошлакование ее рас-
ходуется флюс и топливо. По той же причине брак литья следует
подвергать очистке и, кроме того, выбивать из него стержни.
Крупные забракованные отливки, направленные на переплавку,
разбивают под копром. Чем меньше диаметр вагранки, тем
меньше должны быть куски по размеру. Химический состав
возврата обычно известен по анализу плавок, от которых он
получен.
Действие на чугун повторных переплавок в вагранке сводится
к окислению примесей и насыщению серой, переходящей в чугун
из кокса. Вследствие окислительной атмосферы в вагранке кремний
и марганец при переплавке выгорают, а при низком содержании этих
элементов или при неправильном ходе вагранки чугун обогащается
окислами железа.
Покупной чугунный и стальной лом, так же
как и возврат своего производства, для ваграночной шихты должен
удовлетворять прежде всего требованиям в отношении габаритов
и толщины отдельных кусков. Слишком большие куски могут быть
причиной зависания шихты в вагранке и расстройства хода плавки.
Как правило, лом надо разбивать на куски не более 1/3 диаметра
вагранки.
Слишком мелкие куски чугунного и особенно стального лома
(например, гайки) нельзя употреблять, так как они могут провалиться
между кусками кокса ниже плавильного пояса до уровня фурм и
повести к сильному окислению металла и получению холодного
и густого чугуна.
Слишком толстые куски стального лома медленно расплавляются
и могут быть причиной неравномерности состава чугуна; слишком же
тонкий лом имеет большую поверхность окисления, в результате чего
получается окисленный чугун. В табл. 68 приведена наибольшая
допускаемая толщина лома для ваграночной шихты. Наименьшая
толщина стального лома 6 мм.
Таблица 66
Классификация литейных природно-легированных чугунов
Содержание элементов в °/0
Марка S не более Сг
чугуна Si Мп Р не более I категория И катего- рия I группа II группа III группа NI и другие элементы
ХНК2 хнкз ХНК4 ХНК5 [ромоникел 2,26 и более 1,76—2,25 1,26—1,75 0,76—1,25 е в ы й кок Не более 1,3 С О в Ы Й 0,3 ИЗ В О С Т О Ч 0,03 0,03 0,04 0,045 [ Н О-К И М персайск! 0,80—1,20 их руд (ЧМТУ 3433 1,21 — 1,60 | — •53) 0,6—1,0
ХЧ1 ХЧ2 ХЧЗ ХЧ4 Хр 2,76 и более 2,26—2,75 1,76—2,25 1,25—1,75 омоникел Не более 1,0 е в ы й к 0,3 О К С О в ы й 0,03 0,03 0,04 0,04 х а л и л о 0,04 0,04 0,05 0,05 в с к и й (Ч? 1,61—2.20 4ТУ 3432-53) 2,21—2,80 2,81—3,80 0,6—1.0
Хром ХНД2 ХНДЗ ХНД4 ХНД5 оникелевьп 2,26 и более 1,76—2,25 1,26—1,75 0,76—1,25 i д р е в е с н Не более 1,0 о у г о л ь 0,3 ный из восточнс 0,025 0,030 0,040 0,040 >-к и м п е р с 0,60—1,00 а й с к и х р} 1,01—1,40 ‘ гд (чмт; У 3431-53) 0,6-1,0
БЛТЗ | БЛТ4 | | 1,76—2,25 1 1,26—1,75 | 0,4—1.0 Бокситовый титановый I 0,3 I 0,03 I 1 0,04 1 До 0,50 | Ti 0,6—1,1
БТМЛЗ БТМЛ4 БТМЛ5 1,76—2,25 1,26—1,75 0,76—1,25 0,4—1,0 Бокс? 0,3 I т о в ы й титаноме 0,03 0,04 0,04 д н ы й До 0.50 Ti 0,6—1,1 Си не менее 2,0
Примечание. Приблизительное содержание углерода в хромоникелевых чугунах составляет от 3,6 до
4,2°/0, в титановых, титаномедных — от 4,2 до 5,0%.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Таблица 67
Классификация кремнистых и марганцевых ферросплавов
Наименование Марка Содержание элементов в °/0 Примерное назначение
S1 Мп р S не более с*
Ферросилиций (по ГОСТ 5163-49) Си15 СиЮ д Св. 13,1 9,0—13,02 о м е и и ы е До 3 ферроспл 0,2 ; а в ы 0,04 (1,0—1,5) (1,5—2,5) Для повышения со- держания кремния
Зеркальный чугун (по ГОСТ 5164-49) 341 342 343 До 2 20,1—25,0 15,1—20,0 10,0—15,0 0,22 0,20 0,18 0,03 (5,0—5,5) (4,5-5,0) (4,0—4,5) Для повышения со- держания марганца
Ферромарганец (по ГОСТ 5165-49) Мн5 До 2 Свыше 75,1 Класс А 0,35 0,03 (6,0—7,0) То же
Мнб 70,0—75,0 Класс Б 0,45 (5,0—6,5)
Ферросилиций (по ГОСТ 1415-49)** Си90 Си75 Си45 Элект[ 87—95 72—78 43—50 ) о т е р м и ч < До 0,5 . 0,7 „ 0,8 в с к и е ф е J 0,04 0,05 0,05 эросплав] 0,04 ы (0,05—0,2) (0,1—0,25) (0,15—0,4) Для повышения со- держания кремния и модифицирования
Ферромарганец (по ГОСТ 4755-49) * Цифры соде| * * Содержание МнЗ Мн4 ржания уг хрома дл1 До 2 лерода, прив я марки Си9( Свыше 78 . 76 еденные в сн )—до О,2°/о, 0,33 0,38 юбках, прибл для марок С 0,03 изительны; щ ш75 и Си45 - До 7 ифры без скс - до О,5°/о. Для повышения со- держания марганца >бок — по стандарту.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ И ШИХТОВКА
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
399
Таблица 68
Наибольшая допускаемая толщина лома для вагранок
по практическим данным
Диаметр вагранки в мм Толщина лома в мм
чугунного стального
600—700 900—1000 1200—1300 1400—1500 15 20 25 35 10 15 20 30
Во избежание получения окисленного чугуна при плавке в ва-
гранке нельзя также заваливать в шихту ржавый и сильно окислен-
ный лом как стальной, так и чугунный.
Химический состав покупного стального и чугунного лома обычно
неизвестен, и его приходится оценивать приблизительно, руковод-
ствуясь происхождением лома. Маркировку чугунного и стального
лома см. ГОСТ 2787-54.
Стальнаяи чугунная стружка при плавке в ва-
гранке навалом сильно окисляется. Получается большой угар крем-
ния и марганца и окисление чугуна, ухудшающее литейные свойства,
увеличивающее твердость и т. д. Кроме того, вследствие мелкости
стружки значительно увеличивается сопротивление столба плавиль-
ных материалов проходу воздуха. Чтобы уменьшить поверхность
соприкосновения стружки с печными газами, ее можно перепла-
влять в вагранке в виде пакетов и брикетов.
Пакетирование стружки заключается в том, что стружку насы-
пают и утрамбовывают в железные коробки из 1—1,5-мм железа
и закрывают крышками из такого же тонкого железа. Вес пакета —
от 25 до 50 кг, плотность до 4 г/см3. Стружка, упакованная в такие
коробки, не рассыпается в вагранке до плавильного пояса. Количе-
ство пакетов может составлять до 10% веса шихты.
При помощи брикетирования из стружки получают спрессован-
ные под большим давлением или связанные цементирующим веще-
ством кирпичики, или брикеты, которые не рассыпаются в вагранке
До плавильного пояса без всякой упаковки.
Брикетирование холодным способом под сильным давлением
производится при помощи особых брикетировочных прессов в сталь-
ных штампах. Пресс развивает давление в штампе на стружку до
2000ке/ои2. Плотность брикетов — не менее 5,5 г/см3. Брикеты делают
обычно небольших размеров, например, диаметром 100—120 мм,
песетой 75—150 мм, весом 3—6 кг.
По способу проф. Л. М. Мариенбаха чугунную и стальную стружку
^°Жно переплавлять без всякой упаковки и брикетирования (нава-
лом) в вагранке с восстановительной атмосферой. Для этого топлив-
Типовой химический состав чугунных отливок по практическим данным
Таблица 69
Отливка Превали- рующая толщина стенок в мм Марка по ГОСТ Химический состав в °/0
^общ Si Мп Р S Сг Ni Мо
Отливки общего маши- ностроения <25 СЧ12-28 до СЧ 18-36 3,4—3,6 0,3—0,6 2,0 - 2,4 0,6—0,7 0,5-0,7 До 0,12
То же средние . 25-75 СЧ 12-28 „ СЧ 18-36 3,2-3,5 0,3-0,6 1,5-2,0 0,7-0,8 0,4-0,5 . 0,12 — — -
. тяжелые >75 СЧ 12-28 , СЧ 18-36 3,0-3,2 0,3—0,6 1,2-1,5 0,8—1,0 0,3—0,4 . 0,12 — —
Тонкостенные отливки с большой поверхностью очень легкие ... <10 СЧ 15-32, СЧ 18-36 3,5—3,6 0,4—0,6 2,6-2,8 0,5—0,6 0,5—0,6 . 0,1
То же легкие .... 10-25 СЧ 15-32, СЧ 18-36 3,4-3,5 0,4—0,6 2,4-2,5 0,5—0,6 0.4—0,5 . 0,1 — — —
, средние >25 СЧ 15-32, СЧ 18-36 3,4—3,5 0,4—0,6 2,2—2,4 0,6—0,7 0,4—0,5 „ 0,1 — —
Плотные отливки (гид- ропроба 10—30 ати) . <20 СЧ 15-32 3,3-3,5 0,3—0,4 2,0-2,3 0,5-0,7 0,5—0.6 0,1
То же трубы водопро- водные и газовые <25 СЧ 15-32 3,4—3,6 0,3—0,4 1,6-2,5 0,5-0,7 0,6-0,8 0,07-0,09
, корпусы клапа- нов, вентили ит. п. <30 СЧ 15-32 3,3—3,5 0,3—0,4 1,7—2,1 0,7—0,9 0,3—0,5 До 0,1 —
Изложницы для слит- ков 8—10 т СЧ 12-28 3,5-3,6 <0,2 1,6-2,0 0,6—0,8 <0,15 „ 0,1
То же для слитков менее 3 т СЧ 18-36 3,1—3,3 0,6-0,8 1,6—2,2 0,8—1,6 <0,15 . 0,1
Чугунные формы (ко- кили) для фасонных от- ливок <25 СЧ 15-32 3,3-3,5 0,3-0,4 2,0-2,5 0,6-0,7 0,3—0,5 . 0,1
Коррозиестойкие не- ответственные отливки для химической промыш- ленности <25 СЧ 15-32 3,2-3,6 0,3-0,4 1,3-1,5 0,4—0,7 0,1—0,3 . 0,1
Антифрикционные от- ливки, подшипники, втул- ки (заменители бронзы для легких условий ра- боты) 15-30 СЧ 18-36 3,2-3,6 0,5-0,6 2,2—2,4 0,6-0,8 0,15—0,2 . 0,12
Ответственные отливки общего машиностроения (цилиндры, шестерни, ста- нины, маховики) . . 7-30 СЧ 24-44 <3,5 0,7—0,85 <1,2 0,7—0,9 0,2-0.3 . 0,1
То же 30—60 СЧ 24-44 <3,2 0,7—0,85 <1,0 0,7-0,9 0,2-0,3 . 0,1 -- — —
60-90 СЧ 24-44 <2,9 0,7—0,85 <0,9 0,7-0,9 0,2—0,3 . 0,1 — —
20—60 СЧ 28-48 3,2—3,4 0,6-0,8 1,5—1,8 0,8-1,0 <0,2 0,1 — —
1 : 20—100 СЧ 32-52 2,6—2,9 0,6—0,8 <2,0 1.2—1,5 <0,2 и 0,1 — — —
400 ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ И ШИХТОВКА
26 Аксенов 1956
1 Блоки цилиндров авто- |
мобильных и тракторных двигателей, головки бло-
ков 9-25 СЧ 21-40 3,2—3,5 0.5—0,7 2,1—2,4 0,5-0,8 <0,2 . 0,12 — 1
То же 9-25 СЧ 21-40 3,3—3,5 0,6—0,7 2,1—2,3 0,6-0,7 <0,2 . 0,12 <0,3 <0,2
5—30 СЧ 24-44 3,1—3,4 0,7-0,8 1,8-2,0 0,4-0,6 <0,2 . 0,12 0,4-0,7 0,2-0.5
5-20 СЧ 28-48 3,1—3,4 0,5—0,7 2,2-2,4 0,6-0,8 <0,2 w 0,08 0,3-0,5 0,4—0,5
Паровозные и дизель-
ные цилиндры, крышки, головки 20—60 СЧ 21-40 2.9—3,9 0,6—0,7 1,2-1,3 0,8-1,0 <0,2 До 0,1
То же ... Плотные отливки, рабо- 50-100 СЧ 32-52 2,9—3,1 0.6—0,8 1,4-1,6 0,8—1,0 <0,2 „ 0,12 <0,5 1,25-1,5 <0,4
тающие под высоким да- влением . 20—40 СЧ 28-48 2,9-3,1 0,6-0,7 1,2-1.5 0,7—1,0 <0,12 „ 0,12 0,4-0,6 (0,2-0,3)
Маховики 60-150 СЧ 24-44 3,3-3,5 0,6-0,7 1,2-1,3 0,8-1,0 <0.2 w 0,1 -— 0,2-0,3
Станины ,. 20—100 СЧ 24-44 2,7-3,2 0,6—0,7 1,1—1,8 0,6-1,2 0,35 0,12
То же . . Индивидуальные авто- 20-100 СЧ 28-48 2,9-3,2 0,6—0,8 1,0-1,3 0,6-0,9 0,1—0,2 я 0,12 <0,5 1,0-1,5 —
мобильные поршневые кольца ... 3—6 СЧ 18-36 3,6-3,7 0,6—0,8 2,7—3,0 0,5-0,7 0,5—0,6 0,06—0,09 «0,3) «0,3)
То же для более круп-
ных двигателей 9-25 СЧ 28-48 3,5-3,7 0,5—0,8 1,5-1,9 0,5—0,8 0,3-0,5 0,06—0,1 0,2—0,6 0,5-1,0 0,2-0,6
Маслоты для поршне-
вых колец (в сырые фор- мы) . ... 10—15 СЧ 21-40 3,0-3,3 0,5-0,8 1,5—1,8 0,6—1,2 0,3-0,5 До 0,1 (0,3-0,6) | (0,2-0,4) 1 —
Муфты, цепные звез- 0,7—0,8 0,2-0,25
дочки 20 СЧ 32-52 3,1—3,3 0,6—0,7 2,0—2,2 0,05—0,1 — <0,5 <0,5
Штампы для холодной
высадки . . 50- 250 СЧ 28-43 2,8-3,1 0,5-0,6 1,25—1,5 0,6—0,8 <0,2 До 0,1 0,5—0,6’ 1,5—2,0
Тигли для плавки лег- ких сплавов . . • 25-50 СЧ 24-44 3,0-3,4 0,6—0,9 0,9-1,4 0,6—0,8 <0,2 . 0,1 0,4—0,8 1,25-2,0
Выхлопные трубы авто- тракторных двигателей 5-20 С Ч 24-44 3,2-3,4 0,5—0,7 1,8—2,1 0,7-0,8 <0,2 . 0,12 0,4—0,7 1,2—1,8 (0,5)
Отливки сложной фор-
мы с резкими переходами сечений при минимальной 0,8-1,0 <0,3 • 0,13
толщине стенок 8 мм — МСЧ 28-48 3,0—3,3 — 1,4—1,7* — — —
То же при минималь- ной толщине стенок 10 мм — МСЧ 32-52 2,9-3,2 — 1,4-1,7* 0,8-1,1 <0,25 . 0,13 — — —
Ответственные отливки простой конфигурации с незначительными пере-
ходами в сечениях при толщине свыше 20 мм . МСЧ 35-56 2,8—3,1 — 1,0—1,3* 1,0-1,3 <0,25 • 0,13 — — —
То же — МСЧ 38-60 2,7—3,0 0,7—1,0* 1,0—1,3 <0,2 . 0,13 —
♦ До модифицирования. После модифицирования содержание Si увеличивается приблизительно на 0,2—0,3°/о.
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
402
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ И ШИХТОВКА
ная колоша должна иметь, кроме кокса (10% веса металла), еще
восстановитель (также 10%) в виде древесного угля или древесных
чурок. Восстановитель практически не доходит до плавильной зоны
вагранки, но создает в шахте печи атмосферу с высоким содержа-
нием СО, и стружка не окисляется.
2. СОСТАВ ЧУГУНА ДЛЯ РАЗЛИЧНОГО ЛИТЬЯ
Данные о химическом составе литья в зависимости от его назна-
чения приведены в табл. 69. Они являются лишь ориентировочными
и подлежат уточнению в каждом отдельном случае в зависимости
от условий и характера производства, исходных материалов, условий
формовки (всухую, всырую) и т. д.
Рекомендуемый химический состав сверхпрочного чугуна со сфе-
роидальным графитом в зависимости от толщины стенок отливок
приводился выше (в предыдущей главе).
3. РАСЧЕТ ШИХТЫ
Расчет шихты сводится к определению веса шихты, необходи-
мого для выполнения данной программы, и состава шихты по при-
нятому химическому составу жидкого металла с учетом угара эле-
ментов при плавке.
Вес металлической шихты, или завалки, на данную программу
складывается из:
1) веса годного литья, известного по программе на месяц, на
день или на плавку;
2) веса брака литья как внутреннего, обнаруживаемого в ли-
тейном цехе, так и внешнего, обнаруживаемого в обрабатывающих
цехах; годное литье плюс брак называют заформованным
литьем;
3) веса литников;
4) веса угара и механических потерь металла при разливке
(брызги, сливы, сплески и пр.).
Вес литников для мелкого, сложного и тонкостенного литья
больше, чем для крупного, простого и толстостенного литья, как
показывают приведенные ниже данные: для мелкого литья — 20—
100% от заформованного литья, для среднего — 15—25% от зафор-
мованного литья и для крупного литья — 5—15°/0 от заформован-
ного литья. Более точно вес литника можно вычислить по размерам
литниковой системы.
При плавкечугуна в вагранкеи при разливкеугари потериметалла
ориентировочно можно считать равными 4—5% общего веса металли-
ческой шихты или завалки, а при плавке в пламенной печи — 6—8/6.
Отношение веса годного литья к весу завалки, выраженное в про-
центах, называют коэффициентом выхода годного. Коэффи-
циент этот характеризует как работу литейного цеха, так и характер
литья по сложности и развесу. Коэффициент выхода годного для
расчёт шихты
4CF3
литья серого чугуна колеблется в пределах (в среднем): для мелкого
литья—45—60%, для среднего — 55—70% и для крупного —
65-80%. о
Нижний предел относится к более сложному и ответственному
литью, а верхний — к более простому литью. В среднем для всех
видов литья серого чугуна коэффициент выхода составляет 65—
70%. Для ковкого чугуна вследствие более мелкого литья и более
массивной литниковой системы коэффициент выхода в среднем ра-
вен 50—55% и отклоняется в отдельных случаях в ту или другую
сторону в зависимости от характера литья.
Для расчета состава шихты, т. е. процентного соотношения
различных сортов чушкового чугуна, возврата, лома и т. п., следует
прежде всего найти средний химический состав шихты по принятому
химическому составу жидкого металла, или отливки, и по угару
отдельных элементов при плавке. Химический состав жидкого ме-
талла, или металла в готовых отливках, выбирают в соответствии
с характером и назначением литья по табл. 69 или по другим данным.
При определении угара отдельных химических элементов чугуна
при нормальных условиях плавки можно руководствоваться данными
табл. 70.
Таблица "О
Угар элементов при плавке чугуна
Угар и пригар элемента в °/о по весу при плавке чугуна
Элемент
в вагранке
в пламенной печи
Углерод при содержании
в шихте св. 3,5 — 3,6°/0 . .
То же, около 3,2% . . .
Кремний при содержании
в шихте 1,5-1.7% • . • •
То же. 2,5-2,8% • • • •
Марганец..............
Фосфор................
Сера............
Хром..................
Никель................
Молибден .............
Угар 3 — 8
Пригар 20—30
Угар 10-12
, 15-18
, 15-20
0
Пригар 40—70
Угар 20—30
. 0-5
. 0
Угар 10-30
. 25-50
. 30-60
0
От угар 10
до пригар 40
В приведенной таблице при плавке в вагранке показан как угар,
ак и пригар серы, так как количество серы может также и уве-
нчиваться — сера из кокса переходит в чугун. Содержание углерода
чугуне при переплавке в вагранке также может и уменьшаться,
Увеличиваться в зависимости от содержания его в шихте и от ус-
°вий плавки и конструкции вагранки. Угар в вагранке кремния
*висит от абсолютного содержания его в шихте йот режима плавки.
26* *
404
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ И ШИХТОВКА
По данным С. В. Руссияна, угар кремния при плавке в вагранке
в зависимости от содержания его в шихте Siu/ составляет:
Siw в °/0 1,5 1,7 2,2 2,4 2,8
Угар S1 в °/0 10 12 13,5 14,5 18
Зная заданный химический состав отливки и угар элемента,
нетрудно определить среднее содержание его в шихте.
hr.-’ Пример. В отливках должно быть 2,2% Si и 0,8% Мп. Угар Si равен 10%;
угар Мп—15%. Найти среднее содержание кремния и марганца в шихте.
Пусть искомое содержание кремния в шихте равно х%, а марганца — у%.
Тогда можно написать:
S1 Мп
В шихте х у
Угорит при плавке 0,1 х 0,15 у
Остается в жидком металле х — 0,1х = 0,9х у— 0,15_у = 0,85_у
С другой стороны, нам известно, что в жидком металле должно остаться 2,2% Si
и 0,8% Мп. Таким образом, 0,9 х = 2,2% и 0,85^= 0,8%, откуда
^=и-=2’44"'^ »=<®—-о.94”/.-
Найдя среднее содержание расчетных элементов (кремния, мар-
ганца и др.) в шихте, переходят к расчету состава шихты, т. е.
к определению процентного количества выбранных сортов металла,
из которых она составляется.
Расчет может быть произведен по одному элементу (чаще всего
по кремнию), по двум (кремнию и марганцу или по углероду и
кремнию), по трем (углероду, кремнию и марганцу или углероду,
кремнию и фосфору) или по большему числу элементов.
Рассмотрим сначала наиболее общий аналитический ме-
тод расчета состава шихты. Для примера сделаем расчет по двум
элементам — кремнию и марганцу, причем пусть среднее содержа-
ние кремния в шихте должно быть равно 2,44°/0, а марганца — О,94°/о.
Пусть шихту надо составить из четырех сортов металла, химический состав
которых по кремнию и марганцу приведен в табл. 71.
Таблица 71
Содержание Si и Мп в металле
Сорт металла Si в о/о Мп В °/о Весовой процент в шихте Сорт металла Si в о/о Мп В °/о Весовой процент в шихте
Южный чушко- вой чугун № о То же № 1 . . 3,5 3,0 0,8 0,5 X У Передельный мартеновский чу- гун Литник и брак 1,5 2,2 1,6 0,8 Z 35
Всего — — 100
РАСЧЕТ ШИХТЫ
405
Количество литника и брака (возврат своего производства) в шихте в данном
примере задано и составляет 35% веса шихты. Для нахождения неизвестных весо-
вых процентов х, у и z остальных сортов металла в шихте составим три урав-
нения, причем вес шихты при расчете примем равным 100 кг.
Первое из этих уравнений является весовым балансом всех сортов металла,
входящих в шихту. Так как мы ведем расчет на 100 кг шихты, то процентные коли-
чества сортов металла х, у, z и 35 в то же время равны их весу в килограммах.
Первое уравнение будет, таким образом, иметь следующий вид:
х —|— у z 35 = 100.
Два других уравнения представляют собой весовые балансы кремния и мар-
ганца, вносимых в шихту отдельными сортами металла. Для составления этих
балансов подсчитаем предварительно вес кремния и марганца, вносимых в шихту
отдельными сортами металла, и общий вес кремния и марганца, который должен
быть во всей шихте. Такой подсчет приведен в табл. 72 и 73.
Таблица 72
Подсчет веса Si и Мп, вносимых в шихту с металлом
Сорт металла Вес металла данного сорта в шихте в кг Вес Si, вносимого в шихту металлом данного сорта, в кг Вес Мп, вносимого в шихту металлом данного сорта, в кг
Чушковой чугун № 0 X 3,5 х’юо 0,8 Х100
Чушковой чугун У 3,0 ^100 0,5 У‘100
Передельный чугун Z 1,5 а"Тоб 1,6 Л 100
Литник и брак 35 2 2 35-ПЙ 35-^ 35 100
Подсчет веса Si и Мп в шихте
Таблица 73
Общий вес шихты в кг Вес Si, который должен быть в шихте, в кг Вес Мп, который должен быть в шихте, в кг
100 2.44 10°- 100
Сопоставив вес кремния и марганца по табл. 72 и 73 и произведя сокращение
на ЮО в знаменателе у всех членов, получим следующие два уравнения:
баланс кремния
3,5х + 3.0г/ + 1,5? + 2,2 • 35 = 2,44 • 100;
баланс марганца
0,8х + 0,5i/ + 1,6г + 0,8-35 = 0,94 • 100,
406
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ И ШИХТОВКА
Решая совместно все три уравнения, получим искомые весовые проценты х, у
и г:
х= 19,45;
У = 20,4;
z = 25,15.
Таким образом, весовой состав шихты из выбранных сортов металла должен
быть следующим (в %):
Чушковой чугун № 0.............................. 19,45
, , № 1.............................. 20,40
Передельный чугун................................. 25,15
Литник и лом...................................... 35,00
Всего ... 100,00
В данном примере шихта составлялась по двум элементам —
кремнию и марганцу; балансовых уравнений было составлено также
два — баланс кремния и баланс марганца. При расчете по п эле-
ментам можно составить п балансовых уравнений, а всех уравнений
вместе с первым уравнением баланса весовых количеств металла
получается п + 1. Поэтому при составлении шихты надо, чтобы сор-
тов металла, количество которых в шихте нам неизвестно, также было
п + 1. В данном примере их было три. Количество же остальных
сортов металла в шихте сверх п + 1 должно быть задано (так, в пре-
дыдущем примере было задано количество литника в шихте). Если
это условие удовлетворено, то при п + 1 сортах с неизвестным коли-
чеством их в шихте будет также п + 1 уравнений, и задача становится
вполне определенной.
Если число сортов металла с неизвестным содержанием их в шихте
больше п + 1, то неизвестных будет больше, чем имеется уравнений,
и задача получается неопределенной. Если же число сортов металла
с неизвестным содержанием в шихте меньше п + 1, то уравнений
будет больше, чем неизвестных, и задача решается лишь при опре-
деленном выборе сортов металла. Если в результате решения системы
уравнений в задаче по шихтовке получается один или несколько
отрицательных ответов, то это значит, что из выбранных сортов ме-
талла нельзя составить заданную шихту, и следует выбрать другие
сорта.
Расчет шихты методом подбора производят следующим
образом. Назначают сорта металла и количество их в шихте на основе
практики работы с близкими по составу шихтами. Далее проверяют
по правилу смешения содержание элементов (кремния, марганца
и т. д.) в шихте и жидком металле, учитывая угар при плавке. Если
результат расчета показывает, что химический состав металла
из такой шихты далек от заданного, то весь расчет делают заново,
выбирая другие сорта или их соотношение. Если же состав жидкого
металла получается близким к заданному, то останавливаются на
РАСЧЕТ ШИХТЫ
407
данной шихте, но для доводки жидкого металла до желаемого состава
рассчитывают необходимое количество ферросплавов, которые надо
добавить в ковш или в шихту
Пример. Рассчитаем методом подбора шихту для отбеленного (закаленного)
литья с содержанием в жидком металле 0,75% Si и 1,2% Мп при угаре 10%Si
и 15% Мп. Выбираем указанные в табл. 74 сорта металла и их весовое содержание
в шихте.
Таблица 74
Выбранный состав шихты
Металл Si в о/о Мп в °/о Весовой процент в шихте
А 1,4 1,2 15
В 0,9 1,8 25
С 0,4 1.4 30
Литник 0,75 1,2 30
Далее проверяем химический состав шихты и жидкого металла (табл. 75)
Общий вес шихты принимаем равным 100 кг.
Таблица 75
Количество Si и Мп, вносимое в шихту с металлом
Металл Si Мп
А Б С Литник 0 9 25-^ = 0,225 кг 0 4 30 °± = 0,120 кг 30^| = 0,225 кг 1 2 15^ = °-18кг 1 я 25ТУ0 = °-45кг 1 4 30 ^ = 0,42 кг 1 2 зото-1>'зв“
Всего в шихте 0,780 кг = 0,78% 1,41 кг = 1,41%
Угорит при плавке 0,078 кг 0,2115 кг
Останется в жидком ме- талле 0,702 кг а 0,70 кг = 0,70»/0 1,1985 1,2 кг = 1,2%
408
ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ И ШИХТОВКА
Подобранная таким образом шихта обеспечит заданное содержа-
ние марганца в жидком металле. Содержание же кремния получится
на 0,5% ниже заданного. Для доведения его до заданной величины
нужно делать присадку в ковш ферросилиция; 45%-ного ферро-
силиция потребуется 0,05 : 0,45 = 0,11% веса металла, или по 1,1 кг
на 1 т жидкого металла.
Метод расчета шихты при помощи подбора следует применять
при стандартном составе шихты, когда шихта изо дня в день состав-
ляется из металла одних и тех же марок. При расчете же новых шихт
аналитический метод является более универсальным.
Существует, наконец, графический метод расчета шихты
в применении к случаю расчета по двум элементам, например по крем-
нию и марганцу. Этот метод, однако, не нашел в практике большого
применения, а потому здесь не рассматривается.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник мастера по чугунному литью (под ред. проф. Н. Г. Гиршовича)
Машгиз, 1953.
2. Проф. Аронович В. А., Отливки из серого чугуна, Энциклопедиче-
ский справочник «Машиностроение» т. 4, гл. I, Машгиз, 1947.
ГЛАВА V
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
В этой главе вкратце рассматриваются некоторые общие законы
физической химии, на основе которых строится современная теория
и практика металлургических процессов: восстановления металлов
из руд, плавки металлов и сплавов, их рафинирования и раскисления.
Самые процессы плавки будут рассматриваться в последующих
главах с учетом и на основе материала, изложенного в данной главе.
1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕРМОХИМИИ
Термохимией называется та часть химии, в которой изучаются
тепловые эффекты химических реакций. Знание тепловых эффектов,
сопровождающих химические реакции, позволяет рассчитать тепло-
вой баланс того или иного химического процесса.
Тепловые эффекты реакции записываются втермохимиче-
ских уравнениях. Эти уравнения пишутся так, что всту-
пающие в реакцию вещества пишутся слева, а образующиеся вещества
и тепловой эффект реакции — справа. При этом теплота реакции
пишется со знаком плюс, если она выделяется при реакции (если
реакция экзотермическая), и со знаком минус в случае
эндотермической реакции, идущей с поглощением тепла.
Тепловой эффект реакции в термохимическом уравнении выражается
в калориях, а участвующие в реакции вещества и продукты реакции—
в молях. Примеры термохимических уравнений:
С —О2 = СО2 97 650 кал\
СО2 + С = 2 СО —38 790 кал.
Основным законом термохимии является закон Гесса: «Тепловой
эффект химической реакции зависит только от начального и ко-
нечносо состояния системы, но не зависит от пути, по которому
идет реакция».
410
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Так, например, углекислота СО2 может быть получена не только
по приведенной выше реакции полного горения углерода, но и дру-
гим путем — с помощью двух последовательных реакций:
с 4- -L о2 = СО + 29430 кал;
СО 4- О2 = со2 + 68 220 кал.
Результирующий тепловой эффект этого второго пути реакции
составляет 29 430 + 68 220 = 97 650 кал, т. е. равен тепловому
эффекту непосредственного окисления углерода до СО2.
Закон Гесса есть непосредственное применение закона сохранения
энергии к химии.
На основании закона Гесса можно вычислить тепловые эффекты
реакций, совершенно не доступных непосредственному измерению,
если известны теплоты образования веществ, участвующих в процессе.
Искомый тепловой эффект реакции, на основании закона Гесса, равен
сумме теплот образования возникающих веществ минус сумма теплот
образования исчезающих при реакции веществ. Таким путем была,
например, определена теплота сгорания С в СО по найденным экспе-
риментально теплотам сгорания С в СО2 и СО в СО2.
2. УЧЕНИЕ О РАВНОВЕСИИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Рассмотрим реакцию
N2 + 3 H27±2NH3.
Эта реакция гомогенная, так как реагирующие вещества
и продукт реакции находятся в одинаковом агрегатном состоянии,
представляя собой газы. Эта реакция обратимая, так как при
определенных условиях она может идти и слева направо, и справа
налево.
Кинетикой химических реакций называется учение о ско-
рости протекания реакций. Основным законом кинетики химических
реакций является закон действующих масс: «Скорость химической
реакции пропорциональна активным массам действующих веществ,
т. е. их концентрациям». При этом концентрации реагирующих
веществ входят в выражение скорости реакции в степени, равной
коэффициенту перед формулой данного вещества в уравнении реакции.
Так, скорость реакции образования аммиака из водорода и азота,
идущей слева направо в написанном выше уравнении, выразится
в виде
У) — ki •
(39)
УЧЕНИЕ О РАВНОВЕСИИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
411
гдесм, и Сн, — концентрации N2 и Н2, а коэффициент kY, называемый
константой скорости реакции, есть постоянная величина
для данной температуры.
Скорость обратной реакции разложения аммиака, идущей справа
налево, будет
^2 7= ^2^NHa’ (40)
где £nh3 — концентрация аммиака, a k2 — константа скорости об-
ратной реакции.
Если в качестве исходных веществ взять смесь азота и водорода,
то в начальный момент
а прямая реакция пой-
дет с какой-то скоро-
стью, зависящей от кон-
центрации азота и водо-
рода в смеси (фиг. 271).
По мере того, как азот
и водород будут расхо-
доваться, скорость пря-
мой реакции будет
уменьшаться, а скорость
обратной реакции бу-
дет возрастать вслед-
скорость обратной реакции равна нулю,
Фиг. 271. Изменение скоростей прямой и обрат-
ной реакции во времени.
ствие образования ам-
миака. В результате
через некоторое время
будет достигнуто равенс1во скоростей и прямой и обратной
реакции. В дальнейшем аммиака в единицу времени будет образо-
вываться столько же, сколько его будет распадаться. Концентрации
каждого из реагирующих веществ будут оставаться постоянными.
Будет достигнуто состояние равновесия данной обра
тимой химической реакции. При равновесии согласно выраже-
ниям (39) и (40) будет
^1,cn,‘ch8 ~ ^2*cnh3-
Перенеся все значения концентраций в одну часть равенства
k
и обозначив отношение -у- через Кс, получим
с2
(41)
Постоянная Кс называется константой равновесия, и ве-
личина ее для каждой реакции зависит только от температуры. Выра-
жение (41) представляет собой выражение закона действующих масс
применительно к газам. Заменив значения концентраций пропорцио-
412
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
нальными им величинами парциальных давлений pNj, и pNH ,
получим другое выражение того же закона:
^NHa
(42)
где постоянная Кр также называется константой равновесия
и находится с константой Кс в определенном для данной реакции
постоянном отношении.
Условимся писать константу равновесия реакции таким образом,
что в числителе будем писать равновесные концентрации или равно-
весные парциальные давления продуктов реакции, а в знаменателе —
равновесные концентрации или равновесные парциальные давления
реагирующих веществ. При таком написании величина константы
равновесия будет уменьшаться с возрастанием температуры, если
написанный в правой части формулы реакции тепловой эффект будет
положительным. Если же реакция эндотермическая, то константа
равновесия будет увеличиваться с температурой. Чем больше зна-
чение константы равновесия, тем сильнее идет реакция. Заметим, что
писать выражение для константы можно и наоборот — в числителе
ставить концентрации исходных веществ, а в знаменателе — продук-
тов реакции. Легко видеть, что полученные в таком случае значения К
будут обратными тем, которые получатся при принятом нами напи-
сании.
Соотношения (41) и (42) показывают, что состояние равновесия
химической реакции не зависит от того, какие из веществ, участ-
вующих в ней, взяты в качестве исходных и в каких количествах
они вводятся во взаимодействие. Все равно при достижении равно-
весия концентрации или парциальные давления этих веществ будут
находиться в том соотношении, которое отвечает значению константы
равновесия при данной температуре. Выражения констант равновесия
показывают также, что нельзя изменить одну из концентраций или
одно из парциальных давлений, чтобы при этом не изменились осталь-
ные концентрации или парциальные давления таким образом, что
соотношение между ними вновь восстановится и станет прежним,
отвечающим величине константы равновесия. Таким образом, равно-
весие обратимых химических реакций является подвижным;
оно восстанавливается при нарушении его введением дополнительных
количеств какого-либо из веществ, участвующих в реакции.
В случае гетерогенных обратимых химических реакций
(когда участвующие в них вещества находятся в различных агрегат-
ных состояниях) выражение (42) для константы равновесия может
быть упрощено. Возьмем реакцию разложения (диссоциации) извест-
няка:
СаСО3^±СаО + СО2.
УЧЕНИЕ О РАВНОВЕСИИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
413
Согласно выражению (42) константа равновесия этой реакции
могла бы быть написана в виде
__ Pcao'Pcot
Р ^CaCOj
Однако давления паров твердых тел рСао и рсасо, в системе
являются величинами постоянными при данной температуре. Обо-
значив их отношение через k и объединив величины Кр и k в общую
константу равновесия др = -£ , получим
Кр = Рсо,. (43)
Выражение (43) показывает, что константа равновесия в данном
случае зависит только от парциального давления СО2. Это парциаль-
ное давление рсо,» называемое упругостью диссоциации,
должно быть постоянным для каждой данной температуры, не за-
висящим от количества СаСО3 и СаО в системе.
В приведенном выше изложении влияние внешних условий,
в которых находится система, на положение равновесия химической
реакции мы сводили к влиянию температуры как важнейшего изме-
няющегося фактора в металлургических процессах. Однако и другие
факторы внешних условий, например, давление также оказывают
влияние на значение константы равновесия и, следовательно, на
состояние или положение равновесия обратимой химической реакции.
При изменении в ту или другую сторону внешних условий система
реагирующих веществ оказывает сопротивление этому изменению,
а именно состояние равновесия реакции в этой системе сдвигается
таким образом, что ход реакции будет постепенно восстанавливать
прежние внешние условия. Так, например, если имеется находящаяся
в равновесии система, состоящая из С, СО и СО2, то при повышении
температуры эта система будет оказывать сопротивление тем. что
в ней усилится эндотермическая реакция
СО2 + С = 2 СО —38790 кал,
которая будет постепенно охлаждать систему. Если же понизить
температуру указанной равновесной системы, то положение равно-
весия в ней также сдвинется, причем теперь в системе усилится
экзотермическая реакция
2 СО = СО2 + С + 38 790 кал,
которая поведет к постепенному увеличению температуры. По дан-
ным Будуара, положение равновесия обратимой реакции
2 СО^±СО2Н-С 4-38 790 кал
характеризуется для различных температур соотношением коли-
честв СО и СО2, указанным в табл. 76.
414
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Таблица 76
Равновесное соотношение объемных процентов СО и С02 при различных
температурах
°C 400 500 600 700 800 900 1000
со 1 5 23 58 90 97 99,3
со2 99 95 77 42 10 3 0,7
Константа равновесия этой экзотермической реакции окисле-
ния СО до СО2 будет
г, Ссо/с Рсо,
л\ 2 2 *
сСО Рсо
Так как тепловой эффект, написанный в правой части формулы
реакции, положителен, то с увеличением температуры константа
равновесия данной реакции будет уменьшаться, т. е. реакция будет
ослабевать.
Возьмем нашу систему при температуре 700° С. Равновесие харак-
СО 42
теризуется соотношением -ууу = . Нагреем систему до 800° С.
Положение равновесия сдвинется и станет теперь характеризоваться
новым соотношением = -^у . Ход реакции усилится в напра-
влении справа налево, т. е. с поглощением тепла. Реакция же окисле-
ния СО до СО2 пойдет слабее. Охладим теперь нашу систему до тем-
пературы 600°. Новое равновесие реакции будет теперь соответство-
СО2 77 v
вать соотношению у^у- = • Ход реакции усилится теперь в
направлении слева направо, с выделением тепла. Аналогичным обра-
зом равновесные системы оказывают сопротивление при изменении
и других внешних условий, например давления.
Сказанное можно сформулировать в виде общего принципа,
высказанного Ле-Шателье: «если в системе, находящейся в равновесии,
изменить внешние условия, определяющие положение равновесия,
то в системе усилится то из направлений химической реакции,
течение которого ослабляет влияние этого воздействия, и положение
равновесия сместится в этом же направлении».
Учение о равновесии химических реакций и принцип наименьшего
принуждения Ле-Шателье имеют первенствующее значение для тео-
рии плавильных и металлургических процессов.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
415
3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
Значительная часть металлов в природе встречается в виде окис-
дов, из которых их приходится восстанавливать. К числу таких
металлов относится железо, имеющее наибольшее значение в технике.
Основанием современного учения о восстановлении и окислении
металлов является представление об окислах металлов как о систе-
мах, находящихся в состоянии диссоциации и способных существо-
вать только при определенных внешних условиях. Если при диссо-
циации окисла металла образуется кислооод и твердый металл,
то значение константы равновесия этой реакции диссоциации зави-
сит только от парциального давления выделяющегося кислорода.
Это парциальное давление кислорода окисла называется упру-
гостью диссоциации данного окисла и для каж-
дой температуры есть величина постоянная. Если упругость диссо-
циации данного окисла меньше давления кислорода внешней среды, то
кислород не может отщепиться от окисла, диссоциация невозможна
и окисел существует как таковой. Если упругость диссоциации окисла
превышает давление кислорода среды, то происходит диссоциация
окисла. С увеличением температуры величины упругости диссоциации
окислов металлов увеличиваются. Поэтому при нагревании окислов
процесс их диссоциации усиливается.
Чаще всего для восстановления окислов металлов производят
их нагревание вместе с углем или коксом. Углерод топлива при этом
окисляется кислородом дутья до СО2, а затем в присутствии твердого
углерода восстанавливается до СО, и восстановителем окислов
металла уже служит окись углерода СО, а также водород Н2, присут-
ствующий в атмосфере печи. Рассмотрим в качестве примера восста-
новление железа из закиси железа. Реакции восстановления будут
FeO + СО Fe + СО2 + 1507 кал
и
FeO 4- Н2 Fe + Н2О — 8903 кал.
Константа равновесия первой реакции будет Д = —°* , что
Ссо
означает, что предел развития этой реакции или состояние ее равно-
весия зависит от отношения количеств газов СО и СО2 в атмосфере
печи. Очевидно, что если при данной температуре соотношение СО
и СО2 будет отвечать табл. 76, то такая равновесная смесь этих газов
Не будет ни окислять, ни восстанавливать металл. Константа равно-
весия реакции восстановления FeO с помощью СО уменьшается
с температурой. Поэтому для максимального развития этой реакции
нужны не высокие, а умеренные температуры.
В случае восстановления железа из закиси железа водородом
(вторая реакция) константа равновесия будет равна Д = н*° .
Равновесие реакции будет зависеть от соотношения количеств водя-
416
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
ного пара и водорода, и для каждой температуры здесь также будет
иметь место определенное соотношение Н2 и Н2О, находящихся в
равновесии. Однако значение константы К с увеличением температуры
здесь будет возрастать, так как реакция эндотермическая. Реакция
слева направо пойдет поэтому более интенсивно при высоких темпе-
ратурах.
В случае диссоциации окисла металла путем его простого нагре-
вания, без действия специальных восстановителей, константа равно-
Фиг. 272. Диаграмма Карнаухова
упругости диссоциации окислов.
весия будет равна упругости диссо-
циации окисла, т. е. давлению отда-
ваемого окислом кислорода при дан-
ной температуре. Если упругость
диссоциации одного металлического
окисла приданной температуре боль-
ше, чем другого, то первый легче
восстанавливается, чем второй, т. е.
первый металл легче получить в чи-
стом виде, чем второй. Таким обра-
зом, упругость диссоциации окисла
данного металла есть мера его хими-
ческого сродства с кислородом. Чем
больше упругость диссоциации окис-
ла металла, тем меньше сродство
металла с кислородом. Так называе-
мые благородные металлы (золото,
платина, серебро) имеют очень боль-
шие значения упругости диссоциации, во много раз превышающие
давление кислорода в атмосфере. Так, упругость диссоциации оки-
сла AgO2 равна 20,5 ата при t = 302°, 32 ата при 325° и
207 ата при 445° С. Поэтому такие металлы легко восстанавли-
ваются из окислов и трудно окисляются.
На фиг. 272 приведены вычисленные акад. М. М. Карнауховым
величины упругости диссоциации р некоторых окислов при различ-
ных температурах. На диаграмме по оси ординат вместо величин
упругостей диссоциации, за их малостью, отложены величи-
ны 1g р со знаком минус (т. е. минус логарифм р). По оси абсцисс
отложена абсолютная температура. Как видно из диаграммы, SiO2
обладает наименьшей упругостью диссоциации и является наи-
более прочным окислом. Затем идут МпО, Р2О5 и FeO.
Окислы металлов с весьма малыми упругостями диссоциации
для своего восстановления требуют создания атмосферы, в которой
парциальное давление свободного кислорода было бы еще меньше.
Этому условию можно удовлетворить, создавая в печах атмосферу
с весьма малым содержанием свободного О2 и нагревая восстанав-
ливаемые окислы до высоких температур, при которых их упругость
диссоциации увеличивается.
РАФИНИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ
417
4. РАФИНИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ
Рафинированием металлов и сплавов называется удаление из
них нежелательных примесей. Например, при плавке стали из нее
удаляются излишние С, Si и Мп, а также вредные примеси Р и S.
В большинстве плавильных процессов рафинирование достигается
химическим воздействием на ванну металла веществ, растворенных
в шлаке, слой которого покрывает поверхность ванны жидкого
металла. Необходимые для реакции вещества, растворенные в шлаке,
диффундируют в металл и в нем также растворяются. Будучи раство-
ренными в металле, эти реагенты процесса вступают в химические
реакции с примесями металла, в результате чего происходит освобо-
ждение металла от тех или иных нежелательных примесей.
При рассмотрении процессов рафинирования металла путем
воздействия через шлак большое значение имеет понятие о коэф-
фициенте распределения. Если имеются две сопри-
касающиеся, но не смешивающиеся жидкости — металл и шлак,
то какое-либо вещество, растворимое в этих обеих жидкостях,
растворяется в них в строго определенном количественном отноше-
нии, величина которого зависит от температуры. Так, закись железа
FeO растворима как в стали, так и в шлаке, покрывающем ванну
стали, например при мартеновском процессе. Коэффициентом распре-
деления в данном случае будет отношение концентрации FeO в шлаке
к концентрации FeO в металле:
т _ №>1ил _ (FeO) f44)
’ FeO^m- [FeOl * }
Учение о коэффициентах распределения облегчает рассмотрение
физико-химии процессов рафинирования металлов, которые при нали-
чии трех фаз — жидкого металла, жидкого шлака и газообразной
атмосферы печи — представляют значительную сложность.
Удаление из металла примесей при рафинировании возможно
Двумя путями: 1) переведением примесей, путем их выжигания, в газо-
образное состояние и удаления таким образом из ванны металла
в атмосферу печи и 2) переведением примесей в шлак, а так как в шла-
ках лучше всего растворяются не самые примеси, а их окислы, то
предварительно производится их окисление. В обоих случаях про-
цесс рафинирования должен вестись в окислительной атмосфере.
Главнейшими процессами рафинирования стали являются бес-
семеровский процесс, мартеновский процесс и процесс получения
стали в электродуговой печи. Более подробно эти металлургические
процессы рассматриваются в главе о стальном литье; здесь же мы
Рассмотрим лишь их общие физико-химические основы.
В бессемеровском конвертере реакции происходят между кисло-
родом продуваемого через металл воздуха и металлом, причем кисло-
род воздуха частично непосредственно окисляет примеси металла, а
в основном он окисляет железо с образованием закиси железа, и
Аксенов 1956
418
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
уже эта последняя передает свой кислород примесям металла Si,
Мп и С, производя их окисление. В мартене и электропечи кислород
печных газов или железной руды, вводимой в шлак, производит
окисление шлака с образованием в нем закиси железа. Эта последняя
по закону распределения растворяется как в шлаке, так и в металле,
где она и отдает свой кислород примесям металла Si, Мп, С, Р,
производя их окисление.
Возможность и порядок окисления примесей металла находятся
в строгом соответствии с величинами упругости диссоциации их
окислов. Реакция окисления какой-либо примеси R закисью желе-
за FeO
FeO + R = RO + Fe
возможна лишь в том случае, если упругость диссоциации FeO
больше упругости диссоциации окисла RO.
Согласно приведенной на фиг. 272 диаграммы Карнаухова, закись
железа FeO будет окислять в первую очередь кремний, затем марга-
нец и далее фосфор. Что касается окисления углерода с образова-
нием СО, то из диаграммы видно, что до точки а, соответствующей
температуре около 1300—1350°С, окисление углерода происходить
не будет, так как упругость диссоциации СО до этой температуры
превышает упругость диссоциации МпО и SiO2. В промежутке
между точками а и б углерод занимает второе место и начинает оки-
сляться после кремния. Наконец, при температурах правее точки б
(свыше 1500—1550° С) окись углерода имеет наименьшую упругость
диссоциации по сравнению с окислами других примесей, и углерод
при этих температурах окисляется преимущественно перед всеми
ними. При этом здесь (правее точки б) окисление углерода металла
идет не только за счет закиси железа, но также и за счет кислорода
МпО и SiO2, обладающих при этих условиях большей упругостью
диссоциации:
С + FeO = Fe + СО;
С + МпО = Мп + СО;
2С 4- SiO2 = Si + 2СО.
Окисление фосфора кислородом закиси железа до Р2Об возможно,
но ввиду небольшой разницы в величине упругости диссоциации
этих окислов реакция эта протекает медленно. Для ускорения ее
пользуются тем, что Р2Об растворимо и в металле, и в шлаке, причем
соотношение концентраций его L = должно быть постоян-
1н2о5]
ным при данных условиях процесса. В шлаке создают избыток
свободной извести СаО, которая прочно связывает Р2Об в виде хими-
ческого соединения (СаО)4Р2Об, которое нерастворимо в металле.
Таким образом, концентрация свободного Р2Об в шлаке уменьшается.
РАФИНИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ
419
А по закону распределения соотношение L = \ должно быть
1И2и51
постоянным. Поэтому для восстановления этого соотношения воз-
никает постоянный приток Р2О5 из металла в шлак, где снова проис-
ходит связывание его известью, и т. д. В результате концентра-
ция Р2О5 в металле понижается, и реакция окисления фосфора
в металле кислородом закиси железа не имеет возможности прибли-
зиться к состоянию равновесия и поэтому идет с достаточно значи-
тельной скоростью. Для осуществления дефосфорации металла шлак
должен содержать большое количество свободной извести. Такие
шлаки называются основными в отличие от к и с л ы х шлаков,
в которых вся известь химически связана и поэтому инертна.
Реакция окисления фосфора требует наличия большого коли-
чества FeO в металле, а следовательно, и в шлаке. В металле идет
реакция
2Р 4- 5FeO = Р2Об + 5Fe.
Затем в шлаке Р2О5 связывается сначала с FeO по реакции
Р2О5 4- 3FeO= (FeO)3.P2O6,
а в образовавшейся железофосфористой соли FeO замещается сво-
бодной известью шлака
(FeO)3 • Р2Об 4- 4СаО = (СаО)4 • Р2Об 4- 3FeO.
Реакция окисления фосфора экзотермична. Поэтому она протекает
быстрее при умеренных температурах ванны печи.
Таким образом, для удаления фосфора необходимы три условия:
1) основной шлак, 2) достаточно железистый шлак, 3) не перегретая
ванна.
Сера находится в стали и чугуне в виде FeS и MnS. Во время
процесса плавки и рафинирования она частично может окисляться
по реакции
FeS 4-2FeO = 3Fe 4-SO2.
Образующаяся SO2 улетает из ванны в атмосферу печи.
Основной метод удаления серы из металла сводится к связыва-
нию FeS и MnS в шлаке с помощью извести. Соединение FeS хорошо
растворимо как в шлаке, так и в металле; MnS хорошо растворяется
в шлаке и хуже в металле. Оба эти соединения, в меру их коэффи-
циентов распределения, присутствуют как в металле, так и в шлаке.
Связывая их в шлаке известью по реакциям
FeS 4- СаО = FeO + CaS
и
MnS +- СаО = МпО 4- CaS,
мы получаем CaS, растворимое в шлаке, но нерастворимое в металле.
А так как на образование CaS в шлаке израсходована часть FeS
27*
420
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
и MnS, то теперь концентрации FeS и MnS в шлаке оказываются пони-
женными и для восстановления прежних величин коэффициентов
распределения из металла в шлак возникнет постоянный приток
новых количеств FeS и MnS.
Результатом реакции FeS + СаО = FeO + CaS в шлаке является
также образование FeO. Поэтому, ввиду обратимости этой реакции,
будет нежелательно наличие большого содержания FeO в шлаке.
Ввиду эндотермичности реакций с образованием CaS в шлаке
десульфурация будет протекать быстрее при повышенных темпера-
турах процесса.
Таким образом, для удаления серы необходимы следующие усло-
вия: 1) основной шлак, 2) возможно меньшее содержание FeO в шлаке,
3) перегретая ванна.
Удаление фосфора и серы из стали обычно сопровождается неодно-
кратным скачиваниемшлака, т. е. удалением его из печи
с последующим наведением свежего шлака. Смысл этого приема
заключается в удалении вместе со шлаком продуктов реакций,
производящих очистку металла от вредных примесей (Р, S). Во вновь
наведенном свежем шлаке концентрация этих продуктов реакций
будет равна нулю, и реакция вновь пойдет с большой скоростью.
В заключение разбора основ рафинирования металлов следует
отметить, что большей частью в результате металлургических про-
цессов плавки и рафинирования получается окисленный металл,
который перед выпуском из печи и разливкой требует раскисле-
ния для обеспечения надлежащих физико-механических свойств.
В стали кислород находится в виде растворенной в нем FeO. Наи-
более распространенными методами раскисления металлов являются
осажд ающее раскисление и диффузионное раскис-
ление.
Процесс осаждающего раскисления происходит в самой ванне
металла. Принцип метода осаждающего раскисления заключается
во введении в металл раскислителя, представляющего собой металл,
который отнимает кислород от окислов раскисляемого металла и дает
продукт реакции в виде вещества, выпадающего в ванне в осадок
на дно ванны либо поднимающегося кверху в шлак. Этот осадок дол-
жен обладать удельным весом, наиболее отличающимся от удельного
веса раскисляемого металла, и должен возможно меньше раство-
ряться в раскисляемом металле. Раскислителями могут служить лишь
такие металлы, которые имеют более низкую упругость диссоциации
окислов по сравнению с раскисляемым металлом. Раскисление стали
обычно производится с помощью Si и Мп, которые забрасываются
в ванну печи в виде высокопроцентных ферросилиция и ферромарган-
ца и с помощью А1, который дают в ковш при выпуске стали из печи.
Процесс диффузионного раскисления происходит в шлаке. Прин-
цип метода диффузионного раскисления заключается в раскислении
шлака. Вследствие уменьшения в шлаке концентрации окислов ме-
талла будет происходить диффузия этих окислов из ванны металла
ШЛАКИ
421
в шлак, т. е. раскисление ванны металла. При плавке стали для рас-
кисления шлака, т. е. уменьшения в нем концентрации FeO, приса-
ливают в шлак раскислительные смеси, в состав которых обычно
входят углеродистые компоненты (кокс, древесный уголь) и ферро-
силиций. При раскислении шлака такими смесями одновременно
с FeO происходит и частичное восстановление в шлаке фосфора.
Поэтому содержащий фосфор шлак должен быть предварительно
удален из печи и заменен свежим. Эта смена шлака и сама по себе
способствует частичному раскислению металла.
5. ШЛАКИ
Шлаки играют первостепенную роль в металлургических процес-
сах. Химический состав шлака обусловливает направление хода про-
цесса, а физические свойства шлака определяют степень завершения
тех или иных реакций.
По своему химическому составу шлаки делятся на основные
и кислые. Главнейшими составными частями шлаков являются
соединения типа RO (CaO, MgO, FeO, МпО), которые имеют основной
характер, и соединения SiO2, А12О3, Р2О5, имеющие кислотный
характер. Степенью кислотности шлака называется отношение
количества кислорода кислотных соединений к количеству кислорода
основных соединений. Обратное отношение будет характеризовать
степень основности шлака. Кислый шлак имеет кислотность больше
единицы, а основность — меньше единицы. Основной шлак, наоборот,
имеет основность больше единицы, а кислотность меньше единицы.
Если шлак процесса кислый, то процесс ведут в кислой печи, т. е.
футерованной кислыми огнеупорами, так как при основной футеровке
кислый шлак разъедал бы такую футеровку (химически соединялся
бы с ней). Если для ведения процесса требуется основной шлак, то
печь должна быть футерована основными огнеупорами.
По характеру затвердевания и виду излома шлаки можно разде-
лить на стекловидные, кристаллические и камневидные. Стекловид-
ное состояние в шлаках получается довольно часто. Получению
стекловидного излома способствует большое содержание в шлаке SiO2.
Получению кристаллического строения способствует большое содер-
жание в шлаке оснований RO. Большое содержание А12О3 способ-
ствует получению камневидного строения шлака.
Важнейшими физическими свойствами шлаков, влияющими на
ход металлургических процессов, являются их температура плавле-
ния и вязкость. Температура плавления и вязкость зависят от
химического состава шлаков. Шлаки представляют собой сложные
системы, состоящие из многих компонентов, со сложными диаграм-
мами состояния, имеющими свои эвтектические точки. Температура
плавления шлаков может быть определена по таким диаграммам
состояния. Очевидно, чем ниже температура плавления и чем меньше
вязкость шлака, тем быстрее пойдут в нем диффузионные процессы
422 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
и тем полнее будут завершены химические реакции металлургиче-
ского процесса.
Из соединений, присутствующих в шлаках, силикаты железа
придают им легкоплавкость, а силикаты извести — тугоплавкость.
Особенно тугоплавкими и вязкими являются шлаки с большой сте-
пенью основности или с большой степенью кислотности. Присадка
в шлак плавикового шпата сильно понижает температуру плавления
и уменьшает его вязкость.
ЛИТЕРАТУРА
Федулов И. Ф. и Киреев В. А., Учебник физической химии. Хим-
издат, 1954.
ГЛАВА VI
ПЛАВКА ЧУГУНА
1. ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
Вагранка является основной, наиболее распространенной пла-
вильной печью в чугунолитейном производстве. Она проста по кон-
струкции и в обслуживании, требует небольшого расхода топлива,
дает чугун с температурой на желобе до 1450°, обладает высокой
удельной производительностью и приспособлена как для ступенча-
того, так и для поточного непрерывного режима работы цеха. В ва-
гранке можно менять шихту в течение плавки, что весьма важно
при производстве разнохарактерного литья.
Принцип работы вагранки
Вагранка представляет собой выложенную из шамотного кирпича
шахтную печь, снаружи заключенную в железный кожух (фиг. 273).
Шахта 1 внизу опирается на плиту, которая покоится на колон-
нах 2. Отверстие шахты снизу закрывается откидными дверцами
днища, на которых набивается из тощей формовочной земли под 5,
или лещадь, вагранки. Сверху шахта имеет боковое загрузочное
окно 4.
Нормальным топливом для вагранки служит литейный кокс.
Кроме топлива и металлической шихты (чушковой чугун, литники,
лом стальной и чугунный), в вагранку загружают флюс. В каче-
стве флюса для вагранки обычно применяют известняк. Флюс слу-
жит для разжижения шлака, который образуется из золы кокса;
неметаллических примесей шихты и оплавившейся футеровки.
Топливо, флюсы и шихту располагают в вагранке слоями, которые
называются колошами. Окно 4, через которое производят завалку
колош, называется колошниковым отверстием, а площадку, устраи-
ваемую на уровне этого отверстия,— загрузочной или колошниковой.
Площадкой.
На лещади вагранки лежит холостая колоша кокса5. Верх-
ний уровень ее должен быть в вагранках средней величины прибли-
зительно на 700—800 мм выше уровня фурм 6, через которые венти-
лятор вдувает воздух для горения. Эта холостая колоша служит
постелью, на которой плавится шихта. В верхней части холостой
424
ПЛАВКА ЧУГУНА
шлаковому желобу 8.
/ — шахта; 2— колонны;
3 — лещадь; 4 — загрузочное
окно; 5 — холостая колоша;
6 — фурмы; 7 — желоб для ме-
талла; 8 — желоб для шлака;
9 — колоши металла; 10 — ко-
лоши топлива; // — флюс;
12 — дымовая труба; 13 — под-
порка днища.
колоши, благодаря горению кокса, получается зона наивысшей
температуры, и расплавляющийся здесь металл стекает по каплям
между кусками кокса холостой колоши вниз, на лещадь. Накопляю-
щийся на лещади жидкий чугун периодически спускают через летку
по желобу 7 в ковш. Шлак же предварительно спускают по особому
Шлаковый желоб делают коротким ввиду
способности шлака быстро застывать.
Выше холостой колоши всю шахту до
уровня загрузочного окна заполняют к о-
лошами металла 9, которые чередуют-
ся с рабочими колошами топли-
ва 10. Назначение топливных рабочих ко-
лош — пополнять убыль холостой колоши
при ее горении. Таким образом, верхний
уровень холостой колоши и положение зоны
плавления (плавильного пояса) все время
поддерживаются на одной и той же высоте в
течение всей плавки. Известняк чаще всего
загружают поверх топлива, т. е. поверх
каждой рабочей колоши. На фигуре слои
известняка обозначены цифрами 11. Про-
дукты горения поднимаются по шахте вверх
и подогревают опускающуюся (по мере про-
плавления колош) шихту, а затем уходят в
дымовую трубу 12.
Вагранка является печью непрерывного
действия. В ней проплавляется 6—10 колош
в час. По мере опускания уровня шихты
непрерывно загружаются новые колоши,
а получающийся жидкий металл выдается
непрерывно или через небольшие промежут-
ки времени, обычно через 8—12 мин. При
этом из каждой колоши можно получить
металл другого химического состава.
При пуске вагранки на ее лещади пред-
варительно разжигают дрова, затем завали-
вают кокс холостой колоши, а когда он раз-
горится, производят завалку колош металла
и рабочих колош топлива и пускают дутье.
Продолжительность одной плавки в вагранке колеблется от 4—5
до 16 час., а в некоторых случаях до 20 час. и больше.
Чтобы закончить плавку, прекращают завалку новых колош, затем
останавливают дутье и выбивают подпорку 13 из-под откидного днища
вагранки. Дверки днища открываются; оставшиеся в вагранке
материалы вместе с коксом холостой колоши проваливают лещадь
и падают вместе с ней под вагранку, где они заливаются водой из
брандспойта. После опорожнения, или выдувки, вагранке дают
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
425
остыть. После небольшого ремонта футеровки и набивки новой
лещади можно производить следующую плавку.
Внутренний диаметр шахты производственных вагранок ко-
леблется в пределах 700—2100 мм, а производительность — в пре-
делах 3—30 т/час.
Расход кокса (без холостой колоши) в среднем составляет
10—12% от веса расплавленного металла.
На схеме фиг. 273 жидкий металл накапливается непосредственно
в горне вагранки, на лещади, и выпускается прямо в ковш. Однако
во многих случаях вагранки имеют специальный копильник —
футерованный сосуд, в который чугун стекает из горна вагранки по
мере расплавления.
Процесс плавки в вагранке
Рассмотрим нормальный ход процесса плавки в вагранке при
обычных условиях, когда топливом служит литейный кокс и через
фурмы подается вентилятором неподогретое дутье.
Воздух, вдуваемый через фурмы в толщу раскаленной холостой
колоши кокса, поднимается по свободным проходам между кусками
кокса кверху и в то же
время стремится про-
никнуть до центра сече-
ния вагранки. Вслед-
ствие меньшей плотно-
сти укладки кусков
кокса у стенок шахты
здесь воздух поднимает-
ся вверх с более значи-
тельными скоростями,
чем в центре, и сюда, к
стенкам шахты, стре-
мятся отклониться глав-
Фиг. 274. Схема расположения средних линий
тока газов в вагранках:
а — вагранка малого диаметра или большая интенсивность
дутья; б — вагранка среднего диаметра; e — вагранка боль-
шого диаметра или недостаточная интенсивность дутья.
ные массы воздуха в
случае слабого давления
дутья или при большом
диаметре шахты
(фиг. 274).
Кислород воздуха дутья реагирует с углеродом кокса холостой
колоши, который сгорает в СО, а последняя догорает до СО2. Ско-
рость второй реакции (догорание до СО2) в условиях насыщенности
среды кислородом очень велика. Поэтому вблизи от места ввода дутья
в слои топлива содержание СО2 велико (фиг. 275). Однако по мере
истощения кислорода скорость образования СО2 и его содержание в
газах уменьшаются. Содержание СО2 в вышележащих слоях топлива
падает также и потому, что образовавшаяся СО2 частично восстана-
вливается твердым углеродом топлива до СО.
426
ПЛАВКА ЧУГУНА
Вследствие менее интенсивной продувки центра сечения вагранки
по сравнению с пространством у стенок, истощение кислорода в
центре произойдет на более низком уровне, чем у стенок. В соот-
ветствии с этим и максимум содержания СО2 в газах в центре также
будет располагаться на низшем уровне, а у стенок шахты — на более
высоком уровне.
Полученные экспериментально Велдоном кривые одинакового
содержания СО2 в разных местах холостой колоши (фиг. 276) подт-
верждают сказанное. На этих кривых указано процентное содержа-
ние СО2 в газах.
iVj Места с максимальным содержанием СО2 располагаются на
поверхности конуса, обращенного верши-
ной вниз, находящейся в центре вагранки, а окружность осно-
вания конуса располагается по стенкам шахты в верхней части хо-
лостой колоши.
Этот конус соответствует максимальной температуре порядка
1600—1650°, развивающейся здесь благодаря наибольшей полноте
горения. Металлическая шихта, опускаясь в вагранке вниз, про-
ходит сначала 1-ю зону, в которой она подогревается отходящими
газами, поднимающимися ей навстречу (фиг. 277). Плавиться металл
начинает выше упомянутого конуса АВС наивысшей температуры
в некоторой 2-й, плавильной, зоне. Расплавившись в ней, ме-
талл по каплям стекает между кусками кокса холостой колоши вниз
и перегревается в 3-й зоне, получая наивысшую температуру при
пересечении конуса АВС.
При этом в верхней части 3-й зоны, до конуса АВС, так же как
и во 2-й зоне, содержание свободного кислорода ничтожно, и здесь
угара металла не происходит. Эту верхнюю часть 3-й зоны вместе
со 2-й, плавильной, зоной иногда называют редукционной
зоной холостой колоши, потому что в ней происходит уменьшение
содержания СО2 в газах за счет восстановления его до СО твердым
углеродом кокса.
В нижней части 3-й зоны, между конусом АВС и уровнем фурм,
металл встречает свободный кислород, содержание которого в газах
возрастает и становится максимальным у фурм. В этой области, ко-
торую иногда называют кислородной, или окислительной, зоной
холостой колоши, происходит выгорание из металла примесей —
углерода, кремния, марганца и серы.
В 4-й зоне, ниже уровня фурм, движения газов и свободного
кислорода нет. Металл здесь насыщается углеродом и серой за счет
кокса. Схема распределения температур металла и газов в вагранке
показана на фиг. 278.
Высота холостой колоши над фурмами должна быть подобрана
так, чтобы основание упомянутого конуса максимальной температуры
совпадало с ее верхним уровнем. Излишняя высота холостой колоши
ведет лишь к уменьшению температуры ее рерхних слоев и более
медленному ходу плавки. При слишком низкой холостой колоше
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
1
Кислород •;/.: С02 111111 СО
Фиг. 275. Схема горения слоя кускового топлива:
/ — воздух; 2 — COf; 3 — СО; 4 — куски топлива.
$
428
ПЛАВКА ЧУГУНА
металлическая шихта у стенок плохо плавится, так как часть ко-
нуса (и самая горячая) отрезана. Поэтому чугун получается холод-
ным и окисленным. Как уже было сказано, высота холостой колоши
над фурмами у вагранок диаметром до 1 м равна около 700—800 мм,
а у вагранок большего диаметра—до 1200—1300 мм. Наклон
фурм к горизонту, понижая
положение плавильной зоны,
позволяет давать над фур-
мами холостую колошу мень-
шей высоты и иметь менее
растянутый пояс плавления.
/ — температура металла; 2— температура га>ов;
/ — уровень лещади; // — уровень фурм; III — сред-
ний уровень конца плавления; IV — уровень начала
плавления: V — уровень загрузочного окна.
Фиг. 277. Схема расположения
основных зон в вагранке:
АВС — конус максимальной температуры.
По практическим данным Риза (США), высота Н (в мм) хо-
лостой колоши над главными фурмами должна составлять
H = 40V~p +А, (45)
где р — давление дутья в фурменной коробке в мм вод. ст.;
А — величина, которая для выплавки низкоуглеродистого чу-
гуна равна 75, а для среднеуглеродистого чугуна. —. 150 мм-
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
429
По практическим данным С. В. Руссияна высота холостой ко-
лоши Н над нижним рядом фурм в зависимости от давления дутья
р мм вод. ст. должна быть следующей:
п в мм вод. ст. 300 400 500 600 700 800 900 1000
и в мм 750 850 950 1050 1100 1150 1250 1350
Рабочая колоша кокса должна компенсировать сгорание хо-
лостой колоши. При этом уровень холостой колоши не должен опу-
Фиг. 279. Зависимость производительности вагранки
и температуры жидкого чугуна от количества дутья
и удельного^ расхода кокса в рабочих колошах.
скаться слишком низко во избежание расстройства хода плавки.
Практикой установлено, что высота рабочих колош
кокса должна быть в пределах от 150 мм для малых вагранок
(3 т/час), 200 мм для вагранок производительностью 10—12 m/час и
До 230—240 мм для крупных ваграц^ (20—25 т/час).
От количества кокса в рабочих колошах и интенсивности дутья
зависят главнейшие показатели работы вагранки—ее производитель-
ность и температура выпускаемого металла. На фиг. 279 приведен
график, связывающий эти величины. Чем больше расход кокса в ра-
бочих колошах в процентах от веса колош металла, тем выше темпе-
ратура металла, но тем ниже удельная производительность вагранки
в т/час расплавляемой шихты на 1 м2 площади сечения вагранки.
Это снижение удельной производительности объясняется тем, что
430
ПЛАЙКА ЧУГУНА
если в рабочей колоше кокса больше, чем его выгорело из холостой
колоши за время плавки предыдущей колоши металла, то очередная
колоша металла начнет плавиться лишь после того, как сгорит этот
избыток кокса. Увеличение удельного количества дутья форсирует
процесс горения кокса в вагранке и увеличивает удельную произво-
дительность.
Суммарное сечение фурм по отношению к площади сечения ва-
гранки составляет для малых вагранок около 1 :4, для средних — 1 : 5
до 1:6, для больших — 1 : 6 до 1:7. Высота h нижней кромки
нижнего ряда фурм над лещадью в современных вагранках, снаб-
женных копильником (непрерывное вытекание чугуна и шлака из
вагранки), равна 250—300 мм, доходя, однако, в крупных вагран-
ках до 500—600 мм. В вагранках без копильника эта высота бе-
рется с расчетом на накопление чугуна равна в среднем 500—600 мм.
Чем меньше высота h фурм над лещадью, тем короче путь капель
расплавленного чугуна и тем меньше насыщается металл углеродом
и серой.
Полезная высота вагранки Н,т. е. расстояние от верхней кромки
фурм до завалочного окна, имеет значение лишь в отношении подо-
грева шихты и использования тепла продуктов горения. Проходя
это расстояние, газы отдают часть своего тепла на подогрев шихты;
чем больше Н, тем меньше температура отходящих газов. Однако
слишком высокий столб плавильных материалов потребовал бы слиш-
ком большого давления дутья.
Теоретически полезная высота вагранки Н не должна зависеть
от ее диаметра и при одинаковом использовании тепла продуктов
горения должна быть одинаковой как у больших, так и у малых
вагранок. Однако на практике высоту Н выбирают обычно в зави-
симости от диаметра вагранки, принимая отношение Н : D в следую-
щих пределах:
Малые вагранки.........................3,7 : 1 до 5,0 : 1
Средние ...............................3,0 : 1 „ 4,5 : 1
Большие ...............................2,5 : 1 „ 3,5 : 1
Количество воздуха, подаваемое в вагранку, составляет 80—
140 м3/мин на 1 м2 сечения вагранки. В среднем это удельное коли-
чество дутья можно принять равным 100—120 м2/мин на 1 ;и2 сече-
ния. Производительность вентилятора берут на 20% больше потреб-
ного количества дутья, с учетом возможных потерь через неплот-
ности воздухопровода. Давление дутья в фурменной коробке обычно
рассчитывают по формуле
Р = 64Р^, (46)
гдер — давление дутья в мм bqj\. ст.;
F — площадь сечения вагранки в м2\
qQ — удельное количество дутья вм3/мин на 1 м2 сечения вагранки.
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
431
Структурно более правильной является формула, предложенная
проф. Л. М. Мариенбахом:
р = А(Я + о,25Г>), (47)
где Н — полезная высота вагранки в м\
D — внутренний диаметр вагранки в м\
а — опытный коэффициент, зависящий от процента пустот
между кусками шихты и топлива.
В среднем а = 100 и меняется с изменением плотности шихты
следующим образом:
Процент пустот 30 40 50 60 70
а 27 48 74 106 148
Практически давление дутья колеблется от 400 мм вод. ст. для
малых вагранок до 1000—1100 мм вод. ст. для самых крупных вагра-
нок.
Состав продуктов горения в вагранке по данным исследования
Ю. С. Сухарчука приведен на фиг. 280. Состав газов выше пояса
плавления почти не претерпевает изменений. В результате отходящие
газы у колошникового окна содержат СО2 и СО, а также незначитель-
ное количество О2 и SO2 и, наконец, азот воздуха в качестве балласта.
По составу отходящих газов, в особенности по соотношению СО2:
: СО, судят о полноте сгорания топлива. Это соотношение носит наз-
вание коэффициента горения и при хорошей работе ва-
гранки достигает 85 : 15, но в больших вагранках может быть допу-
щено и 60 : 40. Объемный состав отходящих газов нормально рабо-
тающей вагранки в среднем следующий: 13 — 16% СО2, 4—6% СО,
до 0,5% О2, остальное N2. Температура отходящих газов у колош-
никового отверстия 300—500°.
Из приведенного выше описания распределения реакций горе-
ния в толще холостой колоши следует, что реакция догорания СО
До СО2 в центре сечения вагранки прекращается на более низком
Уровне, потому что центр вагранки продувается воздухом менее
интенсивно, чем пространство у стенок. Между тем развитие этой
реакции крайне желательно для повышения температуры в центре
верхних слоев холостой колоши (в поясе плавления), так как это
повело бы к увеличению производительности вагранки и,75ольшему
перегреву чугуна.
Опыты проф. Л. М. Мариенбаха показали, что равномерность
продувки сечения вагранки можно в значительной степени улучшить,
применяя многорядное расположение фурм. На фиг. 281 показана
схема распределения дутья в вагранке при одном, двух и трех рядах
Фурм, полученное им на модели вагранки.
Применение добавочных рядов фурм известно давно, но раньше
°но давало отрицательный эффект вследствие неправильного сече-
ния и расположения дополнительных фурм, которые были слишком
432
ПЛАВКА ЧУГУНА
Расстояние от оси фурм
Фиг. 280. Изменение состава газов по высоте холостой колоши в ва-
гранке диаметром 250 мм. Температура дутья 17° С. Размеры кусков
кокса 70—90 мм. Удельное количество дутья в м3/мин на 1 м* пло-
щади поперечного сечения вагранки:
/ — 150; 2-120; 5 — 100; 4 - 80; 5 - 50 м*!мин-м2.
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
433
велики и расположены слишком высоко над нижним (основным)
рядом. Чрезмерная подача дутья через высоко расположенные
ряды дополнительных фурм приводила к растягиванию пояса плав-
ления или образованию второго пояса плавления и влекла за собой
увеличение расхода топлива и угара металла.
Сечение всех дополнительных фурм (второго и третьего ряда)
Фиг. 281. Схема расположения средних линий тока газов
в вагранке с одним (а), двумя (б) и тремя (в) рядами фурм
(по Мариенбаху).
пояса. Расстояние между соседними рядами фурм (нижним и вторым,
а также вторым и третьим) должно быть порядка 200—250 мм, а
для больших вагранок 250—300 мм. Угол наклона оси фурм к гори-
зонту рекомендуется для нижнего ряда 5°, для второго 5—10° и для
третьего 10—15°. Размеры каждой из дополнительных фурм по вы-
соте рекомендуется брать 40 мм, а по ширине 40—100 мм. Дополни-
тельные фурмы должны быть расположены по отношению к главным
(нижним) в шахматном порядке.
По данным проф. Л. М. Мариенбаха, при работе вагранки
с многорядным фурменным поясом содержание СО2 в отходящих
газах несколько увеличивается, расход кокса на рабочую колошу
уменьшается, производительность вагранки возрастает на 15—25%
и температура жидкого чугуна увеличивается на 20—30°. Высота
холостой колоши должна быть 1000—1200 мм над нижним рядом
фурм. Высота топливных колош должна быть прежней (нормаль-
ной), вес же колош металла соответственно увеличивают.
Как уже упоминалось выше, чугун в вагранке насыщается серой,
поглощая ее из кокса. Рассмотрим основные меры борьбы
с с е р ой при ваграночной плавке.
Для получения малосернистого чугуна надо подбирать мало-
сернистую шихту и малосернистый кокс, особенно для холостой
28 Аксенов 1956
434
плавка Чугуна
колоши. Продувка холостой колоши в течение 2—3 мин. перед за-
грузкой вагранки способствует выгоранию части серы из кокса хо-
лостой колоши. Наконец, уменьшение высоты фурм над лещадью
также ведет к меньшему насыщению чугуна серой.
Обессеривание чугуна при плавке в вагранке, т. е. извлечение
серы из чугуна, происходит, но в весьма незначительных размерах,
благодаря воздействию ваграночного шлака. Оно может быть произ-
ведено также путем обработки расплавленного металла содой в
копильнике.
Ваграночный шлак, полученный с добавкой в качестве флюса
известняка (в количестве 25—40% от веса кокса), является кислым
шлаком. Примерный состав ваграночного шлака: 50—55% SiO2;
6—9% А12О3; 25—30% СаО; 6—8 FeO; 3—5% МпО. Шлак полу-
чается в количестве 7—8% от веса металла.
Сера может быть в чугуне в виде MnS или FeS, причем нормально,
при достаточном количестве Мп, она находится в виде MnS. Серни-
стый марганец растворяется в шлаке и в металле, и согласно закону
распределения часть серы таким образом удаляется из металла. Одна-
ко обессеривание чугуна за счет этого процесса получается весьма
небольшим.
Если бы ваграночный шлак был основным, т. е. имел бы свободную
СаО, то эта последняя, соединяясь с серой, давала бы нерастворимое
в шлаке соединение CaS по реакциям:
MnS + СаО = CaS + МпО;
FeS + СаО = CaS -J- FeO.
В результате концентрация серы в шлаке уменьшалась бы, и
для восстановления равновесия между серой в шлаке и серой в
металле создавался бы поток серы из металла в шлак, т. е. происхо-
дило бы интенсивное обессеривание металла. Такой процесс возможен
в вагранках с основной футеровкой.
В обычном же кислом ваграночном процессе вся СаО связана в
шлаке и не может соединяться с серой. Поэтому обессеривание метал-
ла шлаком в обычных условиях ваграночной плавки происходит
лишь в незначительной степени. Переходу серы в шлак отчасти спо-
собствует уменьшение вязкости шлака. Для этого полезно V3 за-
брасываемого в вагранку известняка заменять плавиковым
шпатом, содержащим 75—90% CaF2. Недостатком работы с
плавиковым шпатом является повышенное оплавление футеровки.
Поэтому плавиковый шпат следует располагать в вагранке ближе к
центру шахты, а не у стенок. Плавиковый шпат надо размельчать
до величины ореха, в то время как известняк загружается в кусках
размером около 30—50 мм.
Эффективным является обессеривание чугуна при
помощи соды. Для этого рекомендуется применять только без-
плавка в вагранке
435
водную кальцинированную соду. Еще лучше применять плавленую
соду (ПРИ 800—900°) ввиду ее меньшей гигроскопичности. И та и
другая сода должна быть сухой, для чего перед употреблением ее
просушивают в сушиле.
Соду дают в количестве 0,5—1% от веса металла. Под влиянием
высокой температуры сода легко разлагается по реакции
Na2CO3 = Na2O 4- СО2.
Получающаяся при этом СО2 улетучивается, a Na2O производит
обессеривание металла по следующим реакциям:
Na2O 4- MnS = Na2S + MnO
или
Na2O 4- FeS = Na2S 4- FeO.
Образующийся Na2S не растворяется в металле и легко всплы-
вает в шлак.
При обессеривании при помощи соды, кислый ваграночный шлак
должен быть предварительно удален. В противном случае Na2O
не будет производить обессеривания, а будет связано свободной SiO2,
имеющейся в шлаке, в виде Na2O. SiO2. Обычно соду дают в копиль-
ник или ковш, а между ним и вагранкой устанавливают шлако-
отделительный желоб. Ввиду образования газов при обессеривании
этим способом копильник снабжают вытяжной трубой, атакже дверцой
для забрасывания соды. Операция обессеривания длится 4—5 мин.;
чугун должен быть горячим во избежание его захолодания. Жидкий
шлак, образующийся на поверхности ванны в результате действия
соды, сгущают, засыпая истолченный известняк, и перед заливкой
счищают из ковша сгребал кой. С помощью соды можно удалить
около 50% имеющейся в чугуне серы.
Что касается удаления из чугуна фосфора, то
в обычной вагранке, футерованной кислыми огнеупорами (шамот-
ный кирпич), этот процесс не протекает, так как он требует наличия
основных шлаков, содержащих большое количество свободных СаО
и FeO. Процесс дефосфорации чугуна осуществляется при
плавке в вагранках с основной футеровкой, ко-
торые футеруются магнезитовым или хромомагнезитовым кирпичом. &
В качестве флюса применяются известняк и железная руда. Шлак
СоДержит большое количество свободных СаО и FeO, в результате
Него идут реакции:
в жидком металле
2Fe3P 4- 5FeO = Р2Об + 1 IFe;
в Шлаке
Р2Об 4- 4СаО = 4СаО-Р2Об.
28*
436
ПЛАВКА ЧУГУНА
А так как соединение 4 СаО Р20б в металле нерастворимо, то
в силу закона распределения Р2О5 из металла непрерывно переходит
в шлак. Снижение содержания фосфора в чугуне в вагранках с
основной футеровкой может быть достигнуто до 40%.
В вагранке с основной футеровкой возможно также обессери-
вание чугуна. Это имеет существенное значение при получении
высокопрочного магниевого чугуна со сфероидальным графитом,
так как уменьшенное содержание в чугуне серы дает возможность
соответственно уменьшить и дозу магния при модифицировании.
Для средних условий плавки чугуна в вагранке содержание
углерода в расплавленном металле можно ориентировочно рассчи-
тать по следующей формуле проф. Н. Г. Гиршовича:
С=£ + ₽Сшо/о, (48)
где k = 1,7 —3,0 — процент науглероживания, зависящий от вы-
соты фурм над лещадью, а также от содержания углерода в ших-
те Сш %. В большинстве случаев можно считать k = 1,8. Коэффи-
циент р характеризует величину остающегося в шихте углерода и
составляет 0,4—0,6, а в среднем — 0,5.
Содержание серы в расплавленном чугуне для средних условий
плавки в вагранке можно ориентировочно рассчитать по формуле
проф. Б. Озанна:
S = O,75Sw + ^S//o, (49)
где — содержание серы в шихте в %;
S* — содержание серы в коксе в %;
k — расход кокса в рабочих колошах в процентах от веса
колош металла.
Обслуживание вагранки в течение плавки сводится к ее розжигу
и пуску в ход, работе у летки и фурм, завалке колош топлива и
металла, обслуживанию дутьем (подача вентилятором), уборке
шлака, а также к процессу выбивки вагранки после плавки.
Розжиг и пуск вагранки производят стедующим образом.
Когда закончен текущий ремонт футеровки (перед каждой плавкой) и
набита лещадь, на последнюю укладывают дрова через открытую
рабочую дверку вагранки и зажигают. Первые поленья осторожно
укладывают в клетку, остальные насыпью. Дров на растопку 3—-
5-/и вагранок идет 0,2 м3, 7—10-т— 0,25—0,3 м3, а на растопку
больших вагранок — до 0,5 м3.
На хорошо разгоревшиеся дрова забрасывают через колошни-
ковое отверстие около 1/3 топлива холостой колоши. После того
как эта часть холостой колоши разгорится и пламя начнет проби-
ваться сквозь ее верхний слой, забрасывают остальную часть хо-
лостой колоши. Розжиг вагранки можно производить и не дровами,
а генераторным или естественным газом.
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
437
После того как вся холостая колоша разгорится, проверяют ее
высоту при помощи мерки в виде загнутой трубы или цепи с грузом,
опускаемой через колошниковое окно, и заделывают боковое рабочее
отверстие внизу вагранки. Затем продувают холостую колошу,
для чего включают на 3—4 мин. вентилятор, закрыв фурмы, но не
затыкая летки. Продувка холостой колоши способствует лучшему
ее разжиганию и частичному выгоранию серы из кокса. Закончив
продувку холостой колоши, остановив вентилятор и открыв фурмы,
делают завалку рабочих топливных колош, флюса и металла, запол-
няя шахту до колошникового отверстия. Через 15—25 мин. после
завалки пускают вентилятор и приступают к плавке.
Пуск вентилятора после загрузки вагранки, а равно и после
намеренных или вынужденных остановок дутья в течение плавки
производится при открытых фурмах. Это необходимо в це-
лях предупреждения взрыва, который может последовать при сме-
шении воздуха с СО, проникшим в распределительную фурменную
коробку. При открытых же фурмах воздушная коробка продувается
и СО удаляется из нее наружу. Через 20—25 сек. после начала
дутья смотровые отверстия фурм закрывают, так как указан-
ного времени достаточно для вентиляции распределительной ко-
робки.
При пуске дутья в начале плавки летку для спуска чугуна остав-
ляют открытой до появления первых струек чугуна на лещади вагран-
ки или копильника. Открытая летка в начале плавки способствует
прогреву лещади, летки и копильника.
Если высота холостой колоши подобрана правильно, то первые
капли чугуна покажутся на уровне фурм через 4—5 мин. после на-
чала дутья.
Замедленное появление первых капель чугуна (через 7—
8 мин.) дает полное основание утверждать, что колоша слишком
высока, вследствие чего потребовалось некоторое время на ее сго-
рание и подход чугуна к плавильному поясу.
Быстрое появление первых капель чугуна, но сравнительно
холодных, указывают на слишком низкую холостую колошу. В этом
случае ее следует выправить, дав при следующей загрузке лишнее
количество кокса (пересыпку) в рабочую колошу. Однако при этом
следует соблюдать осторожность; высоту холостой колоши с целью
выправления хода плавки рекомендуется каждый раз изменять не
более чем на 50—75 мм.
При длительных плавках вследствие разгара футеровки холостая
колоша садится, и исправлять ее уровень надо путем соответствую-
щей пересыпки.
Временные остановки вагранки в процессе плавки влекут за
собой изменение химического состава получаемого чугуна и поэтому
Должны допускаться лишь по вынужденным обстоятельствам, как-то:
°брыв приводного ремня вентилятора, неполадки на формовке или
выбивке при конвейерной работе и т. п. Допустимая для вагранки
438
ПЛАВКА ЧУГУНА
длительность остановки зависит от состояния вагранки. При хорошем
состоянии вагранки ее можно вскоре после начала плавки остано-
вить на час и более. При зашлакованной очень уплотненной шихте
допустима остановка лишь на несколько минут.
При остановке прекращают дутье, закрывают заслонку на воз-
духопроводе, проверяют, чтобы плотно были закрыты фурмы, и
затем через 8—10 мин. открывают шлаковую и металлическую летки
и выпускают шлак и жидкий чугун. При возобновлении плавки
открывают фурмы и пускают дутье при открытой летке. После
20—25 сек. дутья при открытых смотровых отверстиях фурм их
закрывают, а затем заделывают летку.
При окончательной остановке вагранки для ее выбивки прекра-
щают дутье, открывают фурмы, выпускают чугун и шлак и лишь
после этого открывают дверки днища и производят выбивку.
Особенности плавки в вагранке на других видах топлива
Топливо для вагранок должно обладать следующими свойствами:
1) Высокой механической прочностью, так как на куски топлива
холостой колоши, а также рабочих топливных колош, давит тяжелый
столб шихты в вагранке, и при разрушении кусков топлива и пре-
вращения их в мелочь трудно осуществить равномерное распределение
дутья в шахте. Механическая прочность топлива чаще всего испы-
тывается путем загрузки навески 410 кг в барабан диаметром 2 м
и длиной 0,8 м, сделанный из железных прутьев диаметром 25 мм
с зазорами между ними 50 мм. После вращения в течение 15 мин. со
скоростью 10 об/мин остаток кокса взвешивается и этот вес в кило-
граммах выражает результаты такой барабанной пробы.
2) Малой реакционной способностью, которой называется спо- '
собность топлива при 900° С восстанавливать углекислоту до окиси
углерода. Чем меньше реакционная способность топлива, тем больше
g, СОо
будет отношение в ваграночных газах, тем горячее ход плавки.
3) Низким содержанием серы (переходящей при плавке из топ-
лива в металл) и низкой зольностью (увеличивающей количество
необходимого флюса и получаемого шлака).
4) Размерами кусков в пределах 40—150 мм. Так, по данным
практики рекомендуется следующий размер кусков кокса в зави-
симости от диаметра вагранки:
Диаметр в мм 610 760 910 1070 1220 1370 1680 1810
Размер кусков в мм 50 63 88 100 112 125 137 150
По другим данным размер кусков кокса для вагранок не должен
превышать 120 мм.
Обыкновенно кокс для вагранок пропускается через грохот с
ячейками 40 X 40 мм для отделения его от мелочи, которая не
используется для плавки. Для холостой колоши отбирается наибо-
лее крупный кокс.
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
439
Нормальным топливом для вагранок является литейный
кокс, который выжигается в коксовых печах по особому режиму,
характеризующемуся пониженной температурой и увеличенной про-
должительностью коксования, и по своим свойствам сильно отли-
чается от доменного кокса, идущего для доменного процесса.
Теплотворная способность литейного кокса 6500—7000 кал/кг,
объемный вес в насыпку 450—500 кг/м3, барабанная проба не
менее 275. В табл. 77 приведены требования к химическому составу
литейного кокса по ГОСТ. Процесс ваграночной плавки на ли-
тейном коксе был рассмотрен выше.
Таблица 77
Требования к химическому составу литейного кокса
по ГОСТ 3340-49
Марка литейного кокса Содержание в °/0 не более
Сера Зола Влага Летучие
КЛ1 0,6 12,8 4,0 1,5
КЛ2 1,0 11,5 4,0 1,5
КЛЗ 1,4 14,0 4,0 1,5
Из других видов топлива для плавки в вагранке могут находить
себе применение литейный антрацит, и термоантрацит.
Плавка в вагранке на антраците имеет свои особенности,
так как он по физическим свойствам отличается от кокса. Антрацит
плотнее кокса, вследствие чего при равных объемах антрацитовая
колоша весит в 2 раза больше коксовой. Антрацит не порист и поэтому
горит медленнее кокса. Зольность антрацита часто меньше зольности
кокса, но зола антрацита имеет более основной характер. Наконец,
антрацит легко растрескивается при высокой температуре с образо-
ванием большого количества мелочи. Литейным антрацитом
называются • сорта антрацита, имеющие наибольшую стойкость
против растрескивания при нагреве. По ГОСТ 18-49 литейный антра-
цит 1-го сорта должен иметь не свыше 1,5% серы, 8,0% золы, 4,0%
влаги и 1,5—4,0% летучих, а литейный антрацит 2-го сорта — не
более 2,5% серы, 8,0% золы, 4,0% влаги и 1,5—4,0% летучих.
Объемный вес — 900—1000 кг/м3 в насыпку, теплотворная способ-
ность — 6800 —7500 кал/кг.
Практика показывает, что работа на смеси кокса с антрацитом
в количестве последнего до 60% не представляет затруднений.
Однако можно работать и на одном антраците, что доказывается
Хотя бы многолетним опытом Сулинского металлургического за-
ВоДа. Необходимо, однако, подчеркнуть, что для этого нужно при-
менять именно антрацит литейный, обладающий большей терми-
ческой стойкостью и поэтому не так засоряющий шахту. вагранки
Мелочью.
440
ПЛАВКА ЧУГУНА
Производительность вагранки при работе на антраците вслед-
ствие его более медленного горения немного понижается. Холостую
колошу при плавке на антраците или на смеси кокса с антрацитом
рекомендуется брать коксовой или с небольшой добавкой антрацита.
Кокс легче и равномернее разгорается, и плавка идет ровнее. Се-
чение фурм должно составлять при одном ряде фурм от й/5 до х/б
от сечения шахты вагранки, а при наличии дополнительного ряда
фурм — V4 от сечения шахты. Высота завалки столба шихтовых
материалов в шахте не должна превышать 4 м.
Так как при плавке на одном антраците рабочая колоша топлива
в 2 раза тяжелее коксовой, то и колошу металла также надо увели-
чить в 2 раза. При плавке на смеси кокса с антрацитом вес колоши
топлива может быть подсчитан по правилу смешения. Толщина
рабочей колоши топлива при этом должна составлять 150—130 мм.
Ввиду большей основности золы антрацита следует брать несколько
меньше известняка, чем при плавке на коксе. Густые, тягучие шлаки
разжижаются применением в качестве флюса мартеновского шлака
вместо известняка или их смеси и добавкой апатитовой руды.
Вследствие растрескивания антрацита вагранка засоряется
мелочью и сопротивление столба плавильных материалов проходу
воздуха возрастает. Ввиду этого давление дутья при плавке на одном
антраците увеличивается на 25—40% против обычного (вместо 350—
400 до 500—800 мм вод. ст.), что следует учитывать при выборе вен-
тилятора. Количество дутья для антрацитовой вагранки требуется
примерно такое же, как и для работы на коксовой вагранке.
При плавке на антраците необходим более тщательный надзор
и уход за фурмами. Забрасывание топливных колош надо произво-
дить непременно по весу, а не по объему, как это иногда делается при
работе на коксе. На холостую колошу дается удвоенное количество
флюса по сравнению с рабочей колошей. В рабочие топливные ко-
лоши следует загружать сначала антрацит, а затем кокс.
Термоантрацит есть термически обработанный антрацит,
получаемый путем длительного нагрева антрацита при 900—1000° без
доступа воздуха. Термоантрацит почти не растрескивается при вы-
соких температурах во время плавки в вагранке. Термоантрацит по
техническим условиям 1951 г. должен содержать не свыше 6,5% золы,
1,0% влаги и 0,7% летучих. Содержание серы для 1-го сорта не пре-
вышает 1,2%, а для 2-го сорта — 1,75%.
Объемный вес в насыпку—850—950 кг!м\ теплотворная способ-
ность— 6800—7300 кал!кг. Плавка на термоантраците ведется, как
на коксе, только вес колош металла берется увеличенный вслед-
ствие того, что рабочая колоша топлива весит больше при той
же ее высоте.
Благодаря хорошей термической стойкости термоантрацита да-
вление дутья при плавке повышается незначительно. Холостую ко-
лошу рекомендуется иметь коксовую иди из смеси 50% кокса и 50%
термоантрацита.
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
441
Интенсификация ваграночного процесса
При более интенсивном ведении процесса плавки чугуна в вагран-
ках получается повышение температуры выпускаемого из вагранки
металла, сопровождающееся увеличением производительности ваг-
ранки. Получение из вагранки более перегретого чугуна во
многих случаях практики является настоятельно необходимым,
особенно для сложного тонкостенного литья, требующего повышен-
ной температуры заливки, а также для получения современных моди-
фицированных чугунов высокой прочности. Поэтому интенсификация
ваграночного процесса имеет большое практическое значение.
Для более интенсивного хода процесса плавки чугуна в вагранке
необходимо сделать более интенсивным процесс горения топлива в
вагранке, что поведет к получению более высокой температуры газов,
и увеличению полноты горения топлива.
Методы интенсификации ваграночного процесса сводятся: 1)к уси-
лению питания вагранки воздухом; 2) к применению многорядной
системы фурм; 3) к применению подогрева дутья; 4) к обогащению
дутья кислородом.
Увеличение удельной подачи воздуха в вагранку, как это было
показано раньше (см. фиг. 279), ведет к увеличению производитель-
ности вагранки. При этом содержание СО2 в газах и температура
газов в вагранке увеличиваются, что ведет к увеличению температуры
выпускаемого из вагранки чугуна. Угар кремния и марганца не-
сколько возрастает, но зато уменьшается содержание в чугуне угле-
рода и серы. В зависимости от желаемой степени интенсификации
ваграночного процесса и допускаемого окисления металла реко-
мендуется количество дутья доводить до 140—150м3/мин, но не спу-
скать ниже 100—ПО м31мин на 1 м2 сечения вагранки. Для избежания
излишнего окисления (угара) металла на каждые 100м3/мин воздуха,
отнесенных к 1 м2 сечения шахты, следует расходовать в рабочих
колошах 10% кокса от веса колош металла.
Как говорилось выше, применение двух- и трехрядного фурмен-
ного пояса улучшает равномерность распределения дутья по сечению
вагранки, благодаря чему происходит некоторое увеличение пол-
ноты горения топлива и увеличение температуры газов. Это при-
водит к тому, что расплавившийся металл получает более высокий
перегрев, и производительность вагранки несколько увеличи-
вается.
Применение подогретого дутья и обогащение дутья кислородом
являются основными современными средствами наиболее значи^
тельной интенсификации ваграночного процесса.
Горячее дутье вносит в вагранку дополнительное количество
физического тепла, благодаря чему увеличивается температура га-
зов в вагранке, температура выпускаемого чугуна и производитель-
ность вагранки существенно увеличиваются. За счет дополнительно
вносимого дутьем тепла может быть сокращен расход топлива. Как
Показывают опыты, при одинаковом расходе топлива и дутьевом
442
ПЛАВКА ЧУГУНА
режиме в вагранке с подогретым дутьем угар кремния и марганца
в чугуне снижается, а пригар серы уменьшается.
Подогрев дутья для вагранок производится: 1) за счет физического
тепла ваграночных газов, 2) за счет использования как физического,
так и химического тепла ваграночных газов (с дожиганием газов)
и 3) за счет сжигания в топке воздухонагревателя дополнительного
топлива. Наиболее экономичным подогрев дутья является для вагра-
нок среднего и крупного размера.
На фиг. 282 показана вагранка Лесковского завода с вмонти-
рованным в футеровку рекуператором для подогрева дутья. Реку-
ператор чугунный и расположен так, что охватывает зону плавления
вагранки. Такого рода рекуператоры дают подогрев дутья до тем-
пературы порядка 150° С.
На фиг. 283 показана схема вагранки с рекуператором для по-
догрева дутья системы Е. С. Хомудеса, монтируемым в дымовой
трубе. Рекуператор состоит из стальных гладких бесшовных труб,
объединенных в секции. Продуваемый по этим трубам вентилятором
холодный воздух нагревается за счет физического тепла ваграноч-
ных отходящих газов до температуры порядка 200—250°.
Схема вагранки Кусинского завода с дожиганием газов пока-
зана на фиг. 284. Отходящие газы отбираются из шахты вагранки
на уровне, расположенном на 1400 мм ниже загрузочного окна, и
дожигаются в камере, куда подводится необходимый для их горения
воздух. В данной установке в качестве теплового резерва предусмот-
рено также устройство дополнительной топки для сжигания дров.
После рекуператора газы, направляющиеся в дымовую трубу,
обогревают еще плиту для сушки формовочных материалов.
Содержание СО в ваграночных газах увеличивается с увеличением
удельного расхода топлива в вагранке (фиг. 285). Ваграночные
газы устойчиво горят при содержании в них СО не менее 10—11%.
Температура продуктов горения ваграночных газов увеличивается
соответственно росту в них содержания СО с 600 до 950° С.
С увеличением содержания СО в ваграночных отходящих газах
воздухонагреватель работает лучше. Вместе с тем увеличение содер-
жания СО в газах свидетельствует об ухудшении хода процесса
горения в вагранке. Следовательно, чем хуже работает вагранка, тем
лучше работает воздухонагреватель, подогревая дутье до более
высокой температуры и тем самым способствуя улучшению процесса
в вагранке. Таким образом, воздухонагреватель данного типа до
некоторой степени способствует стабилизации режима плавки.
Воздухоподогреватели с использованием физического и химического
тепла отходящих ваграночных газов нагревают дутье до температуры
порядка 300—350° С. Однако если забор газов из вагранки в рекупе-
ратор производить не из верхней части шахты, а непосред-
ственно над плавильным поясом, то температуру подо-
грева дутья в таком рекуператоре можно поднять до 400—450 ,
как показывает опыт Московского автозавода имени Лихачева.
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
443
На фиг. 286 показана схема установки Института ВИСХОМ для
подогрева ваграночного дутья за счет сжигания в топке воздухо-
нагревателя дополнительного топлива. Этот способ обеспечивает
Фиг. 282. Воздухоподогреватель, вмонтированный в футеровку
вагранки.
любую высокую температуру подогрева дутья и не зависит от режима
Самой вагранки и состава ее газов, так как последние в подогреве
Не участвуют. Температура подогрева дутья в установке, по-
казанной на схеме, находится в пределах 450—550° С при рас-
ходе 5 кг антрацита на 100 м3 подогреваемого воздуха.
Разрез по Л Б
^7
Фиг. 283. Схе-
ма вагранки с
воздухоподо-
гревателем,
монтированным
в дымовой трубе:
/ — трубы, подаю-
щие холодное дутье;
2 — нижний коллек-
тор холодного воз-
духа; 3 — секции
рекуператора;
4 —верхний коллек-
тор горячего возду-
ха; 5 — трубы, по-
дающие горячий
воздух; 6 — фур-
менная коробка.
Фиг. 284. Схема установки воздухонагревателя для вагранки с дожиганием
газов:
/ —отбор газов из вагранки; 2—камера для дожигания газов; £ —подача воздуха для
дожигания; 4 — резервная топка для дров; 5 — рекуператор; 6 — подача холодного дутья;
7 — трубопровод для горячего дутья; 8 — плита для сушки формовочных материалов;
9— дымовая труба.
ПЛАВКА ЧУГУНА
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
445
В табл. 78 приведены, по данным проф. Л. М. Мариенбаха,
сравнительные показатели работы вагранок с различными типами
подогревателей дутья. Можно рекомендовать для литейных це-
хов, где требуется жидкий чугун с
температурой выпуска 1480—1500°,
применять подогрев ваграночного
дутья до 450—500° в воздухоподо-
гревателях с самостоятельной топ-
кой. В цехах, где требуется чугун
с температурой выпуска до 1450°,
следует применять подогрев дутья
в отдельно от вагранки стоящих
рекуператорах с дожиганием ва-
граночных газов. И, наконец, если
температуру чугуна на выпуске до-
статочно иметь порядка 1420°, сле-
дует применять рекуператоры для
подогрева дутья, монтированные в
дымовой трубе вагранки.
Наиболее сильным средством ин-
тенсификации процесса горения топ-
лива в вагранке и, следовательно,
процесса плавки чугуна является
Фиг. 285. Изменение состава вагра-
ночных газов в зависимости от
удельного расхода кокса.
применение кислорода.
Воздух состоит из 21% по объему кислорода и 79% азота (вместе
0600
с другими инертными газами). Следовательно, один
объем кислорода воздуха сопровождается балластом
79
в виде -gj- = 3,76 объемов азота. Можно подсчитать,
Фиг. 286. Схема вагранки с воздухоподогревателем, имеющим самостоятельную
топку:
— вагранка; 2 — воздушный коллектор; 3 — трубопровод для горячего дутья; 4 — топка; 5 — подача
Добавочного воздуха; 6 — рекуператор с чугунными трубами; 7 —в дымовую трубу; —дутье;
9 - дымовые газы.
ЧТО при отношении СО : СО2 в ваграночных газах в практи-
ческих пределах от 40 : 60 до 30 : 70 расход воздуха на 1 т рас-
плавленного чугуна составляет 660—800 м'л при расходе
446
ПЛАЬКА ЧУГУЙA
Таблица 78
Показатели работы вагранок с различными типами рекуператоров
Основные данные Рекуператоры, вмонтирован- ные Отдельно стоящие рекупера- торы, обогреваемые
в футеровку шахты вагран- ки в трубу вагранки ваграночными газами дополнительно сжигаемым топливом
Температура подогрева воздуха в °C 150 250 350 500
Уменьшение расхода кокса в °/0 (по сравнению с плавкой на холодном воздухе) 15 20 30 40
Повышение производи- тельности при соответст- вующем уменьшении рас- хода кокса в % 15—20 20—25 30—35 40—45
Повышение температуры выпускаемого чугуна при сохранении количества расходуемого кокса, в °C 20 40 60 90
Температура чугуна в °C * 1410 1420 1440 1470
* 1380° на холодном дутье.
кокса 12%. А так как нередко расход топлива выше, то расход воз-
духа доходит до 1000 м? на 1 т чугуна. Приняв, что отходящие газы
покидают вагранку с температурой 400° С, найдем, что с азотом
теряется около 30% от количества тепла, идущего на расплавление
и перегрев чугуна. Увеличение содержания кислорода в дутье и,
следовательно, снижение концентрации азота как в дутье, так и в
продуктах горения кокса, уменьшает объем продуктов горения на
единицу сгоревшего кокса и, следовательно, ведет к резкому увели-
чению температуры их в зоне горения.
Кислород в вагранку вводят либо в воздухопровод для общего
обогащения дутья (фиг. 287, а), либо в виде острого дутья по трубкам
через фурмы, преимущественно верхнего ряда (фиг. 287, б). В пер-
вом случае интенсификация процесса плавления чугуна достигается
за счет общего повышения температуры газов в зоне горения. Во
втором случае, кроме того, получается более равномерное распре-
деление кислорода по сечению вагранки, и вершина конуса макси-
мальной температуры располагается выше, чем при обычной плавке.
Благодаря этому капли расплавленного металла перегреваются
до более высокой температуры.
На фиг. 288 показана схема подвода кислорода к воздухопроводу
вагранки. Подробные исследования такого метода использования
ПЛАВКА В ВАГРАНКЁ
44?
кислорода были сделаны Л. И. Леви на Московском заводе «Динамо»
на ДВУХ производственных вагранках, регулярно работающих с
добавкой в дутье кислорода. Кислород доставляется на этот завод
в жидком виде в специальном танке, установленном на грузовой
автомашине. Далее жидкий кислород поступает на кислородно-
газификационную заводскую станцию, откуда при давлении 15 ати
по трубопроводу подается в литейный цех к вагранкам и по пути в
трубопроводе газифицируется.
Добавка к дутью 1 м3 кислорода на каждую тонну расплавляемого
Фиг. 287. Два метода подачи кислорода в вагранку:
а — подача кислорода в воздухопровод для общего обогащения дутья; б — подача
кислорода через трубки (сопла) в фурмы верхнего ряда в виде острого дутья.
металла увеличивает температуру выпускаемого чугуна на 3—5°.
Добавка к дутью кислорода в количестве 8—10 м31т оказывается
вполне достаточной для получения заметного эффекта улучшения
процесса плавки. Дополнительный перегрев чугуна в 50° надежно
обеспечивается добавкой к дутью кислорода в количестве 15—20 м3/т.
В специальной серии опытов Л. И. Леви повышал содержание кисло-
рода в дутье до 100%, т. е. вел плавку в вагранке на дутье из чистого
кислорода и получал чугун с температурой 1600°.
В условиях ограниченного снабжения кислородом рекомендуется
Подавать его в вагранку не непрерывно, а периодически, по 15—
20 мин. с перерывами. Это позволит иметь более горячий общий ход
Плавки и поднимать температуру выпускаемого чугуна, а также
Производительность вагранки в определенные отрезки времени.
Введение кислорода в вагранку является также мощным сред-
ством для ликвидации аварийного состояния вагранки и быстрого
поправления расстроенного по каким-либо причинам хода плавки.
448
ПЛАВКА ЧУГУНА
Наиболее заметный эффект повышения температуры и роста
производительности, наблюдаемый при применении кислорода, имеет
место в вагранках малого и среднего размера.
Фиг. 288. Схема подачи кислорода в воздухопровод вагранки от кислородной маги-
страли для общего обогащения дутья:
/ — вентиль для регулирования кислорода, подаваемого в вагранку № 1; 2— вентиль для регули-
рования кислорода, подаваемого в вагранку № 2; 3 — манометр, показывающий давление кисло-
рода в основной магистрали; 4 — манометр, показывающий давление кислорода, подаваемого
в вагранку № 1; 5 —манометр, показывающий давление кислорода, подаваемого в вагранку №2;
6 — расходомер кислорода; 7 — подводка кислорода в воздухопровод; 8 — вентиль переключения
подачи кислорода из кислородной магистрали; 9 — кислородная магистраль; 10— eaiранка;
// — копильник; 12 — воздухопровод.
На фиг. 289 показана схема подвода кислорода к фурмам вагранки
от баллонов по данным В. В. Лаврусевича. Кислород вводится в
фурмы через медные трубки. Давление газообразного кислорода в
баллонах 150 ати\ каждый баллон вмещает 6 м3 кислорода (считая
объем при атмосферном давлении). С помощью редукторов давление
кислорода понижается до 5—10 ати, и под этимдавлением он подается
в фурмы.
Наиболее рационально введение в вагранку кислорода по труб-
кам через третий ряд фурм, который в данном случае должен рас-
полагаться на 150—200 мм ниже верхнего края холостой колоши.
При необходимости ограничиться только выправлением расстроенного
хода плавки (например, после длительной остановки вагранки)
давление кислорода у српел (трубок) должно быть 5 ати, а его пода-
ПЛАВКА В ВАГРАНКЕ
449
ча — 10—12 м3 на 1 т чугуна. Если надо поднять температуру
металла на 20—25° или увеличить производительность вагранки на
25—30%, то цавление кислорода надо иметь 10 ати, а его расход
18—20 м31т. Если же температуру чугуна надо поднять на 30—50°
или увеличить производительность вагранки на 40%, то давление
кислорода у сопел должно быть также 10 ати, а расход его 28—
30 м3/т. Периодическая подача кислорода отдельными периодами
Фиг. 289. Схема подачи кислорода от баллонов через трубки (сопла)
в фурмы верхнего ряда в виде острого дутья:
/ — медные трубки, подающие кислород в фурмы; 2— кольцевые коллекторы; 3, 7,
9 — запорные краны; 4, 8 — трубопроводы; 5, 14 — рамы; 6 — редуктор; 10— трой-
ник; 11 — баллоны; 12 — вентиль, 13 — соединительные трубки.
по 15—20 мин. в течение плавки является наиболее выгодной и
позволяет достичь значительного эффекта при среднем расходе ки-
слорода 10—15 м3 на 1 т расплавляемого металла.
По наблюдениям Н. Л. Соболя (московский завод «Станколит»)
при введении кислорода через фурмы в вагранку диаметром 1000 мм
температура металла и производительность вагранки начинают
Увеличиваться спустя 15—20 мин. с момента подачи кислорода и
Достигают максимума через 30 мин.
Заметим, что современные крупные вагранки, особенно имеющие
Длительные плавки (по 16 час.) в литейных массового производ-
ства, и идущие на форсированном ходе, с интенсификацией про-
цесса, снабжаются водяным охлаждением плавильного
Пояса. Обыкновенно это охлаждение устраивается с помощью
Коробок, или труб, закладываемых в футеровку вагранки, по кото-
ром циркулирует охлаждающая вода, или в виде водяной рубашки
снаружи кожуха вагранки.
29 Аксенов 1956
450
ПЛАВКА ЧУГУНА
2. ПЛАВКА ЧУГУНА В ДРУГИХ ПЕЧАХ
Вагранка служит нормальной печью для плавки серого чугуна.
Из других плавильных печей, которые иногда находят применение
в литейных серого чугуна, отметим пламенные печи и
дуговые электропечи.
Пламенные печи применяются в тех случаях, когда требуется
обеспечить высокую температуру чугуна (не ниже 1400°), низкое
содержание углерода (ниже 2,9%) и серы (ниже 0,08%), получение
единовременно большого количества жидкого чугуна одинакового
состава и употребление в плавку большого количества крупного
лома. Пламенные печи применяются чаще всего для плавки чугуна
для прокатных отбеленных валков, а также в литейных ковкого
чугуна.
Электродуговые печи, так же как и пламенные печи, применяются
в тех случаях, когда требуется высокая температура чугуна или
низкое содержание углерода и серы. В литейных серого чугуна дуго-
вые электропечи применяются для плавки чугуна для поршневых
автомобильных колец индивидуальной отливки, а также иногда для
получения легированного чугуна и горячего чугуна для сложного
тонкостенного литья. Чаще всего для плавки чугуна дуговые
электропечи находят применение в литейных ковкого чугуна,
где процесс расплавления чугуна производится в вагранках, а затем
жидкий чугун переливается в электропечи, где производится его
перегрев и доводка до окончательного химического состава. Такой
двойной процесс плавки называется дуплекс-процессом. В ли-
тейных серого чугуна для названных выше целей электропечи тоже
часто работают на жидкой завалке, т. е. дуплекс-процессом.
Ввиду того что как пламенные печи, так и дуговые электропечи
наиболее часто применяются в литейных ковкого чугуна, процессы
плавки в них чугуна на твердой и жидкой завалке будут рассмотрены
ниже, в главе о ковком чугуне.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВНИТОЛ, Современный ваграночный процесс, (Сборник), Машгиз, 1952.
2. Проф. Мариенбах Л. М., Интенсификация ваграночного процесса,
Машгиз, 1954.
3. Л е в и Л. И., Кислород в процессах получения чугунного литья, Машгиз,
1955.
ГЛАВА VII
КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ
Контроль процессов плавки и работы печей заключается в изме-
рении температуры в разных точках печи и температур жидкого
металла, в измерении давления и количества дутья и в определении
состава печных газов. Правильно поставленный контроль при помощи
современной аппаратуры позволяет овладеть и управлять процессом
Он имеет весьма большое значение для успеха производства, получе-
ния высокого качества литья и минимального процента брака.
1. ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
Высокие температуры в технике измеряют при помощи разного
рода пирометров. Рассмотрим наиболее употребительные в
литейном производстве термоэлектрические и оптические пирометры.
Устройство термоэлектрических пирометров основа-
но на следующем принципе. Если соединить концами две проволоки
из разных металлов или сплавов и один из спаев нагревать, то в
образованной таким образом цепи возникает ток, сила которого тем
больше, чем больше разность температур в местах соединения разно-
родных проволок.
Термоэлемент, или термопара, являющийся основной частью
термоэлектрического пирометра, составляется из двух проволок 1
и 2 (фиг. 290), изготовленных из разных металлов. На нагреваемом
конце термопары, помещаемом в пространство, где измеряется тем-
пература, эти проволоки спаивают или сваривают (горячий спай 3)
и заключают в защитную трубку 4, Холодные же концы 5 термопары
(холодный спай) припаивают к медным проводам 6, соединяемым с
гальванометром или милливольтметром 7, служащим для измерения
электродвижущей силы термоэлемента. Проволоки 1 и 2 в трубке 4
и вне ее не соприкасаются. Защитные трубки для термопар делают
фарфоровыми, из марквардтовской массы или из кварцевого стекла и,
кроме того, для производственных термопар дополнительно заклю-
чают в стальную трубку. Для термопар из дешевых металлов берут
толстую (2—6 мм) проволоку, а из дорогих металлов — толщиной
0>5— 1 мм.
Чем больше разность температур между горячим и холодным спая-
ми термопары, тем больше электродвижущая сила, показываемая
29*
452
КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ
1
7
“Г
6
Г 2
Фиг. 290. Схема термоэлек-
трического пирометра.
2)
Fe и 0,2% Мп; алюмель — 9496 Ni,
термопар при температуре холодного спая -0и:
1 — медь — константан; 2 — железо — константан; 3 — ни
кель — хром; 4 — платина — платинородий
гальванометром, а так как холодный спай находится вне печи при
приблизительно постоянной и невысокой температуре, то показания
гальванометра в основном зависят от температуры горячего спая
термопары.
Для изготовления термо-
пар чаще всего берут про-
волоку из следующ1х пар
металлов и сплавов:
1) платина — платино-
родий (сплав платины с
10% Rh); такие термопары
дороги, но ими можно изме-
рять температуры до 1600°;
никель — нихром для температур до 1100°;
3) медь — константан (константан — сплав 60% Си и 40% Ni) для
температур до 400°;
4) железо — константан для температур до 800°;
5) хромель — алюмель (хромель — сплав, содержащий 89—90%
Ni, 9,8—10% Сг, до 1% “ ---- ” “
2% А1, 2,5-3% Мп;
1 % Si и до 0,5% Fe) для
температур до 1300°.
Зависимость элек-
тродвижущей силы оаз-
личных термопар от
температуры горячего
спая при температуре
холодного спая, равной
нулю, показана на
фиг. 291. При темпера-
туре холодного спая
+ 20° величина элек-
тродвижущих сил
уменьшается для термо-
пар платина — плати-
нородий на 0,11 мв,
никель — нихром — на
0,60 мв, железо — кон-
стантан — на 1,05 мв, медь — константан — на 0,81 мв.
Электродвижущая сила термопары хромель — алюмель примерно
на 25% больше, чем термопары никель — нихром. Электродвижущая
сила Ег, показываемая гальванометром термоэлектрического пиро-
метра, несколько отличается от электродвижущей силы Ет, развивае-
мой термоэлементом, вследствие падения потенциала по пути к
гальванометру и составляет
ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
453
где W — омическое сопротивление гальванометра;
wm — сопротивление самого термоэлемента;
wnp — сопротивление проводов, соединяющих термоэлемент с
гальванометром.
Из приведенной формулы следует, что для большей точности
отсчетов нужно, чтобы собственное сопротивление W гальванометра
было возможно большим, так как сопротивление wm и отчасти wnp
изменяется с изменением температуры проволок термопары. Хороший
гальванометр для термопар должен иметь сопротивление порядка
300 ом.
Каждую термопару вместе с гальванометром, который будет к
ней присоединен, надо подвергать индивидуальной градуировке путем
измерения ею известных температур затвердевания чистых металлов
(олова, кадмия, цинка, сурьмы, серебра, меди, кобальта) или путем
сравнения с показаниями точного эталонного термоэлектрического
пирометра. В результате градуировки получается кривая в осях
милливольты—температура, аналогичная кривым на фиг. 291, но
с учетом всех индивидуальных особенностей данной термопары, по
которой можно найти температуру горячего спая, зная показания
стрелки гальванометра. Эта кривая, однако, справедлива лишь для
той температуры холодного спая, пои которой производилась гра-
дуировка.
Если температура холодного спая при работе термопары равна tx
и отличается от температуры холодного спая /0, при которой произ-
водилась градуировка, то истинная температура горячего спая при
работе термопары будет равна
(51)
где tz — температура горячего спая по кривой градуировки термо-
пары, соответствующая данному показанию гальванометра;
k — коэффициент, зависящий от материала проволок термо-
пары и от температуры.
Для термопар железо — константан и никель — нихром коэффи-
циент k равен в среднем единице, а для платино-платинородиевых —
около 0,5. Значение этих коэффициентов для различных термопар
и температур дано в табл. 79.
В литейном производстве термоэлектрические пирометры упо-
требляются для измерения температур нагревательных печей (су-
шильных и отжигательных) и температур жидких медных и алюми-
ниевых сплавов. Для измерения температуры жидкой бронзы,
латуни и алюминия в ковше наиболее пригодна термопара хромель —
алюмель из толстой проволоки, причем она делается со свободными
(несваренными) и неизолированными концами, погружаемыми в жид-
кий металл. Контакт проводов в горячей точке осуществляется через
расплавленный металл. Подобные термопары с голыми концами
имеют малую тепловую инерцию и при измерении температуры
454
КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ
Таблица 79
Коэффициенты k для поправки на температуру холодного спая для различных
термопар
^Пределы измеряемых температур в °C Платина — платинородий Железо — константан Медь — константан
0-100 0,95 1,0 0,95
100—200 0,83 ) 0,85
200—300 0,70 0,95 0,76
400—600 0,56 J —
600—1000 0,52 0,85 —
Св. 1000 0,50 — —
медных сплавов дают правильные показания приблизительно уже
чеоез 5—6 сек. после погружения в металл.
Для наиболее точного измерения температур жидкого чугуна
может быть применена платино-платинородиевая термопара «быст-
рого погружения». Рабочий конец такой термопары, погружаемый
в металл, защищается трубкой из кварца диаметром около 5 мм с
толщиной стенок около 1 мм. Отсчет температуры производится
через 10—20 сек. после погружения в чугун горячего спая термопары.
Температуры жидких металлов до 1700° могут измеряться также
вольфрам-молибденовыми термопарами погружения, горячий спай
которых также одевается в защитную трубку.
Оптические пирометры можно применять для изме-
рения температуры тел, нагретых до или выше красного каления.
Они основаны на оценке интенсивности излучения нагретых тел.
Оптические пирометры бывают двух типов: фотометриче-
ские (яркостные) и радиационные.
Оценка температуры светящегося тела при помощи ф о т о-
метрическх пирометров производится путем сравнения
яркости излучаемых им красных лучей света с яркостью красного
излучения нити эталонной лампочки накаливания, находящейся в
пирометре. Накал нити лампочки в пирометре регулируется рео-
статом.
Оптический фотометрический пирометр изображен на фиг. 292.
При измерении пирометр обращен к светящемуся предмету объекти-
вом /, а глаз наблюдателя помещается перед окуляром 2, имеющим
красное стекло 3 и линзу 4. В окуляр видно поле, освещенное све-
том измеряемого тела, и на этом поле нить лампочки накаливания 5.
Лампочка питается током от батарейки 6; сила тока измеряется галь-
ванометром 7, шкала которого градуирована в градусах измеряемой
температуры. Регулируя свечение лампочки реостатом 5, добиваются
того, чтобы яркость нити и яркость поля были одинаковы, т. е. чтобы
нить лампочки стала незаметна на поле, освещенном измеряемым
телом, и стрелка гальванометра покажет тогда его температуру. Дым-
ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
455
чатое стекло 9 может быть отведено в сторону или включено между
лампочкой и объективом. Соответственно этому гальванометр имеет
две шкалы: одну для температур от 600 до 1400° для измерения без
дымчатого стекла и другую от 1200 до 3000° для измерения с дым-
чатым стеклом.
В оптических фотометрических пирометрах с исчезающей нитью
обычно ставят фильтр в виде красного стекла 3 в окуляре, и таким
образом из всего светового потока излучаемого тела учитываются
Фиг. 292. Схема оптического фотометрического (яркостного) пирометра
с исчезающей нитью.
только красные лучи, длину волны которых можно считать равной
0,65 мк. Измеряемые тела, за исключением замкнутого пространства
печей с небольшим отверстием для измерения температуры, не
являются «абсолютно черными» телами и излучают меньше света, чем
абсолютно черное тело. Поэтому пирометр показывает не истинную,
а кажущуюся, преуменьшенную температуру измеряемого тела.
Истинную температуру тела при измерении фотометрическим пиро-
метром с красным стеклом (длина волны света 0,65 мк) можно найти
по формуле '
Т 9550Т Л- /со\
1 ~ 9550 -f- Тк lg а * К ’
где Т — истинная абсолютная температура тела;
Тк — кажущаяся абсолютная температура;
а — коэффициент поглощения, или излучения, данного тела.
Коэффициент а равен отношению лучепоглощательной (или луче-
Испускающей) способности данного тела к лучепоглощательной (луче-
испускающей) способности абсолютно черного тела.
Коэффициент поглощения а для разных тел и температур различен.
Для лучей красного света при чистой поверхности стали а = 0,45
4 56
КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ
Фиг. 293. Поправки на черное тело для чугуна
в струе (а) и в ковше (б) при измерении температуры
оптическим фотометрическим пирометром.
в пределах температур 1150—1700°. Смесь окислов железа в жидком
состоянии имеет коэффициент а = 0,53 при температуре около 1600°,
а в твердом виде — 0,6—0,92 при 750—1500°. Шлаки имеют а ==
= 0,55—0,9.
В литейном про-
изводстве оптические
пирометры сбычно
служат для измере-
ния температуры
жидкого чугуна и
стали в струе или в
ковше. Поправки на
черное тело для фо-
тометрических опти-
ческих пирометров
при измерении ими
температуры жидкого
чугуна в струе и
ковше были исследо-
ваны в США Бюро
стандартов и Коми-
тетом серого чугуна
Американской ассо-
циации литейщиков
(фиг. 293). Было най-
дено, что коэффици-
ент а поверхности
ванны чугуна в ков-
ше резко меняется в
пределах 1340—1400°
(истинная темпера-
тура). Выше этих
критических темпе-
ратур величина а ~
ж 0,4 и мало изме-
няется с изменением
температуры; ниже
1300—1400° а ж 0.7
и также мало изме-
няется. Этот переход
от низких а к высо-
ким при остывании
чугуна в ковше совершается в течение 10—15 сек. и сопровождается
изменением цвета и вида поверхности ванны. Выше 1350—1400°
поверхность ванны, свободной от шлака, светится сравнительно
мало интенсивно для такой высокой температуры и имеет вид метал-
лического зеркала с легким зеленоватым оттенком. Ниже 1350—
ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
457
1400° поверхность приобретает желтоватый цвет и становится матовой,
причем ее свечение интенсивно. В струе металла благодаря движению
обе фазы поверхности перемешиваются в переходном интервале,
вследствие чего здесь резкого перехода характера поверхности не
наблюдается и соответственно коэффициент а меняется посте-
пенно.
Коэффициент а 0,4 для чугуна температуры выше 1350—1400°
заставляет предполагать, что здесь имеется чистая металлическая
поверхность ванны. Ниже 1350—1400° можно предполагать наличие
поверхности ванны. По-видимому,
окислов железа (а 0,7) на
отсутствие окислов на по-
верхности при высоких тем-
пературах объясняется их
восстановлением при помощи
углерода чугуна; при более
низких температурах этот
процесс восстановления не
имеет места. Это объяснение
согласуется с бессемеровским
процессом, при котором угле-
род окисляется лишь при
высоких температурах, после
того как горение кремния и
марганца разогреет ванну.
Доугое объяснение заклю-
пирометра полного излучения:
/ — окуляр; 2 —арретир; 3 — объектив; 4 — термо-
элемент; 5 — шкала гальванометра 6.
чается в том, что выше 1350—1400° окисли железа находятся в жид-
ком виде и растворяются в чугуне, а в пределах 1350—1400° они
замерзают, образуя пленку на поверхности ванны.
Радиационные оптические пирометры пол-
ного излучения (ардометры) измеряют интенсивность всего
потока лучистой энергии, световой в видимой и невидимой глазом
части спектра, а также и тепловой, излучаемой нагретым телом.
Внутри прибора имеется термоэлемент, который, нагреваясь под
действием излучения нагретого тела, измеряет таким-образом его
температуру. Такие пирометры имеют более широкий температурный
диапазон измерения, так как нагретые тела начинают излучать
тепловые лучи при более низких температурах, чем видимые свето-
вые лучи.
На фиг. 294 показано устройство оптического пирометра полного
излучения. Здесь 1 — окуляр. В баллон с выкачанным воздухом
заключен термоэлемент 4,горячий спай которого имеет форму кружка,
зачерненного со стороны объектива 3. Электродвижущую силу
термоэлемента, возникающую от нагрева его тёплом, которое излу-
чает измеряемое тело, показывает гальванометр 6 со шкалой 5,
градуированной в градусах измеряемой температуры. Арретир 2
служит для фиксирования стрелки гальванометра при отсчете тем-
пературы на шкале
458
КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ
Поправки на черное тело для пирометров полного излучения
мало изучены. По некоторым данным они значительно больше по-
правок для фотометрических пирометров. На точность замера тем-
ператур значительное влияние оказывает расстояние объектива
радиационного пирометра от измеряемого тела, в то время как для
фотометрических пирометров это расстояние не играет существенной
роли.
Весьма ценным качеством пирометров полного излучения является
возможность использования их для автоматических регистрирующих
и регулирующих устройств.
При цеховом контроле температуры жидкого металла оптическими
пирометрами поправок на черное тело обычно не вносят, а пользуются
кажущимися температурами, которые непосредственно показывает
пирометр.
Кроме описанных оптических пирометров, в последние годы раз-
работаны и выпускаются оптические пирометры, в которых темпера-
тура излучаемого тела измеряется с помощью фотоэлемента.
Пирометры с фотоэлементами пригодны для измерения температур
жидких чугуна и стали и имеют высокую точность измерения—
порядка + 10°. Эти приборы могут быть с успехом использованы для
автоматического контроля.
2 . КОНТРОЛЬ ДУТЬЯ
Контроль давления и количества дутья имеет большое значение
для работы вагранок и позволяет более правильно вести процесс
плавки. Давление дутья измеряют и в ряде других печей.
Для измерения давления дутья в вагранке пользуются обыкно-
венно U-образной стеклянной трубкой, присоединяемой при помощи
резиновой трубки к воздушной коробке. В U-образной трубке налита
вода. Уровень ее под действием давления воздуха в колене, соеди-
ненном с воздушной коробкой, опускается, а в свободном колене,
соединенном с атмосферой, поднимается. Разность уровней воды в
обоих коленах показывает статическое давление дутья в фурменной
коробке.
Для измерения количества дутья, подаваемого в единицу времени,
на воздухопроводе устанавливают диафрагму или сопло.
Диафрагма представляет собой перегородку с круглым вырезом,
установленную на трубопроводе. Воздушный поток при проходе
через диафрагму (фиг. 295) теряет часть своей энергии; после диа-
фрагмы струя воздуха сначала несколько сужается, а затем снова
заполняет все сечение трубы.
Количество воздуха, протекающего по трубе, определяют по
формуле
Q = jiF 2g -у- м31сек, (53)
КОНТРОЛЬ ДУТЬЯ
459
„ xd2 , 2
де F = —------сечение диафрагмы в лг;
^9,81 м/сек2 — ускорение силы тяжести;
7 — вес 1 м3 воздуха в кг\
h — разность давлений перед диафрагмой и позади
нее (измеряемая при помощи U-образной трубки
с водой) в кг/м2 или в мм вод. ст. (см. фиг. 295);
pi — коэффициент расхода.
Места замера давления выби-
вают по одному из следующих
вариантов.
Фиг. 295. Метод измерения количе-
ства дутья с помощью диафрагмы.
Фиг. 296. Эскиз диафрагмы (а)
и сопла (б) для измерения количе-
ства дутья.
1. Перед диафрагмой на расстоянии А = D, а за диафрагмой
в наиболее сжатом сечении струи, на расстоянии от диафрагмы В =
= 0,35 0. Для =0,8 при такой установке диафрагмы коэффициент
расхода р = 0,79—0,80.
2. Ниже приведены коэффициенты расхода р, при измерении
Давлений по обе стороны непосредственно у самой диафрагмы:
d
-д-........... 0,5 0,6 0,7 0,8
р............. 0,624 0,649 0,692 0,764
Толщина диафрагмы берется 1,5—3 мм. Вырез делают с фа-
ской 45°, но фаску не доводят до края на 0,5—1 мм, чтобы не полу-
чилось острой кромки (фиг. 296, а).
На фиг. 296, б показано сопло, имеющее плавный переход от
сечения трубы к его проходному сечению. Сопло вставляют в трубу
между фланцами совершенно так же, как диафрагму. Метод замера
Давлений тот же.
460
КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ
чена в широкий сосуд z с водой,
Фиг. 297. Схема прибора Орса для анализа
газов:
/ — измерительная трубка; 2 — сосуд с водой; 3 — рас-
пределительная трубка 4, 5, 6\ 7 —краны; 8 — сифон с
ватой; 9 — резиновая груша; /0 —открытая трубочка
груши; // — сифон с раствором едкого кали дтя погло-
щения СО2; /2 — сифон с щелочным раствором пирогал-
лоловой кислоты для поглощения О2; 13 — сифон с раство-
ро*м полухлористой меди для поглощения СО; 14 — рези-
новый шар; /5 — подъемная склянка; 16 - отметки;
17 — зажим.
3. КОНТРОЛЬ СОСТАВА ГАЗОВ
Состав продуктов горения в объемных процентах определяют
при помощи прибора Орса, схема которого изображена на фиг. 297.
Измерительная стеклянная трубка 1, на которой нанесены деления
от нуля до 100 см3 (нижняя часть разделена на десятые доли куб.
сантиметра, а верхняя — только на целые куб. сантиметры), заклю-
она все время находилась
при постоянной темпера-
туре.
Верхний конец труб-
ки 1 соединен с трубкой <?,
имеющей три крана 4, 5
и 6. Левый конец труб-
ки 3 через трехходовой
кран 7 соединен с сифо-
ном S, в коленах которого
вверху находится вата,
а внизу — вода для очи-
стки газов от пыли. Тот же
кран 7 соединяет трубку 3
с резиновой грушей 9,
имеющей открытую тру-
бочку 10. Двухходовые
краны 4, 5 и 6 соединяют
трубку 3 с сифонами //,
12 и 13, наполняемыми со-
ответствующими жидко-
стями для поглощения
составных частей газа — углекислоты, кислорода и окиси углерода.
Эти сифоны заполнены тонкими стеклянными трубочками для увели-
чения поверхности соприкосновения газа с поглотительными раство-
рами. Другие концы сифонов через горизонтальную резиновую трубку
сообщаются с мягким резиновым шаром 14 емкостью около 200 см3
для предохранения жидкостей от действия атмосферного кислорода.
С нижней частью измерительной трубки 1 посредством резиновой
трубки соединена склянка 15.
Для производства анализа склянку 15 наполняют дистиллирован-
ной водой, а сосуд 2 — обыкновенной водой. Сифоны 11, 12 и 13
наполняют до половины: сифон 11 — раствором едкого кали для по-
глощения СО2, сифон 12 — щелочным раствором пирогаллоловой
кислоты для поглощения О2 и сифон 13 — раствором полухлористой
меди для поглощения СО. После этого краны 4, 5 и 6 закрывают, и
трубку 1 наполняют водой путем подъема склянки 15 и соединения
трубки 3 с атмосферой через крап 7 и грушу 9. Затем краном 7 труб-
ку 1 изолируют от атмосферы и сифона 8, после чего открывают по-
очереди краны 4, 5 и 6 и путем опускания склянки 15 просасывают
растворы в сифонах до отметок 16 в капиллярных трубках.
КОНТРОЛЬ СОСТАВА ГАЗОВ
461
Второй конец сифона 8 посредством резиновой трубки соеди-
няют с газопрозодпой трубкой. Затем трубку 1 соединяют с атмосфе-
рой через грушу 9 и наполняют водой до 100-го деления при подъеме
склянки 15 и ослабления зажима 17. Посредством крана 7 уста-
навливают сообщение газопроводной трубки через сифон 8 и рези-
новую грушу 9 с атмосферой, и исследуемые газы просасываются
грушей 10—15 раз для вытеснения воздуха из трубок. После этого
краном 7 соединяют газопроводную трубку с трубкой 1 и, открывая
зажим 17, опускают склянку 15 до тех пор, пока трубка 1 не напол-
нится газом до нулевого деления, после чего кран 7 закрывают.
Для определения СО2 открывают кран 4 сифона И и поднимают
склянку 15 левой рукой. При открывании зажима 17 правой рукой
газ переходит в сифон 11. Затем опускают склянку 15 до тех пор,
пока раствор едкого кали не поднимется несколько ниже отметки 16.
Снова поднимают и опускают склянку /5, заставляя теперь раствор
подняться точно до отметки 16. Кран сифона 11 закрывают, склянку 15
при открытом зажиме 17 устанавливают рядом с трубкой 1 до оди-
накового уровня воды, и зажим 17 закрывают. Отсчет по шкале
трубки 1 покажет количество поглощенной СО2 в объемных про-
центах.
Для определения О2 проделывают то же самое 2—3 раза в си-
фоне 12. После этого отсчет по шкале в трубке 1 покажет сумму СО2 +
+ О2. Зная количество СО2, находят по разности содержание О2.
Для определения СО проделывают то же самое в сифоне 13.
Отсчет по шкале трубки 1 покажет теперь сумму СО2 + О2 + СО,
откуда по разности легко найти процент СО. Содержание N2 полу-
чится, если из 100% вычесть полученную сумму СО2 + О2 + СО.
Когда анализ закончен, трубку 1 через кран 7 и грушу 9 соеди-
няют с атмосферой, и при подъеме склянки 15 при открытом зажиме 17
трубка 1 наполняется водой до 100-го деления. Через кран 7 и грушу 9
устанавливают сообщение газопроводной трубки с атмосферой и при
помощи груши просасывают газ для вытеснения воздуха из трубок.
После этого можно приступать к новому анализу.
Необходимо отметить, что раствор полухлористой меди медленно
поглощает СО, особенно если поглотитель истощился и в газе со-
держится мало СО. Поэтому при недостаточном времени соприкос-
новения газа с раствором определения СО могут иметь погрешности.
Кроме ручных газоанализаторов описанного типа, для анализа
газов применяются также автоматические газоанализаторы, записы-
вающие процентное содержание составных частей газа во времени
на диаграмме.
4. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБ
Результаты испытания механических свойств чугуна, которые
производятся в лаборатории на отливаемых для этого образцах,
равно как и результаты обычного химического анализа чугуна дан-
ной плавки, бывают известны лишь после плавки и заливки из нее
462
КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ
деталей, обыкновенно на другой день. На ряде заводов в настоящее
время внедрен экспресс-анализ чугуна на содержание глав-
нейших элементов, который производится преимущественно спек-
тральным методом. Экспресс-анализ дает возможность оперативно
исправлять состав чугуна до того, как из него будут залиты де-
Толщина тела
отливок в мм
Н в мм
В в мм
Фиг. 298. Форма для заливки клина.
Размеры для контроля склонности к отбелу серого
чугуна:
Толщина тела отливок в мм
Н в мм
В в мм
До 20
50
25
25-30
70
35
30-50
100
50
Размеры для контроля усвоения магния при модифи
цировании:
До 25 25-50 50-75
100 100 100
20 30 40
Св. 75
100
50
тали. Однако основным методом опера-
тивного контроля качества металла при
плавке чугуна обычно служат техно-
логические пробы, которые от-
ливаются по ходу плавки, из очередных
выпусков металла из печи, и дают воз-
Форма для заливки цилин-
пробы для контроля усвое-
Фиг. 300.
дрической
гонных колес с отбеленным ободом.
ния магния при модифицировании.
Толщина тела До 15 15—25 25—35 Св. 35
отливки в мм
d в мм 10 20 25 30
можность быстро судить о качестве металла и в случае необходи-
мости тут же принимать меры к его исправлению, до заливки из
него деталей.
Главнейшей технологической пробой при плавке серого чугуна
является проба на отбел, которая отливается в виде клина
(фиг. 298) или бруска, одна сторона которого отливается по кокилю
(фиг. 299). Отливают также цилиндрические бруски (фиг. 300).
Все подобные пробы через несколько минут после отливки вынимают
из формы, замачивают и разбивают кувалдой. По характеру и цвету
излома, величине отбеленной части сечения пробы и т. п. можно
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБ
463
судить о склонности чугуна к отбеливанию, т. е. о степени графитиза-
ции его. Если необходимо увеличить или уменьшить склонность чу-
гуна к графитизации, то в ковш с жидким чугуном, в копильник или
на желоб вагранки можно дать присадку ферросилиция или соответ-
ственно феррохрома. Такое оперативное корректирование качества
металла до его заливки имеет большое значение на практике.
К числу других технологических проб, применяющихся при
плавке чугуна, относится спираль для контроля жидкотекучести,
описанная раньше. Весьма важным методом оперативного контроля
плавки является также измерение температуры выпускаемого из
печи жидкого чугуна, что чаще всего производится с помощью
яркостных (фотометрических) оптических пирометров. Температура
металла должна измеряться не только при выпуске в ковш, но и
при заливке из ковша литейных- форм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник мастера по чугуну (под ред. проф. Н. Г. Гиршовича), Машгиз,
1953.
2. Г о л о в и н С. Я., Краткий технологический справочник литейщика,
Машгиз, 1955.
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ПОЛУЧЕНИЕ ОТЛИВОК
ГЛАВА I
ЗАЛИВКА ФОРМ И ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВОК В ФОРМАХ
1. ВЫБОР КОВША И ПРОЦЕСС ЗАЛИВКИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
Заливка форм жидким металлом производится из литейных
ковшей, которые бывают следующих типов.
Малые ручные ковши емкостью 15—25 кг делаются с одной
ручкой и переносятся одним человеком. Они называются лож-
ками (фиг. 301, а). Более крупные ковши имеют две ручки с кон-
цами в виде вилки. Такие ковши емкостью 50—80 кг металла пере-
носятся двумя или тремя рабочими (фиг. 301, б и в).
Большие ковши, вмещающие от 250 кг до нескольких десятков
тонн металла, переносятся подъемными кранами. При заливке
крановый ковш наклоняется особым поворотным механизмом, при-
водимым в действие заливщиком при помощи штурвала (маховичка).
При заливке из обычных поворотных ковшей шлак, плавающий
на поверхности металла, задерживают в ковше ручной сгребалкой.
Чтобы шлак не попадал в форму, лучше всего применять так назы-
ваемые чайниковые ковши с перегородкой или особым
каналом, так что металл в струю поступает со дна ковша. На
фиг. 302 показан ковш такого типа, успешно применяющийся в
литейном цехе серого чугуна Горьковского автозавода имени Мо-
лотова. В ковше на расстоянии 50—60jilw от футеровки дна уклады-
ваются две сифонные трубки из огнеупорной глины (ГОСТ 5498-50),
образующие канал диаметром 40 мм для металла. Стыки трубок в
месте соединения тщательно притирают и промазывают. Трубки
укладывают на огнеупорную глину; все грани закладывают огне-
упорным кирпичом и обмазывают глиной. Для предохранения от
выплеска жидкого чугуна на носке ковша делается порог.
При заливке тонкостенного чугунного литья очень важно, чтобы
металл в ковше остывал возможно медленнее. В таких случаях
применяют закрытые барабанные ковши. Барабанный
ковш (фиг. 303) выдает металл через узкую горловину, для чего
он поворачивается на цапфах около своей горизонтальной оси.
Для разливки стали применяются ковши с выпуском металла
через особый огнеупорный стакан, укрепленный в днище (фиг. 304).
Выпускное отверстие в стакане закрывается огнеупорной пробкой,
ВЫБОР КОВША И ПРОЦЕСС ЗАЛИВКИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
465
укрепленной на конце железного стержня. Последний для защиты
от жидкой стали покрыт огнеупорной наборной трубкой. Такое
устройство для выпуска металла из ковша называется стопором.
Открывание и закрывание стопора производятся заливщиком при
помощи рычага.
В табл. 80 приведены, по практическим данным, пределы весовой
скорости разливки чугуна, которую можно осуществить с помощью
ручных и крановых поворотных ковшей. Весовую скорость разливки
Разрез по АА
Фиг. 302. Чайниковый
(сифонный) ковш.
Фиг. 301. Ручные ковши:
а — ковш-ложка емкостью 20 кг чугуна; би в — ковши
на вилах (на носилках) емкостью 50 и 80 кг.
из стопорного ковша можно рассчитать по обычной формуле истече-
ния жидкости из сосуда через отверстие, зная величину напора
металла в ковше над стаканчиком и размер диаметра отверстия
стаканчика. Коэффициент расхода для жидкой стали можно при
этом принимать у. = 0,77—0,80. В практике применяются стопор-
ные стаканы с отверстием диаметрами от 25 до 75—90 juju. Чаще всего
Для форм металлоемкостью 100—150 кг берут стакан с отверстием
30—35 мм, а для средних форм (1—1,5 т металла) — диаметр 40 мм.
Для крупных форм (свыше 10 т металлоемкости) рекомендуется
иметь ковш с двумя стопорами (например, с отверстиями 30 и 40 мм),
что позволяет лить вначале, когда напор металла в ковше велик,
30 Аксенов 1956
466
ЗАЛИВКА ФОРМ И ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВОК В ФОРМАХ
через меньшее отверстие, затем через большее отверстие и в конце
заливки, при малом напоре, через оба отверстия.
В табл. 81 и 82 приведены практические данные о температуре
заливки для отливок серого чугуна и величинах потерь температуры
жидкого металла при переливаниях из ковша в ковш и при выдержке
в открытых конических ковшах различной емкости. Для уменьшения
потерь тепла на зеркало жидкого металла в открытых ковшах забра-
сывают древесный уголь.
Фиг. 303. Барабанный ковш емкостью
1 т чугуна:
1 — горловина; 2 — штурвал.
1 — пробка; 2 — стакан; 3 — наборная
трубка; 4 — рычаг.
Разливочные ковши для жидкого металла должны быть хорошо
просушены. Из-за недосушки ковшей получается брак отливок по газо-
вым раковинам. Кроме того, при заливке из непросуп/енного ковша
металл разбрызгивается, что является опасным для заливщика.
На время переноски краном поворотных ковшей их следует пре-
дохранять от случайных поворотов при помощи скоб, откидываю-
щихся на петлях и удерживающих ковш за подвеску.
Ковши с механизмами для их поворота при заливке должны быть
так устроены, чтобы даже при поломке поворотного механизма не
было самоопрокидывания ковша. Механизм для поворота ковша
должен быть самотормозящим. Если заливщик оставил штурвал, то
ковш сам поворачиваться не должен.
При заливке форм из ручных ковшей-ложек заливщик должен
держать ковш таким образом, чтобы случайно пролившийся из
ВЫБОР КОВША И ПРОЦЕСС ЗАЛИВКИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
467
Таблица 80
Скорости разливки в кг/сек чугуна из различных ковшей
— Тип ковша Поворот ковша
Медленно Нормально Быстро
Ручной ковш на 1 рабочего .... . * „ 2 рабочих .... Крановый ковш средней емкости . . Крановый ковш большой емкости 2,0-2,5 3,0—4,0 5,0—6,5 15—30 2,5—3,5 4,0—5,5 6,5—8,5 30—50 3,5—5,0 5,5-7,0 8,5—10,5 50—100
Таблица 81
Рекомендуемые температуры заливки для отливок серого чугуна
Толщина стенки отливки в мм до 4 4—10 10-20 20-50 50-100 100-150 Свыше 150
Температура заливки по оп- тическому пирометру в град. 1450— 1360 1430— 1340 1400— 1320 1380— 1300 1340— 1230 1300— 1200 1280— 1180
Таблица 8 9
Падение температуры жидкого чугуна при переливаниях и при выдержке
в ковшах
Падение темпе- ратуры в °C
Выпуск из печи или переливание из ковша в ковш . . . Выдержка в течение 1 мин. в ковше: 20—50
емкостью 50 кг 15—40
. 300 кг 10—20
. 1—2 т 4—10
. 3—4 т 2—6
ковша металл не попал ему на ноги. Счищалки для шлака должны
быть сухими, иначе будет происходить разбрызгивание металла.
Газы, выделяющиеся из залитых форм, необходимо зажигать во
Избежание отравления работающих в помещении.
При заливке нужно наводить носок ковша на литник. Для этого
при заливке из крановых ковшей подсобный рабочий помогает
заливщику, управляющему штурвалом, удерживать ковш в нужном
Положении относительно литниковой чаши. По мере опорожнения
ковша его носок наклоняется. Чтобы удержать носок на одном и
том же расстоянии от чаши, надо постепенно поднимать ковш.
30*
468
ЗАЛИВКА ФОРМ И ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВОК В ФОРМАХ
Для защиты заливщиков от брызг металла и теплоизлучения реко-
мендуется прикреплять к ковшу легкий щиток из листового железа.
По окончании литья необходимо остатки металла выливать из
ковша в особо устроенные для этого изложницы. Слив остатков
металла на пол, тем более близко от проходов, недопустим: наступив
на горячий металл, легко получить ожог.
Ковши и крановые цепи необходимо подвергать ежемесячному
испытанию на прочность.
О подготовке литейных форм к заливке, их нагрузке и креплении
говорилось ранее, в главе о ручной формовке.
2. ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВКИ В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ
Надлежащая температура выбивки отливок из литейных форм
имеет большое значение для получения качественных отливок. При
слишком ранней выбивке горячая отливка, подвергаясь резкому
охлаждению на воздухе, может получить большие внутренние
напряжения вследствие неравномерности охлаждения толстых и
тонких частей и в результате может дать трещины. Поэтому, как
правило, более сложные и крупногабаритные отливки требуют
охлаждения их в литейной форме до более низких температур.
С другой стороны, и охлаждение отливок в литейной форме
происходит тоже неравномерно, хотя и далеко не с такой разницей
скоростей остывания толстых и тонких частей, как на открытом
воздухе. Некоторые особо чувствительные к неравномерному охла-
ждению отливки, имеющие особо сложную конфигурацию, резкую
разницу в толщине отдельных частей и отливаемые из сплавов
с большой усадкой, при полном охлаждении в литейной форме до низ-
ких температур получают настолько большие внутренние напряже-
ния, что их трудно бывает снять термообработкой или в результате
их отливка дает трещины. Для такого рода отливок применяется
очень ранняя выбивка, при высоких температурах, когда отливка
только успела затвердеть и окрепнуть настолько, чтобы выдержать
выбивку и транспортировку. Выбивка при этом производится
возможно более быстро. Рабочее место выбивки защищается
от резких потоков воздуха (сквозняков), чтобы оголенная, выбитая
из формы отливка не подверглась слишком резкому охлаждению.
Сейчас же после выбивки такие раскаленные, горячие отливки поме-
щаются в специальные термосы в виде футерованных нагретых
колодцев или железных ящиков с двойными стенками, и в этих тер-
мосах отливки остывают до низких температур в течение длительного
времени (иногда по нескольку суток). За время выдержки в термосе
тепло перераспределяется по объему отливки, и температура ее
становится практически одинаковой во всех частях. При этом вну-
тренние напряжения если и возникают, то весьма небольшие по
величине.
Примером таких отливок служат чугунные литые колеса для
товарных вагонов с отбеленным ободом (колеса Гриффина). Диск
ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВКИ В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ
469
колеса и ступица формуются в земляной форме, а поверхность ката-
ния обода получает отбел с помощью кокиля. Обод охлаждается
в форме быстро, диск — медленнее, а массивная ступица — весьма
медленно. Колеса при полном охлаждении их в литейной форме
до низких температур получают такие большие внутренние напря-
жения, что после выбивки могут самопроизвольно разрушаться и
растрескиваться. Во всяком случае напряжения получаются столь
большими, что снять их термообработкой не удается. Для получения
годных колес их выбивают из форм очень рано, как только затвердеет
достаточно толстая корочка металла на ступице. Выбивку ведут
быстро и в течение не более 4—6 мин. колесо помещают в нагретый
отжигательный теплоизолированный колодец, где стопка колес в
16—18 шт. медленно охлаждается в течение суток, затем еще сутки
в другом, вторичном, колодце и третьи сутки — в третичном колодце.
После такого медленного охлаждения колеса имеют температуру
порядка 200°, при которой они выгружаются на воздух, где еще
сутки «отдыхают» — охлаждаются на плацу в защищенном от
сквозняков месте и уже затем подвергаются очистке.
Для мелкого литья расчет и установление необходимого времени
охлаждения в литейных формах от заливки до выбивки не имеют
особо большого значения. Для крупных и массивных отливок,
медленно остывающих в формах, существенно важно правильно
установить время их охлаждения до выбивки. Если это время
занижено, то отливки получат большие внутренние напряжения и,
возможно, трещины. Если же это время взято слишком большим, то
в литейном цехе будут заняты излишне большие площади под осты-
вающими в формах отливками, и производительность цеха будет
неоправданно уменьшена.
Продолжительность охлаждения отливки в земляной литейной
форме можно рассчитать по приведенным ранее формулам Вейника.
Однако, ввиду относительной сложности этих расчетов и неполного
выявления необходимых для них опытных физико-термических кон-
стант, широко пользуются практическими данными. В табл, 83
приведены такие рекомендации Ново-Краматорского машинострои-
тельного завода имени Сталина, а на фиг. 305 и 306 — практические
Данные, рекомендуемые С. В. Руссияном на основе практики заводов
тяжелого машиностроения.
Научное исследование этого вопроса было сделано П. Г. Нови-
ковым. Им был разработан следующий метод определения времени
выдержки стальных отливок в форме. Все отливки машиностроения
по характеру остывания в литейной форме делятся на три класса.
К отливкам I класса относятся отливки типа плоских и криво-
линейных плит и полые детали, части которых представляют плиты. •
К числу таких отливок относятся лопасти гидротурбин, корпусы
Паровых турбин, корпусы редукторов, рамы, цилиндры, траверсы
Прессов, ковши экскаваторов, основные опорные плиты прокатных
Устройств. По массивности отливки I класса делятся на пять групп.
470 ЗАЛИВКА ФОРМ И ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВОК В ФОРМАХ
Таблица 83
Продолжительность остывания в часах крупных чугунных отливок до выбивки
из форм по данным НКМЗ имени Сталина
Вес отливки в т Толщина стенок отливок в мм Вес отливки в т Толщина стенок отливок в мм
До 70 70-100 150 и более До 70 70-100 150 и более
5 10 15 20 25 30 40 55 80 100 115 125 135 150 65 100 130 150 170 185 215 95 135 180 220 260 280 320 50 60 70 80 90 100 160 175 185 195 210 220 245 265 280 290 305 315 360 380 390 400 415 430
Показателем степени массивности служит величина М = ^-2-, где
* г 16
Vo — объем металла отливки, а У?аб — объем отливки по габарит-
Фиг. 305. Продолжительность " выдержки
крупных чугунных отливок в форме по
практическим данным в зависимости от
их веса Q и объемного коэффициента kv.
Фиг. 306. Продолжительность
выдержки крупных стальных
отливок в форме по практиче-
ским данным в зависимости от
их веса Q и объемного коэффи-
циента ky.
ным размерам. Группа 1-я—очень тонкостенное литье — имеет пока-
затель массивности в пределах М = 0,1 н-0,2. Группы 2-я, ,3-я, 4-я
.и 5-я имеют соответственно показатели массивности М 0,24-0,4
ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВКИ В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ
471
(тонкостенное литье), М = 0,4-4-0,6 (утолщенное литье), М = 0,6-4-
0,8 (толстостенное литье) и М = 0,8-н 1,0 (очень толстостенное
литье).
К отливкам II класса относятся отливки типа сплошных цилиндров
и призм или отливки, части которых представляют собой цилиндры и
призмы: маховики, станины прокатных станов, колеса, рамки, зуб-
чатые венцы, слитки, паровозные колеса. Массивность отливок
II класса приближается к М = 1. Отливки II класса составляют
6-ю группу, хотя по массивности могут быть разделены на несколько
подгрупп.
К отливкам III класса относятся отливки типа сплошного шара
или куба — шаботы, стулья молотов, штампы, бабы копров, подушки
прокатных станов. Массивность таких отливок наибольшая и близка
к М = 1. Отливки III класса остывают в литейной форме наиболее
медленно, а отливки I класса — наиболее быстро. Отливки III класса
составляют 7-ю группу.
Для нахождения времени выдержки отливки в литейной форме
от заливки до выбивки необходимо предварительно найти две вели-
чины: приведенный размер отливки 7? и значение критерия Фурье Fo.
Величина приведенного размера отливки 7? = мм, где V —
объем отливки, a F — площадь ее поверхности. Значение 7? находят
по графику фиг. 307, где по оси абсцисс отложены веса отливок
с прибылями, а наклонные линии на графике нанесены для отливок
различных классов и групп.
Критерий Фурье для отливки равен Fo где т —время охла-
ждения отливки в часах от заливки до момента выбивки, 7? — харак-
терный размер отливки вм и а — температуропроводность металла от-
ливки в м2/час, равная а =-^-, где А—теплопроводность в кал/м-час°С,
су
с — теплоемкость в кал!кг °C и 7 — вес 1 м3 металла отливки в кг.
Для стали А = 25, с = 0,2, 7 = 800 и а = 0,013.
Величина Fo пропорциональна вермени т. Однако критерий Fo
выражается не в часах, а является величиной безразмерной. Крите-
рий Фурье, таким образом, представляет собой «безразмерное время».
Для нахождения величины Fo служит график, приведенный на
фиг. 308. На графике даны кривые охлаждения для трех классов
отливок, причем для каждого класса даны свои кривые для различ-
ных температур заливки в пределах от 1200 до 1800° через каждые 50°.
По оси ординат отложена температура, до которой отливка должна
остывать в форме, а по оси абсцисс — безразмерное время Fo, кото-
рое требуется для этого остывания.
Найдя по графику фиг. 307 приведенный размер отливки 7?, а
по графику фиг. 308 — величину критерия Fo, находим по графику,
приведенному на фиг. 309, время т остывания отливки в форме
в часах.
to
Фиг. 307. График для определения приведенного размера отливки.
R
мм
20
40 1
50 §
100 I
200^
300 I
400 >§
500 -ё
£
woo
2000
3000
MOO
ЗАЛИВКА ФОРМ И ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВОК В ФОРМАХ
Температура отливки
Критерий Фурье
Фиг. 308. Кривые охлаждения стальных отливок в земляной форме.
ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВКИ В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ
Приведенный размер отливки
0.01 0,02 0,05 0,1 0.2 0,5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 Fo
Критерий Фурье
Фиг. 309. График для определения времени выдержки отливки в форме.
ЗАЛИВКА ФОРМ И ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВОК В ФОРМАХ
ОХЛАЖДЕНИЕ ОТЛИВКИ В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ 475
Для большинства отливок из углеродистой стали температура
их при извлечении из земляных форм может быть принята в пре-
делах 400—600°. Для неответственных отливок простого очертания,
без затрудненной усадки и без термических узлов, весом до 200 кг,
температура их при выбивке может быть до 800° С. Ответственные
стальные отливки с затрудненной усадкой, склонные к короблению и
образованию трещин, требуют остывания в литейной форме до тем-
ператур 150—200°.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник мастера по чугунному литью (под ред. проф. Н. Г. Гиршовича).
Машгиз, 1953.
2. Г о л о в и н С. Я., Краткий технологический справочник литейщика,
Машгиз, 1955.
ГЛАВА II
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
1. ВЫБИВКА ЛИТЬЯ И СТЕРЖНЕЙ
Остывшие отливки выбивают из форм, а затем (после дополни-
тельного охлаждения) из отливок выбивают стержни. Условия работы
для занятых на этих операциях рабочих очень тяжелы вследствие
выделения пыли, газов и тепла. В современных литейных цехах
выбивку литья и стержней механизируют, а по возможности и авто-
матизируют, производя ее на установках, работающих без участия
людей.
Для выбивки форм разнообразных размеров при мелкосерийном
производстве применяются пневматические вибра-
торы, которые при помощи особого захвата накладываются на
подвешенную на кране форму. Давление воздуха для таких вибра-
торов 5—6 ати. При выбивке литья с помощью вибраторов с формы
сначала снимается и выбивается верхняя опока, затем вынимается
отливка, после чего выбивается нижняя опока. Если нижняя опока
не имеет крестовин, то можно выбивать сразу обе опоки, поднимая
всю форму вместе с отливкой. Последняя при выбивке падает вместе
с землей на неподвижную решетку в полу, над которой обычно про-
изводится выбивка вибраторами. Земля проваливается сквозь эту
решетку и убирается из-под нее транспортером в земледелку,
а отливка остается на решетке. На фиг. 310 приведена построенная
по практическим данным диаграмма для выбора размера выбивного
вибратора в зависимости от объема формы.
На фиг. 311 показана схема вибрационного коро-
мысла для выбивки однообразных по размерам опок при массо-
вом и крупносерийном производстве. Коромысло подвешивается за
серьгу к подъемнику. На концах коромысла навешены два вибра-
тора с крюками. Этими крюками опока захватывается за цапфы и
приподнимается на коромысле. При действии вибраторов опока,
висящая на крюках, сотрясается, отчего формовочная земля и от-
ливка из нее выпадают на решетку, устроенную в полу цеха. Выбитая
земля проваливается сквозь решетку и убирается ленточным транс-
портером в земледелку, а выбитая отливка направляется в отделение
очистки литья.
ВЫБИВКА ЛИТЬЯ И СТЕРЖНЕЙ
477
Пневматический вибратор вызывает колебания выбиваемой опоки
весьма большой частоты (несколько тысяч колебаний в минуту), но
малой амплитуды, измеряемой в долях миллиметра. При таком
характере вибрации в опоке происходит разрушение слоев земляной
набивки, пограничной с металлическими стенками опоки и кресто-
Фиг 310. График для выбора раз-
мера пневматического вибратора для
выбивки форм:
/ — сырые формы; 2 — сухие формы.
винами, и нарушение сцепления
их со стенками. Вследствие этого
земляная набивка формы выби-
вается, т. е. разрушается и выпа-
дает из опоки.
На фиг. 312 показаны схемы
современных механических выбив-
Фиг. 311. Схема выбивки опоки на
вибрационном коромысле:
/ — вибрационное коромысло; 2 — вибраторы;
3 — опола; 4 — решетка в полу цеха; 5 — бун-
кер; 6 — ленточный транспортер.
ных решеток. Решетка, показанная на схеме а, приводится в колеба-
тельное движение с помощью неуравновешенного груза, вращаю-
щегося на валу. При своем вращении этот груз (дебаланс) раскачи-
вает решетку, монтированную на пружинах. Решетка, показанная
на схеме б, приводится от эксцентрика или шатунно-кривошипного
механизма, который заставляет ее колебаться на пружинах вверх и
вниз от среднего положения. Опока устанавливается для выбивки
на решетке и к решетке не крепится.
Выбивные механические решетки типа приведенных на схемах
фиг. 312 совершают колебания с частотой порядка 1000—1500
колебаний в минуту при амплитуде порядка 2—5 мм. При таких
колебательных движениях решетки выбиваемая опока при ходе ре-
478
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
шетки кверху подбрасывается ею и отрывается от нее, взлетая над
решеткой на высоту 5—Юлглг, а затем падает обратно и при падении
ударяется о решетку. Живая сила этих ударов и производит выбивку
земляной набивки из опоки.
Фиг. 312. Схема механических выбивных решеток:
а — инерционная решетка; б — эксцентриковая решетка; / — опока; 2 — решетка;
3 — вращающийся вал; 4 — дебаланс; 5 — шатунно-кривошипный (эксцентриковый)
механизм; 6 — опорные пружины.
На фиг. 313 показаны схемы решеток ударного действия с боль-
шой живой силой удара, применяющихся для выбивки крупных и
трудно выбиваемых (например, сухих) форм. На схеме а показан
Фиг. 313. Схема выбивных решеток ударного действия:
а — установка с ударником в виде механической инерционной решетки; б — решетка с пневмати-
ческим встряхивающим столом; / — выбиваемая опока; 2 — неподвижные опоры; 3— инерционная
механическая решетка; 4 — выбивная решетка; 5 — пневматический встряхивающий стол.
принцип работы решетки с ударником, представляющим собой инер-
ционную решетку с дебалансом, которая находится под неподвижно
установленной выбиваемой опокой. При своих колебаниях инерцион-
ная решетка наносит опоке снизу мощные удары. Опока ставится на
опоры в перевернутом крестовинами вниз положении. На схеме б
показана решетка, левый конец которой укреплен шарнирно, а
правый конец приподнимается на 40—60 мм кверху с помощью пнев-
матического встряхивающего стола и, падая затем вниз, ударяется
о преграду. Эти сильные удары и производят выбивку опоки.
БЫБИВКА ЛИТЬЯ И СТЕРЖНЕЙ
479
Выбивка стержней из отливок
вибрационных машин, либо при
ческая выбивка).
Вибрационная машина (фиг. 314)
представляет собой пневматиче-
ские тиски, в которые упруго за-
жимается отливка. После зажатия
отливка с помощью пневматиче-
ского мощного вибратора приво-
дится в сотрясение, находящиеся
в ней стержни разрушаются и в
виде песка высыпаются наружу.
На вибрационных машинах такого
типа удовлетворительно выбива-
ются только песчаные стержни на
крепителях. Глинистые стержни
не поддаются выбивке этим ме-
механизируется либо с помощью
помощи струи воды (гидравли-
Фиг. 314. Схема действия вибрацион-
ной машины для выбивки стержней:
а — положение покоя; б - выбивка стержней
из отливки; 1 — отливка; 2 — неподвижная
щека тисков; 3 — пружина щеки 2; 4 — по-
движная щека тисков; 5 — пневматический
толкатель для зажима отливки в тисках;
6 — пневматический вибратор.
ТОД ОМ.
Гидравлическая выбивка стерж-
ней заключается в вымывании их
из полостей отливки струей воды,
вытекающей из сопла под давле-
нием 50—100 или 25—35 ати.
В первом случае диаметр отверстия
сопла берется в пределах 5—10 мм, а во втором случае —15—25 мм.
Расход воды в первом случае значительно меньше, но насосное обо-
рудование дороже. При высоком давлении воды струя не только раз-
Фиг. 315. Схема камеры для гидравлической выбивки стержней:
/—отливка; 2 — дверь камеры; J —тележка; 4 — вращающийся круг;
5 — мотор для вращения круга; 6 — подвод воды высокого давления.
480
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
мывает стержни, но и может разрезать их на куски, что ускоряет
процесс их удаления из отливки. Гидравлическая выбивка стержней
производится в особых камерах (фиг. 315). Грязная отработанная
вода осветляется в отстойниках и используется вновь. Осевший на
дно отстойника промытый песок после сушки также используется
для приготовления формовочных и стержневых смесей.
Гидравлическая выбивка стержней производится в несколько
раз быстрее, чем выбивка их вручную. При гидравлической выбивке
стержней совершенно не образуется пыли. Все каркасы, рамки и
прочая арматура стержней целиком сохраняются и могут быть
использованы вторично. Гидравлическая выбивка стержней приме-
няется для сложного литья с большим количеством стержней.
В последнее время находят применение п е с к о-г и д р а-
влические установки, в которых отливки подвергаются дей-
ствию струи воды высокого давления (80—100 ати), содержащей до
20% песка. С помощью такой струи производится как удаление
стержней из отливок, так одновременно и очистка поверхности
отливок от пригара. Песко-гидравлическая обработка применяется
для сложного литья среднего и крупного развеса и производится
также в закрытых камерах. Имеется возможность пескогидрав-
лической очистки мелкого литья в специальных барабанах.
2. ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
Перед очисткой отливок производят удаление литников. Литники
от чугунных отливок отбивают кувалдой или молотком при выбивке
или во время транспортирования выбитых отливок на очистку,
например, на пластинчатом транспортере. Литники и прибыли от
отливок из углеродистой стали отрезают огневой резкой (автогеном).
Легированные стали обладают сравнительно малой теплопровод-
ностью, и поэтому отрезка прибылей автогеном от отливок из таких
сталей может вызвать образование трещин. От таких отливок прибыли
и литники отрезают с помощью механических пил. Отрезка лит-
ников и прибылей механическими пилами производится также от
отливок из легких (алюминиевых и магниевых) сплавов. Литники
от отливок из вязкой бронзы и латуни откусываются на специальных
прессах-кусачках.
Операция очистки отливок заключается в очистке их поверхности
от приставшей и пригоревшей земли и в удалении заливов или зау-
сенцев, получающихся по разъему формы и у стержневых знаков.
Очистка и обрубка литья осуществляются в особом изолированном
отделении цеха, называемом обрубной.
Очистка литья вручную производится при помощи проволочных
стальных щеток и зубил. Широко применяются пневмати-
ческие зубила или рубильные молотки для удаления зали-
вов, неровностей и следов от отламывания литников.
очистка литья
481
Угол заточки зубил в зависимости от обрабатываемого материала
рекомендуется: для чугуна, бронзы, твердой стали—75°, для стали
средней твердости — 70°, для мягкой стали—60°, для латуни—45°,
для алюминия—35°.
Механическую очистку поверхности отливок производят при
помощи простых вращающихся барабанов, а также пескоструйных,
дробеструйных и дробеметных аппаратов.
Простой вращающийся барабан загружают
литьем примерно на 3/4 объема. Вместе с литьем загружают звез-
дочки из белого чугуна размером от 20 до 65 мм или мелкие стальные
обрезки в количестве 30—35% от веса литья. При вращении барабана
благодаря трению отливок друг о друга и о звездочки поверхность
отливок очищается и частично выбиваются мелкие несложные
стержни. Очистку мелкого простого литья обычно осуществляют в
барабанах круглого сечения, а отливок средних и средне-крупных
размеров, приближающихся по форме к параллелепипеду (например,
блоков автомобильных цилиндров), — в барабанах квадратного
сечения. При этом в квадратный барабан отливки не заваливают
насыпью, а аккуратно укладывают, заполняя весь объем барабана.
Перемещение отливок в квадратном барабане при его вращении
ограничено, а очистка производится в основном звездочками. Для
удаления образующейся при очистке пыли одна из пустотелых цапф
барабана присоединяется к пылеотсасывающей установке, а через
другую цапфу в барабан всасывается наружный воздух.
Число оборотов в минуту простого очистного круглого барабана
определяется по эмпирической формуле
где R — радиус барабана в м\
k — коэффициент, равный 21 для барабанов диаметром больше
700 мм и 23 для меньших барабанов.
При меньшем по сравнению с подсчитанным по формуле числе
оборотов увеличивается продолжительность очистки и уменьшается
производительность барабана. При большем же числе оборотов
центробежная сила получается чрезмерно большой, отливки при-
жимаются к стенкам барабана, перемещение их ограничивается и
скорость очистки и производительность барабана также уменьшаются.
Чистое время очистки, в течение которого барабан вращается,
составляет для разного литья от 30 до 60 мин., а для стального
литья — до 90 мин. Продолжительность завалки и выгрузки барабана
может колебаться в широких пределах в зависимости от организации
этих операций. В общем можно считать, что при механизации этих
операций за смену может быть сделано от 5 до 12 операций очистки.
При очистке литья пневматическими пескоструйными и
Дробеструйными аппаратами струя песка или
чугунной дроби направляется из сопла с большой скоростью на
31 Аксенов 1956
482
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
поверхность отливки и производит абразивное действие, отдирая
приставшую и пригоревшую к металлу корку земли. В качестве
абразивного материала употребляют сухой безглинистый кварцевый
песок с угловатыми зернами или чугунную дробь. Размеры зерен
песка—около 0,75мм для цветного литья, 1—1,5мм—для чугунного
и около 2 мм — для стального литья. Размеры зерен чугунной дроби
от 0,5 до 1,5—2 мм.
По конструктивному оформлению в отношении методов подвода
очищаемых отливок под струю, пневматические пескоструйные и
дробеструйные аппараты делятся на камеры, барабаны, вращающиеся
и проходные столы. Выбор всех этих аппаратов зависит от развеса,
габаритов и сложности литья, а также от характера производства
(поточно-массовое, серийное, индивидуальное). Конструкция ука-
занных аппаратов подробно рассматривается в курсе «Оборудование
литейных цехов». Расход (потеря) песка составляет 50—100 кг на 1 т
очищаемого литья, а дроби — 2—3 кг на 1 т литья.
Сопла для пескоструйных и дробеструйных аппаратов с внутрен-
ним диаметром до 16 мм и длиной 10—12 диаметров отливают из
белого или легированного хромом чугуна (1—1,5% Сг). Стойкость
сопел из белого чугуна не превышает 8 час. Более дорогие, но и
более стойкие сопла, изготовляемые целиком, либо только со встав-
ками, из металлокерамических твердых сплавов (победита, карбида
вольфрама, карбида бора), имеют стойкость в следующих пределах:
из победита—до 200 час., из карбида вольфрама—до 800 час.,
из карбида бора—до 1500—2000 час. Однако такие сопла весьма
дороги и применяются редко. Хорошую стойкость, приблизительно
в 3 раза большую против нелегированного белого чугуна, имеют
сопла из высокохромистого чугуна (2,7—3% С, 27—30% Сг, 3—
3,5% Ni, 3,5—3,8% Si и до 1% Мп; твердость Rc = 48—50) и из
бористого чугуна (2,7—3% С, 0,8—1 % В, 3—3,5% Ni, 0,5—0,7% Si
и до 1% Мп, твердость /?с = 65—67).
При пневматической дробеструйной и в особенности пескоструй-
ной очистке образуется весьма большое количество пыли. Вместе
с песком (или дробью) из сопла выходит в большом количестве воз-
дух (при давлении перед соплом от 2—3 ати в случае песка и до
5—6 ати для дроби). Эти большие массы воздуха разносят пыль из
очистной установки в цех через все щели и неплотности столь ин-
тенсивно, что распространение пыли не удается ликвидировать,
несмотря на усиленный местный ее отсос от очистной установки.
Поэтому в современных литейных цехах дробеструйная и особенно
пескоструйная очистка литья почти не применяется.
Современные установки для очистки литья делаются уже не
пневматического действия. Они имеют специальные механические
метательные аппараты в виде быстро вращающегося колеса с лопат-
ками, которые и бросают абразивный материал с большой скоростью
(порядка 60—80 м/сек) на очищаемые отливки. В качестве абразив-
ного материала применяется только чугунная и стальная дробь, а
ОЧЙСТКА ЛИТЬ#
463
песок не применяется. Такие установки называются дробемет-
ными. Дробеметные аппараты оказываются, кроме того, весьма
экономичными. Они потребляют в несколько раз меньше электро-
5 2
энергии для привода метательного колеса по сравнению с энергией
сжатого воздуха, расходуемой в пневматических пескоструйных и дро-
беструйных установках.
Схема дробемет-
ного колеса показана
на фиг. 316. Дробь по-
дается в воронку /, а из
нее по трубе поступает в
распределительное коле-
со 2, быстро вращающееся
вместе с основным лопаточ-
ным колесом 6. Распреде-
лительное колесо вращает-
ся внутри неподвижной
коробки 4, в цилиндриче-
ской стенке которой сде-
лано отверстие 3. Через
него дробь с распредели-
тельного колеса поступает
на рабочее колесо. Короб-
ку 4 можно закреплять в
разных положениях для
получения разных направ-
лений струи. Рабочее ко-
Фиг. 316. Схема действия дробеметного колеса:
1 — воронка; 2 — распределительное лопаточное колесо;
3 — отверстие в коробке для выхода дроби; 4 — непо-
движная коробка (труба) вокруг распределительного ко-
леса; 5 — рабочие лопатки, 6 — диски колеса.
лесо имеет литые лопатки 5, укрепленные между его дисками распор-
ными болтами. Распределительное колесо, коробка и лопатки рабочего
колеса отливаются из хромистого белого чугуна, подвергающегося
специальной термической обработке (закалка в масло при 900°).
Механической обработке они не подвергаются. Диски колеса изго-
товляются из мягкой стали. Дробеметное колесо диаметром 500 мм
при скорости вращения 2250 об/мин выбрасывает в минуту 90—130кг
чугунной дроби. Одно такое колесо соответствует по производи-
тельности двум пневматическим соплам диаметром около 12 мм.
Колесо вращается от мотора 15 л. с., в то время как мощность для
получения сжатого воздуха для двух сопел диаметром 12 мм равна
около 100 л. с.
Лопатки рабочего колеса из белого чугуна служат одну-две
смены, а лопатки из хромистого чугуна, подвергнутого термической
обработке,—в 5 раз дольше. По данным ХТЗ лопатки из хроми-
стого чугуна с бором (2,5—3°/0 Сг и 0,3°/о В) после термообработ-
ки служат 200—250 часов. Лопатки должны быть выверены по
вес\г с точностью до 3 г для балансировки колеса, во избежание биения.
Превалирующий размер зерна чугунной дроби при работе на
таком колесе 1—2 мм, небольшой процент дроби может быть с более
31 ♦
484
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
мелким зерном — 0,5 мм. Расход (потери) дроби при очистке литья
составляет 2—3 кг дроби на 1 т литья.
Дробеметные аппараты с описанными колесами делаются либо
в виде камер непрерывного и периодического действия (для среднего
и крупного литья), либо в виде круглых вращающихся столов или
в виде барабанов (для более мелкого литья).
Дробь для очистки литья изготовляют путем разбрызгивания
струи жидкого чугуна над баком с водой при помощи поперечной
струи сжатого воздуха или воды. Кроме литой дроби, применяется
рубленая из стальной проволоки.
Фиг. 317. Принципиальная схема полуавтоматического шлифовального
станка для зачистки торцов мелких отливок:
1 — шлифовальный круг; 2 — питающий диск; 3 — неподвижный кулак; 4 — ролик;
5 — клин; 6 — зажимной рычаг; 7 — зачищаемая отливка.
После очистки поверхности отливок удаляют имеющиеся на них
заливы при помощи пневматических зубил и ш л и ф о-
вальных, или наждачных, станков. Применяемые
в литейном производстве шлифовальные станки делятся на стацио-
нарные, передвижные (или переносные) и маятниковые. Первые
применяются для мелкого, а передвижные и маятниковые — для
крупного литья. Весьма прогрессивными являются созданные на
Горьковском автозаводе имени Молотова автоматическиеи
полуавтоматические шлифовальные станки
для зачистки отливок. На фиг. 317 в качестве примера
показана принципиальная схема одного из таких станков, служащего
для зачистки торцов мелких отливок. Отливки кладутся рабочим
в гнезда медленно вращающегося питающего диска. Далее с помощью
механизма неподвижного кулака и роликов отливки зажимаются
в этих гнездах прижимными рычагами и подводятся к быстро вращаю-
щемуся наждачному камню, который и зачищает их с торца. После
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК
485
зачистки отливки при дальнейшем повороте питающего диска авто-
матически разжимаются и падают в подставленный ящик.
Для обдирки литья при очистке применяются шлифовальные
круги двух классов: карборундовые и корундовые, или алундовые.
Первые применяются для отливок из белого и серого чугуна и
бронзы, а вторые — для более мягких и вязких материалов (сталь-
ное литье, отожженный ковкий чугун). Шлифовальный круг дол-
жен иметь на станке предохранительный защитный кожух. Вну-
тренний диаметр защитного кожуха должен быть лишь на 10—20 мм
больше диаметра круга. При работе рядовых шлифовальных кругов
допускается окружная скорость не свыше 30 м/сек. Каждый новый
круг должен быть испытан в течение 30 мин. в нерабочее время на
окружную скорость, превосходящую рабочую скорость на 75%.
От всех агрегатов, применяющихся в обрубной для очистки
литья, отсасывается пыльный воздух по трубам при помощи эксгау-
стера, причем этот воздух обеспыливается в особых фильтрах, прежде
чем он выбрасывается в атмосферу. Для этой цели большей частью
применяют матерчатые фильтры.
3. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК
В современном машиностроении применяются следующие виды
контроля качества отливок при их приемке: 1) контроль геометрии
отливок; 2) контроль герметичности отливок, которые по условиям
службы должны испытывать то или иное внутреннее давление; 3) де-
фектоскопия отливок, т. е. выявление в них литейных пороков, как-то
усадочных, газовых, шлаковых и земляных раковин, трещин и др.;
4) контроль механических свойств металла отливок; 5) структуро-
скопия отливок, т. е. контроль структуры металла. Весьма большие
возможности имеют физические методы контроля — магнитные испы-
тания, просвечивание, прозвучивание, дающие возможность уве-
ренно и быстро проверять качество литых изделий без их разру-
шения и создать автоматические контролирующие аппараты, легко
включаемые в поточные линии производства отливок.
Контроль геометрических размеров и
формы отливок имеет большое значение, особенно в условиях
массового и крупносерийного производства, где отливки обрабаты-
ваются на металлорежущих станках не по разметке, а в приспо-
соблениях и допуски на их размеры весьма сужены. В то время как
в индивидуальном и мелкосерийном производстве обмер отливок
при приемке производится с помощью универсального мерительного
инструмента, на заводах массового и крупносерийного производства
для этого применяются контрольные мерительные приспособления,
нередко автоматизированные. Мерительные приспособления стро-
ятся на принципе предельных калибров. При помощи их
контролируются оба предела допуска — верхний и нижний. На
486
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
фиг. 318 показано устройство предельной мерительной головки
контрольного приспособления. Корпус 1 имеет ступень, равную
величине допуска D контролируемого размера данной отливки.
Положение мерительного штифта 2 между верхним и нижним сре-
зами этой ступени соответствует попаданию размера отливки в поле
допуска.
Контрольное приспособление должно строиться таким образом,
чтобы проверяемые размеры отливки измерялись в нем от базо-
вых поверхностей ме-
ханической обработки отливки.
При этом условии контроль
обеспечит соответствие разме-
Фиг. 318. Предельная мерительная
головка:
1 — корпус; 2 — мерительный штифт;
3 — шпилька; 4 — пружина; 5 — рычаг;
6 — контактный штифт; 7 — контролируемая
отливка; 8 - корпус контрольного приспособ-
ления.
Фиг. 319. Контрольное мерительное при-
способление для отливки ступицы колеса
грузового автомобиля ЗИС-5:
1 — упоры; 2 — кулачок; 3 — кольцо; 4 — верхняя
съемная часть приспособления; 5 — хвост;
6 — скалка; 7, 5, 9, 10 — ступенчатые меритель-
ные головки; //—-вращающийся ролик; 12, 13,
14; 15, 16 — пружины; 17 — палец.
ров отливки требующимся припускам на механическую обработку
детали.
В качестве примера на фиг. 319 показано приспособление для
контроля геометрии отливки ступицы колеса грузового автомобиля.
Ступица обрабатывается на многошпиндельном вертикальном токар-
ном полуавтомате, на котором устанавливается на три опорных штиф-
та плоскостями бобышек и центрируется в трехкулачковом патроне,
кулачки которого зажимают малый хвостовик отливки. В соответ-
ствии с этим в контрольном мерительном приспособлении ступица
устанавливается бобышками фланца на три упора /ив этом поло-
жении закрепляется центрирующими кулачками 2 при помощи кольца
3 и поворотной рукоятки. Затем на контрольное приспособление
устанавливается его верхняя съемная часть 4. При контроле отливки
эта верхняя часть приспособления поворачивается вокруг оси, пере-
давая от контактирующих с отливкой вращающихся роликов все
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК
487
отклонения проверяемых размеров отливки на концы штифтов пре-
дельных мерительных головок.
Контрольные приспособления должны систематически проверять-
ся, для чего необходимо иметь эталонные отливки. Эталонные
отливки изготовляются путем отбора после механической обработки
вполне годных и тщательно проверенных деталей с последующей
наделкой на обработанные поверхности стальных пластин с тол-
щиной, равной величине припуска на обработку с допуском. Помимо
своего прямого назначения, контрольные мерительные приспособле-
ния оказывают незаменимую помощь при исправлении дефектного
литья, так как точно показывают места перекосов, раздутий и пр.
Зачисткой или наваркой дефектных мест такую отливку можно при- .
вести в соответствие с нормальной и таким образом обеспечить ее
годность после механической обработки.
Контроль герметичности отливок произво-
дится с помощью их гидравлического испытания, или гидропробы.
При гидропробе отверстия полости отливки заглушаются соответ-
ствующими заглушками с резиновыми прокладками. В большинстве
случаев это делается путем зажима отливки в специальное приспо-
собление. В качестве жидкости применяется вода. Давление при
гидропробе, в зависимости от условий службы детали, может быть от
нескольких атмосфер до нескольких десятков и даже сотен атмосфер.
К числу главнейших современных физических методов
дефектоскопии отливок относятся магнитная дефекто-
скопия, просвечивание и прозвучивание отливок.
Магнитный метод выявления дефектов
заключается в намагничении (с помощью электромагнита постоян-
ного или переменного тока) контролируемой детали и обсыпании ее
поверхности (во время намагничения или после него) магнитным
порошком, например магнитной окисью железа. Порошок может
наноситься также в виде суспензии в той или иной жидкости (мине-
ральные масла, вода со спиртом и др.). В тех местах отливки, где
в глубине ее тела имеются дефекты в виде раковин, крупных неметал-
лических включений, трещин, магнитное поле (или же поле остаточ-
ного магнетизма) отливки искажается. Магнитные силовые линии
против этих мест выходят на поверхность отливки; магнитный поро-
шок в этих местах пристанет к отливке и расположение дефекта
тем самым будет выявлено. Метод магнитных порошков в ряде слу-
чаев может оказаться достаточно эффективным. Однако следует
заметить, что этим методом четко выявляются лишь такие достаточно
крупные дефекты, которые расположены поперек по отношению
к направлению магнитных силовых линий в детали. Глубинное дей-.
ствие метода магнитных порошков возрастает при намагничении
Деталей постоянным током и применении не сухих порошков, а
суспензий.
Просвечивание отливок с целью выявления в них дефектов
производится с помощью рентгеновских лучей и гамма-лучей. Рентге-
488
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
новские лучи и гамма-лучи представляют собой чрезвычайно коротко-
волновые электромагнитные невидимые лучи, различающиеся между
собой длиной волны. Рентгеновские лучи имеют более длинные
волны, в пределах 10“б до 10“10 см, а гамма-лучи имеют более
короткие волны, в пределах 10“9 до 10“10 см. Гамма-лучи обладают
большей энергией и являются «более жесткими» по сравнению с «более
мягкими» рентгеновскими лучами. Проникающая через толщу
металла способность гамма-лучей больше, чем у лучей Рентгена.
Подобно световым лучам, рентгеновские лучи и гамма-лучи дей-
ствуют на фотографическую эмульсию, на чем основано фотографи-
рование дефектов при просвечивании отливок. Лучи, прошедшие
сквозь дефект, оказываются менее ослабленными по сравнению
с соседними лучами, прошедшими сквозь всю толщу сплошного
металла контролируемого изделия. Поэтому дефект на снимке будет
отражен в виде более темного пятна. Картину просвечивания можно
наблюдать и визуально на флюоресцирующем экране в затемненной
камере.
Рентгеновские лучи получаются в рентгеновской трубке, устрой-
ство которой известно из курса физики. Излучение рентгеновской
трубки направлено только в одну сторону. Поэтому просвечивать
рентгеновскими лучами можно одновременно только отливки, рас-
полагаемые перед трубкой по одну сторону от нее.
Гамма-лучи для просвечивания изделий при контроле получают
с помощью контейнеров, содержащих радиоактивные элементы —
обычно изотопы кобальта или иридия. Эти радиоактивные изотопы
получают искусственно, с помощью облучения обычных, не радио-
активных, кобальта и иридия мощными потоками нейтронов в атом-
ном котле. Искусственные радиоактивные изотопы во много раз
дешевле естественных радиоактивных элементов и в настоящее время
широко применяются для целей дефектоскопии.
Контейнеры, применяющиеся для просвечивания, представляют
собой залитую свинцом стальную коробку грушевидной формы с
осевой трубкой. Радиоактивный препарат (источник излучения)
хранится в трубке в центре контейнера, и для просвечивания выдви-
гается из трубки и корпуса контейнера наружу вручную или с
помощью ходового винта, приводимого от мотора (фиг. 320). Аппарат
для просвечивания с контейнером, содержащим радиоактивный
изотоп, должен иметь дистанционное управление. При пользовании
подобными аппаратами должны строжайше соблюдаться специальные
правила техники безопасности, так как радиоактивное излучение
на близких расстояниях и в больших дозах весьма опасно для чело-
веческого организма. Современные аппараты для гаммма-дефектоско-
пии могут просвечивать большие толщины металла —до 250 мм в
переводе на сталь. Так как излучение радиоактивного препарата
направлено во все стороны, то с помощью гамма-лучей можно
просвечивать одновременно несколько отливок, располагаемых
вокруг дефектоскопа.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК
489
Для прозвучивания отливок с целью выявления дефек-
тов могут быть применены ультразвуковые волны. Ультра-
звуковые волны не слышны человеческим ухом. Они имеют высокую
частоту — свыше 20 тыс. колебаний в секунду. Ультразвук легко
распространяется в толще металла контролируемой детали. Проходя
через дефект, ультразвук ослабляется, так что за дефектом полу-
чается от него «звуковая тень». Однако в современной дефектоскопии
используется другой метод обнаружения дефектов, основанный на
отражении импульсов ультразвука от поверхности дефекта.
Фиг. 320. Схема контейнера с радиоактивным препаратом для гамма-
дефектоскопии:
/ — стальной кожух; 2 — мотор; 3 — ходовая гайка; 4 — кожух; 5 — ходовой винт;
6 — направляющая; 7 — свинцовая заливка; 8 — пробка; 9 — радиоактивный источник.
В толщу изделия посылаются отдельные порции, импульсы
ультразвуковых волн. Они отражаются от поверхности дефекта и
возвращаются назад, где улавливаются специальным приемником.
По величине времени, прошедшего от посылки прямого импульса до
возвращения отраженного импульса, можно определить путь, прой-
денный импульсом в толще металла, т. е. определить месторасполо-
жение дефекта. Этот принцип радиолокации использован в совре-
менном импульсном ультразвуковом дефектоскопе ЦНИИТМАШ.
Ультразвуковые колебания возбуждаются с помощью пьезоквар-
цевой пластинки, к которой подводится напряжение от высокоча-
стотного генератора. Под действием переменного эектрического на-
пряжения кварцевая пластинка колеблется с той же частотой, что
и напряжение. Пластинка вделана в особый щуп (фиг. 321), прижимае-
мый к поверхности контролируемой отливки. Колебания пластинки
через жидкость (масло) в резиновой оболочке передаются в металл
отливки. Приемник имеет аналогичный принцип устройства. Вместо
пьезокварцевых пластинок в настоящее время применяются также
пьезо-пластинки из титаната бария, обладающего, как и кварц, спо-
490
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
собностью давать деформации при приложении электрического по-
тенциала. Ультразвуковая импульсная дефектоскопия позволяет
более четко выявлять дефекты в массивных деталях простой конфи-
гурации, нежели в тонкостенных деталях сложной формы.
Контроль механических свойств металла
отливок может производиться как путем испытания непосред-
ственно самих отливок, так и на образцах, вырезанных из отли-
вок, но чаще всего производится на образцах, формуемых и за-
ливаемых отдельно от отливок. Наиболее правильное и надежное
суждение о механических свойствах металла отливок можно иметь
Фиг. 321. Щуп для
ультразвукового им-
пульсного прозвучи-
вания отливок:
1 — корпус; 2 - резиновая
пленка; 3 — жидкость;
4 — пьезопластинка;
5 — выводной контакт.
на основании непосредственного испытания
самих отливок. Для испытания на твердость
мелких отливок могут быть применены приборы
Бринеля, Роквелла и др. Известный прибор
Польди может быть использован для испыта-
ния на твердость крупных отливок. В некото-
рых случаях при приемке ответственных отли-
вок можно производить непосредственное испы-
тание их на прочность, например, на ударную
нагрузку под копром. Испытание на прочность
и твердость образцов, вырезаемых из отливок,
также дает вполне надежное суждение о каче-
стве металла отливок. Что касается испытания
отдельно отливаемых образцов, то для соответ-
ствия структуры и свойств металла образца и
отливки необходимо соблюдение идентичных
условий кристаллизации и структурообразования в отливке и
образце. Достижение такого соответствия далеко не всегда воз-
можно, и поэтому указанные испытания, хотя они наиболее рас-
пространены в практике, обычно могут дать лишь некоторое услов-
ное представление о свойствах металла в контролируемых и при-
нимаемых отливках.
Выявление или оценка структуры металла в отливках, или
структуроскопия отливок, помимо обычного метода
металлографического исследования на шлифах, вырезаемых из
контролируемых отливок, может также производиться и без разруше-
ния отливки, с помощью физических методов контроля. В приложе-
нии к литью из черных сплавов из таких методов наибольшее значе-
ние имеют магнитные методы, при которых чаще всего проверяется
либо магнитная проницаемость отливок, либо коэрцитивная сила.
Различные структурные составляющие черных сплавов имеют раз-
ную магнитную проницаемость. Наибольшей магнитной прони-
цаемостью обладает феррит, перлит—значительно худшей, а це-
ментит—еще более низкой проницаемостью. Если, например, отливка
должна иметь ферритную металлическую массу, то включения пер-
лита, а тем более структурно свободного цементита будут снижать
ее магнитную проницаемость, Контрольный прибор для приемки
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК
491
отливок данной формы и размеров по магнитной проницаемости пред-
ставляет собой соленоид, внутрь которого помещается проверяемая
отливка. В зависимости от ее магнитной проницаемости, получится
та или иная величина магнитной индукции поля. Приборы такого
типа строятся по принципу «магнитных весов» — имеют второй
такой же соленоид, в который закладывается эталонная отливка с
нормальной структурой металла. Стрелка
«весов» — эффект разности величин магнит-
ной проницаемости сравниваемых эталонной
и испытуемой отливок.
Такого рода приборы и метод контроля
могут быть использованы применительно
только к отливкам одной и той же опре-
деленной формы и размеров, так как при
этом оценивается магнитная проницаемость
всей отливки в целом.
Оценка структуры металла отливок по ко-
эрцитивной силе может производиться
с помощью прибора, называемого приставным
коэрцитиметром (фиг. 322). Прибор ставится
наконечниками электромагнита на поверх-
ность проверяемой отливки. Включается по-
стоянный ток в намагничивающие катушки.
Участок отливки под наконечниками намаг-
нитился. Потом ток из катушек выключается.
В металле отливки под наконечниками элек-
тромагнита осталось некоторое магнитное
поле — остаточный магнитизм.
показывает дебаланс
Фиг. 322. Принципиаль-
ная схема приставного
коэрцитиметра:
1 — контролируемая отливка;
2 — намагничивающие катуш-
ки; 3 — подвижная рамка со
стрелкой; 4 — сердечник
электромагнита.
намагничения, данный
Чтобы уничтожить это поле остаточного
участок отливки надо размагнитить, для чего через катушки электро-
магнита надо пропустить ток обратного направления. Чем больше
нужна сила тока для полного размагничивания, тем больше коэрци-
тивная, или задерживающая, сила металла отливки. Феррит имеет
наименьшую коэрцитивную силу, перлит — значительно более высо-
кую, цементит — наибольшую. Для контроля степени намагни-
ченности или размагниченности участка отливки, находящегося под
ножками электромагнита, служит подвижная рамка со стрелкой
(и катушкой), которая поворачивается на больший или меньший
угол вправо или влево под действием магнитных силовых линий,
проходящих через сердечник электромагнита от металла отливки.
Коэрцитиметр дает возможность местного контроля состоя-
ния структуры металла в отливке, на данном небольшом участке
отливки, в глубине ее тела. Таким образом, этот метод не связан
с конфигурацией отливки и может применяться к отливкам разно-
образной формы. По данным исследования В. С. Мысовского, кон-
троль отливок ковкого чугуна в производственных условиях на
Горьковском автозаводе имени Молотова позволил отказаться от
492
ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ЛИТЬЯ
более трудоемкого и неудобного в условиях потока метода бринели-
рования отливок и дает возможность вполне надежно судить о пол-
ноте отжига и надлежащей структуре металла в отливках.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник мастера по чугунному литью (под ред. проф. Н. Г. Гиршо-
вича), Машгиз, 1953.
2. Проф. Берг П. П., Проверка качества отливок, Машгиз, 1950.
3. Таточенко Л. К. и Медведев С. В., Промышленная гамма-
дефектоскопия, Металлургиздат, 1955.
4. Проф. Красюк Б. А., Современные методы дефектоскопии металлов,
Трудрезервиздат, 1953.
ГЛАВА 111
ЛИТЕЙНЫЙ БРАК И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
Брак отливок есть отклонение от нормированных свойств. На
практике нет единообразных норм качества отливок, и поэтому
отливка с одним и тем же дефектом в зависимости от ее назначения
может быть допущена к приемке или забракована.
Сложность борьбы с браком в литейном производстве заключается
в том, что один и тот же вид брака может быть вызван рядом причин
и одна и та же причина может повлечь за собой несколько видов
брака. Борьба с браком должна вестись как по линии технологиче-
ской—путем внедрения правильной технологии и культуры произ-
водства, применения соответствующих материалов, приспособлений
и т. д., так и в неменьшей степени путем организационных мероприя-
тий, без которых невозможна никакая планомерная борьба с браком,
систематическое его снижение и закрепление достигнутых результа-
тов. К организационным мероприятиям относятся установка техни-
ческой документации в отношении учета и контроля брака, правиль-
ная расстановка и подбор кадров, руководство этими кадрами, дове-
дение причин брака до конкретных бракоделов, ликвидация обез-
лички в изготовлении деталей, уточнение технических условий на
приемку литья и т. д.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНОГО БРАКА
В табл. 84 приведена классификация литейного брака по
ГОСТ 2612-44. Рассмотрим основные виды брака и причины их
образования.
Газовые раковины представляют собой пузыри воздуха или
газов, выделяющихся в форме, которые не успели выйти и остались в
теле отливки. Газовые раковины отличаются от раковин других видов
тем, что они имеют гладкую поверхность и закругленную форму,
без резких углов и выступов. Газовые раковины чаще всего полу-
чаются под внешней коркой металла и обнаруживаются при механи-
ческой обработке, иногда только на последней, чистовой операции.
Газовые раковины могут получиться из-за несоответствующего
качества формовочной земли, неправильной формовки, изготовле-
ния стержней и сборки формы, из-за недосушки формы и стержней,
неправильной литниковой системы и заливки, а также во вине
металла и непросушенных ковшей.
494
Литейный брак и конструирование отливок
Таблица 84
Классификация литейного брака
по ГОСТ 2612-44
Обозначение (шифр) Вид брака Обозначение (шифр) Вид брака
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 Заливы Коробление Корольки Наросты Недолив Отбел Пригар Раковины газовые Раковины земляные Раковины усадочные Раковины шлаковые Рыхлоты и пористость I Спай Трещины горячие 15 16 17 18 19 20 21 22 Трещины холодные Ужимины Несоответствие ме- талла техническим усло- виям по химическому составу То же, по микро- структуре То же, по физико- механическим свойствам Несоответствие раз- меров и конфигурации отливки чертежам Несоответствие веса отливки техническим условиям Механические повреж- дения отливки
Если формовочная земля имеет недостаточную газопроницаемость
или излишнюю влажность, излишнее количество угля, то не все обра-
зующиеся в форме газы могут успеть выйти через стенки формы: часть
их пойдет через металл и может в нем остаться, образуя газовые рако-
вины. Излишнее местное увлажнение формы при ее исправлении или
перед выниманием модели также может повести к образованию газо-
вых раковин. Недостаточная вентиляция форм и стержней, неправиль-
ный вывод вентиляционных каналов, небрежная сборка формы, при
которой эти каналы недостаточно защищаются от проникания в них
металла, слишком крепкая набивка — все эти небрежности в работе
могут дать брак по газовым раковинам. Недосушка форм и стержней
при сухой формовке часто является причиной газовых раковин.
Неправильный подвод металла, заливка с неполным литником или
перерывами струи ведут к захлестыванию металлом воздуха и про-
никанию его в форму, откуда он может не успеть выйти наружу.
Недосушенные ковши также влекут за собой брак по газовым рако-
винам. Наконец, газовые раковины и пористость в чугунных отлив-
ках могут образоваться по вине насыщенного газами или окисленного
металла, получившегося вследствие неправильного ведения про-
цесса плавки в вагранке (слишком высокое давление или избыток
дутья, низкая холостая колоша) или при употреблении в шихту
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНОГО БРАКА
495
чушковых чугунов с плохой наследственностью. В таком случае
для раскисления металла в ковш под струю надо давать небольшое
количество (до 0,5%) порошкообразного ферросилиция и вы-
держивать после этого металл в течение нескольких минут. Часто
газовые раковины получаются по вине «холодного» металла, имею-
щего недостаточно высокую температуру заливки. Такой металл
быстро густеет в форме, и газовые пузырьки легко в нем запуты-
ваются.
Усадочные раковины получаются вследствие недо-
статочности питания отливки в местах скопления металла, остываю-
щих позднее прилегающих частей, и отличаются неправильной
формой и изрытой, негладкой поверхностью, большей частью оки-
сленной. Кроме больших усадочных раковин, часто встречается уса-
дочная рыхлота и пористость в виде множества мелких раковин
и пор.
Причины, вызывающие усадочные раковины и рыхлоту, сводятся
в основном к неправильной конструкции отливок и неправильной
установке литников и прибылей, заливке слишком горячим металлом
и к неправильному составу металла, обладающего повышенной
усадкой. В особенности большое значение имеет борьба с усадоч-
ными раковинами для отливок из сплавов с повышенной усадкой
(ковкий чугун, стальное литье).
Земляные раковины представляют собой кусочки
земли, включенные в тело отливки. Причинами этого вида брака
могут быть недостаточная прочность формовочной земли (обвалы,
смыв земли струей металла), небрежная формовка и сборка формы,
неправильная литниковая система и заливка, когда струя металла,
попадая из ковша в литниковую чашу или по литнику в полость
формы, размывает и разрушает форму. Земляные раковины могут
получиться также при слишком крепкой и неравномерной набивке,
когда данный участок формы не пропускает всех образующихся
газов и металл бурлит, разрушая поверхность формы, а также при
слишком слабой набивке, особенно выступающих частей формы.
Шлаковые раковины представляют собой включения
шлака в хгеле отливки, попавшего в форму из ковша. Причинами
этого вида брака является недостаточно тщательная очистка металла
от шлака в ковше или плавильной печи, неправильная заливка
(перерывы, неполный литник) и неправильная конструкция литни-.
ковой системы.
Горячие трещины в отливках получаются при высокой
температуре и имеют окисленную поверхность, тогда как холод-
ные трещины образуются при более низких температурах и
имеют светлую металлическую неокисленную поверхность. Обычно
горячие трещины имеют значительную ширину и сравнительно
небольшую глубину и представляют собой надрывы в отливке, а
холодные трещины чаще бывают волосными и распространяются
на большую глубину.
496
ЛИТЕЙНЫЙ БРАК И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
Горячие трещины получаются вследствие повышенной усадки и
красноломкости металла, неправильного подвода литников, веду-
щего к местному разогреву формы и неравномерной усадке отливки
при заливке слишком горячим металлом, а также из-за торможения
усадки сопротивлением неподатливых стержней и участков формы и
слишком ранней выбивки отливки. Усадочные трещины чаще всего
возникают из-за неправильной конструкции отливки, не обепечи-
вающей одновременности усадки различных ее частей. Холодные
трещины могут быть результатом как усадки, так и чисто меха-
нического повреждения отливок при выбивке форм и стержней, а
также во время очистки и транспортировании. Горячие трещины
в отливках образуются, как правило, в утолщенных местах, а
холодные — в тонких сечениях.
Коробление отливок получается вследствие неравно-
мерной толщины их стенок при неодновременной усадке отдельных
частей отливки. Меры борьбы с короблением — улучшение кон-
струкции отливки, обеспечивающее более равномерное ее охлажде-
ние, придание конструкции отливки большей жесткости, применение
холодильников для ускорения охлаждения массивных узлов от-
ливки.
Корольки —это отдельно затвердевшие, плохо сварившиеся с
отливкой капли чугуна, попавшие в форму первыми. Такие капли
чугуна, попадающие в металлическую форму, обычно затвердевают
в виде белого чугуна и при механической обработке детали на станке
могут послужить причиной преждевременного выхода из строя
режущего инструмента.
Спай получается, если встречающиеся в форме струи металла
не свариваются или плохо свариваются. Недолив образуется в том
случае, когда металл лишь частично заполняет форму. Причинами
спаев и недоливов является в первую очередь холодный или вообще
недостаточно жидкотекучий (например, высокосернистый) металл.
Кроме того, брак этих видов часто получается из-за неправильного
подвода металла и при слишком большом образовании в форме
газов, которые не дают металлу заполнить все полости формы. Сюда
относится переувлажнение земли, слишком большое количество
угля в земле, ее малая газопроницаемость, слишком плотная набивка,
недостаточная или неправильная вентиляция формы. Недолив также
может получиться вследствие небрежной сборки, когда оставленный
в форме мусор или обвалившиеся куски формы закупоривают часть
полости формы и не дают пройти туда металлу, а также при непра-
вильной нагрузке формы, когда металл уходит через щель по разъему
и не заполняет отливку.
Перекосом называется снос верхней части формы относитель-
но нижней части или стержня относительно формы, в результате чего
отливка получается неправильной, со сдвигом или сносом одной
части ее относительно другой. Брак по перекосу получается вслед-
ствие неправильной центрировки опок из-за износа штырей и втулок
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНОГО БРАКА
497
и несоответствия размеров знаков на модели и в стержневых ящиках,
а также из-за припиливания знаков стержней при сборке.
Местные раздутия отливки и наросты получаются главным
образом из-за слишком слабой набивки формы и иногда при неправиль-
ном подводе металла, когда он входит в форму с ударом. При фор-
мовке на встряхивающих машинах причиной появления местных
раздутий часто бывает неправильная конструкция крестовин опоки,
когда концы их сделаны слишком толстыми и не сходят постепенно
на-нет, как это требуется при уплотнении встряхиванием. Иногда и
под правильными крестовинами может получиться раздутие отливки
из-за небрежной очистки крестовин во
время выбивки от приставшей к ним
земли.
Заливы на отливке по плоскости
разъема формы, а также по стержневым
знакам получаются вследствие излит-
них зазоров по знакам, при непра-
вильной отделке формы или при недо-
статочной ее нагрузке (заливы на
разъеме).
Ужимины представляют собой не-
правильной формы канавки на поверх-
Фиг. 323. Схема сечения от-
ливки с ужиминой:
/ — нарост металла; 2 — канавка, за-
полненная формовочной землей;
3 — отливка; 4 — форма.
ности отливки, заполненные формовочной землей 2 (фиг. 323)
и обычно закрытые сверху корочками или наростами металла 1.
Ужимины образуются, как правило, на плоских больших поверх-
ностях отливок, обращенных при заливке кверху, и при плотной
набивке формы. Причиной образования ужимин является расши-
рение поверхностных слоев формы при нагреве вошедшим в форму
металлом, вследствие чего получается отслаивание и выпучивание
этих слоев. Жидкий металл прорывает такую отслаивающуюся
корочку, заходит под нее и там остается, образуя нарост.
Наиболее действенной мерой борьбы с образованием ужимин
является нанесение на поверхности формы рисок или бороздок при
помощи ланцета. Эти риски должны наноситься в виде сетки пере-
секающихся линий. Разделяя поверхность формы на небольшие
участки, риски служат как бы температурными швами для поверх-
ностной корочки земли и тем препятствуют ее сжатию и отслаива-
нию. Выпуклые отпечатки рисок на самой отливке обычно не ме-
шают ее работе и их можно не сошлифовывать при очистке.
Общее несоответствие размеров отливки
чертежу получается из-за неправильной модели или из-за
неправильного состава металла, вызывающего ненормальную усадку.
Коробление неравномерно остывающей отливки вследствие усадки
часто также ведет к забракованию ее по несоответствию размеров.
Несоответствие качества металла в отливках
в отношении механических свойств и структуры может получиться
из-за неправильного состава или температуры металла, неправиль-
32 Аксенов 1956
498
ЛИТЕЙНЫЙ БРАК И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
ной шихтовки, плавки и анализа сырья, из-за несоответствующего
режима термической обработки. Обычно химический состав металла
не входит в технические условия на литье (хотя встречаются и
исключения) и от отливок требуются лишь определенные механи-
ческие свойства металла.
2. ИСПРАВЛЕНИЕ ДЕФЕКТНОГО ЛИТЬЯ
Нередко отливку бракуют из-за незначительных дефектов на
неответственных поверхностях, которые могут быть допущены
или легко исправлены без всякого ущерба для службы изделия.
Часто встречающееся предубеждение против исправления литья
наносит значительный ущерб народному хозяйству страны. При
надлежащей постановке исправления дефектов окончательный
брак литья может быть уменьшен по крайней мере вдвое. Отделе-
ние по исправлению дефектного литья в литейном цехе следует рас-
сматривать как закономерное и нормально функционирующее в
системе производства. На отечественных передовых заводах имеются
такие отделения. При этом, однако, следует принять ряд мер к стиму-
лированию выпуска литья, не нуждающегося в исправлениях.
Методы исправления литья и допускаемые к исправлению дефекты
также должны быть регламентированы и согласованы с заводами-
потребителями литья. Рассмотрим основные методы исправления
дефектов литья в зависимости от их характера и условий службы
детали.
Дефекты на неответственные части детали, не имеющей декоратив-
ного значения (не видной в машине или изделии), могут допускаться
к приемке без всякого исправления.
Дефекты в виде раковин на неответственной части детали, но
имеющей декоративное значение,при допустимых размерах их могут
быть заделаны замазкой. Рецепты замазок, применяемых для этой
цели, весьма разнообразны. Из составов замазки для чугунного
литья приводим следующие: 1) 2,5 части нашатыря, 13 частей воды,
81 часть молотой железной стружки, 1 часть серы и 2,5 части уксус-
ной кислоты; 2) 80 частей чугунной стружки и 10—20 частей окиси
магния в порошке, замешанные с насыщенным раствором хлори-
стого магния до получения крутого теста.
Незначительная течь («пот», «роса») на деталях при гидравли-
ческом испытании в ряде случаев также может быть допущена к
исправлению. Подобную пористость чугунных деталей, работающих
при небольшом давлении, устраняют погружением или заливкой
раствором хлористого аммония (нашатыря) в воде, иногда с добавкой
растертой в порошок чугунной стружки.
Пористость отливок, работающих под более значительным давле-
нием, устраняется запрессовкой в поры различных растворов под
давлением. Так, для этой цели раствор углекислого натрия в воде
(1:1) запрессовывают в пористое место под давлением 4—5-ати из
ИСПРАВЛЕНИЕ ДЕФЕКТНОГО ЛИТЬЯ
499
Фиг. 324. Схема наплавки недоли-
той детали жидким металлом:
1 — стержни; 2 — приямок для слива ме-
талла; 3 — отверстие для слива металла.
небольшой коробки, соединенной со шлангом и укрепляемой на
отливке на резиновых прокладках. Когда раствор начинает проса-
чиваться через поры, то, не прекращая давления, нагревают это
место отливки с противоположной стороны горелкой в течение 5—
б мин., пока не прекратится просачивание. На одном заводе рых-
лоту полостей водяного охлаждения тракторных двигателей запрес-
совывали следующим составом: 1000 г воды, 100 г железного сурика,
42 г селитры (NaNO3) и 70 г хлорного железа. Запрессовку производят
под давлением 2—5 ати с выдержкой 10—15 сек. и последующей
выдержкой отливки на воздухе без раствора в течение 2—3 час. На
другом заводе у чугунных, бронзо-
вых и алюминиевых отливок неболь-
шую течь при гидравлической пробе
устраняли запрессовкой бакелито-
вого лака под давлением 25—30 ати
до прекращения течи или просачива-
ния лака. После пропитки лаком дета-
ли подвергают сушке при комнатной
температуре в течение 48 час., а за-
тем нагреву в печи до 100° в течение 1
часа, нагреву от 100 до 170—180°
в течение 1т/2 час., выдержке в тече-
ние 2 час. и охлаждению с печью до
100°. Запрессовку бакелитового лака
производят после механической обработки деталей.
В случае недолива крупной отливки дефектное место иногда
может быть допущено к исправлению путем наварки, или наплавки,
жидким чугуном. Для этого дефектную часть тщательно очищают,
обкладывают стержнями 1 (фиг. 324), образующими форму для
недолитой части отливки, и устраивают приямок 2 для слива металла.
Заформованное место отливки перед наваркой разогревают пропу-
сканием перегретого расплавленного чугуна, затем отверстие 3
заделывают и оставляют застыть форму, заполненную металлом.
Для более равномерного охлаждения отливку продолжают подо-
гревать коксом или древесным углем или при помощи горелок.
После наварки деталь рекомендуется отжечь.
Дефекты на отливках, испытывающих механическую нагрузку,
наиболее надежно исправляют при помощи газовой (кислородо-ацети-
леновой) заварки и электрозаварки. При этом газовую заварку
применяют почти исключительно для исправления отливок до обра-
ботки, так как обычно она требует предварительного разогрева
отливок, а электрозаварку —для исправления как литейных дефек-
тов, так и полученных при механической обработке; в большинстве
случаев отливка при этом не подогревается.
Газовая заварка производится присадочными прутками из чугуна
Или латуни. Примерный состав чугунных прутков: 3,6% С, 3,0% Si,
0,5% Мп, 0,5% Р, до 0,1% S, а латунных: 0,5—1,5% Sn, 35—40% Zn.
32*
500
ЛИТЕЙНЫЙ БРАК И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
При заварке чугунных отливок обязательно применение флюса,
состоящего обычно из буры, соды и жидкого стекла.
Перед заваркой острые кромки раковины или трещины должны
быть скошены под углом 45° на глубину не менее 3 мм, а поверхность
раковины тщательно очищена. Перед заваркой отливки равномерно
подогреваются примерно до 550°. Охлаждение после заварки во
избежание возникновения больших внутренних напряжений должно
производиться медленно, лучше всего в специальной методиче-
ской печи или в специальных ящиках — термосах с теплоизоля-
цией.
Электрозаварка, или дуговая заварка, производится при по-
мощи аппаратов как переменного тока с трансформаторами, так и
Фиг. 325. Подготовка детали к электроза-
варке (а) и наплавка валиков на дно раковины
при заварке (б).
постоянного тока с мотор-
генераторами. В качестве
электродов применяют
прутки из разнообразных
материалов. На некоторых
автозаводах для электро-
зЯварки блоков цилиндров
применяют электроды из
монель-металла (68% Ni и
30% Си).
При подготовке завариваемого места для передачи напряжений
более глубоким слоям чугуна применяют постановку железных шпи-
лек на резьбе, а также вырубку и высверливание канавок и отвер-
стий в теле отливки (фиг. 325, а). При заварке сначала покрывают
валиками кромки шва и дно раковины (фиг. 325, б). Перед наклады-
ванием каждого следующего валика очищают зубилом и щеткой
предыдущий валик от шлаков. Второй слой валиков пристает уже
очень прочно.
Для большей плотности исправленных при помощи электроза-
варки мест деталей, подвергающихся гидравлической пробе (напри-
мер, стенки водяной рубашки автоблока), в ряде случаев приме-
няют металлизацию при помощи специальных аппаратов. Для метал-
лизации применяется цинковая, стальная (0,3—0,4% С) и другая
проволока. Перед металлизацией поверхность тщательно очищается
дробеструйным или пескоструйным аппаратом.
Некоторые дефекты литья — сквозные раковины (даже на таких
ответственных поверхностях, как рабочее зеркало цилиндра авто-
блока), сорванные резьбы и резьбы завешенных диаметров — могут
быть исправлены путем установки пробок и втулок на резьбе с
натягом. Часто пробки после постановки дополнительно привари-
ваются. Пробки перед установкой погружают в специальный состав
для придания им газо- и водонепроницаемости. Для этой цели,
например, применяют состав из 97 частей РЬО и 2 частей РЬдОг»
перед применением его размешивают в техническом глицерине до
тестообразного состояния.
ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ отливок
501
3. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ОТЛИВОК
Литейный брак часто получается из-за неправильной конструк-
ции отливки, запроектированной без учета особенностей технологи-
ческого процесса. Поэтому конструктор всегда должен иметь в виду
те требования, которые литейщик предъявляет к конструкции детали
и которые почти всегда можно удовлетворить без всякого ущерба
для службы детали. При конструировании отливки нужно учиты-
вать: 1) литейные свойства металла (усадку, жидкотекучесть, лик-
вацию); 2) габариты отливки — необходимость обеспечить удобство
и экономичность ее формовки; 3) конструкцию литейной формы —
Фиг. 326. Уменьшение габаритов Фиг. 327. Конструкция сечения детали при
кронштейна: формовке по модели (а) и по шаблону (б, я).
а — излишне увеличенный габарит;
б — уменьшенный габарит детали.
разъем модели, уклоны, возможность выема модели, конструкцию
стержневых ящиков и стержней, вентиляцию стержней и крепление
их в форме; 4) процесс заливки и необходимость избегать неметалли-
ческих включений. Кроме того, необходимо обеспечить: 1) удобную
сборку формы; 2) удобную очистку отливки; 3) удобную механи-
ческую обработку детали и удобное расположение базовых мест.
Литейные свойства сплавов и возникновение в отливках внутрен-
них напряжений, коробления и усадочных раковин подробно были
рассмотрены выше.
Отливки следует конструировать по возможности компактными,
чтобы опоки были меньших габаритов и расход формовочных материа-
лов был меньше. Это требование часто удается выполнить без ущерба
Для службы детали. На фиг. 326 показаны две конструкции крон-
штейна, причем габарит конструкции по варианту б на величину I
меньше габарита конструкции по варианту а, что совершенно не
Ухудшает работоспособности детали.
При формовке отливки по модели надо заранее при ее конструи-
ровании предусмотреть для соответствующих ее стенок необходимые
Уклоны (фиг. 327, а). При формовке же аналогичной отливки по
шаблону уклоны на вертикальных стенках не нужны (фиг. 327, б и в).
Конструкторы часто стремятся закруглять все кромки и углы
отливки, что иногда создает излишние трудности и усложняет фор-
мовку и конструкцию модели. Так, при выполнении кромки в диске
502
ЛИТЕЙНЫЙ БРАК и КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
Фиг. 328. 'Эксцентрик "с нескруглен-
ными кромками (а) формуется проще,
чем при скруглении кромок (б).
эксцентрика с закруглением приходится делать разъем по центру
этого закругления (фиг. 328, 6), что усложняет формовку. Отсутствие
же закругления упрощает изготовление детали (фиг. 328, а).
Ребра жесткости не следует располагать слишком близко друг
к другу, потому что в этом случае даже при наличии значительных
уклонов часто получается срыв земляных болванов при выеме модели.
При конструировании отливки необходимо проверить, возможен
ли выем модели из формы, причем надо стараться обойтись одной
плоскостью разъема формы и избегать, если можно, применения
стержней, удорожающих деталь.
На фиг. 329, а показана непра-
вильная конструкция крышки
подшипника. Ее пришлось бы фор-
мовать либо с отъемными частями
у модели, либо с внешними стерж-
нями, и отверстия для болтов
также потребовали бы стержней.
На фиг. 329, б показана правиль-
ная конструкция той же крышки,
которая формуется по чистой мо-
дели, без стержней.
Конструкция плитки в четы-
рех вариантах с обрабатываемыми
приливами и с ребрами жесткости изображена нафиг. 330. Конструк-
ция 1 допускает формовку плитки лишь с применением стержней для
образования выступов и ребер. Конструкция 2 позволяет обойтись
без стержней; разъем формы и модели может быть сделан по оси ребер
жесткости, число которых здесь с четырех уменьшено до двух.
Однако при этом тонкие земляные болваны между приливами 5 и
телом плиты ненадежны и легко могут обвалиться при выеме модели.
В конструкции 3 приливы 5 продолжены до тела плиты, что позво-
лило бы осуществить выем цельной модели по стрелке 6 и сделать
разъем формы по гладкой (нижней) плоскости плиты. Однако здесь
не учтены припуски на обработку 7 и 8, которые делают такой выем
невозможным. Наконец, конструкция 4 запроектирована с учетом
всех требований в отношении легкого выема модели и позволяет
производить формовку плиты без стержней по цельной модели.
На фиг. 331, а показана цилиндрическая отливка, у которой
патрубок с фланцем заменен фланцем, прилитым непосредственно
к стенке цилиндра, что облегчает выем модели. На фиг. 331, б изо-
бражена часто встречающаяся ошибочная конструкция прилива /,
у которого наружная поверхность сделана в радиальном направле-
нии. Выступающая часть 2 мешает вынуть модель на плоскость
разъема 3—3. На верхней части проекции наружная стенка прилива
очерчена правильно.
На фиг. 332 сплошными линиями показана правильная конструк-
ция бобышки, а пунктиром — неправильная конструкция. При
ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ отливок
Фиг. 329. Правильная (б) и не-
правильная (а) конструкция
крышки подшипника.
Фиг. 331. Изменение конструкции прилива
к цилиндру:
а — замена патрубка с фланцем легко формующимся
приливом; б — прилив 1 неправильно сконструирован,
так как часть 2 модели не вынимается при формовке на
плоскость разъема 3—3.
Фиг. 332. Правильная
(показана сплошными ли-
ниями) и неправильная
(показана пунктиром)
конструкция бобышки:
1 — линия разъема формы.
504
ЛИТЕЙНЫЙ БРАК И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
Фиг. 333. Правильная (б) и неправиль-
ная (а) конструкция тарелки клапана:
/ — направляющие крылья; 2 —выемка, вы-
полняющаяся при механической обработке.
по возможности простыми ДЛЯ
разъеме формы по линии 1 бобышка должна быть продолжена до
фланца, иначе ее пришлось бы делать отъемной.
На фиг. 333, а показана неправильная, а на фиг. 333, б — пра-
вильная конструкция клапанной тарелки. Направляющие крылья
не доходящие до диска тарелки, не
позволяют вынуть модель. В пра-
вильной конструкции эти крылья
продолжены до диска тарелки,
выемка же 2 делается уже рез-
цом при механической обработке.
На фиг. 334 показана кон-
струкция крышки распределитель-
ных шестерен автомобиля, причем
на фиг. 334, а изображена кон-
струкция до изменения, а на
фиг. 334, б — после изменения,
сделанного с целью замены одного
из стержней сырым болваном.
Очертания внутренних поло-
стей отливки надо конструировать
получения простых и дешевых
стержневых ящиков и драйеров.
На фиг. 335 показано, как усложняет конфигурацию стержневого
ящика закругление кромок отверстия, через которое выпускается
знак стержня.
Фиг. 334. Изменение конструкции крышки распреде-
лительных шестерен автомобиля:
1,2 - стержни.
Фигурное сечение ребер жесткости отливки (фиг. 336) не позво-
ляет при изготовлении стержня вынуть эти ребра из ящика в радиаль-
ном направлении. На той же фигуре внизу показаны ребра правиль-
ной конструкции.
Отверстия в отливках для вывода стержневых знаков следует
располагать по возможности в одной плоскости, чтобы можно было
ПРИНЦИПЫ КО! ICTPVIIPOB/M !ИЯ отливок
о
Фиг. 335. Правильная (б) и неправиль-
ная (а) конструкция детали в отношении
стержня.
Фиг. 337. Правильная (б) и не-
правильная (а) конструкция кор-
пуса крана.
Фиг. 336. Упрощение конструк-
ции детали, облегчающее изго-
товление стержня:
а — модели ребер не вынимаются из
стержневого ящика в радиальном на-
правлении; б — модели ребер легко
вынимаются из ящика.
Фиг. 338. Замена консольного
стержня (а) объединенным стерж-
нем на трех опорах (б).
а) б)
Фиг. 340. Правильная (б) и непра-
вильная (а) конструкция деталей в
отношении избежания газовых ра-
ковин и неметаллических вклю-
чений.
Фиг. 339. Отливки неправильной кон-
струкции в отношении сборки формы:
а —- цилиндр, формуемый вертикально по шаб-
лону; б — рама паровой машины с разъемом
формы по линии 1 — /; 1 и 2 —стержни.
506
ЛИТЕЙНЫЙ БРАК И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТЛИВОК
обойтись одной плоскостью разъема формы и избежать вытяжных
знаков и внешних стержней. Изображенная на фиг. 337, а конструк-
ция корпуса крана не удовлетворяет этому условию. На фиг. 337, б
показана правильная конструкция корпуса крана, у которого все
каналы лежат в одной плоскости.
Конструкция отливки должна обеспечить удобство и возможность
сборки формы. Где только возможно, следует избегать применения
жеребеек, особенно в отливках, подвергающихся внутреннему давле-
нию. Консольных стержней на одном знаке, также следует избегать,
так как для устойчивости они должны быть снабжены массивными
знаками, увеличивающими габариты опок и расход формовочных
материалов. На фиг. 338, б показан кронштейн с одним общим
стержнем, заменившим консольный стержень и стержень втулки
(фиг. 338, а). Часто в стенках подобных кронштейнов делают боковые
отверстия, через которые и выводят дополнительные знаки для
стержня.
Детали неправильной конструкции в отношении сборки формы
показаны на фиг. 339. Конструкция цилиндра а при вертикальной
формовке (по шаблону) не позволяет опустить в форму стержень,
так как диаметр больше диаметра D. Показанная на фиг. 339, б
рама формуется с разъемом по 1—1. При сборке сначала должен быть
Поставлен стержень /, а затем стержень 2, причем из-за Наличия
выступа а стержень 2 приходится заводить в форму сбоку, что воз-
можно, если размер а меньше суммы размеров sx и s2.
В целях достижения легкой заполняемости металлом при заливке
отливка не должна быть слишком протяженной при малой толщине
стенок, не должна иметь карманов и больших горизонтальных по-
верхностей во избежание скопления на них газовых пузырей, шлака
и других неметаллических включений. С этой точки зрения конструк-
ции маховика и барабана, показанные на фиг. 340, а, являются
неправильными, а показанные на фиг. 340, б — правильными, у
них горизонтальные стенки заменены наклонными.
Удобство очистки литья в отношении минимума заусенцев и
их доступности для удаления наждачным кругом и зубилом также
необходимо учитывать при конструировании детали.
Конструктор должен предусмотреть также удобство обработки
детали на металлорежущих станках, что особенно важно при массо-
вом производстве, когда детали обрабатываются в приспособлениях.
В этом случае необходимо также увязать с методом формовки распо-
ложение базовых мест и наиболее ответственных обрабатываемых
поверхностей и обеспечить отсутствие их взаимного сноса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник мастера по чугунному литью (под ред. проф. Н. Г. Гиршовича),
Машгиз, 1953.
2. Г о л о в и н С. Я., Краткий технологический справочник литейщика,
Машгиз, 1955.
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК
РАЗНОГО ХАРАКТЕРА И СПЛАВОВ
В четвертой части книги рассматриваются особенности техноло-
гии производства отливок из ковкого чугуна, из стали и из сплавов
цветных металлов, а также новейшие, так называемые специ-
альные методы литейной технологии — ко-
кильное литье, непрерывное литье, литье под давлением, центробеж-
ное литье, литье по выплавляемым моделям, литье в корковые формы.
Применение этих методов получения отливок является весьма про-
грессивным, так как улучшает точность и чистоту поверхности
отливок и сокращает общую трудоемкость производства изделий на
заводе.
Что касается так называемых специальных видов литья, которые
рассматривались в предшествующих изданиях данного учебника,
то в настоящее время техника и технология литейного производства
стала настолько специализированной и углубленной, что произ-
водство любых отливок в большом масштабе в специальном цехе или
на специальном участке литейного цеха приобретает все черты про-
изводства литья специального вида. Таким образом, понятие «спе-
циальные виды литья» настолько расширяется, что теряет свою
исключительность, и поэтому выделение в учебнике такой особой
темы и главы становится нецелесообразным.
ГЛАВА I
ковкий ЧУГУН
Ковким чугуном называются отливки из белого чугуна, которые
посредством процесса отжига (томления) графитизируются и одно-
временно в той или иной степени обезуглероживаются, причем из
твердых и хрупких они становятся в определенных пределах вязкими,
ковкими и легко обрабатываемыми.
Из этого определения следует, что в литейных ковкого чугуна
детали сначала отливают из белого чугуна, а затем уже их подвергают
процессу отжига и получают вязкое, ковкое литье. Это литье никакой
ковке не подвергается, и название «ковкий чугун» указывает лишь
на значительную пластичность материала.
По своим механическим свойствам ковкий чугун занимает
промежуточное положение между серым чугуном и стальным
литьем.
Существуют два вида ковкого чугуна — ферритный и перлитный
ковкий чугун. Сопротивление разрыву ферритного ковкого чугуна
35—38 кг/мм2 при удлинении 10—18%, а перлитного — 30—50 кг/мм2
при удлинении 2—6%.
По сравнению с серым чугуном ковкий чугун обладает большим
сопротивлением удару и применяется главным образом для деталей,
подвергающихся динамической нагрузке (части автомобилей, сель-
скохозяйственных машин и т. п.). Ферритный ковкий чугун, как
обладающий гораздо более высокой пластичностью, является луч-
шим. Перлитный ковкий чугун имеет хорошие антифрикционные
свойства и может являться в ряде случаев заменителем бронзы.
По сравнению со стальным фасонным литьем ковкий чугун
имеет более низкие механические свойства и не может поэтому
служить полноценным заменителем стального литья для ответствен-
ных высоконагруженных деталей. Однако значительно лучшие тех-
нологические свойства ковкого чугуна (жидкотекучесть и усадка)
позволяют получать большой технико-экономический эффект при
замене им менее ответственных деталей стального фасонного литья,
а также поковок, штамповок и отливок из цветных сплавов. При
замене литьем ковкого чугуна перечисленных материалов и видов
заготовок получается большая экономия как на весе заготовок и
отходов в стружку, так и на станко- и трудочасах на механическую
обработку деталей.
ПОЛУЧЕНИЕ КОВКОГО ЧУГУНА И ЕГО СВОЙСТВА
509
1. ПОЛУЧЕНИЕ КОВКОГО ЧУГУНА И ЕГО СВОЙСТВА
Получение изделий ковкого чугуна распадается на два этапа —
отливка деталей из белого чугуна и последующий их отжиг.
Отливка деталей из белого чугуна
Детали отливаются из предельного белого чугуна,
т. е. такого, который по своему составу находится на границе с серым
чугуном, но еще не имеет включений пластинчатого графита.
Ковкий чугун обязан своей высокой пластичностью тому, что
при его графитизации в процессе отжига свободный углерод выде-
ляется в нем в виде пятен
углерода отжига, мало раз-
деляющих основную ме-
таллическую массу, в то
время как в сером чугуне
свободный углерод нахо-
дится в виде пластинчатого
графита. Вследствие этого
отливки, предназначенные
для отжига на ковкий чу-
гун, не должны и до от-
жига содержать пластин-
чатого графита, т. е.
должны быть отлиты избе-
лого чугуна. В то же время
в целях ускорения про-
цесса отжига этот белый
чугун должен содержать
возможно больше графи-
тизирующих элементов,
т. е. должен быть предель-
ным и на структурной
Фиг. 341. Соотношение между С и Si в ковком
чугуне по данным Петрова и Шумилова.
диаграмме находиться близко к границе с серым чугуном.
Выбор химического состава отливок из белого чугуна, предназг
наченных для отжига на ковкий чугун, сводится в первую очередь
к назначению содержания углерода и кремния в зависимости от тол-
щины стенок детали, а затем и количества остальных примесей —
марганца, серы и фосфора.
В литейных ковкого чугуна детали отливают в сырые земляные
формы. Поэтому для назначения содержания углерода и кремния
в зависимости от толщины стенок литья можно пользоваться как
общими структурными диаграммами Маурера и Клингенштейна,
приводившимися ранее, так и другими специальными диаграммами
и данными, приведенными ниже.
На фиг. 341 приведена диаграмма для выбора содержания С
и Si в ковком чугуне различных классов по данным П. Г. Петрова
510
КОВКИЙ ЧУГУН
и Н. П. Шумилова. Диаграмма, изображенная на фиг. 342, дает
содержание углерода и кремния в ковком чугуне по данным амери-
канской практики. На этой диаграмме приведены три линии, дающие
рекомендуемый состав чугуна: средняя линия — для наиболее
ходовых отливок со средней толщиной стенок, верхняя кривая BBi —
для тонкостенных деталей, а нижняя линия ССг — для более круп-
ных толстостенных деталей. Кружок дает состав чугуна для тонко-
стенных фиттингов (водопроводных соединительных частей) при плав-
ке в вагранке. По тем же данным для наиболее ходовых отливок
Фиг. 342. Соотношение между С и Si в ков-
ком чугуне по данным Трешера.
жидкотекучести содержание углерода
соотношение между углеро-
дом и кремнием должно быть
следующее:
С°/о = 6—4Si<»/0 (55)
или
Si°/0= 1,5- (55а)
Для тонкостенных дета-
лей содержание кремния
увеличивается на 0,15%,
а для толстостенных на-
столько же уменьшается.
При назначении химиче-
ского состава металла в це-
лях достижения достаточной
следует выбирать в зависи-
мости от толщины стенок литья, а также от имеющегося плавильного
аппарата. Содержание кремния выбирают по диаграмме уже в за-
висимости от выбранного содержания углерода.
Чем меньше содержание углерода, тем выше механические свой-
ства ковкого чугуна. Однако слишком сильно снижать содержание
углерода не рекомендуется, так как при этом ухудшаются и без того
невысокие литейные свойства белого чугуна, что ведет к повышенному
браку литья по усадке и недоливам. Оптимальным содержанием
углерода можно считать 2,5%, и получить его можно в пламенной печи
и дуплекс-процессом (вагранка—электропечь). При плавке же
в обычной вагранке получение такого содержания углерода затруд-
нительно, особенно при большом перегреве. Тонкостенное литье
из-за худшей заполняемости также следует заливать более высоко-
углеродистым чугуном, если не обеспечен высокий перегрев металла
(например, в электропечи). На заводах СССР содержание угле-
рода в отливках ковкого чугуна до отжига при плавке при по-
мощи дуплекс-процесса или в пламенных печах колеблется в пре-
делах 2,2—2,9%. Содержание углерода и кремния для литья
со стенками разной толщины по данным немецкой практики приве-
дено в табл. 85.
ПОЛУЧЕНИЕ КОВКОГО ЧУГУНА И ЕГО СВОЙСТВА
511
Таблица 85
Содержание С и Si в отливках ковкого чугуна
Толщина стенок отливки в мм с в о/о Si в о/о
4—6 3,0—2,8 1,2—1,0
6-9 2,8—2,7 1,0—0,8
9—13 2,7—2,6 0,8—0,6
13-25 2,6—2,5 0,6—0,55
Св. 25 2,5—2,4 0,55—0,5
Содержание марганца выбирают в зависимости от содержания
серы. Свободный марганец препятствует графитизации белого чугуна,
т. е. затягивает процесс отжига. Поэтому количество марганца
должно лишь обеспечить с некою- о
рым запасом связывание серы в MnS,
так как свободная сера еще больше
препятствует графитизации. Практи-
чески марганца в ковком чугуне
дают в 3—3,5 раза больше, чем серы.
По данным практики Ростсельмаша,
отношение Мп : S следует брать по
диаграмме фиг. 343, а именно тем
большим, чем меньше абсолютное
содержание серы. Обычно содержа-
ние марганца в ферритном ковком
чугуне составляет 0,3—0,4%, содер-
жание серы —до 0,08%, а содержа-
ние фосфора — 0,10—0,20%. При
содержании фосфора свыше 0,20%
ухудшается ударная вязкость ков-
Фиг. 343. Соотношение между Мп
и S в ковком чугуне по данным
Ростсельмаша.
кого чугуна.
Из специальных элементов никель благоприятно влияет на про-
цесс графитизации и на механические свойства ковкого чугуна, а
хром очень сильно затягивает процесс графитизации при отжиге,
особенно на ферритный ковкий чугун. Вследствие этого содержание
хрома допускается как максимум до 0,05—0,07%. Медь в ковком
чугуне увеличивает число центров графитизации и ускоряет процесс
графитизации (во второй стадии). Оптимальное содержание меди
в ковком чугуне 0,8%.
Структура отливок белого чугуна, предназначенных для отжига
на ковкий чугун, состоит из перлита и свободного цементита. По
положению на диаграмме плавкости такой чугун является доэвтек-
тическим.
512
КОВКИЙ ЧУГУН
Процесс отжига на ферритный ковкий чугун
Отливки из белого чугуна после очистки помещают в специальные
чугунные коробки, или горшки, которые ставят одну на другую
в стопки и загружают в отжигательную печь. При обычном способе
отжига литье в горшках пересыпают особой засыпкой, в качестве
которой для ферритного ковкого чугуна служит песок (нейтральная
среда), а для перлитного ковкого чугуна — смесь старой (отработан-
ной) и свежей железной руды (окислительная засыпка). Процессы
отжига на ферритный и перлитный чугун отличаются температур-
ным режимом.
Фиг. 344. Два варианта режима отжига на ферритный ковкий чугун.
Диаграммы режима отжига на ферритный ковкий чугун показаны
на фиг. 344. Рассмотрим изменения структуры металла, которые
происходят в процессе отжига на ферритный ковкий чугун, прово-
димого в нейтральной среде.
Перед отжигом в точке О (фиг. 344, а) чугун состоит из перлита
и структурно свободного цементита, чему соответствует схема О
на фиг. 345, показывающая наличие обеих упомянутых состав-
ляющих структуры.
Процесс отжига ковкого чугуна распадается на две стадии —
первую и вторую стадии графитизации. Первая стадия происходит
при нагреве до наивысшей температуры отжига и выдержке при этой
температуре, а вторая стадия—при охлаждении отжигаемых изделий
в интервале эвтектоидных превращений.
На диаграмме фиг. 344, а первая стадия есть часть режима О —
1 — 2, а вторая стадия — от точки 3 до точки 4. Интервал 2—3
является промежуточной стадией графитизации.
При подъеме температуры до точки 1 и при дальнейшей выдержке
от точки 1 до точки 2 в первой стадии графитизации ферритного
ковкого чугуна происходят следующие процессы и изменения струк-
туры металла. •
При нагреве свыше эвтектоидной температуры перлит превра-
щается в аустенит, причем при дальнейшем повышении температуры
ПОЛУЧЕНИЕ КОВКОГО ЧУГУНА И ЕГО СВОЙСТВА
513
до точки 1 (850—950°) некоторая часть структурно свободного
цементита растворяется в этом аустените. Таким образом, в точке 1
металл состоит из аустенита с включениями структурно свободного
цементита (фиг. 345, /).
Во время выдержки при высокой температуре от точки 1 до точ-
ки 2 (фиг. 344, а) в течение 20—50 час. происходит процесс графи-
тизации структурно свободного цементита с превращением его в сво-
бодный углерод, выделяющийся в металле в виде углерода отжига,
и железо, которое растворяется в аустените. К концу выдержки,
т. е. в точке 2, структура металла состоит из равновесной системы
аустенит — углерод отжига (фиг. 345, 2).
Последний располагается в аустените в
виде гнездообразных включений, или пя-
тен.
Таким образом, первая стадия графи-
тизации ферритного ковкого чугуна за-
ключается в графитизации структурно
свободного цементита и получении равно-
весной системы аустенит — углерод от-
жига.
На участке 2—3 (промежуточная ста-
дия графитизации) происходит лишь не-
которое обеднение аустенита углеродом.
Углерод выделяется из аустенита в сво-
бодном состоянии и наслаивается на имею-
щиеся пятна углерода отжига. Скорость
охлаждения в этой стадии может быть
Фиг. 345. Схема структурных
превращений при отжиге на
ферритный ковкий чугун.
доведена до 100° в час и даже выше без вреда для структуры ме-
талла, т. е. без образования свободного цементита.
Вторая стадия графитизации (участок диаграммы 3—4) заклю-
чается в переходе эвтектоидной критической температуры, которая
в зависимости от состава чугуна в применяемых пределах лежит
в интервале 740—780°. При получении ферритного ковкого чугуна
участок 3—4У начиная с 800—760° и обычно до 720—650°, проходится
очень медленно — со скоростью охлаждения 3—5° в час, как показано
на диаграмме фиг. 344, а.
Иногда применяют второй вариант режима второй стадии отжига
(фиг. 344, б), когда переход эвтектоидной температуры осуществляет-
ся с той же скоростью охлаждения, что и в промежуточной стадии
графитизации, и после этого дается длительная выдержка при тем-
пературе несколько ниже эвтектоидной.
Как показали исследования, наивысшая скорость графитизации
во второй стадии получается в интервале температур 725—750°.
Поэтому при проведении второй стадии по графику фиг. 344, а ука-
занный интервал необходимо проходить с возможно малой скоростью
охлаждения, при работе же в соответствии с фиг. 344, б в этом ин-
тервале должен находиться участок выдержки 3—4.
33 Аксенов 1956
514
КОВКИЙ ЧУГУН
При переходе эвтектоидной температуры во второй стадии графи-
тизации ферритного ковкого чугуна аустенит превращается в перлит,
и цементит перлита успевает полностью разложиться на железо и
углерод отжига. Образующийся углерод отжига частично отлагается
на крупных пятнах, которые получи-
лись в первой стадии при графитиза-
ции структурно свободного цемен-
тита, а частично выделяется в ме-
талле в виде самостоятельных мел-
ких пятнышек или точек. В резуль-
тате после второй стадии графитиза-
ции структура металла в точке 4
состоит из феррита и углерода отжига
в виде крупных и мелких пятен
(фиг. 345, 3).
Вторая стадия графитизации та-
ким образом заключается в графи-
тизации перлитного цементита. Мед-
ленное охлаждение в этой стадии и
нужно для того, чтобы процесс успел
закончиться.
Фиг. 346. Структура ферритного
ковкого чугуна. X150.
Охлаждение от точки 4 до комнатной температуры (фиг. 344, а)
может быть произведено быстро; полученная структура при этом
уже не изменяется. Окончательная структура ферритного ковкого
чугуна таким образом состоит из феррита и пятен углерода отжига
(фиг. 346). При этом по всему сечению отливки структура одна и та же.
Излом изделия из ферритного ковкого чугуна имеет черный цвет
вследствие распыления включений углерода отжига при деформации
перед разрушением. Поэтому ферритный ковкий чугун иногда назы-
вают «черносердечным» ковким чугуном.
Процесс отжига на перлитный ковкий чугун
Процесс получения перлитного ковкого чугуна отличается от
получения ферритного ковкого чугуна режимом отжига, который
осуществляется по другому циклу и в горшках с окислительной
засыпкой. Диаграмма режима отжига на перлитный ковкий чугун
схематически изображена на фиг. 347.
Первая стадия отжига О — 1 — 2 производится при несколько
более высокой температуре и с более длительной выдержкой на
участке 1—2. Здесь, как и при отжиге ферритного ковкого чугуна,
происходит графитизация структурно свободного цементита и полу-
чение равновесной системы аустенит — углерод отжига. Но помимо
этого процесса, в первой стадии идет еще процесс обезуглероживания
чугуна с поверхности за счет кислорода окислительной за-
сыпки.
В результате поверхностного обезуглероживания в точке 2 струк-
тура изделия по его сечению получается неодинаковой: в центре сече-
ПОЛУЧЕНИЕ КОВКОГО ЧУГУНА И ЕГО СВОЙСТВА
515
ния аустенит содержит больше углерода, у краев же сечения он почти
полностью обезуглерожен. Точно так же количество и размеры пятен
углерода отжига уменьшаются от центра сечения к краям. Процесс
обезуглероживания происходит медленно, что и вызывает необхо-
димость удлинения времени выдержки на участке 1—2, Чем толще
отливки, тем большая нужна выдержка. Обычно выдержка колеб-
лется в пределах 60—100 час. Полное обезуглероживание распростра-
няется на глубину лишь нескольких миллиметров от края сечения;
вообще же процесс проникает на толщину примерно до 10 мм, т. е.
при сечении свыше 20 мм толщины
центр его совсем не обезуглерожи-
вается.
Вторая стадия отжига перлит-
ного ковкого чугуна начинается
Фиг. 348. Структура перлитного
ковкого чугуна в середине сечения
отливки. Х200.
Фиг. 347. Режим отжига на перлитный
ковкий чугун.
в точке 2; во второй стадии отжига и осуществляется переход эвтек-
тоидной температуры (участок 2—3). В этой стадии охлаждение
должно производиться с более высокой скоростью, порядка 15—25°
в час, для того, чтобы образующийся из аустенита перлит не успел
разложиться и остался в окончательной структуре.
Так как распределение углерода в аустените по сечению изделия
было неравномерным (в центре больше, чем у краев), структура ос-
новной металлической массы перлитного ковкого чугуна получается
также неодинаковой по сечению. В центре сечения она состоит из
перлита или перлита с небольшим количеством феррита, а с прибли-
жением к краю количество перлита уменьшается, количество же фер-
рита возрастает, и, наконец, полоска около самого края сечения
состоит из одного феррита. Точно так же размеры и количество пятен
углерода отжига уменьшаются от центра сечения к краю, и у самого
края углерод отжига отсутствует.
Характер структуры при переходе от одной зоны к другой изме-
няется плавно и постепенно. На фиг. 348 показана структура в центре
сечения отливки перлитного ковкого чугуна, отожженной в оки-
слительной среде.
33*
516
КОВКИЙ ЧУГУН
1
Изделия из перлитного ковкого чугуна имеют излом белого метал-
лического цвета, так как количество пятен углерода отжига здесь
меньше и, кроме того, при разрушении происходит меньшая дефор-
мация материала (меньше пластичность) и меньшее распыление угле-
рода отжига. Поэтому перлитный ковкий чугун иногда называют
«белосердечным» ковким чугуном.
Ускоренный отжиг ковкого чугуна
Чрезвычайно большая длительность цикла отжига ковкого чугуна
заставляет искать пути к его сокращению. Ускоренный отжиг при-
меняют обычно для получения ферритного ковкого чугуна. Сокраще-
ние цикла отжига базируется на следующих прин-
ципах:
1) форсирование процесса нагрева и охлажде-
ния отжигаемых в печи изделий;
2) воздействие на самый процесс графитиза-
ции с целью его ускорения.
Форсирование нагрева и охлаждения отжигае-
мых изделий возможно в основном за счет устра-
нения засыпки в отжигательных горшках и от-
жига литья в горшках без засыпки или даже
совсем без горшков, навалом.
Устранение засыпки позволяет уменьшить
тепловую инерцию садки печи и ускорить прогрев
изделий, а также увеличить и скорости охлажде-
ния в промежуточной стадии отжига. В обычных
печах, работающих на топливе, для предохране-
ния изделий от действия атмосферы печи, кото-
рая может быть окислительной, необходимо при
отжиге без засыпки применять горшки с песоч-
ным затвором (фиг. 349). Песочный затвор 1 пре-
пятствует прониканию газов внутрь горшка. Бла-
годаря перегородкам 2 между горшками отливки
в нижних горшках не подвергаются давлению отли-
вок, загруженных в верхние горшки, вследствие
чего уменьшается их деформация при высоких тем-
отжиге без засыпки часто приходится принимать
дополнительные меры для устранения деформации сложных отливок,
например вставлять в их отверстия специальные распорки и более
тщательно укладывать отливки в горшках.
Радикальное решение вопроса об отжиге без засыпки в камерных
печах базируется на применении искусственной защитной (контро-
лируемой) атмосферы. В печь вводится защитный (нейтральный или
слегка восстановительный) газ, получаемый в особом генераторе.
При этом принимаются специальные меры для герметизации печи
во избежание распространения газа в помещении и возможного
отравления им рабочего персонала. Камерные печи с контролиру-
Фиг. 349. Отжига-
тельные горшки с
песочным затвором:
1 — песочный затвор;
2 — перегородки между
горшками; 3 — поддон.
пературах. При
ПОЛУЧЕНИЕ КОВКОГО ЧУГУНА И ЕГО СВОЙСТВА
517
еМой атмосферой отапливаются газом, сжигаемым в особых радиа-
ционных (излучающих тепло) трубках из жароупорной стали.
Применение электропечей для отжига ковкого чугуна создает
дополнительные возможности по форсированию процесса нагрева
и охлаждения деталей. Кроме того, в электропечах легко иметь прак-
тически нейтральную атмосферу, что дает возможность вести отжиг
без засыпки и даже без горшков.
Вторая группа ресурсов ускорения цикла отжига ковкого чугу-
на — воздействие на самый процесс графитизации — сводится к повы-
шению температуры нагрева в первой стадии и к искусственному
увеличению числа центров графитизации в чугуне, а также к уве-
личению в чугуне содержания кремния.
Повышение температуры в первой стадии сильно ускоряет про-
цесс графитизации структурно свободного цементита. Для полного
разложения структурно свободного цементита в чугуне с 0,8% Si
при различных температурах отжига требуется следующее время
выдержки:
Температура в °C............1100 1050 1000 950 900
Время в час................. 1/4 2 3 8 30
Однако слишком высокие температуры отжига опасны в отноше-
нии оплавления и слишком сильного размягчения и коробления отжи-
гаемых деталей. Поэтому в первой стадии при быстром отжиге тем-
пературу нагрева обычно держат около 1000°.
Отжиг с увеличенной температурой в первой стадии графити-
зации удобнее всего вести в электропечах, дающих наиболее равно-
мерное распределение температур по объему печного пространства
и допускающих наиболее четкое регулирование температуры. Часто
отжиг ведут в двух электропечах: в одной — первую стадию графи-
тизации, а в другой — вторую. Литье на опускающемся поде-ваго-
нетке вынимается из первой печи, и пока этот под-вагонетка передает-
ся во вторую печь, происходит охлаждение литья (вне печи), соот-
ветствующее промежуточной стадии графитизации. Такой раздель-
ный отжиг еще больше ускоряет процесс; кроме того, в обеих печах
получается приблизительно постоянный температурный режим, что
ведет к экономии расхода энергии на прогрев самой печи.
Приводим пример режима раздельного отжига в двух печах,
когда в первой печи протекает только первая, а во второй — вторая
стадия графитизации. В первой печи (фиг. 350, а) производится:
Нагрев до 900°................................... 2 часа
Выдержка при 900°............................... 4
Нагрев до 980°.................................. 1
Выдержка при 980°............................... 2
Нагрев до 1000°................................х/2
Выдержка при 1000°.............................. 2
Нагрев до 1020°................................. 1
Выдержка при 1020°.............................. 3
Итого . . . 1 часов
518
КОВКИЙ ЧУГУН
После этого под-вагонетка печи с отливками извлекается из первой
печи и передается во вторую печь. Температура отливок при этом
падает до 950—1000°. Во второй печи производится (фиг. 350, б):
Охлаждение до 740°............................... 6 часов
Выдержка при 740°............................... 2
Охлаждение и выдержка:
при 730°......................................... 2 „
, 720°.................................... 4 „
Нагрев до 730° и охлаждение до 720°.............. 4 „
Итого ... 18 часов
При 720° отливки выдаются из печи на воздух.
Фиг. 350. Режимы ускоренного отжига ковкого чугуна в электропечах.
На диаграмме фиг. 350, в показан режим при отжиге в одной элек-
тропечи. Продолжительность цикла здесь составляет 30 час. В СССР
от?киг ковкого чугуна в электропечах производится на ряде заводов.
Искусственное увеличение центров графитизации в чугуне воз-
можно: а) путем закалки деталей белого чугуна перед их отжи-
гом на ковкий чугун; б) при помощи отливки деталей белого чугуна
в металлические формы; в) путем обработки белого жидкого чугуна
присадкой модификаторов в ковше; г) путем предварительной термо-
обработки отливок при низких температурах.
На Московском автозаводе имени Лихачева А. Д. Ассоновым
и В. И. Прядиловым был разработан так называемый дисперси-
онный метод отжига ковкого чугуна с предварительной за-
калкой отливок.
По этому методу отливки белого чугуна подвергаются перед
отжигом закалке в масле с температуры 970—980°, что ведет к обра-
зованию весьма большого количества центров графитизации в чугуне.
Последующий процесс графитизации при отжиге протекает вслед-
ствие этого гораздо быстрее. Микроструктура ковкого чугуна, полу-
ченного дисперсионным методом, характеризуется весьма большим
количеством очень мелких включений углерода отжига. Такой ковкий
ПОЛУЧЕНИЕ КОВКОГО ЧУГУНА И ЕГО СВОЙСТВА
519
чугун обладает повышенной прочностью. Продолжительность отжига
белого чугуна, подвергнутого дисперсизации (закалке), сокращается
до 16—24 час.
Дисперсионный метод получения ковкого чугуна можно реко-
мендовать для деталей не слишком сложной конфигурации, допу-
скающих их закалку в масле без возникновения закалочных трещин,
и главным образом при малом масштабе производства.
При отливке деталей белого чугуна в металлические формы имеет-
ся возможность повысить содержание кремния, не получая при этом
пластинчатого графита. Повышение содержания кремния способ-
ствует ускорению процесса графитизации при отжиге. Кроме того,
само по себе ускоренное охлаждение отливок в металлических формах
приводит к увеличению числа центров графитизации, хотя и в мень-
шей степени, чем при дисперсизации (закалке). Однако получение
здоровой отливки при литье в металлические формы из белого чугуна,
имеющего ухудшенную жидкотекучесть и повышенную усадку,
встречает ряд затруднений, вследствие чего данный метод практи-
чески не используется.
Модифицирование жидкого чугуна силикокальцием или ферро-
силицием ведет к увеличению числа центров графитизации и, сле-
довательно, также создает условия для ускорения последующего
отжига на ковкий чугун.
По данным исследования Б. Ф. Соболева, внедренного на Москов-
ском автозаводе имени Лихачева, сокращение продолжительности
отжига ферритного ковкого чугуна достигается при модифицирова-
нии жидкого чугуна после электропечи добавкой 0,007—0,015%
вторичного алюминия или такой же добавкой титана, присаживаемого
в виде ферротитана. Применение модифицирования позволяет исполь-
зовать в шихту стальной лом с повышенным содержанием хрома
и одновременно повысить механические свойства ковкого чугуна.
Число центров графитизации в белом чугуне может быть уве-
личено также путем предварительной термообработки белых отливок
при низких температурах. Эта термообработка совмещается с отжи-
гом ковкого чугуна и заключается в выдержке отливок при 315°
в течение 8 час. При этом, по-видимому, происходит удаление из
металла растворенного в нем водорода, который может присутство-
вать в нем в виде метана СН4. Освобождаясь, метан разлагается, и
образующийся углерод отлагается в металле в виде субмикроскопи-
ческих включений углерода отжига, играющих при отжиге ковкого
чугуна роль центров графитизации.
В заключение следует отметить, что весьма большие перспективы
имеет применение модифицированного магнием серого чугуна со
сфероидальным графитом в качестве исходного материала вместо
белого чугуна для отжига на ковкий чугун. Модифицированный
чугун со сфероидальным графитом для превращения в ферритный
ковкий чугун нуждается только в проведении второй стадии графи-
тизации. Отжиг для проведения этой стадии требуется короткий.
520
КОВКИЙ ЧУГУН
Прочность и пластичность после отжига получаются достаточно
высокими.
Модифицирование жидкого чугуна магнием, уменьшая склон-
ность к графитизации при затвердевании отливки, позволяет уве-
личить содержание Si в отливках ковкого чугуна примерно вдвое
против обычного без опасности «отсера» отливок в толстых сече-
ниях. Ввиду увеличенного содержания Si графитизация такого
чугуна при отжиге сильно ускоряется. Этим методом можно по-
лучать ковкий чугун как ферритный, так и перлитный, а при уве-
личенном содержании Мп (до 1°/0) также с основной металличе-
ской массой в виде зернистого перлита.
Свойства ковкого чугуна
Классификация ковкого чугуна по механической прочности со-
гласно действующему стандарту ГОСТ 1215-56 приведена в табл. 86.
Первые четыре марки относятся к ферритному и феррито-перлитному,
а три последние — к перлитному ковкому чугуну.
Таблица 86
Классификация ковкого чугуна
по ГОСТ 1215-56
Марка чугуна Предел прочности при растяжении в кг/мм2 не менее Относительное удлинение в % не менее Твердость по Бринелю не более
КЧ 37-12 КЧ 35-10 КЧ 33-8 КЧ 30-6 КЧ 40-3 КЧ 35-4 КЧ 30-3 37 35 '33 30 40 35 30 12 10 8 6 3 4 3 149 149 149 163 201 201 201
По данным проф. Н. Г. Гиршовича, содержание углерода для
получения предусмотренных ГОСТ марок ковкого чугуна должно
быть следующим:
Чугун С в о/9 Чугун С в %
КЧ 30-3 ) КЧ 33-8 2,5—2,9
КЧ 35-4 2,8-3,2 КЧ 35-10 2,4—2,8
КЧ 40-3 J КЧ 37-12 2,2—2,5
КЧ 30-6 2,7—3,1
Сопротивление разрыву и удлинение определяются на черных
(необработанных) образцах диаметром 16 мм, отливаемых в сырую
форму и подвергающихся отжигу вместе с отливками. Удлинение
определяется на длине 50 мм.
Помимо более высокой пластичности и, следовательно, надежности
в условиях ударной нагрузки, ферритный ковкий чугун имеет ряд
преимуществ перед перлитным в отношении других свойств и самой
технологии его изготовления.
ПОЛУЧЕНИЕ КОВКОГО ЧУГУНА И ЕГО СВОЙСТВА
521
Обрабатываемость ферритного ковкого чугуна лучше и по всему
сечению одинакова, в то время как отливки из перлитного ковкого
чугуна, помимо неоднородности структуры по сечению, часто имеют
на поверхности включения окислов железа, получившихся от дей-
ствия окислительной среды при отжиге и затрудняющие их обра-
ботку резцом. Окислительная засыпка (руда) больше пригорает к
отливкам, чем песок, что затрудняет очистку отливок. Стойкость
горшков при отжиге с рудой и в условиях более длительной вы-
держки при высоких температурах при получении перлитного ков-
кого чугуна меньше, чем при отжиге на ферритный чугун. Продол-
жительность отжига на ферритный ковкий чугун не зависит от тол-
щины стенок отливок, так как процесс ограничивается лишь гра-
фитизацией белого чугуна. При отжиге же перлитного ковкого
чугуна продолжительность отжига надо увеличивать с возрастанием
толщины отливок для их достаточного обезуглероживания. Сред-
няя продолжительность цикла отжига на ферритный ковкий чугун
в 1,5 раза меньше, чем для перлитного чугуна.
Общая усадка готовой отожженной детали по отношению к раз-
мерам модели у ферритного ковкого чугуна значительно меньше
вследствие того, что во время отжига при графитизации белого
чугуна происходит увеличение его объема, а процесс обезуглеро-
живания перлитного ковкого чугуна сопровождается уменьшением
объема металла. Поэтому, если усадка белого чугуна составляет
около 2%, то общая усадка отливок ферритного ковкого чугуна после
отжига по отношению к модели составляет 0,6—1 % (рост при графи-
тизации на 1—1,4%). Общая же усадка деталей перлитного ковкого
чугуна, отожженных в окислительной среде, составляет от 1,5 до
2,5%. Нижний предел здесь относится к толстостенным отливкам,
для которых превалирующее значение имеет процесс графитизации
(с расширением объема), а верхний предел относится к тонкостенным
деталям, для которых большее значение получает процесс обезугле-
роживания (с уменьшением объема). Во время отжига на феррит-
ный ковкий чугун отливки меньше коробятся по сравнению с от-
ливками перлитного чугуна, так как во втором случае структурно
неодинаковые сечения отливки по-разному изменяются в объеме.
Таким образом, в качестве конструкционного материала для маши-
ностроительных деталей наилучшим является ферритный ковкий
чугун как по механическим, так и по технологическим свойствам.
Следует отметить общие недостатки ковкого чугуна как кон-
струкционного материала. Они сводятся, во-первых, к тому, что
при понижении температуры (на морозе), а также после быстрого
охлаждения с температур порядка 450—500° (например, после оцин-
ковки горячим способом в ванне цинка) ковкий чугун становится
хрупким, теряет большую часть своей ударной вязкости. Во-вторых,
ферритный ковкий чугун обладает низкой износоустойчивостью.
Изменение сопротивления удару ферритного ковкого чугуна
после нагрева до различных температур с последующим быстрым
522
КОВКИЙ ЧУГУН
охлаждением (на воздухе) показано на фиг 351. Ударная вязкость
после охлаждения с 450—500° падает более чем в 5 раз.
Такой хрупкий ферритный ковкий чугун при разрушении
ударной нагрузкой ломается без деформации и имеет
белый излом. Твердость же и структура его при этом остаются совер-
шенно нормальными. При разрыве же образца с медленным
приложением нагрузки такой хрупкий чугун имеет
нормальные величины прочности и удлинения и нормальный черный
излом.
Фиг. 351. Изменение ударной вязко-
сти ковкого чугуна при быстром
Если ферритный ковкий чугун
предварительно подвергнуть на-
греву до 650° с последующим
быстрым охлаждением на воздухе,
то оказывается, что после этого
при нагреве до 450—500° и бы-
стром охлаждении он уже не те-
ряет своей ударной вязкости или
теряет ее лишь в очень незначи-
тельной степени. При этом нагрев
до 650° с быстрым охлаждением,
охлаждении с различных температур предупреждая появление ударной
нагрева. хрупкости, даже несколько улуч-
шает сопротивление удару. Если
изделия уже получили ударную хрупкость, например были быстро
охлаждены с 450—500°, то последующий нагрев до 650° с быстрым
охлаждением уничтожает эту хрупкость и возвращает металлу
нормальное сопротивление удару.
Таким образом, быстрое охлаждение с температуры около 650°
уничтожает ударную хрупкость и предохраняет от ее возникно-
вения. Вот почему при отжиге ковкого чугуна рекомендуется выда-
вать литье из печи на воздух для быстрого охлаждения при тем-
пературе 650°.
При пониженных температурах порядка минус 30—40° ковкий
чугун как ферритный, так и перлитный также сильно понижает
ударную вязкость, что свойственно, впрочем, и углеродистой кон-
струкционной стали. Ударная вязкость ковкого чугуна при ука-
занных температурах падает на 40—60%. Предварительное охлажде-
ние на воздухе с температуры 650° значительно улучшает ударную
вязкость ковкого чугуна при пониженных температурах.
Потеря ударной вязкости ковким чугуном после горячей оцин-
ковки, а также при пониженных температурах может быть объяснена
тем, что при этом на границах зерен металла выпадают из твердого
раствора (феррита) очень мелкие, субмикроскопические включения
цементита. Это косвенно подтверждается тем, что излом такого
хрупкого ковкого чугуна при динамическом разрушении происходит
не через зерна, а по их границам. После же быстрого охлаждения
с 650° эти включения цементита вновь переходят в твердый раствор,
ПЛАВКА КОВКОГО ЧУГУНА
523
и излом такого улучшенного ковкого чугуна при динамическом
разрушении происходит уже через зерна металла, а не по границам
зерен.
Улучшение ковкого чугуна в отношении твердости и износо-
устойчивости с сохранением основного свойства—ударной вязкости—
возможно при помощи так называемой поверхностной закалки, кото-
рая может производиться кислородо-ацетиленовой горелкой. Вдоль
закаливаемой поверхности передвигается кислородо-ацетиленовая
горелка со скоростью 100—150 mmImuh, пламя которой (нейтраль-
ное) нагревает тонкий поверхностный слой отливки до температур
выше эвтектоидного превращения. Вслед за горелкой на небольшом
расстоянии от нее движется с той же скоростью водяное сопло
(разбрызгиватель), которым производится быстрое охлаждение зака-
ливаемой поверхности. Твердость на поверхности увеличивается
до 400—500 кг/мм2 по Бринелю. Получается закаленная износо-
устойчивая корка, сердцевина же сечения детали не изменяет своей
структуры и высокой ударной вязкости.
2. ПЛАВКА КОВКОГО ЧУГУНА
Плавка металла при производстве ферритного ковкого чугуна
производится при небольшом масштабе производства и ступенчатом
режиме работ в пламенных печах, а в крупных литейных, работаю-
щих по поточному режиму, — дуплекс-процессом в вагранке и элек-
тропечи.
Одна вагранка не в состоянии обеспечить необходимое низкое со-
держание углерода в металле при высоком его перегреве, поэтому
и применяют дополнительно электропечь, обычно кислую. Иногда
для той же цели применяют дуплекс-процесс вагранка — пламен-
ная печь.
При плавке в вагранке без последующего дуплексирования в элек-
тропечи также можно получить ферритный ковкий чугун, но вслед-
ствие повышенного содержания углерода обладающий более низкими
механическими свойствами. Однако во многих случаях такой чу-
гун может удовлетворить условиям службы деталей.
В литейных перлитного ковкого чугуна плавку производят
обычно в вагранках, и металл получается с более высоким содержа-
нием углерода, что здесь вполне допустимо, так как при отжиге
происходит значительное обезуглероживание его.
Плавка в пламенных печах
Схема пламенной печи для плавки ковкого чугуна показана на
фиг. 352. В топке печи сжигается твердое, жидкое или пылевидное
топливо, дающее длинный факел пламени, который в рабочем про-
странстве печи производит расплавление и перегрев ванны металла.
Свод печи при этом нагревается весьма сильно и излучает, или
«отражает», тепло на ванну. Поэтому такие печи иногда называют
524
КОВКИЙ ЧУГУН
отражательными. Шихта загружается через рабочие окна
печи, а если необходимо использовать крупный лом, то свод печи
делается съемным из нескольких секций и загрузка производится
краном сверху. Кроме стационарных, применяются также поворотные
плавильные пламенные печи.
Для плавки ковкого чугуна обычно применяются стационарные
пламенные печи емкостью от 5 до 30 /и. Преимущества плавки ков-
кого чугуна в пламенных печах — высокая температура металла,
Фиг. 352. Схема пламенной печи:
/ — дымовая труба: 2 — рабочие окна; 3 — летка; 4 — форсунка.
низкое содержание углерода и серы. Недостатком является большая
длительность плавки (4—6 час. в печах емкостью доЮ т и 8—12 час.
в печах емкостью 15—30 т}, что не согласуется с поточным режимом
работы крупных конвейеризованных литейных цехов. Расход топлива
(мазут) — около 22—25% от веса металла.
Типовой состав чугуна из пламенной печи: 2,5—2,6% С, 0,8—
1,2% Si, 0,3—0,4% Мп, до 0,15% Р, до 0,05% S. Температура
металла при выпуске из печи 145Э—1480° С.
При загрузке шихты в пламенную печь легкоплавкие и тонко-
стенные шихтовые материалы располагают внизу и ближе к заднему
порогу печи, а крупные куски и тугоплавкие материалы — сверху
и ближе к пламени (к переднему порогу). Для лучшего прохода
пламени шихту загружают неплотно. Около рабочих окон, стен и
свода оставляют свободные пространства.
Плавление производится коротким пламенем, с большим избыт-
ком воздуха, а при доводке ванны держат длинное пламя. Шихта
начинает плавиться сверху у переднего порога. Ускорение конца
плавления достигается удалением части шлака, шуровкой и сталки-
ванием оставшихся кусков шихты в ванну.
При плавке происходит угар около 20% С, 30% Si и 40% Мп.
Общий угар металла при плавке — 4—7% от веса шихты. Присадки
ПЛАВКА КОВКОГО ЧУГУНА
525
ферросилиция и ферромарганца во избежание угара чаще всего
производятся в ковш. Выпуск чугуна при единовременном выпуске
всей плавки производят после полного удаления шлака, а при
выпуске плавки в мелкие ковши — после частичного удаления шлака.
Шлак содержит 45—55% SiO2, 5—25% А12О3, 15—25% FeO,
10—20% МпО и 5—25% СаО + MgO. Для получения малой вяз-
кости шлака присаживают флюсы: плавиковый шпат в количестве.
3—6% или основной мартеновский шлак в количестве 6—12% от
веса шлака. Общее количество шлака составляет 6—8% от веса
металла.
Дуплекс-процесс вагранка — электропечь
При дуплекс-процессе вагранка — электропечь расплавление ков-
кого чугуна производится в вагранке, а перегрев его и доводка
по химическому составу — в трехфазной дуговой электропечи.
Источником тепла в дуговой трехфазной электропечи служат
электрические (вольтовы) дуги, которые возникают между графи-
товыми или угольными электродами и
металлом (фиг. 353). Для дуплекс про-
цесса применяются электропечи с кис-
лой футеровкой, вследствие меньшего
расхода электроэнергии и электродов
и большей стойкости футеровки по
сравнению с печами с основной футе-
ровкой. Чаще всего для дуплекс-про-
цесса в крупных литейных ковкого
чугуна применяется электропечь
ДЧМ-10А емкостью Юте трансфор-
матором мощностью 2000 ква. Расход
электроэнергии на 1 т чугуна в этой
печи при непрерывном режиме состав-
ляет 100—120 квт-ч, расход угольных
электродов—3—4 кг. Применяются
также печи ДЧМ-ЗА емкостью 3 т
Фиг. 353. Схема трехфазной
дуговой электроплавильной
печи:
/ — ванна металла; 2 —электроды;
3 — подвод трехфазного тока от транс-
форматора; 4 — завалочное окно;
5 — отверстие для выпуска металла.
с трансформатором мощностью 800 ква.
Режим обработки жидкого чугуна в электропечи при дуплекс-
процессе может быть периодическим и непрерывным. При периоди-
ческом режиме ваграночный жидкий чугун заливается в электро-
печь, затем в течение примерно 30 мин. перегревается, доводится
до нужного состава и сразу или по частям полностью выпускается.
При периодическом режиме расход электроэнергии и электродов
на 10—15% больше по сравнению с приведенными цифрами, отно-
сящимися к непрерывному режиму. При непрерывном режиме металл
из электропечи выпускается каждые 10—20 мин. небольшими пор-
циями и печь соответственно пополняется жидким чугуном из ва-
гранки. Колебания в наполнении ванны печи составляютЮ—15%
ее емкости. Среднее время пребывания металла в электропечи по-
526
КОВКИЙ ЧУГУЙ
рядка 40 мин., так что печь емкостью 10 т пропускает в час 15—18 т
жидкого металла. Непрерывный режим дуплексирования является
обычным в конвейеризованных литейных цехах ковкого чугуна боль-
шой мощности.
Чугун из вагранки выпускается с температурой 1370—1390° С
и в ковшах емкостью 1,5 т переливается в электропечь. Для
снижения содержания углерода в чугуне в электропечь может да-
ваться стальной лом. Для образования шлака в кислую электропечь
добавляют кварцевый песок и разжижают шлак известью. Пример-
ный состав шлака: 60—70% SiO2, 3—10% СаО, 1—2% MgO,
5 — 10% МпО, 10—18% FeO, 2—10% А12О3. По мере накопления
шлак удаляют из электропечи. Угара элементов чугуна в электро-
печи при дуплекс-процессе не происходит. Чугун выпускается из
электропечи в ковши емкостью примерно 1 т с температурой
1490—1510°.
Дуплекс-процесс вагранка — трехфазная дуговая электропечь
применяется также иногда и для получения высокоперегретого серого
чугуна. В особенности этот процесс плавки может оправдать себя
для тонкостенного, сложного ответственного литья при применении
модифицирования чугуна, требующего дополнительного запаса тем-
пературы металла. Дуплекс-процесс серого чугуна ведется анало-
гично описанному для ковкого чугуна.
Другие методы плавки ковкого чугуна
Из других применяемых методов отметим плавку в вагранке при
получении ковкого чугуна перлитного класса и плавку дуплекс-
процессом вагранка — пламенная печь для получения ферритного
ковкого чугуна.
Плавка в вагранке ковкого чугуна ведется вполне аналогично
плавке серого чугуна. Особенностью является повышенное коли-
чество в шихте стального лома —от 25 до 45%, что необходимо
для снижения содержания углерода в жидком металле. В вагранках
производится плавка всего ковкого чугуна перлитного класса
(КЧ 30-3, 35-4, 40-3), всего чугуна марок КЧ 30-6 и 33-8 и до 50%
ковкого чугуна марки КЧ 35-10.
Дуплекс-процесс вагранка — пламенная печь имеет ограниченное
применение. Из вагранки чугун с температурой 1320—1360° С сте-
кает по желобу в пламенную печь, имеющую емкость, равную 2-ча-
совой производительности вагранки. Из пламенной печи металл
может разбираться ковшами через малые промежутки времени, что
полностью согласуется с режимом работы конвейеризованного цеха.
Температура выпуска металла из пламенной печи 1460—1480°.
Плавка в вагранке начинается за 1,5—2 часа до заливки. Пламен-
ная же печь за 2 часа до выпуска металла из вагранки предвари-
тельно разогревается. Расход мазута в пламенной печи составляет
10% от веса металла.
особенности литниковых систем для отливок ковкого чугуна 527
В заключение необходимо отметить, что в настоящее время для
ряда новых заводов вместо дуплекс-процесса вагранка — трех-
фазная дуговая электропечь запроектирован процесс плавки фер-
ритного ковкого чугуна в вагранках с перегревом и доводкой ме-
талла в копильниках, имеющих индукционный нагрев. Каждая
вагранка делается с двумя копильниками, в которые чугун по мере
расплавления стекает из вагранки по перекидному желобу. Копиль-
ники делаются по типу высокочастотных индукционных бессердеч-
никовых печей, но работают на токе промышленной частоты.
3. ОСОБЕННОСТИ литниковых СИСТЕМ для отливок КОВКОГО ЧУГУНА
Подводящая часть системы
Особенности подвода металла и конструкции литниковой системы
для деталей из ковкого (белого) чугуна обусловливаются почти
вдвое большей величиной усадки и пониженной жидкотекучестью
низкоуглеродистого и низкокремнистого белого чугуна по срав-
нению с нормальным серым чугуном.
Увеличенная усадка белого чугуна вызывает повышенную склон-
ность к образованию в отливках усадочных раковин и трещин и тре-
бует принятия мер для их устранения.
К отливкам из серого чугуна металл обычно подводят в тонкие
места, чтобы несколько выровнять скорости охлаждения тонких
и толстых сечений. Однако таким путем полного уравнивания ско-
ростей охлаждения все же не достигают; кроме того, массивные
части отливки все равно нуждаются в дополнительном питании.
Но для деталей из серого чугуна с их малой усадкой часто доста-
точно бывает такого выравнивания скоростей охлаждения. В местах
не особенно значительного скопления металла также можно не
устраивать специального питания. При заливке же белым чугуном
такие детали могли бы получиться с трещинами и большими уса- (
дочными раковинами.
К отливкам ковкого чугуна металл подводят исходя из принципа |
направленного затвердевания, т. е. в наиболее толстые места с целью '
питания этих мест при помощи специальных усадочных питателей •
наиболее горячим металлом, застывающим в питателях после затвер-
девания самой отливки. В местах скопления металла для ускоре-
ния охлаждения устанавливают холодильники, или кокили. Для
усиления слабых сечений, опасных в отношении возникновения .
усадочных трещин, делают ложные усадочные ребра, удаляемые
затем при обрубке отливки. Пример устройства усадочных ребер
(«усов») приведен на фиг. 354.
Схема подвода металла при заливке картера заднего моста авто-
мобиля, изготовляемого из ковкого чугуна, показана на фиг. 355.
Металл поступает из стояка 1 по шлакоуловителю 2 в усадочные пи-
татели, или питающие бобышки 3, которые расположены вблизи
528
КОВКИЙ ЧУГУН
наиболее массивного места отливки и соединяются с ней каналами,
имеющими большее сечение, чем сечение шлакоуловителя. Поэтому
металл сначала заполняет отливку, а затем уже усадочные питатели,
в которых металл остается наиболее горячим и питает массивное
место отливки, затвердевая в последнюю очередь. На местах отливки
с меньшим скоплением металла или не доступных для установки
усадочных питателей ставят холодильники 4.
Усадочный питатель является, таким образом, отводной при-
былью. Металл в питателе должен охлаждаться медленно; поэтому
питателю придают цилиндриче-
скую или слегка коническую
закругленнуюформу. В нижней
опоке должно находиться око-
ло V3 высоты питателя, а 2/3 —
Фиг. 354. Расположение усадочных ре-
бер («усов») на отливке из ковкого чу-
гуна:
1 — питатели; 2 — усы.
Фиг. 355. Схема подвода металла
к отливке картера заднего моста гру-
зового автомобиля:
/ — стояк; 2 — шлакоуловители; 3 — усадоч-
ные питатели; 4 — холодильники.
в верхней опоке. Усадочный питатель надо устанавливать воз-
можно ближе к питаемому месту отливки и соединять с ней воз-
можно более коротким и достаточно широким каналом, или
шейкой. Длинная и узкая шейка преждевременно замерзнет,
и питание отливки прекратится. Шейка должна иметь пережим
(фиг. 356) для облегчения отламывания питателя от отливки. Сече-
ние шейки в пережиме рекомендуется делать около 75% от сечения
тела отливки в питаемом месте. Расстояние наиболее узкого сечения
шейки в пережиме от тела отливки обычно не более 3 мм. Для
лучшего отламывания пережим шейки в плане должен быть сделан
по прямой линии. В тех случаях, когда усадочный питатель -не
удается подвести по разъему формы, его подводят через стержень
(фиг. 356, питатель 5).
Чтобы усадочный питатель питал отливку при ее затвердевании,
в нем должен быть наиболее горячий металл; поэтому его необхо-
димо располагать до отливки. Такие питатели называют пря-
мыми в отличие от переходных питателей, располагаемых
за отливкой. Установка одного прямого и двух переходных пита-
телей показана на фиг. 357, б. Так как в переходной питатель металл
ОСОБЕННОСТИ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ для отливок ковкого ЧУГУНА
529
попадает уже значительно остывшим, то размеры его при прочих
равных условиях должны быть больше размеров прямого питателя.
Недостаточно массивные переходные питатели приносят не пользу,
а вред, так как они не питают отливку, а наоборот, затвердевая
раньше, получают питание из отливки. На фиг. 356 переходной
питатель обозначен цифрой S, а прямые питатели — цифрой 7.
Чтобы обеспечить свободную усадку отливок и не создавать
опасности образования трещин, каждая отливка из ковкого чугуна
должна заполняться металлом по возможности через один питатель.
Фиг. 356. Схема формовки картера руля грузового автомобиля:
1 — литниковая воронка; 2 — стояк; 3 — расширение перед фильтровальной
сеткой; 4 — фильтровальная сетка; 5 — зумпф; 6 — литниковый ход; 7 — пря-
мой усадочный питатель; 8 — переходной питатель; 9 — шейка питателя;
10 — выемка для пальца.
Подвод металла, показанный на фиг. 357, а, в этом отношении
является неправильным. Для той же цели иногда практикуется
предварительная отбивка литников при высокой температуре непо-
средственно после затвердевания отливки. Отливка же продолжает
охлаждаться в земле до окончательной выбивки.
Расчет литниковой системы для деталей ковкого чугуна может
быть произведен по общим формулам Озанна и Дитерта для времени
заливки z и площади малого сечения системы FMC, приводившимся
выше для серого чугуна. Ввиду пониженной жидкотекучести ме-
талла скорость заливки по сравнению с аналогичными отливками
из серого чугуна будет более медленной. Поэтому сечение литников
берется увеличенное, что учитывается изменением коэффициентов
s и х, входящих в расчетные формулы. Так, в формуле Дитерта для
продолжительности заливки z = s]/Q коэффициент s для мелких
Деталей ковкого чугуна имеет значения, приведенные в табл. 87.
34 Аксенов 1956
530
КОВКИЙ ЧУГУН
Таблица 87
Значения коэффициента s для отливок из серого и ковкого чугуна
Род чугуна Значения 5 при толщине отливок в мм
3-4 1 5-8 | 8-15
Серый чугун 1,63 1,85 2,20
Ковкий чугун 1,71 2,05 2,35
В формуле Дитерта для определения суммы сечений питателей
FMC = коэффициент х будет иметь значения, приведенные
V н р
в табл. 88.
Приведенные величины коэффициентов s и х по данным Я. С. Без-
менова (завод «Красный Аксай») пригодны для очень мелкого литья
Фиг. 357. Правильный (б) и непра-
вильный (а) подвод металла к отлив-
кам ковкого чугуна:
1 — стояк; 2 — литниковый ход; 3 — прямой
усадочный питатель; 4 — переходной питатель.
ковкого чугуна для сельскохозяй-
ственного машиностроения.
Соотношение сечений стояка,
шлакоуловителя и суммарного
сечения питателей для деталей
из ковкого чугуна также отлично
от соотношения для отливок из
серого чугуна. Сечение шейки пи-
тателя, т. е. канала, соединяю-
щего усадочный питатель (при-
быль) с отливкой, делается боль-
ше сечения шлакоуловителя, чтобы
усадочные питатели заполнялись
не раньше отливок, а после них,
наиболее горячим металлом. Кроме
того, сечение шлакоуловителя
должно быть меньше и потому,
чтобы он скорее затвердел и не тя-
нул металл из усадочного пита-
теля. Поэтому при Fcm = 1 сечение шлакоуловителя рекомендуется
делать РШЛ = 1, а суммарное сечение питателей Fnum 5. При
заливке же большого количества мелких деталей от одного стояка
(мелкое литье для сельскохозяйственного машиностроения) при
Fcm = 1 берут FUIJl = 0,25—0,5, а сумму сечений питателей
Fnltm = 0,65—2,2. Вследствие того что суммарное сечение питате-
лей часто может быть значительно больше сечения стояка, форма
может получиться незапертой, поэтому рекомендуется, а в некото-
рых случаях даже необходимо устанавливать фильтровальную
сетку или гидравлический затвор или же дроссель.
Б. В. Рабиновичем был разработан и проверен в условиях Москов-
ского автозавода имени Лихачева метод подбора литниковой системы
ОСОБЕННОСТИ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОТЛИВОК КОВКОГО ЧУГУНА 531
Таблица 88
Значения коэффициента х для отливок из серого и ковкого* чугуна
Род чугуна Значение х при толщине отливок в мм
3-4 1 5-8 | 8-15
Серый чугун 5,8 4,9 4,3
Ковкий чугун 7,5 6,3 5,5
для отливок ковкого чугуна. Метод предусматривает пользование
нормальными элементами литниковой системы и применим главным
образом для деталей развесом до 10 кг при максимальной металло-
емкости опок 53 кг, толщине стенок отливок в пределах до 25 мм
и температуре заливки порядка 1450°. Конструкция нормальной
литниковой системы была приведена на фиг. 353.
Устанавливаются три нормальных размера стояка — диаметром
15, 20 и 25 мм. Фильтровальных сеток устанавливаются два нор-
мальных номера: сетка малая диаметром 45 мм и толщиной 12 мм
с семью отверстиями диаметром 7x9 мм и сетка большая диамет-
ром 58 мм и толщиной также 12 мм с 11 отверстиями диаметром
7x9 мм.
Горизонтальному ходу 6 может быть придано круглое сечение
диаметром до 23 мм, как показано справа на фиг. 356. Однако
в целях удобства формовки можно сечение литникового хода вы-
полнять и в виде трапеции. Диаметр круглого литникового хода
при длине хода свыше 153 мм увеличивается на 2 мм против нор-
мального на каждые последующие 100 мм длины хода.
Определение секундной подачи металла в полость отливки
Qc кг/сек производится по графику фиг. 358 в зависимости от веса
отливки и толщины тела. График отражает структуру формулы
для времени заливки, причем средние значения коэффициента s
получаются следующими:
Толщина отливки в мм........ До б 6—12 12—25
Коэффициент s............... 3,1 4,65 6,75
По найденной секундной подаче Qc определяется далее общий
секундный расход Gc кг/сек металла через всю литниковую систему,
питающую все отливки в данной форме. Если число отливок в форме п,
то Gc = и- Qc.
Далее по графику фиг. 359 находят номер литниковой системы,
т. е. диаметр стояка. По оси ординат отложен гидростатический
напор от уровня металла в литниковой чаше до плоскости разъема
формы. При подборе диаметра стояка по этому графику берется
ближайший больший диаметр.
34*
532
КОВКИЙ ЧУГУН
Диаметр стояка можно выбирать и непосредственно по метал-
лоемкости формы, не пользуясь графиком фиг. 359. А именно при
металлоемкости до 12 кг и толщине отливок до 15 мм следует брать
стояк диаметром 20 мм и ставить на разъеме одну сетку диаметром
45 мм. При этом при двустороннем разводе металла по разъему
литниковый ход берется диаметром 12 мм, а при одностороннем —
диаметром 15 мм. При той же металлоемкости формы; но при боль-
шей толщине тела отливок стояк берется также диаметром 20 мм.
Фиг. 358. График для определения секундной подачи.
но сетка диаметром 45 мм помещается не на разъеме формы, а в лит-
никовой воронке, что дает более медленную заливку. При металло-
емкости формы 13—25 кг диаметр стояка должен быть 25 мм. В этом
случае металл по разъему может разводиться по двум литниковым
ходам диаметром 15 мм, на каждом из которых ставится по сетке
диаметром 45 мм. Если же сетка ставится одна общая, то она должна
быть диаметром 53 мм. При односторонней раздаче металла литни-
ковый ход берется диаметром 18 мм. Наконец, при металлоемкости
формы 26—50 кг стояк берут также диаметром 25 мм, но фильтроваль-
ная сетка уже не ставится во избежание ее размывания при за-
ливке.
В этом случае диаметр литникового хода при односторонней раз-
даче металла по разъему берется 23лш, а при двусторонней — 18мм>
Для борьбы с засором и шлаковыми раковинами рекомендуется на
литниковом ходу делать пережим (дроссель). Сужение хода по высоте
подбирается опытным путем. Вместо фильтровальных сеток можно
устанавливать центробежные шлакоулавливатели. Для запирания
шлакоулавливающего элемента системы за ним следует помещать
гидравлический затвор.
ОСОБЕННОСТИ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ для отливок КОВКОГО ЧУГУНА 533
Питающая часть системы
Излагаемый метод Б. В. Рабиновича предусматривает также нор-
мализацию усадочных питателей. Высота питателя делается равной 1,5
диаметра питателя. При этом вместо сферического верха (фиг. 360, а)
питатель лучше снабжать плоским верхом и при формовке делать в нем
входящий в тело питателя выступ (фиг. 360, б). При сферическом очер-
тании верха питателя атмосферное давление не в состоянии прода-
вить корочку твердого металла в виде свода, образовавшуюся на нем
при остывании. Следо-
вательно, питание от-
ливки будет происхо-
дить под давлением га-
зов в усадочной полости
питателя, меньшематмо-
Фиг. 360. Сравнение двух форм верхней части
усадочного питателя.
Фиг. 359. Секундный расход
через литниковую систему
при диаметре стояка 15 мм
(/), 20 мм (2) и 25 мм (3).
сферного. В случае б толщина корочки металла под входящим
внутрь тела питателя земляным выступом будет невелика. Атмо-
сферное давление легко продавит здесь корочку, и питание отливки
будет происходить под давлением атмосферы. Сравнение величины
усадочных полостей Ь и г питателей после их затвердения подтвер-
ждает более эффективное питающее действие питателей б.
Выбор объема питателя для данной отливки производится на осно-
вании веса отливки Q кг и так называемого модуля охлаждения
отливки (или питаемого узла) z0, равного отношению объема отливки
в см3 к ее поверхности в см2. Модуль z0 не может быть больше поло-
вины средней толщины тела отливки в см. Легко видеть, что модуль
идентичен применявшейся нами ранее величине приведенной толщи-
ны /?. В целях упрощения можно определять значение z0 как отноше-
534
КОВКИЙ ЧУГУН
ние площади сечения отливки в месте примыкания к ней питателя
к периметру этого сечения.
Нахождение номера усадочного питателя по весу отливки Q
и модулю г0 производится по графику фиг. 361. Найденный таким
образом размер питателя обеспечивает достаточно длительное сохра-
нение в нем жидкого металла. Однако этот размер питателя необ-
ходимо еще проверить в отношении его объема или веса, чтобы он
имел достаточный запас металла для питания отливки. Для этого
Фиг. 362. График для определе-
ния сечения шейки питателя.
Фиг. 361. График для определения объема
усадочного питателя.
Наконец, сечение шейки (горла) усадочного питателя опреде-
ляется по графику фиг. 362.
В заключение приводим данные о температурах заливки для
отливок из ковкого чугуна в зависимости от толщины стенок:
Толщина стенок в мм ... .
д0 4 4-ю Ю—20
Температура заливки в °C . . 1480—1380 1450—1360 1430—1350
Пример. Найти по методу Рабиновича диаметр стояка и размер усадочного
питателя для кронштейна подшипника карданного вала автомобиля, схема фор-
мовки которого приведена на фиг. 363. Кронштейн имеет толщину тела от 10 до
17 мм и вес 2,8 кг, Высота верхней опоки 100 мм, напор стояка с учетом высоты замка
10 мм составляет 9Q мм.
ОСОБЕННОСТИ литниковых СИСТЕМ для отливок ковкого ЧУГУНА 535
Определим секундную подачу по графику фиг. 358. Берем значение Qc по гра-
ничной кривой 3, разделяющей области II и III. Находим Qc = 0,3 кг/сек. Секунд-
ный расход металла через стояк (на две отливки) составит Gc = 0,6 кг/сек. Согласно
гпжЬику Фиг. 359 такой расход при высоте напора 90 мм обеспечивается при диа-
метре стояка 20 мм.
Фиг. 363. Схема формовки кронштейна подшипника карданного вала грузового
автомобиля.
Определим теперь размер усадочного питателя. Модуль охлаждения, находим
по сечению отливки в месте примыкания питателя (фиг. 363):
_ 1,7 3,9
Z°~ 2 (1,7 + 3,9) — и>°-
Согласно графику фиг. 361 находим диаметр питателя 60 мм (на две отливки).
Сечение шейки по графику фиг. 362 составляет около 3,3 см2 (для одной отливки).
Принимаем сечение 27 X 12 мм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петров П. Г. и Шумилов Н. П., Отливки из ковкого чугуна,
Энциклопедический справочник «Машиностроение», т. 4, гл. I, Машгиз, 1947.
2. ВНИТОЛ, Ковкий чугун (сборник). Машгиз, 1954.
ГЛАВА П
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
Фасонное стальное литье разнообразно по своему назначению.
Его применяют для различных деталей машин в корабле-, машино-
и котлостроении, в паровозо- и вагоностроении, для самолетов,
автомобилей, тракторов и пр. Фасонные отливки из стали изго-
товляют весом от 10 г до 200 т. Стальное литье, если оно не имеет
литейных пороков (скрытых усадочных и газовых раковин, неме-
таллических включений и т. п.), по механическим свойствам не усту-
пает кованым деталям, подвергшимся специальной термической обра-
ботке, а стоимость его ниже. Стальное фасонное литье отливают
преимущественно из углеродистой стали, но применяются также
специальные легированные стали, ассортимент которых и распро-
странение непрерывно расширяются.
1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОТЛИВОК
ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Сталь для фасонных отливок разделяется по химическому составу
на четыре класса: 1-й класс — углеродистая, 2-й класс — низко-
легированная, 3-й класс — среднелегированная, 4-й класс — высо-
колегированная. Рассмотрим основные механические свойства отли-
вок из углеродистой стали и влияние на них химического состава
и' термической обработки.
Для фасонного литья применяется углеродистая сталь, имеющая
содержание углерода в пределах 0,15—0,55%. Такая сталь является
доэвтектоидной, и структура ее состоит из феррита с включениями
перлита.
В зависимости от содержания углерода отожженная сталь имеет
различные механические свойства (фиг. 364). С увеличением содер-
жания углерода возрастает предел прочности при растяжении,
твердость и предел текучести (последний лишь до 0,55% С), а удли-
нение, сужение поперечного сечения образца при разрыве и сопро-
тивление удару уменьшаются.
Особо следует подчеркнуть влияние на механические свойства
стали вредных*примесей —серы и фосфора. Сера понижает жидко-
текучесть и делает сталь непрочной при высоких температурах —
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ТЕРМ. ОБРАБОТКА
537
красноломкой, легко дающей горячие трещины. Марганец, связы-
вая серу, отчасти обезвреживает ее вредное действие.
В табл. 89 приведены нормы механических свойств фасонных
отливок из углеродистой стали по ГОСТ 977-53. Марки стали обо-
значаются по среднему содержанию углерода в стали с добавкой
индекса Л (литая сталь). Обязательными при приемке-сдаче являются
механические свойства металла, химический же состав является
факультативным. Во всех сталях содержание кремния находится
в пределах 0,17—0,37%, марганца в стали 15Л и 20Л — от 0,30
до 0,65%, а в остальных марках стали — 0,50—0,80% Мп. Содер-
жание серы и фосфора в основной мартеновской стали и электро-
стали должно быть не более 0,05%, а в кислой стали — не более
0,06%. В бессемеровской стали содержание серы не более 0,07%,
а фосфора — не более 0,09%.
Таблица 89
Механические свойства фасонных отливок из углеродистой стали
по ГОСТ 977*53 после отжига или нормализации с высоким отпуском
Марка стали Механические свойства не менее
Предел проч- ности при растяжении в кг/мм* Предел текучести as в кг/ммг Относитель- ное удлинение при 5-кратной расчетной длине образца В о/о Сужение поперечного сечения образца Ф в о/о Ударная вязкость ак в кгм/см*
15Л 40 20 24 35 5
20Л 42 22 23 35 5
25Л 45 24 19 30 4
ЗОЛ 48 26 17 30 3,5
35Л 50 28 15 25 3,5
40Л 53 30 14 25 3,0
45Л 55 32 12 20 3,0
50Л 58 34 11 20 2,5
55Л 60 35 10 18 2,5
Отливки из углеродистой стали, в зависимости от предъявляемых
к ним требований, делятся на три группы: 1-я группа — отливки
нормального качества; 2-я группа—отливки повышенного качества;
3-я группа—отливки особого качества. Отливки 1-й группы при-
нимаются по <зь и 65, но могут приниматься и без испытаний. Для
2-й и З-й групп обязательны нормы по а5, 6 и ак, причем для З-й
группы & и (р могут быть повышены на 20%. Приведенные в табл. *89
нормы относятся к отливкам с толщиной стенок до 100 мм. Для
более массивных отливок нормы устанавливаются особыми техни-
ческими условиями. Как правило, механические свойства опреде-
ляются на отдельно отлитых пробах, отжигаемых вместе с отливками.
В процессе затвердевания и охлаждения в форме стальная от-
ливка получает крупнозернистую малопрочную структуру. Для
538
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
получения более мелкозернистой структуры стальное литье подвер-
гают отжигу, который одновременно уничтожает и внутренние на-
Фиг. 364. Механические свойства углеродистой стали в зависимости от содержания
углерода:
а) 1 — предел прочности при растяжении в кг/мм2; 2 — предел текучести в кг/мм2; 3 — относи-
тельное удлинение в %; 4 — сужение поперечного сечения в %; б) 5 — наибольшая и 6 — наимень-
шая твердость по Бринелю в кг/мм2; 7 — ударная вязкость в кгм':см2.
Фиг. 365. Температура отжига для отли-
вок из углеродистой стали в зависимости
от содержания углерода.
пряжения, полученные при усадке. В результате правильно про-
сопротивление удару, повышается
удлинение и сопротивление раз-
рыву.
Температура отжига для
полной перекристаллизации и
получения однородного более
мелкозернистого строения ме-
талла должна быть несколько
выше линии GOS диаграммы со-
стояния, т. е. лежать в области
аустенита. На фиг. 365 показан
участок диаграммы состояния
для стали с содержанием 0,8%
Мп; нормальные температуры
отжига в зависимости от содер-
жания в стали углерода находят-
ся в заштрихованной области.
Нагрев и выдержка при температуре отжига должны обеспечить
равномерный прогрев отливок. При содержании 0,15—0,30% С
для сравнительно тонкостенных отливок нужна выдержка в 1 час,
а для более крупных отливок —2—3 и даже 4—6 час. при массивных
сечениях отливок. При слишком длительной выдержке, так же как при
излишне высокой температуре отжига, получается более крупнозер-
нистая структура металла по сравнению с нормальным отжигом.
ПЛАВКА СТАЛИ ДЛЯ ФАСОННОГО ЛИТЬЯ
539
При охлаждении после отжига для получения мелкозернистой
структуры необходимо быстро перейти критический интервал GOSP
(фиг. 365). Однако после этого для уничтожения внутренних напря-
жений дальнейшее охлаждение должно быть медленным с выравни-
ванием температуры в отливках. Для этого в печах с выдвижным
подом-тележкой последнюю выкатывают из печи на воздух, и тем-
пература отливок падает до 700—730°. После этого тележку вновь
вкатывают в печь, где происходит дальнейшее медленное охлажде-
ние отливок. В печах без выдвижного пода для быстрого охлажде-
ния отливок в интервале от температуры отжига до 700° топку печи
прекращают, полностью открывают шибер на борове, и образую-
щейся сильной тягой печь продувается холодным воздухом. По
достижении температуры около 700° продувку прекращают, печь
наглухо замазывают, шибер закрывают, и происходит дальнейшее
медленное охлаждение отливок с печью.
Ниже даны предельные скорости охлаждения после отжига
в интервале критических температур 900—700° в зависимости от
содержания углерода в стали по данным Г. 3. Нессельштрауса:
Содержание углерода в °/0 ...... 0,20 0,40 0,85
Скорость охлаждения в град/час . . . 30—50 25—35 15—25
Стальная отливка до отжига имеет тем более крупнозернистую
структуру, чем толще ее стенка. Отжиг ведет к уменьшению разме-
ров зерен стали. Но тонкостенное литье и в литом состоянии имеет
мелкозернистую структуру. Толщина стенки, при которой уже
в литом состоянии образуются зерна нормальной величины, полу-
чаемой при отжиге, называется критической толщиной стенки.
Ниже приведены данные о величине критической толщины стенки,
в зависимости от содержания в стали углерода:
Содержание углерода в °/0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Критическая толщина в мм 11 13—14 18—19 27 39
Отливки со стенками толщиной меньше критической нет смысла
подвергать отжигу с целью перекристаллизации. Такие отливки
следует, однако, подвергать отжигу для того, чтобы снять с них
внутренние напряжения. Отжиг этот заключается в нагреве отливок
до 600—650° с последующим медленным охлаждением.
2. ПЛАВКА СТАЛИ ДЛЯ ФАСОННОГО ЛИТЬЯ
Плавка в мартеновских печах
Мартеновский процесс заключается в изготовлении стали на поду ‘
пламенной печи особого устройства, имеющей пламя очень высокой
температуры (1700—1800°), необходимой для плавления и пере-
грева стали. Такие печи носят название мартеновских или сименс-
540
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
металла факел пламени,
горения. Через некоторс
Фиг. 366. Схема газовой
мартеновской печи:
/ — ванна; 2 — рабочее простран-
ство; 3 — каналы для подачи воз-
духа к головкам печи; 4 — каналы
для подачи генераторного газа к
головкам печи; 5 — регенераторы
для подогрева воздуха; 6 — реге-
нераторы для подогрева газа;
7 — подвод воздуха; 8 — подвод
газа; 9 — в дымовую трубу; А и
Б — головки печи.
мартеновских по имени изобретателя Сименса и впервые построив-
шего такую печь Мартена.
Схема мартеновской печи показана на фиг. 366. Ванна металла 1
находится в рабочем пространстве печи 2, На обоих концах рабо-
чего пространства имеются две совершенно одинаковые головки
А и Б, работающие попеременно. Когда правая головка дает на ванну
тогда через левую удаляются продукты
г время роли головок меняются.
Каждая головка имеет сверху канал 3
для подвода подогретого воздуха и ниже
него канал 4 для подвода подогретого ге-
нераторного газа (головка А разрезана
на схеме по газовому, а головка В — по
воздушному каналу). Газ и воздух, на-
гретые до 1100—1200°, при выходе из ка-
налов действующей головки смешиваются
и загораются в начале рабочего про-
странства печи. Вследствие высокого по-
догрева газа и воздуха получается пламя
высокой температуры.
Генераторный газ и воздух подогре-
ваются в особых камерах 5 и 6, запол-
ненных кирпичной насадкой из шамотного
кирпича и называемых регенерато-
рами. Газы, уходящие из рабочего
пространства через неработающую головку
(на схеме фиг. 366 через головку Б), опу-
скаются по воздушному и газовому ее
каналам в левую пару регенераторов и
нагревают их насадку, отдавая часть
своего тепла и охлаждаясь с 1500 до 500—600°. Далее газы по кана-
лам, изображенным на фигуре пунктиром, направляются в дымовую
трубу 9.
Правая пара регенераторов, нагретая цри работе левой головки 5,
во время работы головки А охлаждается, отдавая свое тепло воздуху
и генераторному газу, идущим через них в работающую головку А.
Воздух подводится по трубе 7, а генераторный газ — по трубе 8.
После того как левая пара регенераторов нагреется, а правая
пара охладится, работу переключают с правой головки на левую.
Для этого переключают клапаны, схематически показанные между
трубами 7 и 8 и дымовой трубой 9. Тогда газ и воздух пойдут в го-
ловку Б через левые регенераторы, а продукты горения через го-
ловку А будут уходить из печи и, проходя через правые регенера-
торы, нагревать их насадку.
Мартеновские печи работают не только на генераторном газе,
но и на мазуте, распыляемом форсунками высокого давления, уста-
новленными в обеих головках печи, имеющих только воздушные
ПЛАВКА СТАЛИ ДЛЯ ФАСОННОГО ЛИТЬЯ
541
каналы. Вместо четырех регенераторов такой мартен имеет только
два, так как подогревать нужно один воздух.
Стенки и под основной мартеновской печи делают из основных
огнеупоров, чтобы они не разъедались шлаками, имеющими основ-
ной характер. Под и ванну основной печи выкладывают из ма-
гнезитового кирпича с набивной облицовкой пода из магне-
зита и доломита, связанных горячей каменноугольной смолой.
Стенки выше зеркала ванны, а также свод выкладывают из динасо-
вого кирпича, так как магнезитовый кирпич в условиях перемен-
ных температур склонен к растрескиванию. Магнезитовую и дина-
совую части кладки разделяют слоем нейтрального хромистого
кирпича. Кислая печь футеруется целиком кислыми огнеупорами.
Стенки ее и свод делают из динасового кирпича, а набивку пода —
из кварцевой массы. Регенераторы мартеновских печей выклады-
вают из шамотного кирпича.
Емкость мартеновских печей, применяющихся на машинострои-
тельных заводах для фасонного литья, колеблется в пределах
5—50 т, чаще всего 15—30 т. Расход тепла на 1 т металла состав-
ляет 1,4- 10е до 1,7- 10е кал. Мартеновская печь работает непрерывно
круглосуточно, включая выходные дни, и дает в среднем 3—4 плавки
в сутки. Если цех фасонного литья работает лишь в течение двух
смен, то сталь, выплавляемая в третью смену, заливается на фасон-
ное литье в формы, изготовляемые в первые две смены и устанавли-
ваемые на особых резервных площадях. Выплавляемая в выходные
дни сталь идет на болванки, заливаемые в изложницы и предназна-
чающиеся для прокатки.
В литейных стального фасонного литья на машиностроительных
заводах сталь в мартеновских печах выплавляют так называемым
с к р а п-п роцессом.
Главной составной частью шихты для скрап-процесса служит
скрап — стальной лом, обрезки, литник, стружка. В шихту вводится
некоторое количество передельного чугуна для того, чтобы при-
меси чугуна, окисляясь во время расплавления, предохраняли
железо скрапа от слишком интенсивного окисления. С шихтой в печь
загружается также флюс (известняк и др.) для образования шлака.
Скрап-процесс может быть основным (ведется в основной
печи) и кислым (ведется в кислой печи).
Шихта для основного скра п-п р о ц е с с а составляется
из 55—70/6 скрапа и 30—45% чугуна. Для шлакообразования загру-
жают 4—10% известняка, 0,6—1 % боксита и до 3% железной руды.
Содержание углерода в шихте рассчитывается так, чтобы после
расплавления его было в металле на 0,5—0,7% больше, чем нужно
иметь в готовой стали. Процесс мартеновской плавки можно разде-
лить на два периода.
Первый, окислительный, период плавки вклю-
чает этапы: заправку огнеупорными материалами пода и откосов печи
(горячий ремонт), загрузку шихты, расплавление шихты, рафини-
542
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЁ
рование металла шлаком с удалением кремния, марганца, фос-
фора.
Так как железо является химическим элементом, преобладающим
в металлической шихте, то по закону действующих масс оно в про-
цессе расплавления и окисляется в первую очередь, образуя закись
железа FeO. Окисление железа шихты, а также кремния, марганца
и углерода чугуна в период расплавления идет за счет кислорода
окислительной атмосферы мартеновской печи. Как только к концу
расплавления образуется шлак, он покроет зеркало ванны металла
и изолирует ванну от непосредственного воздействия атмосферы печи.
В дальнейшем источником кислорода для окисления примесей
металла служит FeO, растворенная в шлаке, которая по закону
распределения переходит из шлака в металл и там расходуется на
окисление Si, Мп и Р. Начинается этап рафинирования металла,
причем вследствие наличия основного шлака, содержащего свобод-
ную СаО, фосфорный ангидрид Р2О5 связывается в шлаке в прочные
химические соединения (СаО)4-Р2О5 и (СаО)3 Р2О5, остающиеся
в шлаке.
Вследствие расходования Р2О5 в шлаке на образование этих
соединений концентрация свободного Р2О5 в шлаке уменьшается,
и для восстановления прежнего коэффициента распределения Р2О5
из металла будет непрерывно переходить в шлак. Таким образом,
при основном мартеновском процессе создаются все условия для
энергичного протекания дефосфорации металла.
Для более полного удаления фосфора из металла первоначальный
железистый шлак, содержащий 30—35% СаО, по расплавлении
шихты скачивают и наводят новый шлак с содержанием не менее
40% СаО, загружая в печь свежую известь с добавкой железной
руды как источника FeO, необходимого для окисления фосфора.
Что касается десульфурации стали, то, как было установлено
раньше, при рассмотрении нами общих физико-химических основ
металлургических процессов, для успешного удаления серы из
металла нужна свободная СаО в шлаке, высокая температура про-
цесса и низкое содержание FeO в шлаке. В основном мартенов-
ском процессе из этих трех условий нельзя добиться малой кон-
центрации FeO в шлаке. По этой причине процесс десульфурации
металла имеет здесь лишь весьма ограниченное развитие. Десуль-
фурация происходит главным образом в течение восстановительного
периода плавки.
Второй, восстановительный, период плавки
содержит заключительные этапы: «кипение» стали, доводку, раскис-
ление стали и выпуск ее из печи в разливочный ковш.
Окисление углерода в ванне металла сопровождается выделением
из ванны пузырьков окиси углерода — «кипением». Кипение ванны
происходит в конце окислительного периода и в начале восстанови-
тельного периода плавки. Оно протекает с разными скоростями до
самого окончания восстановительного периода и до раскисления
ПЛАВКА СТАЛИ ДЛЯ ФАСОННОГО ЛИТЬЯ
543
стали. Окисление углерода и кипение ванны будут протекать тем
быстрее, чем больше содержание в шлаке (а значит, и в металле)
закиси железа (источника кислорода) и чем выше температура.
Поэтому условием хорошей мартеновской плавки является горячий
ход печи.
Значение кипения ванны для всего процесса плавки весьма
велико. Поднимающиеся через толщу жидкого металла пузырьки
СО перемешивают металл, способствуя выравниванию его темпе-
ратуры и химического состава, а также коагуляции (слиянию) неме-
таллических включений, которые, становясь более крупными,
быстрее всплывают в шлак. В пузырьках СО парциальное давление
других газов равно нулю. Поэтому растворенные в стали другие
газы (например, водород, азот и др.) устремляются в эти пузырьки,
как в пустоту, и удаляются таким образом из стали. Происходит
дегазация стали.
Этап кипения имеет решающее влияние на качество стали и тре-
бует непрерывного наблюдения за химическим составом, температурой
и вязкостью металла и шлака. В период кипения через каждые
10—20 мин. берутся пробы металла для экспресс-анализа на содер-
жание С, Мп и Р. В начале этапа кипения в шлак вводится железная
руда; в заключительный период кипения руда уже не вводится,
чтобы не слишком увеличить содержание FeO в металле. Общая
продолжительность этапа кипения составляет не менее 2 час.
В конце этапа кипения производится доводка химического со-
става стали до заданного анализа. На основании данных химиче-
ского экспресс-анализа последней пробы металла и принимая опре-
деленный средний угар С, Мп и Si в процессе раскисления, произ-
водят расчет количества ферросплавов, которые необходимо ввести
в печь одновременно для доводки и раскисления стали.
При раскислении сталь освобождается от растворенной в ней
закиси железа. Раскисление разделяется на предварительное, кото-
рое производится в печи дачей в металл сначала ферромарганца,
а затем через 8—10 мин. — нагретого докрасна доменного ферроси-
лиция. Марганец и кремний отнимают кислород от закиси железа.
Образующиеся МпО и SiO2 реагируют с образованием легкоплавких
силикатов марганца, легко коагулирующих и всплывающих в шлак.
Окончательное раскисление стали производится при выпуске ее из
печи в ковш дачей на желоб печи мелкораздробленного ферроси-
лиция, а в ковш — алюминия.
В кислом мартеновском процессе сера и фосфор, содержа-
щиеся в металлической шихте, не участвуют в процессе и целиком
остаются в стали. Поэтому шихта для кислого процесса должна
быть с малым содержанием этих примесей, т. е. болле дорогая.
Однако по механическим свойствам (особенно в смысле ударной
вязкости) кислая мартеновская сталь, как правило, лучше основной
при том же химическом составе. Объясняется это тем, что FeO
в основном шлаке свободна и легко переходит в больших коли-
544
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
чествах в металл, а в кислом шлаке FeO связана с SiO2 и переходит
в металл в ограниченных количествах только при ее избытке. Поэтому
добиться полного раскисления ванны в основном мартеновском
процессе всегда труднее, нежели в кислом. Главная масса стали
для фасонного литья все же выплавляется в основных печах по
экономическим соображениям. В кислых печах плавят углеродистую
сталь только для наиболее ответственного фасонного литья, а
также низко- и среднелегированную сталь.
Для кислого мартеновского скра п-п р о ц е с с а
шихта составляется из стального скрапа и чистого по содержанию Р
и S гематитового древесноугольного передельного чугуна. Коли-
чество чугуна в шихте 20—50%. Шлак в кислой печи образуется
главным образом за счет окисления кремния чугуна и оборотного
шлака предыдущих плавок, который загружают с шихтой. Желез-
ную руду добавляют лишь в ограниченных количествах для регу-
лирования скорости окисления примесей металла, главным образом
углерода во время кипения ванны. Руду дают только после пол-
ного расплавления металла, но не в шихту.
Существуют две разновидности кислого мартеновского скрап-
процесса: так называемый активный процесс и кремневос-
становительный процесс. Различаются они протеканием вто-
рого, восстановительного, периода плавки.
Первый окислительный период плавки при обеих разновидностях
процесса протекает одинаково. Когда металл полностью расплавлен,
поднимают температуру в печи, и после прогрева ванны начинают
давать в печь малыми дозами железную руду. По мере присадки
руды в шлаке образуется свободная закись железа, которая распре-
деляется между шлаком и металлом и начинает окислять углерод
металла. Начинается «кипение» ванны, и процесс плавки переходит
во второй, восстановительный, период.
При активном процессе побуждение реакции окисления
углерода металла (кипения) производится периодическим введением
в печь железной руды, но в ограниченном количестве — не более
1,5% от веса металла. Для снижения вязкости шлака одновременно
добавляют немного извести. Продолжительность этапа кипения со-
ставляет 2—3 часа. Вследствие расходования FeO из шлака в металл
концентрация FeO в шлаке к концу кипения падает, а концентрация
свободного SiO2 соответственно растет. Кремний из SiO2 шлака
начинает частично восстанавливаться углеродом металла. Восста-
новленный кремний переходит в металл. Чтобы ограничить это
ненужное насыщение металла кремнием, температуру в печи умень-
шают, а в шлак дают небольшое количество извести для связывания
части SiO2. По окончании кипения производят доводку и раскисле-
ние стали сначала ферросилицием, а затем ферромарганцем. Кислую
сталь раскислять алюминием не следует, так как продукты раски-
сления (А12О3) более вредно отражаются на вязкости кислой, чем
основной стали.
ПЛАВКА СТАЛИ ДЛЯ ФАСОННОГО ЛИТЬЯ
545
При кремневосстановительном процессе этап кипе-
ния стали проводится без дачи в печь руды, а только за счет высокой
температуры печи, поддерживаемой в это время. Источником кисло-
рода для окисления углерода металла при этом служит лишь FeO,
образовавшаяся в период расплавления при окислении железа шихты
и находящаяся в избытке в шлаке. Кипение продолжается 3,5—4,5 ча-
са. К концу кипения происходит энергичное восстановление SiO2 в
шлаке. Металл значительно обогащается кремнием. В этой стадии
металл уже частично раскислен вновь поступающим в него только
что восстановившимся кремнием. Поэтому для раскисления в печь
вводят только ферромарганец, охлаждают ванну до температуры
выпуска и выпускают металл в ковш для разливки.
Во всяком кислом процессе углерод металла окисляется более
медленно, чем в основном процессе, так как FeO в основном шлаке
свободна и ее там имеется много, в кислом же шлаке наличие сво-
бодной FeO ограничено. По этой причине в основной мартеновской
печи легко получить низкоуглеродистую сталь, чего трудно достичь
в кислой печи.
В заключение укажем на применение в последние годы
кислорода для ускорения процесса выгорания углерода из
жидкого металла. Для этой цели кислород вдувается в ванну металла
на глубину 150—200 мм под слой шлака через железные трубки
диаметром 3/4—1" или специальные охлаждаемые водой сопла.
Давление кислорода — 5—7 ати, При расходе кислорода 3—9 м3
на 1 т металла скорость выгорания углерода увеличивается в
3—5 раз по сравнению с окислением железной рудой.
Наибольшая эффективность применения кислорода достигается
при комбинированном методе, заключающемся в продувке ванны
металла кислородом, подплавлении шихты струей кислорода в пе-
риод расплавления и в обогащении воздуха для горения топлива
в мартеновской печи до концентрации в нем 26—27% О2. При таком
комбинированном методе получается увеличение часовой произво-
дительности печи на 20% с одновременным сокращением расхода
топлива на 15—20%. Расход кислорода при этом составляет 30—35 м3
на 1 tn стали.
Плавка в дуговых электропечах
Для плавки стали применяются дуговые трехфазные электропечи
типа ДСТ емкостью 1,5; 3 и 5 иг, имеющие мощности трансформатора
соответственно 1000, 1500 и 2250 ква. Для фасонного литья из угле-
родистой стали чаще всего применяется кислый процесс плавки,
который по сравнению с основным протекает на 30—40% быстрее
и требует на 30—50% меньше расхода электроэнергии и электродов
на тонну выплавленной стали. Для кислого процесса расход элек-
троэнергии составляет в среднем 600—650 квт-ч на 1 т стали, гра-
фитовых электродов 5—8 кг, а угольных — 15—20 кг при трех-
сменной работе и средней продолжительности плавки 2,5 часа.
35 Аксенов 1956
546
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
Однако при загрязненной фосфором и серой шихте следует при-
менять основной процесс. Его применяют и для плавки легирован-
ных сталей. Осндвной процесс, кроме того, легко позволяет полу-
чать сталь с содержанием углерода менее 0,2%, чего затруднительно
достичь при кислом процессе.
Свод как в кислой, так и в основной печи делается из динасо-
вого кирпича. Под кислой печи набивается из кварцевой массы,
а в основной печи — из магнезита. Боковые стенки в кислой печи
кладутся из динасового, а в основной печи из магнезитового кир-
пича.
Шихта составляется главным образом из стального лома и скрапа
с небольшой добавкой чугуна (для кислого процесса — до 5%,
а для основного — до 10%). Среднее содержание углерода в шихте
должно превышать требуемое его содержание в готовой стали на
0,2—0,3% при кислом и на 0,5—0,6% — при основном процессе.
Атмосфера в дуговой электропечи нейтральная, а не окислительная,
и вследствие этого процессы электроплавки существенно отличаются
от плавки в мартеновских печах.
При плавке кислым процессом после расплавления
шихты металл покрывается слоем кислого шлака, в котором FeO
связана свободным SiO2 в силикат FeOSiO2. Незначительное содер-
жание свободной FeO в шлаке обусловливает также малое содер-
жание ее в металле, малое окисление металла и медленное, вялое
протекание процесса окисления углерода металла (кипение) и других
элементов. Ввиду отсутствия в шлаке свободной СаО дефосфорации
и десульфурации металла в кислой печи не происходит. После оки-
сления углерода и снижения его в металле до необходимого содер-
жания производят доводку и раскисление стали и выпуск ее в ковш
для разливки. Сталь, выплавленная в кислой дуговой электропечи,
обладает высокими литейными и механическими свойствами и яв-
ляется превосходным материалом для тонкостенного стального фасон-
ного литья.
Основной процесс в дуговой электропечи отличается
от кислого тем, что позволяет удалять из металла фосфор и серу.
Кроме того, в основном шлаке FeO свободна и содержится в боль-
шом количестве, легко переходит в металл и энергично производит
окисление его примесей. В зависимости от назначения и состава
стали, содержания легирующих элементов в шихте и ее чистоты
по вредным примесям различают два метода ведения плавки в основ-
ной электропечи — плавка с окислением и плавка без окисления.
Плавка с окислением применяется наиболее часто.
После расплавления шихты в печь вводят железную руду, что спо-
собствует окислению примесей металла — углерода (кипение),
а также Si, Мп и Р с переводом их окислов в шлак. Затем этот
первый железистый шлак скачивают. Производят науглерожива-
ние металла до необходимого заданным анализом предела. После
этого в печи заводят новый, белый (сильно известковый) шлак,
йЛлвкл стали для Фасонного литья fa]
с помощью которого производят рафинирование металла, заклю-
чающееся в его десульфурации и одновременно раскислении. Затем
металл выпускают из печи в ковш для разливки.
Плавка без окисления применяется при наличии
чистой по примесям, отборной и свободной от ржавчины шихты.
Чаще всего этот метод применяется для плавки средне- и высоко-
легированной стали из отходов той же стали и при необходимости
сохранить содержащиеся в этих отходах легирующие элементы
и предупредить их окисление и переход в шлак. При плавке этим
методом после расплавления шихты, удаления из печи первого шлака
и науглероживания металла производится рафинирование металла
под белым шлаком и затем доводка и выпуск металла из печи.
Период окисления основного процесса плавки в дуговой электро-
печи аналогичен такому же периоду мартеновской плавки. Шлаки
этого периода содержат примерно 40% СаО, 12—15% SiO2, 15—
18% FeO, 10—12% МпО. Кипение, т. е. окисление углерода металла,
обусловливается наличием в шлаке закиси железа. Для поддер-
жания ее концентрации в шлаке в печь в этот период вводят неболь-
шими порциями железную руду. Примерно за полчаса до скачи-
вания шлака дача руды прекращается и происходит уже «чистое
кипение» металла, без руды, за счет кислорода оставшейся в шлаке
FeO.
Науглероживание металла после периода окисления и скачи-
вания первого шлака производится путем забрасывания на оголен-
ную поверхность металлической ванны электродного боя, кокса,
антрацита или древесного угля.
Рафинирование, или раскисление, стали для фасонного литья,
содержащей менее 0,6% С, производят в основной дуговой электро-
печи с помощью так называемого белого шлака, который наводится
на ванне из извести, плавикового шпата, молотых ферросилиция
и кокса или древесного угля. Этот шлак является высокоосновным
и маложелезистым; он содержит свыше 60% СаО, 10—12% SiO2,
около 1% FeO. Такой шлак, содержащий углеродистые материалы,
является восстановительной средой, в которой реакция связыва-
ния серы в виде CaS сопровождается образованием СО, улетучиваю-
щегося в атмосферу печи:
FeS + СаО 4- С = CaS 4> Fe + СО.
Это делает реакцию необратимой, вследствие чего она идет до
конца. В мартеновской же основной печи шлак содержит большое
количество свободной FeO и является окислительной средой. Поэтому
там процесс связывания серы протекает по обратимым реакциям
FeS 4-СаО FeO + CaS;
MnS 4- СаО МпО 4- CaS
35*
&4Й
Стальное литье
и имеет лишь ограниченное развитие. Таким образом, в дуговой
основной электропечи создаются наиболее благоприятные условия
для десульфурации металла.
Белый шлак с введенными в него углем или коксом и ферроси-
лицием раскисляется и содержит весьма малое количество FeO.
Такой шлак сам производит энергичное диффузионное раскисление
металла находящимся в нем углеродом кокса или угля и кремнием
ферросилиция по реакциям:
FeO 4- С = Fe + СО;
МпО + С = Мп СО;
2FeO 4-Si = 2Fe 4-SiO2;
2MnO 4- Si — 2Mn 4- SiO2.
Металл, раскисленный белым шлаком, не нуждается в даль-
нейшем раскислении ферромарганцем и ферросилицием. После рас-
кисления или рафинирования под белым шлаком в ванну вводят
ферросплавы и легирующие примеси для доводки стали до задан-
ного химического состава. Затем вводят в ванну алюминий для окон-
чательного раскисления и выпускают металл из печи.
Применение кислорода при плавке стали в дуговой
электропечи, по данным Л. И. Леви, позволяет увеличить произво-
дительность печи на 30—40% и уменьшить расход электроэнергии
на 20—25%. Кислород применяется в период расплавления шихты
и в период окисления.примесей. В период расплавления кислород
подается в рабочее пространство по железной трубке диаметром
12—18 мм под давлением 3—5 ати. Расход кислорода в этот период
составляет 4—6 м3 на 1 т стали. В период окисления примесей
кислород подается в печь по такой же трубке и вводится в жидкий
металл на глубину 100—150 мм под давлением 7—10 ати в коли-
честве 7—10 м31мин. Трубка, через которую кислород подается
в металл, сгорает. Расход трубок составляет примерно 0,5 м/мин.
Плавка в высокочастотных электропечах
Высокочастотная бессердечниковая индукционная электропла-
вильная печь представляет собой набивной тигель, вокруг кото-
рого расположена электрическая обмотка, или индуктор, в виде
спирали из медной трубки, охлаждаемой водой (фиг. 367). Пере-
менный ток высокой частоты с напряжением 150—2000 в подво-
дится к индуктору от специального генератора — машинного либо
лампового. В находящемся в тигле металле возникают наведенные
(индуцированные) вторичные паразитные переменные токи Фуко,
которые и производят расплавление и перегрев металла. Плотность
наведенного тока получается наибольшей у стенок тигля, а в центре
его — наименьшая. Вследствие этого металл у стенок тигля нагре-
ПЛАВКА СТАЛИ ДЛЯ ФАСОННОГО ЛИТЬЯ
549
вается сильнее. Шлак в такой печи нагревается до более низкой
температуры, чем металл. В связи с тем, что ток в индукторе и ванне
металла течет в каждый данный момент в противоположных напра-
влениях, в металле возникают циркуляционные потоки, перемеши
вающие металл, а на поверхности ванны металла образуется возвы
шение — так называемый гребе-
шок.
Высокочастотные промышлен-
ные плавильные печи питаются то-
ком с частотой от 500 до 2000 пе-
риодов в секунду и делаются емко-
стью от 50 кг до 4 т. Футеровка
тигля делается обыкновенно кис-
лая и набивается из кварцита с
примесью в качестве связующего
1,5% борной кислоты. Расход
электроэнергии на 1 т стали со-
ставляет 600—700 квт-ч.
Фиг. 367. Схема тигля высокочастот-
ной электроплавильной печи.
Процесс плавки стали в высокочастотной электропечи сводится
к расплавлению чистой шихты, подобранной по химическому составу
к заданному анализу металла. Металлургических процессов в высоко-
частотной печи обыкновенно не ведут ввиду затруднительности
их протекания из-за холодного шлака. Высокочастотные печи при-
меняются для плавки ответственных высоколегированных сталей.
Продолжительность плавки в печах малой емкости примерно 30 мин.,
в больших печах — 1—1V2 часа. Установка печи состоит из одного
генератора и двух тиглей, которые работают поочереди (один из них
ремонтируется).
Получение стали в конвертерах с боковым дутьем
Конвертер с боковым дутьем, или малый бессемер (фиг. 368),
имеет емкость 1—3 т и поверхностное боковое дутье. Этим он отли-
чается от конвертера с нижним дутьем, или большого бессемера,
который применяется на заводах большой металлургии для передела
чугуна в сталь (большой бессемер имеет емкость 10—15 т и подачу
дутья через днище, с продувкой всей толщи ванны металла). Бессе-
меровские конвертеры делаются с кислой футеровкой — из динасо-
вого кирпича, или же набивными — из кварцевой массы. Диаметр
ванны металла d составляет 400—500 мм, высота ванны h = 0,7d,
а диаметр рабочего пространства D = 1,2—1,3d. Число фурм 5—8
с расположением в один горизонтальный ряд; диаметр фурм 30—
40 мм, давление дутья 0,25—0,4 ати.
Чугун для малого бессемерования предварительно расплавляют
в вагранке и крановым ковшом заливают в конвертер. Так как топ-
ливом процесса являются примеси чугуна, главным образом Si и Мп,
то содержание их должно быть достаточно высоким — чугун должен
быть «химически горячим». Кроме того, чугун должен иметь высокую
550
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
Фиг. 368. Схема конвертера
с боковым дутьем:
1 — ось поворота; 2 — фурмы; 3 — по-
ложение зеркала металла при про-
дувке.
температуру — быть физически горячим. По данным практики, раз-
личают следующие градации указанных качеств чугуна для малого
бессемерования.
Физически горячий чугун имеет температуру 1400—1450°, нор-
мальный — 1300—1350° и холодный — 1280—1350°.
Химический горячий чугун имеет 2,0—2,5% Si; 0,9% Мп и
3,О°/о С; нормальный: 1,2—1,6% Si, 0,8% Мп и 3,0% С; холодный:
0,4—0,6% Si, 0,6% Мп и 2,9% С.
Продолжительность операции ма-
лого бессемерования равна 12—16 мин.
в 1—1,5-/п конвертере, 15—25 мин. в
2—2,5-/п и 20—30 мин. в конвертерах
большей емкости. Выгорание 1% при-
месей чугуна дает приблизительно сле-
дующее повышение температуры ванны:
Si — на 150—180°, Мп — на 40—45°,
С->СО — на 10—25° и С-»СО2 — на
100—150°.
Как видно из приведенных цифр,
разогрев ванны необходимый для по-
лучения достаточно горячей и жидко-
текучей стали, достигается Улавным
образом за счет горения углерода и
кремния. При малом бессемеровании
поверхностное дутье создает на поверх-
ности ванны большой избыток воздуха,
благодаря чему главная масса углерода
сгорает до СО2 и дает большой тепло-
вой эффект. В конвертерах с нижним
дутьем получается главным образом СО,
и поэтому они должны быть большей
емкости, иначе слишком большая доля
тепла расходовалась бы на нагрев футе-
ровки и сталь получилась бы холодной.
В начале продувки по закону действующих масс кислород воз-
духа производит окисление железа, концентрация которого в ванне
наибольшая. Образующаяся закись железа FeO растворяется в ме-
талле и служит главным источником кислорода для окисления приме-
сей чугуна. С самого начала продувки под действием кислорода FeO,
а также частично и кислорода воздуха, происходит энергичное окис-
ление кремния и марганца. Углерод чугуна в начале процесса окис-
ляется весьма незначительно, так как при сравнительно низких темпе-
ратурах ванны упругость диссоциации СО больше, чем окислов Si
и Мп. Углерод начинает энергично окисляться только тогда, когда
теплота горения Si и Мп разогреет ванну до температур 1450—
1550° С, при которых упругость диссоциации СО становится меньше,
чем для окислов Si и Мп. Углерод окисляется за счет как кисло-
ОСОБЕННОСТИ ЛИТННКОВОИ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК
551
рода FeO, так и частично за счет кислорода дутья. Интенсивное
окисление углерода начинается приблизительно с 7—8-й минуты.
Сера и фосфор не выгорают, так как футеровка конвертера и шлаки
кислые. Поэтому в исходном чугуне должно быть минимальное
содержание этих примесей. После продувки полученную сталь
раскисляют добавкой 60—80%-го ферромарганца и 40—50%-го
ферросилиция. Ферромарганец в количестве 1—1,5% всегда дают
непосредственно в конвертер, а ферросилиций в количестве 0,5—
0,8% — чаще всего в ковш. Для окончательного раскисления реко-
мендуется в ковш давать 0,025—0,1% А1.
В конвертер заливают чугун из вагранки. Таким образом, пла-
вильная установка при малом бессемеровании в фасонно-сталели-
тейном цехе машиностроительного завода состоит из вагранок и кон-
вертеров. На каждую одновременно работающую вагранку обыкно-
венно устанавливают по два конвертера, работающих поочередно.
Емкость конвертера берут равной половине часовой производитель-
ности вагранки. Угар металла в конвертере составляет 10—12%
и может достигать 15—17%. После остановки дутья в конвертере
получается сталь с содержанием около 0,1% С. При раскислении
стали ферромарганцем содержание в ней углерода несколько уве-
личивается за счет углерода ферромарганца, но не более чем до
0,15% С. Для получения более твердой стали металл науглерожи-
вают, добавляя жидкий чугун. Чаще всего сталь малого бессеме-
рования имеет окончательное содержание углерода 0,2—0,3%.
Бессемеровская сталь может оказаться более окисленной, нежели
мартеновская, потому что при быстром протекании процесса в кон-
вертере раскисление стали ведется менее точно и может произойти
не до конца. По этой причине для плавки наиболее ответственного
стального фасонного литья при мелком и среднем развесе литья
применяют дуговые электропечи, а для менее ответственного литья —
малое бессемерование. Для литья крупного развеса обычно при-
меняют мартеновскую плавку стали.
Применение кислорода для обогащения дутья, пода-
ваемого в конвертер с боковым дутьем, позволяет сократить продол-
жительность процесса до 4—5 мин. Отметим, что одним из методов
интенсификации процесса является применение физически горячего
(1450°) чугуна при минимальном содержании в нем кремния.
3. ОСОБЕННОСТИ литниковой СИСТЕМЫ для отливок
ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Сталь как материал для фасонных отливок обладает худшими
литейными свойствами по сравнению с чугуном. Усадка углероди-
стой стали составляет около 2%; сталь менее жидкотекуча, обла-
дает повышенной склонностью к ликвации и трещинообразованию.
Вследствие этого из стали труднее получить здоровое литье; при-
ходится принимать ряд мер в отношении подвода металла, устрой-
552
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
ства прибылей, выравнивания скоростей охлаждения различных
частей отливки и режима заливки, а также обращать особо серьезное
внимание на конструирование стальных отливок.
Высокая усадка стали требует особого внимания в отношении
создания условий для более свободного сокращения отливок в форме,
что очень важно для сложного литья. Для этой цели форму, в
особенности стержни, делают с податливыми прослойками и пусто-
тами. Иногда для предохранения отливок от чрезмерного развития
усадочных натяжений и возникновения горячих трещин практи-
куется ранняя выбивка отливок с освобождением их от стесняю-
щих усадку стержней и последую-
щей засыпкой землей для нормаль-
ного медленного охлаждения.
Подвод металла во многих слу-
чаях, особенно для тонкостенных
отливок, следует делать в тонкое
место отливки. Место отлив-
ки около литника заполняется наи-
более горячим металлом; в другие
же места отливки металл попадает
значительно охлажденным. Кроме
того, проходящая через место под-
вода масса металла при заполнении
формы разогревает и самую форму
в этом месте. Поэтому при подводе
Фиг. 369. Схема неправильного (а)
и правильного (б) подвода металла
при отливке стальной детали —
топочной рамы паровоза.
литника в тонкую часть отливки значительно выравниваются ско-
рости охлаждения тонких и толстых частей отливки, что ведет к
уменьшению усадочных напряжений и трещин.
На фиг. 369 показано влияние разогрева формы и отливки в мес-
тах подвода литника. Если литник и прибыли, зачерненные на
фигуре, расположены так, как показано на фиг. 369, а, то в местах
подвода образуются усадочные раковины. Для устранения их
надо установить на этих местах прибыли так, как показано на
фиг. 369, б.
Тонкостенные детали с большой поверхностью по тем же сообра-
жениям следует заполнять через большое количество питателей,
подводя металл равномерно ко всей отливке. При подводе металла
через малое количество питателей вследствие разогрева формы
у питателей и более горячего металла у литника легко образуются
горячие трещины.
На фиг. 370 показана литниковая система для конденсационного
горшка — крупной отливки со сравнительно небольшой толщиной
стенок и большой поверхностью. Для обеспечения равномерного
заполнения такой отливки сечения питателей, ведущих от литнико-
вого хода к отливке, увеличиваются по мере удаления от стояка.
Р Очень часто принцип подвода металла в тонкое место для вырав-
нивания скоростей остывания толстых и тонких частей не дает
ОСОБЕННОСТИ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ для отливок
553
удовлетворительных результатов на стальных отливках. В таксм
случае надо стремиться обеспечить направленное затвер-
девание отливки, устанавливая прибыль на наиболее массивной
части отливки с подводом металла в прибыль. Симметричный
подвод металла при этом часто позволяет равномерно заполнять и
прогревать форму, что способствует получению здоровой отливки.
Так, диск с толстым ободом и ступицей (фиг. 371) заливают в при-
быль, установленную на ступице, как показано на фигуре стрелкой.
После подъема уровня стали до места перехода
в диск металл равномерно и симметрично за-
полняет диск и обод. Через тонкий диск при
Фиг. 370. Схема подвода ме-
талла при отливке тонкостен-
ной стальной детали с боль-
шой поверхностью:
Фиг. 371. Схема правильного и неправильного
(пунктир) подвода металла при отливке диска
с массивным ободом и ступицей.
/ — стояк; 2 — литниковый ход;
3 — выпор.
этом проходит значительное количество металла, идущего в массив-
ный обод, что в известной мере сближает скорости остывания обода и
диска и не вызывает образования горячих трещин на диске и в месте
сопряжения его с ободом. Для питания обода на нем установлены
четыре местные прибыли. Главнейшей опасностью при данном спо-
собе заливки является разогревание ступицы всей массой прохо-
дящей через нее стали. Прибыль достаточных размеров, установ-
ленная на ступице, предотвращает образование усадочной ра-
ковины, и все внимание литейщика должно быть направлено на
то, чтобы избежать появления трещин в месте перехода от ступицы
к диску; для этой цели устанавливают усадочные ребра и осуще-
ствляют плавный переход от ступицы к диску. При подводе же
металла в диск даже через два литника с несколькими питателями
как показано на фиг. 371 пунктиром, диск прогревается неравно-
554
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
мерно, что неизбежно ведет к появлению горячих трещин в зонах
подвода литников.
В целях выравнивания скоростей охлаждения отливок, имею-
щих сечения, сильно отличающиеся по толщине, массивные части
их подвергают искусственному охлаждению при помощи внешних
и внутренних холодильников. Для питания массивных сечений во
избежание образования усадочных раковин в стальном литье ши-
роко практикуется установка прибылей. Если расширяющаяся
кверху прибыль сильно препятствует свободной усадке отливки,
Фиг. 372. Схема под-
вода металла к кор-
то во избежание появления горячих трещин
ее иногда заменяют сужающейся кверху, уве-
личивая при этом ее высоту. Чтобы в прибыли
иметь по возможности горячий металл и умень-
шить ее размеры, при заливке детали сифоном
часто практикуют прорезку в прибыль допол-
нительного хода 1 (фиг. 372) из стояка. Для
той же цели иногда практикуют доливку го-
рячей стали в прибыль после заполнения формы
особо крупных и массивных отливок.
Вопрос о расчете литниковой системы
для фасонного стального литья разработан в
значительно меньшей степени, чем для чу-
гунного литья, и чаще всего до сих пор
пусу клапана: сечения литников для стального литья наз-
1- дополнительный литни- НаЧЗЮТ ПО ПрЗКТИЧеСКИМ ДЭННЫМ.
ковыи ход в прибыль. j~j0 даннь1М с. в. Руссияна, на основе глав-
ным образом практики завода НКМЗ и других
заводов_время заливки можно рассчитывать по формуле Дитерта
z = sj/Q, где коэффициент s для различных значений относитель-
нои плотности отливки kv = -y- принимается:
kv До 1,0 1,1— 2,0 2,1—3,0
s 0,8 0,9 1,0
3,1—4,0 4,1—5,0 5,1—6,0 6,1—7,0
и выше
1,1 1,2 1,3 1,4
Площадь малого сечения системы, или площадь сечения пита-
телей, рассчитывается по удельной весовой скорости заливки
кг/сек-см1 2, которая принимается в зависимости от величины kv-
kv До 1,0 1,1—2,0 2,1—3,0 3,1—4,0 4,1—5,0 5,1—6,0 6,1—7,0
и выше
Сырая
форма К 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,90 0,95
Сухая
форма К 0,95 1,00 1,15 1,20 1,30 1,40 1,50
Соотношение площадей сечений стояка, литникового хода (шлако-
уловителя) и малого сечения системы (питателей) рекомендуется
лх • Fпит = 1 >2 : 1,1 : 1 т
ОСОБЕННОСТИ ЛИТНИКОВОИ СИСТЕМЫ для отливок
555
При заливке форм из стопорных ковшей удельная весовая ско-
рость заливки и диаметр отверстия стопорного стакана определяются
по графикам типа, показанного на фиг. 373, построенного по данным
Уральского завода тяжелого машиностроения (УЗТМ). График пред-
ставляет собой две диаграммы с общей осью ординат, на которой
отложена удельная весовая скорость заливки К кг/сек на 1 см2 пло-
щади сечения питателей. Найдя К по металлоемкости формы Q и
Фиг. 373. График для расчета литниковой системы при заливке из стопорных ковшей
стальных отливок весом до 20 т.
значению kv отливки по правой диаграмме, находим далее на левой
диаграмме диаметр отверстия стопорного стакана в зависимости
от напора Н металла в ковше. При этом следует иметь в виду, что
при удельных весовых скоростях заливки свыше 65 кг/сек-см2 нужно
применять заливку через два стопора. Для более мелкого стального
литья весом до 1,5 т имеется аналогичный график.
По данным Г. М. Дубицкого, время заливки для стальных отли-
з_________________________________________
вок следует считать по формуле s = где коэффициент s
принимается:
'а б в
Нормальная температура и жидкотеку-
честь металла................... 1,3 1,4 1,5—1,6
Повышенная температура и жидкотеку-
честь ..........................1,4—1,5 1,5—1,6 1,6—1,8
Случай а относится к подводу металла к отливке сифоном или
в толстостенные части отливки. Случай б — подвод на половине
Высоты отливки или ступенчатым литником. Случай в — верхний
556
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
литник или подвод в тонкостенные части отливки. Температура
заливки рекомендуется 1410—1420° для тяжелого толстостенного
литья весом свыше 10 т\ 1420—1430° для тонкостенного сложного
литья весом свыше 5 т\ 1430° для среднего машиностроительного
литья весом 0,5—5 /и; 1440° для мелкого литья весом менее 0,5 пг.
При этом по данным того же автора допустимые значения сред-
ней скорости подъема уровня жидкого металла в литейной форме
должны быть не менее 20 мм/сек при толщине стенок отливок
7—10 мм, не менее 10 мм/сек при толщине 10—40 мм и не менее
Фиг. 374. Схема заливки формы
из стопорного ковша:
а — начало; б — конец заливки.
8 мм/сек при толщине отливок свыше
40 мм. Средняя скорость подъе-
ма металла в форме получается де-
лением высоты отливки в форме на
время заливки. По другим данным 1
скорости подъема жидкой стали в
форме должны быть выше, например,
для тонкостенного литья не менее
20—30 мм/сек.
Сечение питателей определяется
по общей формуле Озанна, в кото-
рой суммарный коэффициент рас-
хода /л литниковой системы вместе
с литейной формой принимается:
Сопротивление формы:
Сырые формы.............
С}хне формы............•
большое среднее малое
0,25 0,32 0,42
0,30 0,38 0,50
При заливке из стопорных ковшей для более точного расчета
Г. М. Дубицкий рекомендует учитывать напор не только литниковой
системы, но также напор металла в ковше, изменение его при заливке
формы и высоту падения струи от стопорного отверстия до литника.
Этот расчет, однако, получается значительно усложненным. В своем
наиболее простом виде он сводится к нахождению площади сечения
питателей по формулам:
для начального момента заливки (фиг. 374, а)
Р-к V"^1
Fпит —Fк-——^==-смг, (57)
а для конечного момента заливки (фиг. 374, б)
F == F
1 пит — 1 к
у.кУн”3
СМ2,
(57а)
1 Стен Форслунд, Швеция, 1955.
ЛИТЬЁ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
557
где F* — площадь сечения отверстия стопорного стакана ковша;
— коэффициент расхода при истечении стали через отверстие
в стакане, принимаемый в пределах 0,75—0,85;
р — коэффициент расхода литниковой системы и формы, при-
нимаемый по приведенным выше нормам.
Сечение питателей принимается то из двух, найденных по фор-
мулам (57) и (57а), которое окажется наибольшим. В этом расчете
не учитывается высота Н2 падения струи от ковша до литника.
Расход металла в форме в конце заливки определяется при этом
только высотой напора Я" литника над верхней точкой отливки.
В более уточненном расчете принимается во внимание как высота
падения струи Н2, так и потери энергии струи при. ударе о зеркало
металла в литниковой чаше, на вихревые движения в стояке и другие
потери напора, не учитываемые коэффициентами р и рк. Однако
для этого приходится задаваться рядом коэффициентов и величин,
значение которых пока мало уточнено экспериментально.
По практическим данным М. Е. Брылева и Б. В. Рабиновича
для стальных отливок при металлоемкости формы Q = до 300—
500 кг диаметр стояка в см определяется по формуле
4
d=kVQ +15. (58)
Коэффициент k для тонкостенного сложного литья составляет
1,43, а для толстостенного простого литья — 1,13. Соотношение
сечений стояка, литникового хода (шлакоуловителя) и суммы сечений
питателей Fcm : FlUA : Fnum = 1 : 1,05 : 1,1 для толстостенного простого
литья и 1 : 1,1 : 1,2 для тонкостенного сложного литья
4. ЛИТЬЕ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Легированными сталями называются стали, содержащие, помимо
обычных примесей С, Si, Мп, Р и S, еще и специальные (легирую-
щие) элементы, как-то: Cr, Ni, Mo, V и пр., или содержащие Si и
Мп в количествах, превышающих их нормы в обычных угероди-
стых сталях. Стали называются низколегированными, если содер-
жание в нйх легирующих элементов не превышает 3%, и высоколе-
гированными, если содержание этих элементов превышает 10%.
Низколегированные стали применяются для фасонного литья
в тех случаях, когда требуется обеспечить прежде всего повы-
шенные механические свойства металла, например, высокое зна-
чение предела текучести, пластичность и сопротивление удару,
сопротивление знакопеременным нагрузкам. Высоколегированные
стали применяются в тех случаях, когда отливки должны обладать
специальными физико-химическими свойствами, например, высокой
износоустойчивостью, антикоррозионностью, жароупорностью, не-
магнитностью и т. п.
558
СТАЛЬНОЕ ЛЙТЬЁ
Наибольшей специфичностью отличается получение отливок
из высоколегированных сталей, из которых мы рассмотрим три:
высокомарганцовистую износоупорную сталь, хромоникелевую ки-
слотоупорную сталь и никельхромистую жароупорную сталь для
фасонного литья.
Высокомарганцовистая износоупорная сталь марки
ЛГ13 содержит 13—14% Мп. Эта сталь имеет аустенитную струк-
туру. Фасонное литье из этой стали широко применяется для деталей
дробилок, экскаваторов, драг, траков гусеничных машин, кресто-
вин и стрелок железнодорюжных и трамвайных путей и тому по-
добных деталей, работающих на износ.
В литом состоянии высокомарганцовистая сталь, не подвер-
гнутая термической обработке, состоит из аустенита с включениями
хрупких карбидов, вследствие чего эта сталь не обладает достаточ-
ной вязкостью. Поэтому для получения чисто аустенитовой вяз-
кой структуры отливки из этой стали подвергают закалке в воду
с температуры 1000—1100°. При этой температуре карбиды раство-
ряются в аустените и во время быстрого охлаждения при закалке
не успевают снова из него выделиться.
Правильно закаленная сталь ЛГ13 имеет следующие механичес-
кие свойства: сопротивление разрыву 80 кг/мм2, относительное
удлинение 30—50%, твердость по Бринелю 180—200. При этом
образцы из высокомарганцовистой стали при разрыве вытягиваются
целиком, не образуя шейки.
Под действием удара или истирающей нагрузки (давления) полу-
чается поверхностное твердение (наклеп) стали ЛГ13 — твердость
по Бринелю на поверхности возрастает с 200 до 450—600. Та же
причина (поверхностное твердение вследствие давления) ведет к пло-
хой обрабатываемости. Такая сталь поддается обработке только
резцами из специальных твердых сплавов и шлифовальными кру-
гами. Вследствие плохой обрабатываемости отливки из этой стали
делаются с литыми отверстиями. Отверстия малого диаметра обра-
зуют при помощи стержней мягкого железа и затем рассверливают.
Следует отметить, что сталь ЛГ13 обладает весьма большим
сопротивлением износу (наибольшим из всех известных сталей),
но лишь только в условиях наклепа, т. е. работы с нагрузкой ударом
или при больших удельных давлениях.
Теплопроводность высокомарганцовистой стали приблизительно
в 3 раза меньше по сравнению с обыкновенной углеродистой сталью.
Это обстоятельство создает затруднения в достижении равномерного
прогрева массивных отливок при термической обработке. Вследствие
этого литье из данной стали изготовляют со стенками толщиной
не свыше 125—150 мм. Чем выше содержание углерода, тем больше
карбидов в сырой стали и тем большее значение имеет прогрев отливки
при закалке. Поэтому содержание углерода надо уменьшать с уве-
личением толщины отливок. Практически содержание углерода
в стали ЛГ13 колеблется в пределах 1,0—1,3%.
литье ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
550
Линейная усадка данной стали составляет 2,6—3,0%. Столь
высокий процент усадки создает большую склонность к образованию
напряжений и горячих трещин в отливках. Положение, кроме
того, усугубляется замедленным выравниванием температур между
массивными и тонкими частями отливок вследствие малой теплопро-
водности этой стали, что увеличивает усадочные напряжения. Пра-
вильное конструирование отливок в отношении равностенности и
переходов, установка усадочных ребер, правильный подвод литников,
устранение сопротивления формы — все эти факторы оказывают
решающее влияние на получение годной отливки.
Высокое содержание марганца обусловливает склонность к обра-
зованию закиси марганца в жидкой стали. Поэтому шамотовые
стаканчики и пробки в разливочных ковшах заменяют нейтраль-
ными графитовыми. По той же причине облицовочные формовоч-
ные смеси и краски составляют на основе магнезита или в формо-
вочную смесь вводят графит.
Кислотоупорная хромоникелевая сталь для
фасонных отливок содержит 18—22% Сг и 7—9% Ni. Содержание
в этой стали хрома установлено минимально в 18%, а среднее со-
держание никеля—8%. Поэтому данной стали обычно присваи-
вается марка 18-8.
В литом состоянии сталь 18-8 имеет структуру аустенита с вы-
делившимися при замедленном остывании карбидами. Отливки из
данной стали подвергаются закалке в воде с температуры 1000—1050°
для получения чисто аустенитовой структуры, обеспечивающей их
высокую антикоррозионность.
Чем больше содержание в этой стали углерода, тем больше в ней
карбидов и тем выше должна быть температура нагрева отливок
при закалке. В случае массивных отливок охлаждение их даже
при закалке в воде будет замедленным вследствие малой теплопро-
водности стали 18-8, и карбиды могут снова выпадать из аусте-
нита.
Поэтому чем массивнее отливка, тем меньше должно быть содер-
жание углерода в стали 18-8. Обычно содержание углерода нахо-
дится в пределах не выше 0,20—0,25%, а для отливок со стенками
средней толщины чаще всего составляет 0,08—0,16%. Содержание
кремния —0,8—1,0%, марганца —0,4—0,6%.
Отливки из аустенитовой хромоникелевой стали 18-8 обладают
высокой стойкостью в азотной кислоте даже при температуре ее
кипения, а также в фосфорной и многих органических кислотах
(уксусной, лимонной и др.).
«Обратная» хромоникелевой стали 18-8 никельхроми-
стая сталь 8-18 содержит 6—-10% Сг (в среднем 8%) и
17—22% Ni (в среднем 18%). Структура этой стали получается
чисто аустенитовой в литом состоянии даже в массивных отливках.
Поэтому отливки из стали 8-18, как правило, не требуют термиче-
ской обработки.
560
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
Сталь 8-18 является кислотоупорной и вместе с тем жароупорной.
Содержание углерода в стали для кислотоупорных отливок берется
до 0,2%. При этом в очень массивных отливках и при верхнем преде-
ле по содержанию углерода все же возможно выделение свободных
карбидов при остывании отливки в форме. Поэтому такие массив-
ные отливки лучше подвергать закалке в воде или на воздухе с тем-
пературы 1050°. В случае же применения стали 8-18 для жароупор-
ных отливок содержание углерода допускается до 0,5%. Никакой
термической обработки при этом не
требуется даже для самых массивных
отливок, так как наличие свободных
карбидов в аустените не влечет за со-
бой снижения жароупорности стали.
5)
Фиг. 375. Схемы подвода металла при отливке гребного винта из стали 18-8 (а)
и из углеродистой стали (б).
При получении фасонных отливок из высоколегированных хро-
моникелевых и никельхромистых сталей необходимо учитывать
пониженную жидкотекучесть этих сталей, особенно стали 18-8,
весьма низкую (в 3—3V2 раза меньшую против углеродистой стали)
теплопроводность и высокую (приблизительно как у стали ЛГ13)
усадку.
Вследствие пониженной жидкотекучести должна быть увеличена
приблизительно в 1V2—2 раза против аналогичных отливок из
углеродистой стали суммарная площадь сечения питателей и литни-
ковых ходов. Заливку рекомендуется вести не из стопорных ковшей,
а через носок, чтобы уменьшить размывание стенок литейной формы
при заливке.
При низкой теплопроводности рассматриваемых сталей вырав-
нивание температуры массивных и тонких частей отливки проис-
ходит медленно. Поэтому в связи с увеличенной усадкой получает
весьма большое значение борьба с усадочными раковинами и тер-
мическими напряжениями и трещинами. Отливки из высоколегиро-
ЛИТЬЁ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
561
ванных Сг — Ni и Ni—Сг сталей требуют установки прибылей
увеличенного размера против аналогичных отливок из простой
углеродистой стали. Следует по возможности обеспечивать напра-
вленность затвердевания подбором сечений прибылей, их располо-
жением, назначением соответствующих припусков и выбором поло-
жения детали при заливке.
Важнейшим принципом при выборе мест подвода металла должен
служить принцип рассредоточенного равномерного подвода металла
одновременно к различным частям отливки через множество пита-
телей для избежания местных разогревов формы и отливки и для
обеспечения по возможности одновременного затвердевания всей от-
ливки. Примером такого подвода является показанная на фиг. 375, а
форма для крупного гребного винта из стали 18-8 весом около
5 т и диаметром около 3,5 м. На фиг. 375, б для сравнения показана
форма для аналогичной отливки из простой углеродистой стали.
Высоколегированные хромоникелевые стали обладают большой
склонностью к транскристаллизации. Смягчить эту склонность
можно ограничением температуры заливки, которая устанавли-
вается обычно в интервале 1410—1470°.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВНИТОЛ. Современная технология получения высококачественных сталь-
ных отливок (сборник), Машгиз, 1953.
2. Тунков В. П. и Ладыженский Б.Н., Выплавка стали для фасон-
ного литья, Машгиз, 1954.
36 Аксенов 1966
ГЛАЬА lit
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
В машиностроении применяются различные сорта нежелезных
сплавов для фасонного литья, имеющие специальные свойства и
назначение, как-то: легкость, низкий коэффициент трения, устой-
чивость против износа, стойкость против коррозии в различных
условиях (на воздухе, в кислотах, в морской воде) и т. п. При рас-
смотрении этих сплавов разделим их на три типа: медные сплавы,
легкие сплавы и подшипниковые сплавы.
1. МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
Медь отличается очень плохими литейными свойствами и поэтому
в чистом виде редко употребляется для фасонных отливок. Разли-
чают две группы сплавов меди — бронзу и латунь. Бронза предста-
вляет собой сплав меди с оловом (оловянистая бронза), а также
с алюминием, марганцем и др, (специальные сорта бронз) с преобла-
данием меди. Латунь является сплавом меди и цинка.
Чистая, или красная, медь имеет температуру
плавления 1083°, уд. вес 8,9, сопротивление разрыву около 20 кг/мм2
при удлинении 40—50%, твердость по Бринелю 35—40. Особо вред-
ными примесями являются в меди висмут и кислород. Уже при
содержании 0,02% Bi медь становится красно- и хладноломкой,
поэтому количество висмута не должно превышать 0,005%. Кислород
образует закись меди Сп2О; она присутствует в металле в виде
точечной эвтектики с медью (Сп2О в эвтектике содержится 3,45%,
температура плавления эвтектики 1064°). Наличие закиси меди
делает металл хрупким, а в восстановительной атмосфере водорода
происходит реакция Н2 + Си2О = Сп2 + Н2О с образованием
водяного пара, который распирает металл, образуя трещины («водо-
родная болезнь» меди). Вследствие этого содержание кислорода
в виде закиси меди допускается не свыше 0,05—0,07%.
При плавке медь нуждается в раскислении. Для целей раскис-
ления обыкновенно пользуются фосфористой медью, представляю-
щей собой сплав меди с фосфором, содержащий 7—14% Р. При
введении фосфористой меди в ванну содержащийся в раскислителе
фосфор отнимает кислород от закиси меди с образованием летучего
окисла Р2Ов, который частично улетучивается из ванны, а частично
МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
563
переходит в шлак. Избыточное количество фосфора, остающееся
в металле, увеличивает его жидкотекучесть.
Оловянистая бронза представляет собой сплав меди
с оловом. Содержание олова в двойной оловянистой бронзе, приме-
няемой в машиностроении, колеблется от 6 до 13%. Температура
плавления оловянистых бронз составляет около 1000—1050°, тем-
пература заливки 1100—1150°. Прибавка олова к меди понижает
температуру плавления, сильно улучшает литейные свойства сплава,
увеличивает его прочность и твердость, уменьшая удлинение, и
улучшает стойкость против коррозии. Наибольшее сопротивление
разрыву получается при 17% Sn, наибольшая твердость — при
38% Sn. Двойные оловянистые бронзы, применяемые в машино-
строении, имеют сопротивление разрыву 20—25 кг/мм2, удлинение
5—20%, твердость по Бринелю 60—90.
Присадка цинка к оловянистой бронзе делает ее более жидко-
текучей; кроме того, цинк дешевле меди и олова. Цинк увеличивает
сопротивление разрыву, но делает бронзу более мягкой.
Введение в состав оловянистой бронзы свинца улучшает ее
жидкотекучесть, антифрикционность и обрабатываемость. Трой-
ные оловянисто-свинцовистые бронзы с содержанием 8—10% Sn и
4—12% РЬ применяются главным образом для вкладышей подшип-
ников. Кроме этого типа бронз, содержащих сравнительно неболь-
шое количество свинца, применяется также специальная высоко-
свинцовистая бронза (см. подшипниковые сплавы).
Так называемая торговая бронза является четверным сплавом
Си — Sn — Zn — РЬ. Свинец вводится в этот сплав в количестве
2—3% главным образом для получения лучшей обрабатываемости
и жидкотекучести.
Фосфористой бронзой называется оловянистая бронза,
в которую для раскисления и улучшения жидкотекучести перед
разливкой вводится небольшое количество фосфора (обычно в виде
фосфористой меди). После раскисления в фосфористой бронзе оста-
ются лишь следы фосфора (до 0,05%). Такая бронза имеет повы-
шенную прочность, удлинение, твердость и стойкость против кор-
розии. Вторая группа фосфористых бронз содержит уже до
1,5—2% Р, причем его вводят в основном для увеличения устой-
чивости против износа. Бронзы с 10—11% Sn и около 1% Р при-
меняются в качестве подшипникового металла, для червячных
шестерен и т. п. Сопротивление их разрыву около 26 кг/мм2, удли-
нение 3% и твердость до 120 кг/мм2. Фосфористые бронзы этого типа
должны содержать возможно меньше цинка, так как он ухудщает
их антифрикционные свойства.
Из вредных примесей в оловянистой бронзе следует прежде всего
отметить алюминий, присутствие которого даже в незначительном
количестве сильно понижает жидкотекучесть и делает отливку
непрочной, хрупкой и неплотной, не выдерживающей гидравличе-
ского испытания. Объясняется это тем, что алюминий в силу своего
36*
564
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
большого сродства к кислороду окисляется в процессе плавки
бронзы. Получающаяся окись алюминия распределяется в массе
жидкого металла в виде микроскопических хлопьев, которые,
несмотря на малый удельный вес, не всплывают наверх ванны,
при затвердевании располагаются между кристаллами бронзы и
делают ее непрочной и неплотной. Допустимое содержание алюминия
в оловянистой бронзе составляет 0,02% для отливок, подвергающихся
гидравлической пробе, и до 0,05% для прочих отливок. Вредными
примесями являются также сурьма и железо. Содержание сурьмы
допускается до 0,05%, а железа — до 0,4%. Кроме того, не допу-
скается висмут в количестве свыше 0,005% и кремний в количестве
свыше 0,02%.
При окислении оловянистой бронзы при плавке, а также при
наличии Си2О в меди, идущей в плавку, происходит окисление
олова, которому закись меди отдает свой кислород. При этом обра-
зуется оловянная кислота SnO2 в виде хлопьеобразных включений,
ухудшающих литейные и механические качества бронзы и ее обра-
батываемость. Поэтому присадку олова производят после раскисле-
ния ванны.
В табл. 90 приведены состав и механические свойства литейных
оловянистых бронз согласно ГОСТ 613-50, применяемых в машино-
строении.
Таблица 90
Состав и механические свойства литейных оловянистых бронз
(по ГОСТ 613-50)
Марка Химический состав в °/0 (остальное — медь) Механические свойства
Sn Zn Pb Ni Примесей не более Предел прочности при растяжении в кг/мм* Относительное удлинение в °/0 Твердость по Бри- нелю в кг[мм*
Sb Fe Al
Бр. ОЦСН 3-7-5-1 2—4,5 6—9,5 3—6,5 0,5—1,5 0,5 0,4 0,02 18 8 60
Бр. ОЦС 3-12-5 2—4 8—15 3—6 — 0,5 0,4 0,02 18 8 60
Бр. ОЦС 6-6-3 5—7 5—7 2—4 — 0,5 0,4 0,05 15 6 60
Бр. ОЦС 5 5-5 4—6 4—6 4—6 — 0,5 0,4 0,05 15 6 60
Бр. ОЦС 4-4-17 3,5—5,5 2—6 14—20 — 0,5 0,4 0,05 15 5 60
Бр. ОЦС 3,5-6-5 3,0—4,5 5—7 4—6 — 0,5 0,4 0,05 15 6 60
МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
565
Бронза марки Бр. ОЦСН 3-7-5-1 с никелем применяется для от-
ливки арматуры, работающей в условиях морской или пресной воды,
з также для паровой арматуры, работающей под давлением до
25 ати. Бронза Бр. ОЦС 3-12-5 рекомендуется для арматуры, рабо-
тающей в условиях пресной воды, и паровой арматуры, работающей
под давлением до 25 ати. Бронзы марок Бр. ОЦС 6-6-3, 5-5-5 и
4-4-17 являются антифрикционными и применяются для отливки
деталей, работающих на трение.
Кроме перечисленных групп машинных оловянистых бронз,
различают еще колокольную, зеркальную и художественную
бронзы. Колокольная бронза содержит 20—23% Sn. Зеркальная
бронза идет на приготовление оптических зеркал; она белого цвета,
обладает высокой твердостью и хрупкостью, содержит 33% Sn.
Художественные бронзы, применяемые для отливки статуй, укра-
шений и т. п., имеют разнообразный состав. Древние бронзы со-
стояли в основном из меди и олова; содержание других примесей
было незначительным и случайным. Современные художественные
бронзы, кроме меди и олова, содержат также цинк.
Из числа безоловянистых бронз, применяемых для
фасонного литья, главнейшей является алюминиевая
б р о н з а. По сравнению с оловянистой она обладает большей проч-
ностью, сопротивлением износу, стойкостью против коррозии и
жидкотекучестью. Большим недостатком алюминиевой бронзы для
фасонного литья является ее повышенная усадка, что затрудняет
получение здоровых отливок. Алюминиевую бронзу широко приме-
няют в химическом машиностроении (центробежные насосы, кор-
пусы насосов и т. п.), для арматуры (краны, клапаны, водяная и
паровая арматура высокого и низкого давления), для рудничных
насосов, в морском деле и т. д. Алюминиевая бронза для фасон-
ного литья содержит обычно около 10% А1. Присадка до 3—4% Fe
полезна, так как уничтожает склонность к образованию грубо-
кристаллической структуры при медленном застывании (при литье
в землю). Введение до 2% Мп также способствует получению
мелкозернистой структуры и, кроме того, улучшает жароупорность
и устойчивость против коррозии и износа. Олово является вредной
примесью в алюминиевой бронзе; оно сообщает металлу хрупкость
и пористость. Состав и механические свойства безоловянистых
литейных бронз согласно ГОСТ 493-54 приведены в табл. 91.
Алюминиевая бронза Бр. АЖС 7-1, 5-1,5 обладает хорошими
антифрикционными свойствами. Бронзы Бр. АМц 9-2Л, АЖ 9-4Л
и АЖМц 10-3-1,5 применяются для различного фасонного литья,
заменяя оловянистые бронзы Бр. ОЦС 6-6-3, ОЦ 10-2 и ОЦ 8-4.
Алюминиевая бронза Бр. АЖ 9-4Л имеет хорошие антифрикционные
и литейные свойства и применяется для отливки в землю и в кокиль
деталей, как мелких, так и массивных. Бронзы Бр. АЖН 10-4-4Л
и АЖН 11-6-6 в ряде случаев хорошо заменяют высокооловянистую
бронзу Бр. ОЦ 10-2. Они обладают высокими механическими свой-
сл
Состав и механические свойства литейных безоловян истых бронз
по ГОСТ 493-54
Таблица 91
Марка Химический состав в °/0 (остальное — медь) Назначе- ние Механические свойства
•» и. с Е Z £ Примесей не более Предел проч- ности при растяжении в кг/мм1 Относитель- ное удлине- ние В °/о Твердость по Бриделю в кг/мк*
й с СП 55 Z £ А. с N с ?
Бр. АЖС 7-1,5-1,5 6-8 1 — 1,5 — — 1 — 1,5 0,01 0,002 0,1 0,1 — — 0.1 — 0,3 0,5 Литье в землю 30 18 —
Бр. АМц 9-2/1 8—10 — 1,5—2,5 — — 0,05 0,05 0,2 0,2 1,0 0,1 0,1 1,0 1,5 ,— Литье в кокиль 40 20 80
Бр. АМц 10-2 .9—11 — 1,5—2,5 — — 0,05 0,05 0,2 0,2 1,0 0,1 0,1 1,0 1,5 Литье в землю и в кокиль 50 12 ПО
Бр. АЖ 9-4Л 8—10 2—4 — — — 0,05 0,05 0,2 0,2 1.0 0,1 0,1 — 1,0 0,5 Литье в землю Литье в кокиль 40 50 10 12 ПО 100
Бр. АЖМц 10-3-1,5 9—11 2—4 1—2 — — 0,01 0,002 0,1 0,1 0,5 0,03 0,01 — 0,5 — Литье в кокиль 50 20 120
Бр. АЖН 104-4Л 9,5—11 3,5—5,5 — 3,5—5,5 — 0,05 0,05 0,2 0,2 — 0.05 0,1 — 0,5 0,5 То же 60 5 170
Бр. АЖН 11-6-6 10.5—11.5 5,0—6.5 5.0—6,5 — 0,05 0,05 0,210,2 — 0,05 0,1 — 0,6 0,5 Литье в землю и в кокиль 60 2 250
Бр. СЗО — — — — 27—33 0,1 о,з 0,1 0,02 0.5 — 0,1 0,25 0,1 Лигье в кокиль 6 4 25'
Бр. СН60-2,5 — — — 2,25—2,75 57—63 — 0,5 0,5 — — — 0,05 0,25 — — То же 3 5 14
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
567
ствами, износоупорностью, жаростойкостью. Применяются для от-
ливки ответственных деталей в авиамоторостроении, краностроении,
турбостроении (седла клапанов, направляющие втулки выпускных
клапанов, работающих при температурах до 500°, шестерни, червяки,
работающие в паре с легированными сталями, и пр.).
Свинцовистая бронза марки Бр. СЗО применяется для заливки
вкладышей подшипников как антифрикционный сплав (см. стр. 584),
а марки СН 60-2,5 также для фасонного литья.
Латунь представляет собой сплав меди с цинком. Кроме
цинка и меди, в латунь иногда вводятся и другие элементы, от которых
она в таком случае и получает свое название. Так, имеются латуни
марганцовистые, алюминиевые, кремнистые и пр.
Присадка к меди цинка улучшает литейные свойства сплава и
понижает его температуру плавления. Твердость и прочность уве-
личиваются, хотя и в меньшей степени, чем при добавке олова, но
зато увеличивается и удлинение. Наибольшая прочность получается
при добавке около 45% Zn, а наибольшее удлинение — при
30% Zn. Латунь с 50% Zn становится уже очень хрупкой.
Обычно содержание цинка в латуни для фасонного литья ко-
леблется в пределах 35—45%. Для лучшей обрабатываемости доба-
вляют 1,5—2,5% РЬ, а для увеличения прочности, твердости и устой-
чивости против коррозии — 1—1,5% Sn. Сопротивление разрыву
составляет 16—20 кг/мм2, удлинение 12—25%, твердость по Бри-
нелю 50—60 кг/мм2. Температура плавления литейных латуней
900—1050°; температура заливки .1000—1100°.
Латунное литье применяют главным образом для неответствен-
ной арматуры. Как литейный материал, латунь хороша тем, что она
жидкотекуча, сравнительно низкоплавка и способна самораскис-
ляться. Из вредных примесей отметим висмут (допускается в литей-
ных латунях в количестве до 0,005%) и еурьму (допускается до
0,1%).
В табл. 92 приведены состав и механические свойства сложных
литейных латуней согласно ГОСТ 1019-47.
Латунь алюминиевая ЛА 67-2,5 применяется для коррозие-
стойких отливок в морском деле и в общем машиностроении.
Латунь алюминиево-железисто-марганцовистая ЛАЖМц 66-6-3-2
имеет антифрикционные свойства и применяется для гаек нажимных
винтов и массивных червячных винтов, работающих в тяжелых
условиях. Латунь железисто-алюминиевая ЛАЖ 60-1-1Л приме-
няется для отливки арматуры, втулок и подшипников. Кремнистая
латунь ЛК 80-ЗЛ служит для отливки арматуры и шестерен. Крем-
нистосвинцовистая латунь ЛКС 80-3-3 является антифрикционной
и применяется для подшипников и втулок. Марганцовисто-свин-
цовистая латунь ЛМцС 58-2-2 идет для подшипников, втулок и дру-
гих антифрикционных деталей, в том числе для армирования вагон-
ных подшипников. Латунь марганцовисто-оловянно-свинцовистая
ЛМц ОС 58-2-2-2 применяется для шестерен. Марганцовисто-желе-
Таблица 92
Состав и механические свойства литейных латуней
по ГОСТ 1019-47
Марка латуни Химический состав в °/0 (остальное — цинк) Механические свойства Способ отливки
Си Р А1 Fe Мп SI Sn РЬ Примесей не более Предел прочности при растя- жении в кг/мм1 Отно- ситель- ное удли- нение в °/о
РЬ Sn Sb Мп Fe Al
ЛА 67-2,5 66—68 — 2—3 — — — — — 1,0 1,0 0,1 0,5 0,8 — 40 30 15 12 В кокиль В землю
ЛАЖМц 66-6-3-2 64—68 — 6—7 2,0—4,0 1,5—2,5 — — — 1,0 1,0 0,1 — — — 65 60 7 7 В кокиль В землю
ЛАЖ 60-1-1Л 58—61 0,01 0,75—1,5 0.75—1,5 0,1—0,6 — 0,2-0,7 — 0,4 — 0,1 — — — 42 38 18 20 В кокиль В землю
ЛК 80-ЗЛ 79—81 — — — — 2,5—4,5 — — 0,5 0,3 0,1 1,0 0,6 0,1 30 25 15 10 В кокиль В землю
ЛКС 80-3-3 79-81 — — — — 2,5—4,5 — 2,0-4,0 — 0,3 0,1 1,0 0,6 0,3 30 25 15 7 В кокиль В землю
ЛМцС 58-2-2 57—60 — — — 1,5—2,5 — — 1,5-2,5 — 1,5 0,1 — 0,8 1,0 35 25 8 10 В кокиль В землю
ЛМц ОС 58-2-2-2 56—60 — — — 1,5—2,5 — 1,5-2,5 0,5-2,5 — — 0,1 — 0,8 0,3 30 30 4 6 В кокиль В землю
ЛМцЖ 55-3-1 53—58 — — 0,5—1,5 3-4 — — — 0,5 0,5 0,1 — — 0,6 50 45 10 15 В кокиль В землю
ЛМцЖ 52-4-1 50—55 — — 0,5— 1,5 4-5 — — — 0,5 0,5 0,1 — — 0,5 50 15 В землю
Л С 59-1Л 57—61 0,8—1,9 0,05 0,8 20 20 Центро- бежное литье
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ 569
зистая латунь ЛМцЖ 55-3-1 применяется для массивных деталей
в судостроении—гребных винтов, лопастей, арматуры, работающей
при температурах до 300° и давлении до 100 ати, для деталей,
стойких против коррозии. Марганцовисто-железистая латунь
ЛМиЖ 52-4-1 применяется для авиадеталей, несущих силовую
нагрузку, а также для неответственных подшипников и арматуры.
Свинцовистая латунь ЛС 59-1Л применяется для втулок шарико-
подшипников.
2. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ
СПЛАВОВ
При плавке специальных бронз и латуней легирующие элементы
вводятся в виде лигатур Си — Al, Fe — Al, Си — Fe, Си — Ni,
Си—Мп и Си—Si. Медноалюминиевые лигатуры состоят из
33—50% Си, остальное — алюминий. В лигатурах, содержащих
более тугоплавкие легирующие добавки, количество последних
берется меньше: до 30% в лигатуре Си —Si, до 25% в лигатуре
Си — Ni и Си — Мп, до 8—9% в лигатуре Си — Fe.
Плавка оловянистых бронз производится в тигельных, пламен-
ных и дуговых однофазных электропечах. Шихта состоит из 30—75%
возврата своего производства, красной меди марок М2 и М3, цинка
электролитического марок Ц2-Ц5, олова 02 и ОЗ, свинца марок
С2—С4. Первой расплавляют медь. Загруженную в печь медь покры-
вают защитным слоем древесного угля. После расплавления медь
раскисляют добавкой фосфористой меди. Затем загружают лом и
возврат своего производства и досыпают древесного угля. По рас-
плавлении лома ванну подогревают в течение 5—8 мин., затем вто-
рично раскисляют ванну фосфористой медью (2/3 всего ее количества),
металл перемешивают и в него вводят сначала цинк, затем свинец и,
наконец, олово. Присадки и лом вводят в ванну подогретыми. После
дачи присадок металл перемешивается и снова подогревается на
50—100° выше необходимой температуры заливки. Затем металл
очищают от шлака и угля, дают остаток фосфористой меди (обычно
не более 0,1%) и производят разливку. Общее количество фосфо-
ристой меди при плавке шихты, состоящей из 100% лома и возврата,
составляет 0,2% веса шихты, а при плавке шихты, состоящей из
100% свежих материалов (без лома и возврата), — 0,4% веса шихты.
Плавка алюминиевых бронз производится в тех же печах, но
не рекомендуется вести плавку в пламенных печах во избежание
сильного окисления металла и насыщения его газами. Основное вни-
мание следует обращать на предотвращение образования «пены» —
взвеси из окиси алюминия в ванне металла. Раскисление также
ведется фосфористой медью. Рекомендуется пользоваться покров-
ными флюсами (стекло, сода, смесь 85% поваренной соли с 15%
фтористого натрия). Флюс следует засыпать после завалки первой
части шихты. Лигатуры вводятся по расплавлении всей красной
570
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
меди, лома и возврата. В первую очередь вводятся лигатуры Си — Мп
и Си — Fe. После их расплавления вводится лигатура Си—А1.
Лигатуры вводятся порциями по мере растворения предыдущих
добавок. Лигатуру Си — Ni загружают в самом начале плавки,
одновременно с медью.
Плавка латуней производится аналогично. При плавке крем-
нистой латуни сначала добавляют кремнистую лигатуру, а затем
вводят материалы, содержащие цинк. При плавке марганцовистой
латуни обязательно применение покровного шлака (битое стекло)
для предотвращения отделения большого количества окиси цинка.
При плавке латуней специального их раскисления фосфористой
медью не производят, так как содержащийся в них цинк сам служит
хорошим раскислителем.
При заливке оловянистых бронз особое внимание следует обра-
щать на чистоту носка ковша во избежание уноса в форму шлака.
Нельзя допускать разрыва струи и разбрызгивания металла. При
заливке оловянисто-свинцовистых бронз следует многократно раз-
мешивать металл во избежание ликвации свинца. При заливке
алюминиевых бронз необходимо особо тщательно следить, чтобы
не было разрывов струи, сопровождающихся запутыванием в жидком
металле окисных пленок. Недопустимо разбрызгивание металла и
засос струей металла воздуха в литниковую систему. Хорошие ре-
зультаты дает литье через воронку, конец которой доходит почти
до дна стояка. По мере заливки воронку поднимают. Кремнистая
латунь идет также в «чулке» окислов, и заливать ее надо с теми же
предосторожностями, что и алюминиевую бронзу. Марганцовистая
латунь должна заливаться в форму быстро для уменьшения выде-
ления окиси цинка и предотвращения поверхностных дефектов
отливок.
Медные сплавы отличаются значительной усадкой и сравнительно
легко окисляются с образованием на поверхности пленки окислов.
Поэтому во избежание спаев и неслитин должно быть обеспечено
плавное заполнение и хорошее питание отливок.
При литье мелких деталей из обыкновенной бронзы и латуни
часто практикуется серийная заливка большого количества их
в одной опоке с вертикальным разъемом (заливка «в прессах»).
При этом от вертикального стояка 1 (фиг. 376) литниковые ходы,
ведущие к деталям, отводятся не по движению металла в стояке,
а в обратном направлении, что предохраняет верхние детали от
преждевременного попадания в них металла. Отливки должны играть
при этом роль мешков, из которых металл не мог бы отсасываться
и тем создавать пористость. На фиг. 376 показано такое расположе-
ние деталей. Из питателя 2 металл может отсасываться центральным
распределительным каналом (стояком), но, прежде чем это произой-
дет, пережим 3 питателя успеет застыть и закроет доступ в полость
отливки. В этом отношении подвод металла к деталям, показанный
на фиг. 377, следует признать неправильным.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ 571
При серийной заливке нескольких деталей с горизонтальным
разъемом формы (фиг. 378) литниковые ходы также отводят назад
Фиг. 376. Правильный подвод ме-
талла при вертикальной плоско-
сти разъема:
1 — стояк; 2 — питатель; 3 — пережим
Фиг. 377. Неправильный подвод
металла при вертикальной плос-
кости разъема.
Фиг. 378. Подвод металла при гори-
зонтальной плоскости разъема.
от общего разводящего канала. При этом полезно устраивать ту-
пики 1 и 2 для улавливания неметаллических загрязнений.
При изготовлении отливок
из алюминиевой бронзы сле-
дует учитывать ее сильную оки-
сляемость и увеличенную усад-
ку. Поэтому подвод металла
делают сифонный, в нижнюю
часть отливки. Наилучшим
способом является рожковый
подвод, причем для большей
плавности входа металла в
форму рожок делают не сужаю-
щимся, а расширяющимся.
Практикуется также устройство
зигзагообразного или ступен-
чатого стояка для более плавного спуска металла. Для улуч-
шения питания устанавливают массивные прибыли и питающие
выпоры, и подвод металла осуществляется в массивную часть
отливки. Во избежание окисления поверхности металла и получе-
ния спаев и неслитин металл должен подводиться к отливке только
572
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
одним каналом. Заливку из ковша в чашу надо производить
с малой высоты во избежание окисления металла в струе. Крупные
отливки следует лить с пробкой во избежание засоса в форму воз-
духа и шлака.
Для определения времени заливки, по практическим данным
С. В. Руссияна, можно пользоваться формулой Дитерта z = s]/Q,
в которой коэффициент s принимается, в зависимости от толщины
стенок отливки &, следущим:
В в мм До 6 7—10 11—15 16—20 21—40 41—60 Свыше 60
s 0,65 0,7 0,75 0,8 0,9 1,1 1,2
Расчет сечения питателей по тем же данным можно вести по
удельной весовой скорости заливки К кг/сек-см2, которая в зависи-
мости от относительной плотности отливки kv кг/дм3 берется сле-
дующей:
ky 0,3—0,5 0,6—1,0 1,1—1,5 1,6—2,0 2,1— 2,6— 3,1— 4,1— 5,1— 6,1 —
2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0
К 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75
Приведенные цифры относятся к отливкам из оловянистой бронзы.
Для отливок из алюминиевой бронзы удельная весовая скорость
заливки берется меньше на 0,05 кг/сек-см2.
Соотношение площади сечений питателей, шлакоуловителя (лит-
никового хода) и стояка рекомендуется Fnum : Ршл : Fcm =
= 1 : (1,5—1,7) : (0,75—1).
3. ЛЕГКИЕ СПЛАВЫ
Легкие сплавы на основе алюминия и магния обладают малым
удельным весом (алюминиевые 2,5—2,9, магниевые около 1,8).
В табл. 93 приведен типовой химический состав литейных алю-
миниевых сплавов по ГОСТ 2685-53.
Сплавы АЛ8 и АЛ13 на основе А1 —Mg (группа I) являются
твердыми растворами и после закалки обладают повышенной плас-
тичностью. Сплав АЛ8 (так называемый магналий) имеет высокую
прочность, пластичность и ударную вязкость и применяется для
отливки в землю наиболее ответственных деталей самолетов, а также
для литья подь давлением. Не пригоден для деталей, работающих
при повышенных температурах ввиду потери прочности и пластич-
ности вследствие распадения твердого раствора при нагреве. Сплав
АЛ 13 применяется для деталей, требующих коррозионной стойкости,
например в морском судостроении, а также для головок цилиндров
авиамоторов воздушного охлаждения.
Сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9 и АЛ9В на основе системы
АГ—Si (группа II) носят общее название силуминов. Они
отличаются высокими литейными свойствами и хорошо отливаются
как в землю, так и в кокиль. Алюминиево-кремниевые сплавы обра-
зуют эвтектику с 11,6% Si, затвердевающую при 577°. Силумины,
ЛЁГКИЕ СПЛАВЫ
573
Таблица 93
Состав литейных алюминиевых сплавов по основным компонентам
по ГОСТ 2685-53
Марка сплава Основные компоненты в °/0 (остальное — алюминий)
Mg S! Мп Си Прочие основные компоненты
АЛ1 1,25—1,75 3,75—4,5 N1 1,75—2,25
АЛ2 — 10,0—13,0 — — —
АЛЗ, АЛЗВ 0,2—0,8 4,0—6,0 0,2—0,8 1,5—3,5 —
АЛ4 0,17—0,30 8,0—10,5 0,25—0,5 — —
АЛ4В 0,2—0,4 8,0—11,0 0,2—0,5 — —
АЛ 5 0,35—0,6 4,5 - 5,5 — 1,0—1,5 —
АЛ6 — 4,5—6,0 — 2,0—3,0 —
АЛ7 — — 4,0-5,0 —
АЛ7В — — — 3.0-5,0 —
АЛ8 9,5—11,5 — —
АЛ9 0,2—0,4 6,0—8,0 — — —
АЛ9В 0,2—0,5 6,0—8,0 — — —
АЛ10В 0,2—0,5 4,0—6,0 — 5,0—8,0 —
АЛ11 0,1—0,3 6,0—8,0 — — Zn 10—14,0
АЛ12 — — 9,0—11,0 —
АЛ13 4,5—5,5 0,8—1,3 0,1—0,4 — —
АЛ14В 0,2—0,6 6,0—8.0 0,2—0,6 1,5—3,0 —
АЛ15В — 3,0—5,0 0,2—0,6 3,5—5,0 —
АЛ16В — 3,0-5,0 0,2—0,5 2,0—4,0 Zn 2,0—4,0
АЛ17В — 3,0—5,0 0,2—0,6 1,5—3,5 Zn 4,0—7,0
АЛ18В — 1,5—2,5 0,3 - 0,8 7,5—9,5 Fe 1,0—1,8
В обозначениях марок буква В указывает, что отливки изготовляются
из литейных алюминиевых сплавов в чушках по ГОСТ 1583-53.
содержащие 9—14% Si, близкие к эвтектическому составу, подвер-
гают модифицированию — обработке в ковше металлическим натрием
или солями натрия и калия, что приводит к размельчению струк-
туры и улучшению механических свойств сплава.
Сплав АЛ2 представляет собой эвтектический силумин и при-
меняется для сложных отливок в землю, в кокиль и для литья под
давлением. Сплав АЛ6 применяется для деталей карбюраторов и
арматуры авиационных моторов. Присутствие меди в этом сплаве
повышает его твердость и улучшает обрабатываемость резанием.
Сплавы АЛ9 и АЛ4 с добавкой магния отличаются повышенной проч-
ностью и применяются для сложных и крупных нагруженных дета-
лей, особенно сплав АЛ4 (блоки головок и рубашки цилиндров,
картеры моторов).
Сплавы АЛ7, АЛ7В и АЛ12 на основе системы А1 — Си (груп-
па III) имеют повышенные прочность и твердость, хорошие литейные
свойства. Сплав АЛ7 применяется для отливки в землю нагружен-
ных, но сравнительно не сложных по конфигурации деталей. Сплав
574
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
АЛ 12 отличается сочетанием хороших литейных и механических
свойств. Применяется для литья в землю, в кокиль и под давлением.
Широко распространен в автопромышленности. Не пригоден для
деталей, подверженных ударной нагрузке, нагреву до высоких тем-
ператур и сильным коррозионным воздействиям. В литейных цехах
массового производства применяется для отливки металлических
моделей и стержневых ящиков.
Сплавы АЛЗ, АЛЗВ, АЛ5, АЛ6, АЛ10В, АЛ14В и АЛ15 на основе
А1 — Si — Си (группа IV) применяется для крупных деталей мото-
ров и других нагруженных деталей.
Сплавы на основе алюминий — прочие компоненты (в том числе
Ni, Zn или Fe) имеют марки АЛ1, АЛ11, АЛ 16В, АЛ17В и АЛ 18.
Из них сплав АЛ1 с магнием и никелем (так называемый сплав
игрек) обладает жароустойчивостью и применяется для деталей,
работающих при повышенных температурах — поршни двигателей
внутреннего сгорания, головки цилиндров.
Отливки из алюминиевых сплавов заливаются в землю, в кокиль,
под давлением. Применяются следующие виды термообработки
алюминиевых отливок: старение, отжиг, закалка, закалка с отпуском,
закалка и старение. Механические свойства металла в отливках
колеблются в широких пределах, в зависимости от марки сплава,
метода отливки и термообработки. Наибольшую прочность и пластич-
ность имеют отливки из сплава АЛ8 — предел прочности при растяже-
нии 28 кг/мм2, при относительном удлинении 9% и твердости поБри-
нелю 60 кг/мм2 при литье в землю и последующей закалке отливок.
Разработанный акад. А. А. Бочваром сплав АЛ11 (цинковистый
силумин) имеет высокие механические свойства в сыром состоянии
(без термообработки), а также хорошие литейные свойства. Приме-
няется для крупных и сложных отливок. Имеет широкие перспек-
тивы применения в автопромышленности и транспортном моторо-
строении. Подвергается модифицированию.
Удельный вес литейных алюминиевых сплавов находится в пре-
делах 2,55—2,83; температура плавления 610—660°; температура
заливки 640—780°; линейная усадка 0,9—1,35%. Сильный перегрев
при плавке вредно действует на алюминиевые сплавы, вызывая их
крупную кристаллизацию.
Магниевые сплавы являются наиболее легкими из приме-
няющихся в машиностроении сплавов и служат главным образом
для изготовления деталей авиационных моторов. По сравнению с
алюминиевыми сплавами магниевые сплавы имеют примерно в 1V2
раза меньший удельный вес, лучшую обрабатываемость резанием и
хорошее сопротивление ударной нагрузке. Недостатками их являются
слабая стойкость против коррозии, худшие литейные свойства, а
также необходимость пользования защитными флюсами при плавке
и специальными формовочными смесями. В табл. 94 приведен ти-
пичный химический состав литейных магниевых сплавов согласно
ГОСТ 2856-55.
Лёгкие сПлаёы
575
Таблица 94
Типичный состав литейных магниевых сплавов
по ГОСТ 2856-55
Система Марка сплава Основные компоненты в °/0 (остальное — магний)
А1 Zn Мп S1
Mg— Al МЛ5 8,5 0,5 0,3 —
МЛ6 10 — 0,3 —
Mg — Al — Zn МЛЗ 3 1,0 0.3 —
МЛ4 6 2,5 0,3 —
Mg — Mn МЛ 2 — — 2 —
Mg — Si МЛ1 — — — 1,2
Сплавы группы Mg—Al имеют хорошие литейные свойства, вслед-
ствие чего применяются для отливки ответственных сложных деталей.
Сплав МЛ5 имеет удовлетворительную коррозионную стойкость
(после оксидирования). Сплав МЛ5 применяется для высоко на-
груженных деталей, радиоаппартуры и пр. Сплав МЛ6 применя-
ется для менее ответственных средненагруженных деталей различ-
ного назначения.
Сплавы группы Mg — Al — Zn обладают невысокими литейными
свойствами, но зато имеют некоторые весьма положительные каче-
ства, как-то: хорошую герметичность (сплав МЛЗ) или антикорро-
зионность (сплав МЛ4). Сплав МЛЗ применяется для деталей кор-
пусов насосов, различной арматуры и других отливок, требующих
высокой герметичности. Сплав МЛ4 служит для отливки деталей
двигателей, автомобилей, подвергающихся статической нагрузке.
Сплав системы Mg — Мп марки МЛ2 имеет низкие литейные
свойства, но обладает высокой антикоррозионностью, сваривае-
мостью, и плотностью. Применяется для деталей несложной конфи-
гурации, требующих упомянутых свойств, как-то: горловин бензо-
баков и других деталей бензомасляной аппаратуры и пр.
Сплав системы Mg — Si мйрки МЛ1 также имеет невысокие
литейные свойства. Отливки из этого сплава обладают хорошей гер-
метичностью.
Механические свойства литейных магниевых сплавов после
термообработки отливок (закалка на воздухе с последующим старе-
нием) находятся в следующих пределах: сопротивление разрыву
9—22 кг/мм2\ удлинение 1—6%; твердость по Бринелю 30—
—65 кг/мм2. Наибольшей прочностью обладает сплав МЛ5, при
литье под давлением и сплав МЛ4 (отливаемый в землю), а наи-
большей пластичностью — сплав МЛЗ (литье в землю).
Удельный вес магниевых сплавов для литья находится в преде-
лах 1,80—1,83; температура плавления 600—650°; температура
перегрева при плавке 850—900°; температура заливки 690—850°;
линейная усадка в пределах 1,0—1,9.
576
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЁ
4. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ИЗ ЛЕГКИХ
СПЛАВОВ
Плавку алюминиевых сплавов осуществляют в тигельных печах
и в камерных (ванных) электропечах сопротивления. Алюминиевые
сплавы боятся перегрева, легко поглощают газы и окисляются.
Вследствие этого плавку их не рекомендуется вести в дуговых элек-
тропечах и в пламенных печах. Ванна металла должна быть спокой-
ной и не перемешиваться во избежание нарушения окисной пленки
на ее поверхности и запутывания окисла в массе металла. Кроме
того, пленка окиси алюминия непроницаема в отношении кислорода
и предохраняет находящийся под ней металл от дальнейшего оки-
сления.
Шихта обычно составляется из 40—60% возврата своего произ-
водства (переплавленного литника, брака) и лома и 60—40% чистых
металлов в виде чушек алюминия, лигатур и присадок. При плавке
в тигельной печи сначала загружают чушковые металлы, затем
крупные отходы и тугоплавкие лигатуры, а также лом. По рас-
плавлении всей шихты в жидкий металл дают присадки легко-
плавких металлов. Загрузка шихты в электропечь сопротивления
ванного типа производится в камеры плавления, где ее укладывают
в виде штабелей, которые по мере расплавления и стекания в ванну
вновь пополняются. Лигатуры применяются чаще всего следующие:
А1 — Си (33% Си или 50% Си), А1 — Си — Ni (30—45% Си,
15—25% Ni), Al — Мп (10% Мп), Al — Мп — Si (7% Мп, 10% Si)
Al —Mg (10% Mg). Магниевая лигатура вводится в сплав непосред-
ственно перед разливкой.
Для предохранения от окисления и получения высококачествен-
ных алюминиевых сплавов при плавке их рекомендуется применение
покровных флюсов. В качестве чисто покровных флюсов, механи-
чески изолирующих ванну от печной атмосферы, применяют смесь
хлористого кальция с поваренной солью и другие составы. Другая
группа флюсов содержит соли фтора, являющиеся активными рас-
творителями окиси алюминия.
Приготовление сплава АЛ8 (магналия) требует обязательного
применения защитных покровных флюсов и производится следую-
щим образом. Предварительно такой сплав получают в чушках,
для чего в графитовом тигле расплавляют чистый алюминий, затем
по достижении температуры 700° ванну покрывают слоем защитного
флюса из смеси хлористого калия и хлористого магния и, наконец,
в ванну под флюс вводят чушки чистого магния. При плавке сплава
для фасонного литья в раскаленный графитовый тигель сначала загру-
жают флюс, который там расплавляется, и затем в тигель загружают
подогретые чушки сплава, а также отходы своего производства,
переплавленные предварительно также в чушки под слоем флюса.
После расплавления шихты флк?с из тигля вычерпывают и ванну
покрывают слоем свежего флюса. Перед разливкой сплав АЛ8,
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК ИЗ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ 577
как И предварительный его переплав, рафинируют. Другие алюми-
ниевые сплавы по расплавлении перед разливкой также подвер-
гаются рафинированию.
Назначение процесса рафинирования заключается в очищении
жидкого сплава от газов, окислов и неметаллических включений,
рафинирование производится хлором, хлористым алюминием или
хлористым цинком.
Рафинирование хлором заключается в пропускании через ванну
жидкого металла газообразного хлора, который вводится в металл
через кварцевую трубку, опускаемую в сплав. Давление хлора
100 мм рт. ст., расход хлора по практическим данным должен быть
порядка 15—20 пузырьков в секунду через трубку диаметром
15 мм, продолжительность хлорирования 5—10 мин. Хлор реагирует
с газами, растворенными в алюминии, в частности с водородом,
образуя с ним соединение НС1, которое выделяется из металла вместе
с остатком свободного хлора. Хлор вреден для организма, поэтому
хлорирование производится с применением мер, не допускающих
распространения этого газа в помещении. Обыкновенно хлорирование
ведут в тигельной печи, которую на это время закрывают кожухом,
присоединенным к вентиляционной установке. Кроме хлора, для
рафинирования применяется также азот. Азот не реагирует хими-
чески с газами, растворенными в алюминии. Однако эти газы устре-
мляются из раствора в пузырьки азота в силу того, что парциальное
давление их в пузырьках азота равно нулю. Вместе с азотом газы
таким образом удаляются из металла.
Рафинирование твердыми летучими веществами — хлористым
алюминием или хлористым цинком — производится путем введения
этих солей в железном продырявленном колокольчике с рукояткой
под поверхность ванны и размешивания в жидком сплаве. Количе-
ство солей берется около 0,2% веса металла. При рафинировании
солями в металле образуются пары хлористого алюминия, например
по реакции 2А1 + 3ZnCl2= 2А1С13+ 3Zn, которые, поднимаясь вверх,
увлекают за собой растворенные в металле газы и неметаллические
включения.
Силумины подвергаются модифицированию металлическим нат-
рием в количестве 0,1% веса сплава или смесью хлористых и фто-
ристых солей натрия и калия (1—3% веса сплава). Модифицирование
сильно размельчает структуру сплава и повышает его механические
свойства. Продолжительность модифицирования 5—15 мин., темпе-
ратура сплава при этом должна быть 750—850°. При применении
для модифицирования металлического натрия его вводят в сплав
с помощью колокольчика. Модифицирование производится после
рафинирования металла от газов, непосредственно перед разливкой.
Сплавы на основе магния обладают очень большой склонностью
к окислению. Поэтому плавка таких сплавов возможна лишь под
слоем флюса, предохраняющего ванну от окисления, удаляющего
образовавшиеся окислы и предотвращающего возможное возгорание
37 Аксенов 1956
578
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
расплавленного металла. Такими флюсами, хорошо зарекомендо-
вавшими себя в производстве, являются смеси хлористых магния,
калия и натрия, часто с присадкой фтористых магния, натрия или
кальция. Расплавленный металл легче флюса и плавает в нем, как
в оболочке (фиг. 379). Количество флюса обычно составляет 2—5%
от веса металла.
Плавку магниевых сплавов ведут в тигельных печах с железными
тиглями. Так как металл перед разливкой по формам во избежание
окисления не рекомендуется переливать в промежуточный ковш,
то печи делают не поворачивающимися, а с вынимающимися тиглями,
Фиг. 379. Расположе-
ние жидкого металла
и флюса при плавке
магниевых сплавов:
1 — металл; 2 — флюс.
из которых непосредственно и производится
заливка.
При плавке в разогретом тигле сначала рас-
плавляют флюс, затем в него загружают чуш-
ковой магний. После расплавления магния
вводят лигатуры: А1 —Мп (с 10% Мп), А1 —
Mg — Мп (с 30% Mg и 10% Мп), чушки алю-
миния, цинк и другие добавки. После распла-
вления и растворения добавок производят рафи-
нирование металла флюсом, т. е. очистку его
от окислов, для чего перемешивают флюс с ме-
таллом в течение 5—10 мин., добавляя при
этом свежий флюс. При рафинировании рас-
плавленный флюс обволакивает окислы и по-
гружает их на дно. По окончании рафинирования вновь покрывают
металл ровным слоем флюса и перегревают металл до 850—900°.
Такой перегрев магниевых сплавов полезен и способствует улуч-
шению их механических свойств и размельчению структуры. При
температуре перегрева сплав выдерживается в течение 10—15 мин.
и затем охлаждается до температуры заливки. Во время перегрева
удельный вес сплава уменьшается. Вследствие этого флюс, загряз-
ненный окислами во время рафинирования, лучше оседает на дно
тигля, где и остается, а после выливания из тигля чистого металла
этот флюс с остатками (10—12%) металла сливается. После остыва-
ния пустого тигля до 100—150° его заливают водой и отмачивают
не менее 2 час., после чего воду выливают, а тигель очищают.
При массовом производстве фасонного литья из магниевых спла-
вов плавильное устройство обычно состоит из трех тигельных печей.
Первая печь является основным плавильным агрегатом. Расплавлен-
ный и рафинированный металл из первой печи переливают во вторую
печь, которая является раздаточной. По переливке металла в раз-
даточную печь металл в ней повторно рафинируется в течение 5 мин.
Металл в раздаточной печи хранится под флюсом при температуре
750—800° и может оставаться в ней длительное время (до 2—3 смен).
Из раздаточной печи отбирают не более 70—80% металла во
избежание зачерпывания флюса со дна тигля. В третьей печи
производят плавку флюса. Чаще всего емкость тиглей первой и
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА отливок ИЗ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ 579
второй печи составляет 200—450 кг. Емкость флюсового тигля
200—250 кг.
В процессе плавки и разливки необходимо следить за тем, чтобы
влага не попала в расплавленный металл или расплавленный металл
не был вылит на влажное место, так как при соприкосновении рас-
плавленного магния с водой он разлагает ее со взрывом. Плавильный
инструмент перед употреблением надо подогревать. Чушковой
магний и сплавы магния следует хранить в складских помещениях
из огнестойких материалов, расположенных отдельно от других
строек и вдали от нефте- и бензохранилищ и огневых точек.
Внутри склада магниевые чушки надо складывать небольшими шта-
белями с проходами между ними. Магниевую стружку, лом и литник
надо собирать и хранить в особых закрытых железных баках или
ящиках. Нельзя хранить лом и литник вблизи каких-либо тепловых
агрегатов (плавильных, сушильных, и других печей). Ежедневно
все отходы магниевых сплавов следует забирать из цеха на склад.
В случае прогорания тигля плавильной печи металл должен попадать
по трубе в особый аварийный тигель и там автоматически засыпаться
флюсом. Этот запасный тигель плавильной печи должен быть свобо-
ден от следов влаги и постоянно подогреваться до температуры около
100°. Инструменты, вводимые в жидкий металл (разливочные ковши,
счищалки и пр.), должны быть промыты во флюсовом тигле перед
погружением их в металл.
Заливка форм алюминиевыми сплавами производится обычным
путем. В качестве специального метода следует отметить заливку
фасонного литья в земляные формы с кристаллизацией под давле-
нием по методу акад. А. А. Бочвара и проф. А. Г. Спасского.
Заливка форм сплавом производится в специальном сосуде, назы-
ваемом автоклавом. Не позднее чем через 15—20 сек. после заливки
автоклав закрывают и наполняют сжатым воздухом с давлением
5—6 ати. Следовательно, процесс кристаллизации сплава в форме
идет под давлением, которое удерживает находящиеся в металле газы
от выделения их из раствора и обеспечивают получение литья повы-
шенной плотности. Данный метод успешно применяется на практике
и особенно рекомендуется для ответственных отливок сложной кон-
фигурации из сплавов АЛ4 и АЛ11, а также других сплавов. Формы
с затвердевающими отливками в автоклаве под давлением воздуха
выдерживаются до 30—40 мин. После этого давление спускают,
автоклав продувают воздухом и формы из него выдают на-
ружу.
При заливке в формы магниевых сплавов струю льющегося метал-
ла во избежание окисления опыливают порошкообразной серой
(серным цветом). Опыление производится либо из матерчатого ме-
шочка, либо с помощью пульверизатора. Вокруг струи металла обра-
зуется синеватое пламя горящей серы, которое предохраняет металл
от соприкосновения с окружающим воздухом. При заливке носок
ковша или тигля должен по возможности прилегать к литниковой
37*
580
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
чаше формы, чтобы металл не падал с высоты, а спокойно перели-
вался в форму.
При формовке фасонных отливок из алюминиевых сплавов
необходимо иметь в виду весьма малую прочность этих сплавов при
высоких температурах. Форма должна быть возможно более подат-
ливой во избежание образования горячих трещин и иметь менее
плотную набивку, чем для чугунного литья. Многие алюминиевые
детали могут быть получены без трещин лишь при заливке в сырые
формы.
Существенными особенностями отличаются формовочные мате-
риалы для отливки магниевых сплавов. Вследствие чрезвычайной
склонности магния к окислению сплав при заливке в сырую форму
разлагает воду с образованием гремучего газа, что сопровождается
взрывом формы. При сушке формы из земли удаляется механически
примешанная вода, но в сухой форме магний реагирует с водой,
химически связанной в глине.
Для защиты формы от разложения воды в формовочную и стерж-
невую земли вводят порошок серы (серный цвет), борную кислоту
и фтористую присадку, состоящую из 75% кислого фтористого
аммония (NH4FHF) и 25% борной кислоты (Н3ВО3).
Серный цвет предохраняет металл от окисления потому, что сера
окисляется быстрее магния и образует при сгорании защитный слой
газа SO2 между металлом и землей формы. Борная кислота в момент
заливки переходит в борный ангидрид В2О3, который соединяется
с окислами металла и образует на форме защитный слой, предохра-
няющий металл от дальнейшего окисления и соприкосновения
с влагой формы. Фтористая присадка при заливке выделяет газо-
образную защитную прослойку аммония.
В формовочные (облицовочные) смеси для сырых форм обыкно-
венно вводится фтористая присадка в количестве 6—10%. В формо-
вочные смеси для сухих или подсушенных форм вводится 4—7%
серного цвета и 0,5—1% борной кислоты. В настоящее время маг-
ниевые сплавы отливаются главным образом в сырые формы или
в кокили. В стержневые смеси вводится 0,5—1 % серного цвета
и 0,5% борной кислоты, а иногда только 0,5—0,6% (по весу) борной
кислоты.
Подвод металла к отливкам из алюминиевых сплавов должен
быть возможно плавным. Для сложных отливок часто применяют
рожковые литники. Стояки часто делают ступенчатыми. В случае
тонкостенных деталей с большой поверхностью металл должен под-
водиться равномерно через большое количество питателей. Такой
подвод, кроме того, обеспечивает равномерность остывания отливки,
отсутствие местных перегревов формы и позволяет получить отливку
без трещин.
На фиг. 380 показан метод равномерной заливки медноалюми-
ниевого сплава через четыре отдельных стояка. Отливка имеет вид
кольца диаметром около 1,8 м и с толщиной стенок 20 мм. Форму
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА отливок ИЗ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ 581
подвергают поверхностной подсушке, внутренность же отливки
формуется в стержнях. При заливке больших тонкостенных плит
и коробок наилучшим методом является заливка сверху через боль-
шое количество дождевых питателей (фиг. 381, справа). В этом
случае металл поступает в полость формы равномерно и не полу-
чается спаев и неслитин вследствие окисления металла и потери
жидкотекучести, как при подводе питателей по периферии
(фиг. 381, слева).
Во избежание появления усадочных раковин на массивных местах
отливок устанавливают прибыли. Широко практикуется также при-
Фиг. 380. Подвод металла к крупной
отливке из алюминиевого сплава.
Фиг. 381. Два варианта подвода ме-
талла к отливке коробки из алюминие-
вого сплава размером 900 X 900 мм
с толщиной стенок 8 мм.
менение холодильников для выравнивания скоростей охлаждения.
Для той же цели металл подводят, как правило, в тонкие места
отливки.
При изготовлении отливок из магниевых сплавов, учитывая еще
большую их окисляемость, особое внимание следует уделять плав-
ному подводу металла, отсутствию завихрений струи, а также отделе-
нию шлаков, включений флюса и окислов. Для последней цели
практикуют установку карманов, шлакоуловителей и фильтроваль-
ных металлических сеток. Литниковый стояк для крупных стливок
делают в виде нескольких вертикальных щелевых каналов прямо-
угольного сечения и изготовляют в стержне. Обычная форма пита-
телей — рожковая. Для борьбы с усадочными раковинами на мас-
сивных местах отливок устанавливают прибыли. Широко практи-
куется применение холодильников.
На фиг. 382 приведен пример подвода металла к отливке из маг-
ниевого сплава. Металл через ряд щелевых стояков попадает сначала
в первый, а из него во второй горизонтальный распределительные
каналы, или коллекторы. На коллекторах установлены шлаковые
бобышки для улавливания окислов и включений флюса. К отливке
металл подводится через рожковые питатели. В массивных узлах
отливки установлены холодильники, а наверху отливки — 14 при-
былей.
582
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
При расчете литниковой системы для отливок из алюминиевых
сплавов группы силуминов, по практическим данным С. В. Руссияна,
можно пользоваться для определения времени заливки формулой
Дитерта z=sYQ с коэффициентом s для отливок различной тол-
щины &, равным:
б До 6 7—10 11 —15 16—20 21—40 41—60 и выше
s 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 3,0
Фиг. 382. Подвод металла к отливке картера авиационного мотора
водяного охлаждения из магниевого сплава.
Расчет сечения питателей можно вести по удельной весовой ско-
рости заливки К кг! сек' см2, которая для различных значений отно-
сительной плотности отливки kv кг/дм3 принимается следующей:
kv До 0,3 0,3—0,5 0,6—1,0 1,1—1,5 1,6—2,0 2,1—2,5 2,6—3,0
К 0,20 0,22 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45
Приведенные значения К относятся к заливке в сырые формы.
При заливке в сухие формы эти значения К надо увеличивать в 1,5
раза. Соотношение сечений элементов литниковой системы прини-
мается Fnum : Ршл : Fcm — \ : (1,5—1,7) : (0,75—1).
5. ПОДШИПНИКОВЫЕ СПЛАВЫ
Подшипниковые сплавы, применяющиеся для вкладышей,
должны обладать специальной структурой, обеспечивающей низкий
коэффициент трения, хорошую прирабатываемость вкладыша к шейке
вала и правильное распределение смазки.
Этим требованиям в полной мере удовлетворяет структура, состоя-
щая из мягкой пластичной массы с вкрапленными в нее отдельными
ПОДШИПНИКОВЫЕ СПЛАВЫ
583
твердыми зернами. Такую структуру имеют белые антифрикцион-
ные сплавы, называемые также баббитами. Шейка вала опирается
на твердые зерна, вследствие чего получается малый коэффициент
трения. Прирабатываемость обеспечивается податливостью твердых
зерен в пластичной основной массе сплава. Между твердыми зернами
основная мягкая масса вытирается, вследствие чего смазка хорошо
распределяется и удерживается на поверхности вкладыша.
Другой тип структуры, свойственный обычным антифрикцион-
ным бронзам, состоит из твердой основной массы с включениями
мягкой пластичной составляющей. Эта структура отличается мень-
шей способностью прирабатываться, но она более пригодна для
сильно нагруженных подшипников, чем структура баббитов.
Баббиты, или белые подшипниковые сплавы, делятся на
четыре группы: 1) сплавы Sn — Sb; 2) сплавы Sn — Pb — Sb;
3) сплавы Pb — Sb; 4) сплавы Pb co щелочноземельными металлами.
Сплавы Sn — Sb содержат большое количество дефицитного
олова; по своим свойствам они являются весьма высококачествен-
ными и применяются для особо ответственных подшипников с боль-
шими нагрузками и скоростями. Представителем этой группы
является стандартный баббит Б83, содержащий 10—12% Sb и
5,5—6,5% Си, остальное — Sn. Медь вводят в баббиты для устра-
нения ликвации. Твердость этого баббита по Бринелю Н в^ 31,
по Шору HSh = 20.
Баббиты группы Sn — Pb — Sb применяются для менее ответ-
ственных подшипников. Стандартизованными баббитами этой
группы являются баббиты марок Б16 и Б6. Баббит Б16 содержит
15—17% Sn, 15—17% Sb, 1,5—2,0% Си, остальное — РЬ. Твер-
дость его по Бринелю Нв = 33, а по Шору HSh = 22. Баббит Б6
содержит 5—6% Sn, 14—16% Sb, 2,5—3% Си, остальное — РЬ.
Твердость этого баббита Нв 26—28 или HSh = 18—19.
Баббиты РЬ — Sb применяются для подшипников с небольшой
нагрузкой и небольшими скоростями. Представителем этой группы
является баббит БС, содержащий 81,5% РЬ, 17% Sb и 1,25—
1,75% Си. Твердость по Бринелю Яв^21, а по Шору HSh = 12.
Более подробно нормы на химический состав баббитов упомя-
нутых групп приведены в ГОСТ 1320-55.
Из баббитов, представляющих собой сплавы свинца со щелоч-
ноземельными металлами, стандартизованы кальциевые баббиты:
марки БК, содержащий 0,6—О,9°/о Na, 0,85—1,15% Са, остальное —
РЬ, и марки БК2, содержащий 0,25—0,50% Na, 0,35—0,55% Са,
1,5—2,5% Sn и 0,04—0,09% Mg (остальное — РЬ). Баббит БК при-
меняется для заливки толстостенных подшипников (толщина слоя
свыше 3 мм), а БК2—для тонкостенных подшипников (толщина
слоя менее 1 мм). Кальциевые баббиты применяются главным обра-
зом в железнодорожном транспорте. Следует отметить большую
способность кальциевого баббита к упрочнению (старению), вслед-
ствие чего подшипники, залитые этим баббитом, можно сдавать
584
ЦВЕТНОЕ ЛИТЬЕ
в эксплуатацию приблизительно лишь через сутки после лежания
при комнатной температуре. Более подробно см. ГОСТ 1209-53.
Температуры плавления баббитов лежат в пределах 370—450°, а
температуры заливки — 420—480°.
Подшипниковые бронзы с 8—10% Sn и 4—12% РЬ,
а также фосфористые с 10—11 % Sn и около 1 % Р упоминались выше,
равно как и специальная высокосвинцовистая подшипниковая бронза
марки Бр. СЗО. Подшипники из свинцовистой бронзы очень устой-
чивы при больших нагрузках и числах оборотов, более теплопроводны
и в противоположность баббитовым сохраняют свою твердость
при температурах свыше 100°. Заливка вкладышей свинцовистой
бронзой производится обычным путем (индивидуальная заливка).
При массовом производстве применяют также метод непрерывной
наплавки свинцовистой бронзы на стальную ленту в атмосфере во-
дорода. Из ленты с наплавленным слоем бронзы изготовляют
вкладыши путем ее разрезания, загибания и обработки. Наличие
атмосферы водорода над поверхностью ванны при наплавке гаран-
тирует отсутствие окислов на поверхности ленты, что необходимо
для хорошего приставания бронзы к стали. Вкладыши подшипников
со свинцовистой бронзой применяют в авто- и авиамоторостороении.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВНИТОЛ, Цветное литье (сборник), Машгиз, 1954.
2. ВНИТОЛ, Фасонное литье из алюминиевых сплавов (сборник), Машгиз, 1953.
3. ВНИТОЛ, Литье магниевых сплавов (сборник), Государственное издатель-
ство оборонной промышленности, 1952.
ГЛАВА /V
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
1. КОКИЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
Обыкновенная земляная форма служит один раз и при выбивке
разрушается. Глиняные (кирпичные) формы, применяющиеся для
крупного литья, при благоприятной конфигурации отливки, легко
вынимающейся при выбивке, служат несколько десятков и даже
сотен раз. Такие «полупостоянные» формы делают также набив-
ными, обычно из шамота с глиной, для изложниц, маховиков, тюбин-
гов (верхняя опока) и других толстостенных простых отливок.
Металлические (обычно чугунные), или так называемые «постоянные»,
формы (кокили) применяют для фасонных отливок из цветных сплавов,
а также из чугуна и стали. При литье чугунных и стальных деталей
обычно в металлической форме образуется только внешняя часть
детали, а стержни применяют обыкновенные, из стержневых смесей.
При литье деталей из алюминиевых и магниевых сплавов стержни
часто делают также металлическими.
/ Преимущество кокильной отливки заключается в получении более
точной геометрии отливок, чистоте поверхности, уменьшении объема
механической обработки и размера припусков, получении повы-
шенных механических свойств металла вследствие его мелкозерни-
стости, а также в устранении формовочного и землеприготовитель-
ного хозяйства.
Трудности отливки в кокили заключаются в пониженной запол-
няемости форм металлом вследствие быстрой потери им жидкоте-
кучести в теплопроводной металлической форме, в получении поверх-
ностного отбела у чугунных отливок и в отсутствии у металлической
формы податливости и газопроницаемости. Вследствие этого сложная,
отливка при усадке может быть чрезмерно зажата в форме и при
несвоевременной выбивке получить сильные внутренние напряже-
ния и трещины, а также пористость вследствие недостаточного
газоотвода.
Метод отливки в кокили из сплавов цветных металлов приме-
няется для различного фасонного литья как простого (палки и заго-
товки из бронзы и латуни), так и сложного (алюминиевые и магние-
вые сплавы), массового и серийного, мелкого и среднего. Отливку
в металлические формы чугунных и стальных деталей применяют,
586
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
как правило, для мелкого и среднего массового литья сравнительно
несложной конфигурации, но в ряде случаев отливают, например,
из стали, и крупные отливки весом в несколько тонн.
Отливку цветного литья обычно производят в кокили, монти-
руемые на индивидуальных станках, представляющих собой меха-
низмы для открывания и закрывания кокилей. Кокили для сложных
отливок из легких сплавов имеют сложное устройство для разборки
частей кокиля и освобождения отлитой детали.
На фиг. 383 показана схема конструкции кокиля для отливки
из алюминиевого сплава поршней автомобильного двигателя. Метал-
лический стержень, образующий вну-
тренность поршня, делается состав-
ным из трех частей, чтобы его можно
было вынуть из отливки. Сначала
вынимают средний клин /, а уже
Фиг. 383. Схема кокиля для от-
ливки поршней автомобильного
двигателя из алюминиевого
сплава:
Фиг. 384. Схема подвода металла к ко-
кильной отливке из магниевого сплава.
/ — средний клин; 2 — боковые куски;
3 — стержни для отверстия под порш-
невой палец; 4 и 5 — половинки кокиля.
потом части 2, которые вынимаются сначала к середине в гори-
зонтальном направлении, а потом кверху. Стержни 3 вынимают в
горизонтальном направлении. Кокиль, образующий наружное очер-
тание, сделан из двух половин 4 и 5.
Подвод металла к отливкам, заливаемым в кокиль, должен
быть плавным. Особенно это важно для магниевых сплавов, сильно
окисляющихся при разбрызгивании струи, а также и для алюми-
ниевых сплавов. Поэтому часто применяется тормозящий тип лит-
ника с изгибом в виде «гусиной шейки» и с гидравлическим затвором
(фиг. 384).
Кокили для отливки деталей из легких сплавов изготовляются
преимущественно из легированных сталей и лишь для небольших
и несложных отливок делаются из чугуна. Охлаждение кокилей
большей частью естественное, воздушное. Принудительное охлажде-
ние обдувкой воздухом или циркуляцией жидкости применяется
в редких случаях и главным образом лишь частичное для наиболее
нагревающихся частей кокиля. Механизмы для раскрывания кокилей
и извлечения стержней большей частью делаются рычажные или
КОКИЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
587
винтовые с ручным управлением. Для сложных деталей в авиа-
моторостроении применяются полностью механизированные кокили
с принудительным охлаждением, а также с электрическим подогре-
вом для регулирования температуры частей кокиля в зависимости
от режима работы кокиля и скоростей остывания различных узлов
отливки.
Отливка мелких чугунных деталей в металлические формы про-
изводится при массовом производстве на специальных карусельных
машинах, на которых монтируется несколько открывающихся и
закрывающихся форм, заливаемых поочередно. Более крупные де-
тали отливают на индивидуальных ручных или пневматических
станках, а также в неразъемные кокили. Рассмотрим технологию
отливки чугунных деталей при массовом производстве на карусель-
ной машине типа Холлей.
Кокили отливают из чугуна. Для увеличения стойкости кокилей,
а также с целью уменьшения или устранения отбела изготовляемых
отливок с рабочей стороны кокили покрывают специальной обли-
цовкой, или краской. При изготовлении чугунных отливок эта обли-
цовка обычно состоит из двух слоев. Непосредственно на форму
наносят тонкий слой огнеупорной краски, возобновляемый 1—3
раза в смену, а на огнеупорную краску перед каждой заливкой
наносят при помощи коптящего ацетиленового пламени тонкий
слой сажи.
Огнеупорная облицовка, или краска, составляется на основе
огнеупорной глины, маршалита,магнезита или хромистого железняка.
Связующим веществом обычно служит жидкое стекло, добав-
ляемое в количестве 20—35% веса краски. Для лучшего пристава-
ния к форме в облицовку полезно вводить около 0,2% марганцево-
кислого калия. Краску разводят в воде и наносят на подогретую
до 200° форму при помощи пульверизатора или кисточкой.
В то время как огнеупорная краска служит в основном для
защиты формы от действия жидкого металла, копчение сажей пре-
следует цель уменьшения отбела отливок. Слой сажи обладает
весьма малой теплопроводностью и изолирует металл отливки от
формы.
Перед нанесением сажи на форму с нее сдувают сжатым воздухом
остатки сажи от предыдущей отливки. К форме, нагретой до 600°,
сажа не пристает — загорается и отваливается. Поэтому температура
формы при копчении должна быть ниже этого предела. Для улуч-
шения заполняемости металлом форму перед первой заливкой подо-
гревают до 300—400°. При повторяющихся через определенные
промежутки времени заливках на карусели форма уже не успе-
вает полностью охладиться между выбивкой и новой заливкой, и
в дальнейшем надобности в подогреве ее не встречается; наоборот,
ее приходится принудительно охлаждать во избежание слишком
сильного нагрева. По данным HATH, вместо нанесения на форму
огнеупорной облицовки и копчения сажей рекомендуется покрытие
588
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
формы угольно-масляной облицовкой, состоящей из 2 частей дре-
весно-угольного порошка и 1 части масла.
Кокили, применяющиеся на карусельной машине, имеют верти-
кальную плоскость разъема и
2
Фиг. 385. Эскиз кокиля для отливки
чугунных поршней тракторного двигателя.
состоят из двух половинок; одна из
них крепится неподвижно,
а другая перемещается в гори-
зонтальном направлении при
помощи пневматического ци-
линдра. Такая конструкция по-
казана на фиг. 385. Здесь 1 и
2 — половинки формы, 3 — цен-
трирующие штыри. Литниковую
систему устраивают на разъеме
формы; она имеет чашу 5 для
заливки металла.
Кокиль делается тонкостен-
ным (толщиной 20—30 мм)
коробчатого сечения. С обрат-
ной стороны каждая полуформа
имеет охлаждающие ребра или
пальцы 4 круглого сечения. В пространстве между этими пальцами
просасывается при помощи эксгаустера охлаждающий воздух, как
показано на схеме фиг. 386.
Фиг. 386. Схема прину-
дительного воздушного
охлаждения кокиля ко-
робчатого типа.
Фиг. 387. Метод вентиляции стержней
и подвод металла к отливкам.
Литниковую систему располагают на разъеме формы, в одной
или обеих полуформах. В первом случае сечение литниковых кана-
лов представляет собой полукруг или полуовал, а во втором случае —
полный круг или овал. Металл подводят к отливкам сифоном снизу,
так как при верхнем подводе первые капли чугуна затвердевают
в форме в виде отдельных отбеленных шариков, или корольков,
включения которых в отливке затрудняют ее обработку резанием.
На фиг. 387 показан подвод металла к двум отливкам, расположен-
ным в одной форме. Из чаши вниз ведет стояк, разделяющийся далее
КОКИЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
589
на два горизонтальных разводящих канала /, а из них к отливам
отходят по два питателя. Для выхода воздуха и первого металла
из полостей отливок вверху сделаны выпоры 2.
Ввиду быстрого остывания металла в литниковой системе, выпол-
ненной в металлической форме, для отливок, имеющих массивные
вертикальные стержни (поршни и т. п.), рекомендуется устраивать
литник в стержне, пропуская в нем стояк и отводя от него питатели
в нижнюю часть отливки.
Стержни устанавливают в форме на знаках в гнездах, выпол-
няемых в металлической форме, как показано на той же фигуре.
Газы выходят из стержней через широкие отверстия 3 в форме,
являющиеся продолжением стержневых знаков. До закрытия
формы стержень должен держаться на знаках в неподвижной полу-
форме, для чего знаки делаются с достаточной опорной поверх-
ностью.
Металлические полуформы большей частью делаются цельно-
литыми, подвергаются строжке по разъему, а рабочие поверхности
их обрабатывают вручную путем шабровки или, где это возможно,
на станках. Применяются для этого также настольные бормашины
с гибким валом, как и для обработки моделей. При чистой отливке
рабочие полости формы могут и не обрабатываться.
Для мелких деталей, имеющих простую конфигурацию, иногда
применяются составные формы, собираемые из отдельных кусков.
При этом упрощается получение рабочих полостей формы обработкой
на станках, а не вручную. Кроме того, не все части формы одина-
ково быстро изнашиваются, и выходящие из строя куски формы
можно заменять. Больше всего изнашивается литниковая часть
формы. При хорошем выполнении и надлежащем уходе чугунные
формы выдерживают до 5000 заливок.
Вентиляция металлических форм производится через выпоры
и тонкие каналы глубиной 0,05 мм, простроганные от полостей отли-
вок по разъему формы к ее краям. В эти каналы жидкий металл
не проникает, воздух же выходит по ним из формы.
Для отливок с глубокими выступами и карманами, где задержи-
ваются газы и получаются газовые раковины, в стенке формы соот-
ветственно расположению карманов и выступов ставят дополнительно
вентиляционные пробки (обычно диаметром 6—10 мм). Пробка
имеет срезанные лыски, образующие вентиляционные щели. Тол-
щина щели не должна превышать 0,25 мм во избежание проникания
в нее жидкого чугуна. Пробки запрессовывают в отверстия стенки
формы без резьбы, на тугой посадке.
Карусельная машина типа Холлей для кокильной отливки чугун-
ных деталей имеет диаметр около 5 м. Машина делает один оборот
в течение 2,5—4,5 мин. На карусели монтируются 12 форм, откры-
вающихся и закрывающихся пневматическими цилиндрами, рабо-
тающими от магистрали с давлением 6 ати. Производительность
машины составляет 200—300 съемов (заливок) в час. Вес чугунных
590
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
деталей, отливаемых в одной форме, — до 12 кг. Нормальный размер
форм 400 X 400 мм. Расход карбида кальция на копчение форм со-
ставляет 6—7 кг на 1 т литья. Охлаждающий воздух отсасывается
из форм по трубам и далее по центральной трубе, ведущей к вен-
тилятору. Производительность вентилятора — около 30 мг!мин.
Монтаж формы и толкателей на секции карусельной машины
показан на фиг. 388. Неподвижная полуформа 1 крепится к внешней
раме карусели 2, а подвижная полуформа 3 — к плите 4, которая
при помощи двух стержней 5 жестко соединена с поперечиной 6,
Фиг. 388. Схема монтажа разъемного кокиля на секции карусельной машины типа
Холлей (вид сверху).
передвигающейся поршнем пневматического цилиндра 7. При закры-
вании формы поршень перемещает передвижную полуформу от
центра карусели к его периферии (на нашей схеме влево) до сопри-
косновения с разъемом неподвижной полуформы. При этом подвиж-
ная полуформа нажимает на так называемые отжимные пал.ьцы S,
и они прячутся в теле неподвижной полуформы, перемещаясь на
величину Ь. Это передвижение отжимных пальцев заставляет на
ту же величину b переместиться плиту 9 на буферных пружинах 10}
вместе с этой плитой отходят толкатели 11, концы которых при этом
становятся заподлицо с рабочей поверхностью полуформы. При
раскрывании формы пружины 10 возвращают плиту 9 в первоначаль-
ное положение, и толкатели выталкивают отливку из неподвижной
полуформы.
Толкатели 12 подвижной полуформы монтируются на плите 13,
отжимаемой пружинами 14 вправо, к центру карусели, но не дохо-
дящей до поперечины 6 на расстояние а вследствие того, что
пальцы 15 упираются в раму машины. При закрывании формы попе-
речина 6 сначала проходит расстояние а между ней и плитой 13,
а толкатели 12 при этом становятся заподлицо с рабочей поверх-
ностью подвижной полуформы. При дальнейшем движении попере-
КОКИЛЬНОЕ ЛИТЬЁ
591
чины 6 форма закрывается. При раскрывании формы, когда поршень
пневматического цилиндра движется вправо, пальцы 15, упираю-
щиеся в раму машины, останавливают плиту 13, а поршень и полу-
форма 3 проходят вправо еще путь а. Отливка при этом выталки-
вается из формы 3 толкателями 12, которые остановились вместе
с плитой 13,
Вследствие быстрого охлаждения в металлической форме большая
часть сечения чугунной отливки получает характерную для этого
метода литья структуру распада с ферритным, перлито-ферритным
и реже перлитным основным
полем и весьма мелко раз-
дробленным графитом (гра-
фит распада). Такой графит
чаще всего располагается в
междендритных простран-
ствах первоначальной струк-
туры белого чугуна. У по-
верхности отливки, приле-
гающей к металлической фор-
ме, обычно получается тон-
кий отбеленный слой.
В отливках, отливаемых
со стержнями, со стороны
6)
Фиг. 389. Равномерно распределенный пла-
стинчатый графит (а) и графит распада
с междендритной ориентацией (б).
стержня получается зона
серого чугуна с пластинчатым графитом, более крупным, чем
графит распада. Пластинчатый графит в виде небольших по вели-
чине и равномерно распределенных включений дает более высо-
кие механические свойства чугуна по сравнению с графитом рас-
пада, имеющим дендритную ориентацию. При разрушении детали
такой графит распада (фиг. 389, б) как бы выделяет, выкалывает
отдельные объемы основной металлической массы, связь между кото-
рыми получается непрочной. Пластинчатый же графит (фиг. 389, а)
не разделяет в такой степени основную металлическую массу на
отдельные объемы. Поэтому предпочтительнее иметь в отливке пла-
стинчатый равномерно распределенный графит, если, конечно, его
включения будут достаточно мелкими. Однако при отливке чугуна
в металлические формы указанный неблагоприятный характер рас-
положения графитовых включений в структуре в значительной сте-
пени компенсируется общей мелкозернистостью структуры, что в ре-
зультате все же дает повышенную прочность по сравнению с обычным
литьем в землю.
Для уничтожения отбеленной корки, а также для снятия вну-
тренних напряжений чугунное литье, полученное в металлических
формах, подвергают отжигу. Последний заключается в нагреве до
850—900° и выдержке в течение около 1 часа с Последующим медлен-
ным охлаждением до 400—450° и дальнейшим охлаждением на воз-
духе. Отжиг лучше всего производить в методических печах непосред-
592
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
ственпо после выбивки литья из форм. После отжига вместо отбе-
ленной корки получается мягкая ферритная структура с точечным
графитом типа углерода отжига. Детали с такой структурой наруж-
ного слоя обладают низкой износоупорностью.
Получение чугунных кокильных отливок без отбела является
одной из основных задач в области кокильного литья. По данному
вопросу необходимо отметить исследования П. И. Степина, резуль-
таты которых сведены им в обобщающую технологическую номо-
грамму, изображенную на фиг. 390.
Номограмма разделяется на две части — нижнюю и верхнюю —
и относится к стержневым отливкам со стенками толщиной до 30 мм.
На оси абсцисс нижней части нанесены три шкалы для толщины от-
ливки: для случая применения необлицованного холодного кокиля,
для холодного кокиля с угольно-масляной облицовкой и для обли-
цованного кокиля, подогретого до 300°. Найдя на соответствующей
шкале значение толщины отливки, следует подняться по вертикали
до пересечения с горизонтальной линией, проведенной от значения
толщины стенки кокиля (шкала на оси ординат нижней части номо-
граммы). Так надо поступать, если отливка выдерживается в кокиле
до полного ее охлаждения. Если же отливки выбиваются из кокиля
при температуре порядка 850° с последующей их бункеровкой в ящи-
ки-термосы для замедленного охлаждения и самоотжига и при этом
применяется облицовка и подогрев кокиля до 300°, то вместо подъема
по вертикали следует от нижней шкалы идти вверх по наклонным
линиям также до пересечения с горизонталью, соответствующей
толщине кокиля.
Найдя точку пересечения горизонтальной и вертикальной (или
наклонной) прямых, дальше надо подняться по лучевой линии
до верхней горизонтальной шкалы, на которой нанесено время
остывания отливки в интервале температур 1150—720°. От этой
шкалы далее следует подняться вверх по вертикали до нижней кри-
вой линии, а от нее взять влево по горизонтали, и на оси ординат
мы получим предельное содержание С + Si в металле, гаранти-
рующее отсутствие отбела поверхностного слоя отливки. Здесь
также имеются три шкалы в зависимости от содержания Мп в металле.
Если же подняться не до нижней (сплошной), а до верхней (пунк-
тирной) кривой и затем повернуть по горизонтали влев’о, то на шкале
оси ординат получим такое предельное содержание С + Si в чугуне,
которое все еще гарантирует отсутствие феррита в середине сечения
отливки.
В номограмме Степина отливка и кокиль рассматриваются пло-
скими. При иной форме берут их приведенную толщину, равную
отношению объема к поверхности. Описанная номограмма дает
взаимную связь и возможность выбора основных параметров техно-
логического процесса для кокильных чугунных отливок.
Как отмечалось выше, кроме разъемных кокилей, в ряде случаев
применяются более простые вытряхные кокили, если это позволяет
%Мп
Фиг. 390. Технологическая номограмма Степина для чугунного кокильного литья
594
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
конфигурация отливки. Примером может служить показанный на
фиг. 391 кокиль для стальной отливки — буферного стакана. Вну-
треннее очертание отливки образуется с помощью стержня. Заливка
производится верхним литником. Через 30—40 сек. после заливки
отливку выбивают,
Фиг. 391. Буферный ста-
кан и вытряхной кокиль
поворачивая кокиль на цапфах на 180°.
На фиг. 392 приведен пример закры-
того (разъемного) кокиля для более крупной
стальной отливки — стального вагонного ко-
леса. Кокиль делается из серого чугуна.
Заливка — через сифонный литник. Время
заливки 40—50 сек. Выбивка отливки про-
изводится через 4—5 мин. после заливки.
Для тепловых расчетов процесса затвер-
девания и охлаждения отливки в металли-
ческой форме рекомендуется пользоваться
методом А. И. Вейника, согласно которому
для этого случая основная расчетная фор-
мула (58) имеет вид
____ С1с1(11нач Ч) । - /Ко\
х -----------------------------------Л--с +
or I 11нач т л \
НО ( ---2---- — г2нач ]
где т — продолжительность данной стадии
охлаждения отливки в часах от тем-
пературы tlHa4 до текущей темпе-
ратуры Zf, здесь, как и в дальней-
шем, индекс 1 относится к отливке,
индекс 2 — к форме; температуры t
отсчитываются от 0° С, а темпера-
туры 0*, применяемые в дальнейшем,
отсчитываются от температуры
окружающей среды tc, как от нуля;
тнач — время предшествующей стадии
для него:
/ — корпус кокиля; 2 — полость
формы; 3 — стержень; 4 — лит-
никовая воронка; 5 — крепле-
ние стержня скобами.
охлаждения;
Gj — вес отливки в кг;
Сх — теплоемкость металла отливки в
кал!кг °C;
р — коэффициент теплообмена отливки и
формы через зазор, образуемый слоем краски, в kcuiIm2, час°С\
величина р — -----, где \кп — коэффцииент теплопровод-
хкр р
ности краски в кал/м час °C, а хкр — толщина слоя краски
в м;
Fx — площадь поверхности соприкосновения отливки с формой
в м2;
— начальная температура формы в °C.
КОКИЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
595
Температура формы в этой формуле принята равной начальной
f2tta4. Однако в процессе охлаждения отливки форма нагревается.
Поэтому найденное по формуле (58) время т будет являться лишь
первым приближением, которое можно затем уточнить. Для этого
нужно по найденному времени т подсчитать по приведенным ниже
Фиг. 392. Стальное литое колесо и кокиль для него.
формулам (63) или (64) изменение температуры формы Д/2, затем
найти среднюю температуру формы за время т, равную t2cp = t2Ha4 +
+ -^-Д/2, и снова произвести расчет времени т по формуле (58),
подставив теперь в знаменателе t2cf) вместо Найденное теперь
время т будет уже вторым, более точным приближением. Можно
для большего уточнения произвести еще такой же третий подсчет
и найти еще более точное значение т в третьем приближении к истин-
596
СПЕЦИАЛЬНЫЕ методы отливкй
ному его значению и т. д. Такой метод расчета называется методом
последовательного приближения. Для практических целей, однако,
можно ограничиваться первым приближением.
Процесс охлаждения отливки в форме расчленяется на три ста-
дии — отвод теплоты перегрева, затвердевание металла и охлажде-
ние затвердевшей отливки.
Для стадии отвода теплоты перегрева металла (первая стадия)
расчетная формула получает вид
__ С1с1ж (^зал ^лик)
or । 1зал “* 1лик . \
1 ----2------)
где Ti — время первой стадии, отсчитываемое от момента заполне-
ния формы;
т0 — время течения жидкого металла через данное сечение
детали при заливке;
1зал — температура заливки в °C;
tAUK — температура ликвидуса в °C. Если металл кристаллизуется
не в интервале температур, а при постоянной температуре/^,
то вместо 1лик в формулу (59) надо подставлять tK .
Для стадии затвердевания отливки, при кристаллизации металла
в интервале температур, расчетная формула приобретает вид
Giclnp Улик ^сол) .
-----й ----------------------r + xi>
Т 1СОЛ j. \
Рг 1 (-----2--------12нач 2 )
(60)
где т2 — время второй стадии в часах от конца заливки формы;
с1др — приведенная теплоемкость металла отливки с учетом скры-
той теплоты кристаллизации р2 кал!кг\ величина с1пр =
= С1Ж ^~—1те + -------------, где с1ж и с1тв — теплоемкости
*лик 1сол
металла отливки в жидком и твердом состоянии;
^2Нач2 — температура формы в момент начала второй стадии охла-
ждения отливки (в момент времени т2). В случае вычисле-
ния второго приближения для времени т2 по формуле (60)
величину Д/2 надо брать за время Дт = т2 — Тр
В случае затвердевания металла отливки при постоянной темпе-
ратуре tK расчетная формула для второй стадии получает вид
G1P1------L. (61)
2 P^i (/лр ^2 нач г)
Для стадии охлаждения полностью затвердевшей отливки до
температуры (третья стадия) расчетная формула будет
61Г1п в (1сол ~ G)
(62)
КОКИЛЬНОЕ ЛИТЬЕ
597
где ^начз — темлсратурз формы в момент времени т2, т. е. вначале
третьей стадии.
Повышение температуры металлической формы за время Д-и =
= т — тнач можно найти по одной из следующих двух формул:
Д/2 =
i^icp $2нач (ЗЛ + ^г)
+ у 1 + агР2)
UT Z
(63)
^2^2Нач ^г) (64)
^2^2 + "2" ° 2^2^т
Здесь $2нач и соответственно t2Ha4 — температура формы в момент
времени тнач\
— средняя температура отливки за время Дт;
Д?2 — падение температуры отливки за время Дт;
G2 — вес металлической формы в кг\
с2 — теплоемкость металла формы в кал1кг°С',
F2 — поверхность охлаждения формы в м2',
а2 — коэффициент теплоотдачи в окружающую среду с по-
верхности охлаждения формы в кал/м2 час °C.
В формуле (63) для конца первой стадии т = тп ткач = 0,
Q §зал ^лик п $зал "4“ §кр
trlt.p =-------- или =----------2----* Для K0HI^a второй стадии
т = т2, тНб2Ч = т1. Если металл затвердевает в интервале температур,
то = • лчк^ сол , а если он затвердевает при постоянной тем-
пературе, то»1ср = д^. Для третьей стадии т = т3, хнач = т2, =
В формуле (64) значения времен для различных стадий те же,
что и в формуле (63). Для конца первой стадии = t3aA — tAUK
и Ci = сж. Для второй стадии формулу (64) можно применять, если
металл затвердевает в интервале температур. В этом случае для
конца второй стадии Mi = tMK — tCOJl и = a t2HW = /2мач2.
Для третьей стадии Д/, == t(0Jl — a t2lta4= t2Ha43.
При тепловых расчетах по приведенным формулам Вейника для
металлических форм надо знать коэффициент теплопроводности
кокильной краски \кр, который определяется экспериментальным
путем. По данным Н. Н. Рубцова и Г. Ф. Баландина, для отливок
из черных сплавов значение Х^ составляет порядка 3 кал/м • час °C,
толщина слоя краски хКр— порядка 0,3 мм, что дает коэффициент
теплообмена отливки и формы р порядка 1000 кал/м2 час °C,
598
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
2. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Литье под давлением заключается в том, что отливка изготов-
ляется в металлической стальной форме со стальными же стерж-
нями, причем жидкий металл заполняет форму под большим давле-
нием. Методом литья под давлением изготовляют мелкие фасонные
тонкостенные детали из сплавов цветных металлов при массовом
производстве: части электроаппаратуры, счетных машин, радиоап-
паратуры, некоторые детали автомобилей и др. Основное назначение
давления при заливке — обеспечить заполняемость формы жидким
металлом, быстро теряющим свою жидкотекучесть в полости сталь-
ной формы. В более толстостенных отливках давление, кроме того,
способствует уменьшению пористости путем уплотнения газовых
пузырьков и усадочной рыхлоты в затвердевающей отливке. При-
меняемые на практике давления на металл колеблются от 10 до
500 ат и выше. Скорости входа металла в форму достигают 60 м/сек.
Детали, отлитые под давлением, получаются в литье настолько
чистыми и точными, что в большинстве случаев не нуждаются в меха-
нической обработке и могут идти непосредственно в сборку. Методом
литья под давлением можно получить в деталях тонкие отверстия,
а также литую резьбу. Вследствие быстрого охлаждения структура
металла в отливках, полученных литьем под давлением, получается
мелкозернистой, а прочность — повышенной. Чистота поверхности
отливок под давлением нормально находится в пределах 4—8-го
классов, а в среднем соответствует 6-му классу чистоты по
ГОСТ 2789-51 (45).
Следует заметить, что в теле деталей, отлитых под давлением,
весьма часто присутствуют мельчайшие пузырьки, наполненные
газами, сжатыми до большого давления, применявшегося при за-
ливке. Воздушная пористость, получающаяся вследствие затруд-
ненной вентиляции металлических прессформ, является основным
дефектом литья под давлением. При нагреве деталей эти газы рас-
ширяются и детали могут расти и деформироваться. По этой при-
чине детали, отлитые под давлением, не рекомендуется подвергать
термической обработке. Не рекомендуется также под давлением изго-
товлять отливки, поверхность которых должна обрабатываться рез-
цом, так как внутренние дефекты при обработке вскроются и обра-
ботанная поверхность окажется дефектной.
В настоящее время под давлением отливают детали из свинцо-
вистых, оловянистых, цинковых, алюминиевых и медных сплавов.
Литье же под давлением чзрных металлов находится еще в стадии
разработки и освоения. В табл. 95 приведены основные характе-
ристики применяемых сплавов и точности получаемых отливок.
Прессформы для литья под давлением изготовляются из леги-
рованных жароупорных сталей и подвергаются точной обработке;
они часто имеют искусственное охлаждение водой или маслом, цир-
кулирующим по специальном каналам в теле формы. Схема конструк-
ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
599
Таблица 95
Основные характеристики применяемых сплавов и допусков для отливок
под давлением
Наименование
сплава
Минималь-
ный диа-
метр литой
резьбы
в мм
Оловянистые
и свинцовистые
Цинковые
Алюминиевые
и магниевые
Медные
260-330
400-490
620-750
1 г — 5 кг 0,5—3,0
1 г — 5 кг 1,5—4,0
5 г — 2,5 кг 1,5—6,0
850-960 5 г - 2 кг 1,5-6,0
±0,03
±0,03
±0,07
±0,08
1,0
1,5
2,0-2,5
6 диа-
метров
6 диа-
метров
4-5
диа-
метров
3 диа-
метра
12 диа-
метров
12 диа-
метров
6-10
диа-
метров
4 диа-
метра
5 5
6 10
6-12 15-20
12 -
ции простейшей формы для отливки плоской плитки показана на
фиг. 393. Форма состоит из двух частей 1 и 2. Для вентиляции
служат волосные каналы 3 на разъеме формы, ведущие в более
крупные каналы, соединяющиеся с атмосферой или с вакуум-насосом
Фиг. 393. Схема прессформы для отливки под давлением плитки:
/и 2 — половинки прессформы; 3 — вентиляционные каналы; 4 — толкатели;
б — литниковый канал; 6 — рассекатель.
для принудительного отсоса воздуха из формы. Толкатели 4 служат
для выталкивания отливки. Литниковый канал 5 переходит далее
в тонкую щель, через которую металл и поступает в полость формы.
Эту щель делают почти во всю ширину отливки. Рассекатель 6
служит для лучшего направления струи металла и уменьшения завих-
рений. Форма при заливке не должна быть холодной во избежание
слишком быстрого остывания металла и потери им жидкотекучести.
Нормальная температура формы для свинцовистых и оловянистых
сплавов 53—80°, цинковых 80—153°, алюминиевых 150—250° и для
медных сплавов 250—450°.
600
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
Рассмотрим методы подачи жидкого металла в форму, являющиеся
наиболее существенной особенностью технологии литья под давле-
нием различных сплавов.
Для легкоплавких свинцовистых, оловянистых и цинковых
сплавов часто применяется горячая камера сжатия, из которой
металл подают в форму при помощи давления поршня (фиг. 394).
. Для алюминиевых сплавов ма-
Фиг. 394. Схема подачи металла
в форму на поршневой машине:
/ — подогреваемый тигель с расплавленным
металлом; 2 — поршень; 3 — канал; 4 — пресс-
форма; 5 — мундштук; 6 — рычажный меха-
низм поршня.
(фиг. 395). После заполнения
шины этого типа не применяют,
потому что в условиях значитель-
ной температуры сплава поршне-
вая пара быстро изнашивается и
разъедается. Для сплавов этой
группы применяют компрессор-
ные машины, в которых жидкий
металл испытывает давление сжа-
того воздуха до 35 ати. Компрес-
сорные машины делятся на два
типа: 1) с давлением воздуха на
всю поверхность жидкого металла
в котле и 2) машины с особым чер-
паком, или гузнеком. В первом
случае сжатый воздух впускается
в котел машины, куда наливает-
ся отдельно расплавленный жид-
кий сплав. Воздух давит на всю
свободную поверхность металла
в котле и вйжимает его в пресс-
форму по трубке, конец кото-
рой в котле опущен до его дна
формы металлом сжатый воздух
из котла выпускается в атмосферу, производится раскрывание формы
и выбивка отливки. Машины данного типа применяются редко вслед-
ствие того, что сжатый воздух, воздействуя на большую поверх-
ность ванны металла, значительно окисляет и насыщает его газами.
Кроме того, необходимость при каждой заливке выпускать весь
воздух из котла в атмосферу ведет к большому расходу сжатого
воздуха. Доливка свежего металла в котел затруднена, что также
является недостатком машины данного типа.
Схема подачи металла в форму в современных компрессорных
машинах показана на фиг. 396. Котел машины 1 открытый, и доливка
в него свежего металла не представляет затруднений. В ванне имеется
особый стальной черпак 2 изогнутой формы в виде гусиной шеи,
называемой гузнеком. В положении а жидкий металл через отвер-
стие 3 входит внутрь гузнека и устанавливается на одном уровне
с металлом в ванне. При помощи специального механизма гузнек
перемещается в положение, показанное на эскизе б, и прижимается
при этом своим носком, или мундштуком, к литниковому отверстию
ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
601
формы. В этом положении отверстие 3 закрывается концом непо-
движной иглы 4, а через отверстие 5 внутрь гузнека впускается сжа-
тый воздух, который и выталкивает находящийся в нем металл
Фиг. 395. Схема подачи металла в форму на компрессорной машине
с закрытым котлом:
1 — котел с жидким металлом; 2 — крышка; 3 — отверстие для доливки жидкого ме-
талла; 4 — подача сжатого воздуха в котел; 5 — трубка; 6 — мундштук; 7—прессформа.
в литейную форму. Таким образом воздух давит не на всю поверх-
ность жидкого металла ванны, а лишь на ту часть металла, которая
была зачерпнута гузнеком. Машины для литья под давлением.
Фиг. 396. Схема подачи металла в форму на компрессорной
машине с гузнеком.
работающие по этому принципу, называются машинами с го-
рячей камерой сжатия.
Высокое давление и высокая температура жидкого сплава,
необходимые для заливки медных сплавов, делают невозможным
использование для них компрессорных машин и заставляют при-
менять особые устройства. В настоящее время литье медных сплавов
602
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
(латуни) производят главным образом по принципу прессования в по-
лужидком состоянии.
Этот способ заключается в том, что латунный сплав впрессовы-
вается в форму под большим давлением (до 1000 ати) не в жидком,
а в тестообразном состоянии, в интервале затвердевания (при 800—
850°). Стойкость форм при этом значительно возрастает, а кроме
того, вследствие меньшей усадки (низкая температура заливки)
Фиг. 397. Схема подачи металла в форму
. в полужидком состоянии на машине верти-
кального типа.
Фиг. 398. Схема подачи металла
в форму в полужидком состоя-
нии на машине горизонтального
типа:
1 — стакан для металла; 2 - пресс-
форма; 3 — заливаемый металл;
4 — прессующий поршень.
Схема заливки медных сплавов в полужидком состоянии на ма-
шине вертикального типа показана на фиг. 397. Металл расплав-
ляется отдельно (вне машины) и ложкой заливается в цилиндр или
камеру давления 1. Дно камеры 1 представляет собой поршень.
После этого на металл сверху давит верхний плунжер 5 гидравли-
ческого пресса. Под давлением плунжера нижний поршень опу-
скается до упора, и металл через отверстие в стенке камеры запрес-
совывается в форму 5, 4. При обратном подъеме нижний поршень 2
выталкивает остаток металла 6 из камеры. Аналогично производится
подача металла в прессформу на машинах горизонтального типа
(фиг. 398). Машины с заливкой металла в полужидком состоянии
носят название машин с холодной камерой сжатия.
На таких машинах изготовляют с успехом также отливки из алю-
миниевых сплавов.
3. ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
Принцип центробежной отливки заключается в том, что затвер-
девание металла происходит во вращающейся литейной форме при
действии центробежных сил, которые участвуют в формировании
отливки и в процессе ее кристаллизации. Методы получения центро-
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЁ
603
бежного литья можно представить четырьмя показанными на фиг. 399
схемами. Эти методы различаются: 1) наличием или отсутствием у от-
ливки свободной поверхности жидкого металла в форме и 2) распо-
ложением центра тяжести отлив-
ки на оси вращения или вне ее.
Положение оси вращения в про-
странстве при любой из этих четы-
рех схем может быть вертикаль-
ным, горизонтальным или наклон-
ным.
По схеме № 1 производится
отливка коротких тел вращения
(венцы шестерен, заготовки в виде
коротких втулок и колец) на ма-
шинах с вертикальной осью вра-
щения, а также длинных тел вра-
щения (водопроводные трубы,
стальные полые заготовки для
орудийных стволов, сменные гиль-
зы для цилиндров двигателей) на
машинах с горизонтальной осью
вращения. Жидкий металл во вра-
щающейся форме под действием
центробежных сил растекается по
Фиг. 399. Схемы получения центро-
бежного литья.
стенке формы и отливка получается пустотелой, цилиндрической,
без применения стержня для образования ее внутренней полости.
Форма свободной поверхности
жидкого металла при верти-
кальной оси вращения формы
представляет собой параболоид
вращения (фиг. 400, а), так что
толщина отливки в верхней
части получается меньше, не-
жели в нижней. При небольшой
• длине детали эта разностен-
ность находится в пределах
припуска на механическую
обработку. При горизонтальной
оси вращения формы (фиг. 400,6)
свободная поверхность жидкого
металла имеет эксцентриситет е,
зависящий от числа оборотов
гой поверхности вниз в процессе
Фиг. 400. Положение свободной поверхно-
сти жидкого металла при вертикаль-
ной (а) и горизонтальной (б) оси враще-
ния формы.
формы. Однако этот снос свободь
затвердевания металла в форме исчезает и отливка затвердевает
концентрической.
Центробежная отливка производится в металлические формы,
или изложницы, изготовляемые из стали и чугуна, а также в набив-
604
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
ные (земляные) сухие и сырые формы, и в металлические формы,
имеющие внутри облицовку в виде песчаных стержней, или в виде
слоя сырой формовочной земли, набиваемой или накатываемой осо-
бым роликом. При отливке чугунных водопроводных труб вслед-
ствие их большой длины подача жидкого металла во вращающуюся
металлическую форму (изложницу) производится по длинному же-
лобу, который по мере заливки формы постепенно выдвигается
из изложницы (фиг. 401). Для этого при неподвижно укрепленном
желобе вся вращающаяся изложница постепенно отъезжает от желоба
Фиг. 401. Принцип центробежной отливки водопроводных
труб в металлической изложнице:
/ — кожух; 2 — изложница; 3 — мотор для вращения изложницы;
4 — секторный поворотный ковш с чугуном; 5 — заливочный желоб;
6 — стержень для образования внутренней поверхности раструба
трубы; 7 — направление движения тележки.
на тележке. Если бы лить металл из желоба в одно место, то при
охлаждаемой водой теплопроводной изложнице металл не смог бы
равномерно распределиться по всей длине трубы вследствие быстрой
потери им жидкотекучести.
По схеме № 2 (см. фиг. 399) можно отливать фасонные заготовки,
представляющие собой по конфигурации части цилиндрических тел
или цилиндры с разного рода продольными окнами или щелями.
Внутренняя цилиндрическая поверхность отливок (или отливки)
здесь также формируется действием центробежных сил и является
свободной поверхностью жидксмю металла.
По схемам № 3 и 4 может производиться центробежная отливка
различного фасонного литья как в земляные формы, так и в метал-
лические. Центробежные силы, развивающиеся в жидком металле
при вращении, здесь гонят металл в полости формы, образующие
отливки, особенно при заливке по схеме № 4. Чем больше радиус
вращения частицы металла, тем больше ее центробежная сила, и
перемещаясь в полости формы от центра к периферии, частица
создает за собой как бы вакуум, облегчая движение следующих
за собой частиц жидкого металла. Таким образом, при получении
центробежного литья пб схеме № 4 литниковую систему можно вы-
полнить в виде полости или резервуара, заполняемого при заливке
лишь частично, для хранения в нем небольшого избытка металла
ЦЁНТРОЁЕЖНОЁ ЛИТЬЁ
605
на питание отливок (фиг. 402). Вес литниковой системы при этом
уменьшается, а прибыли, как правило, могут быть ликвидированы.
Отливка по схеме фиг. 402 может производиться как с вертикальной,
так и с горизонтальной осью вращения формы.
Центробежные силы, действующие на жидкий металл при вра-
щении формы, как бы утяжеляют ее в несколько десятков раз. Бла-
годаря этому во вращающейся форме во время затвердевания отливки
образуются весьма интенсивные потоки конвекции жидкого металла,
которые выносят более горячий и легкий металл на свободную,
Фиг. 403. Схема кристаллизации непо-
движной (а) и вращающейся (б) от-
ливки:
I — направление кристаллизации; 2 — направ-
ление вращения.
Фиг. 402. Вариант литниковой
системы для получения отливок
по схеме № 4.
внутреннюю поверхность, а затвердевающий, более холодный и тяже-
лый металл перемещают к стенке формы. Получается резко выра-
женное направленное затвердевание отливки по толщине ее от стенки
формы к внутренней свободной поверхности, на которой концен-
трируются все неметаллические загрязнения и газы (фиг. 403, б).
В неподвижной же форме затвердевание идет с обеих поверхностей
охлаждения, и загрязнения концентрируются в середине толщины
тела отливки (фиг. 403, а).
Рассматривая условия получения плотной и геометрически пра-
вильной свободной поверхности отливок при центробежном литье,
Л. С. Константинов установил, что для этого величина центробежной
силы на свободной поверхности металла в форме должна быть не
менее 340 г на 1 см3 объема металла. Исходя из этого положения,
он вывел следующую формулу для определения необходимого числа
оборотов п вращающейся формы при центробежном литье:
п = -у_ об/мин, (65)
где 7 — удельный вес жидкого металла в г!см3\
R — радиус внутренней (свободной) поверхности отливки в см.
606
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
4. ДРУГИЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
Из других специальных методов отливки фасонных деталей ц
заготовок в металлические формы рассмотрим: 1) непрерывное литье
слитков и труб, 2) непрерывное литье чугунного листа, 3) литье
методом выжимания и 4) литье методом вакуумного всасывания.
Быстрое затвердевание отливок в кокильной форме позволяет
осуществить метод непрерывного литья, при котором жидкий металл
непрерывно заливается в металлическую форму и одновременно
затвердевший металл непрерывно выдается из этой формы наружу.
Методы непрерывного литья разработаны
в СССР и в настоящее время применя-
ются в двух выполнениях: 1) для получе-
ния прутковых и пустотелых (трубных)
заготовок, или отливок и 2) для получе-
ния чугунного кровельного листа.
Непрерывное литье слитков и
прутков из черных и цветных спла-
вов по способу А. Н. Мясоедова произво-
дится по схеме, показанной на фиг. 404.
Устройство состоит из вертикально распо-
ложенного водоохлаждаемого кристалли-
затора (изложницы) без дна, под которым
расположены тянущие валки или опу-
скающийся стол. Перед началом литья
снизу в кристаллизатор вставляется проб-
ка-затравка, которая зажимается тяну-
щими валками или располагается на столе,
после чего в кристаллизатор через верх-
нюю часть заливается жидкий металл.
Когда уровень металла поднимется до верха кристаллизатора, вклю-
чается механизм вытягивания затравки, за которой следует затвер-
девший в кристаллизаторе металл. Одновременно сверху непрерывно
доливается жидкий металл для поддержания постоянного уровня.
Таким образом, процесс литья можно продолжать до получения
требуемых по длине размеров отливки.
’Для получения хорошей поверхности отливки кристаллизатор
движется возвратно-поступательно по трехтактному циклу, а именно:
первый такт — опускание кристаллизатора вниз вместе с отливкой;
второй такт— опережение кристаллизатором отливки со скоростью,
примерно в 3—4 раза превосходящей скорость отливки (кристалли-
затор надвигается на нее), и затем третий такт — возвращение кри-
сталлизатора в исходное положние. Величина ходов первого такта
15 мм, второго — 5 мм и третьего — 20 мм. Кроме того, для той же
цели (получение хорошей поверхности) кристаллизатор смазывается
растительными маслами в месте начала затвердевания металла.
Описанная схема реализована в практических заводских условиях
ДРУГИЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
607
Фиг. 405. Схема непрерыв-
ной отливки водопроводной
трубы:
0 оправдала себя для металлов, имеющих широкое практическое
применение (свинец, цинк, легкие сплавы, латунь, бронза, а также
частично чугун и сталь). В настоящее время непрерывное литье
слитков из легких и тяжелых цветных сплавов используется про-
мышленностью.
По такому же принципу можно производить непрерывную отливку
полых заготовок в виде труб с раструбом на нижнем конце, который
образуется с помощью разового стержня,
вставляемого снизу в кристаллизатор пе-
ред заливкой. Внутренняя полость трубы
образуется непрерывно с помощью охлаж-
даемого водой полого металлического
стержня, находящегося в кристаллизаторе
(фиг. 405).
Непрерывная отливка чугунного
кровельного листа по способу
Е. Г. Николаенко и А. В. Улитовского
производится по схеме, показанной на
фиг. 406.
Процесс позволяет получать чугунный
лист шириной 500 мм, длиной 700 мм и
толщиной 0,6—1,2 мм. В качестве исход-
ного материала используется обычный се-
рый чугун. Получаемый чугунный лист
после термической обработки (отжига)
гнется, пробивается гвоздем и профили-
руется в штампе. В настоящее время чу-
гунный лист используется как кровля
сельскохозяйственных построек —амба-
ров, складов и малоэтажных домов. Чу-
гунные листы укладываются на крышах
как черепица или в виде профилирован-
ных элементов кровли разнообразной
формы.
Жидкий чугун, поступая по питателю
валка, затвердевает, образуя нижний слой металла; при переме-
щении от вращения нижнего валка этот слой увлекает за собой жидкий
металл, который, соприкасаясь с верхним валком, образует закри-
сталлизовавшийся верхний слой металла. Валки имеют внутреннее
водяное охлаждение. Под давлением вращающихся валков оба
кристаллизующихся на них слоя металла сдавливаются в ленту,
выходящую из межвалковой зоны. Освобождающееся место затвер-
девшей части металла занимают последующие порции жидкого ме-
талла, и процесс продолжается до момента прекращения поступления
металла в межвалковую зону. Чугунная лента, выходящая из меж-
валковой зоны при температуре 1000°, разрезается по ходу своего
движения летучими ножницами на равные части определенных
/ — кристаллизатор; 2 — ковш с
жидким чугуном; 3 — впуск воды;
4— выпуск воды; 5 — опускаю-
щийся стол; 6 — разовый стержень
для раструба; 7 —затравка;
8 — водоохлаждаемый стержень
кристаллизатора.
к поверхности нижнего
608
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
размеров. Листы после охлаждения получаются отбеленными и хруп-
кими; пластичность листа достигается отжигом в печи при темпе-
ратуре 970—1000° с нагревом в течение 2—3 час., выдержкой в тече-
ние 2 час. и охлаждением до 650° в течение 4 час. (дальнейшее охла-
ждение на воздухе).
Принцип литья методом вакуумного всасыва-
ния (метод Б. М. Ксенофонтова) показан на фиг. 407. Если в жидкий
металл опустить открытым концом гильзу и создать в ней разре-
жение, то металл поднимется в гильзу на некоторую высоту. При
охлаждении стенок гильзы металл будет кристаллизоваться. При
Фиг. 406. Схема непрерывного литья чугунного кровельного листа:
1— ковш с жидким чугуном; 2 — литниковая воронка; 3 —желоб-питатель; 4 — валки;
5 и 6 — скребки для очистки валков; 7 — склиз; 8 — ножницы; 9 — транспортер; 10 — пачка
листов.
соединении полости гильзы над металлом с атмосферой не застывший
еще металл выльется. Получится полая отливка с точными разме-
рами наружной поверхности. Если внутри гильзы закрепить стер-
жень, то можно получить точные размеры и внутренней поверхности
отливки. Гильза-кристаллизатор делается металлическая, с двой-
ными стенками, между которыми циркулирует охлаждающая вода
(фиг. 408, а). Стержень крепится в ней, как показано на фиг. 408, б.
Преимущества литья методом вакуумного всасывания: резкое
сокращение расхода металла на литники и хорошая дегазация ме-
талла под вакуумом. Недостатки метода: низкая производительность
и ограниченное применение — почти исключительно для втулок
и тому подобных отливок несложной конфигурации.
Схема процесса литья методом выжимания показана
на фиг. 409. Этот метод, разработанный Е. С. Стебаковым, служит
для получения крупногабаритных тонкостенных отливок типа пане-
лей и плит с ребрами из легких сплавов. Металлическая форма
состоит из двух сближающихся частей. При сближении частей формы
уровень залитого в форму жидкого металла поднимается вверх
и избыток его выжимается из формы и переливается через ее край.
На стенках формы при этом затвердевают тонкие корочки металла,
которые свариваются (соединяются) между собой в момент смыкания
половинок формы и образуют отливку.
ДРУГИЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
609
Фиг. 407. Принцип литья ме-
тодом вакуумного всасывания:
1 — обогреваемый тигель с жидким
металлом; 2 — гильза-кристаллизатор;
<5 — труба к вакуум-насосу.
Фиг. 408. Устройство кристаллизатора (а)
и схема установки в нем стержня (б):
/ — стержень; 2 — арматура стержня; 3 — пружина.
Фиг. 409. Схема последовательных стадий процесса литья методом
выжимания:
/ — подвижная матрица; 2 — неподвижная матрица; 3 — жидкий металл; 4 — направление
вращения подвижной матрицы.
39 Аксенов 1956
610
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
5. ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Методом литья по выплавляемым моделям в современном машино-
строении получают фасонные детали преимущественно мелкого раз-
веса и габаритов с точностью геометрических размеров порядка 5-го
класса точности по нормам механической обработки и с высокой
степенью чистоты поверхности. Первоначально этот метод отливки
применялся главным образом для получения фасонных отливок
из жаростойких сплавов высокой твердости, из которых вследствие
высокой их тугоплавкости такие детали нельзя было получать мето-
дом литья под давлением, а получать их путем механической обра-
ботки резанием также не представлялось возможным, вследствие
весьма высокой твердости сплавов. Типичными представителями
таких деталей служили лопатки газовых турбин и турбокомпрессоров
для реактивных двигателей. В настоящее время метод литья по
выплавляемым моделям находит все более широкое применение
в машиностроении для получения деталей из углеродистой и леги-
рованной сталей и других черных, а также и цветных сплавов,
главным образом в условиях массового и крупносерийного, но также
и мелкосерийного производства. Высокая точность отливок и чистота
поверхности позволяют резко сократить объем механической обра-
ботки таких деталей, ограничивая ее отделочными операциями. Мето-
дом литья по выплавляемым моделям можно получить большую но-
менклатуру деталей, изготовлявшихся ранее из поковок и проката.
Хотя стоимость такого литья значительно выше стоимости литья
в земляные формы, однако сокращение механической обработки
с большим избытком покрывает эту разницу. По этой причине
в масштабе всего машиностроительного завода применение заго-
товок в виде литья по выплавляемым моделям получается эконо-
мически весьма целесообразным. При массовом производстве штуч-
ный вес отливок, получаемых по выплавляемым моделям, обыкно-
венно находится в пределах до 0,5 кг, а габариты — в пределах
до 100 мм.
Принцип метода литья по выплавляемым моделям заключается
в том, что для получения каждой детали делается ее модель из осо-
бого воскового состава, которая затем после формовки выплавляется;
в образовавшуюся полость заливается металл, затвердевающий
в ней и образующий отливку. Литейная форма, таким образом,
не имеет разъема, что служит одной из причин получения пра-
вильной, точной геометрии формы.
Так как отливаемые детали мелкие, то для увеличения металлоем-
кости формы их заливают группами в несколько штук или в не-
сколько десятков штук от одного стояка. Для этого отдельные
восковые модели прикрепляют (приклеивают тем же составом)
к восковому стояку и получают так называемую «елку» восковых
моделей (а затем отливок). Перед формовкой елку моделей покрывают
путем окунания особой твердеющей обмазкой, которая по затверде-
ЛИТЬЁ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
611
вании образует прочную керамическую корку на поверхности воско-
вых моделей и литниковой системы. Елку с таким керамическим
покрытием и заформовывают в опоках, заполняя последние сухим
наполнителем (например, песком). Схема такой
литейной формы показана на фиг. 410. Облицо-
вочным слоем рабочих полостей формы, таким
образом, служит специальное керамическое по-
крытие, которое вследствие своей тонкозерни-
стости и нанесения на модель в полужидком
состоянии дает точный, резкий отпечаток модели
и обусловливает высокий класс чистоты поверх-
ности отливок. Заливка сплава производится
Фиг. 410. Схема литей-
ной формы при литье
по выплавляемым
моделям:
при этом в горячие формы, что сокращает до
минимума возникновение внутренних напряже-
ний в отливках и допускает проектировать их
с резкими переходами между толстыми и тон-
кими частями. Ниже приводятся данные инсти-
тута НИИТавтопром по разработанному им
/ — модели; 2 — стояк;
3 — наполнитель.
технологическому процессу отливки массовых деталей швейных ма-
шин из стали 40 и 50, применяющемуся в практике специального
Фиг. 412. Елка вы-
плавляемых моделей,
собранная из звеньев
на металлическом
стержне стояка.
Фиг. 411. Принцип
метода замешивания
воздуха в модельный
состав:
/ — модельный состав;
2 — воздух; 3 — движе-
ние поршня.
крупного механизированного
цеха Подольского механиче-
ского завода.
Выплавляемые модели от-
ливаются под давлением в
стальных прессформах из мо-
дельного состава, состоящего
из 50% парафина и 50% стеа-
рина. Для получения наи-
большей точности отливок
усадка модельного состава в
прессформе должна быть ста-
бильной и по возможности
минимальной. Это обеспечи-
вается замешиванием в мо-
дельный состав воздуха в ко-
личестве 6—9% по объему на
особых машинах, имеющих в
качестве смешивающего ап-
парата цилиндры с возвратно
движущимся поршнем с от-
верстиями (фиг. 411). Модель-
ный расплавленный состав
при t = 60—70° С заливает-
ся в цилиндр машины, где
и при движении поршня со-
имеется в необходимом объеме воздух,
став «передавливается» через отверстия в поршне из одной полости
39*
612
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОГЛИВКИ
цилиндра в другую, смешиваясь с воздухом. Перемешивание состава
длится 30 мин. с постепенным охлаждением до мазеобразного со-
стояния с температурой t = 45°, при которой состав заливается в
прессформы.
В прессформах отливаются не единичные модели, а сразу по не-
скольку моделей, объединенных в звенья, или этажи, вместе
Фиг. 413. Металличе-
ский стояк для сборки
елок из звеньев выпла-
вляемых моделей;
/ — стояк; 2 — пружина;
3 — стержень; 4 — откид-
ная лапка; 5 — шарнир;
6 — модельное звено.
с литниковыми каналами и соединяющим их
кольцом (фиг. 412). Для получения елок звенья
нанизываются на металлический стояк, что по-
зволяет упростить и ускорить процесс сборки
елок вместо кропотливого приклеивания от-
дельных моделей к восковому стояку. Пресс-
формы для моделей, следовательно, делаются
многогиездными и изготовляются из стали У8А,
улучшенной до твердости 7?с = 30—32. Рабочую
поверхность их изготовляют с чистотой по
9-му классу; вое посадки выполняют по клас-
сам точности 2 и 2а. Съемники и толкатели
делаются из стали, которая после закалки
имеет твердость 7?с = 48—52. Запрессовка мо-
дельного состава в прессформы при отливке
моделей производится сжатым воздухом при
давлении от 2 до 5 ати либо специальным
шприцем. В помещениях, где производится от-
ливка выплавляемых моделей, а также их об-
мазка и сушка, температура должна поддер-
живаться постоянной, с колебаниями макси-
мум ±2°, так как уже такие колебания вызы-
вают тепловое изменение моделей и изменяют
их номинальные размеры от 0 до 0,8%.
Металлический стояк, на котором произво-
дится сборка модельных звеньев в елку, имеет
наверху две лапки, укрепленные шарнирно на
стержне, отжимаемом пружиной вниз (фиг. 413).
При сборке елки (фиг. 414) металлический
стояк (/) ставится на подставку со штырем (2)
и сначала на него надевается восковая модель
литниковой воронки (5), а затем одно за дру-
гим восковые модельные звенья (4). Последнее,
верхнее, звено прижимается шарнирными лап-
ками металлического стояка, для чего путем нажима вниз стояк
опускается (5) и штырь подставки приподнимает при этом стержень
с лапками кверху. Лапки разводятся в стороны рукой, и при обрат-
ном подъеме стояка лапки нажимают на торец верхнего звена,
закрепляя на стояке все надетые на него звенья и литниковую
воронку (6). Лапки сверху закрываются восковым коническим кол-
пачком, который приклеивается к торцу верхнего звена (7). В таком
ЛИТЬЁ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
613
виде металлический стояк с собранной на нем елкой выплавляемых
моделей отправляется на подвесном конвейере на операции обмазки
и сушки. И только после образования на елке прочной керамической
оболочки елка снимается с металлического стояка. Для этого метал-
лический стояк с елкой ставится на аналогичную первой подставку
с вертикальным штырем. При нажатии на стояк вниз штырь подставки
сжимает пружину стояка, стерженек с шарнирными лапками выходит
Фиг. 414. Последовательные стадии сборки елки из звеньев выплавляемых
моделей.
кверху из стояка, лапки складываются и позволяют свободно снять
елку с металлического стояка.
Обмазка для выплавляемых моделей, которая после высыхания
твердеет и образует керамическую облицовку полости литейной
формы, делается из пылевидного кварца и связующего вещества,
которым служит гидролизованный раствор этилсиликата. Этилси-
ликат (С2Н5О)4 Si подвергается гидролизу, т. е. разложению путем
воздействия водой. Но так как вода в этилсиликате не раство-
ряется, то она вводится в виде раствора в этиловом спирте или аце-
тоне. Для ускорения реакции гидролиза вода подкисляется введе-
нием в нее 1 —1,5% соляной кислоты (НС1), которая служит ката-
лизатором. Приводим примеры типовых составов для получения
гидролизованного раствора: 1) этилсиликат 50%, этиловый ректи-
фицированный спирт (крепостью 96—97°) 30% и подкисленная вода
20%; 2) этилсиликат 50%, ацетон 35% и подкисленная вода 15%.
Количество воды для гидролиза зависят от содержания SiO2 в этил-
силикате.
Гидролиз этилсиликата идет по реакции
(С2Н5О)4 • Si + 4Н2О = SiO2 • 2Н2О + 4С2Н5ОН. (66)
Образующийся кремнезем кремневой кислоты выпадает в коллои-
дальном состоянии и является тем связующим веществом, которое
614
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
склеивает кварцевые зерна маршалита обмазки и образует прочную
керамическую облицовку на поверхности выплавляемых моделей.
Гидролизованный раствор этилсиликата можно хранить до исполь-
зования в течение не более 10—15 дней.
Из соотношения молекулярных весов веществ, участвующих
в реакции (66) гидролиза этилсиликата, нетрудно найти, что коли-
72
чество воды, необходимой для гидролиза, составляет-^--100 36%
по весу от количества этилсиликата. При этом содержание SiO2
в этилсиликате составляет 100 30%. При любом другом содер-
жании SiO2 в этилсиликате, равном А весовых процентов, необхо-
димое для полного гидролиза количество воды составит
Н20 = -~А°/о (67)
в процентах от веса этилсиликата.
Обмазка наносится на елки выплавляемых моделей в три слоя
с последующей сушкой каждого из слоев. Для первого слоя обмазка
приготовляется из 1 вес. части гидролизованного раствора этил-
силиката и 2 частей пылевидного кварца (маршалита). Другой рецепт:
400 г маршалита и 150 см3 гидролизованного раствора. Для второго
и третьего слоев обмазки берется несколько меньше маршалита и
больше гидролизованного раствора. Нанесение обмазки на поверх-
ность елок производится путем окунания елок в сосуд с обмазкой.
Сушка каждого слоя обмазки производится в камерах с отсосом
воздуха при комнатной температуре в течение 2,5—3 час., либо
при нагреве до 25—30° в течение 2 час.
После сушки третьего слоя обмазки елки снимаются с металли-
ческих стояков и затем поступают на выплавление моделей, которое
производится в печи с нагревом до 150° в течение 20 мин. В печи
елки ставят литниковой воронкой вниз, и. выплавленный модельный
состав стекает вниз, собирается и после фильтрации используется
вновь для изготовления моделей.
После выплавления модельного состава елки (теперь уже пустые,
без моделей внутри керамической оболочки) поступают на формовку.
В одной опоке формуется по три елки. Засыпка опоки производится
сухим кварцевым песком с вибрацией опоки для уплотнения песка.
Заформованные трехместные опоки подвергаются далее обжигу
в методической печи в течение 3 час. с нагревом до температуры
900° для выжигания остатков модельного состава из полостей формы.
Выгруженные из обжигательной печи горячие формы ставятся на
конвейер и при температуре 750—700° заливаются сталью, расплав-
ленной в высокочастотных печах. Залитые формы после остывания
выбиваются, и освободившиеся елки полученных отливок посту-
пают последовательно на два вибрационных станка с отбойными
молотками. На первом станке производится отделение керамики
ЛИТЬЁ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
615
с поверхности отливок, а на втором станке под действием вибрации
отделяются сами отливки от литника (стояка). Режим вибрации
должен подбираться так, чтобы попасть в резонанс с частотой соб-
ственных колебаний отделяемых деталей. Последними завершающими
операциями производственного процесса являются выщелачивание
остатков керамики из отверстий отливок в вацне расплавленного
NaOH при температуре ~700° С и нормализация отливок с нагревом
в соляной ванне.
Из разновидностей технологического процесса, отличающихся
от описанного, отметим: 1) применение жидкого стекла в качестве
связующего вещества обмазки вместо гидролизованного раствора
этилсиликата, 2) выплавление моделей горячей водой и 3) приме-
нение выплавляемых моделей из ртути.
Обмазка на жидком стекле дешевле, чем на этилсиликате. Однако
по некоторым данным обмазка на жидком стекле при нагреве елок
во время выплавления моделей и при обжиге форм больше подвержена
короблению и менее стойка по сравнению с обмазкой на этилсили-
кате, что ведет к потере точности отливок и частичному растрески-
ванию керамической оболочки. Поэтому следует предпочитать об-
мазку на этилсиликате, во всяком случае для отливок из стали.
Выплавление моделей в ванне воды с температурой 65—75°
производится быстрее, чем в печи — в течение максимально 10—
15 мин. Елки устанавливаются в ванну литниковой воронкой кверху,
потому что выплавляемый модельный состав легче воды и собирается
на поверхности ванны. Однако выплавление водой требует допол-
нительной сушки елок после ванны. В случае применения обмазки
на жидком стекле выплавление водой делать нельзя.
Выплавляемые модели из замороженной ртути применяются
в зарубежной практике (США). Модель отливается из ртути в пресс-
форму с перегородкой (фиг. 415, ау б), так что получаются две полу-
модели. Прессформу с залитой ртутью помещают в охлаждающую
среду (ванна из ацетона с твердой СО2), имеющую температуру
—70 до —80° С (фиг. 415, в). Ртуть затвердевает, и получаются две
полумодели (фиг. 415, г), которые после удаления перегородки соеди-
няются (слипаются) под действием легких ударов молотка по поло-
винкам прессформы (фиг. 415, 3). Замороженная ртуть имеет значи-
тельно более высокую твердость и прочность по сравнению с воско-
выми модельными составами и меньшую усадку. Поэтому при вы-
плавлении из керамических оболочек ртутных моделей имеется
меньшая опасность деформации и разрушения оболочки от тепло-
вого расширения выплавляемых моделей. Применение ртутных моде-
лей позволяет получать методом выплавляемых моделей более
точные и более крупные отливки, с размерами до 1000 мм и весом
свыше 100 кг. Керамическую оболочку на ртутных моделях полу-
чают при низких температурах, окунанием холодных моделей в осо-
бую холодную (—60°) обмазку с последующей сушкой в течение
нескольких минут. Выплавление моделей производится при нагреве
616
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
оболочек до комнатной температуры. Затем оболочки формуются,
обжигаются в течение 2 час. при 1000° и заливаются металлом.
Применение ртутных выплавляемых моделей представляет интерес,
но требует усложнения процесса и оснастки (холодильники, спе-
циальная низкотемпературная обмазка) и вытяжных устройств для
предохранения персонала от вредного действия паров ртути.
Технологический процесс получения отливок методом выплав-
ляемых моделей еще недостаточно глубоко изучен. Одной из серьез-
Фиг. 415. Схема процесса получения выплавляемых моделей из замо-
роженной ртути:
а — прессформа; б — заливка ртути в прессформу; в — замораживание; г — удале-
ние перегородки; д — соединение половинок модели; е — готовая модель.
ных задач при проектировании процесса является расчет и конструи-
рование литниковой системы для литья по выплавляемым моделям.
По данным исследования М. Л. Хенкина подвод металла от стояка
к отливкам из стали следует делать в толстое место отливки для
обеспечения направленного затвердевания. Стояк при этом служит
прибылью, питающей усадку отливок. Приведенная толщина сече-
ния питателя Ъпит может быть рассчитана по эмпирической формуле
4 __ 3 ___
hum--=kVz3?Ylnum мм, (68)
"ст
где k = 1,3—2,06 — опытный коэффициент;
z — приведенная толщина отливки или ее массив-
ного узла в jwjw;
Q — вес отливки в г;
1ппт — Длина питателя в jhjw; рекомендуется прини-
мать 11тт = 4 мм при отрезке деталей от стояка
ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
617
трубчатой фрезой и 1пит = 8 мм при отрезке
деталей дисковой фрезой;
Ъст — приведенная толщина сечения стояка в мм
(равная — его диаметра); рекомендуются диа-
метры стояка Dcm от 20 до 55 мм.
Максимальное количество отливок на одном стояке, допустимое
из условий достаточного питания стояком усадки деталей, отливае-
мых из среднеуглеродистой стали, определяется по формуле
‘'max п \У&)
т
где Fcm — площадь сечения стояка в см2;
Нст — высота стояка в см; при этом расстояние от верха литни-
ковой воронки до верхнего ряда отливок на стояке должно
быть не менее 60 мм;
Таблица 96
Сопоставление отклонений в размерах отливок с допусками на детали
после механической обработки
По ОСТ 1010 и ГОСТ 2689-54
Номинальный размер в мм Отклонения в мк размеров отливок при изменении номинального размера в °/0 Допуски на детали, получаемые путем механической обработки, в мк
Классы точности
0.4 0.5 | 0.6 0.7 0.8 0.9 1,0 3-й 4-й | 5-й 7-й 8-й 9-й
3 12 15 18 21 24 27 30 20 60 120 250 400 600
6 24 30 36 42 48 54 60 25 80 160 300 480 750
10 40 50 60 70 80 90 100 30 100 200 360 580 900
18 72 90 108 126 144 162 180 35 120 240 430 700 1100
20 80 100 120 140 160 180 200
30 120 150 180 210 240 270 300 | 45 140 280 520 840 1300
40 160 200 240 280 320 360 400
50 200 250 300 350 400 450 500 | 50 170 340 620 1000 1600
60 240 300 360 420 480 540 600
70 280 350 420 490 560 630 700 >60 200 400 740 1200 1400
80 320 400 480 560 640 720 800
90 360 450 540 630 720 810 900
100 400 500 600 700 800 900 1000
110 440 550 660 770 880 990 1100 г 70 230 460 870 1400 2200
120 480 600 720 840 960 1080 1200
130 520 650 780 910 1040 1170 1300
140 560 700 840 980 1120 1260 1400
150 600 750 900 1050 1200 1350 1500
160 640 800 960 1120 1280 1440 1600 80 260 530 1000 1600 2500
170 680 850 1020 1190 1360 1530 1706
180 720 900 1080 1260 1440 1620 1800
190 760 950 1140 1330 1520 1710 1900
200 800 1000 1200 1400 1600 1800 2U00
618
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
Р — коэффициент объемной усадки (для среднеуглеродистой
стали р ж 0,04);
Q — вес одной отливки в г;
7 — удельный вес металла (для стали 7 = 7,8).
В заключение рассмотрения метода литья по выплавляемым моде-
лям следует особо отметить необходимость и значение высокой куль-
туры производства и полной стабилизации технологического про-
цесса для обеспечения точности отливок. Если производство хорошо
отлажено и строго контролируется, то суммарные отклонения в раз-
мерах отливок на всех операциях под действием всех переменных
факторов (колебания усадки металла и модельного состава, тепловое
расширение обмазки и пр.) не превышают 0,4%. Как видно из
табл. 96, при этих условиях отливки с размерами 10—30 мм можно
получать по 3—4-му классам точности, а с размерами 50—100 мм —
по 4—5-му классам точности. Если же процесс отлажен менее тща-
тельно, те же отливки получаются уже только по 5—7-му классам
точности.
6. ЛИТЬЕ В КОРКОВЫЕ ФОРМЫ
Литейная форма из формовочной земли прогревается при заливке
жидкого металла, и затвердевании отливки лишь на небольшую
глубину. Из всей толщи формы работает только тонкий слой ее,
прилегающий к отливке, а остальной объем инертен и служит лишь
наполнителем. На этом основан новейший метод литья в к о р к о-
в ы е, или оболочковые, формы, изготовляемые из формовочного
песка с крепителем в виде искусственных, так называемых термо-
реактивных смол.
Из таких смол наиболее широкое применение нашел п у л ь в ер-
бак е л и т, представляющий собой измельченную смесь фенол-
формальдегидной смолы с уротропином. Пульвер-бакелит (ГОСТ
3552-47) — порошок, легко смешивающийся с песком. Формовочная
смесь составляется из смеси кварцевого песка марок К50/100 и
КЮ0/200 и 5—7% пульвер-бакелита. Для получения большей одно-
родности смеси и предотвращения расслаивания ее при формовке
в смеситель вводят 1% фурфурола—специальной органической
жидкости (химическая формула С4Н3ОСНО). Фурфурол служит
растворителем бакелита, и зерна песка в значительной мере «пла-
кируются» — обволакиваются бакелитом. Формовочная смесь полу-
чается сыпучая, может храниться неопределенно долгое время и не
слипается, а в процессе формовки ее однородность не нарушается
т. е. смесь не расслаивается.
Схема получения оболочковой формы изображена на фиг. 416.
Машина, изготовляющая такие формы, имеет резервуар, который
может переворачиваться на цапфах около горизонтальной оси. Такие
машины делаются как полуавтоматическими, так и полностью авто-
матическими и дают от 60 до 480 половинок форм (корок) в час.
ЛИТЬЁ В КОРКОВЫЕ
ФОРМЫ
619
течение 10—20 сек.
е)
Фиг. 416. Схема получения корковой формы:
а — засыпка формовочной смеси в резервуары машины;
б — установка горячей модельной плиты на резервуар
машины; в — переворачивание; г — модельная плита с
образовавшейся коркой снята с резервуара машины;
д — обжиг корки в печи; е — съем на штифтах обожжен-
ной корки с модельной плиты; /—резервуар машины;
2 — модельная плита; 3 — корка; 4 — обжигательная печь.
В резервуар машины предварительно засыпается формовочная смесь
(положение а). Далее на резервуар машины накладывается сверху
металлическая модельная плита, нагретая до температуры 200—
220° С (положение б). Модели этой модельной плиты при этом обра-
щены внутрь резервуара. Модели делаются чугунными. После этого
резервуар машины с горячей модельной плитой переворачивается
на цапфах и держится в перевернутом виде в течение 10—20 сек.
(положение в). За это
время на поверхности го-
рячей модельной плиты
слой смеси прогревается,
бакелит плавится (при
70—100° С) и склеивает
зерна формовочной смеси.
Образуется корка формо-
вочной смеси на модельной
плите, которая на ней и
остается после обратного
переворачивания резер-
вуара машины (положе-
ние г). Модельная плита
с этой коркой (толщиной
6—10 мм) снимается с ре-
зервуара и помещается в
обжигательную печь (по-
ложение д), где в течение
40—90 сек. выдерживается
при температуре порядка
300—400°. Корка при этом
спекается и приобретает
свою окончательную проч-
ность. Бакелит, нагре-
ваясь до температуры
свыше 160—180° С, пере-
ходит в твердую необратимую фазу. Обожженную корку снимают
на штифтах с модельной плиты (положение е) и направляют ее на
сборку литейной формы.
Для лучшего отставания корки от модельной плиты производится
периодическая (один раз на 15—20 корок) смазка модельной плиты
силиконом. Силикон, или этилполисилоксан, по химическому составу
является кремнеорганическим высокомолекулярным соединением
и представляет собой жидкость, образующую на модельной плите
пленку, хорошо сцепляющуюся с металлической плитой и не при-
стающую к песчано-бакелитовой корке.
Литейная форма собирается из двух корок, причем разъем формы
может быть и вертикальным, и горизонтальным. Перед заливкой
форма имеет комнатную температуру. Центрирование двух корок,
620
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
Фиг. 417. Корковая форума с горизонтальным разъемом:
1 и 2 — половинки формы; 3 — отливки с литниковой системой.
Фиг. 418. Корковая форма с вертикальным разъемом.
ЛИТЬЕ В КОРКОВЫЕ ФОРМЫ
621
составляющих литейную форму, производится по выступам, выпол-
няемым на одной из корок, которые входят в соответствующие впа-
дины в другой корке. Скрепление корок производится с помощью
струбцин, скоб, склейки корок с помощью быстросхватывающего
клея, а также без клея путем своего рода точечной сварки корок
в ряде мест по разъему с помощью токов высокой частоты. Приме-
няется также нагрузка
форм с горизонтальным
разъемом грузами.
Для заливки корковые
формы с горизонтальным
разъемом (фиг. 417) могут
устанавливаться непосред-
ственно на тележки кон-
вейера на несложные под-
кладки или рамки. Корко-
вые формы с вертикальным
разъемом (фиг. 418) для
заливки обыкновенно уста-
навливаются в ящики
(опоки) по нескольку форм
с засыпкой промежутков
опорным материалом, в
качестве которого чаще
всего употребляется чу-
гунная* дробь. При выбив-
ке ящик с корковыми фор-
мами переворачивается.
Дробь вместе с песком,
получившимся в резуль-
тате разрушения корок,
отделяется от песка
(фиг. 419) и используется
вновь.
Фиг. 419. Схема обработки оборотной дроби:
1 — ящик (опока) для корковых форм; 2 — корковая
форма; 3 — элеватор; 4 — сито; 5 — бункер для охлаж-
дения дроби; 6 — сборник для песка: 7 — вентилятор;
8 — резиновый шланг; 9 — перегородки для корковых
форм; 10 — прутья для установки на них корковых форм;
11 — вибратор для уплотнения засыпаемой в ящик дроби.
Литье в корковые формы в настоящее время получают как из
стали и чугуна, так и из цветных сплавов в широких масштабах.
Развес коркового литья — до 30—50 кг, в отдельных случаях и выше.
Типовой развес — до 12—15 кг, размеры до 600—800 мм. Чистота
поверхности отливок — порядка 3—4-го классов для стали и 5—
6-гоклассов для чугуна. Точность геометрических размеров отливок—
порядка 4—5-го классов точности по нормам для механически обра-
ботанных деталей. Точность коркового литья, следовательно, полу-
чается аналогичной точности литья по выплавляемым моделям при
условии расположения отливки в одной полуформе (в одной корке).
При расположении отливки в обеих корках точность может несколько
снизиться вследствиевозможности некоторого сноса корок при сборке.
Перевод большей части мелкого и частично среднего литья в серий-
62*2
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОТЛИВКИ
ном и массовом производстве на метод отливки в корковые формы
может дать большой технико-экономический эффект за счет сокра-
щения, а в ряде случаев полного устранения механической обра-
ботки деталей. Само получение корковых форм при этом является
весьма несложным процессом и легко поддается механизации и авто-
матизации. Следует, однако, иметь в виду, что в пульвер-бакелите
может содержаться до 5,5% фенола, являющегося токсичным и выде-
ляющегося при спекании корок и заливке. Поэтому необходимо
обращать серьезное внимание на устройство надлежащих отсосов
от рабочих мест и агрегатов, и процесс изготовления корок по воз-
можности автоматизировать. Соображения о необходимости высокой
культуры и отлаженности производства, которые были изложены
при рассмотрении литья по выплавляемым моделям, целиком отно-
сятся также и к корковому литью.
В последнее время для изготовления корковых полуформ вместо
формирования на опрокидном бункере применяется метод формовки
их с помощью пескодувного процесса с последующим горячим
прессованием. Такой метод изготовления дает более прочные х и
тонкие корки, что приводит к значительной экономии пульвер-
бакелита и дальнейшему улучшению точности и чистоты поверх-
ности отливок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проф. Рубцов Н. Н., Специальные виды литья, Машгиз, 1955.
2. ВНИТОЛ, Литье в металлические формы (сборник), Машгиз, 1952.
3. ВНИТОЛ, Литье под давлением (сборник), Машгиз, 1955.
4. ВНИТОЛ, Теория и практика центробежного литья (сборник), Машгиз, 1949.
5. ВНИТОЛ, Современная технология точного литья по выплавляемым моделям
(сборник), Машгиз, 1954.
6. ВПТИ, Точное литье по выплавляемым моделям в условиях мелкосе-
рийного производства, Машгиз, 1954.
7. ВПТИ, Литье в скорлупчатые формы, издание Отдела технической инфор-
мации Минтрансмаша, 1954.
часть пятая
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
ГЛАВА 1
ПОСТАНОВКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
И ЗАВОДОВ В СССР
1. СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Проектирование литейных цехов и заводов в промышленности
производится в случае строительства новых цехов и заводов или
реконструкции и расширения существующих. Проектирование про-
мышленных предприятий в СССР является государственным делом.
Оно регламентируется специальными постановлениями правитель-
ства и производится в основном специальными государственными
ведомственными и междуведомственными проектными организа-
циями, к которым в области машиностроения принадлежат инсти-
туты Гипромаш, Гипроавтопром, Гипростанок и др. Иногда вопросы
реконструкции цехов и заводов разрешаются и непосредственно
на самих заводах. При таких условиях, имеющихся только в социа-
листическом обществе, и при наличии богатейшей практики проек-
тирования явилось возможным и действительно имеет место широкое
обобщение опыта проектирования; создание науки о проектировании
как отдельных видов цехов по специальностям технологии, так и заво-
дов в целом; разработка типизации цехов, их узлов и типовых проек-
тов, позволяющих ставить и решать задачи скоростного проекти-
рования.
Согласно правительственным постановлениям, в СССР проекти-
рование завода или цеха распадается на три стадии: 1) составление
проектного задания; 2) разработка технического проекта; 3) выпол-
нение рабочих чертежей, или рабочего проекта. Проектирование
ведется комплексно, согласуй между собой отдельные части про-
екта: технологическую, транспортную, строительную, энергетиче-
скую, санитарно-техническую и экономическую.
Проектное задание, или промзадание, имеет своей целью
выявить техническую возможность и экономическую целесообразность
предполагаемого строительства в данном месте и в намеченные сроки.
При проектировании литейных цехов в стадии проектного задания
составляется схематический план цеха с указанием его места на схеме
генерального плана завода, намечаются в основных чертах технологи-
ческий процесс и основные виды оборудования, подсчитывается стои-
мость всего сооружения и себестоимость продукции, потребность в ра-
624
ПОСТАНОВКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ И ЗАВОДОВ
бочих кадрах и в основных материалах для цеха, виды внутрицехового
транспорта и связь литейного цеха с другими цехами завода и с же-
лезнодорожной магистралью. Проектирование в стадии проектного
задания ведется обычно по коэффициентам и показателям, взятым
из практики работы аналогичных существующих цехов.
После утверждения проектного задания разрабатывается техни-
ческий проект. В техническом проекте устанавливается режим
работы цеха и всех его отделений; разрабатывается полностью весь
технологический процесс; подсчитывается все необходимое обору-
дование и устанавливается его характеристика; разрабатывается
подробный план цеха и расстановка на плане оборудования во всех
отделениях; подсчитывается необходимая рабочая сила и расход
на ее оплату; составляются ведомости потребности материалов,
калькуляция себестоимости литья, стоимость капитальных затрат
на строительство и оборудование цеха и выводятся технико-эконо-
мические показатели, характеризующие запроектированный цех.
Разработка технического проекта является главной стадией
проектирования. В нем разрешаются все основные технические и
экономические вопросы проектируемого предприятия или цеха.
На основе утвержденного технического проекта заказывается все
приобретаемое со стороны технологическое и транспортное обору-
дование и выполняется рабочий проект.
Назначение рабочего проекта—разработка рабочих черте-
жей несущих конструкций, фундаментов, приспособлений, инстру-
мента, технологической оснастки (опок, модельных плит), ограждений
и т. п., которые не являются стандартными и будут изготовляться
по этим чертежам. Выполнение рабочих чертежей — это третья и
последняя стадия проектирования. Одновременно с выполнением
основных рабочих чертежей по производственной части проекта со-
ставляются окончательные и необходимые рабочие чертежи по строи-
тельной, энергетической и санитарно-технической частям проекта.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
Основная классификация литейных цехов строится по признаку
отраслей машиностроения, которые обслуживаются этими цехами.
Классификация литейных цехов по отраслям машиностроения при-
ведена в табл. 97.
Классификация литейных цехов по мощности с разделением их
на цехи малой, средней и большой мощности условна и меняется
в зависимости от развития и роста производства и масштабов пред-
приятий. В настоящее время можно считать следующие масштабы
годового выпуска литейных цехов минимальным оптимумом для
различных отраслей машиностроения: автотракторостроение —70—
80 тыс. т, станкостроение — 30—40 тыс. т, запасные автотрактор-
ные части — 15—20 тыс. т, поршневые автотракторные кольца —
10 тыс. т, районные литейные цехи разнообразного машинного
литья и ширпотреба — 15—20 тыс. пг, литейные цехи коркового
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
62
литья — 10 тыс т, литейные цехи литья по выплавляемым моде
лям — 1—2 тыс. пг.
По роду металла литейные цехи делятся на литейные серой
чугуна, литейные ковкого чугуна, литейные фасонного стальной
Таблица 9
Классификация литейных цехов по отраслям машиностроения
Класс Машино- строение Преобладаю- щий развес литья Максималь- ный вес единичных отливок Характерные примеры изделий
I Легкое До 10 кг До 100 кг Пишущие и счетно-аналитиче- ские машины, измерительные приборы, фиттинги, поршне- вые кольца
II Среднее 10-100 кг Rq 1000 кг Автомобили, тракторы, сельско- хозяйственные машины, тек- стильные машины
III Крупное 50—500 кг До 5 т Станки, паровозы, дорожные ма- шины, литейное оборудование, электромашины
IV Тяжелое 500 кг—2 т До 15 т Крупные станки, дробильно-раз- мольное оборудование, куз- нечно-прессовое оборудование, горно-заводское оборудование
V Особо тяжелое 2-10 т До 50 т и выше Прокатные станы, блуминги, тя- желые молоты, воздуходувки, турбины
Таблица 91
Классификация литейных цехов по серийности производства
Литейные цехи
Индивидуаль- ного произ- водства Мелкосерий- ного произ- водства Крупносерий- ного произ- водства Массового производства
Количество наименований , отливаемых деталей . . Повторяв- Крупное мость (се- г ЛИТЬД • • рийность) СрХ“ье деталей мfитье . . в шт/год Мелкое литье . . Св. 500 До 30 . юо . 200 300-500 30—100 100—500 200—1 000 100—300 100—1 000 500—5 000 1 000-20 000 До 100 Св. 5 000 • , 20 000
40 Аксенов 1956
626
ПОСТАНОВКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ И ЗАВОДОВ
литья, меднолитейные, литейные литья легких сплавов и комби-
нированные литейные цехи.
Классификация литейных цехов по серийности производства при-
ведена в табл. 98. Границы отдельных видов производства, указан-
ные в этой таблице, являются в достаточной степени условными.
Классификация цехов по степени механизации приведена в табл. 99.
В этой таблице указано оборудование и организация работ, харак-
терные для тех или иных участков цеха при разной степени меха-
низации.
Таблица 99
Классификация литейных цехов по степени механизации
Механизация Характерное оборудование и организация работ на участках
Формовка Заливка Транспорт Приготовление формовочной земли
Малая Ручная На плацу Краны Передвижными машинами на местах фор- мовки
Средняя Машинная • В центральной земледелие
Большая • На конвейе- рах или рольгангах Конвейеры, рольганги То же
Автомати- зация Автоматическая линия
3. РЕЖИМ РАБОТЫ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ И ФОНДЫ ВРЕМЕНИ
Режим работы литейного цеха характеризуется тем, в какое
Время суток и в какой последовательности осуществляются основные
технологические процессы, а именно: формовка, сборка форм, за-
ливка и выбивка. В дореволюционное время эти операции не разде-
лялись ни по времени, ни по месту; вредные операции (заливка,
выбивка) осуществлялись в одном помещении с невредными (фор-
мовка и сборка). В настоящее время основные технологические
процессы разделяют либо по времени, либо по месту.
При разделении операций по времени получается сту-
пенчатый режим работы (фиг. 420, а). При ступен-
чатом режиме формовка со сборкой производится в первую смену,
заливка — во вторую, а выбивка литья и уборка площади — в третью
смену. Все эти операции осуществляются на одной площади. Ввиду
того что формовочное оборудование используется при этом лишь
в течение одной смены, ступенчатый режим работы применяется
РЕЖИМ РАБОТЫ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ И ФОНДЫ ВРЕМЕНИ
627
в основном при ручной формовке, т. е. для индивидуального и мелко-
серийного литья и обычно при небольшом масштабе производства.
Формы для заливки устанавливают на плацу (на заливочной пло-
щади).
График двухсменного параллельного режима
работ изображен на фиг. 420, б. Все основные технологические
процессы производят одновременно в течение первых двух смен,
но на разных площадях. Заформованные опоки передаются на сборку,
отсюда в отделение заливки, а после заливки на выбивку. Таким
1-я смена 2-я смена 3-я смена 1-я смена 2-я смена 3-ясмена
Формовка и сборка Формовка и сборка
Заливка Заливка
выбивка и и б орка УЛ выбивка и уборка
ч)
• В)
Фиг. 420. Графики ступенчатого (а) и двухсменного параллельного (б) режима
работы члитейного цеха.
образом создается непрерывный поток опок и форм, причем рабочие
агрегаты и обслуживающий персонал расставляются в цепь по ходу
потока. Вследствие этого параллельный режим с разделением опе-
раций по месту носит название также поточного режима.
Параллельный режим работ может быть не только двухсменный,
но и трехсменный и односменный. Наиболее часто встречается на
практике двухсменный параллельный режим. При трехсменном ре-
жиме, когда все основные процессы выполняются непрерывно в тече-
ние всех трех смен суток, профилактический осмотр и ремонт обору-
дования могут производиться лишь в обеденные и междусменные пере-
рывы, а также в выходные дни. При таких условиях часто бывает
трудно организовать надлежащий осмотр и ремонт сложного обору-
дования, что ведет к более быстрому его износу. При односменном
параллельном режиме оборудование используется слишком мало.
Обыкновенно трехсменный параллельный режим применяется в литей-
ных цехах стального фасонного литья с электропечами в целях более
экономного расходования электроэнергии при непрерывной работе
печей, а также в крупных цехах с мартеновскими печами. Одно-
сменный параллельный режим применяется в период пуска и освоения
новых цехов. Нормально же в крупных чугунолитейных цехах по-
точно-массового производства применяется двухсменный параллель-
ный режим работы.
При работе цеха по двухсменному параллельному режиму основ-
ное оборудование — формовочное — используется в течение двух
смен, т. е. вдвое больше, чем при ступенчатом режиме. Поэтому
параллельный режим применяется большей частью при машинной
40*
628
ПОСТАНОВКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ И ЗАВОДОВ
Таблица 100
Действительные фонды рабочего времени при 307 рабочих днях в году
При работе
в одну смену в две смены в три смены в четыре смены
Процент по- терь рабочего времени Действитель- ный фонд в час. Процент по- терь рабочего времени Действитель- ный фонд в час. Процент по- терь рабочего времени Действитель- ный фонд в час. Процент по- терь рабочего времени Действитель- ный фонд в час. j
Механическое оборудование 8-часовой рабочий день 3,5 2370 4,5 4691 6,0 6637
6-часовой рабочий день 3,5 1778 4,5 3518 6,0 5194 7,0 6852
Печное оборудование Вагранки 2456 4912 - 70611 — —
Малые бессемеры . . . — 2456 — 4912 — 70611 — —
Дуговые сталеплавиль- ные печи . 3,5 2370 4,5 4691 6,0 6637 — —
Мартеновские печи — — — — 7680 — —
Тоннельные отжигатель- ные печи с длитель- ным циклом 8592
Термические печи с ко- ротким циклом . . . 4,5 4691 — 6980 — —
Сушила периодического действия 2456 4912 7368 — —
Сушила непрерывного действия . 3,5 2370 4,5 4691 6,0 6637 — —
Дуговые медноплавиль- ные печи 2 3,5 1778 4,5 3518 6,0 5194 7,0 6852
Электропечи сопротив- ления для плавки лег- ких сплавов .... 3,5 2370 4,5 4691 6,0 6637
Рабочие места без обо- рудования . ... 2456 — 4912 — 7368 — —
Рабочие На холодных работах 7,35 2258 — — — — —
В стержневых отделе- ниях цехов поточно- массового производ- ства 10,0 2210
На горячих работах в 1-ю и 2-ю смену . . 12,0 2161 — — — — — —
На горячих работах в 3-ю смену1 .... 11,3 1906 — — — — — —
На особо вредных ра- ботах 2 12,0 1621 — — — — — —
1 Третья смена — 7 час. 2 Продолжительность смены — б час.
Примечание. Указанные в таблице действительные фонды следует уменьшить на
(52 -{- 6)-2 = 116 час. за счет сокращения рабочего дня по субботам и предвыходным дням.
РЕЖИМ РАБОТЫ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ И ФОНДЫ ВРЕМЕНИ
629
формовке, в механизированных литейных для массового и круп-
носерийного литья, обычно при крупном масштабе про-
изводства.
При параллельном режиме возможна большая спе-
циализация и повышение производительности
труда, что является одним из основных его преимуществ.
Фондом времени называется годовое число часов работы ма-
шин, печей, рабочих мест, людей в данном цехе. Различают номи-
нальный и действительный годовой фонд времени.
Номинальный фонд времени — это годовое число часов
работы по календарю. В году считается 307 рабочих дней при семи-
дневной прерывной рабочей неделе (365 минус 52 выходных дня
и минус шесть революционных праздников). Номинальный фонд вре-
мени и высчитывается исходя из 307 рабочих дней в году, помножен-
ных на соответствующее число смен в сутки и на продолжительность
рабочей смены.
Действительный, или расчетный, фонд годового рабо-
чего времени получается из номинального вычитанием потерь
рабочего времени. Потери рабочего времени для обору-
дования включают простои при ремонте оборудования и составляют
3,5% при работе в одну смену, 4,5% — при двухсменной, 6% —при
трехсменной работе и 7% — при работе в четыре шестичасовые
смены (в меднолитейных цехах). Потери времени для рабочих вклю-
чают очередные отпуска, декретные отпуска женщин, невыходы по
болезни и другим уважительным причинам и могут составлять от
7—8 до 12% от номинального фонда времени. В табл. 100 приве-
дены значения действительного фонда времени для рабочих, меха-
нического оборудования и печей в литейных цехах.
ЛИТЕРАТУРА
Фанталов Л. И., Основы проектирования литейных цехов, Машгиз, 1953.
ГЛАВА II
РАСЧЕТЫ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА
ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА
1. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОГРАММА ЦЕХА
Все расчеты при проектировании литейных цехов производятся
на основе производственной программы, в которой должно быть
указано задание на годовой или суточный выпуск литья для каждого
изделия и рода металла. Годовая производственная программа литей-
ного цеха оформляется в виде таблицы (табл. 101). Различают три
вида производственной программы и соответствующих методов
разработки проектов литейных цехов: точная программа,
приведенная программа и условная программа.
Программа называется точной, если известны по каждому изде-
лию полные спецификации литых деталей с их весами и количеством
и имеются чертежи на все эти отливки или детали. Обыкновенно
Таблица 101
Производственная программа литейного цеха
Наименование изделий Годовой выпуск в шт. Вес отливок в т
На одно изделие На годовой выпуск
I. Основная продукция 2 3 . . 4 5
Итого ... II. Запасные части III. Литье для собственных нужд за- вода IV. Литье для нужд литейного цеха V. Литье для других предприятий . .
Всего ...
РАСЧЕТЫ ПО ОСНОВНЫМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ УЧАСТКАМ ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА 631
точная программа бывает известна при проектировании литейных
цехов массового или крупносерийного производства, с ограничен-
ной номенклатурой литья. Все расчеты производства в таком случае
ведутся по всем литым деталям, входящим в программу.
Приведенная программа характерна для литейных цехов мелко-
и среднесерийного производства, когда подетальные спецификации
и рабочие чертежи имеются не на все изделия. Проектирование
в этом случае ведется по типовым изделиям (или деталям-
представителям), обеспеченным чертежами и спецификациями. Те же
изделия, которые не обеспечены спецификациями и чертежами, заме-
няются упомянутыми типовыми изделиями, годовое количество кото-
рых берется таким образом больше, чем их нужно по программе, с уче-
том заменяемой ими части программы. Такая приведенная к типовым
изделиям программа и кладется в основу всех расчетов проекти-
руемого производства.
Условная программа характерна для цехов индивидуального
(штучного) производства при отсутствии чертежей и спецификаций
литых деталей и весьма обширной их номенклатуре при малой пов-
торяемости. В программе задается лишь примерный характер развеса
и габариты литья и максимальный вес отливок. Проектирование по
такой условной программе ведется путем разбивки всего литья на
весовые группы и далее по каждой весовой группе все расчеты
делаются по укрупненным показателям, по аналогии
с родственными производствами. Это наиболее трудный случай
проектирования, так как обоснование и выбор укрупненных показа-
телей для расчетов во многом имеют элемент неопределенности.
Ниже рассматриваются методы технологических расчетов при
проектировании литейного цеха при наличии точной производствен-
ной программы.
2. РАСЧЕТЫ ПО ОСНОВНЫМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ УЧАСТКАМ
ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА
Расчет формовки в условиях поточно-массового производства
Все технологические расчеты при проектировании литейного цеха
производятся на основании технологических карт, которые в полном
или сокращенном виде составляются на каждую отливку. При рас-
чете технологического процесса формовки в условиях поточно-
массового производства расчет ведется по конвейерам или поточным
рольганговым линиям, на которые отливки распределяются по
признакам шихты, габаритов и металлоемкости форм и приблизи-
тельно одинакового времени остывания от заливки до выбивки.
Как правило, в чугунолитейных цехах поточно-массового и крупно-
серийного производства поточные линии оснащаются литейными
напольными горизонтально-замкнутыми конвейерами, если число
формуемых оцок7 приходящихся на один конвейер, составляет не
632 РАСЧЕТЫ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА
менее 100—200 в час при небольших и средних размерах опок.
При меньшем часовом числе опок вместо конвейеров ставят роль-
ганги.
Применение рольганговых поточных линий наиболее характерно
для случаев, когда жидкий металл выдается из плавильной печи
не непрерывно, а с большими промежутками времени, и в течение
этих перерывов в выдаче металла нужно накапливать формы, собран-
ные для заливки. На непрерывно движущемся конвейере копить
формы нельзя; рольганг же позволяет при необходимой его длине
создать на нем запас форм и затем залить эти формы, когда будет
выдаваться из печи металл. Формовка при этом продолжается непре-
рывно, и в период перерыва в выдаче металла. При наличии литей-
ного конвейера жидкий металл из плавильной печи должен выда-
ваться непрерывно.
Расчет технологического процесса формовки в условиях поточно-
массового и крупносерийного производства сводится в виде ведо-
мости, форма которой приведена в табл. 102, Ведомость заполняется
Таблица 102
Ведомость разработки технологического процесса формовки
ном цехе, и внешний — брак по вине литейного цеха, но обнаружи-
ваемый в механообрабатывающих цехах. Годное литье плюс литей-
ный брак составляют в сумме так называемое заформованное литье.
При проектировании суммарный процент литейного брака прини-
мается, в зависимости от характера литья, до 5% от годного. Брак
литейных форм можно принимать в пределах 2—5%.
На основании разработанной ведомости формовки производится
для каждой поточной линии расчет необходимого количества фор-
РАСЧЕТЫ ПО ОСНОВНЫМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ УЧАСТКАМ ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА G33
мовочных машин, исходя из их расчетной производительности в дан-
ных условиях организации и обслуживания рабочего места. Дей-
ствительная, или расчетная, производительность формовочных машин
в данных условиях получается из каталожной производительности
путем учета трех факторов: 1) потери времени на смену модельных
плит при переналадке машины на формовку новых деталей, 2) сни-
жения темпа в начале работы при формовке по новой плите и
3) обслуживания рабочих мест у машин.
Первый фактор учитывается путем вычитания из годового фонда
машин того количества времени, которое потребуется в год на смену
модельных плит. Второй фактор учитывается умножением каталож-
ной производительности машин на коэффициент темпа, который
берется при 8-часовой непрерывной работе по одной модельной
плите равным 1,0; при меньшем же числе часов непрерывной работы
без переналадки этот коэффициент меньше единицы и может состав-
лять от 0,6—0,7 для 4-часовой работы до 0,4—0,5 при 1—2-часовой
работе без переналадки. При этом обычно принимают, что для машин
опочной формовки минимально допустимое время работы без пере-
наладки составляет 2 часа, а для безопочной формовки — 1 час.
Третий фактор учитывается повторным умножением каталожной про-
изводительности машин на свой коэффициент. Этот коэффициент для
условий большой механизации равен 1,0, для средней механизации
составляет 0,5—0,75 для разных типов машин, а для условий малой
механизации снижается до 0,25—0,4.
Подсчитав необходимое количество формовочных машин, произ-
водят размещение их около литейного конвейера или на рольган-
говой поточной линии. Необходимая площадь формовочного отделе-
ния получается при этом без каких-либо расчетов, а непосредственно
в результате этой практической планировки. Примеры подобных
планировок будут приведены ниже.
Другие случаи расчета формовки
В случае массового или крупносерийного производства приме-
нение формовочных машин не вызывает никаких сомнений и является
единственно приемлемым решением. В условиях же мелкосерийного
производства нередко нужно проверить, насколько данная серий-
ность или данная величина партии формуемых деталей обеспечивает
загрузку формовочных машин на минимально допустимое количество
часов работы без переналадки. При этом лимитирующим является
не годовая серийность детали, а допустимый задел данной детали
для хранения его на складе литья, так как слишком большие заделы
создают увеличение оборотных средств и уменьшают рентабельность
производства. Чаще всего допустимые (максимальные) заделы литья
в массовом и крупносерийном производстве принимаются равными
половине месячной программы, а в средне- и мелкосерийном произ-
водстве заделы для крупного литья допускаются в размере месяч-
ной, а для мелкого литья — до трехмесячной программы. В табл. 103
634 РАСЧЁТЫ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА
Таблица Юз
Пример расчета минимальной серийности отливок для машинной формовки
при различных допустимых нормах задела
Формовка Литье Число деталей в опоке Производительность машины МинималЬ’ ная партия деталей в шт. Минимальная годовая программа (серий- ность) деталей при различных заделах
Опок в час Деталей в час Норма задела Годовая программа деталей в шт.
Опочная Крупное 1 20 20 40 1 мес. */2 . 480 960
Мелкое 2 40 80 160 3 мес. \/2 . 640 3840
Безопоч- ная Мелкое 4 30 120 120 3 мес. >/2 480 2880
приведен пример расчета минимальной серийности, или годовой
программы, отливок при продолжительности работы формовочных
машин без переналадки, равной 1 часу для безопочной формовки
Фиг. 421. Примерный план формовочного уча-
стка для ручной формовки в двух опоках.
и 2 час. для опочной фор-
мовки.
В условиях мелкосе-
рийного производства ча-
сто формовка производится
на машинах, но заформо-
ванные опоки устанавли-
ваются для заливки на
плац. В таком случае раз-
работка технологического
процесса формовки и рас-
чет необходимого количе-
ства формовочных машин
ведутся по методике, ана-
логичной рассмотренной
ранее. Для определения
необходимой площади фор-
мовочного отделения про-
изводится планировка уча-
стков формовки, на которой, кроме самих формовочных машин и
рабочих мест около них, на план наносят также в масштабе и рас-
кладку сменного числа заформованных опок на плацу перед фор-
мовочными машинами. Пример такой раскладки будет приведен
ниже.
™ О9»овным ПРО|^дСТВЕ„НЬ|;У,1ЛГТКАМ_ЛИТЕЙНОГО цеха 635
Расчет необходимой площади отдел о уч но й фор-
мовке производится по участкам, на" кодовых работает бригада
формовщиков. На фиг 421 приведи прим^й^лан формовочного
участка для ручной формовки в двух опоках Если Ф час/год-
годовой фонд рабочего времени формовщика ' „ _ число рабочих
в бригаде формовщиков и Т — трудоемкость формовки одной формы
в чел.-час., то годовая пропускная способность участка очейПДНО,
будет равна ’
N форм/год.
(70)
Имея пропускную способность, или производительность, участка
и зная площадь участка, нетрудно по заданной программе годо-
вого количества форм данного размера определить потребное число
участков и величину формовочной площади.
Расчеты по стержневому отделению
Расчеты по стержневому отделению во многом аналогичны
расчетам по формовочному отделению, так как самый технологи-
ческий процесс формовки стержней в общем аналогичен формовке
опок и часто производится на таких же формовочных машинах.
Основным технологическим расчетным документом является ведо-
мость разработки процесса изготовления стержней, примерная форма
которой приведена в табл. 104. В эту ведомость вписываются все
отливки, имеющие стержни, причем для каждого стержня отводится
своя строчка и производятся соответствующие расчеты. Отливки, не
имеющие стержней, в эту ведомость не входят.
На основании этой ведомости производится расчет необходимого
числа стержневых машин по их производительности. Необходимая
площадь при машинной формовке стержней определяется путем
конкретного размещения на плане стержневого отделения стержне-
вых машин, рольгангов, столов и прочего инвентаря и оборудования
рабочих мест. В случае ручной формовки стержней необходимая
площадь формовки находится аналогично ручной формовке опок,
по участкам изготовления стержней, число которых подсчитывается
исходя из трудоемкости работ и состава бригад стерженщиков.
Расчеты по землеприготовительному отделению
Технологические расчеты по землеприготовительному отделению
цеха заключаются в определении годового расхода свежих формо-
вочных материалов и рабочих формовочных и стержневых смесей
при заданной программе проектируемого литейного цеха. Основой
этих расчетов являются цифры годового объема литейных форм
и стержней, которые берутся из ведомостей разработки процессов
формовки и изготовления стержней (табл. 102 и 104). Имея годовой
объем форм Уф м3 по внутренним габаритам опок из табл. 102?
№ по пор.
Наименование отливки
Заформовать отливок шт/год
№ стержней
Габариты в мм: длина хширинух вы- соту Вес в кг или объем в дм3 Характе- ристика стержней
Количество стержней на 1 отливку в шт.
Для заформованного литья Годовое количество стержней
°/о Брак и бой стержней
шт/год
Всего изготовить стержней
Годовой объем или вес стержней в м3 или т
Марка или № стержневой смеси
Число стержней в ящике
Заформовать ящиков в год
Марка стержневой машины
Габариты драйера или су- шильной плиты в мм: длинаХширинуХвысоту (со стержнем)
Количество стержней на сушильной плите
Годовое число сушильных плит
Площадь сушки в м2 в год
\ Режим сушки
зачистку Число стержней в год, проходящих
окраску
подсушку
склейку
Ведомость разработки технологического процесса изготовления стержней
VXHH OJOHUaiPflf VDi3OdU И1Э\Ъ ИО)1ЭЭЬИЛО1ЮНХЭ± OU iqiahDVd 989
РАСЧЕТЫ ПО ОСНОВНЫМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ УЧАСТКАМ ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА 637
нетрудно найти годовой объем формовочных смесей Уфс м3 для этих
форм в разрыхленном состоянии, который составит
Уфс=(уф-Уст--2-) ^--1,15.1,1 м*/год, (71)
где Vcm — годовой объем стержней в м3;
м3 — годовой объем металла при Q tn/год заливаемого в формы
металла и удельном весе его 7 т!м3\ коэффициент
учитывает перевод уплотненного объема земли в опоках
с объемным весом 1,6 т!м3 в объем в разрыхленном со-
стоянии с объемным весом 1,2 т/м3\ коэффициент 1,15
учитывает неравномерность работы цеха, а 1,1 — потери
земли на раструску при насыпании ее в опоки.
Найденный объем формовочных смесей разбивается далее по
сортам на облицовочную смесь в количестве около 15% и напол-
нительную около 85% от общего объема Уфс. Если применяется
единая формовочная смесь, то такой разбивки не производится.
Количество стержневой смеси рассчитывается исходя из годового
объема стержней путем пересчета этого объема в разрыхленное со-
стояние и учета неравномерности работы цеха и потерь смеси на
Таблица 105
Пример подсчета годового количества формовочных материалов и смесей
Название сортов смесей Всего в год в м3 Составляющие формовочных и стержневых смесей
Горелая земля по-сухому Горелая земля по-сырому Кварце- вый песок Глина Моло- тый уголь Органи- ческие примеси Крепи- тель
м3 °/о м3 °/о м3 % м3 % м3 °/о м3 °/о м3 %
Наполни- тельная по-сухому 34 000 32 300 95 — — 1020 3 680 2 —
Облицовоч- 6 000 2 100 35 — — 1800 30 1200 20 — — 900 15 — —
ная по-сухому
Общая 33 600 — — 30 912 92 2016 6 420 1,25 252 0,75 — — — —
по-сырому
Стержневая 4 200 1 260 30 — — 1260 30 840 20 — — 840 20 — —
глинистая
Стержневая песчаная 2 800 — — — — 2744 98 — — — — — — 56 2
Итого 80 600 35 660 — 30 912 — 8840 — 3140 — 252 — 1740 — 56 —
638 РАСЧЁТЫ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА ЛИТЕЙНОГО ЦЁКА
раструску. Далее, задавшись рецептурой состава формовочных и
стержневых рабочих смесей, по годовому их количеству определяют
годовой расход всех свежих формовочных и стержневых материалов
и горелой земли и дают общую сводку результатов расчета. Пример
такой сводки приведен в табл. 105. По потреблению тех или иных
формовочных материалов и рабочих смесей производят расчет необ-
ходимого количества землеприготовительного оборудования и транс-
портных средств. Удельный расход (оборот) всех рабочих формо-
вочных смесей в зависимости от его развеса составляет для мелкого
литья 5—6 л(3, для среднего литья 4—5 ai3 и для крупного литья
3—4 м3 на 1 т годного литья.
Расчеты по сушке форм и стержней
При проектировании литейного цеха производится определение
необходимого объема или количества сушил для сушки форм и
стержней на заданную программу производства. Расчет сушил
периодического действия производится по коэф-
фициентам наполнения сушил, которыми задаются по
практическим данным. Коэффициент наполнения есть отношение
объема сушимых предметов (форм или стержней), взятых по их габа-
ритам, к объему рабочего пространства сушила. Величина коэффи-
циента наполнения при сушке литейных форм составляет0,35—0,40
для ямных сушил и 0,15—0,25 для каменных сушил с тележками.
При сушке стержней коэффициент наполнения составляет 0,10—0,20
для камерных сушил с тележками, 0,10—0,15 для камерных этаже-
рочных сушил и до 0,10 для сушильных шкафов.
Расчет конвейерных вертикальных и горизонтальных сушил н е-
прерывного действия производится по сушильной пло-
щади следующим образом. Пусть f м2 — сушильная площадь одной
этажерки (люльки) конвейерного сушила, т. е. суммарная площадь
размещаемых на всех полках этой этажерки сушильных плит или
драйеров. Если I м — длина цепи конвейера внутри сушила, a t м —
шаг размещения этажерок на конвейере, то, очевидно, внутри сушила
I
помещается — штук этажерок, которые в сумме имеют сушильную
площадь, равную F = -~{м2. Это и есть так называемая сушиль-
ная площадь данного конвейерного сушила. Очевидно, что
конвейер длиной I м выходит из сушила в течение промежутка вре-
мени цикла сушки z часов. Другими словами, продукцию высушен-
ных стержней, размещающихся на его сушильной площади F м2,
данное непрерывно действующее сушило выдает за промежуток вре-
мени цикла сушки z часов. В год таких выдач сушило может сде-
Ф _
лать — штук, где Ф — годовой фонд времени работы сушила. Годовая
РАСЧЕТЫ ПО ОСНОВНЫМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ УЧАСТКАМ ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА 639
производительность сушила, выраженная в м2 сушильных плит
или драйеров, таким образом составит
F = м*1г°д- (72)
Зная5 и программу цеха, а следовательно, на основании ведомости
(табл. 104) и годовую сушильную площадь всех изготовляемых
стержней, нетрудно найти необходимое количество сушил.
Расчеты по плавильному отделению
Технологические расчеты по плавильному отделению при проекти-
ровании литейного цеха сводятся к составлению баланса металла
(табл. 106). Баланс металла составляется на каждую шихту, причем
статьи прихода берутся по расчету химического состава этой шихты,
исходя из заданного химического состава металла отливок. Расчет
состава каждой шихты производится, как было изложено в главе
о шихтовке. В литейных поточно-массового производства балансы
металла составляются, кроме того, по отдельным конвейерам или
поточным линиям. Типовая структура расходной части баланса ме-
талла для различных сплавов и применяемых методов плавки при-
ведена в табл. 107. Имея баланс металла по шихтам и сводный баланс
по цеху, нетрудно рассчитать необходимое количество, производи-
тельность или емкость плавильных печей.
Таблица 106
Пример сводного баланса металла по литейному цеху серого чугуна
Расход Приход
т/год ’/о mjzod °/о
Годное литье ..... Брак литейный внешний Брак литейный внут- ренний Литник 26 000 800 1 200 10 000 65 2 3 25 Чушковые чугуны . . Лом чугунный и сталь- ной Оборотный металл (литник и брак свое- го производства) . . Ферросплавы 16 000 11 200 12 000 800 40 28 30 2
Итого жидкий металл в формах . . . Угар и невозвратимые потери 38 000 2 000 95 5
Итого металли- ческая завалка . . . 40 000 100
Итого металличе- ская завалка 40 000 100
640 РАСЧЁТЫ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА
Таблица 107
Типовая структура расходной части баланса металла в % для различных
сплавов и методов плавки
Составляющие баланса Серый чугун, плавка в вагранках Ковкий чугун, дуплекс вагранка — электродуго- вая печь Стальное фасонное литье
Электродуго- вая печь Малый бессемер
Годное литье Литник Брак Угар и потери 60—67 30—23 5 5 45-52 41—34 7 7 56—72 35—19 5 4 45—55 32—22 7 16
Итого завалка 100 100 100 100
Расчеты по отделению очистки литья
При проектировании литейного цеха необходимо рассчитать коли-
чество потребного оборудования для очистки литья. Основанием
для таких расчетов служит распределение отливок по прохождению
их через те или иные машины и установки, в порядке выполнения
технологического процесса очистки, согласно технологическим кар-
там. Распределение отливок по аппаратам отделения очистки литья
оформляется в виде ведомости разработки технологического про-
цесса очистки (табл. 108). В этой ведомости указывается годовое коли-
Таблица 108
Ведомость разработки технологического процесса обрубки и очистки литья
Выпуск
отливок
в год
Наимено-
вание
отливки
шт.
tn
Годовое количество отливок, проходящих через
аппараты
Отливка а
Отливка б
Отливка в
190
54
24
8 570
8 100
29 800
1628
438
745
8570
8100
8570
8100
1628 8570
438
745
8570
745
745
29 800
РАСЧЕТЫ ПО ОСНОВНЫМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ УЧАСТКАМ ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА 641
чество штук или годовой вес данной отливки только в тех
графах, которые относятся к машинам, намеченным по маршруту
технологического процесса для данной отливки. При этом указы-
вается годовой вес отливок в тоннах, если производительность данной
машины выражается в тоннах очищаемого литья. Если же произво-
дительность машины выражается в штуках пропускаемых ею отливок,
то в графе указывается число штук отливок в год. По итоговым цифрам
в вертикальных колонках этой ведомости, представляющим собой
годовое задание для того или иного вида очистных машин, и по про-
изводительности этих машин нетрудно подсчитать их необходимое
количество.
Расчеты по складскому хозяйству
Для расчета размеров складов шихты и топлива и свежих фор-
мовочных материалов при проектировании литейного цеха прежде
всего задаются величиной запаса материалов на складах. Величина
запаса хранения исчисляется в месяцах или днях работы цеха и
зависит от близости завода к базам снабжения и от бесперебой-
ности снабжения этими материалами. Для центрального промышлен-
ного района европейской части СССР запасы хранения шихтовых
материалов и плавильного топлива обычно принимаются с расчетом
на один месяц работы цеха. При близком расположении к металлур-
гическим базам запасы могут быть сокращены до 0,5 мес. Оборот-
ный металл (литник и брак своего производства) хранится на складе
шихты на 5—15 дней работы. Запас хранения свежих формовочных
материалов, в связи с существующей сезонной их добычей и достав-
кой, принимается для районов южнее линии Одесса — Ростов-на-
Дону на 2—3 мес.; для районов севернее этой линии и до широты
Харькова — на 3—4 мес.; для районов от Харькова до линии
Ленинград — Москва — Свердловск — на 4—5 мес. и для наиболее
северных районов вплоть до Архангельска — Томска — на 5—6 мес.
Установив нормы запаса хранения материалов для данного района
расположения завода и вычислив величину запаса хранения раз-
личных материалов в тоннах, определяют далее объем хранимых ма-
териалов путем деления веса материала на его объемный насыпной
вес в т/м2. Найдя объем хранимого материала и разделив его на
высоту насыпки материала в закромах на складе при хранении,
найдем площадь, необходимую на складе для хранения данного мате-
риала. Объемные веса и высоты хранения некоторых основных мате-
риалов приведены в табл. 109.
При наличии на заводе нескольких литейных цехов рационально
иметь один общий базисный склад шихты с разделкой лома и базис-
ный склад формовочных материалов с предварительным их приго-
товлением (сушка и просеивание песка, дробление и размол глины
и угля). Склады же при литейных цехах в этом случае могут быть
небольшими, с запасом хранения на 10—15 дней.
41 Аксенов 1956
642 РАСЧЕТЫ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА
Таблица 109
Объемный насыпной вес и высота хранения на складе материалов
Материал Объемный насыпной вес в т/м* Высота хранения в м
Чушковой чугун .... 3—3,5 1,5—4
Чугунный и стальной лом 1,5—2,5 1,5—3
Литник 1,2—2 1,5—3
Кокс 0.38—0,4 2,5—4
Известняк 1,5—1,8 3—5
Песок 1,2—1,5 5—8
Глина в кусках 1,4—1,6 5—8
3. РАСЧЕТЫ ПО ТРУДУ
При проектировании литейного цеха назначают необходимое коли-
чество как производственных, так и вспомогательных рабочих на
каждом рабочем месте, исходя из трудоемкости тех или иных работ
и норм обслуживания агрегатов. При этом указываются специаль-
ности и разряды рабочих, а также распределение их по сменам.
Число рабочих, которое необходимо для нормального хода произ-
водства, называется явочным количеством, или составом,
рабочих. Списочное количество рабочих больше явоч-
ного и включает в себя также рабочих, находящихся в данное время
в отпуске, отсутствующих по болезни и другим уважительным причи-
нам. Списочное количество рабочих в литейных цехах можно опре-
делять путем деления явочного количества на 0,9, т. е. исходя из
средней цифры потерь рабочего времени 10%.
Заработная плата списочного состава производственных и вспо-
могательных рабочих определяется исходя из их разрядов, по тариф-
ной сетке, и с учетом приработка, или премий по сдельно-премиаль-
ной системе. Средний разряд производственных рабочих в литейных
цехах 4,0—4,5, а вспомогательных рабочих 3,0—3,2. Количество
вспомогательных рабочих составляет 50—75% от числа производ-
ственных рабочих. Размер премиальных выплат для производствен-
ных рабочих ориентировочно составляет 30—50% от заработной
платы по тарифу, а для вспомогательных рабочих — 20—30%,
Вся заработная плата как производственных, так и вспомогатель-
ных рабочих с учетом премиальных выплат разделяется на основ-
ную и дополнительную. Основная заработная плата выпла-
чивается непосредственно за выполнение работ на производстве, а до-
полнительная заработная плата включает в себя оплату отпусков
и выполнения общественных и государственных обязанностей. Точно
так же вся заработная плата инженерно-технических работни-
ков (ИТР), счетноконторского персонала (СКП) и младшего обслужи-
вающего персонала (МОП) делится на основную и дополнительную.
РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ ЛИТЬЯ
643
Можно принять по практическим данным, что дополнительная зара-
ботная плата составляет около 7% от основной заработной платы.
Количество ИТР можно принимать для ориентировочных расче-
тов равным 8%, СКП 3% и МОП 2—3% от общего числа рабочих;
средний месячный оклад ИТР 1000—1200 руб., СКП 600—700 руб.,
МОП 350 руб.; премиальные выплаты ИТР 30—60%, СКП 20—30%.
Кроме заработной платы, в расчеты затрат по труду входят н а-
числения на заработную плату (социальное стра-
хование и пр.) в размере 7,2% от суммы всей (основной и дополни-
тельной) заработной платы. Расчеты по труду сводятся в виде
таблицы, форма которой приведена в табл. НО.
Таблица ПО
Сводка расчетов по труду
№
по
пор,
Категория работающих
Списочное
количество
чел.
Основная
зарплата
руб/год
Дополни-
тельная
зарплата
руб/год
Итого
весь фонд
зарплаты
руб/год
Начисле-
ния на
зарплату
руб/год
Всего рабочих . . .
в том числе:
а) производ-
ственных . . .
б) вспомогатель-
ных ...........
ИТР...............
СКП...............
МОП...............
Всего
4. РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ ЛИТЬЯ
Проектная калькуляция цеховой себестоимости литья делается
отдельно по двум переделам: определяется себестоимость 1 т жидкого
металла, залитого в литейные формы (первый передел), и себестои-
мость 1 т годного литья (второй передел). Примеры расчета1 себе-
стоимости чугунного литья по обоим переделам в условиях механи-
зированного цеха поточно-массового производства приведены
в табл. 111 и 112. При этих расчетах условно принимается, что
весь литейный брак относится ко второму переделу, а в первом пере-
деле не учитывается. При расчетах по второму переделу все затраты
по материалам, заработной плате и накладным расходам распре-
деляются на годное литье и на брак пропорционально весам год-
1 Составлены И. Р. Исаевым и Ю. С. Сухарчуком (Сталинградский механиче-
ский институт).
41*
644 РАСЧЕТЫ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА
Таблица 1Ц
Пример расчета цеховой себестоимости 1 т жидкого чугуна в литейных формах
№ по пор. Наименование Процент к метал- лозавалке Вес в т Цена в руб. и коп. за 1 т Сумма в руб. и коп.
на весь жид- кий металл в год на 1 т жид- кого металла в литейных формах на весь жидкий металл в год на 1 т жидкого металла в литей- ных формах
I. Металлозавалка
1 Чушковой чугун ЛК-0 30 9 548,82 0,333 464—34 4 433 899 154—62
2 Елизаветинский чугун ЕЛ-0 20 6 365,88 0.222 1097—78 6 998 334 243—70
3 Стальной лом 10 3 182,94 0,11 Г 373—00 1 187 236 41—40
4 Литник и брак 27 8 613,94 0,300 337—00 2 902 897 101—10
5 Покупной чугун- ный лом 10 3 182,94 0,111 373-00 1 187 236 41—40
6 Зеркальный чугун 1,5 467,44 0,017 553—80 258 868 9—41
7 Доменный FeSi 1,5 467,44 0,017 655—20 306 266 11 — 14
Итого 100 31 829,40 1,110 17 274 736 602—77
8 Угар и сплески 5 1 597,7 0,055 — — —
9 Сливы 5 1 597,7 0,055 57—00 91 068 3-13
10 Жидкий металл в формах II. Топливо на плавку 90 28 634,0 1,000 — 17 183 668 599—64
11 Кокс литейный III. Флюсы 16 4 030,0 0,140 309—00 1 245 270 43—26
12 Известняк IV. Заработная плата 3 954,0 0,033 60—00 57 240 1—98
13 Основная заработ- ная плата про- изводственных рабочих по ших- товке, плавке и заливке V. Накладные 179 1’45 6—25
14 раСХОДЫ Цеховые наклад- ные расходы (520% к основ- ной производ- ственной зара- ботной плате) 870 610 30—50
15 Цеховая себестои- мость жидкого * металла в фор- ~ мах — — — — 19 535 933 681—63
РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ ЛИТЬЯ
645
Таблица 112
Пример расчета цеховой себестоимости 1 т годного литья серого чугуна
№ по пор. Наименование Стоимссть годного литья Затраты на брак и потери от брака
Всего в год На 1 т сумма в руб.
Вес в т Сумма в руб. Вес т/год Сумма руб/год
1 Жидкий металл в формах Исключаются от- ходы: 26 711,0 18 207 018 839 1923 1 328 915
2 Литник 1 5 011,0 1 688 707 78 359 120 983
3 Брак по цене лома 1 — — — 1564 527 068
Итого за выче- том отходов 21 700,0 16518311 761 — 680 864
4 Основная зара- ботная плата производствен- ных рабочих по всему цеху, за исключением отделений ших- товки, плавки и заливки 1 195 670 55 86 176
5 Цеховые наклад- ные расходы: 520% на произ- водственную заработную плату Исключаются удержания с ви- новников брака (10% от суммы потерь на брак по жидкому ме- таллу и основ- ной производ- ственной зара- ботной плате по второму пе- ределу) 6 201 778 286 448 115
6 76 700
Итого — 23 915 759 1102 1 138 455
7 Потери от брака — 1 138 455 52 — —
Полная цеховая себестоимость годного литья — 25 054 214 1154 — —
ХВ данной калькуляции суммарный вес литника и брака 5011 +359+
+ 1564=6934 т меньше потребления литника и брака в шихту (8613,94 пг-
см. табл. 111). Для всего же цеха в годовом балансе эти цифры должны
совпадать.
646 РАСЧЕТЫ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА
ного и брака. Это делается для того, чтобы отдельно учесть потери
от брака и состав этих потерь.
Цеховые накладные расходы включают в себя следующие основ-
ные статьи расходов: 1) основную заработную плату вспомогатель-
ных рабочих, ИТР, СКП и МОП; 2) дополнительную заработную плату
всех категорий работающих; 3) начисления на заработную плату;
4) стоимость энергии; 5) стоимость топлива (кроме топлива на плавку);
6) стоимость вспомогательных материалов; 7) расходы по содержа-
нию здания и хозяйственные расходы; 8) содержание и возобновле-
ние модельно-опочной оснастки; 9) текущий ремонт здания, обору-
дования, инвентаря; 10) амортизацию (погашение стоимости) зда-
ния, оборудования и инвентаря; 11) расходы по охране труда и
технике безопасности, транспортные расходы, содержание цеховых
лабораторий. Цеховые накладные расходы выражают в процентах
к основной заработной плате производственных рабочих. В литей-
ных цехах с высокой степенью механизации цеховые накладные
расходы составляют 500—600% и более от основной заработной платы
производственных рабочих, а в маломеханизированных цехах 200—
300% и ниже. Однако приходящаяся на 1 т литья величина заработ-
ной платы в маломеханизированных цехах значительно выше,
и в общем себестоимость литья с повышением уровня механизации
получается значительно меньше. Удержания с виновников брака,
вводимые в калькуляцию по второму переделу, составляют по укруп-
ненным показателям около 10% от суммы потерь на брак по жидкому
металлу и основной производственной заработной плате или около
90% от потерь на брак по одной основной производственной заработ-
ной плате.
ЛИТЕРАТУРА
1. Проф. Фанталов Л. И., Основы проектирования литейных цехов,
Машгиз, 1953.
2. Гипроавтопром, Справочник проектанта машиностроительных заводов, кн. 1,
Машгиз, 1946.
ГЛАВА III
ПЛАНИРОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
1. ПЛАНИРОВКА РАБОЧИХ МЕСТ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УЧАСТКОВ
ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
На фиг. 422—426 приведены примеры типовых планировок рабо-
чих мест формовки и производственных участков в литейных цехах.
На фиг. 422 показано расположение у литейного конвейера комплекта
формовочных машин для формовки верхних и нижних опок среднего
размера. Машины расположены снаружи горизонтально-замкнутого
конвейера. Пустые опоки с выбивки подаются попарно на освобо-
дившихся тележках конвейера, имеющих на себе рольганговые сек-
ции. С помощью пневматического толкателя комплекты пустых опок
переталкиваются на ходу с тележек конвейера на стационарный
изогнутый рольганг, берутся с него пневматическими подъемниками
и подаются на формовочные машины. Заформованные нижние опоки
с машины, которая их формует, сталкиваются на подопочных щит-
ках на стационарный сборочный рольганг. Здесь в нижние опоки
производится установка стержней, а затем на них накрывают верх-
ние опоки, которые по монорельсу на кошке с пневматическим подъем-
ником подаются сюда с машины для формовки верхних опок Собран-
ные формы со сборочного рольганга переталкиваются на тележки
конвейера, который транспортирует их на заливку.
На фиг. 423 показана планировка рабочего места при располо-
жении формовочных машин внутри конвейера и при расстановке
их не комплектами, а отдельно,— сначала, походу конвейера, группы
машин для нижних опок, а затем группы машин для верхних опок.
Пустые опоки в этом случае доставляются от места выбивки по
рольгангу, с которого подаются на формовочную машину с помощью
пневматического подъемника, движущегося на кошке по монорельсу.
Заформованные опоки ставятся для сборки прямо на конвейер также
с помощью кошки и монорельса. Простановка стержней в опоки
при такой планировке производится непосредственно на движущемся
конвейере. При обеих планировках формовочная земля спускается
в опоки, находящиеся на формовочных машинах, из бункеров.
Часть земли, которая просыпается при этом мимо опок, провали-
вается сквозь решетки в полу, окружающие формовочные машины,
Фиг. 422. Типовая планировка рабочего ме-
ста у пары формовочных машин, установ-
ленной снаружи литейного конвейера:
1 — формовочная машина для нижних опок; 2 — фор-
мовочная машина для верхних опок; 3—решетка в полу;
4 — изогнутый рольганг для пустых опок; 5 — сбороч-
ный рольганг; 6 — монорельс; 7 — пневмотолкатель
для пустых опок; 8 — литейный конвейер; 9 — охла-
дительный кожух конвейера.
548 ПЛАНИРОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
Фиг. 423. Типовая планировка рабочего ме-
ста у формовочных машин при установке их
внутри литейного конвейера:
/ — формовочная машина; 2— решетка в полу;
3 — монорельс; 4 — рольганг для пустых опок;
5 — литейный конвейер; 6 — охладительный кожух
конвейера.
ОБЩАЯ КОМПОНОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
649
вниз в тоннель, в котором убирается ленточным транспортером в зем-
леделку, попадая в поток горелой земли.
Планировка рабочего места для безопочной машинной формовки
с расстановкой форм для заливки на плацу показана на фиг. 424.
Подачу формовочной земли лучше иметь сверху, из бункера.
На фиг. 425 показана ти-
повая планировка поточной
конвейерной линии формов-
ки, сборки, заливки и вы-
бивки опок средних разме-
ров (до 1000 X 800 мм) с че-
тырьмя комплектами формо-
вочных машин и местом для
запасного, пятого комплек-
та. На фиг. 426 приведена
схема планировки поточной
рольганговой линии. Пере-
движение форм через охла-
дительный кожух чаще всего
производится по рольгангу
с приводной цепью с кула-
ками либо по рольгангу с
уклоном в сторону движения.
2. ОБЩАЯ КОМПОНОВКА
ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
Типовые компоновки чу-
гунолитейных цехов с ука-
занием расположения их
основных производственных
отделений и складов приве-
дены на фиг. 427—430.
На фиг. 427 показана
Фиг. 424. Типовая планировка рабочего
места безопочной формовки, в условиях ма-
лой механизации:
1 — формовочная машина; 2 —этажерка для стержней;
3 — щитки и рамки; 4 — готовые формы; 5 — формо-
вочная земля.
планировка небольшого литейного цеха серого чугуна с малой
механизацией. Здание имеет параллельно расположенные пролеты.
Основные транспортные средства — мостовые краны.
На фиг. 428 показана компоновка крупного литейного цеха серого
чугуна поточно-массового производства. Основные формовочные
пролеты расположены перпендикулярно к пролетам склада шихты
и плавильного отделения (гребенчатое расположение пролетов).
Центральные землеприготовительные установки находятся у стены,
отделяющей стержневое отделение от отделения выбивки литья.
Обрубная находится за складом свежих формовочных материалов.
Литье от мест выбивки в обрубную подается снаружи здания по
галерее (не показана на схеме) с помощью подвесных конвейеров.
По пути литье охлаждается.
Фиг. 425. Типовая планировка конвейерной поточной линии для формовки, сборки, заливки и выбивки опок среднего
размера:
/ — конвейер; 2 — приводная станция конвейера; 3 — охладительный кожух; 4 — формовочные машины для верхних опок; 5 — формовочные
машины для нижних опок; 6 — рольганги для пустых опок; 7 —сборочные рольганги; 8 — пневмотолкатели; 9 — уборочные ленточные
транспортеры; /0 — заливочная площадка; 11 — выбивные решетки.
Фиг. 426. Схема рольганговой поточной
линии для формовки, сборки, заливки и
выбивки опок среднего размера:
1 — формовочная машина для нижних опок; 2 — фор-
мовочная машина для верхних опок; 3— рольганг для
сборки форм и их накапливания; 4 — монорельс;
5 — этажерка со стержнями; 6 — заливочная часть
рольганга; 7 — монорельс для ковшей с металлом;
8 — поперечная тележка с секцией рольганга для пе-
редачи залитых форм; 9 — рельсовый путь; 10 — роль-
ганг с принудительным движением; // — охладитель-
ный кожух; 12 — выбивная решетка; 13 — монорельс;
14 — рольганг для пустых опок.
ПЛАНИРОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
ОБЩАЯ КОМПОНОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
651
На фиг. 429 приведена планировка литейного цеха ковкого чугуна
поточно-массового производства в двух корпусах. В первом корпусе
расположены склады шихты и формовочных материалов, плавильное
отделение, формовочно-сборочно-заливочные участки, земледелка
и стержневая. Выбитое литье передается в тоннеле на пластинчатом
транспортере во второй, термообрубной корпус. Здесь произво-
дится первая очистка литья, отжиг его в тоннельных печах и после
отжига вторая очистка литья с последующей правкой его в штампах
Фиг. 427. Компоновка чугунолитейного цеха с малой механизацией:
/ — склад земли, опок и шихты; // — землеприготовительное и стержневое отделения; /// — суши-
ла; IV — ваграночное отделение; V — формовочное отделение; VI — обрубное отделение;
VII — вспомогательное помещение; VIII — меднолитейный цех; IX — бытовые помещения.
под молотами и прессами. Фасонно-сталелитейные цехи имеют анало-
гичные планировки. Обрубка и очистка стального литья и его термо-
обработка чаще всего также выносятся в отдельный корпус.
При весьма больших масштабах производства отдельных совре-
менных машиностроительных заводов, располагать в одном здании
также и чугунолитейные цехи становится нецелесообразным. Большой
цех под одной крышей вызывает ряд затруднений как в смысле созда-
ния санитарно-гигиенических условий труда (малый световой фронт,
затруднения с аэрацией, или естественной вентиляцией, цеха, уборка
с крыши ливневых вод и пр.), так и в смысле громоздкой организа-
ционной структуры и управления. Поэтому современное направление
в компоновке крупных чугунолитейных цехов (по крайней мере по-
точно-массового производства) заключается в том, что производится
объединение в один блок нескольких цехов (например, цехов серого
и ковкого чугуна) и одновременно объединенные родственные участки
этих цехов (например, стержневое отделение, земледелка, термо-
обрубное отделение, склады) выделяются в отдельные корпуса.
Пример такой планировки литейных цехов серого и кового чугуна
в одном блоке приведен на фиг. 430. Стержневое отделение является
общим для литейных корпусов серого и ковкого чугуна, равно как
и центральная землеприготовительная установка. Готовые стержни
6000
ПЛАНИРОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
Фиг. 428. Компоновка литейного цеха серого чугуна мощностью до 100 тыс. т в год автомобильного литья:
/ — склад шихты; // — склад земли; III — ваграночные отделения; IV — заливочные отделения; V — формовочные отделения; VI — выбив-
ное и землеприготовительное отделения; VII — стержневое отделение; VIII — ковшевое отделение; IX — обрубное отделение; X — вспомога-
тельные отделения; XI — бытовые помещения.
ОБЩАЯ КОМПОНОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
653
I-------------72000
-60000
Фиг. 429. Компоновка литейного цеха ковкого чугуна мощностью
25 тыс. tn в год автомобильного литья:
/ — склад шихты и земли; II — ваграночное отделение; ///— электропечное отделение;
IV — заливочное отделение; V — формовочное отделение; VI — выбивное отделение;
VII — землеприготовительное отделение; VIII — стержневое отделение; IX — ковшевое от-
деление; X — вспомогательные помещения; XI— отделение первой очистки; XII — отде-
ление упаковки твердого литья; XIII — томильное отделение; XIV — отделение второй
очистки; XV — бытовые помещения.
Фиг. 430. Схема современной
компоновки блока литейных це-
хов серого и ковкого чугуна
поточно-массового производства
в отдельных корпусах:
/ — склад шихты и формовочных мате-
риалов; 2—плавильное отделение се-
рого чугуна; 3 — литейный корпус
серого чугуна; 4—плавильное отделе-
ние ковкого чугуна; 5 — литейный
корпус ковкого чугуна; 6 — стержне-
вое отделение; 7—центральное земле-
приготовительное отделение; 8 —тер-
мообрубный корпус; 9 — разгрузка
кокса; /0—уборка отходов; //—транс-
портные галереи.
654
ПЛАНИРОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
подаются в литейные корпуса на подвесных конвейерах по гале-
реям, устроенным на колоннах. Горелая земля от мест выбивки
в литейных корпусах подается в центральную земледелку тоннелями,
а готовые формовочные составы — по галереям. Выбитое литье в тер-
мообрубной корпус также транспортируется через галереи. Кокс
разгружается на дворе в бункеры, заглубленные в землю, и из них
системой транспортеров с попутным грохочением подается в бункеры
на колошниковых площадках. Все отходы системой подземных
транспортеров и элеваторов собираются в бункеры, из которых спу-
скаются на платформы.
3. РАСПОЛОЖЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ НА СХЕМЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНА
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА
Расположение производственных и вспомогательных цехов, обще-
заводских устройств, складов и подъездных путей на машинострои-
тельном заводе должно удовлетворять ряду требований, главнейшим
из которых является поточность производства. Производственный
поток должен быть по возможности кратчайшим и не иметь встреч-
Фиг. 431. Сквозная (а), кольцевая (б) и ту-
пиковая (в) транспортные схемы машино-
строительного завода.
ных движений. Транспортная схема завода поэтому является основ-
ным композиционным скелетом генерального плана завода. На
фиг. 431 показаны три основных вида транспортных схем. Сквоз-
ная схема транспорта дает наиболее упорядоченный грузопоток,
но требует большой площади территории завода и применяется
обыкновенно для вновь строящихся крупных заводов в условиях
наличия больших площадок.
Тупиковая схема (в) пригодна для малых, компактных пло-
щадок небольших заводов. Она сопряжена с возвратными движе-
ниями грузопотоков. Кольцевая схема (б) является промежуточ-
ной по характеру движения грузопотоков и по требованию к раз-
мерам площадей/
РАСПОЛОЖЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ НА СХЕМЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНА 655
Кроме упорядочения грузопотоков, при расположении цехов
и устройств на заводской территории учитывается ряд других тре-
бований. Из них в первую очередь следует назвать необходимость
зонирования заводской территории, т. е. расположения
цехов по группам, или зонам, по признакам производственных
связей, санитарно-гигиенических условий, пожарной опасности,
потреблению грузов, энергии и по размеру людских потоков. На
современном машиностроительном заводе с полным циклом произ-
водства можно назвать следующие зоны цехов и устройств, или
хозяйств:
1. Зона энергетических устройств (ТЭЦ, центральная котельная,
ЦЭС, газогенераторная станция). Эти устройства характеризуются
выделением дыма и газов, повышенной пожарной опасностью, боль-
шим грузооборотом. Располагаются обыкновенно при вводе на завод
подъездных путей, с подветренной стороны (считая по господствую-
щему направлению ветров в данной местности).
2. Металлургическая зона, или зона горячих цехов (литейные
и кузнечные цехи, термические цехи). Эти цехи являются также
дымящими, пожароопасными, с большим грузооборотом. Зона горя-
чих цехов располагается также с подветренной стороны и неподалеку
от ввода на завод подъездных путей, обычно вслед за энергетической
группой. Количество рабочих в горячих цехах значительно меньше,
нежели в обрабатывающих. Поэтому горячие цехи располагаются
обычно довольно далеко от главной проходной, на другом конце
завода.
3. Зона обрабатывающих, или холодных, цехов (механический,
сборочный, окрасочный). Располагается вслед за зоной горячих
цехов в направлении на ветер, ближе к главной проходной и заводо-
управлению. Дым, пыль и загазованность вредны для этих цехов
с производственной стороны, особенно при точной обработке и высо-
ких классах чистоты поверхности получаемых деталей.
4. Зона вспомогательных цехов (модельный, инструментальный
ремонтно-механический, электроремонтный) часто не имеет опре-
деленного компактного расположения на заводе. Эти цехи распола-
гаются ближе к обрабатывающим и заготовительным цехам, которые
они обслуживают.
5. Зона деревообрабатывающих цехов со складами леса и лесо-
сушилкой характерна повышенной опасностью загорания и зна-
чительным грузооборотом. На заводе располагается с наветренной
стороны и подальше от энергетических устройств и горячих
цехов.
6. Зона заводских складов топлива, металла, полуфабрикатов,
химикалиев и пр. должна хорошо обслуживаться подъездными
путями.
7. Заводоуправление, центральная заводская лаборатория, глав-
ная проходная, а также другие административные, общественные,
культурно-бытовые, учебные и хозяйственные здания, помещения
ПЛАНИРОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
Фиг. 432. Схема генерального плана завода большегрузных вагонов:
/•— градирня; 2 — ТЭЦ; 3 — повысительная подстанция; 4 — брызгальный . бассейн ТЭЦ; 5 — газогенераторная станция;
6;—градирни газогенераторов; 7 — литейный цех серого чугуна; 8 — модельный цех; 9— литейный цех колес; 10 — склад
угля ТЭЦ; 11 — склад торфа ТЭЦ; 12 — литейный цех ковкого чугуна; 13— сталелитейный цех мелкого литья; 14 — ста-
лелитейный цех крупного литья; 15 — склад железа; 16 — склад строительных материалов; 17 — склад нефтепродуктов;
18 — склад ^торфа газогенераторной; 19— склад дров газогенераторной; 20 — ремонтно-механический цех; 21 — кузнечно-
пр^ушйыЙ цех; 22—главный магазин; 23 — склад кислот; 24— инструментальный цех; 25— тележечно-полускатный цех;
2^"—’.окрасочный цех; 27 — паровозное депо; 28—гараж; 29 — заводские лаборатории; 30 — заводоуправление; 31 и 32 — про-
ходные; 33 — место стоянки автомашин; 34 — физкультурная площадка; 35 — учебный комбинат; 36 — футбольное поле;
37— мастерские учебного комбината; 38—вагоносборочный цех; 39 — деревообделочный цех; 40 — ремонтно-строительный
цех; 41 — лесосушилка; 42 — проходная;- 43 — склад леса; 44 — лесопилка.
42 Аксенов 1956
Зоны
У///У\ Энергетических устройств
Заготовительных (горячих) цехов
llllllllllll Обрабатывающих (холодных) цехов
Вспомогательных цехов
\Зх/йй//,Х Деревообрабатывающих цехов
Общезаводских устройств
Фиг. 433. Схема зонирования автомобильного завода:
/-скрапо-разделочная база;* 2 — модельный цех; 3 — литейный цех ковкого\чугуна и цветного литья; 4 — склад угля; 5 — литейный цех
серого чугуна; 6 — газогенераторная станция; 7 — ТЭЦ; 8 — кузнечный цех; 9 — заготовительное отделение и склад металла кузнечного
цеха; 10 — пружинно-рессорный цех; // — склад мазута; 12 - моторный цех; 13 — склад масел и химикатов; 14 — гараж; 15- ремонтные
цехи; 16 — инструментальный цех; /7 — лаборатории; 18— главная проходная; 19 — заводоуправление; 20 — столовая; 2/— прессово-кузнеч-
ный цех; 22 — цех шасси и главный сборочный конвейер; 23 — экспериментальный цех; 24 — экспедиция и склад готовой продукции;
25 — главный магазин; 26 — деревообрабатывающий цех.
РАСПОЛОЖЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ НА СХЕМЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНА 657
658
ПЛАНИРОВКА ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
для военизированной и пожарной охраны, амбулатория, столовая
и пр. составляют так называемую зону общезаводских устройств.
Эта зона располагается у главного входа на завод, со стороны завод-
ского поселка, на пути движения рабочих к заводу, и образует фасад,
или ансамбль предзаводской площади.
На фиг. 432 и 433 приведены примеры схем генеральных планов
машиностроительных заводов, которые иллюстрируют изложенное.
ЛИТЕРАТУРА
Айзенберг Б. И., Проектирование генерального плана машинострои-
тельного завода, Энциклопедический справочник «Машиностроение», т. 14, Машгиз,
1946.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................. 3
Введение ............................................................... 5
1. Роль и значение литейного производства в машиностроении ... 5
2. Краткий обзор развития литейного производства в СССР........ 9
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Изготовление литейных форм
Глава I. Формовочные материалы и их приготовление..................... 14
1. Общие понятия о формовочных материалах......................... 14
2. Условия службы формовочных материалов в литейной форме ... 18
Газовый режим формы............................................. 18
Механические нагрузки .......................................... 19
Тепловое воздействие металла отливки............................ 20
3. Основные свойства формовочных материалов и смесей и их испытание 21
Влажность ...................................................... 21
Содержание глинистой составляющей............................... 23
Зерновой состав песчаной основы ................................ 24
Дисперсность и коллоидальность глин............................. 27
Газотворная способность......................................... 29
Газопроницаемость..............................(................ 30
Прочность....................................................... 38
Прочность при высоких температурах i............................ 41
Поверхностная прочность (осыпаемость)........................... 43
Гигроскопичность и потеря прочности при намокании............... 43
Пластичность.................................................... 44
Метод технологических проб...................................... 44
Огнеупорность .................................................. 44
Долговечность................................................... 46
Приемка свежих формовочных материалов и контроль смесей в про-
изводстве ...................................................... 47
4. Свежие формовочные и стержневые материалы...................... 49
Песчано-глинистые свежие формовочные материалы.................. 49
Противопригарные материалы...................................... 54
Модельные пудры................................................. 60
5. Формовочные и стержневые смеси................................. 62
Формовочные смеси............................................... 62
Стержневые смеси и стержневые крепители......................... 68
6. Приготовление смесей........................................... 82
Технологический процесс приготовления смесей.................... 82
Выбор типа смесителя............................................ 85
Понятие о центральных земледелках............................... 88
Полумеханизированное приготовление смесей....................... 89
Значение регенерации отработанной земли........................ 89
42*
660
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава II. Ручная формовка........................................... 92
1. Приспособления и инструмент, применяемые при формовке .... 92
Опоки ......................................................... 92
Формовочный инструмент......................................... 94
2. Основные приемы формовочных работ............................ 99
Набивка формы.................................................. 99
Устройство искусственной вентиляции.......................... 105
Выем модели из формы......................................... 107
Отделка формы................................................. 107
Сборка форм и подготовка к заливке......................... 109
Расчет нагрузки и крепления форм................................ 111
3. Формовка в почве........................................... 114
Приготовление мягкой постели.................................. 114
Приготовление твердой постели................................. 115
Открытая почвенная формовка................................... 116
Закрытая почвенная формовка................................... 118
4. Формовка в опоках.......................................... ! 19
Формовка в двух опоках . ................................... 119
Формовка с подрезкой и с фальшивой опокой................... 121
Формовка в нескольких опоках................................ 123
Отъемные части модели......................................... 128
Применение стержней-лепешек................................... 128
Формовка с перекидным болваном................................ 129
5. Формовка по шаблону......................................... 130
Приспособления для шаблонной формовки......................... 131
Формовка с вертикальным валиком............................. 132
Формовка с горизонтальным валиком ............................ 135
Формовка по протяжным шаблонам................................ 136
6. Формовка по скелетным моделям и контрольным сечениям ... 138
Формовка по скелетным моделям................................. 138
Формовка по контрольным сечениям.............................. 139
7. Формовка в стержнях и в кусках.............................. 143
8. Формовка в глине............................................ 151
Конструкция глиняных форм и их изготовление................... 152
Формовка с рубашкой........................................... 154
Раздельная формовка стержня и внешней части формы............. 156
Кирпичные формы с набивной облицовкой......................... 160
Глава III. Машинная формовка....................................... 163
1. Особенности приспособлений и инструмента, применяемых при ма-
шинной формовке................................................. 163
Опоки ........................................................ 164
Модельные плиты............................................... 169
Формовочный инструмент........................................ 173
2. Методы машинной формовки................................... 17.
Нормальный метод опочной формовки............................. 174
Стопочная формовка............................................ 175
Безопочная формовка........................................... 177
3. Контроль степени уплотнения литейных форм . ................ 179
4. Методы уплотнения литейных форм на формовочных машинах . . 180
Уплотнение прессованием....................................... 180
Уплотнение встряхиванием...................................... 190
Уплотнение с помощью пескомета................................ 195
Уплотнение пескодувным методом................................ 196
5. Выбор типа формовочных машин.............................. 201
Классификация формовочных машин.............................. 201
Выбор типа формовочных машин для различных отливок и серий-
ности производства.......................................... 205
ОГЛАВЛЕНИЕ 661
Г лава IV. Изготовление стержней..................................... 208
1. Конструкция стержней и установка их в форме................... 208
Армирование стержней........................................... 208
Вентиляция стержней............................................ 210
Установка стержней в форме................................ 211
2. Методы изготовления стержней................................. 215
Изготовление стержней по ящикам................................ 215
Изготовление стержней при помощи шаблонов..................... 220
Контроль и сборка стержней..................................... 221
Применение сырых стержней...................................... 226
3. Машинная формовка стержней................................... 228
Методы машинной формовки стержней........... . . 228
Выбор типа стержневых машин.................................... 231
Г лава V. Проектирование литейной технологии......................... 234
1. Разработка чертежа отливки.................................... 234
Литейные уклоны................................................ 234
Припуски на механическую обработку ............................ 236
Допуски на размеры и вес отливок............................... 239
2. Выбор разъема и габаритов формы и стержней................... 244
Положение детали при заливке................................... 244
Выбор контуров и разъема стержней.............................. 247
Определение габаритов формы.................................... 247
3. Стержневые знаки....................................... • 250
Размеры стержневых знаков.........................«............ 250
Сборочные зазоры в знаках...................................... 250
4. Порядок разработки технологического процесса изготовления отливок 254
Нанесение основных технологических указаний на синьке литой детали 254
Разработка технологических карт................................ 265
Глава VI. Изготовление моделей.................................... • • 266
1. Свойства и обработка дерева................................... 266
Дерево как материал для моделей................................ 266
Сушка дерева.................................................. 267
Обработка дерева............................................... 269
2. Изготовление деревянных моделей.............................. 270
Процесс изготовления деревянных моделей........................ 270
Скоростное изготовление деревянных моделей..................... 275
3. Изготовление металлических моделей и модельных плит.......... 279
Сплавы для металлических моделей............................... 280
Процесс изготовления металлических моделей и модельных пл^т • . 281
Модельные плиты из других материалов........................... 287
Глава VII. Сушка форм и стержней..................................... 291
1. Процесс и контроль сушки форм и стержней...................... 291
Процесс сушки форм и стержней.................................. 291
Методы контроля процесса сушки............................. 292
Типы сушил .................................................... 294
Г лава VIII. Литники для отливок из серого чугуна.................... 299
1. Типы литниковых систем........................................ 299
2. Расчет литниковой системы для отливок из серого чугуна .... 308
Расчеты, основанные на формуле Озанна и производных от нее фор-
мулах ......................................................... 311
Расчет по удельной весовой скорости заливки.................... 322
Определение размеров других элементов системы ................. 323
662
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
Приготовление жидкого металла
Глава I. Литейные свойства сплавов..................................... 327
1. Жидкотекучесть.................................................. 327
2. Усадка.......................................................... 331
3. Ликвация ....................................................... 342
Глава II. Технологические основы получения здорового литья............. 344
1. Процесс затвердевания........................................... 344
2. Питание отливок................................................. 350
3. Регулирование скорости охлаждения тепловых узлов................ 361
4. Упрочнение мест перехода с помощью усадочных ребер.... 365
Глава III. Свойства чугуна в отливках.................................. 368
1. Классификация чугунного литья по структуре металла и механическим
свойствам....................................................... 368
2. Основные принципы получения высокопрочных чугунов............... 378
3. Свойства чугуна при различных температурах...................... 390
Глава IV. Шихтовые материалы для чугунного литья и шихтовка . . . 393
1. Шихтовые материалы.............................................. 393
2. Состав чугуна для различного литья.............................. 402
3. Расчет шихты.................................................... 402
Глава V. Физико-химические основы плавки металлов и сплавов .... 409
1. Элементы термохимии............................................. 409
2. Учение о равновесии химических реакций.......................... 410
3. Восстановление металлов........................................ 415
4. Рафинирование металлов.......................................... 417
5. Шлаки........................................................... 421
Глава VI. Плавка чугуна................................................ 423
1. Плавка в вагранке............................................... 423
Принцип работы вагранки ......................................... 423
Процесс плавки в вагранке........................................ 425
Особенности плавки в вагранке на других видах топлива .... 438
Интенсификация ваграночного процесса............................. 441
2. Плавка чугуна в других печах.................................... 450
Глава VII. Контроль процесса плавки.................................... 451
1. Измерение высоких температур.................................... 451
2. Контроль дутья.................................................. 458
3. Контроль состава газов.......................................... 460
4. Применение технологических проб................................. 461
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
Получение отливок
Глава I. Заливка форм и охлаждение отливок в формах.................... 464
1. Выбор ковша и процесс заливки литейных форм..................... 464
2. Охлаждение отливки в литейной форме............................. 468
Глава II. Выбивка и очистка литья...................................... 476
1. Выбивка литья и стержней....................................... 476
2. Очистка литья................................................... 480
3. Контроль качества отливок....................................... 485
ОГЛАВЛЕНИЕ 663
ава 111. Литейный брак и конструирование отливок................... 493
1. Классификация литейного брака................................ 493
2. Исправление дефектного литья................................. 498
3. Принципы конструирования отливок............................. 501
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
Особенности производства отливок разного характера и сплавов
гва I. Ковкий чугун................................................. 508
1. Получение ковкого чугуна и его свойства....................... 509
Отливка деталей из белого чугуна................................ 509
Процесс отжига на ферритный ковкий чугун........................ 512
Процесс отжига на перлитный ковкий чугун.................. . 514
Ускоренный отжиг ковкого чугуна................................. 516
Свойства ковкого чугуна......................................... 520
2. Плавка ковкого чугуна......................................... 523
Плавка в пламенных печах........................................ 523
Дуплекс-процесс вагранка — электропечь.......................... 525
Другие методы плавки ковкого чугуна............................. 526
3. Особенности литниковых систем для отливок ковкого чугуна . . . 527
Подводящая часть системы........................................ 527
Питающая часть системы.......................................... 533
ва II. Стальное литье............................................... 536
1. Основные свойства и термическая обработка отливок из углероди-
стой стали.....................................-................ 536
2. Плавка стали для фасонного литья.............*.................. 539
Плавка в мартеновских печах......................................539
Плавка в дуговых электропечах.................................. 545
Плавка в высокочастотных электропечах............• ....... 548
Получение стали в конвертерах с боковым дутьем ...”............. 549
3. Особенности литниковой системы для отливок из углеродистой стали 551
4. Литье из легированных сталей...............................557
?а III. Цветное литье.......................................... 562
1. Медные сплавы............................................. 562
2. Особенности технологии производства отливок из медных сплавов 569
3. Легкие сплавы.............................................. 572
4. Особенности технологии производства отливок из легких сплавов 576
5. Подшипниковые сплавы....................................... 582
IV. Специальные методы отливки............................. 585
1. Кокильное литье............................................. 585
2. Литье под давлением........................................ 598
3. Центробежное литье.......................................... 602
4. Другие методы отливки в металлические формы................ 606
5. Литье по выплавляемым моделям.............................. 610
6. Литье в корковые формы..................................... 618
664
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЧАСТЬ ПЯТАЯ
Основы проектирования литейных цехов
Глава /. Постановка проектирования литейных цехов и заводов в СССР 623
1. Стадии проектирования....................... .^............... 623
2. Классификация литейных цехов.................................. 624
3. Режим работы литейных цехов и фонды времени.................... 626
Глава II. Расчеты по технологической части проекта литейного цеха'. . . 630
1. Производственная программа цеха................................ 630
2. Расчеты по основным производственным участкам литейного цеха 631
Расчет формовки в условиях поточно-массового производства . . 631
Другие случаи расчета формовки.................................. 633
Расчеты по стержневому отделению................................ 635
Расчеты по землеприготовительному отделению................... 635
Расчеты по сушке форм и стержней................................ 638
Расчеты по плавильному отделению................................ 639
Расчеты по отделению очистки литья......................... . . 640
Расчеты по складскому хозяйству................................. 641
3. Расчеты по труду............................................... 642
4. Расчет себестоимости литья..................................... 643
Г лава III. Планировка литейных цехов................................. 647
1. Планировка рабочих мест и производственных участков литейных
цехов............................................................ 6
2. Общая компоновка литейных цехов.............................. 6л
3. Расположение литейных цехов на схеме генерального плана машино-
строительного завода............................................... 6о
Павел Николаевич Аксенов
ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Технические редакторы: А. Ф. Уварова и Б. И. Модель Корректоры: Р. Г. Случевская
и Ю. Н. Рыбакова
Сдано в производство 25/II 1957 г. Подписано к печати 1/VII 1957 г. Т-05697
Тираж 15000 экз. Печ. л. 41,5. Уч.-изд. л. 44. Бум. л. 20,75
Формат 60Х92*/1в. Зак. 1956.
1-я типография Машгиза, Ленинград, ул. Моисеенко, 10
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стра- ница Строка Напечатано Должно быть
33 34 2-я снизу 9-я снизу {- Др = 10 — перепад /о я Др = 10 — р — перепад
35 15-я сверху /10- р = 35,8 р Р-, /10 — р к = 35,8 — р >
37 13-я снизу Ре в Н 1 *1 =
63 5-я сверху + Na2CO3 (т — р) Н2О. + Na2CO3-(/n — р) Н2О.
112 336 3-я снизу 11-я сверху [формула (25)] 2-я снизу [формула (57а)] = 1353 кг. Уд д Рак (1..L ft \ /1 I В \ 1 « 1418 кг. Уд = = О + Ргис) 0 + ₽кр)— 1 v те р __ р “
556 T/d х1 г РгисМ1 г“ Ркр? 1 * те К 1/^ р р г
пит к Г пит — г к Я3
Аксенов П. Н. «Технология литейного производства-. Зак 1956
П.Н.АКСЁНОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
ЛИТЕЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА