ББК 34.61 /: ґ?
Е60УДК 621.744 (075.3)Рецензенты: Кольчугинскнй ордена «Знак Почета» іехникум по обработке
цветных металлов (инж. В. Н. Панов) и инж. М. М. БрезгуновЕмельянова А. П.Е60 Технология литейной формы: Учебник для техникумов цвет¬
ной металлургии. — 3-є изд., перераб. и доп. — М.: Машино¬
строение, 1986. —224 с., ил.■ В пер.: 80 к.Изложены основы проектирования модельной оснастки и литейных форм, в том
числе для специальных способов литья. Описаны принципы конструирования литых
деталей.Третье издание (2-е изд. 1979 г.) написано в соответствии с новой учебной про¬
граммой курса. -2704020000-230
Е 	230-86038(01)-86БЙМлдч/1 iilwA
Карагандинского
политехнического
институтаББК 34.61
6П4.1Антонина Петровна Емельянова
ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫРедактор Г, Н. Соболева. Художественный редактор Е. А. Ильин.Технический редактор Н. М. Харитонова. Корректор А. П. ОзероваИБ № 4507Сдано в набор 07.06.85. Подписано в печать 27.08.85. Т-18710. Формат 60X90l/ie.
Бумага типографская № 1. Гарнитура литературная. Печать высокая.Уел. печ. л. 14,0. Уел. кр.-отт. 14,0. Уч.-изд. л. 15,62. Тираж 12 300 экз.Заказ 1563. Цена 80 к.Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение»,107076, Москва, Стромынский пер., 4.Московская типография № в Союзполнграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии н книжной торговли, 101898, Москва, Центр,
Хохловский пер., 7.© Издательство «Машиностроение», 1979 г.
© Издательство сМашнностроение», 1986 г., с изменениями.
ВВЕДЕНИЕЛитье является одним из наиболее распространенных
способов производства заготовок для деталей машин. Примерно
около 70% (по массе) заготовок получают литьем, а в некоторых
отраслях машиностроения, например в станкостроении, 90—95%.
Широкое распространение литейного производства объясняется
большими его преимуществами по сравнению с другими способами
производства заготовок (ковка, штамповка). Литьем можно полу¬
чить заготовки практически любой сложности с минимальными
припусками на обработку. Это очень важное преимущество, так
как сокращение затрат на обработку разрезанием снижает себе¬
стоимость изделий и уменьшает расход металла. Кроме того, про¬
изводство литых заготовок значительно дешевле, чем, например,
производство ПОКОВОК.'Способ изготовления изделий из жидкого металла едва ли не
самый древний. Данные археологических раскопок свидетельству¬
ют о том, что начало литейного дела относится к III в. до нашей
эры. В то время отливали различные изделия из бронзы и предме¬
ты украшения из благородных металлов. Позже появился чугун.
Из чугуна изготовляли пушки и ядра для них.На территории нашей страны найдено много литых изделий, от¬
носящихся к разным эпохам. Для защиты от врагов требовались
пушки, и изготовление их было хорошо поставлено в Москве. Об¬
разцы, хранящиеся теперь в Московском Кремле, расценивается
как произведения искусства'. В них поражает чистота поверхности,
тщательность и изящество отделки, грандиозность размеров. Из¬
вестная бронзовая «Царь-пушка» массой 40 т отлита московским
умельцем Андреем Чоховым в 1586 г., «Царь-колокол» массой
200 т отлит из бронзы Иваном Моториным в 1733—1735 гг. Обра¬
щает на себя внимание высокое качество бронзы, плотность струк¬
туры металла. В 1782 г. в Петербурге был открыт памятник Пет¬
ру I — «Мешный всад>ник>. Эта^ величественная фигуїра всадника
на коне была изготовлена из бронзы скульптором Э. М. Фальконе.
Масса памятника 22,1 т. В верхней части фигуры толщина стенки
не превышает 7,5 мм, а в нижней — 22 мм.Развитие литейного производства вплоть до наших дней про¬
ходило по двум направлениям: изыскание новых литейных сплавов3
и новых металлургических процессов; совершенствование техноло¬
гии и механизации производства.Большие успехи достигнуты в области изучения и улучшения
механических и технологических свойств серых чугунов — наибо¬
лее распространенных и дешевых литерных сплавов. Освоены цвет-
ные^сплавы и легированные стали для фасонного литья, обладаю¬
щие специальными физическими и механическими свойствами.
Усовершенствованы металлургические процессы выплавки черных
и цветных сплавов.Все шире внедряются в литейное производство передовые спо¬
собы производства, созданные на научной основе. При этом боль-
-шое внимание уделяется снижению трудоемкости изготовления от¬
ливок и одновременно повышению их точности. Все большее рас¬
пространение получают и совершенствуются специальные виды
литья: в кокиль, под давлением, в оболочковые формы, по выплав¬
ляемым моделям и другие, обеспечивающие получение точных от¬
ливок и, следовательно, уменьшение затрат на обработку реза¬
нием.В СССР разработана и внедрена технология изготовления пла¬
стичных самотвердеющих смесей (ПСС), жидких самотвердеющих
смесей (ЖСС). Применение этих смесей позволило получить боль¬
шой экономический эффект. -За, последние годы освоены многие прогрессивные технологиче¬
ские процессы, повышающие качество, снижающие затраты на из¬
готовление отливок, обеспечивающие защиту окружающей среды.
Освоено серийное производство нового оборудования, в том числе
автоматических линий изготовления отливок в разовых формах,
автоматических и 'Полуавтоматических машин и линий.Большое внимание уделяется созданию теории конструирова¬
ния и разработке рабочих процессов высокопроизводительных и
бесшумных машин, комплексных автоматических линий и агрега¬
тов непрерывного действия с высокой степенью надежности, осно¬
ванных на эффективных технологических процессах производства
отливок с применением ЭВМ и АСУ.
ГЛАВА IМОДЕЛЬНАЯ ОСНАСТКА§ 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕНаибольшее число отливок получают в разовых (песча¬
ных) формах, выполняемых из формовочной смеси, состоящей из
кварцевого песка, огнеупорной глины и специальных добавок. Пос¬
ле затвердевания металла форму разрушают й извлекают от¬
ливку.В качестве примера рассмотрим изготовление разовой формы
для отливки тройника (рис, 1 , а). Чтобы получить ту или иную от¬
ливку в разовой форме, прежде всего требуется сделать для нее
модельный комплект, который состоит из модели и стержневых
ящиков.Модель имеет конфигурацию, аналогичную отливке, но разме¬
ры ее больше на величину усадки металла. В данном случае мо¬
дельный комплект выполнен из дерева и состоит из модели и од¬
ного стержневого ящика. Разъемная модель (рис. 1,6) состоит из
двух частей 2, которые соединяются друг с другом по плоскости
разъема в помощью шипов.В плоскости разъема на верхней половине модели имеются ши¬
пы, а на нижней—соответствующие им гнезда. Контур модели
точно воспроизводит наружный контур отливки. Внутренний кон¬
тур (полость отливки) выполняется стержнем, который изготовля¬
ют из стержневой смеси, уплотняемой в специальном стержневом
ящике (рис. 1,з). После уплотнения смеси ящик разбирают, из¬
влекают стержень, высушивают его и затем устанавливают в фор¬
му. Выступающие части стержня 1 называют знаками; знаки слу¬
жат для установки стержня в форме. Части 2 (см. рис. 1,6) моде¬
ли, с помощью которых в форме получаются отпечатки стержне¬
вых знаков, называют знаковыми.Для изготовления формы нижнюю половину модели и модели
питателей 10 (рис. 1,з), предназначенных для подачи металла в
полость формы, устанавливают на модельную плиту 7, затем ста¬
вят опоку 8 (рис. 1,г). Чтобы формовочная смесь не прилипала к
поверхностям модели и плиты, их посыпают сухим разделитель¬
ным составом, графитом или ликоподием. В опоку сначала насы¬
пают облицовочную формовочную смесь слоем 20—25 мм, затем —
наполнительную формовочную смесь В условиях массового произ¬
водства, когда трудно автоматизировать раздельную подачу двух
смесей, применяют единую формовочную смесь.5
Рис. 1. Последовательность изготовления разовой формы:X) — наружный днаметр; d — внутренний диаметр; L — длина6
В опоке формовочную смесь уплотняют, после чего иглой-шом¬
полом делают каналы 9 для выхода газов из формы во время за¬
ливки расплава. Затем нижнюю полуформу 3 переворачивают на
180° и на нее устанавливают верхнюю половину модели и модели
литниковой системы (рис. 1,5): питателя 6, шлакоуловителя 11,
стояка 12, выпоров 13 (ом. рис. 1, з). Поверхность разъема и моде¬
ли присыпают разделительным составом, ставят верхнюю опоку
14 по центрирующим штырям 5 (рис. 1,(5). В опоку засыпают фор¬
мовочную смесь, уплотняют, излишек смеси счищают и извлекают
модели стояка и выпоров. Затем разнимают опоки и вынимают мо¬
дели из полуформ (рис. 1,е). Рабочие полости полуформ продува¬
ют, чтобы удалить случайно попавшие частицы смеси.В нижнюю полуформу устанавливают стержень 1 (рис. 1 ,ж)
так, чтобы его знаковые части вошли в соответствующие отпечат¬
ки знаковых частей модели в форме. Правильность установки
стержня контролируют шаблонами. Затем верхнюю полуформу 4
ставят на нижнюю и скрепляют их скобами или хомутиками. Это
необходимо для того, чтобы расплав не приподнимал верхнюю по¬
луформу и не вытекал по разъему формы.Форму заливают раоплавом через каналы литниковой системы.
После заливки формы расплав охлаждается и затвердевает — по¬
лучается отливка 15 (см. рис. 1,з), которую извлекают из формы,
очищают от пригоревшей формовочной смеси, отделяют литнико¬
вую систему и выбивают стержни. Затем отливку обрубают и под¬
вергают контролю: проверяют геометрические размеры, плотность
и герметичность (если требуется, по ТУ), выявляют внутренние де¬
фекты и т. п. После этого отливки поступают на обработку реза¬
нием.Приведенный пример показывает, что изготовление отливки
представляет собой сложный комплекс технологических процессов,
схематически показанных на рис. 2 (ГОСТ 2.423—73).Технология изготовления отливки начинается с изготовления
модели и стержневых ящиков, опок, модельных плит, шаблонов
для проверки размеров формы и стержней. Все эти операции вы¬
полняют в модельном цехе завода.Подготовка материалов для изготовления литейной формы осу¬
ществляется на складе формовочных материалов. Там исходные
формовочные материалы высушивают, просеивают и отправляют в
смесеприготовительное отделение, где в специальных смесителях
приготовляют формовочные и стержневые смеси.Литейные формы и стержни изготовляют в формовочном и
стержневом отделениях цеха, там же собирают формы. Весь этот
процесс называют формовкой.Важным звеном технологического процесса -является приготов¬
ление расплава — плавка, которая начинается с подготовки ших¬
товых материалов, хранящихся на складе — шихтовом дворе. Здесь
материалы сортируют и после проверки химического состава по¬
дают в правильное отделение. Для плавки чугуна обычно приме¬
няют вагранки, пламенные и электрические печи; для плавки ста-7
Рис. 2. Схема технологического процесса изготовления отливок в песчаной формели—мартеновские печи, конверторы, электрические печи; для
плавки цветных металлов — пламенные и электрические печи.В качестве шихтовых материалов для отливок нз чугуна и ста¬
ли используют литейные и передельные чугуны, стальной и чугун¬
ный лом, возвраты собственного производства (литники, прибыли,
брак), брикетированную стружку, ферросплавы. Для отливок из
цветных сплавов используют чистые исходные материалы в чуш¬
ках— алюминий, магний, лигатуры, а также сортированные воз¬
враты собственного производства. Кроме того, при плавке приме¬
няют флюсы — материалы, необходимые для образования шлака,
а также для очистки металла.После приготовления расплав сливается из печи в разливочные
ковши и подается на заливку форм. После заливки охлажденные
отливки выбивают из формы на специальных выбивных устройст¬
вах— решетках. Отработанная формовочная смесь по ленточному
конвейеру направляется для охлаждения и переработки в смесе¬
приготовительное отделение. Отливки же поступают в очистное от¬
деление для очистки и обрубки. Затем очищенные отливки посту¬8
пают в отдел технического контроля (ОТК). После контроля от¬
ливки подвергают термической обработке для снятия внутренних
напряжений: отжигу, нормализации, искусственному старению.
Затем (при необходимости) отливки вновь контролируют и на¬
правляют на обработку резанием.§ 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВМодель с отъемными частями, стержневыми ящиками,
шаблонами для контроля размеров, моделью литниковой системы
называют модельным комплектом.Рабочие поверхности модели и стержневых ящиков должны
быть гладкими и чистыми, чтобы з форме получался четкий отпе¬
чаток модели.Материалом для изготовления моделей служат древесина, ме¬
таллы, специальные материалы — заменители. К последним отно¬
сятся пластмассы, гипс, цемент, бетон. Материал выбирают в за¬
висимости от характера производства и сложности детали.В единичном и мелкосерийном производстве модельные комп¬
лекты обычно делают из древесины. Стоимость деревянного мо¬
дельного комплекта значительно ниже стоимости металлического,
что важно в единичном производстве, когда модель используют да¬
леко не до полного износа. В массовом производстве экономичес¬
ки целесообразно применять металлический модельный комплект,
который в.несколько раз прочнее деревянного.Модельную оснастку изготовляют в модельном цехе. Техноло¬
гическая разработка получения отливки выполняется технологом-
литейщиком. Затем на основании этой разработки технолог-мо¬
дельщик создает технологию изготовления модельного комплекта.
Прежде всего на листах фанеры вычерчивают конструкцию буду¬
щей модели в натуральную величину. Такого элементарного черте¬
жа бывает достаточно, когда модель изготовлена из дерева. При
проектировании металлических моделей необходимы подетальные
конструкторские чертежи.Во всех случаях проектирование модельного комплекта начи¬
нают с разработки технологического чертежа отливки, который
выполняют непосредственно на конструкторском чертеже. На тех¬
нологическом чертеже отливки (рис. 3) в соответствии с ГОСТ,
2.423—73 указывают поверхность разъема модели, а следователь¬
но, положение модели при формовке, а также положение отливка
при заливке формы жидким металлом. В некоторых случаях форс
мовку выполняют в горизонтальном положении, а заливку — в вер¬
тикальном. Затем назначают прилуски на обработку отливки, ука¬
зывают усадку металла, размеры стержневых знаков, границы
между стержнями, проектируют литниковую систему.Поверхность разъема должна обеспечивать свободное извлече¬
ние модели из формы при минимальном числе отъемных частей
и стержней. При выборе поверхности резъема следует учитывать:
Арасположение отливки в форме, так как от этого зависят ее ка¬
чество, расход формовочных материалов, размеры оснастки;свойства сплава; условия производства и т. п. На чертеже по¬
верхность разъема обозначают'горизонтальной линией с указани¬
ем стрелками направления верха В и низа Н (см. рис. 3).Припуски на обработку резанием назначают для того, чтобы
обеспечить после обработки получение размеров и чистоты поверх¬
ности детали в соответствии с чертежом. Припуск зависит от клас¬
са отливки, размеров детали и положения данной поверхности в
форме во время заливки. На нижние и боковые поверхности дают
одинаковые припуски, на верхнюю поверхность припуск увеличи¬
вают. Последнее объясняется тем, что во время заливки / различ¬
ные неметаллические включения (пузырьки газов, шлак ц др.), по¬
падающие в расплав, всплывают и загрязняют поверхность отлив¬
ки. Припуски1 на обработку чугунных отливок назначают по ГОСТ
1855—55 (табл. 1), на обработку стальных отливок — по ГОСТ
2009—55 (табл. 2). Припуски на обработку отливок из цветных
сплавов приведены в табл. 3.Фасонные отливки по точности получаемых размеров делят на
три класса. Для I класса припуски на обработку принимают наи¬
меньшие, для III класса — наибольшие.1 Включенные в книгу данные соответствуют действующим стандартам на
1.01.85 г.10
Таблица 1. Припуски, мм, на обработку резанием отливок из серого
чугуна I, 11^ III классов точностиНаибольший
размер от¬
ливки, ммПоложение
поверхности
при заливкеНоминальный размер К ммдо50св. 50 до120СВ120 до 200III1IIIIIIIIIII2,53,52,54,04,52,02,52,03,03,5		2,54,03,04,55,03,05,06,52,03,02,53,54,02,54,04,53,54,53,55,06,04,06,07,02,53,53,04,04,53,54,55,04,55,04,56,07,05,06,57,03,54,03,54,55,04,04,55,05,06,05,0,7,07,06,07,08,03,54,04,05,05,54,55,06,05,57,06,07,58,06,58,08,04,04,54,55,06,04,55,56,06,07,06,57,59,06,58,09,04,05,04,55,07,04,55,57,06,07,56,57,59,07,08,010,04,55,55,05,57,05,06,08,0—7,5—8,09,0—8,510,0—5,5—.6,07,0—6,58,0————9,0——10,0——■—7,0——8,0До 120Св. 120
до 260
Св. 260
до 500
Св. 500
до 800
Св. 800
до 1250
Св. 1250
до 2000
Св. 2000
до 3150
Св. 3150
до 5000
Св. 5000
до 6300
Св. 6300
до 10 000Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бок
Верх
Низ, бокПод номинальным размером понимается наибольшее расстояние
ными обрабатываемыми поверхностями или расстояние от базисной
(отливки) до обрабатываемой поверхности.между противополож-
поверхиости или осеТаблица 2. Припуски, мм, на обработку резанием стальных отливокI класса точностиНаибольший
размер от¬
ливки, ммДо 120Св. 120
до 260
Св. 260
до 500
Св. 500
до 800
Св. 800
до 1250
Св. 1250
до 2000
Св. 2000
до 3150
Св. 3150
до 5000Положениеповерхности
пои заливкеДо120Верх3,5Низ, бок3,	Верх:45Низ, бок33,5Верх55Низ, бок34Верх56Низ, бок44,5Верх77Низ, бок55Верх88Низ, бок66' Верх99Низ, бок77Верх1010Низ, бок88Номинальный размер, им647586
9
6107
118Св.Св.Св.Св.120260500800доДОдодо2605008001250Св.1250до20007586
97
108
1289_.6—	910	77	1112128891213139910Св.2000до3150Св.3150До5000161211
Таблица 3. Наибольшие припуски, мм, на обработку резанием
отливок из цветных сплавовПроизводство отливокНаибольший
размер отливки
(длина или
высота), ммЩмассовоесерийноеединичноеПростыеСложныеПростыеСложныеПростыеСложныеДо 1001,522323Св. 100 до 2001,522334Св. 200 до 300222445Св. 300 до 500333556Св. 500 до 800344557Св. 800 до 1200455668Св. 1200 до 1800455779Св. 1800 до 26005668810Св. 2600 до 3800——799ИСв. 3800 до 5400——8101013Св. 5400——9121215При ручной формовке размеры отливок всегда получаются
больше указанных на чертеже вследствие расталкивания модели
при извлечении ее из формы.•	В целях получения более точных размеров на моделях преду¬
сматривают отрицательные припуски — уменьшение толщины на¬
ружных стенок отливки путем изменения наружного размера в
пределах допуска. Отклонения от номинальных размеров на моде¬
лях должны укладываться в нормы, предусмотренные ГОСТом для
разных классов точности (табл. 4).Усадка. В литейной форме расплав охлаждается и в опреде¬
ленном интервале температур переходит из жидкого состояния в
твердое. Этот переход сопровождается уменьшением объема ме¬
талла, т. е. объема отливки. Такое явление называют усадкой. При
изготовлении моделей учитывают линейную усадку, т. е. уменьше-Таблица 4. Допуски (предельные отклонения) на свободные
размеры моделей, ммРазмер,
модели, ммКласс точностиРазмер
модели, ммКласс точностиIпIIIIIIIIIДо 10
10—30
30—50
50—100
100—200
200—300
300—500
500—800
800—1200
1200—2000”±0,05±0,07±0,08±0,10±0,12±0,15±0,20±0,25±0,30±0,40±0,10±0,15±0Д8±0,20±0,25±0,35±0,45±0,50±0,60±0,80±0,15±0,25±0,30±0,35±0,50±0,70±0,90±1,00±1,20±1,502	000— 3 0003	000— 4 0004	000— 5 0005	000— 6 5006	500— 8 000
8 000—10 00010 000—12 500
12 500—16 000
16 000—20 000
Св. 20 ООО±0,5±0,5±0,6±0,7±0.8і±0,9±1,0±1,0±1,1±1,3±1,4±1,6±1,8±2,0±i2,2±2,5±3,0±2,0±2,2±2,5±2,8±3,2±3,5±4,0±4,5±5,0±6,012
ние размеров в каждом измерении отдельно (по длине, ширине и
высоте). Для получения размеров ртливки в соответствии с задан¬
ными по чертежу все размеры на модели должны быть больше на
величину усадки металла.Усадка выражается в процентах и каждый сплав имеет свое
значение усадки. Так, линейная усадка серого чугуна 0,8—1,2%,
углеродистой стали 1,5—2%, медных сплавов 1,2—1,5%, алюми¬
ниевых сплавов 1,0—1,5%. На технологическом чертеже крупной
и сложной отливки должна быть раздельно указана усадка подли¬
не, ширине и высоте, так как на величину усадки влияют стержни,
ребра жесткости, разностенность отливки, температура заливаемо¬
го расплава.Тонкие стенки и ребра жесткости, затвердевающие раньше тол¬
стых стенок, оказывают сопротивление усадке. Стержни, находясь
внутри отливки, также препятствуют усадке, особенно при недо¬
статочной их податливости. В результате усадка оказывается за¬
трудненной, что вызывает в отливках внутренние напряжения, ко¬
торые могут привести к возникновению трещин или короблению
отливок.При изготовлении моделей применяют так называемый усадоч¬
ный метр или линейку. Каждое деление такого метра больше эта¬
лонного на величину усадки. Например, при усадке сплава 1,5%
усадочный метр имеет полную длину 1015 мм и разделен на 1000
делений. Усадочным метром пользуются, как обычным.В подетальных чертежах элементов металлических моделей все
размеры указывают с припуском на обработку и с учетом усадки
металла, так как эти детали обрабатывают на металлорежущих
станках, причем все замеры выполняют обычным мерительным ин¬
струментом, не учитывающим усадку.Стержневые знаки. В большинстве случаев стержни устанавли¬
вают и укрепляют в форме на знаках (см. рис. 1). Конструкция
знака зависит, от конфигурации и габаритных размеров стержня.
Стержневые знаки должны обеспечивать устойчивое положение
стержня в форме до и во время заливки. На стержень в жидком
металле, как на любое тело, погруженное в жидкость, действуют
выталкивающие силы. Поэтому все стержневые з,наки должны
иметь определенные размеры, достаточные для того, чтобы обес¬
печить устойчивое положение стержня, но не чрезмерно большие,
чтобы не вызывать увеличение размеров оснастки и удорожание
формы. Длину I горизонтальных знаков (рис. 4, а) принимают в
пределах 15—300 мм в зависимости от длины L стержня. Высота
нижних h и верхних hi вертикальных знаков (рис. 4, б) может быть
в пределах 20—110 мм. Нижние знаки вертикальных стержней яв¬
ляются опорными, поэтому, как правило, h>hu В ««которых слу¬
чаях для упрощения сборки формы верхние знаки не делают, но
если стержень высокий и недостаточно устойчив на нижнем знаке,
верхний знак делать необходимо.Знаковые части стержней на моделях делают больших разме¬
ров, чем в стержневых ящиках, вследствие чего при сборке формы13
Ркс. 4. Стержневые знаки:а — горизонтальный; 6 — вертикальный (а, Ь — стороны сечения знака)между поверхностью формы й знаком стержня образуется зазор.
Отсутствие зазоров приведет к тому, что форму нельзя будет со¬
брать. Зазоры «і, $2, s3 (см. рис. 4) зависят от размеров стержня,
их назначают в пределах 0,15—5,5 мм. Вертикальные поверхности
знаков выполняют с уклонами а, 0 к поверхности разъема, необ¬
ходимыми для сборки формы. Уклоны на знаках могут быть 2—
10°. Верхние знаки делают с большим уклоном р во избежание
поломок при накрытии верхней полуформой.На мелких моделях для формовки по-сырому в массовом иРис. 5. Установка горизонтальных и вертикальных стержней в сырой форме
14
Рис. 6. Формовочные уклоны р на моделях (Л — высота модели)крупносерийном производстве на горизонтальных и вертикальных
знаках предусматривают обжимной поясок 1, или кольцо (рис. 5).
Обжимное кольцо плотно облегает знак^стержня и препятствует
лроникновению металла в торцовую часть знака, куда выходит
вентиляционный канал стержня.В форме под нижним вертикальным знаком выполняют кольце¬
вую канавку 2, в которой собираются песчинки и комочки смеси,
осыпавшиеся при сборе. У вертикального стержня, который при
заливке легко может всплыть, знак 3 делают с расширением
внизу.Формовочные уклоны выполняют на плоскостях модели, пер¬
пендикулярных к разъему формы, для того, чтобы модель легко
вынималась из формы, не вызывая ее повреждений. Наличие ук¬
лонов на моделях является главной причиной значительных откло¬
нений размеров отливок от номинальных размеров. В соответствии
«с ГОСТ 3212—80 уклоны на наружных и внутренних стенках мо¬
дели можно выполнять или с увеличением размеров «в плюс» (рис.
6, а) для обрабатываемых поверхностей, или с уменьшением раз¬
меров «в минус» (рис. 6, 6) для необрабатываемых поверхностей и
сопрягаемых с другими деталями, или одновременно с увеличением
и уменьшением размеров по средней линии (рис. 6, в). Чем больше
высота поверхности, тем меньше абсолютное значение уклона. На
деревянных моделях уклоны делают больше, чем на металлических
моделях равных габаритных размеров. Это объясняется тем, что
металлические модели имеют более гладкую поверхность, не разбу¬
хают, не коробятся в отличие от деревянных.Литниковая система—это система вертикальных и горизон¬
тальных каналов в форме, по которым расплав поступает в ее по¬
лость.На технологическом чертеже отливки указывают размеры всех
элементов литниковой системы, необходимые для изготовления
модели, а также материал, предназначенный для данного модель¬
ного комплекта, классы прочности и точности модельного комп¬
лекта.15
§ 3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВВ единичном и мелкосерийном производстве отливок
наиболее целесообразно модельную оснастку изготовлять из древе¬
сины. Древесина — сравнительно дешевый материал, обладает хо¬
рошими технологическими свойствами. При достаточной прочно¬
сти она легко обрабатывается и пОсле обработки имеет чистую и
гладкую поверхность, что для модели очень важно. Древесина хо¬
рошо соединяется с помощью клея, гвоздей, шурупов, имеет малую
плотность.Недостатком древесины являются пористость и гигроскопич¬
ность, а при высыхании — коробление или даже растрескивание
вследствие неравномерной сушки. В целях предохранения поверх¬
ности моделей и стержневых ящиков от влаги применяют защит¬
ные покрытия. По прочности деревянные модели значительно ус¬
тупают металлическим, но они гораздо дешевле.В модельные цехи древесина поступает в виде готовых пиломатериалов —
брусков и досок. Ширина доски должна быть больше двойной ее толщины. На¬
пример, при толщине доски 40 мм ширина ее должна быть больше 80 мм. Пило¬
материал с шириной менее двойной толщины называется бруском. Бруски и доски
имеют определенные стандартные размеры. Пиломатериалы из хвойных пород
дерева поставляют по ГОСТ 8486—66; из лиственных пород — по ГОСТ 2695—
83. Варианты распиловки древесины приведены на рис. 7. ►Сушка древесины. Сухая древесина значительно прочнее сырой, лучше склеи¬
вается и окрашивается. Модели должны быть прочными, сохранять точную фор¬
му н геометрические размеры. Поэтому сырая древесина для моделей не пригод¬
на. При высыхании она коробится или растрескивается. Однако излишне сухая
древесина впитывает влагу нз атмосферы в тем большей степени, чем больше
разность влажности древесины и окружающей среды. Практически древесина,
предназначенная для изготовления моделей, должна содержать свободной влаги
8—10%. Влага, входящая в состав клеток древесины, называется связанной.
Цель сушки — понизить'содержание свободной влаги, которая в сырой древе¬
сине достигает 50—60%.Естественная, или воздушная, сушка — это сушка на воздухе
в течение длительного времени (до нескольких лет). Пиломатериал укладывают
под навесом таким образом, чтобы воздух постоянно циркулировал внутри
штабелей. Штабели должны быть приподняты над землей так, чтобы влага из
почвы не проникала в древесину. Качество древесины, высушенной на воздухе,
значительно выше, чем древесины, высушенной искусственным способом. Недо¬
статок естественной сушки — большая длительность, а также возможность загни¬
вания пиломатериала.Искусственная сушка может-быть тепловая или жидкостная. Чаще
всего применяют тепловую сушку нагретым воздухом в камерных сушилках.
Воздух в камерах подогревается паровым калорифером. В первый период сушки
древесину распаривают для того, чтобы она хорошо прогрелась. Затем уже
начинается процесс испарения влаги, которая удаляется из камеры естествен¬
ной или принудительной вентиляцией. Для искусственной сушки материал под¬
бирают по породам и толщине досок. Длительность сушки 5—6 сут, температура
сушки 70—ЭСГС (в зависимости от породы дерева).Сушку токами высокой частоты (ТВЧ) применяют редко вследствие больших
расходов электроэнергии. Еще реже применяют сушку древесины в жидкой
среде; при этом пиломатериал в контейнерах погружают в ванну с расплавлен¬
ным петралатумом, имеющим температуру 110—130°С.' Древесина прогревается,
и начинается процесс испарения влаги. Недостаток такой сушки заключается в
том, что поверхностные слои досок, пропитанные петралатумом, плохо склеива¬
ются.Искусственная сушка не требует много времени, и, кроме того, при ней со¬
вершенно исключаются такие пороки древесины, как синева, загнивание н др.
Недостатками искусственной сушки являются значительные затраты топлива, а
также возможное коробление И растрескивание пиломатериала при очень жест¬
ком режиме сушки.Классификация моделейДеревянные модельные комплекты можно классифициро¬
вать по следующим признакам: по роду металла, для которого они
предназначены, по конструкции, по способу изготовления литейной
формы, по сложности, прочности и точности.Конструкция модели зависит в первую очередь от конструкции
детали и особенностей технологии литья этой детали, которая, в
свою очередь, зависит от сплава, предназначенного для получения
отливки. По конструкции модели делят на разъемные и неразъем¬
ные, на полые и массивные (целые).Мелкие деревянные и металлические модели делают сплошны¬
ми. Крупные модели всегда изготовляют пустотелыми, что облег¬
чает их, делает более жесткими, снижает расход материала и стои¬
мость. Чтобы модель (особенно крупная) лучше извлекалась из
формы, волокна древесины следует располагать в направлении ее
извлечения.Конструкция модели зависит также от способа изготовления
литейной формы. Так, для машинной формовки модель может
быть неразъемной или с одним (желательно плоским) разъемом.
На моделях стараются делать как можно меньше отъемных час¬
тей, а для выполнения различных углублений и выступов на по¬
верхности отливки применяют стержни. Модели для ручной фор¬
мовки имеют различные поверхности разъема, в том числе криво¬
линейные, часто имеют отъемные части. Модели для машинной
формовки, как правило, пригодны для ручной формовки. Однако
модели, сделанные для ручной формовки, не всегда пригодны для
машинной. Для очень крупных деталей простой конфигурации де¬
лают скелетные модели, представляющие собой лишь остов де¬
тали.В единичном производстве для деталей, имеющих форму тела
вращения или постоянное сечение по всей длине, вместо модели
можно использовать шаблон (или несколько шаблонов). Шаблоны
вырезают из фанеры или доски по наружному и внутреннему кон-17
турам отливки. Рабочая грань, срезающая смесь при изготовлении
(формы, обшивается листовой сталью. Шаблоны значительно де¬
шевле моделей, но формовка по шаблону, намного сложнее, чем по
.модели.По сложности изготовления модели разделяют на
простые, сложные, очень сложные. К простым относятся модели
.неразъемные или с плоским разъемом, без отъемных частей и
стержневые ящики с прямолинейными поверхностями. К слож¬
ным-— модели для деталей с криволинейными поверхностями и не¬
большим числом стержней. К очень сложным — крупные модели с
криволинейными поверхностями для тонкостенных деталей с боль¬
шим числом стержней. Очень сложными моделями считают модели
всех размеров для тонкостенных деталей, имеющих криволинейный
контур с большим числом сложных стержней. Эти модели выпол¬
няют по I и II классам прочности. Классификация модельных
комплектов по сложности необходима для установления норм на
модельные работыПо прочности модельные комплекты делят на три класса.
По I классу выполняют модели в массовом и крупносерийном про¬
изводстве. Заготовки тщательно склеивают из тонких брусков с
учетом направления годичных колец, с тем чтобы исключить ко¬
робление модели. Все неподвижные соединения прочно выполняют
на клею с. помощью шпонок, шипов, нагелей и шурупов. Высту¬
пающие части, подверженные наибольшему износу, облицовывают
твердой древесиной. Тонкие части (ребра, кромки) армируют ме¬
таллом. Тонкие, непрочные модели (например, маховики) для руч¬
ной формовки делают цельными и врезают по поверхности разъ¬
ема в деревянную модельную плиту. Поверхность модели тщатель¬
но отделывают.Модели I класса подвергают профилактическому ремонту и хра¬
нят на складе.-По II классу прочности изготовляют модели в серийном и мел¬
косерийном производстве. Заготовки склеивают менее тщательно,
с меньшим числом слоев. Неподвижные соединения выполняют с
помощью клея, шипов, нагелей, шурупов и гвоздей. Стержневые
ящики обычно делают разъемными. Для удобства извлечения
стержня ящики разрезают на две и более частей, которые перед
набивкой стержня скрепляют между собой. Тонкие и непрочные
по конструкции модели, как и модели I класса, врезаются в дере¬
вянные модельные плиты. Модели II класса хранят на складе и по
мере необходимости подвергают ремонту.По III классу изготовляют модели при единичном- и мелкосе¬
рийном .производстве. Эти модели предназначены в основном для
ручной формовки. Заготовки склеивают из крупных кусков. Допус¬
кается отдельные части модели делать без переклейки, а высту¬
пающие части приклеивать без врезания.Стержневые ящики могут быть разъемными упрощенной кон¬
струкции. Число ящиков сокращают до минимума. Ящики выпол¬
няют «с переделкой», т. е. по одному ящику изготовляют несколь¬18
ко разных стержней, переделывая его — заменяя или переставляя
отдельные части непосредственно на рабочем месте.Минимальное число съемов форм составляет: с моделей I клас¬
са прочности 150, II класса — ЗО, III класса — 8.По точности изготовления деревянные модели делят на
три класса. Точность обусловливается отклонением размеров от
номинальных, указанных на чертеже. Отклонения могут быть к
сторону увеличения размера — верхнее ( + ) или в сторону умень¬
шения размера—-нижнее ( —). Верхним отклонением называют
разность между наибольшим предельным и номинальным разме¬
рами; нижним отклонением —разность между предельным номи¬
нальным размером и наименьшим предельным отклонением. Разме¬
ры могугг быть свободными и сопрягаемыми. Свободные размеры не
■входят в 'размерные цепи и не влияют на точность соединения дета¬
лей или частей. Сопрягаемые размеры определяют точность соеди¬
нения нескольких частей .или деталей (інанримеїр, размеры стержне¬
вых знаков иа модели и в стержневом ящике).Деревянные модели быстрее теряют точность, чем металличес¬
кие, так как древесина легко впитывает влагу из окружающей
среды (в данном случае из формовочной смеси) и затем легко вы¬
сыхает. При этом изменяются размеры модели. Точность деревян¬
ных моделей связана с их прочностью. Прочная модель лучше со¬
храняет свою'точность. Поэтому модели I класса точности должны
быть изготовлены по I классу прочности. На моделях I класса точ¬
ности в зависимости от габаритных размеров допустимые отклоне¬
ния достигают ±2 мм; на моделях II класса ±3 мм, на моделях
III класса ±4 мм.В серийном производстве делают одновременно два-три модель¬
ных комплекта (дублеры), которые попеременно находятся в ра¬
боте и на ремонте. Очень важно, чтобы между всеми этими комп¬
лектами была взаимозаменяемость, т. е. стержневые ящики от од¬
ного комплекта должны, подходить к другому комплекту, и наобо¬
рот. Взаимозаменяемость, однако, возможна только в том случае,
если модельные комплекты изготовлены с отклонениями в преде¬
лах допусков для данного класса точности.Изготовление деревянных моделейВ массовом производстве процесс изготовления модель¬
ного комплекта подробно указывается в технологических картах.
В картах указывается материал для каждой части модели, после¬
довательность операций обработки, способы соединения частей мо¬
дели между собой, места установки подъемов и др. Вместе с техно¬
логическими картами модельщик получает чертеж детали. В еди¬
ничном и мелкосерийном производстве модель делают по конст¬
рукторскому чертежу с нанесенной на нем технологией отливки.После тщательного изучения технологии отливки модельщик соз¬
дает чертеж модели на листе фанеры. Модельный чертеж выпол¬
няют в натуральную величину по усадочному метру с припусками19
Рис. 8. Мерительный инструмент:с—угольник; б—малка; в—циркуль; г—кронциркуль; д—нутромер; колодка; 2—линейкана обработку резанием, формовочными уклонами и стержневыми
знаками. В дальнейшем этот чертеж-щиток является для модель¬
щика основным документом. По этому чертежу модельщик склеи¬
вает заготовки для отдельных частей модели, выполняет шаблоны,
необходимые для изготовления модели и стержневых ящиков, а
также для контроля стержней и сборки формы.Оборудование и инструмент. Для предварительной обработки древесины
применяют механические пилы, строгальные станки, для грубой предварительной
разрезки на куски — круглопильные станки. Ленточная пила служит для прямо¬
линейной и криволинейной распиловки досок. Для обработки плоскостей досок,
брусьев, щитов используют фуговальный станок. Рейсмусный строгальный ста¬
нок служит для получения досок определенной толщины. Обычно на рейсмусных
станках строгают доски, одна сторона которых обработана на фуговальном
станке. Стол станка перемещают по вертикали для установления заданной тол¬
щины обстругиваемой доски. Последняя прижимается к валу с ножами специ¬
альными валиками и роликами.Части моделей или стержневых ящиков, имеющие форму тела вращения,
обрабатываются на токарных станках. Заготовка закрепляется в специальном
патроне или на планшайбе. Механическая подача резца осуществляется суппор¬
том; заготовки крупных моделей диаметром до 3000 мм (шкивы, маховики) обра¬
батывают на токарно-лобовых станках. Для обработки заготовок используют
также фрезерные, долбежно-фрезерные и шлифовальные станки.Все деревообрабатывающие станки имеют большую скорость резания: на
строгальных станках 15—20 м/с, на пилах 50—60 м/с. Поэтому правила техники
безопасности в модельных цехах должны соблюдаться очень строго. Все быстро¬
режущие и приводные части станков необходимо ограждать; у каждого станка
должна быть вытяжная вентиляция для удаления пыли, опилок и стружки.Для закрепления заготовок во время обработки вручную имеется верстак —
рабочее место модельщика.Прн склеивании заготовки помещают под пресс или зажимают с помощью
струбцин.Модельщик имеет набор мерительного инструмента: эталонный метр, уса¬
дочный метр (линейки) с учетом усадки сплава (1; 1,25; 1,5; 1,75; 2,0% и т. д.),
угольник с прямым углом, малку (угольник с раздвижным углом), рейсмус для
вычерчивания параллельных линий, штангенциркуль, кронциркуль, нутромеры,
линейку (деревянную для проверки плоскостей), ватерпас. Некоторые из этих
инструментов показаны на рис. 8.20
шб)Рис, 9. Одинарный (а) н двойной (б) рубанки:/—колодка; 2—стружка: 3—горбач; 4—клин; 5—резецПри изготовлении деревянных моделей значительный объем работ выполняют
вручную, особенно если модели сложные с криволинейными поверхностями, реб¬
рами. Для ручной обработки дерева модельщику необходим набор режущего
инструмента: пнлы — лучковая, лобзик, ножовка; строгальный инструмент —
шерхебель, рубанок (рис.'9), фуганок, зензубель, фальцгебель, цинубель. Режу¬
щая часть в этих инструментах расположена в деревянной или металлической
колодке под углом 45°. Угол заточки режущей грани ножа зависит от направле¬
ния резания (вдоль, поперек волокна или в торец), твердости дерева и колеб¬
лется в пределах 45—60°. Ширина ножа и форма режущей грани у всех пере¬
численных инструментов различные и зависят от назначения этого инстру¬
мента.К режущему инструменту относятся также стамески (рис. 10). Плоскими
стамесками обрабатывают прямолинейные н выпуклые поверхности; полукруг¬
лыми стамесками вырезают внутренние криволинейные поверхности. Клюкарзы
применяют в случаях, когда трудно обработать поверхность обычными стамес¬
ками.Для долбления дерева применяют долото с углом заточки 25—30° и шири¬
ной лезвия 6—20 мм. Лезвие может быть плоское или скругленное.Для сверления служат специальные сверла, отличающиеся от сверл для
сверления металла. Вращение сверла осуществляется специальными приспособ¬
лениями — коловоротами и дре¬
лями. Применяют также свер¬
лильные станки, принципиально
не отличающихся от таких же
станков для обработки металла.В процессе изготовле¬
ния модельного комплекта
модельщик пользуется ме¬
рительными инструмента,-
ми и шаблонами, вырезан¬
ными из фанеры. Части
модели для ручной фор¬
мовки спаривают по плос¬
кости разъема с помощью
деревянных шипов или
металлических дюбелей.Заготовки для моделей
склеивают по-разному в'■МАWіРис. 10. Режущий инструмент:1—2—плоские н полукруглые стамески; 3—клюкарзы
разных профилей; 4— долото21
Рис. II. Заготовки, склеенные для моделей Рис. 12. Заготовки, скленные
классов прочности I (а), II (б), III (в)	для моделей (а) и стержневыхящиков (б) III класса проч¬
ностизависимости от класса прочности модели. Примеры склеивания за¬
готовок для моделей I и II классов прочности показаны на рис. II,
а заготовок для модели и стержневого ящика III класса прочно¬
сти — на рис. 12.Для извлечения модели из формы предусматривают приспособ¬
ления в виде металлических петель — подъемы. Их располагают на
модели в таких местах, чтобы модель легко и равномерно без пе-
рекосов-вынималась из формы. На небольших моделях по плоскос¬
ти разъема врезают металлические планки с резьбовым отверсти¬
ем, в которое ввертывается рым. Отверстие может быть прямо¬
угольной формы. В этом случае вставляют рым — подъем с Т-об¬
разным кондом — и поворачивают его на 90°. На крупных моделях
подъем делают из лолос стали с отверстием под крюк и прикреп¬
ляют его к модели винтами (рис. 13). На мелких моделях III клас¬
са прочности подъемы часто не делают.Отъемные части. Отъемными от модели делают различные вы¬
ступающие части, которые препятствуют извлечению модели из
формы; они остаются в форме и извлекаются отдельно.На деревянных моделях для ручой формовки все выступающие
части выполняют отъемными. На небольших моделях отъемные
части 1 крепят на шпонках в виде ласточкина хвоста (рис. 14,а).
Для прочности шпонки делают из более твердой породы дерева.
На крупных моделях отъемные части крепят с помощью деревян¬
ных шипов с ручками (рис. 14,6). Крепление отъемных частей
шпильками (рис. 14, в) менее надежно, применяют его только на
моделях III класса прочности.Рис. 13. Установка подъе¬
мов на крупных моделях:а—наружного; б—внутреннего6)22
Рис. 14. Крепление отъемных
частей на моделяхГалтели. Чтобы избежать образования трещин на отливках,
переходы от одной поверхности к другой выполняют плавными.
Для этого сопряжение поверхностей осуществляют с помощью гал¬
телей (внутренних углов) и округлений (наружных кромок). На
моделях I класса прочности галтели вырезают в теле модели или
врезают на клею в модель. На моделях II класса прочности дере¬
вянные галтели вклеивают. На моделях III класса прочности гал¬
тели выполняют из шпатлевки с помощью специального галтель-
инка, с -шарикам определенного диаметра или ■полукруглой стамест-
кой. Иногда в крупных моделях галтели делают по «маякам» —
кускам деревянных вклеенных галтелей, расположенных друг от
друга на расстоянии 500—800 мм. Так делают галтели с большим
радиусом. Все виды галтелей показаны на рис. 15. -Стержневые ящики по конструкции можно разделить на две
группы: вытряхные и разъемные. Конструкцию ящика выбирают в
зависимости от классов прочности и точности модельного комплек¬
та, а также от сложности стержня. К стержневым ящикам предъ¬
являются такие же требования, как и к моделям.Вытряхной ящик (рис. 16) представляет собой жест¬
кую коробку 1, в которую вставлены вкладыши 2. Вкладыши (их
внутренняя поверхность) образуют пошоїсггь для иабиюки стержня.
Стенки коробки имеют наклон 5° для того, чтобы она легко сни¬
малась, а вкладыши оставались на стержне. После изготовления
стержня ящик переворачивают на 180° и устанавливают на су-< в)Рис. 15. Галтели на моделях классов прочности I (а), II (б), III (в)23
Рис. 16. Вытряхной стержневой ящикшильной плите. Затем коробку поднимают, а стержень с вклады¬
шами остается на плите; вкладыши снимают со стержня и снова
помещают в коробку (для. изготовления следующего стержня).
В вытряхных ящиках получаются более точные стержни, чем в
разъемных.Разъемные ящики дешевле вытряхяых, так как проще
в изготовлении и для них требуется меньше материала. Линия
разъема ящика в вертикальной плоскости может проходить с угла
на угол по диагонали или может делить эту плоскость на две, че¬
тыре части. Стенки разъемного ящика скрепляют с помощью клинь¬
ев, болтовых стяжек (рис. 17). Последний способ более надежный,
поэтому применяют его чаще. Клиньями скрепляют части ящиков
только в единичном производстве.Боковые стенки разъемного ящика монтируют на поддоне — ос¬
новании ящика с помощью деревянных шипов или металлических
дюбелей (рис. 18, а). Если стержневой ящик предназначен для\Л-If-5Рис. 17. Схемы крепления частей разъемного стержневого ящика:
а—клиньями; б—болтовыми стяжками; 1—стенки; 2—клин; 3—стяжка; 4—барашек; 5—шайбі;
Вид АшхШд)Рис. 18. Крепление стержневого ящнка к поддону прн ручной (а) и машинной
(б) формовкеформовки на машине с поворотным столом, боковые стенки при¬
крепляют к поддону болтами или клиньями (рис. 18, б).Окончательная отделка модельного комплекта. Рабочую по¬
верхность модели и стержневых ящиков зачищают и шлифуют
наждачной бумагой (шкуркой) так, чтобы поверхность ее была
гладкой и чистой. Затем модельный комплект поступает в ОТК,
где его подвергают внешнему осмотру и разметке. При разметке
выявляют соответствие размеров модели чертежным. Для размет¬
ки модель устанавливают на разметочной плите в определенном
положении с помощью специальных подставок, у-становочных вин¬
товых домкратов, сдвоенных клиньев и т. д. Основным меритель¬
ным инструментом является рейсмус с линейкой; применяют также
нутромеры, штангенциркули, угольники.После разметки годный модельный комплект отправляют в
красильное отделение. Для предохранения деревянной модели от
влаги и получения наиболее гладкой и чистой рабочей поверхнос¬
ти модель окрашивают. Сначала всю рабочую поверхность грунту¬
ют, т. е. покрывают олифой. Затем все неровности (мелкие трещи¬
ны, выбоины от сучков) на поверхности модели шпаклюют. Моде¬
ли I класса прочности обычно не шпаклюют, так как поверхность
их должна быть чистой, без дефектов. Когда шпаклевка высохнет,
поверхность модели зачищают мелкой наждачной бумагой, покры¬
вают краской и лаком.Модели окрашивают в различные цвета в зависимости от спла¬
ва отливки. Для отливок из чугуна модели окрашивают в красный
цвет, для отливок из стали — в серый, для цветных сплавов —в
желты». Стержневые знаки всегда окрашивают в чермый цвет. На
моделях указывают номер детали, для которой она изготовлена,
число отъемных частиц, стержневых ящиков, элементов литнико¬
вой .системы, шаблонов. На крупных моделях все это записывают
черной краской, на мелких — ставят клеймо.Изготовление металлических моделейМатериалом для металлических моделей обычно служат
алюминиевые сплавы или серый чугун в зависимости от условий
производства, сложности и назначения детали. Наиболее часто
применяют вторичные алюминиевые сплавы (сплав АЛ 12, содер-25
жащий 9—11% Si, или сплав АЛ26), иногда сплавы на медной ос¬
нове.Широкое применение алюминиевых сплавов для модельных
комплектов объясняется сравнительно низкой стоимостью этих
сплавов, малой плотностью, стойкостью к коррозии. Алюминиевые
сплавы хорошо обрабатываются, и после обработки получается
чистая поверхность. К недостаткам алюминиевых сплавов следует
отнести низкую износостойкость. Для повышения прочности и из¬
носостойкости алюминиевые модельные комплекты армируют бо¬
лее износостойким сплавом (сталью, чугуном, бронзой.).Высокие тонкие ребра, выступы на сложных моделях, подвер¬
женные наибольшему износу, иногда выполняют из бронзы. Оло¬
вянная бронза хорошо сопротивляется истиранию, но слишком
дорога и дефицитна, к тому же имеет большую плотность.Удовлетворительным материалом для моделей является серый
чугун (например, СЧ 15), который имеет небольшую усадку, срав¬
нительно хорошо обрабатывается, достаточно прочен. В некоторых
случаях применяют модели, изготовленные из стали. Так, для чу¬
гунных гнезд текстильных веретен используют модели, выточенные
из сталя. Чтобы предохранить модели от коррозии, их хромируют.
Наиболее приемлемой для этого случая оказалась сталь У10, за¬
каленная на твердость HRC60. Изготовленные таким образом мо¬
дели имеют большую стойкость.Металлические модели применяют в крупносерийном и массо¬
вом производстве отливок; только в этом случае оправдываются
значительные затраты на их изготовление.Первым этапом при изготовлении модельного комплекта язля-
ется конструирование модели, которое выполняют на основе техно¬
логического чертежа данной отливки. Для каждой детали метал¬
лического модельного комплекта делают чертеж, что обусловлено
необходимостью обрабатывать эти детали на металлорежущих
станках, для каждого из которых следует определить точную тех¬
нологию обработки.При разработке технологии литейной формы, предшествующей
конструированию модельного комплекта, должны быть четко оп¬
ределены все технологические параметры изготовления отливки,
учтены возможности и особенности формовочных и стержневых
машин, найдены минимальные габаритные размеры опок, обеспе¬
чена необходимая .прочность модельного комплекта на заданное
число съемов. Чтобы облегчить модель, толщину ее стенок следу¬
ет делать минимальной, увеличивая прочность модели установкой
ребер жесткости на нерабочей поверхности. Для моделей и стерж¬
невых ящиков из разных сплавов толщину стенки можно опреде¬
лить в зависимости от среднего габаритного размера (А + В)/2
модели (рис. 19). Толщина р ребер жесткости должна составлять
0,7—0,8 толщины t стенки.Отъемные части на металлических моделях желательно не де¬
лать, Если же это необходимо, то отъемные части крепят шпонка¬
ми (рис. 20, а). Так же крепят вкладыши в стержневых ящиках2(1
Л ммCZl	2ZZав□□□181410Рис. 19. Номограмма для определения е
толщины стенок стержневого ящика (а)
и моделей (б) из сплавов:2I, 3—алюминиевых 2, 4— чугунных; 5—бронзы	аІ/И7\і/
/ А5S)о400 800 1200 1600 А*В,мм(рис. 20,6). В некоторых случаях достаточно фиксировать вкла¬
дыш с помощью выступа, как показано на рис. 20, в.Формовочиые уклоны на металлических моделях делают мень¬
ше, чем на деревянных, вследствие того, что рабочие поверхности
получаются более чистыми и гладкими.Металлические модели, как правило, применяют для машин¬
ной формовки, при которой модели извлекаются специальным ме¬
ханизмом. Формовочные уклоны на стенках, не подвергающихся
обработке резанием, должны быть предусмотрены в конструктор¬
ском чертеже детали. Это условие совершенно необходимо, осо¬
бенно при сопряжении в готовом изделии двух или более различ¬
ных деталей, изготовленных по разным моделям.Порядок изготовления металлических моделей: I) изготовле¬
ние деревянной .промодели, по которой отливается заготовка для
металлической модели; 2) обработка резанием деталей модельно¬
го комплекта;) 3) сборка модельного комплекта и монтаж на пли-
тах; 4) проверка и отладка модельного комплекта. Заготовки для
металлических моделей получают обычно литьем, для чего требу¬
ется модель, которую принято называть промодель. Промодель де¬
лают деревянной с учетом двойной усадки: металла модели и ме¬
талла отливки. Например, промодель для модели из алюминиево¬
го сплава, предназначенной для получения чугунных деталей,
должна быть выполнена с усадкой 2,2% (1%—усадка чугуна,
1,2% — усадка алюминиевого сплава).Припуски на обработку модели назначают в зависимости от
размеров модели и способа обработки. Несмотря на большой объ¬
ем механизации технологических процессов -при изготовлении
сложных моделей, объем ручной обработки остается довольно вы¬
соким. Вручную обрабатывают различные сложные поверхности с
припуском на обработку не более 2 мм. На плоские и цилиндричес¬
кие поверхности припуск на обработку назначают не более 6 мм.После обработки на станках детали модельного комплекта по¬
ступают на ручную слесарную обработку. В слесарную обработку
входят операции: доводка до таких чертежных размеров, которые
по темв или иным причинам не могли быть выполнены точно при
обработке на станке; обработка поверхностей, которые вследствие
сложности их конфигурации не могли быть обработаны на станке;
выполнение галтелей и переходов от одной поверхности к другой.Слесарную обработку выполняют металломоделыцики и высо¬
коразрядные слесари-лекальщики. Точность обработки контроли¬
руют обычными измерительными инструментами, а также специ¬
альными шаблонами. Слесарной обработкой достигаются точное
соответствие всех размеров модели чертежу и чистота поверхности.
На рабочих поверхностях модели не должно быть никаких следов
от режущего инструмента: рисок, вмятин, литейных неровностей
и т. д. Допустимая шероховатость рабочей поверхности должна со¬
ответствовать Ra = 2,5-і-1,25 мкм, а шероховатость плоскостей
разъема и остальных частей модельного комплекта Rz=404-
4-10 мкм.Металлические стержневые ящики чаще всего делают разъем¬
ными. Части ящика скрепляют шарнирными скобами, болтовыми
стяжками, клиньями и другими способами в зависимости от слож¬
ности конструкции ящика (рис. 21).Монтаж моделей на модельных плитахДля машинной формовки модели монтируют на односто¬
ронних или двусторонних плитах. На односторонней плите модель
находится только с одной стороны, поэтому требуются две плиты:
нижнюю часть модели укрепляют на одной плите, верхнюю
часть —на другой. Для безопочной формовки делают двусторон¬
ние модельные плиты, на которых нижнюю часть модели монтиру¬
ют с одной стороны плиты, верхнюю часть — с другой.Коробчатая форма плиты способствует повышению ее жестко¬
сти, предупреждает коробление. Выступ в нижней полуформе и со-28
а—Т-образный затвор; б—
П-образный затвор; $—за¬
твор с барашкомРнс. 21. Способы креп¬
ления частей металличе¬
ских стержневых ящи¬
ков:оттветствующее углубление в верхней полуформе исключают воз¬
можность сдвига при сборке, предупреждают .уход металла по
разъему.Модельные плиты для безопочной формовки делают из легких
алюминиевых сплавов цельнолитыми (отлитыми вместе с мо¬
делью) или сборными (модель изготовляют отдельно и затем мон¬
тируют на плите). В тех случаях, когда модели тонкие, ажурной
конструкции или одна из половин модели состоит из отдельных
частей, не соединенных между собой, или поверхность разъема
сложная (криволинейная), необходимо изготовлять цельнолитые
плиты. При этом модели коробчатой формы выполняют пустоте¬
лыми. Для фиксации и соединения плиты с опоками на плите
предусмотрены две направляющие втулки. Положение втулок на
плите фиксируется специальными установочными винтами.При изготовлении цельнолитых плит для опочной и безопочной
формовки даются припуски только на обработку вручную шабе¬
ром. Модели на наборной плите монтируют различными способа¬
ми: по точной разметке, по шаблону или по контрольным шпиль¬
кам.Монтаж по контрольным шпилькам состоит в том, что верхнюю
и нижнюю половины модели соединяют точно по пл'оскости разъ¬
ема и скрепляют (рис. 22, а). В трех местах сверлят сквозные от¬
верстия через обе половины модели. Затем одну (большую, если
модель несимметричная) часть модели помещают на модельную
плиту, на которой нанесены разметочные риски координатных осей
модели, и тщательно выверяют модель по этим рискам. Пользуясь
моделью как кондуктором, сверлят отверстия в модельной плите
(рис. 22, б). Модельную плиту с отверстиями спаривают со второй
плитой точно по штырям и, пользуясь теперь плитой как кондукто¬
ром, сверлят отверстия во второй плите (рис. 22,в). После этого
половины модели размещают на плитах так, чтобы отверстия на
модели и плите совместились, закрепляют их контрольными шпиль-29
$■•Т " ' ! ! ! к['V/))/ ////Л | У/Л?1?/Л Х////2//Л \ і—і	Кhв)Рис. 22. Монтаж модели на модельной плитеками, которые забивают в отверстия, нарезают отверстия для кре¬
пежных болтов и окончательно закрепляют модель на плите (рис.
22, г).По другому способу монтажа контрольные и крепежные отвер¬
стия выполняют только по разметке с фиксированием контрольны¬
ми шпильками. В массовом производстве, когда неизбежно изго¬
товление дублеров модельных плит с моделями, при монтаже при¬
меняют специальные кондукторы, обеспечивающие наибольшую
точность.Проверка изготовленного модельного комплекта является от¬
ветственной операцией. Прежде всего проверяют точность выпол¬
нения рабочих размеров и соблюдение допусков на размеры. От¬
клонения от номинальных рабочих размеров на моделях и стерж¬
невых ящиках должны обеспечить плюсовые допуски на отливках.
Несоблюдение этого условия может привести к отсутствию припус¬
ка на обработку, утонению стенок отливки. Размеры знаковых
частей должны иметь на моделях плюсовые допуски, а в стержне¬
вых ящиках минусовые. Это необходимо для того, чтобы обеспе¬
чить зазор между, знаком формы и знаком стержня, в противном
случае будет невозможно вставить стержень в форму. Чтобы со¬
хранить полученные точные размеры, литые детали модельного
комплекта предварительно (перед окончательной обработкой)
следует подвергать термообработке для снятия внутренних напря¬
жений.Проверять модельные комплекты, предназначенные для массо¬
вого производства отливок, с помощью обычных мерительных ин¬
струментов и разметки недостаточно, особенно для деталей слож¬
ной конфигурации. В этих случаях по моделям и ящикам изготов¬
ляют гипсовую форму и стержни. Собранную гипсовую форму ис¬
пользуют для контроля: в нее заливают гипс, затем гипсовую от¬
ливку разрезают в местах, подлежащих проверке, что дает воз¬
можность производить точные замеры и легко находить неточности
в модельном комплекте. Окончательную проверку модельного
комплекта выполняют путем пробной отливки партии деталей в30
Рис. 23. Крепление металлических моделей иа двусторонней (а) и односторэн-
ней (б) плитахусловиях, аналогичных будущему производству. По полученным:
данным осуществляется доводка модельного комплекта и исправ¬
ление допущенных в нем ошибок.Модели к модельным плитам крепят чаще всего винтами. На
двусторонних плитах пОловины модели стягивают винтами через;
плиту (рис. 23, а). На односторонних плитах модели крепят винта¬
ми или болтами с гайками в зависимости от габаритных размеров
модели. В местах крепления на моделях для прочности делают
утолщения стенки (рис. 23,6).Для машинной формовки применяют также деревянные моде¬
ли. Способы крепления деревянных моделей к металлическим пли¬
там показаны на рис. 24.В услойиях мелкосерийного производства машинная формовка
целесообразна при наличии универсальных плит, обеспечивающих
быструю замену одной модели другой. В этом случае применяют
так называемые координатные плиты, рабочая поверхность кото¬
рых расчерчена на ровные клетки со стороной 100—200 мм. В уг¬
лах клеток просверлены отверстия, каждое из которых имеет свои
координаты. На модели в плоскости разъема указывают координа¬
ты обычно трех отверстий, по которым модель и монтируют наПЛ1ИТЄ.На некоторых заводах используют плиты с пазами. Два взаим¬
но перпендикулярных паза глубиной 20—25 мм протачивают на
плите по осям симметрии. При разработке технологии отливки на
чертеже проводят осевые линии,
соответствующие пазам на
плите. Соответственно этим ли¬
ниям по плоскости разъема мо¬
дели нашивают планки, кото¬
рые входят в пазы плиты. При
этом модель легко устанавли¬
вается на плите и снимается с
нее (рис. 25, а).Рис. 24. Крепление деревянных моделей:
к металлическим плитамat
Рис. 25. Крепление моделей на уни¬
версальной плите с пазами (а) и
вкладышем (б)В)Применяют также деревянные вкладыши 1 (рис. 25,6). Мо¬
дель монтируют на деревянном вкладыше, который вставляют в
металлическую плиту по контрольным шпилькам и затем привер¬
тывают к плите болтами.Металлические стержневые ящики применяют в массовом и се¬
рийном производстве. Процесс изготовления металлических стерж-Ґ?Ф Ф Фффф#<§>ф ©-Рис. 26. Металлический ящик для изготовления стержня на пескодувной машине:I—корпус; 2—центрирующая втулка; 3—вентиляционные отверстия; 4—вкладыши; 5—вдувные
отверстия; 6—бронировка32
а) 6)	В)Рис. 27. Сушильная фасонная плита для цилиндрических стержней
Рис. 28. Конструкции вент:а—с прорезными отверстиями; б—с проволочной сёткой; в—с щелевыми прорезяминевых ящиков мало отличается от процесса изготовления металли¬
ческих моделей. Стержневые металлические ящики делают вытрях-
ными или, что бывает чаще, разъемными. На рис. 26 представлен
металлический ящик для изготовления стержней на пескодувной
машине. Металлические ящики могут иметь вкладыши и отъем¬
ные части; конструктивно их выполняют подобно изображенным
на рис. 20.Для сушки стержни помещают на плоские (для простых стерж¬
ней) или фасонные (для сложных стержней) плиты. Фасонная
плита (драйер) показана на рис. 27. Плиты отливают из чугуна,
стали или алюминиевых сплавов; рабочую поверхность обраба¬
тывают. Перед обработкой резанием плиты подвергают термооб¬
работке для предупреждения коробления.Создание новых высокопроизводительных машин, таких, как
пескодувные и пескострельные, обусловило разработку новых
стержневых составов. Появились качественно новые технологичес¬
кие процессы изготовления форм и стержней, а именно: техноло¬
гический процесс с применением горяче- и холоднотвердеющих
смесей, жидкотекучих'смесей и т. д. И это, естественно, отразилось
на конструкции оснастки.При уплотнении смесей на пескодувных, пескострельных и им¬
пульсных машинах требуется хорошая вентиляция полости стерж¬
невых ящиков. Конструктивно ящики для этих машин в отличие
от традиционных металлических ящиков (если смеси песчано-гли¬
нистые) имеют специальные вентиляционные отверстия — венты
(рис. 28).Стержневые ящики для горячетвердеющих смесей более слож¬
ной конструкции, и их изготовляют из специальных материалов.
Кроме вент в стержневых ящиках предусматривают приспособле¬
ния для извлечения из них стержней, так как температура ящиков
200—500°С. В некоторые ящики встроены подогреватели. Матери¬
ал стержневых ящиков должен иметь высокую теплопроводность,2—1563вэ
Рис. 29. Стержневой
ящик с встроенными на¬
гревателямималый коэффициент теплового расширения, высокую прочность и
химическую стойкость по отношению к связующим. Такими свой¬
ствами обладает серый чугун.На рис. 29 представлен стержневой ящик с встроенными на¬
гревателями. Половинки 7 ящика закреплены в корпусе, состоя¬
щем из двух частей 5, которые соединены колонками 9. Для на¬
грева ящика служат нагревательные элементы 8. Толкатели 2, не¬
обходимые для извлечения стержня 10, укреплены на плитах 3,
которые соединены с направляющими 1. Температура ящика ре¬
гулируется с помощью термопары 4. Для сохранения теплоты
предусмотрена теплоизоляция 6.Модели из пластмассы и других материаловМодели из пластмассы имеют небольшую плотность, достаточную
прочность, хорошо сопротивляются коррозии. При машинной формовке стойкость
моделей из пластмассы достигает 2 ООО—3 500 съемов. При ручной формовке
число съемов снижается вследствие' значительной хрупкости пластмассы. Для
модельных комплектов чаще всего применяют пластмассы холодного отвержде¬
ния на основе эпоксидных смол марок ЭД-5, ЭД-6 и акрилатов марок ТШ и
АСТ-Т.При мелкосерийном и единичном производстве отливок из стали, чугуна и
цветных сплавов применяют так называемые газифицируемые модели, которые
не извлекаются из формы, а выжигаются. Во время заливки модель плавится,
испаряется и освобождает полость формы. Для изготовления газифицируемых
моделей применяют полистирол марки ПСБ-Л. Он имеет малую плотность
(~20 кг/м3), достаточную прочность, хорошо обрабатывается и быстро газифи¬
цируется под действием теплоты расплава. Полистирол выпускается в плитах
размерами 800X900X100 мм; 1 000 X 2 000 X 200 мм. Для склеивания полисти¬
рола ПСБ-Л применяют синтетический клей.Газифицируемая модель имеет точную конфигурацию отливки с учетом усад¬
ки, припусков на обработку, с отверстиями, поднутрениями и т. п. Поэтому на¬
добность в изготовлении стержней отпадает. Расход полистирола составляет
10 кг на 1 т годных отливок.§ 4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИДеревообрабатывающие станки ввиду больших скорос¬
тей рабочих частей представляют определенную опасность. Мо¬
дельщикам разрешается работать на этих станках только после
специального обучения.34
Все подвижные части станков (ремни, ножи, резцы, пилы)
должны иметь ограждения и специальные предохранительные уст¬
ройства.На циркулярных пилах не разрешается работать без защитных
очков. Пилы должны быть правильно разведены и не иметь дефек¬
тов (трещин или сломанных зубьев).На ленточных пилах необходимо пользоваться защитными ко¬
жухами, закрывающими нерабочую часть пилы; устанавливать
кожух нужно как можно ближе к распиливаемому материалу.Строгальные станки должны иметь надежные защитные кожу¬
хи. Режущий инструмент на станке должен быть надежно закреп¬
лен.Материал в цехе следует укладывать в устойчивые штабеля.
Ширина проходов должна быть не менее 1 м.
ГЛАВА IIФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СМЕСИ§ 1. СВЕЖИЕ ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫФормовочные материалы — это совокупность природных
и искусственных материалов, используемых для приготовления
формовочных и стержневых смесей, формовочных противопригар¬
ных покрытий и припылов.Формовочные материалы подразделяют на исходные материа¬
лы, формовочные и стержневые смеси, вспомогательные формовоч¬
ные составы.Исходные формовочные материалы служат для приготовления
формовочных и стержневых смесей. Их разделяют на основные
(кварцевый .песок, глина, связующие) и вспомогательные (различ¬
ные добавки) материалы.От формовочных смесей зависит качество отливок. Опыт пока¬
зывает, что около 50% брака отливок происходит от некачествен¬
ных смесей, следовательно, выбор рациональных составов формо¬
вочных смесей, соблюдение технологии их приготовления являются
важнейшими факторами снижения брака и улучшения качества
отливок.Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым сме¬
сям. Формовочные и стержневые смеси характеризуются следую¬
щими свойствами: огнеупорностью, пластичностью, прочностью,
податливостью, газопроницаемостью, газотворной способностью,
гироскопичностью, термохимической стойкостью по отношению к
жидкому металлу, осыпаемостью, выбиваемостью, долговечностью
И др.Огнеупорность — свойство смеси длительное время вы¬
держивать действие высоких температур. Она в основном зависит,
от зернового состава песка, от наличия в нем примесей: чем круп¬
нее зерна песка и чем меньше примесей, тем выше огнеупорность.
Недостаточная огнеупорность вызывает пригар на отливках.Пластичность — свойство смеси точно вопроизводить от¬
печаток модели. Чем выше пластичность, тем точнее отпечаток.
Пластичность зависит от состава смеси.Прочность — способность смеси противостоять внешним на¬
грузкам, не разрушаясь.Податливость — способность смеси сокращаться в объ¬
еме, не препятствуя усадке отливки.36
Газопроницаемость — способность смеси пропускать
газы, образующиеся при заливке формы расплавом. Она зависит
от состава смеси.Газотворная способность—свойство смеси выделять
газы при *нагреве до высокой температуры. Это отрицательное
свойство зависит также от состава смеси. Чем меньше газотворная
способность, тем выше качество отливок.Гигроскопичность — способность смеси впитывать вла¬
гу из атмосферы. Отсыревшие стержни могут быть причиной вски-
пов, газовых раковин, засоров. Современные связующие, применяе¬
мые для жидких самотвердеющих (ЖСС), холоднотвердеющих
(ХТС) и горячетвердеющих (ГТС) смесей, уменьшают гигроскопич¬
ность,' а некоторые из них' делают эти смеси негигроскопич¬
ными.Термохимическая стойкость — свойство смесей не
вступать в химическую реакцию с расплавом — зависит от минера¬
логического состава песка. Низкая термохимическая стойкость мо¬
жет быть причиной пригара.Смеси должны как можно меньше изменять свой объем при на¬
греве. Большое объемное расширение может привести к образова¬
нию трещин в форме, может быть причиной плохого качества по¬
верхности отливки.О с ы п а е м о с т ь — способность смеси сопротивляться истира¬
нию— зависит главным образом от связующих, плотности набив¬
ки, качества окраски стержня.Выживаемость — свойство смесей терять прочность после
затвердевания отливки и легко удаляться из полости формы — за¬
висит от рода связующих, огнеупорности и качества окраски
стержня.Долговечность — свойство смеси сохранять свои свойства
при повторных заливках.Песок является основным компонентом формовочных и
стержневых смесей. Песок и глина относятся к осадочным горным
породам, которые получаются в результате разрушения извержен¬
ных или первичных горных пород — гранита, порфита, диабаза,
базальта и др. Изверженные породы имеют очень сложный мине¬
ралогический состав. Под действием солнца, воды и воздуха эти
породы постепенно разрушаются. Продукты разрушения горных
пород называют метаморфическими-породами. Так, гранит состоит
из кварца, слюды, полевого шпата. Разрушаясь, он распадается на
эти составные части.Кварц является основным компонентом формовочных песков.
Чистый кварц представляет собой двуокись кремния или кремне¬
зем S1O2, обладает высокой огнеупорностью (температура плавле¬
ния свыше 1700°С). Зерна кварца имеют округлую или угловатую
форму. Двуокись кремния при определенных температурах изме¬
няет структуру, переходит из одной модификации в другую. Пере¬
ход сопровождается изменением физических свойств: плотности и
коэффициента термического расширения. Эти превращения прохо¬37
дят быстрее в присутствии различных примесей: слюды, полевого
шпата и др.При заливке форм слой песка, соприкасающийся с расплавом,
быстро нагревается и в этом слое происходят превращения Si02,
сопровождающиеся изменением объема. При неравномерном на¬
греве вследствие изменения объема в зернах песка возникают на¬
пряжения, которые вызывают разрушение зерен. В результате фор¬
мовочная смесь постепенно обогащается пылевидной фракцией, ко¬
торая ухудшает ее физико-химические свойства.Формовочные пески содержат 90—98% чистого кварца, осталь¬
ное— различные (примеси: слюда, полевые шпаты, оксиды железа
и щелочноземельных металлов. Все примеси имеют более низкую
температуру плавления, чем кварц, и, следовательно, снижают ог¬
неупорность песка. Примеси придают песку ту или иную окраску.
Формовочные пески добывают в карьерах.Основные показатели качества формовочных песков — зерно¬
вой состав, содержание глины, примесей, газопроницаемость и ог¬
неупорность (ГОСТ 93409.0—78). Если песок содержит много при¬
месей или имеет большую неоднородность по зерну, то на карьерах
производят его обогащение — освобождение от примесей и разде¬
ление на фракции по размерам зерен. Использование обогащен¬
ных формовочных песков позволяет снизить расход обычных свя¬
зующих на 25%, а синтетических смол — на 40—50%, стабилизи¬
ровать процесс изготовления .отливок.Для стальных и тяжелых чугунных отливок кварцевый песок
нельзя считать хорошим формовочным материалом вследствие его
недостаточной огнеупорности и содержания таких примесей, кото¬
рые могут взаимодействовать с окислами железа: в результате
такого взаимодействия на поверхности отливки образуется
пригар.Для тяжелых отливок целесообразно вместе с обычными песка¬
ми применять специальные огнеупорные материалы — циркон, маг¬
незит, хромистый железняк, оливинитовые породы.Циркон — цирконовый песок — содержит 95—99% силиката
циркония ZrSi04, отличается высокой огнеупорностью (температу¬
ра плавления около 2000°С), не взаимодействует' с оксидами ме¬
талла и, следовательно, не пригорает к поверхности отливок. Цир¬
кон имеет высокую теплопроводность и малый коэффициент тер¬
мического расширения, поэтому форма не растрескивается под
действием высокой температуры, а песок более долговечен. Цир¬
кон применяют в литейном производстве не только в виде песка,
но и в в,иде порошка.Глина является связующим материалом в формовочных и
стержневых смесях. Обволакивая зерна песка, она связывает их
друг с другом и, таким образом, придает смеси необходимую проч¬
ность и одновременно пластичность'. Пластичность глины объяс¬
няется ее строением; глина состоит из мелких пластинок или чешу¬
ек, а не из зерен, как песок. Глиной принято считать частицы раз¬
мером не более 0,022 мм. Связующие свойства глины увеличива¬38
ются с уменьшением ее частиц, т. е. с увеличением ее дисперсно¬
сти.Наиболее ценными в глине являются частицы размером до0,001 мм, которые при смачивании водой переходят в желеобраз¬
ное состояние (гель). Даже небольшое количество глины с боль¬
шим содержанием коллоидной составляющей придает смеси высо¬
кую прочность. Для формовочных и стержневых смесей это очень
важно, так как обычная глина, находящаяся в смеси в нужном ко¬
личестве для получения определенных пластичности и прочности,
одновременно снижает газопроницаемость и податливость. Поэто¬
му в смесях должно быть минимальное количество глины, причем
использовать следует глину с максимальными связующими свой¬
ствами. Формовочная смесь должна иметь определенную структу¬
ру: между зернами песка, покрытыми тонким слоем глины, долж¬
ны оставаться зазоры для выхода газов.В качественном отношении минералогический состав глины
может быть различным. Мелкие частицы характерны для минера¬
лов каолинитового ряда, водных алюмосиликатов, имеющих об¬
щую формулу m А120з-п Si02-a Н20. Главным представителем это¬
го ряда является каолинит А120з-2 Н20-2 SiC>2. Кроме каолинита
и кварца глина может иметь в своем составе то или иное количе¬
ство минералов, содержащих Са0-Ыа20-Кг0. Эти примеси снижа¬
ют термохимические свойства глины и сообщают ей различную ок¬
раску — желтую, зеленую и др.ГОСТ 3226—77 предусматривает для первой группы глин огра¬
ниченное содержание таких примесей: не более 2% CaO+MgO, не
более 1,5% K20 + Na20. Термостойкость этих глин находится в
пределах 1770—1545°С. Однако практически термостойкость быва¬
ет меньше вследствие повышенного содержания примесей.Сыпучая в сухом состоянии глина становится пластичной, ес¬
ли ее смешать с определенным оптимальным количеством воды.
Процесс превращения глины из сыпучего состояния в пластичное
обратим при условии, если температура сушки не превышает
400°С. С повышением температуры глина теряет кристаллизацион¬
ную влагу и в ней происходят необратимые молекулярные измене¬
ния: глина превращается в шамот, не претерпевающий в воде ни¬
каких изменений. При температуре выше 1000°С из обезвоженного
каолинита образуется минерал муллит 3 А120з-2 Si02. При этом заг-
метного изменения объема минералов не происходит, так как
уменьшение объема глины в результате сплавления легкоплавких
ее составляющих частично компенсируется расширением образо¬
вавшегося кварца.В формовочных песках содержание глины колеблется в преде¬
лах 2—50%. При содержании глинистой составляющей более 50%
песок относится к разряду глин. В зависимости от содержания
Si02 глины могут быть тощими (высокое содержание Si02) или
жирными (низкое содержание Si02).В литейном производстве кроме каолинитовых глин применяют
бентониты, характеризующиеся большим содержанием коллоиднойV39
Таблица 5. Характеристика глин, применяемых в литейном производствеГлинаМесторасположениекарьераОгне¬упор¬ность,°СПредел прочности при
сжатии, кПаво влажном
состояниив высушенном
состоянииЧасов-ЯрскаяДонбасс17.2078,4309ЛатнинскаяВоронежская обл.170085247ПятихатскаяДнепропетровская обл.169058,9265,9БелкинскаяЧелябинская обл.172055,9149БускульскаяТо же172078,4360БогдановичскаяСвердловская обл.165084,4144,2НижнеуральскаяЧелябинская обл.163053221,7КудиновскаяМосковская обл.150036,3247СуворовскаяТульская обл.170066,7118,7составляющей. Бентониты в основном состоят из монтмориллони¬
та А1гОз-4 БіОг-л НгО. Наряду с положительными свойствами бен¬
тонит имеет и существенные недостатки: пониженную огнеупор-
ность^и низкую температуру (120—200°С), при которой бентонит
теряет кристаллизационную воду. Эти недостатки уменьшают об¬
ласть применения бентонита в литейном производстве. Характе¬
ристика глин, получивших наибольшее применение в лдтейном
производстве, приведена в табл. 5.Согласно ГОСТ 3226—77 формовочные глины классифицируют
по минералогическому составу на три вида: бентонитовую Б, као¬
линовую и каолино-гидрослюдистую К, полиминеральную П.По пределу прочности при сжатии во влажном состоянии фор¬
мовочные глины делят на три группы: П — прочносвязующая, С —
среднесвязующая, М — малосвязующая.По содержанию вредных примесей, которые определяют термо¬
химическую устойчивость (огнеупорность) глины делят на три
группы: Ти Т2, Т'з (табл. 6).Связующие. Стержни, применяемые для выполнения внутренних
контуров в отливках, должны обладать определенными (указанны¬
ми выше) свойствами. Эти свойства невозможно обеспечить с по¬
мощью глины как связующего материала. Кроме того, стержни по¬
чти всегда имеют более сложную конфигурацию, чем формы, а при
заливке формы расплавом стержни должны иметь высокие физи-Таблица 6. Классификация глинМассовая доля вдедных примесей.%, не болееГруппаСодер.жалие примесейFesOaNa20+K20CaO+MgOТіНизкое2,51,52,0Т2Среднее4,53,05,0Т3Высокое8,05,08,040
Таблица 7. Классификация связующих материаловГруппаматери¬алаУдель¬
ная
проч¬
ность *,
кПа/1 %Класс АКласс БКласс ВХарактерзатвер¬деванияСвязующиеХарактерзатвер¬деванияСвязующиеХарактерзатвер¬деванияСвязую¬щиеі490Необра¬тимыйА-1, олифап.пт, ко,ПК-4, ПС-1;
4ГУ (в)Необра¬тимыйБ-1, МФ-17,
СМ-1, НАКНеобра¬тимыйВ-1, жид¬
кое стек¬
лоп294-490Проме¬жуточныйА-2,4ГУ (п),
БК, СЛК,
A-З, древес¬
ный пек,
БТК, кани¬
фольПроме¬жуточ¬ныйБ-2, СП, СБквсВ-2пі294Обрати¬мыйДекстрин,пектиновыйклей, Б-3,патока,сульфитнаябардаВ-3, це¬
мент,
формо¬
вочные
глиныОбрати¬мыйОбрати¬мый* Удельная прочность — это прочность смеси на 1% связующего.•ко-механические свойства. Для удовлетворения требований, предъ¬
являемых к стержням, при изготовлении смесей используют раз¬
личные связующие материалы, обеспечивающие необходимые фи¬
зико-механические свойства смесей.Связующие материалы в стержневых и формовочных смесях
должны обеспечивать-определенную их прочность в сыром и сухом
состоянии, быстрое высыхание формы или стержня и минимальную
гигроскопичность, легкое удаление стержня из отливки при выбив¬
ке, податливость стержня, пластичность смеси, особенно необходи¬
мую для изготовления сложных стержней. Кроме того, связующие
материалы должны быть дешевыми и недефицитными.Простейшие связующие материалы можно разделить на следую¬
щие типы:масляные связующие, обладающие способностью полимериза¬
ции при иаличии в среде сушила свободного кислорода и их заме¬
нители;связующие, обладающие обратимым свойством расплавляться
при нагреве и обволакивать в расплавленном состоянии зерна пес¬
ка, а при последующем охлаждении затвердевать и связывать их
между собой (канифоль, смолы, пеки);связующие органического происхождения — водорастворимые и
высыхающие (декстрин, сульфитная барда, патока и др.);
связующие неорганического происхождения;
связующие на основе синтетических смол.41
Принято классифицировать связующие материалы по двум при¬
знакам (табл. 7): по природе материала (класс А — органические
неводные, класс Б — органические водные, класс В — неорганиче¬
ские водные) и по .характеру затвердевания (обратимый, необра¬
тимый, промежуточный).Связующие, затвердевающие необратимо, придают наибольшую
прочность сухим стержням (490 кПа на 1% связующего); связую¬
щие с промежуточным характером затвердевания — среднюю проч¬
ность (294—490 кПа на 1%); обратимо затвердевающие — наи¬
меньшую прочность (294 кПа на 1%). В соответствии с этим свя¬
зующие делят на три групцы по удельной прочности на разрыв в
сухом состоянии.Масляные связующие и их заменители. Лучшими
связующими, придающими стержневым смесям исключительно вы¬
сокие физико-механические свойства, являются растительные мас¬
ла.Несмотря на дефицитность, растительные масла применяют в
литейном производстве при изготовлении особо ответственных и
сложных отливок.Т»нкие стержни особо сложной конфигурации делают из песча¬
но-масляных смесей, так как масляные связующие позволяют по¬
лучать стержни высокого качества. Песчано-масляные смеси обла¬
дают высокой газопроницаемостью, хорошей пластичностью и не
прилипают к стенкам ящика. Стержни негигроскопичны, могут хра¬
ниться длительное время, о»ень прочные в сухом состоянии. На¬
пример, льняное масло дает на технологической пробе удельную
прочность при растяжении не менее 588 кПа на 1%. Газотворность
стержней невелика, так как количество связующего относительно
мало. Податливость и выбивае'мость стержней очень хорошие: пе¬
сок, потерявший связь после разрушения скрепляющих оксидных
пленок «вытекает» из отливок.Технологическим недостатком песчано-масляных смесей явля¬
ются низкая прочность во влажном состоянии и необходимость ис¬
пользования фасонных сушильных плит. Низкая прочность песча¬
но-масляных смесей во влажном состоянии объясняется малым по¬
верхностным натяжением масла. Для повышения прочности в
смесь можно добавить глину, но это уменьшит прочность стержня
в высушенном состоянии.Связующее действие масла заключается в том, что оно обвола¬
кивает каждую песчинку и в процессе сушки окисляется с образо¬
ванием плотной пластичной пленки, состоящей из сложного соеди¬
нения—линоксина. Процесс окисления масла протекает быстрее
при повышенных температурах и в присутствии катализаторов —
сиккативов. Оптимальная температура сушки песчано-масляных
стержней 200—220° С. При более низкой температуре процесс суш¬
ки заметно удлиняется, а при температуре выше 250° С стержни
начинают терять прочность вследствие того, что -линоксиновая
пленка чрезмерно окисляется и частично обугливается.. Процесс
окисления масла является необратимым.42
В качестве заменителей масел используют натуральные и син¬
тетические олифы, олифу оксоль (раствор препарированного или
уплотненного минерального масла и масляного сиккатива) и ряд
синтетических связующих, в которые входит то или иное количе¬
ство растительного масла.Связующие, расплавляющиеся при нагреве, об¬
волакивают зерна песка тонким слоем и, затвердевая при охлаж¬
дении, образуют прочную пленку, связывающую зерна песка меж¬
ду собой. Типичным представителем этой группы связующих
является канифоль. Аналогично канифоли действуют торфяной и
древесный пеки, битумы. Древесный пек, как и канифоль, вводят
в виде порошка, остальные связующие добавляют в смесь в виде
суспензии с глиной. Смеси на связующих данной группы имеют
достаточную прочность в сухом состоянии и негигроскопичны. Не¬
достатком их является низкая прочность стержней во влажном со¬
стоянии, поэтому требуется применение специальных фасонных су¬
шильных плит.Связующие материалы органического проис¬
хождения применяют в виде водных суспензий и растворов.
К этой группе связующих относится декстрин, кормовая патока
(мелясса), сульфитно-спиртовая барда. Такие материалы редко
применяют как самостоятельные связующие, но их включают в со¬
став многих синтетических связующих.Особое место в этой группе занимает концентрат сульфитно¬
спиртовой барды, который благодаря малой стоимости и недефи-
цитности широко используют для приготовления формовочных и
стержневых смесей. Сульфитно-спиртовую барду получают из от¬
ходов бумажно-целлюлозной промышленности — сульфитного ще¬
лока — раствора, содержащего сложные органические соединения
и соли (25% углеводов, 60% солей лигносульфоновых кислот, 15%
солей кальция), а также незначительное количество смол и жиров.
Сульфитный щелок, имеющий плотность —1,05 г/см3, содержит
~10% сухого остатка. С целью получения концентрата сульфит-
нотспиртовой барды сульфитный щелок специально перерабатыва¬
ют и получают концентрат. Поставляют концентраты жидкие
(ЛК.БЖ) плотностью не ниже 1,274 г/см3, содержащие не менее
50% сухих веществ, и твердые (ЛК.БТ) плотностью не ниже
1,4 г/см3, содержащие сухих веществ не менее 76%. Удельная проч¬
ность, сообщаемая концентратом сульфитно-спиртовой барды, со¬
ставляет всего 49 кПа/1%, но в отличие от других связующих кон¬
центрат барды повышает прочность смеси при добавлении в нее
глины. Например, при введении 3% глины в песок К.02 удельная
прочность смеси повышается до 137 кПа на 1%.За последние годы появилось много различных комбинирован¬
ных связующих материалов, .но испытание временем выдержали
только те, которые дали наилучшие результаты. В качестве приме¬
ра можно привести связующие СП, СБ, которые широко применя¬
ют во всех литейных цехах. Оба связующих были разработаны в
ВНИИЛитмаше. Связующее СП представляет собой эмульсию43
сульфитно-спиртовой барды (93—95%) с окисленным петралату-
мом (5—7%), а связующее СБ— эмульсию сульфитно-спиртовой
барды. (80—85%) с тяжелой фракцией сланцевой смолы ГТФ (15—
20%). Оба эти связующие имеют ряд ценных качеств: сокращают
продолжительность сушки стержней в 2—3 раза по сравнению с про¬
должительностью сушки смесей «а других связующих, прочность
стержней в сухом состоянии достигает 490 кПа; кроме того, свя¬
зующие СП и СБ дешевые и недефицитные.Неорганические связующие. Связующие этой группы
широко применяют. Наиболее распространены формовочная глина,
цемент, жидкое стекло, гипс. В качестве связующего материала
можно применять цемент только наивысших марок 500 или 600.
Цементная смесь обычно состоит из 85% кварцевого песка и 15%
цемента. Основное преимущество применения песчано-цементных
смесей состоит в том, что не требуется искусственной сушки стерж¬
ней в сушилах, так как смесь твердеет при комнатной температуре
в течение 24—72 ч.Жидкое стекло наиболее распространено из всех неорганиче¬
ских связующих. Растворимое, или жидкое, стекло (силикат-глы¬
бы) представляет собой соединение кварца с солями щелочных ме¬
таллов (сода или сульфат натрия с углем), выражаемое формулой
R20-/zSi02, где R— натрий или калий. Жидкое стекло поступает
к потребителям в виде твердых прозрачных, слегка окрашенных
кусков. Главной характеристикой жидкого стекла является отно¬
шение числа грамм-молекул Si02 (двуокиси кремния) к числу
грамм-молекул R20, называемое модулем:M = AT(Si02%/R20%),где Л'—коэффициент, показывающий отношение молекулярной
массы щелочных оксидов к молекулярной массе кремнезема.Для натриевого жидкого стекла AP=Na20/Si02=61,994/60,06=
= 1,032. Поэтому в дальнейшем под модулем жидкого стекла бу¬
дем понимать выражение:M = (Si02%/Na20%) 1,032.Чем больше модуль, тем быстрее затвердевает смесь. Поэтому
модуль устанавливают в зависимости от назначения смеси. Формы
и стержни для крупных отливок, имеющих многосуточный цикл
производства, изготовляют из смесей на жидком стекле с М —
=2,0-г-2,3. Для форм и стержней, требующих сохранения пласти¬
ческих свойств смеси в течение 1—2 сут, следует применять жид¬
кое стекло с ЛЇ=2,34-2,6. Для форм и стержней, затвердевание
которых с помощью продувки С02 должно быть особенно быстрым
и срок хранения которых мал, следует применять жидкое стекло
с М = 2,64-3,0.Модуль жидкого стекла влияет также да прочность смесей.
С увеличением модуля увеличивается прочность смеси во влажном
состоянии, но уменьшается прочность ее в сухом состоянии. Модуль
жидкого стекла можно искусственно понижать путем добавки к не¬44
му раствора едкого натра с плотностью, близкой к плотности жид¬
кого стекла.Связывание песчинок при наличии жидкого стекла заключается
в том, что в смеси происходят выделение и гидратация кремнезема,
который растворяется в остатке жидкого стекла. На зернах песка
образуются твердые или полутвердые оболочки, связывающие зер-
на-імежду собой. Весь процесс твердения протекает в три стадии.1.	Разложение силиката натрия, протекающее значительно ин¬
тенсивнее в присутствии углекислого газа:Na20 -j- Si02-j-С02== Na2C03 -j- 2Si02.2.	Образование геля кремниевой кислоты:т. Si02+/t Н20 = /тг Si02-/tH20.3.	Частичное удаление влаги, входящей в состав геля кремние¬
вой кислоты:т. Sl02-j-« Н20=/ге Si02*Н20(л —• />)Н20.При гидратации к кремнезему может присоединяться различное
количество воды, однако необходимо помнить, что гель кремниевой
кислоты будет тем прочнее, чем меньше воды он будет содержать.
Наиболее прочной пленке геля соответствует соединение 2 Si02X
ХН20, содержащее около 13% воды. Этим объясняется сравни¬
тельно низкая прочность смесей, затвердевающих в результате
продувки холодным углекислым газом. Показатели прочности сме¬
си значительно повышаются при использовании для продувки Го¬
рячих газов, содержащих 15—20% углекислого газа. Наибольшую
прочность омесь приобретает, если ее высушить в печи без пред¬
варительной продувки. В этом случае предел прочности смеси при
сжатии достигает 5883—8825 кПа.На практике чаще всего применяют продувку стержней угле¬
кислым газом непосредственно в стержневых ящиках с последую¬
щей кратковременной подсушкой в сушилах при температуре 250—
300° С или подвяливание формы в течение 20—24 ч в атмосфере
деха с последующей также кратковременной подсушкой в сушилах.
Подсушка в сушилах дает возможность экономить углекислый газ
и наносить на горячие стержни обычные водные покрытия.Связующие на основе синтетических смол. На
основе синтетических смол приготовляют ХТС и ГТС. Применение
этих смесей позволило значительно снизить затраты в литейном
производстве (отпадает сушка стержней), улучшить выбиваемость
стержней из отливок, повысить качество отливок.В качестве связующих в смесях, предназначенных для нагревае¬
мой оснастки, применяют мочевину, формальдегидные смолы
(М-56, М-60, УКС), фенолформальдегидные (ВР-1, фенолоспирит),
фурановые (ФФ-1С) смолы, которые при нагревании до 220—■
240° С размягчаются, связывая зерна песка, а при дальнейшем на¬
греве полимеризуются, придавая стержню прочность.45
Для максимальной механизации единичного и мелкосерийного
производства созданы ХТС «а основе карбамидофурановых (КФ-90Т
КФ-70, КФ-40) и фенолфурановых смол. Полимеризация этих смол
происходит в присутствии катализаторов (органических или неор¬
ганических кислот).Для получения оболочковых стержней по нагреваемой оснастке
для облицовки кокилей применяют плакированные пески, которые
позволяют уменьшить расход связующих на 40—50%. Это снижает
стоимость смесей, а также уменьшает выделение вредных приме¬
сей при заливке форм жидким металлом. Большой эффект дает
плакирование обогащенных песков.Плакирование выполняют тремя способами — холодным, теплым й горячим.
Холодное плакирование состоит в том, что сухой песок тщательно перемешива¬
ют со связующим, добавляя растворитель. Затем смесь продувается холодным
воздухом, при этом растворитель испаряется, оставляя на зернах песка тонкую
пленку. При теплом плакировании смесь продувается теплым воздухом (100°С),
что ускоряет испарение растворителя. Горячее плакирование состоит в том, что
песок продувается горячим воздухом (до 180°С). В разогретый песок добавляют
жидкую смолу с катализатором (уротропин). После перемешивания в течение3—4 мин смесь быстро охлаждают водой. Затем снова перемешивают до полно¬
го испарения влаги. При горячем плакировании расход смолы увеличивается.Вспомогательные формовочные материалы. К вспомогательным
относятся противопригарные и разделительные материалы, мате¬
риалы, увеличивающие 'податливость стержней и формы, материа¬
лы, снижающие прилипаемость смеси к стенкам ящика или моде¬
ли, а также материалы, улучшающие прочность, текучесть, живу¬
честь, теплопроводность смесей, специальные экзотермические (вы¬
деляющие теплоту) добавки и т. д.Противопригарные материалы применяют^ сухом
виде или в составе водного покрытия. Из таких материалов наи¬
более часто используют графит, пылевидный кварц, тальк, хроми¬
стый железняк, магнезит, каменноугольный порошок, древесно¬
угольную пыль, мазут.Графит представляет собой кристаллическую модификацию уг¬
лерода. Это минерал серого или черного цвета, жирный на ощупь.
Главной составляющей этого минерала является аллотропическая
форма углерода, обладающая высокой химической инертностью н
высокой температурой плавления. Добываемый в глыбах графит-
содержит много различных примесей. Поэтому на специальных
обогатительных фабриках его размельчают и обогащают. Различа¬
ют два вида графита: скрытокристаллический (аморфный) черного
цвета и кристаллический — серебристого цвета. Кристаллический
графит более огнеупорный, его часто применяют в .сухом виде в ка¬
честве припыла; аморфный графит входит в состав огнеупорных:
красок. Графит применяют как противопригарное средство для чу¬
гунного литья.Пылевидный кварц применяют в водных покрытиях для сталь¬
ного и чугунного литья.Тальк получают из горной породы — талькиг. Минерал тальк4	SiC>2'3 MgO-НгО, являющийся основной составляющей талькита,.46
содержит 63,5% S1O2, 31,7% MgO и 4,81% НгО. В качестве проти¬
вопригарного материала пригоден тальк первого сорта группы В
с содержанием нерастворимого остатка не менее 85%, что соот¬
ветствует содержанию в порошке минерала талька.Хромистый железняк — горная порода, содержащая не менее
36% Сгг03. Хромистый железняк поставляется агломерационными
фабриками в размолотом виде. В технических условиях указано:
размер зерна не более 3 мм, содержание оксида хрома не менее
36%, закиси железа не более 13%, оксида кальция не более 1,5%.
Основным показателем качества хромистого железняка является
отношение СггОз/ТеО, чем больше это отношение, тем выше его
качество. Огнеупорность хромистого железняка (1850—2050° С)
снижается, если к нему добавить глину или песок. Поэтому прига¬
роопасные места форм и стержней облицовывают чистым хромис¬
тым железняком с добавкой только связующего. Хромистый желез¬
няк имеет постоянный объем при нагреве, химически нейтрален по
отношению к расплаву и отличается высокой теплопроводностью.
Однако необходимо помнить, что смесь хромистого железняка со
связующим газонепроницаема.Магнезит (MgCOs) добавляют в виде порошка в облицовочные
и стержневые смеси как противопригарное средство. MgO не вза¬
имодействует с оксидом марганца, поэтому является незаменимым
материалом при получении отливок из марганцовистых сталей.Древесноугольную пыль применяют как противопригарное
средство для сырых форм. Во время заливки расплава в форме
происходит горение угля (С + '/гОг-^-СО), благодаря чему создает¬
ся восстановительная среда. Аналогично действует мазут, который
добавляют в облицовочную смесь для формовки по-сырому для
бронзовых отливок.Материалы, увеличивающие податливость
стержней и формы, делят на две группы: материалы — на¬
полнители внутренних полостей крупных стержней; материалы, до¬
бавляемые непосредственно в стержневые смеси при их приготов¬
лении.К первой группе относятся каменноугольная гарь, керамзит,
•опилки. Эти материалы закладывают внутрь крупных стержней при
их изготовлении. Они придают стержням податливость, а также
улучшают вентиляцию. Из самого назначения материала ясно, что
он должен быть химически нейтральным, максимально пористым,
достаточно прочным, недефицитным и недорогим. Каменноуголь¬
ная гарь отвечает всем этим требованиям. Вместо каменноуголь¬
ной гари можно применять строительный материал керамзит, изго¬
товляемый из жирных глин путем специальной обработки. Он дол¬
жен иметь следующие характеристики: насыпную массу 0,25—
0,38 г/см3, предел прочности при сжатии 784—-1962 кПа, водопогло-
щение не более 15%, содержание оксидов щелочно-земельных ме¬
таллов не более 1,5%, размер кусков 15—100 мм.Ко второй группе материалов относятся органические добавки:
древесные опилки, торфяная крошка, пропаренная соломенная сеч¬47
ка. Эти материалы во время сушки стержней выгорают или сильно
уменьшаются в объеме вследствие удаления из них влаги. В ре¬
зультате в стержне образуется большое количество пор, способст¬
вующих передвижению зерен песка под воздействием усадки ме¬
талла при охлаждении. Чаще всего применяют древесные опилки и
асбестовую крошку. Материалы дожны быть сухими; перед упот¬
реблением их просеивают через сито с ячейками 5—10 мм. В смесь
вводят 10—15% этих материалов, что обеспечивает достаточную
податливость стержней и предохраняет отливки от образования в
них горячих трещин.Материалы, снижающие прилипаемость смесей
к поверхности модели и стержневых ящиков. Прилипание сме¬
си к поверхности модели или стержневого ящика вызывает частич¬
ное, а иногда и полное разрушение формы или стержня. Прилипа¬
ние наблюдается в том случае, когда силы сцепления между смесью
и поверхностью модели и ящика (адгезия) больше, чем силы сцеп¬
ления между отдельными зернами смеси (когезия). При изготов¬
лении стержней прилипание больше, чем при изготовлении форм,,
так как стержневые смеси содержат связующие в большем коли¬
честве, чем формовочные.Одна из главных причин прилипания смеси — остатки связую¬
щего на стенках ящика. Слой остатков загустевшего связующего
приклеивает стержень к поверхности ящика, поэтому стержень при
извлечении разрушается.Чтобы уменьшить прилипаемость, рабочую поверхность ящика
покрывают веществом, не смачивающимся жидкими составляющи¬
ми смеси. Такими веществами могут быть порошкообразные (тальк,
графит) и жидкие (керосин, эмульсия) -материалы.Специальную группу составляют экзотермические смеси, пред*
назначенные для замедления охлаждения прибыльных частей на
отливках. В состав этих смесей входит термит — смесь оксидов же¬
леза и алюминия, которая при взаимодействии с расплавом сгорает
с выделением большого количества теплоты.§ 2. ИСПЫТАНИЕ ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВИ СМЕСЕЙОпределение глинистой составляющей в формовочной
песке. Как уже указывалось, зерновой состав и наличие примесей
в песках (глины, оксидов, органических включений) влияют на их
свойства и качество. Поэтому состав и свойства песка регламенти¬
рует ГОСТ 23409.0—78.Содержание глины в песке невозможно определить методом хи¬
мического анализа, так как она состоит из минералов, которые вхо¬
дят также в состав песка. Поэтому глину и песок можно разделить
только механически по размеру частиц. Частицы размером более-
0,022 мм принято называть зерновой частью песка.Содержание глины в формовочных песках определяют методом
отмучивания. Для отмучивания песка применяют прибор, который;48
Рис. 30. Прибор для отмучивания Рис. 31. Прибор для зернового ана-
глины от песка	лиза пескадает возможность проводить испытание в течение 3—4 мин
(р.ис. 30). В банку 3 вместимостью 600 см3 насыпают 25 г песка и
наливают воду. Банку помещают на стол 5 прибора. Подъемом
стола прижимают банку к резиновой прокладке 2 и закрепляют
стол рукояткой 4. Взбалтывание смеси производится вращением
металлического стержня с лопатками 6, который приводится во
вращение электродвигателем 1, укрепленным на станине 7. Содер¬
жание гланы в песке определяется по разности масс. Например,
после отмучивания получился осадок 45 г. Следовательно, содер¬
жание глины в песке будет 50 — 45 = 5 г, или (5/50) 100=10%.По содержанию глинистой составляющей формовочные пески
делят (ГОСТ 23409.0—78) на кварцевые и глинистые (табл. 8).Определение зернового состава формовочных песков. Формовоч¬
ные пески должны иметь определенный зерновой состав, т. е. со¬
стоять из зерен определенных размеров. Массовое количество пес¬
ка, состоящего из зерен разных размеров, находят с помощью
зернового (ситового) анализа. Навеску сухого безглинистого (отму¬
ченного) песка 50 г просеивают через стандартные калиброванные
сита (их 11) с точными размерами ячеек. Сита собраны в стопу
так, чтобы размеры ячеек в них к низу уменьшались. Ниже приве¬
дены номера сит и размеры ячеек по ГОСТ 23409.0—78:1,6	1 063 04 0315 02 016 ' 01 0063 005Номер сита 2,5
Размер сто¬
роны ячей¬
ки, мм . 2,51,6	1,0 0,63 0,4 0,315 0,2 0,16 0,1 0,063 0,05Закрытую крышкой стопку сит помещают для просеивания на
специальный прибор (рис. 31), который состоит из станины 2,
электродвигателя 3 и набора сит 1 диаметром 150 мм. Сита за-49
Таблица 8. Классификация песковСодержание, %Вредные примеси, %,
не болееПесокКлассглинистойсоставляющейкремне¬
зема
(SiOj),
не манееоксиды ще-
лочно-эемель-
ных металловоксидыжелеза(FejOs)•ОбогащенныйкварцевыйХварцевыйТощийПолужирный
Жирный
-Очень жирныйОбік062К
ОбЗК
1К т
2К 1зк4К >тпжожНе более 0,2
Не более 0,5
Не более 1Не более 22—2010—2020—3030—5098.5
9897.5
•97
96
.94
900,40,751,01,21,520,20,40,60,751,01,5крепляются на поступательно движущейся опоре ремнем. Прибор
компЗктен и прост по устройству. Вибрирование обеспечивается
эксцентриковым механизмом. Длительность просева 6—12 мин.
После лросеивания 'песок, оставшийся на каждом сите, взвешива¬
ют и по полученной массе всех остатков судят о зерновом составе
данного песка. Например, при просеивании песок распределился на
ситах таким образом:Номер сита 2,5 1,6 1 063 04 0315 02 016 01 0063 005 Тазик
•Остаток насите ... — — 0,04 0,2 2,0 7,4 39,0 33,3 15,5 2,0 0,1 0,04Формовочный песок считается наиболее качественным, если
основная масса зерен при просеивании расположилась на трех
смежных ситах. Марку песка по зерновому составу обозначают
средним номером сита из трех смежных, на которых оказались наи¬
большие остатки (основная фракция). В данном примере это си¬
то 016. Если в основной фракции остаток на верхнем крайнем сите
больше, то песок относится к категории А. Если остаток на нижнем
крайнем сите больше, то песок относится к категории Б. Пески ка¬
тегории А имеют более высокую газопроницаемость. В данном при¬
мере марка песка будет 1-К016А.В марке формовочного песка на первом месте указывается
класс, к которому относится песок по содержанию глины, затем —
группа, указывающая зерновой состав, и в конце — категория. На¬
пример, песок 2К02А — кварцевый, зерновой состав 02 (номер
среднего сита основной фракции), А—категория; Т02А — тощий
песок, сито 02, А — категория. Классификация формовочных песков
по зерновому составу приведена в табл. 9.В литейном производстве применяют также пески с рассредото¬
ченным зерновым составом. Эти пески образуют основную фрак¬
цию на четырех-пяти смежных ситах. Рассредоточенные пески50
Таблица 9. Группы формовочных песковПесокГруппаНомера
смежных СНГ.
на которых
остаются
зерна основ¬
ной фракцииПесок\ГруппаНомера
смежных СИТ*-
на которых
остаются
зерна основ¬
ной фракцииГ рубыйОчень крупныйКрупныйСредний063040315021; 063; 04
063; 04;
031504; 0315; 02
0315; 02;
016Мелкий
Очень мелкийТонкийПылевидный01601006300502; 016; 01
016; 01; 006301; 0063; 00S
0063; 005;
Тазикболее прочны по сравнению с песками, имеющими концентрирован¬
ную зерновую структуру, меньше осыпаются, меньше растрески¬
ваются под действием высокой температуры, и поэтому отливки,
получаются более чистыми. Однако эта пески имеют низкую газо¬
проницаемость. Если песок на трех любых ситах содержит не ме¬
нее 60% взятой навески, то его называют рассредоточенным и обо¬
значают:КРК — кварцевый, рассредоточенный, крупнозернистый (сум¬
марный остаток на ситах 04, 0315, 02 не менее 60%);КРС — кварцевый, рассредоточенный, среднезернистый (сум¬
марный Остаток на ситах 0315, 02, 016 не менее 60%);КРМ — кварцевый, рассредоточенный, мелкозернистый (сум¬
марный остаток на ситах 02, 016, 01 не менее 60%).Если песок имеет в основной фракции менее 60% зерен, то это
песок с общей рассредоточенностью, его обозначают КРО. Пески
с общей рассредоточенностью имеют низкую газопроницаемость,
зерна его могут быть округлыми или угловатыми. Песок с округ¬
лыми зернаїми имеет большую плотность по сравнению с углова¬
тым песком как в неуплотненном, так и в уплотненном состоянии.
Формовочные пески поставляют из карьеров в соответствии с ГОСТ
23409.0—78. В характеристике песка указывают зерновой и мине¬
ралогический состав, газопроницаемость, содержание глины, проч¬
ность при сжатии во влажном состоянии.Обогащенные пески должны иметь сосредоточенную зерновую
структуру, содержать влаги не более 0,5%, не должны содержать
посторонних примесей (растительных остатков, торфа, известняка
и т. д.).Определение газопроницаемости. На газопроницаемость испы¬
тывают свежие формовочные пески и готовые смеси, так как она
является очень важным технологическим свойством формовочных и
стержневых омесей.При испытании через образец пропускают воздух и по времени
прохождения воздуха и по давлению, которое создается перед об¬
разцом, судят о газопроницаемости смеси. Газы (воздух) проника¬
ют через поры, которые образуются между зернами песка.51
Рис. 32. Лабораторный копер:/—боек ударного механизма; 2—штанга; 3—рукоятка для подъема
бойка; 4—контрольная шкала; 5—стрелка-указатель; 6—груз; 7—ру¬
коятка для подъема груза; 5—станинаГазопроницаемость определяют по формулеK=fVk/(Fpi),	(1)где V — объем воздуха, проходящего через обра¬
зец, V=2000 см3; F — площадь поперечного сече¬
ния образца, F= 19,635 см2; h — высота стандарт¬
ного образца, h = 5 см; t — время прохождения
воздуха, мин; р — давление воздуха перед образ¬
цом, Па.Газопроницаемость зависит от зернового соста¬
ва смеси, от содержания в ней глины, влаги, а
также от уплотнения смеси. Чем больше плот¬
ность смеси, тем меньше ее газопроницаемость,
поэтому для испытания берут стандартные образцы (d=50 мм;
h=50 мм) при стандартном уплотнении. Для набивки образцов
применяют полуавтоматический лабораторный копер (рис. 32),
снабженный пневматическим приспособлением для подъема
груза.Свойства формовочных и стержневых смесей проверяют на стан¬
дартных образцах двух типов: цилиндрических [d=50 мм,
h = (50 ± 0,8) мм] и плоских, имеющих форму восьмерки
с поперечным сечением в суженном месте 25x25 мм
{рис. 33).Гильзу с уплотненным образцом устанавливают на приборе для
определения газопроницаемости. Перед испытанием (рис. 34, а)
гильзу с образцом 5 укрепляют на резиновой пробке или с по¬
мощью специального затвора (ртутного или электромагнитного),
открывают трехходовой кран 4 и поднимают колокол 1. Внутри ко¬
локола расположена трубка 2 с отверстиями, которая входит в
трубку 3 бака 7, наполненного водой (водяной затвор). Под коло¬
кол набирается 2000 см3 воздуха (нижняя отметка на колоколе
совпадает с краем бака). Затем трехходовой кран поворачивают
так, чтобы воздух из-под колокола проходил через образец. Коло¬
кол под действием силы тяжести начинает опускаться. Масса ко¬
локола должна быть такой, чтобы при закрытом трехходовом кра¬
не избыточное давление составляло 0,49 кПа. Для создания давле¬
ния 0,98 кПа на колокол помещают специальный груз. Такое
давление требуется при испытании мелкозернистых смесей или при
ускоренном испытании.Колокол опускается до тех пор, пока верхняя отметка на коло¬
коле не совпадает с краем бака (рис. 34, б). Это значит, что из-под
колокола вытеснилось и прошло через образец 2000 см3 воздуха.
Время, в течение которого 2000 см3 воздуха проходит через обра¬
зец, отмечают по секундомеру. Давление, которое создается перед
образцом, замеряется водным манометром 6. Результаты испыта-52
Рис. 33. Приспособление для изготовления на копре контрольных песчаных об¬
разцов:<2 — цилиндрических; б — плоских (в виде восьмерки)Рис. 34. Схема испытания формовочной смеси на газопроницаемостьния (р, t) подставляют в формулу (1). Значения V, h, t являются
постоянными; подставив их в формулу (1), получим:К=2000 • 50/(19,635/?/)=509,3/(/>/).	(2)В цеховых лабораториях газопроницаемость определяют уско¬
ренным способом. Между трехходовым краном и образцом устанав¬
ливают ниппель с точным калиброванным отверстием. При испы¬
тании крупнозернистых смесей, имеющих большую газопроницае¬
мость, ставят ниппель с отверстием d=l,5 мм; при испытании мел¬
козернистых смесей с меньшей газопроницаемостью ставят ниппель
с отверстием d=0,5 мм. Проверку ниппелей проводят без образца:
2000 см3 воздуха должны пройти через ниппель d=l,5 мм за
0,5 мин и через ниппель с отверстием d=0,5 мм за 4,5 мин.Газопроницаемость проверяют в течение нескольких секунд.
В зависимости от давления р перед образцом по таблице, состав¬
ленной для всех возможных значений р, находят газопроницае¬
мость.Определение прочности. К формовочным и стержневым смесям
предъявляют большие требования в отношении прочности в зави¬
симости от назначения этих смесей. Наиболее распространен спо¬
соб определения прочности путем испытания при сжатии сырых
образцов. От каждого замеса формовочной или стержневой смеси
берут пробу, из которой изготовляют образец для испытания на га¬
зопроницаемость.После испытания на газопроницаемость образец выталкивают
из гильзы с помощью деревянного вкладыша и помещают на при-53
Рис. 35. Прибор для определения прочности смесей во
влажном состояниибор для испытания на прочность при сжатии
(рис. 35). Чтобы установить образец 4 на пред¬
метный столик 5, нужно повернуть рукоятку 7
в горизонтальное положение. При этом воздух
через четырехходовой кран 8 по трубке 6 по¬
ступает в верхнюю полость цилиндра и столик5	опускается. Во время испытания поворотом;
крана 8 воздух впускают по трубке 9 в ниж¬
нюю полость цилиндра 1. Столик с образцом:
поднимается, и давление через образец пере¬
дается на верхнюю площадку 3 (щиток), кото¬
рая сжимает пружину 2, благодаря чему ин¬
дикатор вращает стрелку до предельной на¬
грузки. При разрушении образца пружина
динамометра автоматически освобождается; основная стрелка воз¬
вращается к цифре «О», а контрольная указывает на циферблате
прочность при сжатии. Предел прочности смеси при сжатии для мел¬
ких и средних отливок должен быть не более 4,9 кПа. Повышенная
прочность вй влажном состоянии при сжатии указывает на из¬
лишек в смеси глины и, следовательно, на низкую газопроницае¬
мость.На растяжение испытывают образцы-восьмерки (см. рис. 33, б).
Смеси испытывают также на прочность при изгибе, срезе. Для это¬
го существуют специальные приборы, с помощью которых можно
проводить комплексные испытания на прочность при сжатии, ра¬
стяжении, изгибе, срезе во влажном и сухом состоянии.В цеховых лабораториях испытывают смеси и на поверхност¬
ную прочность или осыпаемость. Прочность на истирание поверх¬
ностного слоя формы или стержня — очень важный показатель,
особенно для смесей, предназначенных для тяжелых отливок. Об¬
разец закладывают в сетчатый барабан прибора (рис. 36). Бара¬
бан вращается с частотой 60 об/мин в течение 1 мин. Поверхност¬
ная прочность выражается потерей массы образца в процентах по
отношению к первоначальной массе.Определение влажности. В формовочных песках и готовых сме¬
сях, предназначенных для формовки по-сырому, определяют содер¬
жание влаги. Навеску 50 г высушивают при 105—110° С до посто¬
янной массы и по разности масс до и после сушки определяют
влажность в процентах. Например, после сушки масса пробы ока¬
залась 47,5 г; следовательно, влажность смеси составляет 50—
—47,5=2,5; (2,5/50) 100 = 5%.Так же определяют остаточную влажность, т. е. влажность
стержней и форм после сушки. Остаточная влажность должна быть
не более 0,25%. Навеску высушивают в специальных лаборатор¬
ных сушилах. Для экспресс-контроля влажности существует ори¬
гинальный прибор, основанный на удалении влаги из пробы в ва¬
кууме. Сушка навески 10 г при влажности 6% длится на приборе54
Рис. 36. Прибор для определения поверхностной прочности смесей:I — станина; 2 — электродвигатель; 3 — вал; 4 — сито; 5 — лоток€0—90 с. Смеси для формовки по-сырому должны содержать 4—
5,5% влаги, смеси для формовки по-сухому и для стержней во
влажном состоянии должны содержать 8—9% влаги.От содержания влаги зависят физико-механические свойства, и
в первую очередь прочность и газопроницаемость смеси. Прочность
увеличивается, если каждая песчинка покрыта тонкой глиняно-во¬
дяной пленкой, что обусловлено большим поверхностным натяже¬
нием воды. С увеличением количества влаги в смеси толщина во¬
дяной пленки увеличивается, появляется излишек влаги. В резуль¬
тате прочность смеси уменьшается. На рис. 37 показана зависи¬
мость прочности и газопроницаемости смеси от содержания в ней
влаги. Чем крупнее зерна песка, тем при меньшем содержании вла¬
ги наступает наибольшая прочность смеси (так как общий пери¬
метр смачивания уменьшается). Аналогично влияет влага и на га¬
зопроницаемость.Газотворную способность определяют для стержневых смесей.
Навеску сухой смеси 50 г помещают в трубчатую печь при темпе¬
ратуре 1000° С. При такой температуре происходит разложение
связующих и добавок, входящих в состав смеси, в результате чего
образуются газы. Объем выделившихся газов и характеризует газо¬
творную способность смеси.Испытание на гигроскопичность применяют в основном для
стержневых смесей. Особенно это испытание важно для стержней,
которые устанавливают в сырые формы. Гигроскопичность опреде¬
ляется приростом массы образца и выражается в процентах к пер¬
воначальной массе. Сухие стандартные (взвешенные) образцы-
восьмерки выдерживают в эксикаторе в 10%-ном растворе серной
кислоты в течение определенного времени, затем взвешивают. По
разности масс судят о гигроскопичности. Гигроскопичность счи¬
тается допустимой, если масса образца увеличилась не более чем
на 0,5%.' Самые лучшие стержневые смеси дают увеличение массы55
до 0,1%. После определения гигро¬
скопичности образцы испытывают
на прочность при растяжении.
Уменьшение прочности на 20—30%
считается нормальным.Огнеупорность формовочной сме¬
си определяется температурой раз¬
мягчения или оплавления и темпе¬
ратурой ошлакования или спекания
зерен. Формовочные пески испыты¬
вают на огнеупорность так же, как
все огнеупорные материалы.Автоматические способы контроля фор¬
мовочных материалов. В автоматизирован¬
ных бегунах перемешивание влажной смеси
производится по времени. Качество смеси и
производительность бегунов резко возраста¬
ют, если смесь выпускать сразу по достижении ею необходимых физико-механн-
ческих свойств.На рис. 38 приведена схема автоматического контроля смеси непосредствен¬
но в смвиивающем аппарате. Под днищем чаши бегунов монтируется карусель
3 с укрепленными на ней пятью гильзами 4. Карусель перемещается от позиции
к позиции по кругу с помощью привода 1. На позиции 1 гильза, закрытая снизу
поддоном 10, заполняется формовочной смесью, которая подается из чаши бегу¬
нов шнековым питателем 5. Питатель вращается в течение определенного време¬
ни и подает постоянное количество смеси. На позиции II в гильзу вводится
шток 6 пневматического цилиндра и происходит уплотнение смеси. Высота об¬
разца получается стандартной, так как ход штока ограничивает.ся упором 11.а
з5
!■&0,045 0,02<5>5Д О1 [ftА/7\//ііА80602 4 6
Влажность%Рис. 37. Зависимость газопрони¬
цаемости (1) и прочности (2)
смесей от содержания в них влагиРис. 38. Карусельный прибор для автоматического контроля свойств формовоч¬
ной смеси56
На позиции III на гильзу с образцом опускается зажимное устройство 8,
снабженное резиновой прокладкой 7, гильза зажимается штоком 9. При этом
нижняя часть гильзы остается открытой, поэтому сжатый воздух может про¬
ходить через образец, выходя в атмосферу. Давление воздуха в полости над
образцом фиксируется самопишущим манометром и соответствует газопроница¬
емости смеси. На позиции IV к гильзе с помощью штока 19 прижимается снизу
зажимное устройство 18. Между торцом образца и зажимной плоскостью оста¬
ется небольшая полость, куда поступает NH3 для измерения влажности смесн.
Разность объемов NHs, характеризующая влажность смеси, записывается само¬
пишущим прибором.На позиции V образец выталкивается из гильзы штоком 17 пневматического
цилиндра 2, перемещение которого ограничивается упором 16. После остановки
штока включается электродвигатель 13, который через коническую пару 12
передает вращение винту 14, который перемещает упор 15 к образцу.Моменту разрушения образца соответствует максимальная сила тока в цепи
электродвигателя, которая фиксируется самопишущим прибором. После разру¬
шения образца упор 15 возвращается в верхнее положение, а шток 17 опуска¬
емся в нижнее положение.\ В последнее время в смесеприготовительных отделениях стали использовать
ЭВМ. Предложенные программы для ЭВМ позволяют так управлять технологи¬
ческими процессами, что формовочные смеси обеспечивают получение отливок
высокого качества.Приемка свежих формовочных материалов. Прибывшая на за¬
вод партия формовочных материалов сопровождается сертифика¬
том, в котором указываются основные характеристики данного, ма¬
териала согласно техническим условиям. Несмотря на это, каждую
новую партию песка проверяют на зерновой состав, содержание
глины, влажность, минералогический состав, т. е. на содержание
SiC>2 и примесей. Для этого отбирают ттробы из каждого вагона
или машины в разных местах и на разной глубине. Составляют
большую пробу, которую перемешивают и делят путем квартова¬
ния или с помощью делителя проб. При квартовании перемешан-,
ную пробу разравнивают и делят на четыре равные части: три ча¬
сти отбрасывают, а одну делят до тех пор, пока она не уменьшит¬
ся до нужных размеров (но массой не менее 6 кг).Фщшовочные глины испытывают на клейкость, прочность и
определяют их химический состав.I§ 3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХСМЕСЕЙФормовочные и стержневые смеси приготовляют из све¬
жих материалов и бывшей в употреблении смеси. Исключение со¬
ставляют некоторые стержневые смеси, целиком состоящие из све¬
жих материалов, и наполнительные смеси, целиком состоящие из
отработанной формовочной смеси.Процесс приготовления смесей состоит из трех этапов: подго¬
товки свежих формовочных материалов; подготовки отработанной
Смеси; перемешивания всех составляющих смеси.Подготовка свежих материалов. В современных литейных цехах
свежие материалы подготовляют на складе. Крытый механизиро¬
ванный склад формовочных материалов примыкает к смесеприго¬57
товительному отделению, куда поступают все подготовленные ма¬
териалы.Песок хранится на складе в закромах ло маркам. Обычно пе¬
сок нуждается в сушке, которая производится в пневмопотоке, а
чаще в «кипящем слое». Сущность последнего способа состоит »
том, что через слой песка снизу продувается воздух. При опреде¬
ленной скорости воздуха частицы песка начинают хаотично пере¬
мещаться, образуя как бы кипящую жидкость. Большая поверх¬
ность контакта зерен песка с газовой средой и интенсивное переме¬
шивание обеспечивают хороший теплообмен между песком и газом.
Это позволяет эффективно использовать «кипящий слой» для суш¬
ки песка и охлаждения его после сушки. Песок подается в камеру
непрерывно. Сухой песок из «кипящего слоя» по лотку поступает в:
охладительную камеру, где продувается холодным воздухом. Рас¬
ход условного топлива составляет 10 кг/т. С 1 м2 решетки полу¬
чается сухого песка 8—10 т/ч.Просушенный, охлажденный до 20—30° С песок просеивается и
подается в специальные бункеры для хранения или непосредствен¬
но в расходные бункеры над смешивающими аппаратами. Для
просеивания большого количества глинистого песка .целесообразно'
применять барабанные полигональные сита, имеющие форму усе¬
ченной шести- или восьмигранной пирамиды. Во время вращения,
сита песок пересыпается с одной грани на другую и просеивается,,
при этом спекшиеся при сушке комки разбиваются.Глину вводят в смесь в жидком виде (водная суспензия) или:
в виде сухого порошка. Транспортировать порошок глины целесо¬
образно пневмотранспортом. В смесеприготовительном отделения
сухая глина поступает непосредственно в раздаточные бункеры
над смешивающими аппаратами,.Глиняную суспензию приготовляют в специальных установках-
Глину замачивают и распаривают в горячей воде. При этом комья
глины разбивают и разминают катками или лопастями специаль¬
ного смесителя. Воду добавляют в таком количестве, чтобы суспен¬
зия имела плотность 1,3—1,5 г/см3. Если в формовочную смесь тре¬
буется добавить каменноугольный порошок, то его следует вводить
в глиняную суспензию. Готовая суспензия сливается в бак и по тру¬
бам поступает в дозаторы к смешивающим аппаратам. Глина в
жидком виде лучше распределяется в смеси и при незначительном
ее содержании обеспечивает нужные физико:механические свойства
смеси.Связующие обычно не нуждаются в специальной подготовке.
Исключение составляют сульфитно-спиртовая барда и древесный
пек.В формовочные смеси для формовки по-сырому добавляют ка¬
менноугольный или древесноугольный порошок как противопригар¬
ное средство. Порошок приготовляют на складе. Для этого круп¬
ные (подсушенные) куски угля дробят, размалывают и просеива¬
ют. Угольную пыль целесообразно подавать пневмотранспортом.
В формовочные и стержневые смеси для формовки по-сухому до-58
<5авляют опилки, торфяную крош¬
ку, которые на складе предвари¬
тельно просеивают.Подготовка отработанной сме¬
си. Объем отработанной смеси, ко¬
торая проходит в цехе специаль¬
ную подготовку с целью использо¬
вания ее для приготовления новых
•смесей, в среднем в 10 раз больше
объема свежих материалов. Со¬
временная технология в сочетании
•с высоким уровнем автоматиза¬
ции литейных линий по производ¬
ству отливок в песчаных формах
требует непрерывного контроля
-физико-механических свойств в
процессе их приготовления. Это возможно выполнить при отсутст¬
вии в отработанных смесях посторонних включений, при стабиль¬
ных влажности и температуре по всему объему смеси при поступ¬
лении ее в смесители. Транспортные потоки отработанной смеси
■оборудованы устройствами для отделения скрапа, размола и отделе¬
ния комьев, гомогенизации (выравнивания состава и свойств) и ох¬
лаждения, для сепарации и регенерации отработанной смеси. В 1 м3
■отработанной смеси содержится до 10 кг металлических включе¬
ний— крючков, шпилек, корольков металла и т. п. Для отделения
металлических ферромагнитных включений применяют шкивные и
•барабанные железоотделители, которые одновременно служат при¬
водными барабанами ленточного конвейера (рис. 39).Последовательно за магнитными железоотделителями устанав¬
ливают валковые дробилки для разминания комьев смеси и затем
полигональные сита для просеивания смеси. После выбивки отра¬
ботанная смесь имеет неравномерную влажность-и температуру,
доходящую до 100° С и выше. Гомогенизацию выполняют в специаль¬
ных барабанах — гомогенизаторах. Здесь смесь тщательно переме¬
шивается и увлажняется. Излишняя влага удаляется в охладитель¬
ных установках, куда под давлением подается воздух. Воздух и
образующийся при продувке пар уносят с собой пыль. Обработан¬
ная таким образом смесь поступает в бункера-отстойники или в
бункера над смесителями.Приготовление смесей заключается в тщательном перемешива¬
нии всех материалов, входящих в их состав. Для этого применяют
специальные смешивающие установки. Смеси с небольшим содер¬
жанием глицы, особенно смеси на масляных связующих, целесооб¬
разно приготовлять в лопаточных смесителях, представляющих
собой желоб, в котором вращается вал или несколько валов с наса¬
женными на них лопатками. Смесь захватывается лопатками, пе¬
ремешивается и продвигается от места загрузки к месту выгрузки.Самыми распространенными установками для приготовления
смесей являются смешивающие бегуны. В них приготовляют раз-а)Рис. 39. Схемы подготовки отрабо¬
танной смеси:з—выбнвка и транспортирование; б—маг¬
нитная сепарация; /—выбивная решетка;
2—приемный бункер; 3—шкивный магнит¬
ный сепаратор; 4—ленточный конвейер59
Рис. 40. Кинематическая схема смешиваю- Рис. 41. Центробежный смеситель
щих бегунов	непрерывного действияличные смеси, и в первую очередь глинистые. Кинематическая схе¬
ма смешивающих бегунов изображена на рис. 40. Через дно круг¬
лой чаши проходит вертикальный вал 6. На валу находится тра¬
верса 10, на которой шарнирно укреплены два чугунных катка 5.
Катки вращаются вместе с валом (я—30 об/мин) и одновременно
вследствие трения вращаются вокруг своих осей. Между катками
и дном чаши имеется определенный зазор, который можно регули¬
ровать. Катки во время работы могут приподниматься, так как оси
катков 14 соединены с кривошипами 13. Валик 11 кривошипа сое¬
динен с траверсой 10. На траверсе жестко укреплены плужки 9 и
12, которые, поворачиваясь вместё с валом, подгребают смесь под
катки.В бегунах смесь не только перемешивается, но и перетирается,
так как каждая песчинка под катками получает вращательное дви¬
жение; при этом она покрывается тонкой оболочкой глины. Верти¬
кальный вал приводится в движение от электродвигателя 1 через
соединительные муфты 2 и 4, редуктор 3 и пару конических шесте¬
рен 7 и 8. Готовая смесь выдается «а ленточный конвейер через
окно в дне чаши, которое открывается специальным механиз¬
мом.Продолжительность перемешивания зависит от назначения и
состава смеси. Облицовочные и стержневые смеси перемешивают¬
ся в течение 9—12 мин, наполнительные — 2—3 мин. Быстросохну¬
щие смеси на СП и СБ, на жидком стекле перемешиваются 15—
20 мин.60
В смешивающий аппарат сначала загружают сухие материалы:
отработанную смесь, песок, угольный порошок (или опилки), а пос¬
ле 2—3 мин перемешивания сухую смесь увлажняют, вводят глину
(порошок) и перемешивают в течение половины нормы времени.
Затем добавляют жидкие составляющие (связующие) и все вместе
перемешивают в течение оставшегося времени.Для наполнительных и единых смесей целесообразно применять
высокопроизводительные смесители непрерывного действия
(рис. 41). Центробежный смеситель имеет неподвижную чашу 1Г
ротор 2, закрепленный на вертикальном приводном валу 3. На обо¬
де ротора 2 под разными углами к горизонту установлены плуж¬
ки 4, а на кривошипных валах 6 — катки 5 с вертикальной осью
вращения. Цилиндрическая поверхность катков и стенки чаши об¬
лицованы резиной 7. При вращении ротора катки отклоняются под.
действием центробежной силы к борту чаши. Зазор между катка¬
ми и чашей регулируется эксцентриком 8. Готовая смесь выгру¬
жается через окно 9 в дне чаши.Сразу после перемешивания формовочные смеси еще не имеют
требуемых физико-механических свойств* так как влага не успе¬
вает равномерно в них распределиться и одинаково смочить все
частицы глины. Поэтому из бегунов смесь передается в специаль¬
ные бункера-отстойники, где она вылеживается в течение 2—3 ч.
Одновременно отстойники позволяют иметь в цехе запас формо¬
вочной смеси, что при трехсменной работе оборудования очень
важно. Из отстойников формовочная смесь поступает на ленточ¬
ный конвейер, пропускается через разрыхлительную машину (аэра¬
тор или дезинтегратор) и направляется в формовочное отделение
к раздаточным бункерам.Литейные цехи расходуют большое количество различных фор¬
мовочных и стержнерых смесей. Значительный объем работ, свя¬
занных с приготовлением смесей, требует организации во всех ли¬
тейных цехах механизированных и автоматизированных смесепри¬
готовительных отделений. Чем больше отливок выпускает цех, тем
больше ему требуется смеси, тем более необходима автоматизация.
В настоящее время многие литейные цехи имеют автоматизирован¬
ные смесеприготовительные отделения с автоматическим контролем
свойств смесей.Смесеприготовительные отделения могут быть централизован*
ными, когда они снабжают смесями весь цех, или децентрализо¬
ванными, когда каждое формовочное отделение имеет' свой смесе¬
приготовительный участок. Централизованные смесеприготовитель¬
ные системы более компактны, в них лучше используется;
оборудование. Но если цех большой, формовочные линии не связа¬
ны между собой и работают на разных смесях, особенно на таких,
которые не следует смешивать, более рациональны децентрализо¬
ванные отделения.Формовочные и стержневые смеси разнообразны по составу и
физико-механическим свойствам. Состав смесей в первую очередь
зависит от характера отливок: массы, сложности и рода сплава.61
Таблица 10. Песчано-глинистые формовочныеМассовая доля компонентовСмесьМассаотливки,кгТолщина
стенки
отливки,
мм, не
болееОтработан¬
ная смесьКваопевыйпесокГлинаОблицовочная для
«формовки:16,5—533—6,5по-сыромуДо 1002580—40100—5002575—4020,5—51,54—8До 5005060—4033,5—51,06—8,5по-сухомуДо 50005080—4015,5—50,54—9■Облицовочная 1——80—4012,5—45,54—9Единая для фор-
-мовки по-сыромуДо 1008092—906,5—8,01 Смесь для отливок, имеющих склонность к горячим трещинам.Следовательно, формовочные смеси можно классифицировать: по
роду сплава — для стальных, чугунных, цветных отливок; по спо¬
собу формовки — по-сырому или по-сухому; по назначению — об¬
лицовочные, наполнительные, единые.Облицовочные смеси применяют только для облицовки рабочей
поверхности формы. При изготовлении формы поверхность модели
покрывают слоем этой смеси толщиной 20—40 мм; остальной объ¬
ем опоки заполняют наполнительной смесью.Наполнительные смеси представляют собой отработанные (быв¬
шие в употреблении) смеси; по прочности они уступают облицовоч¬
ным смесям, но имеют лучшую газопроницаемость.Единые смеси применяют обычно для мелких отливок при ма¬
шинной формовке. Свойства их средние между свойствами облицо¬
вочных и наполнительных смесей.Кроме того, формовочная смесь может иметь специальное на-
.значение, например, для пескометной формовки, почвенных кессон¬
ных форм или для других определенных форм.Формовочные и стержневые смеси для стальных отливок дол¬
жны быть наиболее огнеупорные, прочные, так как сталь имеет вы¬
сокую температуру заливки (свыше 1500° С) и низкие литейные
«свойства по сравнению с серым чугуном. Следовательно, в боль¬
шинстве случаев, особенно для тонкостенных отливок, формы необ¬
ходимо высушивать. Смеси для стальных отливок (табл. 10) при¬
готовляют из огнеупорных кварцевых песков 1К или 2К, в которых
■содержится не менее 95% Si02. Глинистые пески имеют, как пра¬
вило, низкую огнеупорность и для стальных отливок не пригодны.
Глина должна быть огнеупорной (1-го сорта). В смеси для фор¬
мовки по-сухому и по-сырому желательно добавлять пылевидный
кварц в таком количестве, при котором не снижается газопрони¬
цаемость смеси.<62
смеси для стальных отливоксмеси, %Зерновой
состав пескаГазопрони¬цаемостьВлажность,%Предел
прочности
при сжатии
во влажном
состоянии,
кПаОбщеесодержаниеглиныСульфитнаябарда8-Ю ч016А, 0.2А.02Б80—1003,5—4,529—4910—12До 0,502Б, 02А100—1204,0—5,039—5811—13 і- —100—1304,5—5,549—6812—140,2А, 0315Б70—1005,0—7,049—6812—14 )2,4—1,502А, 0315Б70—1005,0—7,034—58-8—101,5—2,0016, 02А,80—1003,4—4,529—49.02БФормовочные смеси для чугунных отливок приготовляют обыч¬
но из глинистых песков. Для мелких отливок при машинной фор¬
мовке применяют единые смеси, которые по составу и свойствам
близки к облицовочным смесям. В качестве противопригарной до¬
бавки в смеси для формовки по-сырому добавляют каменноуголь¬
ный порошок. Во время заливки чугуна равномерно распределен¬
ный в смеси угольный порошок сгорает, образуя газ СО, который’
создает в форме восстановительную среду, предупреждает пригар-
смеси к отливке, образуя газовую прослойку между металлом и
поверхностью формы.Более крупные формы, формуемые по-сырому, делают и&
облицовочной и наполнительной смесей. В облицовочные смеси для
формовки по-сухому, особенно для тонкостенных сложных отливок,,
для податливости добавляют опилки или торфяную крошку. На¬
полнительную смесь обычно не освежают; она представляет собой
отработанную смесь. Для тяжелых отливок со станками большой,
толщины в облицовочные и стержневые смеси добавляют огнеупор¬
ные материалы — хромистый железняк, магнезит.В настоящее время широко применяют быстросохнущие смеси:
(•на связующих СП и СБ, на жидком стекле), позволяющие просу¬
шивать не всю форму, а только слой (~50 мм), прилегающий к:
отливке. Составы смесей, применяемых в чугунолитейных цехах,,
приведены в табл. 11. Облицовочные быстротвердеющие смеси на
жидком стекле для чугунных, стальных и цветных отливок пред¬
ставлены в табл. 12; смеси для изготовления форм прессованием
под высоким давлением — в табл. 13.Формовочные и стержневые смеси для отливок из цветных спла¬
вов должны обеспечивать в первую очередь чистоту поверхности
отливок. Особенно это важно для сплавов, имеющих большую жид-
котекучесть, например для оловянных бронз. Огнеупорность смесей6S
ЗіоСі.ос3*оа*Сі.о*8-ЗіоCD• 1О 00 00
. ^ Ю СО1 1 100 Tfь- ь-1 11О<N1 1 1
05 О .
СЧ СО Tf1 1
05 00
ТҐ юЮ<9оО ООО
СО t-- 00>111о о
о соСЧ —1 125-ммо о о о
Tfincos1 1
о о22Юю о юою1in со" соммь-1 11юммо LO юі 1юСЧ Ююb-_aq7 71 1оо о NО СЧІ- 1ю1ОС^Юі 7 Т 7I 11со1 М 1Ю СО оо о1 1юСО СЧ 00 ю051СЧ 05 со СО
05 00 00 ОО[Ml1 11юммСО СЧ © 001 1СОот}< со ^ 0005 05 05 00Tf<Т}<ю1ь-со1Iоо>Iа>ютґсоооо0011оо11%о00оооtC1оо“1оо"100*11ол1о1о1о^со"СОt-TьГI I 1 II I I I L I IТМЛ 1Л 00 00 00INI IIСО ^ ТҐ ю со со55>3*Очоса*о>оа*Cl.о*0-1111« со
сГ вои-^OlotNСЧ Оаг*-СЧоосо1іЛЮщЮMilЮ СЧ
1 1ю(со11ю11оммСЧ —«<£>»Л1 1
^*оо1ю1N.1001СЧСЧСЧСО *«*«СЧгоСЧ'Ою оо ооюооLO^ ^ .мм00I 1со1ю1111 \ мю оооо1D}о1оГч.ь- »>-г-.СОСОю&<<<to<-< —'<<22її «с <2~*СЧСЧСЧСОСЧСО^СЧСОСО^СОтґ^СОоОоООООООООООООООоOO^fNсо тгот*СО11 1 м1 11СО1111onммt-» 00 05 О1 1
— СЧ1СЧ1СЧ1СЧ1—*—<Ю оооСЧ ТҐСОоЮ d) О 4JооооСЧ О) ^ о>о>осоюоо§о§о оочоопKtoactiaсїсапюппосчоS*ооооооSСЧ11ю11о1о1оСЧ8оооооfc*коизооосчоfc*64
Таблица 12. Облицовочные быстротаердеющне смеси на жидком стекле для отливок из чугуна, стали и цветных металлов* S .?= Р:«ТООX Ш оО- Ох о *?оv О Уи 2
« 3~Х« г X >,
a.2: -а о>о5*
а о *
с s к2О то
іі
£5Is25=»Is£ а
Ч *
2
СО СПсч соIIч?*СПсоIсоI1СП1о>СО to
сп а>О 00о> 00Tt« юt&«ГО)о>00000000юю8О00Ю TfI IСО —Ю 1ЛI IСО сою о>С© 00ь- —Tt« 00ь-оюg С і
§s35 &*Н м ^ ж
° * « *
* 2 s ~
3»її
х 5 та X
х 5 5 Ли' ° Ю ш►Q Н£ К
S .Л(-
ОXaXа ь 1sonЯ я fca а
о а> -\сч m *X
* 3
* І S
€ S a о gй> 5— л ,bd Ч 'чвX3Xн<UОmsчк R a 2 R
ДДз oS3—1563xо6тTO I
О.Г5ge<D яTO
О R
UCDsgsSBо<o ао*	йи	5v	оs	>,
°ооз	з!О	£х	S4>	ТОЯ	*О*яз£
аз <£S рS <и
2
* Sа, cl
о *
0и*- о65
для цветного литья имеет второстепенное значение, так как сплавы
разливают при сравнительно низких температурах: медные сплавы
при 1200°С, алюминиевые—при 850°С (не выше). Во избежание
механического пригара (когда жидкий металл проникает между
зернами песка) формовочные и стержневые смеси приготовляют из
мелкозернистых песков. В формовочные смеси вводят большое ко¬
личество отработанной смеси. В качестве противопригарного сред¬
ства в смесь для медных сплавов добавляют мазут.Для алюминиевых сплавов стержни и формы должны быть осо¬
бенно податливы, так как при высоких температурах прочность
алюминиевых сплавов незначительна.Магниевые сплавы отличаются большой химической актив¬
ностью. Так, в сырых песчаных формах магний разлагает свобод¬
ную воду, а в сухих вступает во взаимодействие с химически свя¬
занной водой. Для защиты магния от окисления в процессе залив¬
ки и последующего охлаждения в формовочную и стержневую смеси
добавляют 4—10% фтористой присадки (смесь кислого фтори¬
стого аммония NH4F-HF и борной кислоты 'НзВОз), серный цвет
(порошок) или чистую борную кислоту.Фтористая присадка во время .заливки образует газообразную
защитную прослойку между металлом и формой. Сера действует
так же, образуя при сгорании SO2; добавляют ее обычно в смеси
для толстостенных отливок. Борную кислоту вводят в смесь вместо
фтористой присадки; под действием высокой температуры она пе¬
реходит в борный ангидрид В2О3, который образует защитный слой,
взаимодействуя с оксидами металлов.Типовые формовочные и стержневые смеси для цветного литья,
чугунных и стальных отливок приведены в табл. 14—16.Стержни во время заливки расплава испытывают значительные
термические напряжения, поэтому к стержневым смесям предъяв¬
ляют более жесткие требования, чем к формовочным. Эти смеси
должны быть более прочными в сухом состоянии, иметь хорошую
поверхностную прочность, огнеупорность, газопроницаемость и по¬
датливость, но меньшие гигроскопичность и газотворную способ¬
ность. Технологические свойства стержневых смесей зависят от при¬
меняемых связующих и добавок.В зависимости от условий работы, геометрии, размеров, конфи¬
гурации и требований к качеству литой поверхности стержни делят
на пять классов.I	класс. Стержни очень сложной конфигурации, имеющие ма¬
лые знаки, образующие в отливках необрабатываемые полости, к
чистоте которых предъявляются высокие требования. К этому клас¬
су относятся стержни ленточного типа, например, для отливок бло¬
ка дизеля, поршневых головок и т. д.II	класс. Стержни сложной конфигурации, имеющие наряду с
массивными частями тонкие выступы и перемычки. Эти стержни
образуют полностью или частично обрабатываемые поверхности.III	класс. Стержни средней сложности, имеющие массивные зна¬
ки, к которым предъявляются повышенные требования.66
IV	класс. Стержни простой конфигурации, образующие в отлив¬
ках обрабатываемые и необрабатываемые поверхности, к качеству
которых особых требований не предъявляется.V	класс. Массивные стержни, образующие полости в отливках,
качество поверхности которых не оговаривается.В зависимости от класса стержней, от рода металла отливок
применяют смеси различного состава (см. табл. 14—16).К эффективным технологическим процессам относится изготов¬
ление стержней из быстротвердеющих смесей, причем отверждение
стержней происходит в стержневых ящиках. К этим процессам от¬
носятся:СОг-процесс, в котором используются смеси на основе жидкого
стекла. Отверждение происходит при продувке стержня СОг;процесс с применением ГТС; основой этих смесей служат быст-
ротвердеющие органические или органо-минеральные связующие,
способные затвердевать при нагреве; отверждение смесей происхо¬
дит в горячих (200—250° С) ящиках;процесс с применением ХТС на основе фенолфурановых, фенол-
формальдегидных, мочевиноформальдегидных, эпоксидных смол;
отверждение стержней происходит в ящиках. Для ускорения про¬
цесса отверждения в смесь вводят катализаторы, продувают стерж¬
ни теплым воздухом.ГТС приготовляют обычно из обогащенных песков ОбІК, 062К,
содержащих не более 0,5% глины. После сушки и охлаждения пе¬
сок соединяют со связующими, катализаторами, добавками. В ка¬
честве связующих обычно применяют карбамидные смолы, которые
равномерно распределяются на поверхности зерен песка в процес¬
се приготовления смеси.Катализаторы способствуют отверждению связующих при изго¬
товлении стержней. В качестве катализаторов используют раство¬
ры мочевины, NH4CI, СгСЦ, смесь ортофосфорной кислоты и суль¬
фитно-спиртовой барды и др.Добавки улучшают технологические свойства смеси. В качестве
добавок применяют оксиды железа, серебристый графит и др. Сме¬
си приготовляют перемешиванием в лопастных смесителях или в
бегунах. Изготовление стержней в горячих ящиках осуществляется
путем надува смеси в закрытый ящик с помощью пескодувной или
пескострельной машины.ХТС обладают всеми свойствами, присущими ГТС, но отверж¬
дение смесей происходит без нагрева. Это дает возможность при¬
менять более простую и дешевую оснастку, в том числе деревян¬
ные ящики. В состав ХТС входят наполнитель, связующая компо¬
зиция, добавки. Главное значение'имеет связующая композиция —
она определяет основные свойства смеси, технологический процесс
изготовления стержней и форм, выбиваемость, способ регенерации
и т. д.Связующая композиция состоит из собственно связующего, ут¬
вердителя, регуляторов скорости отверждения и добавок. Она дол¬
жна обеспечить затвердевание смеси без нагрева при выдержке3*67
Таблица 14. Формовочные и стержневые смеси для отливок из цветных металлов'нннэжнюес!Hdu Н1Э0Н•bOdu iroir^djjяюонаеїі-HHOduoeej%‘чюонжгіга1Лг«*h*(N00(NIт11 Т 'о
1 1100I00' 1 1
001 hiО)оCD00юсоt»-I8юо<dсчо(NОВ ** хВЦХ ‘ИН1ЕЖЭнбп нхэон
•hodu lfdVdduо<о<оО)о>сч00осчю1ю1Ю11г-1ю1111о1О)1о1001о100(Nсоюсосч<У)чхэоиэвй-HHOduoeejОсоо о
<м сч%‘Ч1Э0НЖВ1Гасосч(Nюh-11Л|ю1CD1о1100тг1ЛCD**оcd“]<о100.wL1ю1юсяFютгсч2 *
s «2
« о>о
"воо«о
X V с
£ 6PW
Й *
Л-О
О хк I3 'г°~ж ^■б4 со
£ *=t
►» СОU ок ,
соЙІД
я о•в4 СО
в **
5,04,7 со
U осоS соо4кю-соi-в- s f5	кю £ —«§7-§
J *<=?.>.«^ s U о>*35изведо^Ин0>0cfСО17 II IЯ * |
О^О>|ю|Зс0Є списів сіЕВИ1Мнвн^б>іяоээп цижзвэюою о
сч *r8 Iж «— ечЮ8*goS«ci|M со<<Ю <<2юю020Ioo§3§ЧЭЭКЭнвшгеїодг&іоо00о	о00	00I	IS	S?ю00оа>кч*
-> о
ef со
Sчног Л
6g§1
е( S4 сох V2 °
Си с>>2 _о о
а. а3 оо 3Cl£ *>»s ©*3 Я
SО кх §>> §
о ^О 05
С СО£ *СО Efч а?sS.ЧBt.с;* м
оСО
SчS	3 _— щ О)	к tr5 Он Е* оо £ о	ф а° » _	S о
а Я ж *СО Си	/-Vч 2 X * ос ь s	^ ^о О «	я О4 СО5**S сг
о о
о, m21g°БеSS ко *к «г; <и
е( ВОн.<1>О оИ (О
к 2S О-Я О яч© a£	s0	яs	§5	а>5	лs*чисоmа> х
* 3I*
2 °
Г Т ЧVJ V	»хоJ3 я »35m ш а>со >»«5 § §••<u W нS g 5Ж к
=( - *« 5 в
s 5 х
^цо68
Таблица 15. Типовые составы стержневых смесей для отливок из чугунаО. <д
С*‘яхоонжеігдяхооиэ•FftHHOdUOeejBYdegКЕН1ИфЧ1ГЛЭ®8«I■5* 1с( <« І 2
s?s«gЛя®U н ьО « J,'S 5 5<0 Я	оах jю ж
и о
=Г о
а о
<9 вS*СЗ &•є? а>SО CD CD 00 00 05 I4»оо оо оо оо ао ^ ^OCD^OlOlO W —і І І І 1 І І
СО О о CO CO CD 00
оо о j> Tf’t а> n
«О ^ ТГ CO СО ~ІЛЮ^С^ю ої а> cs соI I II І І ІW'trfOOTfO)юCO ^ Tt* т** іл «5І І І І 1 І І
—■ СЧ (N СО СЧ ЮЮQOOQOOOWOOQQSNСО СОСО СО СО СОMINIСЧ СЧ (N СЧ ОlOCO rj< CO COО СЧ CO CO <NI IСЧ CO
oo*^	о(N Ю ю CD (D N-Hо II I II IС^сосчсо СОЮ h-ooCOI M M IICO CO rj* ю СЧM I II IIOOOCONOONN001000
О) CT) 0)10 COS II I I IIО О© Is* CO сч
OQOOiON-Я s £>Л W§C* о 5h 5 >7 hw On
a s
s в _С. ф ф ^
c**s «а :
а £ :
e= * (’чізонжвігдяхэоиэ-BftHHOduoeej£ *
* fflо 2 «<
£§?
и ї ш
«ЯхCU 4» *5SO « J,• 'я яa s x<5 - eхоээиВІЧЯЗ'ПІІЕЯ»8гакО-»%t£>СПСО sh- оо*— Tt*счTt> 00оо о>Tf CD О о
00 05 00 ^
. о> счI I NWQ Tf СО0> ^ оо о>Tf ^ Is-00
со toI I S
о>оож°о^
■«^ ьГ о> — —10,нО)>»ттО)еза<s.Ctян£ н« «э К со о
е- — о а>
> 3 * >ои*оЛ ся оо1ДаС1C1CI111C11CооicС?соосо1со1I911CTt*1CС>Люо1C1со1со1о7S111СП1h-і1C1оСОГ 1 IIIГ--1CооОІо>оh-о]111сооооэО)оюйГйГ0)Ч)о23*ЦЧ)3333яяяSXЛX04cd>»со>> нчcd>»ицте>>>>нЬк, mн?>%ниS*иЕГиГГиу2 к
fe m
S ss яса*м XS 2
X zaex«2 яо S
а>
к« ч
ч £* \о _
о о) sЮ г, НО н Уcj Oо - ш
с « К
о J4
я н
¥ таї й5Я <U Р
жX
К«■-її
а-С[ 2'goсо
о ж
о«э4) со
Я* *
°-"Я ЙS 1 §У £ *
Я е;(I) ик v 5е; и wоь69
на воздухе или при обработке газообразными реагентами, иметь
высокую адгезию к наполнителю (т. е. хорошую прочность сцепле¬
ния с наполнителем) и быть инертной к наполнителю. В качестве
наполнителя применяют кварцевый песок, дистенсиллиманит, цир¬
кон, хромит, хромомагнезит, и др.Отвердитель — это компонент, который вызывает отверждение
связующего. Отвердителем может быть углекислый газ в СОг-про-
цессе, триэтиламин в смесях с полиуритановыми связующими. При
разработке связующей композиции для ХТС главное внимание об¬
ращают на скорость отверждения, прочность и выбиваемость и дру¬
гие технологические свойства смеси.Скорость отверждения устанавливают в зависимости от харак¬
тера производства. Для массового производства период отвержде¬
ния может составлять 40—60 с, для крупносерийного 5—10 мин,
для мелкосерийного 30—40 мин. Смесь должна иметь предел проч¬
ности при сжатии для стержней 0,05—0,15 кПа, для форм 0,02—
0,1 кПа.Живучесть — это время с момента выпуска смеси, в течение
которого не изменяются основные ее свойства. По данным
С. С? Жуковского, живучесть смесей с мочевино-формальдегидны-
ми смолами составляет 3—5 мин, с фенолформальдегидными, фе-
нолфурановыми, мочевино-фурановыми — 5—20 мин, с фуранфор-
мальдегидными — 3—5 мин. За это время следует смесь засыпать
в ящик, установить каркасы и провести уплотнение.Прочность при сжатии ХТС проверяют обычно на стандартных
образцах d=50 мм, h=50 мм.Гигроскопичность ХТС зависит от природы связующего. Смеси
на фенольной и фенолфурановой смолах мало насыщаются влагой
и меньше разупрочняются, чем смеси, содержащие мочевину, по¬
этому их можно хранить длительное время. Высокая гигроскопич¬
ность является недостатком смесей со смолами, содержащими мо¬
чевину.Газопроницаемость песчано-смоляных смесей выше, чем обыч¬
ных уплотняемых, и уступает только газопроницаемости ЖСС. Га¬
зопроницаемость определяют обычным способом. Возможность об¬
разования газовых раковин в отливках следует рассматривать в
зависимости не только от газопроницаемости, но и от газотворной
способности. ХТС имеют небольшую по сравнению с другими сме¬
сями газотворную способность. Только смеси на смолах, содержа¬
щих азот (мочевино-фурановые, полиуретановые, алкидные), на
стальных и чугунных отливках вызывают образование ситовидной
пористости, но это объясняется тем, что в металле растворяется
азот. Поэтому для стальных отливок применение смол, содержа¬
щих азот, не допускается.ХТС не содержит компонентов, которые обладают связующими
свойствами в исходном состоянии, поэтому они имеют высокую те¬
кучесть, т. е. способность заполнить объем стержневого ящика или
опоки. Вследствие этой особенности для ХТС в большинстве слу¬
чаев не требуется обычного уплотнения встряхиванием или прессо¬70
ванием, а достаточно вибрации или небольшого доуплотнения вруч¬
ную.В результате специфических свойств ХТС и в первую очередь
ограниченной живучести, ее приготовление и использование корен¬
ным образом отличаются от приготовления и использования обыч¬
ных смесей. Поэтому внедрение ХТС потребовало создания специ¬
ального технологического оборудования, схема действия которого
зависит главным образом от характера производства.Для приготовления смесей применяют смесители периодическо¬
го и непрерывного действия. Смеситель непрерывного действия
представляет собой камеру, внутри которой вращается (50—
'70 об/мин) один или два вала с лопатками. При перемешивании
связующая композиция должна равномерно распределяться в на¬
полнителе. Продолжительность перемешивания наполнителя с ка¬
тализатором составляет 1—1,5 мин, после ввода связующего — еще
1 —1,5 мин. Для подачи компонентов в смешивающую камеру име¬
ются дозаторы,- расходные емкости. Предварительно все компо¬
ненты проходят соответствующую подготовку. При единичном и
мелкосерийном производстве основной технологической операцией
является свободная засыпка ХТС в стержневой ящик или в опоку.
В этом случае используют смесеприготовительную установку (в
комбинации с вибростолом или без него). Для извлечения модели
вибростол снабжается протяжным или кантовательным устройст¬
вом.При крупносерийном и массовом производстве для приготовле¬
ния смеси применяют предварительно подготовленную базовую
смесь песка с катализатором, которую перемешивают в течение
5—7 мин. За это время жидкий катализатор полностью кристалли¬
зуется —получается сухая смесь.Для изготовления стержней технологическое оборудование
подбирают в зависимости от цикла изготовления стержня. Для цик¬
ла отверждения в 1—2 мин установка представляет собой комби¬
нацию смесителя с пескострельной машиной. Из смесителя смесь
передается в пескострельный резервуар, а из него — в стержневой
ящик. После отверждения смеси стержень извлекают из ящика. Са¬
мые крупные стержни через 30—40 мин становятся прочными
(490—1470 кПа) и извлекаются из стержневого ящика. ХТС имеют
незначительную прилипаемость к стержневым ящикам и моделям.
В качестве разделительных покрытий применяют смесь серебри¬
стого графита с керосином или с машинным маслом, 1—2%-ный
раствор парафина в керосине или бензине.Стержневые ящики обычно бывают металлические, но в зависи¬
мости от характера производства могут быть изготовлены из пласт¬
массы или дерева. Стержни из ХТС окрашивают противопригар¬
ными покрытиями, которые высыхают на воздухе или при неболь¬
шой подсушке. Для стальных отливок применяют покрытия на ос¬
нове паст ЦБ (цирконобентонитовая), СБ (силлиманитобентонито¬
вая); для чугунных отливок —ГБ (графитобентонитовая). Все эти
покрытия требуют подсушки при температуре 150—180° С в течг-71
Таблица 17. Смеси для изготовления стержней по нагреваемой оснасткеОтливкиМассовая доля компонентов
смеси, %Текучесть после из¬
готовления (через
24 ч), %Газотвормая способ¬
ность, см3Длительность отвер-
■жпения образца, сГигроскопичностьсырой формовочной
смеси через 1 чПредел
прочно¬
сти, кПаКварцевый
песок |К0'2Оксид железаСвязующее1 КатализаторыI при растяже¬
ниипри сжатии
во влажном
состоянииЧугунные10.00,5Смола0,651(7)3,225247842и стальныеК.Ф-902,3Алюминие¬100—Смола0,556(14)3,835557542выеКФ-402,4ние 0,5—1 ч. Из покрытий, высыхающих на воздухе, чаще исполь¬
зуют покрытие с поливинилбутералем и жидким стеклом. Составы
ХТС и ГТС приведены в табл. 17, 18. ХТС, ГТС имеют большие
преимущества перед традиционными смесями: исключается тепло¬
вая сушка, повышается точность отливок, снижаются затраты на
уплотнение стержней, исключается или сокращается количество
арматуры.Жидкие самотвердеющие смеси. Технологический процесс изго¬
товления стержней из ЖСС разработан в ЦНИИТмаше. Смеси эти
настолько текучи, что легко заполняют стержневой ящик без вся¬
кого уплотнения и затем затвердевают на воздухе. Смесь текуча
благодаря пене, образующейся в процессе интенсивного перемеши¬
вания. Пузырьки пены разделяют зерна песка, облегчают сколь¬
жение зерен, уменьшают силы трения, что и придает смеси свой-Таблица 18. Стержневые XT СМассовая доля компонентов смеси, %,
от содержания пескаПределпрочно¬ОтливкиСвязующееКатализаторсти при
сжатии,
кПаТяжелые чугунныеФуритол 1-07
2Концентрированная орто¬
фосфорная кислота
0,85294Стальные массой до 25 тОФ-12Водный раствор бензолсуль-
фокислоты (р= 1,3 г/см3)
1,2—1,5294Мелкие и средние чу¬
гунныеМ-19-62Ортофосфорная кислота
1—2.294Мелкие и средние сталь¬
ные (стержни (1—III
классов)К.ФЛ-402Ортофосфорная кислота
1,2490Примечания. 1. Применяют песок марок 1К02А(Б) и 1К016А(Б), 2. Выдержка сме-
си 5—15 мин.72
ство текучести. Состав ЖСС, % по массе: 92—96 кварцевого песка;3—5 феррохромового шлака или нефелинового шлама; 4—7 жидкого
стекла; 0,1—0,4 контакта Петрова или ДС-РАС; до 0,2 мылонаф¬
та; 1,25—2,0 воды. Контакт Петрова и ДС-РАС добавляют для об¬
разования пены. Мылонафт стабилизирует пену.ЖСС приготовляют в смесителе периодического или непрерыв¬
ного действия. Сначала в смеситель загружают сухие компоненты
(песок, феррохромовый шлак) и перемешивают в течение 1,0—1,5	мин. Затем вводят предварительно подготовленную жидкую
композицию. Через 1,0—1,5 мин образуется пена и смесь становит¬
ся жидкой. Жидкая смесь выпускается из смесителя в стержневой
ящик или в опоку, на модель. Исходные материалы и готовая смесь
проходят необходимые испытания. Песок проверяют в соответст¬
вии с ГОСТ 23409.0—78.Феррохромовый шлак проверяют на химический состав, грану¬
лометрический состав (как песок), на влажность и активность. Ак¬
тивность феррохромового шлака, т. е. способность быстро взаимо¬
действовать с жидким стеклом, является очень важной технологи¬
ческой характеристикой. Для определения активности используют
прибор Вика, применяемый в строительстве для определения гу¬
стоты и схватывания цементных растворов. ЖСС испытывают на
механические свойства, текучесть, газопроницаемость, влажность.
Механические испытания проводят так же, как для песчано-глини¬
стых смесей.Из ЖСС изготовляют различные по сложности и размерам
стержни и формы. При этом оснастка может быть деревянная или
металлическая. Так как прилипаемость ЖСС несколько повышена
по сравнению с прилипаемостью обычных смесей, рабочую поверх¬
ность ящиков покрывают специальными разделительными состава¬
ми, которые состоят из мазута, керосина, серебристого графита или
керосина и парафина. Покрытие наносят обычно пульверизатором.
В случае изготовления по одной оснастке большой партии отливок
целесообразно применять полупостоянные покрытия. В качестве
такого покрытия рекомендуется хлорвиниловый светлый лак
(ХСЛ). Каркасы в стержневые ящики можно устанавливать до за¬
ливки на дно ящика с фиксацией в нужном положении или подве¬
шивать. Простые каркасы можно погружать в смесь до спадания
пены. После заливки стержни затвердевают в течение 40—60 мин.Для ЖСС рекомендуется покрытие состава, об. ч.: 58 молотого
кокса, 26 черного графита, 13 серебристого графита, 0,8—1,0 гли¬
ны, 1,7—1,8 сульфитного щелока, воды до нужной плотности (р =
= 1,35 г/см3). 'Точность стержней, изготовленных из ЖСС, выше, чем обыч¬
ных, поскольку стержень затвердевает непосредственно в ящике,
как и жидкостекольная смесь с продувкой СОг. Пригар на поверх¬
ности отливок получается несколько больший, чем на обычных сме¬
сях. Это объясняется тем, что пена сильно разобщает зерна песка,
увеличивая газопроницаемость, однако она увеличивает и проник¬
новение металла между зернами песка. Следовательно, в данном73
случае особо важное значение имеет правильный подбор покрытия
для стержней.ЖСС являются смесями жидкостекольными и в большинстве
случаев по технологическим свойствам мало отличаются от обыч¬
ных смесей на жидком стекле. Это относится и к выбиваемости
стержней из отливок. Что касается вымываемости в гидрокамере,
то в ней ЖСС ведет себя своеобразно. Стержни из отливок срав¬
нительно небольшой массы (до 3 т) вымываются хорошо. Однако
если стержень выполняет полость тяжелой отливки (более 15 т) и,
следовательно, находится под воздействием высоких температур
длительное время, то вымываемость его резко ухудшается.Изготовление стержней из ЖСС имеет следующие преимуще¬
ства: снижается трудоемкость изготовления стержней на 50—60%;
полностью ликвидируется ручной труд на основных операциях;
исключается из технологического процесса операция сушки, а сле¬
довательно, экономится топливо; повышается точность отливок;
увеличивается долговечность стержневых ящиков благодаря отсут¬
ствию динамических нагрузок на стенки ящика. Следует также
отметить, что внедрение ЖСС в литейное производство повышает
общий уровень технической культуры цеха.Противопригарные покрытия. Одним из наиболее нежелатель¬
ных явлений, сопровождающих получение отливок, является пригар
формовочной смеси к поверхности отливки. Пригар сильно услож¬
няет операции очистки и обрубки литья, ухудшает внешний вид
отливки, препятствует получению достаточной точности размеров.
Пригар — прочное соединение смеси с металлом отливки на ее по¬
верхности. Существует несколько видов пригара, каждый из кото¬
рых является следствием причин, свойственных только этому виду
пригара. Часто на отливке встречаются все виды пригара.Механический пригар возникает вследствие проникания метал¬
ла в поры формы или стержня. Он находится в прямой зависи¬
мости от пористости формы и жидкотекучести металла. Проникая
в поры формы (в некоторых случаях на глубину 40—50 мм), металл
образует сетку, в которой он перемежается с твердым и хрупким
зернами кварца. Удалить такую сетку с поверхности отливки чрез¬
вычайно трудно.Термический пригар образуется в тех случаях, когда темпера¬
тура расплава при заливке равна или выше огнеупорности мате¬
риалов, входящих в состав формовочных и стержневых смесей.
Расплавляясь и шлакуясь, формовочный материал прочно соеди¬
няется с поверхностью отливки.Химический пригар является следствием образования силикатов
железа 2FeO-SiC>4, Fe(Si04)3 или силикатов марганца Mn0-Si02
при воздействии закиси железа FeO и закиси марганца МпО на
зерна кварцевого песка. Наиболее вероятно одновременное обра¬
зование всех видов пригара, когда силикаты железа или марган¬
ца, имея низкую температуру плавления, глубоко проникают в по¬
верхностный слой стержня или формы, создавая на поверхности
отливки твердую корку.74
Таблица 19. Массовая доля компонентов покрытий, %ПокрытиеПылевидныйквардПектиновыйклейПатокаМылонафтБентонитГрафитКаменно¬
угольный
і порошок
ПЖМолотыйкоксМолотыйталькВодаПлотность,г/см3ГБ30,23,453,4401,3 —1,35кпг343,4—0,23,717—17	27,41,3 —1,35КПГУ343,4—0,23,79917.—23,71,35—1,45ТБ————.3——.—61351,4 —1,45ТГ——3—430—— ■31331,4 —1,45Для устранения или хотя бы уменьшения пригара на поверх¬
ности формы и стержня наносят небольшой слой специальных
покрытий. Покрытия могут быть сухие в виде припыла или жид¬
кие. Действие этих покрытий двоякое: одни из них сгорают при
соприкосновении с расплавом, выделяя газы (СО, СОг), препятст¬
вующие смачиванию формы и стержней расплавом, другие, обла¬
дая высокой огнеупорностью, заполняют поры между зернами
песка, чем препятствуют прониканию расплава внутрь формы.Для сырых форм в качестве припыла применяют серебристый
графит, пылевидный кварц. Хорошие результаты для отливок из
медных сплавов дает покрытие формы сажей, например, ацетиле¬
новой копотью. Для стержней и крупных форм применяют жидкие
(водные) покрытия, -в которые входят огнеупорная составляющая,
связующие вещества и глины. Жидкое покрытие не только защи¬
щает отливку от пригара, но и повышает поверхностную прочность
формы. В качестве огнеупорной составляющей применяют графит,
пылевидный кварц, тальк. Для получения необходимой вязкости
в водные покрытия добавляют водорастворимые органические свя¬
зующие (патоку, сульфитную барду, декстрин, пектиновый клей
и др.).На практике широко применяют специальные пасты, выпускае¬
мые промышленностью в готовом виде. Эти пасты нужно только
развести водой до необходимой плотности, чтобы получить литей¬
ное покрытие. Составы покрытий из этих паст приведены в табл. 19.
Покрытие ТБ рекомендуется применять для форм и стержней алю¬
миниевых отливок; краску ТГ — для отливок из бронзы; краски
ГБ, КПГ, КПГУ — для чугунных отливок. Пасты разводятся водой
в лопастной мешалке.В качестве противопригарного средства применяют также пас¬
ту из хромистого железняка. Хромистый железняк просеивается
через сито с ячейками 0,5X0,5 мм и смешивается в бегунах в те¬
чение 2—3 мин с декстрином. Затем добавляются патока и вода
и все компоненты перемешиваются еще 4—5 мин до получения
однородной массы.Состав пасты, %'• 88 хромистого железняка, 2 декстрина, 10 па¬
токи (меляссы), 10 воды (сверх 100%).. Пасту можно хранить не
более трех суток, так как после этого начинается брожение. На75
Таблица 20. Массовая доля компрнента покрытий для стержней и формстальных отливок, %ПокрытиеПылевидныйкварцБентонитМылонафт1Пекгги НОВЫЙ
клейСульфитныйщелокДекстрин11ПатокаСульфитнаяпатокаВодаПлотность,г/см3ст721,651,257,1181,4—1,5СТ-17230,5—10———141,4—1,5СТ-27830,5——3,5——151,4—1,5ст-з7630,5■———12—8,51,5—1,55СТ-47630,5————128,51,5—1.55поверхность формы или стержня покрытие наносят пульверизато¬
ром (иногда кистью) до сушки и после сушки. Состав покрытий
для стальных отливок приведен в табл. 20. Для поверхностного
легирования отливок применяют специальные покрытия, содержа¬
щие нужный легирующий элемент.Регенерация отработанной смеси. Формовочная смесь, находясь постоянно
в обороте, постепенно теряет свои первоначальные свойства. Подвергаясь дейст-
вчю высоких температур, частицы кварца растрескиваются, измельчаются, прег
вращаясь в пыль. Пыль заполняет поры между песчинками, при этом резко
понижается газопроницаемость и, следовательно, увеличивается склонность к об¬
разованию пригара. Под действием высоких температур происходят необрати¬
мые процессы и в глине: при температуре свыше 400°С глина теряет конститу¬
ционную воду и превращается в пыль. Такая глина при последующем увлажне¬
нии не восстанавливает ни пластичности, ни клейкости и является в отрабо¬
танной смеси вредной примесью.Использованные формовочные смеси подвергают регенерации, которая состо¬
ит в том, что смесь очищается от пыли, обновляется, при этом восстанавлива¬
ются ее первоначальные свойства. Регенерация позволяет многократно использот
вать формовочные материалы благодаря восстановлению их песчаной основы.
Из большого количества способов регенерации в промышленности нашли при¬
менение гидравлический, термический, механический.Гидравлическая регенерация заключается в том, что отработанную смесь
промывают водой. Глина и пылевидные фракции уносятся водой, а промытый н
обеспыленный песок высушивается и поступает для повторного использования.
Преимущества этого способа заключаются в том, что он хорошо сочетается с
гидровыбивкой стержней и очисткой отливок, полностью отсутствует пылевыде-
ление. К недостаткам относятся: очень большой расход воды (12—15 т на 1 т
промытого песка); необходимость больших отстойников; необходимость сушки
песка; непригодность этого способа регенерации для смесей, составленных на
нерастворимых в воде связующих.Термическая регенерация состоит в том, что отработанную смесь прокали¬
вают при температуре 750—800°С. При этом инертные пленки, покрывающие
поверхность зерен, растрескиваются, разрушаются. После охлаждения и про¬
сеивания отработанная смесь по свойствам приближается к свежему песку.
Выход регенерата достигает 85%. Недостаток способа — большой расход энер¬
гии на нагрев, охлаждение и обеспыливание смеси.Механическая регенерация состоит в механическом перетирании сухой от¬
работанной смеси в специальных установках, куда подается сжатый воздух.
При перетирании пленки связующего отделяются от зерен и удаляются вместе
с пылью через отсасывающую трубу. Такой способ регенерации прост н эконо¬
мичен, но имеет недостаток — частичное дробление зерен песка.Регенерация отработанной смеси имеет большое экономическое значение^
Достаточно напомнить, что для получения 1 т фасонных отливок в среднем76
требуется 5 т смеси, в том числе 0,7—1,1 т свежего песка. Отсюда видно, какое
огромное количество песка приходится подвозить из карьеров.При разработке новых технологических процессов, при применении новых
(иногда токсичных) материалов необходимо учитывать вредное воздействие про¬
дуктов технологии (отходов) на окружающую среду. Так, новые высокопроиз¬
водительные смеси холодного и горячегуо твердения содержат токсичные сое¬
динения. В отвалах этих смесей имеется фенол, который губительно действует
на окружающую среду. Безвредным для растительности является содержание
фенола в отвалах не более 10-,,%.Следует заменять токсичные материалы менее вредными, обеспечивать гер¬
метичность оборудования, очищать отходы от вредных веществ. Например, для
ХТС и ГТС необходимо применять менее токсичную смолу фуритол-107 — про¬
дукт конденсации карбамидоформальдегидной смолы КС-11 с фуриловым спир¬
том, феиолоспиртами и карбамидом.Для снижения содержания вредных веществ в воздухе рекомендуется в свя¬
зующие материалы вводить добавки, обладающие способностью связывать фор¬
мальдегид, например техническую мочевину (0,1—2% массы смесн).§ 4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИСмесеприготовительные отделения должны иметь при¬
точно-вытяжную вентиляцию, так как в процессе работы выде¬
ляется много пыли.Приводные механизмы смесителей и транспортных устройств
необходимо ограждать.Чаши бегунов во время работы следует закрывать. Рабочее
место около бегунов должно быть хорошо освещено и не загро¬
мождено посторонними предметами.Отбор проб из бегунов необходимо производить только выбра¬
сыванием смеси через окно в борту чаши.Ленточные конвейеры должны иметь предохранительные уст¬
ройства для предупреждения схода ленты. Около ленточных кон¬
вейеров, расположенных под полом, следует предусматривать про¬
ходы с обеих сторон ленты. Подземные галереи должны иметь хо¬
рошие освещение и вентиляцию.
ГЛАВА HIИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ§ 1. ЛИТЕЙНАЯ ОСНАСТКАФормовочное отделение в фасонно-литейном цехе мож¬
но считать главным отделением. Здесь осуществляются формовка»
сборка, а в некоторых случаях и заливка расплавом литейных
форм.При изготовлении разовых песчаных форм наиболее трудоемкой
операцией является уплотнение формовочной смеси. Выбор спо¬
соба уплотнения формовочной смеси зависит от характера произ¬
водства и его серийности. В современных литейных цехах эта опе¬
рация механизирована, но ручная формовка еще имеет место в.
практике литейного производства. Так, вручную уплотняют поч¬
венные формы для тяжелых отливок, некоторые опочные формы в
единичном производстве.Для изготовления разовых литейных форм требуются специаль¬
ные оснастка и инструмент.Оснастка — это совокупность приспособлений, необходимых для
выполнения технологического процесса получения отливок. В дан¬
ном случае это модель, модельная плита, опоки, штыри для сборки
форм.Модель устанавливают плоскостью разъема на модельной пли¬
те, рабочая поверхность которой должна быть гладкой, хорошо
простроганной и при формовке должна занимать горизонтальное
положение. Плита на нижней стороне имеет ребра жесткости, а с
боков — ручки или цапфы для транспортирования. Для машинной
формовки модель неподвижно укрепляется на модельной плите.Опоки представляют собой рамки, в которых из формовочной
смеси изготовляют (набивают) литейную форму. Опоки могут быть
чугунные, стальные, из алюминиевых сплавов, а в некоторых слу¬
чаях (для одной отливки) деревянные. По конструкции опоки де¬
лятся на литые, сварные и свертные. Чаще всего применяют-литые
опоки; мелкие опоки могут быть сварные (рис. 42). Внутренние
размеры опок 1ХЬ называют размерами «в свету».Обычно литейную форму изготовляют в двух опоках — верх¬
ней и нижней. Плоскость соединения двух опок (плоскость разъе¬
ма) строгают для того, чтобы опоки плотно подходили одна к дру¬
гой. Две противоположные стенки опоки имеют приливы — ушки 1,
в которых просверливают отверстия. Для точного совмещения
верхней опоки с нижней применяют штыри 2, входящие в а.ти от-78
о о
> о о
о о1гfpff-ф-		-фкS/Рис, 42. Ручные опоки:а—цельнолитая; б—свертная; в—сварная из прокатаверстия. Для транспортирования и кантовки опок в процессе фор¬
мовки предусмотрены ручки или скобы 3. Большие крановые опоки
(рис: 43) для этой цели имеют цапфы 3. Цапфы изготовляют обыч¬
но из низкоуглеродистого стального круглого проката определен¬
ного сечения и приливают или привертывают к стенкам опоки.
В первом случае для более прочного соединения с опокой часть
цапфы, вставленная в форму, имеет насечки. Цапфы (или ручки)
располагают посередине высоты опоки с тем, чтобы опоку можно
было легко кантовать. В боковых стенках литых опок имеются
отверстия для вентиляции формы во время заливки.Опоки размерами более 500 X 400 мм в свету (внутренние раз¬
меры) имеют крестовины (или ребра), необходимые для удержа¬
ния смеси в опоке при кантовке и
транспортировании. Расположение
ребер 1 может быть таким, как пока¬
зано на рис. 43. В плоскости разъема
на опоках выполняют- специальные
приливы или увеличенные бурты 2.Для увеличения жесткости, а также
для того, чтобы удерживать уплот¬
ненную смесь, стенки опок снабжают
внутренними или наружными бур¬
тами (или одновременно теми и дру¬
гими). Все элем-енты стандартных
опок выполняют по ГОСТ рис 43
2133—75.	опока4-ААКрановая цельнолитая79
Рис. 44. Способы спаривания опок:	Рис. 45. Втулки:а—штырем; б—«на штырь»	а—центрирующая; б—направляющаяКроме стандартных опок, обязательных для машинной формов¬
ки, при ручной формовке применяют специальные опоки, предназ¬
наченные для той или иной конкретной отливки. Такие опоки изго¬
товляют по специальным чертежам.Если модель высокая и высота двух спаренных опок оказывает¬
ся недостаточной, применяют промежуточные опоки-рамки, кото¬
рые отличаются от опок тем, что не имеют крестовин. Обычно
рамки соединяют болтами с нижней опокой, увеличивая таким
образом ее высоту.Штыри служат для точного совмещения опок при сборке. Спа¬
ривание опок может осуществляться штырем или «на штырь»
(рис. 44, а, б). В первом случае применяют отъемные штыри, ко¬
торые при спаривании вставляют в отверстия (в ушках) верхней
опоки.Во втором случае штыри укрепляют на нижней опоке, а верх¬
нюю опоку надевают на штыри. Чтобы сопряжение опок было бо¬
лее точным, в отверстия для штырей запрессовывают специальные
втулки (рис. 45). Для компенсации коробления, неизбежно возни¬
кающего вследствие периодического нагрева и охлаждения при за¬
ливке формы расплавом, с одной стороны опоки запрессовывается
центрирующая втулка с цилиндрическим отверстием, с другой сто*
роны — направляющая втулка с прорезью вдоль главной оси опо¬
ки. Отверстие центрирующей втулки соответствует диаметру шты¬
ря. Ширина прорези направляющей втулки также соответствует
диаметру штыря, но d\ больше d на 8—12 мм. Таким образом, по
главной оси опок допускается перемещение штыря на 8—12 мм
(& зависимости от габаритных размеров опок). Штыри и втулки
изготовляют в соответствии с ГОСТ 2133—75 из стали 45 и зака¬
ливают. После закалки и отпуска их твердость HRC 43—45.Инструмент (рис. 46) при машинной формовке требуется глав¬
ным образом для отделки и исправления форм, при ручной фор¬
мовке — для уплотнения смеси (трамбовки, обычно пневматиче¬
ские). Ручные трамбовки применяют редко, а трамбовки с корот-80
гРис. 46. Формовочный инструмент:U 2 —ручная и пневматическая трамбовки; 3 — пеньковая кисть; 4 — подъем; 5 — иглы для
вентиляции формы; 6, 7 — плоские и фасонные гладилки; S — крючок; 9 — ложечка; 10 —
ланцеткими ручками используют для уплотнения стержней. Для извлече¬
ния модели из формы при ручной формовке служат подъемы, ко¬
торые забивают в тело модели или ввертывают в металлическую
планку с резьбой, укрепленную на модели. Для отделки формы
применяют гладилки, крючки и другой инструмент.§ 2. РУЧНАЯ ФОРМОВКАПроцесс изготовления литейной формы называют фор¬
мовкой. Литейные формы могут быть разовые, полупостоянные и
постоянные. Разовые формы получают из песчано-глинистых фор¬
мовочных смесей, смесей с жидким стеклом и с другими связую¬
щими. Полупостоянные формы изготовляют из графита, шамота
и других смесей. Они могут быть использованы для получения не¬
скольких отливок, иногда более 200. В постоянных (металличе¬
ских) формах можно изготовлять до нескольких тысяч отливок
без износа формы.Разовые литейные формы наиболее универсальны и дешевы; в
них можно получать отливки практически любой конфигурации.
В таких формах получают более 80% всех отливок в машино¬
строении.На практике применяют следующие способы ручной формовки:
в почве; в опоках; безопочная; по шаблону; по скелетным моделям;
в стержнях. По степени механизации формовка может81
быть ручная, машинная, автоматиче¬
ская. Ручную формовку применяют
при изготовлении одной или несколь¬
ких отливок в условиях опытного
производства, для ремонтных целей,
при производстве уникальных отли¬
вок; машинную формовку — при
серийном и , массовом производ¬
стве; автоматическую формовку —
при массовом производстве отли-
в'ок.Формовка в почве. Формовку в
почве применяют в единичном и мел¬
косерийном производстве при изго¬
товлении крупных отливок. Недо¬
статки формовки в почве: необходи¬
мость приготовления ям в полу цеха
и газоотводной постели, большой объем ручных работ, использова¬
ние труда высококвалифицированных формовщиков. Однако этот
способ»прост, не требует специального оборудования. Формовка в
почве выполняется двумя способами: по «мягкой постели» и по
«твердой постели». Мягкую постель используют при изготовлении
отливок плоских и небольшой высоты; твердые постели — для круп¬
ных отливок. Чаще применяют твердые постели. Чтобы противо¬
стоять давлению расплава, стенки формы должны иметь опреде¬
ленную прочность, равномерную по контуру рабочей поверхности
формы.Прочность разовой формы обусловливается плотностью формо¬
вочной смеси, которая оценивается массой единицы объема смеси.
Плотность разрыхленной смеси составляет 0,81—1,0 г/см3, уплот¬
ненной смеси 1,5—1,7 г/см3. При недостаточной плотности проч¬
ность формы невелика и расплав, действуя на стенки формы, де¬
формирует их — образуется брак, искажение отливки; при чрез¬
мерной плотности резко снижается газопроницаемость, вследствие
чего в отливках появляются газовые раковины и вскипы. Следо¬
вательно, плотность смеси должна быть наибольшей вокруг мо¬
дели и уменьшаться по высоте опоки. Только тогда в форме
создаются наилучшие условия для отвода газов при заливке фор¬
мы расплавом.Плотность формы в отдельных ее местах измерить трудно, поэ¬
тому в производственных условиях замеряют твердость поверх¬
ности формы.Твердость, прочность и плотность формы связаны между собой.
Чем выше плотность, тем больше твердость и прочность формы.
Для измерения твердости применяют специальный прибор—^твер¬
домер (рис. 47). В корпусе 2 помещается шарик 1 диаметром
10 мм, половина которого выступает из корпуса. Шарик 1 упирает¬
ся в точно градуированную пружину, находящуюся внутри корпу¬
са. Для замера твердости формы прибор прижимают к ее поверх-Рис. 47. Твердомер для контроля
твердости поверхности литейной
формы:/—шарик: 2—корпус: 3—шкала82
Ряс. 48. Открытая формовка в почве по мягкой постелиности. При этом шарик вдавливается внутрь формы, сжимая пру¬
жину.Чем глубже вдавливается шарик, тем сильнее сжимается пру¬
жина и тем на больший угол отклоняется стрелка, связанная с
пружиной. Низкая твердость формы (малая плотность) соответ¬
ствует 20—30 делениям прибора, высокая твердость 85—90 деле¬
ниям.Формовка по мягкой постели. В полу литейного
цеха выкапывают яму глубиной 200—250 мм; по длине и ширине
несколько больше модели. На дне ямы устанавливают два бруска
и между ними насыпают наполнительную формовочную смесь, раз¬
равнивают. Сверху насыпают облицовочную ' смесь слоем 15—
30 мм, которую разравнивают широкой линейкой и уплотняют.На рис. 48 приведена схема изготовления в почве формы диска
по мягкой постели. В полу 6 приготовляют яму глубиной ~ 200 мм
(рис. 48,а). На слой наполнительной смеси 1 насыпают слой об¬
лицовочной смеси 2 (рис. 48, б). Модель 3 осторожно осаживают
легкими ударами молотка 5 по деревянному брусу 4. Горизонталь¬
ность модели проверяют ватерпасом 7 (рис. 48, в). Затем уплот¬
няют формовочную смесь вокруг модели и ее излишек сгребают
линейкой вровень с верхней плоскостью модели. Для отвода газов
в форме делают наколы, вентиляционной иглой 8, а затем выни¬
мают модель 3. Чтобы предотвратить размыв формы струей рас¬
плава, литниковую чашу 10 и питатель устанавливают так, как
это показано на рис. 48, г. С противоположной стороны прорезают
сливную чашу 9, куда после заливки стекает расплав с поверх¬
ности отливки.Открытая поверхность расплава быстро охлаждается и затвер¬
девает. В результате газы и неметаллические включения остаются83
Рис. 49. Закрытая формовка в почве по мягкой постелив отливке. Чтобы замедлить охлаждение и избежать газовых ра-
жовин, зеркало металла присыпают молотым сухим древесным
углем или сухим песком. Открытая поверхность отливки получает¬
ся очень загрязненной и неровной. Если необходимо получить
чистую поверхность отливки, то заливка производится с верхней
лолуфЬрмой. Верхнюю полуформу обычно изготовляют по нижней
((почвенной) полуформе (рис. 49). Нижнюю (почвенную) полуфор¬
му получают так же, как в предыдущем случае. После набивки
нижней полуформы плоскость разъема присыпают сухим раздели¬
тельным песком или графитом. Верхнюю опоку устанавливают так,
чтобы расстояния от модели до стенок опоки были примерно оди¬
наковыми. Ставят модель литниковой системы и набивают смесью
верхнюю опоку как обычно. Для фиксации положения опоки (вме¬
сто штырей) по трем ее стенкам забивают в землю колышки. Вы¬
нимают модель стояка. Снимают полуформу. Вынимают модель
яз почвы. Горизонтальные литниковые ходы прорезают вручную;
затем форму собирают.Формовка по твердой постели. В почвенных формах
< твердой постелью отливают тяжелые крупногабаритные детали.
В полу цеха выкапывают яму нужных размеров (в зависимости от
габаритов модели). Глубина ямы должна быть на 400—600 мм
больше высоты модели; длина и ширина на 150—200 мм больше
-(на каждую сторону) длины и ширины модели. Если цех или про¬
лет предназначен специально для почвенной формовки, то ямы
делают постоянные и их бетонируют. Такие бетонированные ямы
называют кессонами. В одном кессоне может быть выполнено
одновременно две-три, а иногда и более форм для разных отливок.
Для этого кессон делят на отсеки чугунными балками или спе¬
циальными плитами.Дно ямы выкладывают чугунными плитами (для прочности).
На них укладывают газопроницаемый материал — чаще всего кок¬
совую гарь размером 50X^0 мм или битый кирпич (рис. 50). По
краям ямы опускают трубы диаметром 80—150 мм на расстоянии
~3 м одну от другой для вентиляции «постели». На время изго¬
товления формы трубы закрывают паклей, чтобы в них не попали
земля и сор. Слой гари уплотняют, выравнивают по ватерпасу и#?4
застилают асбополотном. Для
извлечения отливки из формы
на дно ямы закладывают спе¬
циальные балки или цепи. На
гарь по краям ямы устанавли¬
вают с выверкой по ватерпасу
линейки с учетом прогиба моде¬
ли. Затем на ребро укладывают
рядами кирпич ниже линеек
на 100—150 мм. Кирпич должен
плотно лежать на утрамбован¬
ной гари. Промежутки между
кирпичами заполняют мелкой гарью и уплотняют грузом с по¬
мощью мостового крана. Такая твердая постель будет служить по¬
следовательно для нескольких форм. Если низ формы выполняется
стержнями, то над кирпичной кладкой насыпают наполнительную
смесь и утрамбовывают слоем 100—150 мм. Если же низ формы со¬
прикасается с металлом, то слой (40—50 мм), прилегающий к мо¬
дели, состоит из облицовочной смеси. Твердость уплотнения смеси
85—90 ед. Глубина ямы с подготовленной постелью должна рав¬
няться высоте нижней части модели.При почвенной формовке модель вся, или почти вся, помещает¬
ся в нижней полуформе, т. е. в яме. Предварительно модель осмат¬
ривают: проверяют наличие отъемных частей, протирают кероси¬
ном или машинным маслом и опускают в яму. Устанавливают мо¬
дели элементов литниковой системы. Для тяжелых отливок метал¬
лоподводящие каналы выполняют керамическими (шамотными)
трубками. Обкладывают модель облицовочной смесью слоем 40—
60 мм и уплотняют вручную и с помощью пневматических трам¬
бовок. Затем засыпают наполнительную смесь и постепенно уплот¬
няют форму. После уплотнения нижней части формы плоскость
разъема выравнивают линейкой, заглаживают гладилками и при¬
сыпают разделительным составом.Верхнюю часть модели протирают керосином и ставят на ниж¬
нюю часть. Устанавливают модели литниковой системы — стояков,
выпоров, прибылей, а затем краном верхнюю опоку. Положение
опоки фиксируют двумя длинными штырями, которые вбивают в
почву в двух противоположных углах опоки. Насыпают на модель
слой облицовочной смеси толщиной 40—60 мм. Вешают на кресто¬
вины крючки с таким расчетом, чтобы они отстояли от модели на
10—15 мм. Крючки должны обеспечить необходимую прочность
формы. Верхнюю опоку заполняют смесью и уплотняют. Затем го¬
товую полуформу снимают и окончательно отделывают разъем
-формы. На расстоянии 50—60 мм от модели делают канавку глу¬
биной 10—15 мм для прокладки глины. Глиняный поясок вокруг
модели нужен для предупреждения ухода расплава по разъему
формы при заливке. На расстоянии 100—200 мм от модели по
всему ее периметру делают вторую канавку глубиной 10—15 мм
и от .нее под прямым углом — ряд дополнительных канавок, выхо-85
дящих за пределы опоки. На основной канавке вокруг модели
делают вентиляционные каналы на всю глубину формы на рас¬
стоянии 70—80 мм друг от друга.Смесь вокруг модели умеренно увлажняют и извлекают модель
из формы. Очень важно, чтобы расположение подъемов на модели
обеспечило плавное извлечение модели, без перекосов. После из¬
влечения модели осторожно вынимают отъемные части, модели
элементов литниковой системы и отделывают форму. Низ формы
(почвенная полуформа) высушивается переносными сушилами;
верхняя полуформа для сушки направляется в сушило. После суш¬
ки форму собирают. Глубокие ямы и кессоны можно делать только
в тех местах, где почвенные воды располагаются достаточно глу¬
боко.Формовка опоках. Формовка в опоках по неразъем¬
ной и разъемной моделям. Изготовление формы всегда
начинают с нижней полуформы. На модельную плиту ставят ниж¬
нюю часть модели плоскостью разъема вниз (рис. 51, а) и опоку
так, чтобы модель находилась на достаточном расстоянии от сте¬
нок опоки. Поверхность модели должна быть чистой; ее нужно
протереть или очистить щеткой и затем припылить ликоподием
или серебристым графитом (для чугуна). При ручной формовке86
обычно применяют раздельные смеси — облицовочную и наполни¬
тельную. Поверхность модели покрывают облицовочной смесью
слоем 15—20 мм. Затем оставшийся объем опоки заполняют на¬
полнительной смесью и уплотняют трамбовкой. В верхних слоях
формы плотность формовочной смеси должна быть такой, чтобы
смесь не обвалилась при кантовке. После уплотнения лишнюю
смесь с поверхности формы счищают и делают наколы вентиля¬
ционной иглой для вывода из формы газов, образующихся во вре¬
мя заливки расплава. Вентиляционные каналы не должны дохо¬
дить до поверхности модели на 10—12 мм.Готовую нижнюю полуформу переворачивают на 180°
{рис. 51,6); на нижнюю часть модели ставят верхнюю часть, а
затем верхнюю опоку ставят на нижнюю по штырям. Чтобы фор¬
мовочная смесь нижней полуформы не слипалась со смесью верх¬
ней полуформы, плоскость разъема следует присыпать сухим (раз¬
делительным) песком или припылить серебристым графитом.
Верхнюю полуформу изготовляют так же, как и нижнюю
(рис. 51,в). Затем готовую верхнюю полуформу снимают и пере¬
ворачивают на 180°. Подъемами извлекают" половины модели из
нижней и верхней полуформ (рис. 51,г). При этом по модели и
подъему слегка постукивают деревянным молотком, чтобы фор¬
мовочная смесь отстала от поверхности модели и форма не пов¬
редилась при ее извлечении. Иногда, для того чтобы модель лучше
вынимать из формы, смесь вокруг модели слегка смачивают. Но
этого следует избегать, так как местное переувлажнение формы
вызывает вскипы металла при заливке.Обе полуформы осматривают, исправляют, проверяют их твер¬
дость, отделывают. Если нужно (для крупных или сложных отли¬
вок), полуформы сушат и затем собирают. Сырые формы следует
собирать непосредственно перед заливкой, чтобы стержни не от¬
сырели и при заливке не получились вскипы. На рис. 51, (Э пока¬
зана собранная форма.Формовка по модели с отъемными частями
(рис. 52). Полость отливки выполняется болваном. Отъемные
части 1 находятся на наружной поверхности модели; отъемная
часть 2, представляющая собой кольцо, состоит из двух частей.После уплотнения смеси в нижней полуформе (рис. 52, а) по¬
следнюю переворачивают на 180° (рис. 52,6) и по штырям ставят
на нее верхнюю опоку, затем заполняют опоку формовочной
смесью и уплотняют смесь. Для крепления висячего болвана, вы¬
полняющего полость отливки, ставят крючки (рис. 52, в). Готовую
верхнюю полуформу снимают с нижней вместе с болваном и
отъемной частью 2, которая легко снимается с болвана, так как
состоит из двух полуколец. Вынимают модель из нижней полу-
формы. При этом отъемные части 1 остаются в форме; их выни¬
мают и собирают форму как обычно.Формовка с подрезкой и фальшивой опокой.
Подрезку применяют только при ручной формовке, так как это
длительная операция, требующая навыка. Подрезка может быть87
Рис. 52. Формовка по модели с отъемными частямиместной, т. е. в одном месте формы, или вокруг всей модели. На¬
пример, требуется вручную изготовить форму для штурвала
(рис. 53). Деревянная модель штурвала очень непрочна, и поэто¬
му выполнить ее разъемной очеНь трудно. В таких случаях модель
делают неразъемной, а при изготовлении формы проводят так
называемую подрезку.Форму изготовляют следующим образом. Модель и нижнюю
опоку ставят на модельную плиту, заполняют опоку формовочной
смесью и уплотняют как обычно (рис. 53,а). Полученную полу-
форму переворачивают на 180° и до оси симметрии модели подре¬
зают вокруг модели и удаляют-часть формовочной смеси (рис. 53,6).
В нижней полуформе вокруг модели получается углубление. По¬
верхность разъема заглаживают, присыпают сухим песком или се¬
ребристым графитом; на подрезанную нижнюю полуформу ставят
верхнюю опоку и модели элементов литниковой системы (рис. 53,в).
Насыпают и уплотняют формовочную смесь; затем верхнюю полу-
форму снимают, извлекают модель и собирают форму (рис. 53,г).Такую большую подрезку в каждой форме можно делать толь¬
ко в единичном производстве. Если же требуется в течение смены
сделать несколько таких форм, то целесообразно применять «фаль¬
шивую опоку» (рис. 53,5), которая выполняет роль модельной
плиты. Фальшивой делают верхнюю опоку, для этого сначала на¬
бивают нижнюю полуформу, вокруг модели делают подрезку. По
нижней полуформе набивают верхнюю полуформу, причем очень88
3)Рис. 53. Формовка с подрезкой и фальшивой опокой:« — уплотнение нижней полуформы; 6 —выполнение подрезки; в — уплотнение верхней по-
-луформы; г —собранная форма; д — фальшивая опокаплотно и не делают наколов. Эта верхняя полуформа и будет
фальшивой. Ее снимают с нижней полуформы и переворачивают
на 180°, перекладывают в нее модель. Теперь по этой фальшивой
опоке набивают нижние полуформы. На фальшивую опоку, в ко¬
торую помещают модель, ставят по штырям нижнюю опоку, за¬
полняют ее смесью, уплотняют. Полученную нижнюю полуформу
снимают и переворачивают на 180°, перекладывают а нее модель,
устанавливают модели литниковой системы, заполняют опоку фор¬
мовочной смесью и уплотняют. Верхнюю полуформу набивают
как обычно по нижней; фальшивая опока в это время остается в
стороне. Фальшивую опоку можно использовать в течение несколь¬
ких часов, пока подсохшая смесь не начнет осыпаться. При изго¬
товлении отливок большой серии вместо фальшивой опоки целе¬
сообразно применять деревянную модельную плиту с вырезом по
верхней части контура модели до плоскости разъема.Местную небольшую подрезку приходится довольно часто де¬
лать при ручной формовке по крупным моделям. Например, плос¬
кость разъема проходит выше радиуса скруглення на модели
(рис. 54). Чтобы выполнить скругление на отливке, в этом месте
выполняют подрезку. Плоскость разъема получается фасонная.Стопочную формовку применяют в том случае, когда
формовочная площадь цеха мала, а отливки мелкие и плоские,
высота опок не превышает 100 мм. Опоки можно собирать в стопку
с общей литниковой системой или отдельной для каждой формы
(рис. 55). Формовку выполняют по односторонним или, как пока¬
зано на рис. 55, а, по двусторонним плитам. Для заливки расплава
эти формы собирают в стопку с общим вертикальным литниковым
ходом и общей чашей. Существенным недостатком такого способа89
является неодинаковый гидростати¬
ческий напор в нижних и верхних
«этажах» при заливке. Нижние фор¬
мы заливаются при слишком боль¬
шом напоре, так что расплав может
размыть форму; верхние формы з гг
полняются^гри очень слабом напоре,
отчего тонкостенные отливки могут
не заполняться.В другом случае (рис. 55, б) все формы заливаются отдельно;
в каждой форме имеется литниковая система. Только нижняя фор¬
ма состоит из двух опок. Для последующих форм верх нижней
формы служит низом для следующей верхней формы, т. е. каждая
полуформа используется с двух сторон. При стопочной формовке
уплотнение смеси осуществляется вручную или на машине.Безопочную формовку применяют для мелких отливок в круп¬
носерийном и массовом производстве. Обычно безопочные формы
изготовляют на машинах в специальных съемных и разъемных
опоках, размеры которых не превышают 300X400X100/150. На¬
бивка *1формы смесью производится на одной машине по двусто¬
ронней модельной плите (на одной стороне плиты смонтирована
нижняя часть модели, на другой стороне — верхняя часть).Формовка по шаблону. Этот способ формовки применяют в ус¬
ловиях единичного или мелкосерийного производства для крупных
отливок, имеющих форму тела вращения или постоянное сечение
по длине. Часто по шаблону изготовляют не только форму, но иРис. 54. Местная подрезка. Рис. 55. Стопочная формовкаЬ)90
а)стержни для нее. Вместо модельного комплекта используют шаб¬
лоны (вырезают из фанеры или досок), с помощью которых полу¬
чают (затачивают) полость формы. При этом способе отпадают
затраты на изготовление модели, экономится материал. Формовка
по шаблону, однако, значительно сложнее, чем по модели, и для
ее выполнения требуется формовщик высокой квалификации, но
экономия в целом при единичном производстве несомненна.Формовку с вертикальной осью вращения шаб¬
лона применяют для отливок, имеющих форму тел вращения
(шкивы, планшайбы, диски и др.). Для этого вида формовки не¬
обходимы специальные приспособления для укрепления и враще¬
ния шаблонов (рис. 56). Форму выполняют в почве, если отливка
тяжелая, или в опоках. При формовке в почве опорный башмак
или подпятник 1 устанавливают на дне ямы и укрепляют косты¬
лями, которые забивают в прорези башмака. В башмак опускают
шпиндель 2, на него надевают рукав 3, в котором имеются отвер¬
стия для крепления шаблона. Положение рукава фиксируется уста¬
новочным кольцом 4. Перед началом работы необходимо прове¬
рить положение рукава, для чего на верхнюю его полку ставят
ватерпас 5, и рукав медленно поворачивают около шпинделя. Ру¬
кав во всех точках окружности должен занимать горизонтальное
положение.Рассмотрим процесс формовки по шаблону простейшей дета¬
ли— крышки (рис. 57). Низ формы выполняют в почве. Вокруг91
Рис. 57. Формовка по шаблону с'вертикальной осью вращенияшпинделя насыпают горку формовочной смеси и уплотняют. При
формовке используют два шаблона 1 к 2. Рабочие кромки шабло¬
нов армированы листовой сталью. Сначала к рукаву прочно при¬
крепляют шаблон 1 и этим шаблоном, медленно поворачивая его
около шпинделя по часовой стрелке, затачивают наружный контур
отливки (рис. 57,а). Слабо уплотненные-места подуплотняют, под¬
сыпая формовочную смесь, и снова затачивают шаблоном. Полу¬
чившийся болван представляет собой модель, так как он имеет
контуры наружной поверхности отливки; его застилают бумагой и
по нему изготовляют верхнюю полуформу (рис. 57,6). Положение
опоки фиксируют деревянными колышками (если опока неболь¬
шая) или в двух углах опоки в землю забивают длинные штыри,
по которым потом собирают форму. Перед уплотнением смеси в
опоку ставят модели вертикальных элементов литниковой системы
(стояков, выпоров) и изготовляют верхнюю полуформу.Готовую верхнюю полуформу снимают и заделывают в ней от¬
верстие от шпинделя. Осматривают и отделывают всю полуформу.
Затем снимают с песчаного болвана бумагу и прикрепляют к ру¬
каву шаблон 2. Шаблоном 2 затачивают внутренний контур от¬
ливки (рис. 57,е); при этом снимается слой формовочной смеси на
толщину тела отливки. Таким образом получается стержень. После
этого краном вынимают шпиндель из башмака, а оставшееся от
него отверстие заделывают смесью и заглаживают. Затем оконча¬
тельно отделывают форму, сушат (если нужно) и собирают. Соб¬
ранная форма представлена на рис. 57, г.Формовка по протяжному шаблону. С помощью
протяжного шаблона чаще всего выполняют не всю форму, а92
а)Б)Рис. 58. Втулка (а) и оснастка для формовки ее по протяжному шаблону (б)гD—наружный диаметр; d—внутренний диаметр; £—длина втулкитолько отдельные ее части, которые имеют постоянное сечение ПО'
всей длине. Иногда и стержень изготовляют в форме и затачи¬
вают протяжным шаблоном. Рассмотрим формовку втулки по про¬
тяжному шаблону (рис. 58). Форму можно сделать в опоках или
в почве. В подготовленную обычным способом постель осаживают
параллельно друг другу два бруска 1 на расстоянии друг от друга,
равном наружному диаметру втулки. В брусках предусмотрены
прорези для моделей фланцев. Фланцы выполняют с помощью де¬
ревянных моделей. Нижние части моделей фланцев 2 осторожно'
осаживают в смесь через эти прорези. С внутренней стороны к:
брускам прикладывают и вдавливают в смесь планки 3, толщина
которых равна толщине стенки отливки. Таким образом, расстоя¬
ние между этими планками равно внутреннему диаметру втулки.
Поперечные бруски 4 ограничивают длину формы со стержневым»
знаками. Смесь между брусками и снаружи брусков должна иметь
определенную плотность.Передвижным шаблоном 1 (рис. 59, а) вдоль брусков затачи¬
вают поверхность, соответствующую внутренней поверхности от¬
ливки. Формовочную смесь выгребают, поверхность получившего¬
ся песчаного стержневого ящика заглаживают и застилают бума¬
гой (или присыпают сухим песком). Затем засыпают в ящик стерж¬
невую смесь и набивают стержень. Шаблоном 2 затачивают верх¬
нюю половину стержня по наружной поверхности отливки
(рис. 59,6), устанавливают модели верхних половинок фланцев,
модели элементов литниковой системы. Знаковые части модели
затачивают шаблоном 3, как показано на рис. 59, г. Таким обра¬
зом, получается модель (верхняя часть), по которой изготовляют
верхнюю полуформу (рис. 59,в).Положение верхней опоки фиксируется, как обычно при поч¬
венной формовке. После набивки верхнюю полуформу снимают*
извлекают модели фланцев из верхней полуформы. Затачивают
стержень шаблоном 3 (см. рис. 59,г). Получается стержень, кото¬
рый вынимают из формы, отделывают и отправляют в сушило. Из
нижней полуформы вынимают планки и с помощью шаблона 4 за¬
тачивают нижнюю полуформу (рис. 59,с?). Затем извлекают иа
формы брусья, модели фланцев (нижние половины), отделывают93
В)Є)Рис. 59. Формовка по прбтяжному шаблонуполуформу, если надо суішат и затем собирают. Собранная форма
показана на рис. 59, е.Формовка по скелетным моделям. Скелетные модели делают для крупногаба¬
ритных деталей, имеющих такую конфигурацию, при которой нельзя выполнять
форму по шаблону. Скелетная модель представляет собой остов, связанный из
продольных и поперечных брусков. "Между брусками остаются просветы, что
позволяет резко снизить расход древесины н уменьшить массу модели. На рис.
60, а представлена скелетная модель части спирального кожуха водяной тур¬
бины.Если толщина брусков равна толщине тела отливки, то одновременно с
формой выполняют и стержень. Технологический процесс изготовления формы
по скелетной модели (рис. 60, б) состоит из операций обычной формовки по
модели и операций формовки по протяжному шаблону. Формовку .тяжелых от-
лнвОк по скелетной модели выполняют всегда в почве.В подготовленную постель опускают нижнюю часть модели и заформовыва-
ют. Смесь уплотняют через окна между брусьями (положение /). По внутрен¬
ней поверхности модели форму зачищают и заглаживают — получается песча¬
ный стержневой ящик. Дно ящика выстилают бумагой и набивают стержень.
Для тяжелых деталей, подобных спиральному кожуху, стержень выполняют из
отдельных кусков.Каждый кусок представляет собой самостоятельный стержень.На нижнюю часть скелетной модели накладывают верхнюю часть (поло¬
жение //). Просветы между брусками заполняют смесью и уплотняют. Всю по¬
верхность модели заглаживают шаблоном 1. Затем устанавливают модели элемен¬
тов литниковой системы и верхнйю опоку (обычно для таких деталей одной опоки
недостаточно — ставят две — четыре опоки). Уплотняют смесь в верхней полу-94
а)Рис. 60. Формовка по скелетной моделиSi! жформе и снимают ее. Затем с помощью шаблона 2 удаляют смесь между брус¬
ками в верхней части модели (положение ///) и снимают модель. Вынимают
стержень (стержни). Затем с помощью шаблона 2 удаляют смесь между бруска¬
ми в нижней части модели (положение IV) и вынимают нижнюю часть модели.
Формовка по скелетной модели более трудоёмкая, чем по обычной модели, и
для ее выполнения требуется формовщик высокой квалификации.Формовка по газифицируемым моделям. Простота изготовления
отливок с применением газифицируемых моделей, большие воз¬
можности механизации, высокая точность отливок делают этот
процесс все более распространенным. На крупнейших заводах на¬
шей страны (ГАЗ, ВАЗ и др.) этот процесс применяют для изго¬
товления крупных единичных отливок из чугуна, стали и цветных
сплавов.Главная особенность,процесса состоит в том, что модель йз
формы не извлекается, а во время заливки формы расплавом га¬
зифицируется (выгорает, испаряется). Заливка формы показана
на рис. 61. Такие формы изготовляют из ЖСС, имеющей высокую
газопроницаемость. С точки зрения механизации процесса лучшим
сочетанием является газифицируемая модель и ЖСС.Процесс формовки протекает следующим образом. В опоку
заливают небольшое количество ЖСС и устанавливают модель,
изготовленную из пенополистирола.Перед следующей заливкой модель
во избежание ее всплытия нагружа¬
ют. После окончания заливки ЖСС
дают небольшую выдержку и делают
вентиляционные каналы на расстоя¬
нии не менее 10—20 мм от модели.Каналы необходимы для вентиля¬
ции форлш во время газифицирова¬
ния модели. Открытых каналов, вы¬
поров, прибылей не делают, чтобыизбежать выделения газов, а глав- Рис 6L Заливка формы
ное сажи, в атмосферу цеха. Избе- фицируемой моделью95
* 2ШЖ1О бш-чо}--5-Оа)оРис. 62. Технологическая
схема автоматической
линии изготовления от¬
ливок по газифицируе¬
мым моделям в магнит¬
ных формах:а—изготовление моделей; /—
хранилище пенополистнрола;
2—сито; 3—пневм отра и спорт;
4—бункер; 5—машина для
изготовления моделей; 6—
вагонетка; 7—сушильная ка¬
мера; 8—камера для окра¬
шивания; б—изготовление от¬
ливок: /—транспортирование
моделей; 2—установка моде¬
лей в опоку; 3—засыпка
формовочных материалов;4—разливочное	устройство;5—магнит,	фиксирующий
форму; б—зона охлаждения;
7—транспортирование отли¬
вок; 5—выбивка; 9-транспор-
тированне формовочной сме¬
си; /0—бункержать образования сажи можно путем подачи в форму С02
одновременно с заливкой расплавом. СОг способствует окис¬
лению продуктов разложения модели, и количество сажи зна¬
чительно уменьшается. На участке заливки таких форм должна
•быть очень хорошая вентиляция, обеспечивающая не менее, чем
10-кратнын обмен воздуха.Во избежание пригара модель перед формовкой покрывают
противопригарным быстросохнущим составом на основе пылевид¬
ного циркона. В качестве связующего для состава применяют
раствор лолив/имилбутероїля в спирте.Интересным представляется способ изготовления отливок с при¬
менением газифицируемых моделей в магнитных формаіх. Для это¬
го используют специальные установки. Способ заключается в сле¬
дующем (рис. 62). Модель из пенополистнрола, покрытую огне¬
упорным материалом, помещают в опоку и засыпают магнитным
материалом (стальной или чугунной дробью ДСК, ДЧК). Для луч¬
шего заполнения опоки магнитную смесь подвергают вибрации.
Заполненную форму перед заливкой расплавом помещают в маг¬
нитное поле, которое фиксирует ее во время заливки и кристал¬
лизации отливки. После отключения электромагнита форма само¬
произвольно разрушается. Магнитный материал после охлаждения
поступает в расходный бункер над установкой. Установка позво¬
ляет получать формы размером до 780X500X900 мм. Производи¬
те
70-100 мм для средник опок
SO-SO мм для больших опок1Рис. 63. Расстановка крючков и солдатиков в форме:/—модель; 2—крестовины; 3—крючки; 4—солдатики; а—расстояние между ребрамительность установки до 3000 кг/ч. Максимальная масса отливок
0,5 т.Предложенный способ сочетает в себе преимущества кокиль¬
ного литья (плотная, мелкозернистая структура) и литья по вы¬
плавляемым моделям (высокая точность). Он прост и технологи¬
чен; для него требуется мало производственных площадей.Способы крепления различных выступов (болванов) в песчаной
форме. Если в форме имеются выступающие части (болЪаны), их
следует дополнительно укрепить с тем, чтобы расплав при заливке
их не размывал. Для этого применяют формовочные шпильки (тон¬
кие длинные гвозди). Пришпиливать болван нужно так, чтобы он
не потерял связи с формой и не разрушился. Особенно тщательно
нужно пришпиливать висячие болваны — выступы в верхней части
формы. Большие висячие болваны укрепляют с помощью проволоч¬
ных крючков, которые во время формовки вешают на крестовины
опоки (рис. 63). Для упрочнения формы применяют также солдати¬
ки — тонкие деревянные палочки. Для лучшего контакта с формо¬
вочной смесью крючки и солдатики предварительно смачивают
жидкой глиной.Формовочные машины позволяют механизировать самые
трудоемкие операции при изготовлении форм: уплотнение смеси в
опоке и извлечение модели из формы. Механизация формовки§ 3. МАШИННАЯ ФОРМОВКА4—156397
обеспечивает более высокое качество и, в первую очередь, боль¬
шую точность отливок, облегчает условия труда формовщиков,
повышает производительность, сокращает цикл изготовления отли¬
вок. Большая точность отливок при машинной формовке обуслов¬
ливается более точной (обычно металлической) модельной и опоч-
ной оснасткой, равномерной плотностью смеси в форме, механиза¬
цией извлечения модели из формы (без расталкиваний). В массо¬
вом производстве допуски на размеры литых деталей минимальны.
Это дает возможность обрабатывать литые заготовки без предва¬
рительной разметки, в специальных приспособлениях. Для машин¬
ной формовки модели монтируются на модельных плитах. Для
безопочной формовки применяют обычно двусторонние плиты, для
опочной формовки — односторонние. Верхняя часть модели монти¬
руется на одной плите, нижняя часть — на другой плите, т. е. верх¬
няя и нижняя полуформы изготовляются раздельно, на разных ма¬
шинах, а затем, при сборке, спариваются по штырям. Для успеш¬
ной работы необходимо иметь точную, хорошо подготовленную
оснастку, которая обеспечит точное совмещение полуформ при
сборке, без перекосов и сдвигов.Для формовки модельные плиты укрепляют неподвижно на
стол? машины. Опоку устанавливают по штырям, укрепленным на
модельной плите.Технологический процесс машинного изготовления литейных
форм можно разделить на основные операции и вспомогательные.
Основные операции — уплотнение формовочной смеси, извлечение
модели из формы. Эти операции определяют качество будущей
отливки. Вспомогательные и транспортные операции — установка
опоки на машину, обдувка модели, нанесение разделительного
смазочного материала или припыла, засыпка смеси в опоку, транс¬
портирование полуформ и форм с одной позиции на другую. Эти
операции выполняются специальными вспомогательными или
транспортными механизмами.Степень механизации вспомогательных и транспортных опера¬
ций определяет процесс изготовления форм как механизирован¬
ный, когда часть операций выполняется человеком, и автома¬
тический, когда все операции осуществляются без участия чело¬
века.В зависимости от привода, способа уплотнения и извлечения
модели современные машины можно классифицировать:по виду привода — на пневматические; гидравлические, механи¬
ческие, электромагнитные;по способу уплотнения смеои — на прессовые, встряхивающие,
встряхивающие с подпрессовкой, пескометы, пескодувные, песко¬
дувно-прессовые, импульсные;по извлечению модели из формы — на машины с штифтовым
подъемом, протяжной плитой, поворотной плитой, с перекидным
столом.Уплотнение прессованием. Прессовые машины бывают двух ти¬
пов: с верхним и с нижним прессованием.98
а)	діРис. 64. Схема верхнего прессования:
а—до прессования; б—после прессованияВерхнее прессование. На столе 1 машины (рис. 64)
укрепляют модельную плиту 2 с моделью и постоянными штырями.
На плиту по штырям устанавливают опоку 3 с наполнительной
рамкой 4. Весь объем опоки и рамки заполняют формовочной
смесью. Затем включают машину. Стол машины поднимается, и в
наполнительную рамку входит прессующая колодка 5, размеры
которой соответствуют размерам наполнительной рамки. Колодка
укреплена на траверсе 6, которую после заполнения опоки смесью
поворачивают вокруг вертикальной стойки и устанавливают над
опокой. Формовочная смесь, находящаяся в наполнительной рам¬
ке, запрессовывается в опоку. Степень уплотнения смеси в опоке
можно регулировать, меняя высоту рамки.Обозначим плотность формовочной смеси до прессования через
ро, после прессования — р, объем модели в опоке — V, высоту опо¬
ки— Я, высоту наполнительной рамки — h, площадь опоки — F и
запишем, что масса смеси в опоке до уплотнения равна массе сме¬
си в опоке после уплотнения:lF(H + ft)-V]p0=(FH-V)p,	(3)отсюда высота наполнительной рамкиh = {H-V7F)(p/p0-l).	(4)Формулу (4) можно упростить, если объем модели считать рас¬
пространенным на всю площадь опоки некоторой высоты Я', тогда
приведенная высота опок Нщ, = Н—Я", а формула примет видh=Hn р(р/р0—1).	(5)По формуле (5) можно подсчитать высоту наполнительной
рамки, необходимую для получения заданной плотности формы р.
При верхнем прессовании наибольшая плотность формовочной
смеси получается под прессовкой колодкой; в глубь опоки плот¬
ность уменьшается вследствие трения формовочной смеси о стенки
опоки и модели. Следовательно, при верхнем прессовании наи¬
большая плотность смеси получается в верхнем слое, что затруд¬
няет выход газов при заливке, а недостаточная плотность вокруг
модели может вызвать размыв формы.4*99
Рис. 65. Схема нижнего прессования:
а—до прессования; б—после прессованияОднако при уменьшении высоты опоки сила трения смеси о
стенки опоки уменьшается, и плотность по высоте опоки распре¬
деляется более равномерно. Поэтому высота опоки при уплотне¬
нии врессованием ограничена. Предельно допустимая высота
Н= (l-f-1,25) fimin (где Bmin — минимальный размер опоки в свету).Нижнее прессование. Стол 1 машины перед прессова¬
нием (рис. 65) находится ниже неподвижной рамки 2 высотой h.
Размеры неподвижной рамки соответствуют размерам наполни¬
тельной рамки. Модельная плита 3 с моделью находится на столе
машины. Опоку 4 устанавливают на рамке 2 по штырям. Объем
опоки с рамкой заполняют формовочной смесью и над опокой уста¬
навливают неподвижную траверсу 5 (рис. 65,а). Прессовый меха¬
низм стола вместе с модельной плитой и моделью, поднимаясь,
запрессовывает в опоку формовочную смесь снизу (рис. 65,6).
Ход стола машины равен высоте рамки h. При нижнем прессова¬
нии характер уплотнения по высоте опоки распределяется проти¬
воположно характеру уплотнения при верхнем прессовании, т. е.
наибольшая плотность получается вокруг модели. Это очень важ¬
ное преимущество нижнего прессования по сравнению с верхним.
Однако машины с нижним прессованием сложнее, требуют точной
наладки, между трущимися частями машины может попадать фор¬
мовочная смесь, что вызывает преждевременный износ деталей.При прессовании развивается значительное горизонтальное (бо¬
ковое) давление, которое составляет 30—40% давления на колодке.
Вследствие бокового давления формовочная смесь прижимается к
стенкам опоки. Возникающее при этом трение поглощает некото¬
рую часть работы, которая уже не участвует в уплотнении формо¬
вочной смеси. Чем выше опока, тем больше боковое давление и
тем меньшая часть работы расходуется на уплотнение смеси. По¬
этому при одном и том же давлении колодки уплотнение в высокой
опоке при прессовании получается меньше, чем в низкой. В связи
с этим до последнего времени прессовые машины применяли только
для небольших опок (практически не более 600X400X100 мм).100
Рис; 66. Схема прессо¬
вания под высоким дав¬
лениемВ последние годы в литейном производ¬
стве появилась тенденция к расширению об¬
ласти применения прессования, как наибо¬
лее рационального способа уплотнения ли¬
тейных форм малых и средних размеров.При обычном прессовании давление состав¬
ляет 196—248 кПа. Хорошие результаты да¬
ет повышение давления до 1961 кПа при
прессовании специальных смесей, а также
применение вибрации.При совмещении прессования с вибра¬
цией уменьшаются силы трения формовоч¬
ной смеси о стенки опоки, благодаря чему
достигается равномерность уплотнения и
нужная плотность формы. -Прессование может осуществляться не
только жесткой колодкой, но и с помощью
гибкой (резиновой) диафрагмы. В этом случае происходит более
равномерное уплотнение. Сжатый воздух 500—600 кПа давит на.
гибкую диафрагму, которая прогибается и прессует формовочную
смесь.Прессование при высоком давлении. На некото¬
рых заводах применяют гидравлические прессы усилием 500, 2000,
4000, 20 000 кН для изготовления песчано-глинистых форм отливок
разной массы в опоках размерами до 1190X850X500 мм. На
рис. 66 представлена схема прессования под высоким давлением.
На неподвижную стальную плиту машины устанавливают модель¬
ную плиту 1 с моделью 2 (деревянной или металлической). На мо¬
дельную плиту помещают по штырям опоку 3 и сверху наполни¬
тельную рамку 4. Специальным толкателем плита с опокой и на¬
полнительной рамкой подается под бункер, из которого поступает
формовочная смесь. Сверху накладывается плоская, как в данном
случае, прессовая колодка 5, после чего плита с опокой подается
под пресс 6. Прессование длится не более 1 мин, плотность формы
по твердомеру получается в пределах 60—90 ед.Высокая плотность формы позволяет выдерживать большое
давление жидкого металла. Следовательно, расширяется область
применения сырых форм, появляется возможность изготовлять
по-сырому высокие отливки с толстыми стенками. При этом
уменьшаются затраты (исключается сушка) и сокращается цикл
изготовления отливок, повышается производительность. Отливки,
полученные в формах, прессованных под высоким давлением, от¬
личаются повышенной точностью размеров и чистотой поверх¬
ности.Следует отметить, что при большой плотности формы значи¬
тельно уменьшается газопроницаемость. Однако применение фор¬
мовочных смесей, содержащих крупнозернистый песок и имеющих
пониженную влажность (не более 2%), обеспечивает получение
отливок без пороков.101
сЗд.г/см1 jРис. 67. Схема уплотнения встряхиваниемУплотнение встряхиванием. Встряхивающие фор¬
мовочные машины широко применяют в литейных цехах, благода¬
ря сравнительно простой конструкции, надежности и пригодности
для изготовления форм всех размеров, за исключением особо тя¬
желых.Встряхивающий механизм машины (рис. 67) состоит из пнев¬
матического цилиндра 1, внутри которого находится поршень 2,
-верхняя часть которого является столом машины 3. На столе ма¬
шины неподвижно укрепляют модельную плиту с моделью. По
штырям на плите устанавливают опоку и заполняют ее формовоч¬
ной смесью. После включения машины под поршень поступает сжа¬
тый воздух (рис. 67, а). Когда давление под поршнем достигает
определенного значения, поршень вместе со столом, модельной
плитой и опокой поднимается (рис. 67,6). При движении поршня
вверх в некоторый момент во встряхивающем цилиндре машины
открывается выхлопное окно. Воздух из-под поршня выходит, дав¬
ление под ним снижается, но поршень еще движется вверх по
инерции, достигая определенной высоты. К этому моменту давле¬
ние под поршнем становится в несколько раз меньше массы под¬
нятых частей. Поршень со столом и опокой падает, происходит
удар его о станину машины (рис. 67, в).В момент удара на нижний слой формовочной смеси, лежащей
вокруг модели и на плите, действует сила инерции всей лежащей
над ним смеси, следовательно, плотность в этом слое получается
наибольшей. По мере удаления от плоскости разъема плотность
уменьшается, а верхние слои при встряхивании даже разрыхляют¬
ся и требуют дополнительного уплотнения. На небольших машинах
имеются специальные прессующие устройства, которые после
встряхивания доуплотняют верхние слои формовочной смеси в
опоке. На больших машинах прессующих устройств нет, так как
для создания нужного давления при прессовании они должны быть102
громоздки. Поэтому верхние слои смеси В <?.г/см3
опоке поеле встряхивания подпрессовывают
вручную пневматическими трамбовками. Та¬
кой способ уплотнения верхних слоев нель¬
зя считать рациональным, так как снижает¬
ся производительность машины. Однако его 'qsU
еще применяют, особенно в мелкосерийном
производстве.	■:(Плотность формовочной смеси в опоке
при встряхивании зависит от высоты подъ-'ема стола и от числа ударов. Работа уплот-. РнС- 68' Зависимость
J ґ	J	плотности формовочнойнения прямо пропорциональна высоте подъ- смеси р от чу,Сла ударовема стола:	п при встряхиванииA —Oh,	(6)»■где G — масса смеси в опоке кг; h — высота подъема стола, см.Теоретическая удельная работа встряхивания на 1 см2 площади
опокиa0=Oh/F,	(7)где F — площадь опоки, см2.Фактическая удельная работа, затрачиваемая на уплотнение
смеси в опоке за один ударa0=Gfn\/F,	(8)где л — коэффициент, учитывающий потери энергии при падении
стола; для пневматических машин т]=0,Зч-0,7 (в зависимости от
конструкции машины).В современных встряхивающих машинах высота подъема стола
колеблется от 30 (небольшие машины) до 100 мм (большие ма¬
шины). Число ударов (встряхиваний) для уплотнения одной полу-'
формы практически не превышает 80 и устанавливают его чаще
опытным путем или с помощью автоматических клапанов времени.
Зависимость плотности формовочной смеси от числа ударов при¬
ведена на рис. 68. Плотность формовочной смеси увеличивается
прямо пропорционально числу ударов до некоторого предела. При
дальнейшем встряхивании плотность не увеличивается, а при очень
длительном встряхивании формовочная смесь начинает разрых¬
ляться. Это объясняется тенденцией зерен песка группироваться по
фракциям, крупные зерна стремятся перемещаться вверх, - мел¬
кие — вниз.При формовке на встряхивающих машинах в некоторых слу¬
чаях наблюдается неравномерное распределение плотности смеси
вокруг модели. Вблизи сильно выступающих частей с резко гори¬
зонтальными и круто наклонными или вертикальными стенками
наблюдается слабое уплотнение. Если горизонтальные и вертикаль¬
ные плоскости сопрягаются по радиусу, то чем больше радиус
скруглення, тем выше плотность. Образование слабого места
объясняется видимо тем, что движущийся вниз при встряхивании103
Рис. 69. Стационарный пескомет мод. 293С:/—метательная головка; 2—стойка; 3—цилиндр подъема боль¬
шого рукава; 4—приемная воронка; 5—вертикальная колон-1
аа; в—упор; 7—станина; S—стойка большого рукава; Р—ось-
поворота; 10—малый рукавпоток смеси огибает острую кромку и отклоняетсй -в сторону.
В больших опоках облицовочную смесь вокруг модели обжимают
вручную, тем самым предупреждая местное недоуплотнение фор¬
мы. Иногда для подпрессовки верхних слоев смеси при встряхива¬
нии применяют профильные плиты. Выступ на плите усиливает
уплотнение в месте, где возможно образование местного недо-
уплотнения.Уплотнение пескометом. Пескам ет — это формовоч¬
ная машина с механическим приводом (рис. 69). Пескометы бы¬
вают стационарные и передвижные. Стационарный пескомет мо¬
жет обслужить площадь круга радиусом, равным сумме длин вы¬
тянутых в одну линию рукавов. Передвижной пескомет обслужи¬
вает весь пролет цеха. Формовочная смесь с главного конвейера
по ленточным конвейерам, установленным на пескомете, поступает
к метательной головке.Уплотнение смеси (рис., 70) происходит с помощью метательной
головки, расположенной на конце малого рукава пескомета.
Внутрь кожуха 1 головки входит рабочий вал 2, на котором укреп¬
лен сменный метательный ковш 4. Через окно 3 в кожух головки
поступает формовочная смесь. Метательный ковш, вращаясь вмес¬
те с валом («=1500 об/мин), захватывает формовочную смесь
и выбрасывает ее в опоку через отверстие 5 в кожухе. Кажется,
что формовочная смесь вылетает из головки непрерывной струей,
на самом деле с каждым оборотом вала вылетает уплотненный
комок смеси — пакет. Вследствие большой скорости падения пакет
формовочной смеси окончательно уплотняется, падая в опоку на
модель или на уже уплотненную смесь.Чтобы опока равномерно заполнялась формовочной смесью,
головку пескомета водят над поверхностью опоки. Большие пере-104
Рис. 70. Схема уплотнения
формы пескометомдэижные пескометы имеют специ¬
альные механизмы для перемещения
головки над поверхностью модели.Плотность смеси в форме регулиру¬
ется изменением скорости перемеще¬
ния головки. Чем быстрее передвига¬
ется головка пескомета над опокой,
тем лучше, т. е. плотнее, набивка
формы. Формовочная смесь уплотня¬
ется равномерно как по высоте опо¬
ки, так и вокруг модели. Это важ¬
ное преимущество пескомета по
сравнению с другими формовочны¬
ми машинами. К тому же пескометы
имеют высокую производительность
(10—50 м3/ч), так как операция
транспортирования смеси совмеща¬
ется с операцией уплотнения ее в
форме.Пескометы целесообразно при¬
менять для формовки крупных опок
по высоким моделям, и особенно в
единичном и мелкосерийном производстве.Способы извлечения модели из формы. Большая точность от¬
печатка модели при машинной формовке по сравнению с ручной
объясняется не только применением, как правило, металлической
модели, но и механизацией операции вытяжки модели из формы.
Специальные механизмы вытяжки модели имеются на всех фор¬
мовочных машинах, кроме пескомета.Машины с штифтовыми п о дъе м а м и предназначены
для опок размерами не более 500X400X150 мм. Штифты укреп¬
лены на жесткой раме так, чтобы верхние кромки их были точно
на одном уровне. Высота установки штифтов зависит от размеров
опок, формуемых на данной машине. Для этого штифты передви¬
гают в прорезях рамы и закрепляют в нужном положении. Меха¬
низм подъема (пневмогидравлический или механический) вклю¬
чается после уплотнения полуформы. Штифты подходят под углы
опоки и, двигаясь вверх, снимают полуформу с модельной плиты
(рис. 71,а). Модельная плита имеет отверстия, или специальные
вырезы под углом (рис. 71,6).Извлечение модели протяжной плитой может
осуществляться не только при машинной, но и при ручной формов¬
ке, когда модель имеет высокие выступающие части, расположен¬
ные близко друг к другу, или когда требуется сделать точную
форму, например, для зубчатого колеса с литым зубом. Для зуб¬
чатого колеса в модельной плите делают вырез по контуру модели
так, чтобы модель проходила через этот вырез (рис. 72). Модель
неподвижно укрепляется на плите, которая после уплотнения фор¬
мы с помощью механизма вытяжки будет опускаться. Песчаные105
Рис. 71. Схема штифтового съема опок Рис. 72. Схема извлечения модели спомощью протяжной плитыболванчики, выполняющие впадины между зубьями, при протяжке
будут прижиматься к неподвижной плите и, таким образом, отпе-
чатоквот модели в форме получится точный.На рис. 73 представлен случай, когда из формы протягиваются
только выступающие части 1 модели. Остальные части 3 модели
укреплены неподвижно*на модельной плите. Песчаный болван 2,
заключенный между двумя выступающими частями, при протяжке
“этих частей прижимается к неподвижной части модели.При массовом производстве деталей, подобных зубчатому ко¬
лесу с литым зубом, например в сельскохозяйственном машино¬
строении, применяют протяжные плиты с заливкой по контуру мо¬
дели'легкоплавку сплавом, обычно баббитом. Это упрощает и
ускоряет изготовление модельной оснастки. В модельной плите
делают вырез не по контуру модели, а круглый — диаметром на
25—30 мм больше наружного диаметра колеса. В этом вырезе
устанавливают металлическую модель колеса и зазор между пли¬
той и моделью заливают ба'ббитом. Когда баббит станет твердым,
модель вынимают — протягивают.Формовочные встряхивающие машины снабже¬
ны поворотной плитой (рис. 74), которая служит для
извлечения модели из формы, а при подпрессовке выполняет роль
траверсы. Поворотная плита 2 свободно лежит на рабочем встря¬
хивающем столе и во время встряхивания ничем с ним не связана.
Модельная плита с моделью укрепляется «а поворотной
плите.Когда встряхивание закоиечно, на опоку накладывают подопеч¬
ную плиту (на рисунке ие показана) и вместе с опокой закрепляют
на поворотной плите пневматическими зажимами или другими спо¬
собами. Рабочий стол опускается, и включается механизм пово¬
рота. ГІлита 2 на цагіфах поворачивается на 180°. Рабочий стол 1
поднимается и принимает опоку. Сначала происходит подпрессов-
ка, а затем опоку откр^пяяют; и она со стулом, который теперь
становится приемным, опускается.' Поворотная плита вместе с мо¬
дельной плитой возвращается в исходное положение.
Рис. 73. Схема протяжки Рис. 74. Схема поворотной плиты:выступающих частей мо- „	,а—уплотнение: о—поворот и вытяжка моделиМашины с перекидным с т о л,о м. Формовочные ма¬
шины без прессующего механизма вместо поворотной плиты имеют
перекидной стол (рис. 75). Извлечение модели из формы происхо¬
дит так же, как и с їюмощью поворотной Нлиты. Во время формов¬
ки перекидной стол свободно лежит на встряхивающем столе. Мо¬
дельная плита укреплена на перекидном столе болтами. Для
крепления на перекидном столе имеются Т-образные пазы. Модель¬
ную плиту устанавливают так, чтобы вырезы совпали с пазами на
столе, и закрепляют, (рис. 76,а). Пдсле уплотнения смеси полуфор¬
му закрепляют на плите. Для этого нд, плите кроме центрирующих
имеются специальные штыри с прорезями, на которые надевают
опоку, и'в прорези/забирают клинья (рис. 76,6). Это наиболее
удобное и надежное крепление. Затем включают механизм пово¬
рота. Перекидной стол с плитой и полуформой поворачиваетсяРис. 75. Схема работы формовочной машины мод. 231 с перекидным стрлом:/—встряхивание; //—поворот стола с опокой; ///—вытяжка модели; /—опока; 2—модельная
плнта; 3—-перекидной стол; 4—рычаг; 5—приемное устройство107
вокруг горизонтальной оси на 180°.
Приемный стол поднимается и при¬
нимает на себя полуформу (см. рис.
75, //). Клинья быстро выбивают, и
полуформа на приемном столе опус¬
кается (см. рис. 75, III).Механизация и автоматизация
формовочного отделения. В совре¬
менных механизированных цехах,
производящих мелкие у средние от¬
ливки, применяется поточный метод
работы. Все технологические опера¬
ции (формовка, сборка, заливка, вы¬
бивка) выполняются одновременно, но на разных площадях, и ли¬
тейная форма переходит последовательно с одной операции на дру¬
гую. Передача форм с одной позиции на другую осуществляется с
помощью различных транспортных устройств — конвейеров, толка¬
телей, кантователей и др.Литейный конвейер, схема которого приведена на рис. 77, часто
применяют в цехах мелкого и среднего литья. Формы изготовляют
на машинах 1 (формовка нижних полуформ) и 2 (формовка верх¬
них полуформ). После сборки на роликовом конвейере 3 формы
сталкиваются на платформы 10 конвейёра 14, который доставляет
их на участок заливки. Формы заливают расплавом из ковша 6,
двигающегося по монорельсу 7 к подвижной заливочной площад¬
ке 8. Далее формы проходят через охлаждающее устройство 12 и
сталкиваются толкателем 13 на выбивную решетку 15.Формовочная смесь, выбитая из опок, проваливается через ре¬
шетку в приемный бункер. Из бункера отработанная смесь попа¬
дает на конвейер, расположенный под полом цеха, и направляется
в смесеприготовительное отделение. Отливки с решетки пластин¬
чатым конвейером подаются в очистное отделение.Пустые опоки по конвейеру 5 поступают к формовочным ма¬
шинам. С помощью пневматического подъемника 4 опоку ставят
на стол машины (для формовки).db6)Рис. 76. Крепление модельной
плиты к столу машины:а—болтами; б—клиньямиРис. 77. Схема горизонтально замкнутого литейного конвейера
108
Формовочная смесь из смесеприготовительного отделения до¬
ставляется ленточным конвейером в раздаточные бункеры, распо¬
ложенные над рабочими местами.Подопочные плиты по ленточному конвейеру 16 поступают на
роликовый конвейер 5 и затем к формовочным машинам 1 п 2.
Стержни к местам сборки форм транспортируются на этажерках
подвесного конвейера 11. Литейный конвейер приводится в движе¬
ние от приводной станции 9.Такие поточные линии постепенно заменяют автоматическими
линиями. В литейном производстве внедряется автоматизация всех
технологических процессов, и в первую очередь самых трудоемких
операций — изготовление песчаных форм и выбивка.В начальный период механизации литейного производства наи¬
более часто формы всех видов и размеров уплотняли встряхива¬
нием. Значительно меньше применяли уплотнение прессованием.
Однако в условиях автоматизации значение прессования возрас¬
тает, так как по сравнению со встряхиванием этот процесс имеет
преимущества: хорошее соответствие требованиям автоматизации,
более высокую производительность, увеличение срока службы
оснастки и оборудования благодаря отсутствию ударного режима
работы машин, большую стабильность, бесшумность и надежность
процесса и, следовательно, возможность повышения качества от¬
ливки наряду с улучшением условий труда.До недавнего времени считали, что автоматизация является
принадлежностью только массового и крупносерийного производ¬
ства, но теперь всеми признано, что основным условием для авто¬
матизации является не столько унифицированная номенклатура
отливок, сколько главным образом унифицированная модельно-
опочная оснастка, обеспечивающая быструю замену одной модели
другой и быструю переналадку машин. Рассмотрим несколько при¬
меров действующих автоматических линий.В литейном цехе завода Ростсельмаш работает автоматизиро¬
ванная линия изготовления литейных форм (рис. 78). Она состоит
из двух линий автоматической формовки, установки автоматиче¬
ского распределения формовочных смесей по бункерам, верти¬
кально замкнутого конвейера, автоматической установки нагруже¬
ния форм перед заливкой и установки для выбивки форм. Линия
работает следующим образом. После заливки расплавом и охлаж-Рис. 78. Схема автоматической формовочной линии завода Ростсельмаш109
□ Рис. 79. Меха'низиро-дения форма с конвейера 3 сталкивается толкателем 4 на выбив¬
ную решетку 2. Специальная плита опускается на форму и выдав¬
ливает из опоки смесь и отливку, которые попадают на вибра¬
ционную решетку, находящуюся под полом цеха. Выбитая смесь
направляется на переработку в смесеприготовительное отделение,
а отливки с решетки поступают в очистной барабан; там отбива¬
ются остатки литниковой системы и отливки очищаются от при¬
ставшей формовочной смеси.После выбивки форм опоки направляются по роликовому кон¬
вейеру к распаровщику 1. По команде командоконтроллера 5 под¬
нимаются специальные механизмы, и верхняя опока захватывается
полозками, на которые затем опирается своим верхним буртиком.
Подъемное устройство и нижняя опока опускаются на роликовый
конвейер, и по нему опока направляется на участок формовки ниж¬
них полуформ. Верхняя опока с полозков-захватов распаровщика
подается сталкивателем в формовочный автомат 6 и выталкивает
с его полозков готовую верхнюю полуформу в спариватель 7.Нижние опоки направляются к формовочному автомату 9. Го¬
товая нижняя полуформа подается на кантователь 8 и поворачи¬
вается на 180°. Перевернутая нижняя полуформа поступает на
сборку, где в нее устанавливаются стержни, и по роликовому кон¬
вейеру подается на участок готовых верхних полуформ, в спарива¬
тель 7; происходит сборка. Готовые формы поступают на участок
заливки и цикл повторяется.Формовочные автоматы однопозиционные, проходные, с верхним
прессованием. Размеры опок 600Х600ХЮ0 (150) мм. Форма изго¬
товляется из песчано-глинистой смеси и уплотняется под давлением
до 3922 кПа. Вытяжка мбдели из полуформы производится спе¬
циальным кривошипным механизмом, обдувка и опрыскивание
модели керосином осуществляются автоматически. Для быстрой
переналадки в автомате предусмотрено клиновое крепление мо¬
дельной плиты; смена плит выполняется в течение 30 мин. Темп
работы автомата 18-^20 с.На рис. 79 представлена механизированная поточная линия
пескометной формовки крупных форм в опоках длиной 2000—
3000 мм, шириной 1000—2500 мм, высотой 300—900 мм. Макси¬
мальная масса полуформы 2000 кг, ход вытяжки модели 630 мм.Линия состоит из карусели 1, пескомета 2 (мод. 296М, произво-110
дительность 20 м3/ч формовочной смеси), кантователя 3, ролико¬
вого конвейера 4 и установки 5 для подсушки форм. Шесть теле¬
жек с модельными плитами и опоками перемещаются по рельсам
гидравлическим приводом.На позиции I на координатной плите закрепляется модель,
■опрыскивается керосином и натирается серебристым графитом. На
.позиции II устанавливается опока и наносится на модель слой об¬
лицовочной смеси. На позиции III на крестовины опоки навеши¬
ваются крючки и уплотняется слой облицовочной смеси. На пози-
дии IV пескомет подает в опоку смесь, одновременно уплотняя ее.
На позиции V верх полуформы подтрамбовыметсяг счищается
излишек формовочной смеси и вынимаются МбДёлй лйтййКбвой"ей-1
стемы (стояковг выпоров, прибылей). Далее полуформа переме¬
щается на позицию VI, устанавливается в кантователе и -повора¬
чивается на 180°, после чего извлекается модель. Затем полуформа
го наклонному роликовому конвейеру кантователя скатывается на
приводной роликовый конвейер. На позиции VII полуформу отде¬
лывают, окрашивают и подготовляют к сушке. На позициях VIII
ш IX полуформы подсушивают в установке, в которой размещаются
одновременно две полуформы. На позиции X полуформы снима¬
ются мостовым краном с роликового конвейера и транспортируют¬
ся для сборки на плац, где заранее готовится площадка. Произво¬
дительность линии — до 4 полуформ/ч.На многих заводах эксплуатируются автоматические формо¬
вочные линии безопочной формовки. В основе этих линий лежит
один из наиболе распространенных современных способов уплот¬
нения — пескодувно-прессовый. Пескодувный способ, обеспечивая
■быстроту и равномерность уплотнения, не дает возможности полу¬
чить высокую плотность набивки. В пескодувно-прессовых же ма¬
шинах форма после надува дополнительно уплотняется прессова¬
нием.Автоматическая линия по изготовлению безопочных форм пред¬
ставлена на рис. 80. Она состоит из двухпозиционного автомата /
карусельного типа, шагающего вертикально замкнутого конвейе-1
ра 2 и выбивной решетки 3. На позиции I происходит формовка я
одновременно надув и подпрессовка верхней 5 и нижней 7 полу¬
норм, между которыми помещается двусторонняя модельная пли¬ні
та 6. Надув смеси осуществляется через пескодувные насаДки 4
и 8. После уплотнения форма раскрывается и переходит на' пози¬
цию II, где- происходит установка стержней и накрытие формы.
Далее готовые формы поступают на участок заливки 9. Давление
надува 215—248 кПа, давление прессования — до 882 кЙа.Автоматическую линию мод. 7058 применяют при массовом
производстве чугунных отливок массой до 5 кг в безопочных сто¬
почных формах, расположенных горизонтально. Размеры формы
600X500X120 (300) мм.Формовочная смесь для пескодувно-прессового уплотнения
приготовляется из высококачественных обогащенных песков. В ка¬
честве связующего используют высококачественные бентониты.
Для придания смеси пластичности и для стабилизации прочност¬
ных свойств в смесь добавляют крахмалит — продукт специальной
обработки кукурузного крахмала, хорошо поглощающий и удер¬
живающий влагу. В качестве противопригарной добавки вводят
камнеугольный порошок.При изготовлении модельно-опочной оснастки особое внимание
уделяется точности и чистоте поверхности изделий.Преимущество безопочной формовки — исключение необходи¬
мости применения дорогостоящих опок.Особенности изготовления литейных форм
прессованием под высоким давлением. Применение
новых процессов уплотнения — прессования под высоким давле¬
нием, пескодувно-прессового, встряхивания с одновременным прес¬
сованием вызвало потребность в новых формовочных смесях, об¬
ладающих высокой прочностью при сжатии во влажном состоянии
147—248 кПа и пониженной влажностью. Эти смеси должны обла¬
дать хорошей формуемостью, т. 'в. способностью заполнять глубо¬
кие полости формы. Формуемость определяют по методу Дитерта
путем просеивания навески 200 г на сите с ячейками 3 мм. Отно¬
шение смеси (% по массе), прошедшей сквозь сито, к общей массе
и есть значение формуемости. Оптимальная формуемость для ли¬
ний высокого давления (прессования) находится в пределах 70—
80% при влажности 3%.Влияние упругих свойств смесей^’ При высоких
давлениях прессования формовочная смесь ведет себя как упругое
тело. После снятия усилия прессования смесь дает обратную упру¬
гую деформацию, которая может вызвать обрыв болванов, высту¬
пов, стенок формы при извлечении модели. Для устранения ЭТОГО’
явления рекомендуется применять полированные модели, увели¬
чивать формовочные уклоны. Упругая деформация может исказить
геометрию формы. Это необходимо учитывать при изготовлении
модели. Возможные искажения определяют расчетным путем или
при отладке модельного комплекта.Требования к оснастке. Силы бокового давления, ко¬
торое испытывают опоки, составляют до 0,5 вертикального сжимаю¬
щего давления. Поэтому опочная оснастка для линий высокого
давления должна быть прочной и жесткой. Опоки могут быть свар¬112
ным'и или литыми из чугуна или стали с развитыми ребрами жест¬
кости на наружных стенках. Часто'опоки делают с двойными стен¬
ками коробчатого сечения. Наибольшую жесткость имеют квадрат¬
ные или круглые опоки. Эти опоки должны иметь высокую точ¬
ность. Допустимые отклонения опок по высоте ±0,2 мм, между
центрами штырей ±0,2 мм, между базовыми поверхностями, по
которым опоки перемещаются по линии, ±0,17 мм.Модели также должны противостоять (без деформации) дей¬
ствующим прессовым усилиям, поэтому их изготовляют обычно из
стали или чугуна с увеличенной толщиной стенок.Давление прессования на действующих линиях не превышает
1470 кПа. На практике установлено, что при таком давлении созда¬
ются оптимальные условия для получения качественных отливок.Уплотнение воздушным импульсом. В опоку, установленную на
подмодельной плите, засыпают смесь и накладывают плиту-рассе¬
катель с большим числом отверстий. На рассекатель помещают
импульсную головку с пусковым клапаном. Специальный механизм
плотно прижимает друг к другу головку, рассекатель и опоку.
Затем открывается пусковой клапан и сжатый воздух под давле¬
нием 4,9—7,85 МПа через отверстия в плите-рассекателе поступает
в опоку, уплотняет смесь благодаря динамическому действию и
фильтрации через поры и уходит через венты в атмосферу. При
этом способе получается высокая и равномерная плотность на¬
бивки. Уплотнение происходит очень быстро, следовательно, про¬
изводительность очень высокая.§ 4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙСтержни выполняют главным образом полости и отвер¬
стия в отливках. Внутренние стержни со всех сторон, за исключе¬
нием знаковых частей, омываются жидким металлом, поэтому к
ним предъявляются особые требования в отношении огнеупор¬
ности.Во время охлаждения и затвердевания отливки происходит
усадка металла. Стержни должны быть достаточно прочными, что¬
бы выдержать давление расплава при заливке и вместе с тем не
должны препятствовать усадке металла при охлаждении, т. е. они
должны быть податливыми. При заливке под действием высокой
температуры в стержнях выгорают различные составляющие стерж¬
невой смеси (связующие, добавки), в результате чего выделяется
большое количество газов. Для выхода газов в стержнях делаются
специальные вентиляционные каналы, которые выводятся в знако¬
вые части.Чаще всего стержни изготовляют в стержневых ящиках, но в
некоторых случаях —по шаблону. Стержни редко применяют во
влажном состоянии. Чаще всего их высушивают насквозь или под¬
сушивают на определенную глубину. Сушка увеличивает общую
поверхностную прочность и уменьшает газотворную способность
стержней.113
Элементы конструкции стержней, классификация стержней в
зависимости от их назначения'и сложности рассмотрены в гл. II.Элементы конструкции стержней. Знаковые частист е р жн ей	предназначены для точной --фиксации положения •стержня при сборке и заливке формы. Разиеры "знаковых частей
стержня назначают с учетом не только удобства "сборки формы,
точной фиксации стержня, но и действующих на стержень усилии
цри заливке формы, давления, создаваемого им на участке формы,
сопряженной со знаком.стержня. Допустимое давление на форму
при этом не должно превышать (0,54-0,75) асж. Тогда опорная по¬
верхность знакаS=Q/ocx,	(9)где Q — масса стержня; аСж — предел прочности формовочной
смеси при сжатии. При заливке расплава в форму стержень стре¬
мится всплыть как всякое тело, погруженное в жидкость, поэтому
давление стержня на верхнюю полуформуp=Vp — Q,	(10)где V — объем стержня1, р — плотность металла.Поверхность знака стержня, расположенного горизонтально
{рис. 81, а), рассчитывают по формуле5=0,5/>/зсж.	(11)Если стержень располагается вертикально (рис. 81,6)', то сила,
действующая на верхнюю опорную знаковую часть,P=(n/4){D\-Dl)/iP-Q.	(12)Зная допустимое напряжений сжатия формовочной смеси верх¬
ней полуформы, число знаков и действующее на них усилие, мож¬
но определить минимальную поверхность знаковых частей, а сле¬
довательно, и их размеры.Если при расчете число знаков и их поверхность оказались не¬
достаточными и знаки нельзя увеличить без нарушения конструк¬
ции отливки, то в форме устанавливают жеребейки (вщголняющие
роль знаков), которые удерживают стержень в заданном положе-Ряс. 81. Знаковые части стерж*
ней:4—горизонтального; б—вертикаль¬
ного114
Рис. 82. Расположение(1)	и вентиляционных(2)	в стержнекаркасаканаловнии. Для предупреждения смещения
стержня применяют также фиксато¬
ры (см. гл. II).Каркасы стержней. Пес¬
чаные стержни не имеют достаточ¬
ной прочности, особенно крупные
стержни во влажном состоянии. Для
придания стержням прочности, не¬
обходимой для транспортирования,
сборки и заливки формы применяют
специальные каркасы, которые за¬
кладывают в стержень при его из¬
готовлении. Только самые мелкие
простые (круглые) стержни диамет¬
ром до 100 мм делают без^ карка¬
сов.Каркасы "могут быть вязаные из проволоки или литые чугун¬
ные. Последние применяют для крупных стержней. Проволочные
каркасы вяжут из мягкой отожженной проволоки диаметром4—5 мм (основная проволока). Остов из основной проволоки обес¬
печивает жесткость стержня. Отдельные части остова связывают
и оплетают тонкой (контурной) проволокой сечением не более1,5	мм2. Иногда каркас представляет собой один прутик. Но и в
этом случае нельзя брать неотожженную проволоку, так как она
будет пружинить, выпрямляться во время сушки и отставать от
стержневой смеси, отчего стержень станет непрочным.Каркас закладывают в стержневой ящик так, чтобы он был
удален от поверхности стержня на 15—20 мм, а для крупных
стержней до 30 мм. Каркас не должен быть расположен близко
к поверхности или выходить на рабочую поверхность стержня, так
как это приведет к снижению податливости его и может вызвать
образование трещин в отливках. Кроме того, выходящий на по¬
верхность каркас может привариться к отливке, что сильно затруд¬
нит выбивку стержня. Каркас 1 должен соединять знаковые части,
особенно если стержень в форме опирается на эти знаки (рис. 82).Чугунные каркасные рамки (рис. 83) отливают в почве в от¬
крытой мягкой постели. Рамки 1 сваривают с проволокой 2, кото¬
рой они связаны между собой в стержне, проволока увеличивает
поверхность соприкосновения стержневой смеси с каркасом. Перед
установкой в ящик каркас смазывают жидкой глиной для более
прочного соединения со смесью.Для транспортирования на сборку к каркасу стержней надежно
привязывают или приливают к чугунным рамкам специальные
подъемы 3, сделанные в виде петли из толстой проволоки. Петля
подъема не должна выходить на поверхность стержня. После изго¬
товления стержня подъем освобождается от смеси (рис. 84). Если
это рабочая поверхность, т. е. омываемая жидким металлом, то
установив стержень в форме, лунку вокруг подъема заделывают
смесью, заглаживают и подсушивают. В крупных стержнях цилинд-115
/Рис. 83. Литые чугунные каркасные рамкирической формы при изготовлении их по шаблону каркасом служит
труба с отверстиями по всец поверхности для вывода газов.
Каркасы должны обеспечивать необходимую жесткость и проч¬
ность стержня и вместе с тем не уменьшать его податливости, не
мешать прокладке вентиляционных каналов, легко удаляться при
выбивке стержня из отливки и быть легкими.В стержни из жидких самотвердеющих смесей каркасные рамки
закладывают так же, как при изготовлении обычных стержней.
Примеры расположения каркасов в стержнях приведены на
рис. 85.При изготовлении стержней на пескодувной машине каркасы
невозможно устанавливать в процессе уплотнения смеси, так как
стержневой ящик закрыт со всех сторон, а сам процесс уплотнения
длится несколько секунд. В этом случае каркасы, проволочныеили в виде трубок, устанавливают в
стержневой ящик перед его заполнени¬
ем смесью. Прутки каркаса опираются
на специальные подставки, пропущен¬
ные через стенки ящика (рис. 86). От
подставок в стержне остаются отвер¬
стия, которые потом заделывают стер-
Рис. 84. Расположение подъе- жневой смесью (или вклеивают в них
ма в стержне	стерженьки — пробки).116
Б-S АBud ьРис. 85. Примеры расположения каркасов Рис. 86. Схема установки карка-
в стержнях:	сов в ящиках при изготовлении/—чугунный литой каркас; 2—проволочный каркас; стержней на пескодувной машине.
3 подъем	/—стенка ящика; 2—каркас; 3—под*ставкаВентиляция стержней является очень важной опера¬
цией в технологическом процессе изготовления отливок. Во время
заливки расплава в формы под действием высокой температуры в
стержнях разлагаются связующие и добавки, выделяя значитель¬
ное количество газов. Газы должны найти выход из стержня, в
противном улучає они попадут в металл, что вызовет вскипы и га¬
зовые раковины в отливках. Поэтому из пол<жти каждого.стержня
через знаковую часть выводятся вентиляционные каналы. Вентийя-
ция выполняется разными способами. Простейший способ — нако-
лы стержня металлической иглой через поверхность, не омывае¬
мую металлом. В простых стержнях с плоски,мй поверхностями вен¬
тиляционные каналы делают с помощью шомполов. Через стенки
стержневого ящика пропускается шомпол —^ пруток диаметром
3—12 мм, который после уплотнения стержня вытягивается из*
него, оставляя отверстие.Если стержни имеют сложную форму, тонкое сечение и боль¬
шую длину (ленточные стержни), то вентиляционные каналы вы¬
полняют шнурами (фитилями), покрытыми легкоплавкой смесью
воска, стеарина или парафина. Фитили закладывают в стержни во
время формовки. Концы фитилей пропускают через знаковую
часть. Во время сушки фитили выплавляются.Большие стержни для крупных и тяжелых отливок в целях
увеличения податливости и газопроницаемости делают пустотелы¬
ми или внутреннюю полость их заполняют пористым материалом —
гарью или керамзитом. От внутренней полости на поверхность
стержня, не омываемую жидким металлом, выводится канал, ко¬
торый при сборке формы должен совместиться с вентиляционным
каналом в форме (рис. 87).Чтобы эти каналы совместились, в стержневом ящике и на
модели делают метки.117
7	}	Изготовление стержней вруч¬ную. Объем ручного труда при
изготовлении стержней еще зна¬
чителен, так как оснастку (стерж¬
невые ящики) трудно унифициро¬
вать. Вручную изготовляют в ос¬
новном крупные стержни, реже
средние и мелкие.Изготовление стержней
в ящиках. Перед началом ра¬
боты собирают стержневой ящик,
устанавливают на место отъемные
части и проверяют исправность
ящика, соответствие его техноло-
Рнс. 87. Вентиляция крупных стерж- гической документации. Отъем-
ней в форме:	ные части должны свободно вы¬ниматься и вместе с тем не иметь/ — вентиляционные каналы; 2 — стержни ПЄрЄКОСОВ. В ЯЩИКЄ НЄ ДОПуСКЭЮТ-ся отбитые углы, забоины и другие дефекты, искажающие геомет¬
рию стержня или затрудняющие его извлечение из ящика. Крепеж¬
ные части ящика (болты, клинья, барашки) должны быть исправ¬
ными. В ящике необходимы метки для газоотводных каналов и
подъемов. После осмотра ящик устанавливают в устойчивое поло¬
жение, продувают сжатым воздухом. Всю полость ящика протирают
тряпкой, смоченной керосином. Проверяют каркас и подгоняют его
по ящику. Расположение подъемов должно точно совпадать с цент¬
ром тяжести стержня.Технология изготовления стержня зависит от его конфигура¬
ции и конструкции стержневого ящика, который может быть вы-
тряхным, разъемным или разборным.В вытряхных ящиках изготовляют обычно массивные,
простые по конфигурации стержни. На рис. 88 показан пример
изготовления стержня в вытряхном металлическом ящике. После
подготовки ящик 2 наполняют стержневой смесью, которую уплот-Рис. 88. Изготовление стержня в вытряхном ящике
118
Рис. 89. Изготовление стержня в разъемном ящикеияют, и счищают излишек смеси. Затем делают вентиляционные
каналы и накладывают сушильную плиту 3. Далее ящик с плитой
поворачивают на 180°, обстукивают его деревянным молотком,
чтобы стержень отделился от стенок яіцика, и снимают ящик.
Стержень 1 остается на плите и подается в сушило.В разъемных ящиках, состоящих из двух половин, стер¬
жень изготовляют следующим образом (рис. 89). Стержневую смесь
засыпают в одну из половин ящика (поз. I) и уплотняют. Затем
прокладывают каркас (поз. II) и делают вентиляционные каналы
(поз. III). Аналогично набивают ^вторую половину ящика (за
исключением установки каркаса) Г Половины ящика осторожно,
так чтобы стержневая смесь не просыпалась, соединяют (поз. IV)
и через отверстия, где располагаются знаковые части, доуплот-
няют. Затем ящик обстукивают и снимают верхнюю его половину
(поз. V); на стержень накладывают фасонную сушильную плиту и
поворачивают ящик со стержнем и плитой на 180°. После этого
снимают вторую половину ящика (поз. VI) и отправляют стержень
в сушило.В условиях единичного и мелкосерийного производства эконо¬
мически невыгодно делать фасонную сушильную плиту (рис. 90).
В этом случае стержень выкладывают на постель (песок), кото¬
рую делают с помощью рамки (рис. 91). После снятия одной по¬
ловины разъемного ящика на него устанавливают деревянную
рамку / и стержень засыпают песчано-глинистой смесью, которую
слегка уплотняют (получается постель). Затем накладывают плос¬
кую сушильную плиту и поворачивают плиту, постель, стержень,
рамку и стержневой ящик на 180°. Сначала снимают вторую по¬
ловину стержневого ящика, затем деревянную рамку, а стержень
остается на постели.В разъемном ящике изготовляют крупные стержни следующим
образом. Сначала собирают ящик, подгоняют к нему каркас, про-119
’77777Рис. 90. Схема укладки стержня на сушиль¬
ную фасонную плиту:1 — половина стержневого ящнка; 2 — сушильная
плитаРис. 91. Схема укладки стержня на
песчаную постельтирают стенки керосином с серебристым графитом. На дно ящика
насыпают слой стержневой смеси высотой до 40 мм, устанавливают
каркас и снова набивают слой смеси до 120 мм. Для выполнения
полости в стержне, которая заполняется гарью или керамзитом,
устанавливают деревянный вкладыш так, чтобы зазор между вкла¬
дышем и стенкой ящика был 50—150 мм (в зависимости от разме^
ров стержня). Между вкладышем и стенками ящика равномерно
насыпают стержневую смесь, которую уплотняют ручной или пнев¬
матической трамбовкой с резиновым наконечником.В крупных тяжелых- стержнях для предохранения стержня от
разрушения в местах установки жеребеек закладывают кирпичи
или чугунные плитки. После удаления деревянного вкладыша в об¬
разованной им полости делают наколы для вывода газов. Сквоз¬
ные наколы с рабочей поверхности тщательно заделывают. Если
стержень имеет выступающие части, которые трудно вентилировать
изнутри, в них закладывают фитили. Фитили должны обязательно
соединяться с полостью стержня, которую заполняют гарью или
керамзитом. Для небольших стержней размерами не более 700Х
Х700Х700 мм допускается заполнять полость сухими опилками,
смешанными с сухой смесью. Заложенную в стержень гарь слегка
утрамбовывают. Затем уплотняют верхний слой смеси. Лишнюю
смесь снимают линейкой вровень с краями ящика.. Если имеются отъемные части, которые располагаются навер¬
ху по плоскости набивки, то верхний слой смеси в ящике слегка*
разрыхляют и осторожно осаживают эту отъемную часть 1
(рис. 92). Если со стороны набивки есть большие углубления,120
Рис. 92, Изготовление круп¬
ного стержняпосле изготовления стержня их следует
засыпать сухим песком или опилками, для
того чтобы стержень не повредить во вре¬
мя транспортирования и сушки. После от¬
делки плоскости набивки накладывают
сушильную плиту и прикрепляют ее к
стержневому ящику болтами, скобами
и т. д. Сушильная плита должна быть
ровной, хорошо простроганной, с отвер¬
стиями по всей поверхности. Ящик с пли¬
той переворачивают на 180е, слегка об¬
стукивают и разбирают.Изготовление стержней из смеси на жидком стекле имеет неко¬
торые особенности: каркасы применяют только в крупных и слож¬
ных стержнях, выступающие части и углы на стержнях не пришпи¬
ливают, стержни продувают углекислым газом непосредственно в
стержневых ящиках или подвергают небольшой тепловой обра¬
ботке. Смесь с жидким стеклом имеет низкую прочность во влаж¬
ном состоянии, поэтому не рекомендуется изготовлять стержни с
навесными частями или высокие стержни только с тепловой обра¬
боткой (вместо продувки СО2), так как они будут давать осадку
до затвердевания. Нельзя помещать каркас в центре стержня, так
как внутренний слой может быть не просушен и каркас может
выйти из стержня при подъеме и разрушить его. Каркасы следует
располагать на расстоянии 20—50 мм от поверхности стержня.Процесс химического твердения стержней осуществляется про¬
дувкой углекислым газом через наколы в плоскости разъема ящи¬
ка или через специальный щит, накрывающий стержневой ящик, а
также через отверстия в двойных стенках ящика, как показано на
рис. 93. Перед продувкой стержневой ящик следует слегка обсту¬
кать, чтобы предотвратить прилипание смеси к стенкам ящика.
Вместо продувки СОг или после незначительной продувки стержни
подсушивают в сушилах. Тепловой сушке подвергают только та-; 2к овчго'ІІТіЄЯ*0Рис. 93. Продувка стержня углекис¬
лым газом через отверстия в стен¬
ках ящика:1—стенки; 2—зазор; 3—отверстия во внут¬
ренней стенке; 4—коллектор; 5—шлангРис. 94. Изготовление стержня по
шаблону:/—стойка: 2—вал: Л—каркас; 4—соломен¬
ный жгут; 5—стержень; 6—смесь; 7—рабо¬
чая часть шаблона: 8—шаблон121
Рис. 95. Схема прессования стержнякие простые стержни, которые
можно выкладывать на плиту, бе&, промежуточной засыпки (постели)
из песка или опилок. Засыпка за¬
трудняет сушку стержня и не по¬
зволяет окрашивать его до сушки.Изготовление стержней по¬
пі аб лону. По шаблону обычно изго¬
товляют крупные цилиндрические стерж¬
ни нли стержни, имеющие форму тела
вращения при большой длине. Специаль¬
ный станок (рис. 94) срстоит из двух
чугунных стоек и стола, к которому при¬
крепляют шаблон 8. В поррези стоек ук¬
ладывают каркас 3 будущего стержня —
патрон, представляющий собой трубу с
отверстиями по всей поверхности. Для
улучшения податливости' и газопроницае¬
мости на трубу наматывают соломенный
жгут 4. На него наносят слой формовочной глины. При вращении патрона по¬
верхность стержня затачивается шаблоном, укрепленным на столе.Изготовление стержней на машинах. Стержни изготовляют на
формовочных и специальных стержневых машинах: пескодувных,
пескострельных, мундштучных.Прессовые машины применяют для изготовления мелких
стержней в металлических ящиках. Верхняя половина 1 ящика
укрепляется на траверсе машины (рис. 95), нижняя половина 2 —
на прессовом столе машины. Планки 3, привернутые к нижней по¬
ловине ящика, образуют наполнительную рамку и одновременно
служат направляющей для верхней половины ящика. Высоту план¬
ки рассчитывают по необходимому для стержня объему смеси.
Чтобы смесь не высыпалась, с торцов ящик закрывают задвижка¬
ми. Перед формовкой нижнюю половину ящика припыливают се¬
ребристым графитом и до половины заполняют стержневой смесью.
В ящик укладывают каркас и сверху на него шомпол — приспособ¬
ление для получения вентиляционного канала диаметром 8 мм.
Весь Объем нижней части ящика заполняют стержневой сме¬
сью (рис. 95, а), подводят траверсу с верхней частью ящика
и производят прессование. После уплотнения стержня стол
машины с «ижней половиной ящика и стержнем опускается (рис.
95, б), траверса отводится в сторону и вынимается стержень
(рис. 95, в).Встряхивающие машины применяют для средних и круп¬
ных стержней простой конфигурации. Стержневые ящики могут
быть металлическими или деревянными, но обязательно вытрях-
ными с горизонтальной открытой плоскостью набивки. Стержневой
ящик укрепляется на столе машины так же, как модельная плита.
Для этого ящики имеют специальные приливы или выступы. При
формовке в стержень закладываются каркасы и, если требуется,
полость стержня заполняется гарью. Эти операции выполняются
вручную, как и подпрессовка верхних слоев и отделка плоскости
набивки. В результате производительность машины оказывается122
Рис. 96. Схема мундштучной машиныневысокой. После формовки на ящик накладывается и крепится
сушильная плита, включается механизм поворота. Протяжка
(извлечение стержня из ящика) происходит так же, как при изго¬
товлении формы.Пескометы применяют для формовки крупных и средних
стержней.Мундштучные машины (рис. 96) применяют для стержней,
имеющих малое и постоянное сечение по длине. Наибольший раз¬
мер сечения не превышает 100 мм; форма сечения может быть раз¬
личная (круг, квадрат и др.). Стержневая смесь Засыпается в ре¬
зервуар /, с помощью поршня 3 или шнека выдавливается через
сменный мундштук 2, имеющий определенное сечение. Стержень
выходит на приемный стол бесконечной лентой, которая разрезает¬
ся на куски нужной длины. Вентиляционный канал выполняется по
центру стержня с помощью неподвижной иглы 4. Знаки на стерж¬
нях (если они требуются) затачивают после сушки стержня в спе¬
циальных кондукторах. Поршень приводится в движение от при¬
вода 5.Пескодувные машины являются наиболее прогрессивными,
так как обеспечивают высокую производительность, а также высо¬
кое качество стержней и форм. Стержни, изготовленные на песко¬
дувной машине, «меют равномерную плотность, хорошую газопро¬
ницаемость, чистую и гладкую поверхность. Пескодувные машины
целесообразно применять только в крупносерийном и массовом
производстве, так как стержневые ящики должны быть металли¬
ческими и специальной конструкции.На рис. 97 показана схема работы пескодувной машины. На
столе 1 машины устанавливается стержневой ящик 2. Стол под¬
нимается и плотно прижимает ящик к надувной плите 3 рабочего
резервуара 4, наполненного стержневой смесью. Сжатый воздух
через клапан 5 поступает в резервуар и устремляется через вдув¬
ные отверстия в плите в стержневой ящик, увлекая за собой стерж¬
невую смесь и образуя песчано-воздушную струю. Воздух не за¬
держивается в ящике, он выходит через специальные отверстия —
венты 6, расположенные с противоположной стороны, а иногда и
в боковых стенках (в зависимости от конструкции ящика). Стерж¬
невая смесь уплотняется благодаря перепаду давления в резервуа-123
1Рис. 98. Схема пескострельной головкире машины и стержневом ящике, а также кинетической энергии
струи, которая зависит в основном от давления воздуха в резер¬
вуаре.Для обеспечения равномерной плотности стержня важно пра¬
вильно определить соотношение суммарной площади сечения вдув¬
ных отверстий и вентиляционных вент, а также правильно распо¬
ложить их. Установлено, что диаметр вдувных отверстий можно
принимать в пределах 8—20 мм в зависимости от размеров стерж¬
ня и свойств смеси. Вдувные отверстия располагают «а плите в за¬
висимости от габаритных размеров ящика на расстоянии до 150 мм
друг от друга. Суммарное сечение вент 2Лієнт должно составлять0,3—0,5 суммарного сечения вдувных отверстий Е/^вд. Венты де¬
лают в виде пробок с тонкими прорезями (см. рис. 28), через ко¬
торые проходит воздух, но не просыпается песок. Объем стержня
должен быть меньше объема резервуара машины, иначе в стерж¬
нях будет оставаться рыхлота.Пескодувный резервуар периодически наполняется стержневой
смесью из бункера, для чего он передвигается под бункер спе¬
циальным механизмом и возвращается под дутьевой клапан. Не¬
которые модели пескодувных машин на рабочем столе имеют спе¬
циальные зажимы для бокового крепления ящика. Ящик должен
плотно прилегать к надувной плите. Нельзя допускать прорывов
смеси по разъему или в других местах, так как в этом случае
ящик быстро изнашивается. Алюминиевые ящики по плоскости
разъема должны быть армированы листовой сталью. Против вдув-124
ных отверстий в стенки ящика должны быть вделаны стальные
шайбы, предохраняющие ящик от быстрого истирания струей
песка.Пескострельные машины — разновидность пескодувных
машин. Благодаря особенности движения стержневой смеси при
пескострельном процессе, прочность стержневой смеси во влажном
состоянии не имеет такого значения и не сказывается на равно-,
мерности плотности стержня и ее величине, как при пескодувном;
процессе.Схема пескострельной головки представлена на рис. 98. Стерж¬
невой ящик устанавливают на столе машины, который, педни- ■
маясь, прижимает ящик к надувной плите 6. Сжатый воздух из
резервуара 1 через дутьевой клапан 2 поступает в пескострельный
резервуар 3 машины. Давление в нем мгновенно повышается, и
воздух ударно действует на столб смеси, выталкивая его через
конусную насадку 7 в стержневой ящик. Гильза 4 имеет на боко¬
вой поверхности прорези, через которые действует сжатый воздух,
уменьшая трение смеси о стенки и ликвидируя зависание. Воздух
из стержневого ящика отводится через отверстия 8.Для изготовления стержней различной конфигурации песко^
стрельные машины снабжаются сменными насадками 5. Произво¬
дительность машин 250—300 циклов/ч. Сжатый воздух из надув¬
ной головки почти не попадает в стержневой ящик, поэтому вен-,
тиляционные отверстия» необходимы лишь для удаления атмосфер¬
ного воздуха. Ввиду отсутствия абразивного действия песчано-
воздушной струи стержневые ящики изнашиваются мало, поэтому
возможно применение деревянных ящиков. Следовательно, пескб-
стрельные машины можно использовать при любом характере
производства.Изготовление стержней по нагреваемой оснастке. Наиболее
слабым звеном в технологическом процессе получения стержней
является сушка, она очень энергоемка и длительна. Этого недо¬
статка лишён технологический процесс изготовления стержней из
смеси с бЫстротвердеющими связующими в нагреваемых ящиках.
Сущность процесса состоит в том, что смесь, попадая в предвари¬
тельно нагретый ящик, разогревается и в течение 15—60 с стано¬
вится твердой, т. е. процесс сушки отпадает. При этом стержни:
получаются высокого качества (геометрическая точность в соче¬
тании с исключительно чистой поверхностью) и высокой прочности
с хорошей газопроницаемостью и выживаемостью. Отпадает также
необходимость в каркасах. К недостаткам способа можно отнести:
конструктивную сложность стержневых ящиков, необходимость на¬
грева, дефицитность и высокую стоимость смол. Смесь составляют
из сухого кварцевого песка, термореактивного связующего, ката¬
лизатора и незначительного количества некоторых добавок, улуч¬
шающих технологические свойства смесей.Уплотнение ГТС производится на пескодувных или песко-
стрельных машинах, которые имеют некоторые отличительные осо¬
бенности. Предпочтительнее использовать машины с передвижны-125
Рис. 9% Схема работы стержневой пескострельной машины по нагреваемой ос-
«асткеми головками (с позиции загрузки на рабочую позицию и наобо¬
рот). В такой конструкции исключено шиберное устройство, бла¬
годаря чему повышена ее надежность.Оснастка на машинах нагревается с помощью электрических
нагревателей, вмонтированных в ящики или выполненных отдель¬
ным блоком (см. рис. 29), а также с помощью газовых горелок.
В случае наличия в оснастке (в стержневых ящиках) больших
отъемных частей применяют комбинированный (газовый и электри¬
ческий) нагрев. Более экономичен и технологичен газовые нагрев,
при котором оснастка быстро нагревается до нужной температуры
и прогревается равномерно. Установки конструктивно более просты
и очень надежны.На рис. 99 показана схема работы стержневой пескострельной
машины по нагреваемой оснастке: I — сборка нагретого ящика 1,
при этом устройства распаривающее 3 и нагревательное 2 передви¬
гаются вперед, а пескострельная головка 4 переходит на рабочую
позицию; // — ящик поднимается, и происходит надув смеси;
111 — головка поднимается, и ящик опускается; /К — нагреватель¬
ное и распирающее устройства перемещаются в рабочее положе¬
ние; V — головка перемещается на позицию загрузки смеси, про¬
исходят отверждение стержня, раскрытие ящика, выталкивание
•стержня; VI — готовый стержень снимается съемником. Съем
стержней с машины осуществляется с помощью вилочного или
мягкого конвейерного устройства (рис. 100).Машины имеют устройства для очистки рабочей поверхности
ящиков и для покрытия их разделительным составом. В качестве126
а)	6)	В)Рис. 100. Устройства для съема готовых стержней:в—вилочное; б—мягкое конвейерное для съема с нижней половины ящика; в—мягкое кон¬
вейерное для съема с верхней половнвы ящика; /—стол; -2—нижняя часть стержневого ящи¬
ка; 3—нижний толкатель'; 4—стержень; 5—верхняя часть стержневого ящнха; 5—верхний
толкатель; 7—внлы съемного устройства; 5—механизм перемещения съемного устройства;9, /0—конвейерразделительного состава применяют раствор кремнийорганическо-
го термостойкого каучука СКТ в растворителе.Разновидностью процесса получения стержней по нагреваемой
оснастке является изготовление оболочковых стержней. Процесс
заключается в том, что в предварительно нагретый до 250—300°С
ящик вдувают сухую песчано-смоляную смесь (ГТС). На поверх¬
ности ящика образуется прочная песчаная корочка (6—8 мм), at
непрогретая, неиспользованная смесь высыпается обратно в рас¬
ходный бункер. При этом получаются полые (оболочковые) стерж¬
ни. В крупных стержнях полость заполняется наполнителаной
смесью, которая состоит из крупного песка с минимальным коли¬
чеством связующего.Надув смесей обычно осуществляется снизу. После надува го¬
ловка отводится в сторону, а неиспользованная смесь высыпается:
на ленточлый конвейер и возвращается в расходный бункер. Исполь¬
зование многоместной оснастки позволяет увеличить производи¬
тельность машины. На рис. 101 приведена схема изготовления обо¬
лочковых-стержней. Производительность установки 50—90 съемов/1?
(в зависимости от реакционной способности смеси).Изготовление стержней из ХТС. Этот процесс основан на спо¬
собности сыпучей песчано-смоляной смеси, заключенной в стерж¬
невой ящик, отверждаться при комнатной температуре. Быстрое
развитие процесса началось после внедрения специальных синте¬
тических связующих. Главное преимущество процесса — высокая:
точность в сочетании с выроким качеством стержней. В отличие от
стержней из песчано:глинистых смесей стержни из ХТС не нуж¬
даются в с)нике. Обладая высокой прочностью, газопроницаемостью,
отличной выбиваемостью, ХТС позволяет изготовлять стержни &
ящиках из любого материала (дерева, металла, пластмассы); уве¬
личивать плотность стержня (так как отсутствует преждевремен¬
ное отверждение смеси в процессе надува); сокращать время на
изготовление смесей (15—20 с) и повышать ее пластичность; ме¬
ханизировать процесс изготовления стержней в цехах единичного
и мелкосерийного производства; применять более простую оснастку.
1о12ОjокОLiz. и ОQr °_Daz °_оо? °_оРис. 101. Схема изготовления оболочковых стержней по нагреваемой оснастке с
вертикальным разъемом:/—вдув смеси в верхнюю часть ящика; 2—поворот ящика на 180°: 3—вдув смеси в нижнюю
•часть ящика и удаление избытка смеси; 4—отверждение смеси; 5—разъем ящика; 6—поворот
ящика на 90° и подъем конвейера; 7—удаление стержня; 8—опускание конвейера и транс¬
портирование стержня; 9—покрытие ящика разделительным составом; 10—сборка ящихаПрименение ХТС экономически оправдано даже в условиях еди¬
ничного и массового производства.В качестве связующих для смесей холодного твердения приме¬
няют связующие Ml9-62'с фуриловым спиртом, карбамидофурано-
вые смолы ВС-40, БС-70, КФ-40, УФ-80 и др. Для ускорения твер¬
дения в смесь вводят катализаторы, некоторые кислоты. Чаще
всего применяют ортофосфорную кислоту. Катализатор можно вво¬
дить в процессе приготовления смесей, а также при продувке
стержня в ящике газообразным катализатором.Если в состав смеси в процессе ее изготовления катализатор не
вводится, то смесь имеет повышенную живучесть. Отверждение
стержня происходит в течение 0,5—1,5 ч. Для ускорения процесса
отверждения применяют катализатор, который распыляется воз¬
духом. При этом важно, чтобы катализатор был распределен рав¬
номерно по всему объему стержня. Это достигается применением
большого числа игольчатых сопл и соответствующего числа вент
в ящике. Выходящий из ящика катализатор (остатки) поступает
в специальное устройство для нейтрализации.Для приготовления ХТС применяют лопастные смесители; кат-
ковые смесители для этой цели не пригодны, так как в процессе
перемешивания в них происходит подогрев смеси, что сильно ска¬128
зывается на живучести смеси. Компоненты смеси одновременно
подаются в смеситель, где перемешиваются в течение 15—20 с.
Готовая смесь имеет очень малую живучесть, поэтому ее сразу
подают к рабочим местам. Спустя 2—15 мин стержень имеет пре¬
дел прочности 196—294 кПа, его извлекают из ящика. После вы¬
держки на воздухе в течение 30—120 мин предел прочности стерж¬
ня возрастает до 784—1470 кПа. Перед заполнением ящики покры¬
вают разделительным составом на основе керосина и графита.Несмотря на неоспоримые преимущества, этот способ имеет
весьма существенные недостатки. При изготовлении стержней вы¬
деляется значительное количество токсичных веществ:, фенола,
формальдегида, паров кислот и др., что требует дополнительных
расходов на мощные вентиляционные установки, которые должны
обеспечивать не менее чем 10-кратный обмен воздуха в 1 ч. При
производстве ХТС требуются дефицитные связующие.Процесс с каждым годом совершенствуется. В СССР и за рубе¬
жом разрабатываются новые составы ХТС на основе менее дефи¬
цитных и менее токсичных материалов. Все шире применяется
способ интенсификации отверждения путем продувки стержней теп¬
лым воздухом. Представляет несомненный интерес разработанный
во Франции способ интенсификации отверждения без применения
катализаторов. Он основан на одновременном воздействии на
стержень (форму) теплового и сверхвысокочастотного излучения!
Ведутся работы по использованию для ХТС менее токсичных эпок¬
сидных смол. Предложен ряд составов на их основе, но пока что
эти смеси несколько уступают по прочности существующим ХТС
и стоимость их более высокая.Отделка и нанесение противопригарного покрытия сырых стерж¬
ней. Стержни, изготовленные из смеси с относительно высокой
прочностью во влажном состоянии (не ниже 25 кПа) отделывают
и окрашивают до сушки. В этом случае операции отделки стерж¬
ней выполняют в следующем порядке. Стержень, извлеченный из
ящика, на сушильной плите тщательно осматривают, проверяют
равномерность уплотнения. Обнаруженные слабо уплотненные
места и мелкие повреждения аккуратно заделывают стержневой
смесью с помощью гладилки. Выступающие и тонкие части стерж¬
ня пришпиливают формовочными шпильками. Отъемные части,
глубоко сидящие в теле стержня, извлекают после отделки стержня.Для повышенкя огнеупорности поверхностей стержней, сопри¬
касающихся с жидким металлом, окрашивают огнеупорными по¬
крытиями. Не окрашивают только знаковые части, чтобы не за¬
лить вентиляционные каналы и не снизить газопроницаемость
стержня. Сырой стержень лучше всего окрашивать с помощью
пульверизатора. При окраске кистью в отдельных местах могут
быть наплавы покрытия. После отделки и окраски эти места осто¬
рожно замырают водой. Затем стержень поступает в супщло.Стержни, изготовленные из смеси с низкой прочностью во
влажном состоянии, отделывают и окрашивают только после
сушки.	' •5-1563129
Рис. 102. Режимы сушки:/—для мелких стержней на СБ; 2—для средних стержней
на СБ; 3—для крупных стержней на СБ; 4—для г:оедних
стержней из песчано-глинистой смеси; 5—для коупных
стержней из песчано-глнннстой смесиСушка форм и стержней. Операция суш¬
ки стержней, и особенно форм, удлиняет
технологический процесс изготовления отли¬
вок. Различными путями стремятся сокра¬
тить длительность сушки или вовсе избежать
ее, чтобы снизить затраты и сократить цикл
изготовления отливок. Внедрение в литейном
производстве быстросохнущих связующих с
химическим твердением и жидкотекучих са-
мотвердеющих смесей во многих случаях
позволяет сократить длительность сушки,
а иногда исключить эту операцию. Однако некоторые формы и
стержни приходится сушить. Сушка обеспечивает необходимую*
прочность, улучшает газопроницаемость и снижает газотворную
способность форм и стержней; последнее особенно важно для стер¬
жней!Во время сушки наряду с испарением влаги в смеси протекают
и другие химические и физические процессы: окисление и полиме¬
ризация связующих, расплавление твердых связующих, образова¬
ние пересыщенных растворов и т. д. Интенсивность испарения вла¬
ги зависит в большой степени от температуры сушки, так как с
Повышением температуры увеличивается количество водяных па¬
ров, содержащихся в газах при данном барометрическом давле¬
ний. ОДйако Чрезмерно Ьысокая температура может привести к
разрушению пленки связуюіііего, к необратимым процессам в сме¬
си, резко снижающим прочность стержня в высушенном состоянии.
Поэтому температуру сушки назначают в зависимости от типа свя-
зуюЩйх материалов. Так, водорастворимые связующие обеспечи¬
вают наибольшую прочность стержней при температуре суШки
170—200°С. Стержни из смесей иа связующих материалах, затвер¬
девающих в результате окисления и полимеризации, сушат при
температуре 230—250<>С, причем в сушиле должно быть обеспечено
максимальное содержание свободного кислорода в Топочных га¬
зах, т. е. сушило должно работать t высоким коэффициентом из¬
бытка воздуха при горении топлива. Стержни из глинистых смесей
с опилками сушат при более высокой температуре (350—400°С).Продолжительность сушки устанавливают в пределах 1—12 ч
в зависимости от объема формовочной или стержневой смеси, от
толщины ее слоя. Режимы сушки для разных по объемуЧстержней
из различных смесей приведены на рис. 102.Сушка может осуществляться конвективным способом, когда
поверхность сырого материала омывается нагретыми газами, а
также воздухом, или радиационным способом, когда к поверхности
сырого материала передается теплота излучения (например, сушка
инфракрасным излучением).t,°D4\ *V(I20 Ч & 12 Х,ч130
Процесс конвективной сушки можно условно разделить на три
периода. В первом периоде происходит нагрев смеси. Температура
в сушиле должна повышаться медленно, так как при этом посте¬
пенно увеличивается скорость испарения влаги с поверхности
стержня или формы и миграции ее на поверхность из внутренних
слоев. При слишком большой скорости нагрева и быстро^ испа¬
рении влага не успевает перемещаться из внутренних слоев к по¬
верхности. В результате наружные слои стержня оказываются
сухими, и в них происходят температурные изменения связующих
с образованием прочной сухой корки, что вызывает некоторое со¬
кращение объема смеси в затвердевшей корке. Внутренние же
слои смеси, оставшиеся сырыми, не претерпевают никаких объем¬
ных изменений и, естественно, препятствуют сокращению наруж¬
ной корки, что приводит к образованию на поверхности стержня
или формы трещин, которые распространяются в глубь стержшь
Кроме того, поверхностная сухая корка препятствует нагреву
внутренних слоев. В конечном итоге стержжи ИЛ# фХфМЬІ 0#аЗДОг
ваются непригодными.Второй период сушки наступает после достижения смесью тем¬
пературы 100 °С. С этого момента начинается наиболее интенсив¬
ное испарение влаги с поверхности стержня и миграция влаги
от центра к поверхности. Если первый период сушки прошар нор¬
мально и смесь, хорошо нагрелась, то syopofe период н$ может
вызвать никаких осложнений при условии, что температура на¬
грева и продолжительность выдержки при этом тецп^ратууе были
назначены правильно.Третий период характеризуется уменьшением скорости испаре¬
ния влаги, так как абсолютное количество влаги к этому модюцту
уже испарилось. В третьем периоде происходит медленное охлаж¬
дение стержня. Одновременно испаряется осхавщаяся влага.
Стержни и формы вынимают на сущнла при температуре не
выше 100° С.Стержни несложной конфигурации, изготовленные из смесей,
прочных во влажном состоянии, сушат на гладких литых плитах
из чугуна или алюминиевого сплава. Рабочая поверхность плит
должна быть простроганной, гладкрй, без всяких; следов короб¬
ления. По всей поверхности должны буть 'Просвзрленьї или вы¬
полнены литьем отверстия, для того чтобы газд во время сущки
могли омывать стержень со всех сторон. С обратной стороны
сушильные плиты имеют ребра жесткости. Нельзя допускать,
чтобы стержень был больше нлиты и свисали с нее. Сложные
стержни I и II классов, изготовленные из смесей с низкой проч¬
ностью во влажном состоянии (цесчано-масдяные смеси) в мас¬
совом производстве сушат на специальных фасонных плитах
(драйерах) также с отверстиями. Стержень укладывается на
фасонную сушильную плиту, как в стержневой яівдік. В условиях
единичного и мелкосерийного производства вместо фасонных су¬
шильных плит применяют обычные гладкие плиты с постелью из
сухой отработанной смеси или песка (см. рис. 90, 91).5*131
Сушила, применяемые при конвективной сушке, в зависимо¬
сти от их назначения и характера производства могут быть пе¬
риодического и непрерывного действия, стационарные и перенос¬
ные, проходные и тупиковые, горизонтальные и вертикальные.Стационарные сушила периодического действия наиболее рас¬
пространены для сушки форм и стержней. Они могут работать
на твердом, жидком и газообразном топливе. Главное требова¬
ние, предъявляемое к сушилу при его эксплуатации,—это хоро¬
шая рециркуляция газов, т. е. снижение температуры, поступаю¬
щих из топки дымовых газов разбавлением их отработанными
газами. Такому требованию лучше всего отвечают сушила, в ко¬
торых предусмотрена многократная естественная циркуляция га¬
зов. Топочные газы свободно поднимаются к своду сушила и,
охладившись в результате, затраты теплоты на испарение влаги,
на нагрев высушиваемого материала, опускаются к поду сушила.
Часть газов уходит через отверстия, расположенные по осевой
линий сушила, в боров и удаляется через дымовую трубу. Другая
часть газов растекается по полу сушила, перемешивается со све¬
жими газами и, нагревшись от них, вновь поднимается. В сушиле
образуются два потока газов: восходящий, движущийся у боко¬
вых стенок сушила, и нисходящий, который проходит через массу
высушиваемого материала. Напор, вызывающий циркуляцию га¬
зов, создается вследствие разности температур и, следовательно,
плотностей обоих потоков.Камерные сушила применяют, как правило, в цехах единич¬
ного и мелкосерийного производства. Их можно оборудовать вы-
катной тележкой с этажерками или выдвижными полками. Коэф¬
фициент загрузки камерных су,шил 0,2—0,25. Особое место среди
камерных сушил занимают ямные сушила для форм с загрузкой
сверху через свод. Эти сушила обычно используют для верхних
полуформ при кессонной формовке. Ямные сушила имеют коэф¬
фициент загрузки 0,4—0,5, но неудобны тем, что загромож¬
дают цех, так как расположены всегда под крановыми пу¬
тями.Конвейерные сушила непрерывного действия, горизонтальные
и вертикальные, применяют в цехах крупносерийного и массово¬
го производства. Горизонтальное сушило представляет собой на¬
гревательную камеру, внутри которой находится горизонтально
замкнутая цепь — конвейер. На ней на равном расстоянии друг
от друга подвешены этажерки для стержней. Конвейер проходит
около рабочих мест, этажерки заполняются стержнями и переме¬
щаются в сушила. Одновременно из сушила выходят этажерки с
высушенными стержнями. Сушильные плиты со стержнями сни¬
мают с этажерок, а пустые этажерки подходят к рабочим ме¬
стам. Вертикальные конвейерные сушила представляют собой
вертикально замкнутый этажерочный конвейер, находящийся
внутри нагревательной камеры. Преимущество его перед гори¬
зонтально замкнутым конвейером в том, что сушило занимает
меньшую площадь.132
Переносные сушила применя¬
ют для сушки почвенных (кессон¬
ных) форм. Их устанавливают
над формой (нижней полуфор-
мой) так, чтобы горячие газы по¬
ступали в форму. Переносные су¬
шила могут работать иа газе или
на твердом топливе.За последние годы в цехах
массового й крупносерийного про¬
изводства мелкого литья увеличи¬
вается применение электрических сушил: радиационных с лампами
инфракрасного излучения и нагревом токами высокой частоты
(ТВЧ). Для поверхностной подсушки форм размером до 1200Х
Х1000 мм применяют установки для сушки инфракрасным излуче¬
нием от специальных ламп (И7=500 Вт, U=220 В). Блок из 20—
30 ламп подвешивают над конвейером, по которому передвигаются
формы. В течение 40:—50 мин форма просыхает на глубину 15—
20 мм. Расход электроэнергии на одну форму размером 1,2X1 м
составляет 10—12 кВт, при этом обеспечивается равномерность
просушки и чистота формы.Для сушки ТВЧ (рис. 103) через камеру 1 с тепловой изо¬
ляцией 2 проходит конвейер 6 с расположенными на цем стерж¬
нями или формами. Над конвейером находится электрод 4, пред¬
ставляющий собой медную пластину. Второй электрод 3. распо¬
ложен над верхней ветвью конвейера. Положение верхнего элект¬
рода регулируется в зависимости от высоты высушиваемых форм
или стержней. Между электродами создается высокочастотное
поле с частотой 1—50 МГц, вследствие чего смесь, являющаяся
диэлектриком, нагревается. Нагрев смеси до 100° С происходит
за 3—5 с, а сушка ее (на всю толщину) требует не более
30 мин.При высокочастотном нагреве распределение температуры по
толщине сгг-ержня способствует миграции влат из внутренних слоев
к наружной поверхности. Под влиянием потерь теплоты в окру¬
жающую среду температура на поверхности стержня оказывается
несколько ниже, чем внутри, вследствие чего на протяжении все^
го процесса сушки на стержне не образуется поверхностной сухой
корки, препятствующей испарению влаги. Поверхность высыхает
последней. Образующиеся пары и газы от сгорания связующих
удаляются с помощью вентилятора через трубу 5.Стержни должны поступать в сушило на плитах из диэлектри¬
ческого материала (дерева, пластмассы), так как металл иска¬
жает электрическое поле в стержне. Сушильная плита остается
холодной и отбирает от стержня некоторое количество теплоты,
в результате чего слой смеси, прилегающий к плите, на 1—3 мм
остается сырым.Сушка ТВЧ позволяет сократить цикл изготовления отливок,
а следовательно, увеличить производительность, улучшить каче¬Рис. 103. Схема сушки форм и стерж¬
ней ТВЧ133
ство отливок благодаря улучшению качества стержней, повысить
культуру производства.Контроль процесса сушки, т. е. контроль соблюдения задан¬
ного режима сушки, осуществляется термоэлектрическими пиро¬
метрами. Термопару устанавливают внутри сушила в том месте,
где следует замерять температуру, а гальванометр — снаружи.
Пирометрист записывает показания гальванометра. Затем строит
график температура — время и сличает его с заданным режимом.В литейных цехах почти все сушила снабжены самопишущи¬
ми пирометрами, которые вычерчивают указанный выше график
в процессе работы сушила. Многие сушила работают как терми¬
ческие печи с автоматическим регулированием нагрева по задан¬
ному режиму.Существует и другие способы контроля процесса сушки, так
называемые прямые, с помощью которых проверяется непосред¬
ственно испарение влаги из смеси или глубина просушенного слоя
формы или стержня.Контроль, отделка и сборка сухих стержней. Стержни после
сушки подвергают контролю внешним осмотром и проверкой раз¬
меров" Во время транспортирования и сушки стержни могут полу¬
чить различные повреждения, искажающие геометрическую фор¬
му и размеры. Стержни из малопрочных во влажном состоянии
смесей, а также крупные стержни из обычных смесей под дей¬
ствием массы оседают на плите, отчего уменьшается их высота
и увеличиваются габаритные размеры, в плане. Стержневой ящик
постепенно изнашивается, особенно плоскость набивки и отъем¬
ные части, поэтому стержень уже не может иметь точные разме¬
ры. При сушке объем стержня изменяется, причем в разных на¬
правлениях по-разнслиу.Стержни могут оказаться пересушенными или недосушенны-
ми. Пересушенные стержни (и форма) имеют коричневый оттенок
и осыпаются при незначительном прикосновении. Такие стержни
(и формы) сразу бракуются. Недосушенные стержни подвергают
повторной сушке по сокращенному режиму. Качество сушки про¬
веряют испытанием на остаточную влажность. Для этого на опре¬
деленной глубине в знаковых частях стержня берут пробу смеси.
Остаточная влажность должна быть не более 0,25%.Стержни с трещинами, неровной поверхностью бракуют.
Крупные простые стержни с небольшими дефектами исправляют.
Мелкие трещины, рыхлоты заделывают специальной замазкой,
закрашивают и затем подсушивают. Сухие стержни можно окра¬
шивать кистью, окунанием в жидкое покрытие или с помощью
пульверизатора. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы
покрытие ложилось ровным слоем, без потеков. Лучше всего
покрывать стержни после сушки, когда они нагреты до темпера¬
туры 60—80° С. При более высокой температуре покрытие кипит
и на поверхности стержня образуются дефекты. Если приходится
окрашивать сухие холодные стержни, то их следует тут же под¬
сушивать, пока влага покрытия не проникла в глубь стержня.134
Рис. 104. Контроль стержня шаблоном:I—стержень; 2—шаблонРис. 105. Заточка стержня в
кондуктореПри внешнем осмотре крупных стержней необходимо прове¬
рять, чтобы вентиляционные каналы были открытыми; каркас¬
ные рамки не располагались слишком близко' к поверхности
стержня, что может уменьшать их податливость; галтели на пе¬
реходах от одной плоскости к другой были не менее 2—3 мм;
петля подъема не доходила до поверхности стержня на 30—
40 мм.Для контроля геометрической формы и размеров стержней
обычно используют шаблоны, вырезанные из фанеры, или ме¬
таллические (в массовом производстве). Шаблоны выполняют в
виде скобы (рис. 104), которую накладывают на стержень, ле¬
жащий на плите* или в виде предельных калибров. ‘Предельные
калибры изготовляют из металла. Они имеют два конца: на од¬
ном конце скоба выполнена с плюсовым допуском на размер —
проходная, на другом конце с минусовым допуском —- непро¬
ходная.Сложные стержни, для которых Трудно выбрать плоскость на¬
бивки, для удобства изготовления и большей точности разделяют
на части, каждую часть изготовляют раздельно, а затем после
сушки склеивают. Предварительно их проверяют по шаблонам
и затем, если нужно, зачищают плоскость склейки. В массовом
производстве стержни затачивают на шлифовальных станках в
специальных кондукторах (рис. 105). Кондуктор / укрепляют на
карусельном станке, над которым находится шлифовальный
круг 2. Стержень 3 закладывают в кондуктор, и он при вращении
стола подходит под шлифовальный круг. При этом выступающая
из кондуктора часть стержня снимается шлифовальным кругом.
Поверхности склейки частей стержня должны плотно прилегать
друг к другу. Клей наносят на поверхность специальным шпри¬
цем так, чтобы поверхность была покрыта тонким слоем и клей
не выходил наружу и не закупоривал вентиляционные каналы.
После склейки шов нужно зачистить, закрасить и просушить.В некоторых случаях для соединения особо тонких и ответ¬
ственных стержней применяют легкоплавкий металл (например,
цинковый сплав), который заливают в специальные крепежные
отверстия. Эти отверстия имеют конусность, вследствие чего при135
усадке застывающего металла прочно скрепляются обе части
стержня.В условиях поточной работы формовочного отделения при на¬
личии конвейера целесообразно собирать стержни для сложных
форм отдельно на стенде или в специальном кондукторе. Это
упрощает сборку на потоке, сокращает цикл изготовления отлив¬
ки вследствие увеличения скорости движения .конвейера. Стерж¬
ни укладывают в специально для них предусмотренные гнёзда в
порядке, определенном технологией. Кондуктор выполняет одно¬
временно и функции проверочного шаблона, так как стержень
с искаженными размерами не войдет в предназначенное для него
гнездо. После установки всех стержней в сборочном кондукторе
на него накладывают транспортный кондуктор, в котором стерж¬
ни закрепляют. Собранный блок стержней транспортируется к
нижней полуформе и опускается на нее по штырям.§ 5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОРМ ^ СТЕРЖНЯХФормовку в стержнях применяют преимущественно при
массовом производстве очень сложных отливок ответственного
назначения. В этом случае стержнями выполняют не только
внутренние полости отливки, но и наружную поверхность. От¬
ливки лолучаются более точными, сокращается цикл их изготов¬
ления, т. е. увеличивается производительность и сокращает¬
ся брак. •При формовке в стержнях изготовляют модель простой кон¬
фигурации, а иногда вместо модели применяют шаблон. В неко¬
торых случаях модель совсем ре требуется, так как стержни со¬
бирают в металлических жакетах. Для очень мелких отливок
стержневые формы собирают на стенде и скрепляют скобами или
струбцинами. Примером сборки стержней без жакета может
служить форма для цилиндра двигателя внутреннего сгорания своздушным охлаждением (рис. 106),
Форму собирают в горизонтальном по¬
ложении, а после скрепления готовую
форму переворачивают на 90° и зали¬
вают расплавом в таком положении.
В стержень 1 вкладывают стержень 2,
затем стержни 3, 4, 5 и, наконец, стер¬
жень 6. Стержни собирают по меткам
и проверяют шаблоном.Для более крупных отливок, где
давление расплава на стенки формы
при заливке может быть значительным,
стержни собирают в специальных (для
каждой формы) металлических жаке¬
тах или в песчаных формах. На
рис. 107 приведена стержневая фоірма,
собранная в металлическом жакете,/, тййгзчтзй АРис. 106. Формовка в
няхстерж*136
1515для головки блока двигателя внутреннего сгорания с водяным
охлаждением. Для удобства выбивки жакет состоит из двух час¬
тей: поддона 1 и верхней части 2. Фиксируются эти части по
штырям 3. В поддоне Имеются отверстия для вентиляции. При
выбивке жакет переворачивается на цапфах и отливка со стерж¬
нями из него выпадает. Если расплав при заливке подходит близко
к стенке жакета, нагревает его, что может привести к короблению
последнего, то целесообразнее сборку стержней производить не в
металлическом жакете, а в песчаной форме. В некоторых случаях
для жакетов применяют специальные теплоизоляционные покры¬
тия.§ 6. ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМАЛитниковая система—это система каналов, предназна¬
ченных для заполнения формы расплавом. От конструкции лит¬
никовой системы в значительной мере зависит качество отливок.
Около 30% брака в литейных цехах получается именно вслед¬
ствие применения неправильной литниковой системы.Конструкция литниковой системы должна обеспечивать плав¬
ный, безударный подвод расплава в полость формы, а также за¬
держание различных неметаллических включений (шлака, пу¬
зырьков воздуха и газов и т. д.), находящихся в расплаве.Качество отливки зависит также, от места подвода расплава
в форму. В месте подвода литниковой системы форма сильно
разогревается, так как весь (и самый горячий) расплав проходит137
через это место. В результате участки отливки, к которым под¬
водится расплав, охлаждаются медленнее и в них, как правило,
наблюдается рыхлота усадочного происхождения.Если сплав имеет небольшукГусадку (например, серый чугун),
то подводить металл следует в тонкие сечения, желательно ме¬
нее ответственные, не подвергающиеся в дальнейшем обработке
резанием. В этом случае скорость охлаждения в массивных и
тонких сечениях выравнивается, поэтому снижаются усадочные
явления, и в первую очередь внутренние напряжения в отливках.Если сплав имеет повышенную усадку (например, сталь), то
подвод расплава в сечение малой толщины в большинстве слу¬
чаев не дает положительных результатов. Поэтому при получении
стальных отливок часто подводят расплав в массивное сечение
под прибыль, чтобы разогреть форму около прибыли. Медленное
охлаждение прибыли является необходимым условием питания
отливки. Иногда при изготовлении стальных отливок целесооб¬
разно заливать расплав непосредственно в прибыль. Например,
при получении различных маховиков, шкивов обычно расплав за¬
ливают через прибыль, расположенную над ступицей.В Тугливки больших размеров, имеющих тонкие сечения, рас¬
плав необходимо подводить рассредоточение— через большое
число питателей, расположенных со всех сторон отливки. Осо¬
бенно это важно для сплавов, имеющих плохую жидкотекучесть
(например, для стали). Таким образом, при выборе места под¬
вода расплава и конструкции литниковой системы необходимо
учитывать сплав, размеры отливки, толщину ее стенок и конст¬
руктивные особенности.Важное значение имеет скорость поступления расплава в фор¬
му. При быстром заполнении расплав оказывает большое дина¬
мическое воздействие на стенки формы, в результате чего в от¬
дельных местах форма может быть размыта, а отливка загряз¬
нена песчан«ми включениями. Кроме того, при быстром движе¬
нии струя металла захватывает воздух, находящийся в форме, и
газы, выделяющиеся из формы под действием высокой темпера¬
туры. Пузырьки газов запутываются в расплаве и остаются в
отливках в виде газовых раковин.При медленной заливке расплав поступает в форму спокойно,
постепенно вытесняя воздух. Отливки получаются чистые, без
засоров и газовых раковии. Расход металла на литниковую си¬
стему уменьшается. Однако формы, имеющие значительное внут¬
реннее сопротивление (тонкие стенки, большие размеры отливок),
в случае медленной заливки могут не заполниться, так как рас¬
плав в тонких сечениях быстро остывает и жидкотекучесть его
уменьшается.	хНа практике скорость заливкн расплава формы устанавли¬
вают в зависимости от размеров,отливки и толщины ее.стенок
(т. е. внутреннего сопротивления). Простые отливки со стенками
большой толщины следует заливать медленно. Чем больше внут¬
реннее сопротивление формы, тем больше должна быть скорость138
заливки. Для чугунных отливок с разной толщиной стенок реко¬
мендуется принимать следующую скорость подъема уродня рас¬
плава в форме:Толщина стенки, мм	 7—10 10—40 Св. 40Скорость подъема уровня расплава, мм/с 20—40 10—20 8—12Высокие отливки заливают несколько быстрее, чем отливки
такой же массы и с такой же толщиной стенок, но более низкие,
плоские.Во всех случаях расплав должен поступать в, форму спокойно,
без завихрений. Это необходимое условие для получения отливок
хорошего качества, без загрязнений и газовых пузырей.Основные элементы литниковой системы. Простейшая литнико¬
вая система представлена на рис. 108.Литниковая чаша предназначена для приема расплава
и задержания шлака. Перед заливкой крупных и средних форм
отверстие в чаше рекомендуется закрывать пробкой (рис. 109, а)
или тонкой металлической пластинкой, чтобы в начале заливки
чаша наполнялась расплавом. При этом более легкие шлак и
газы успевают всплыть. Затем пробку вынимают (а пластинка
расплавляется), и в форму начинает поступать чистый металл.
В течение всего времени заливки чаша должна быть наполнена
расплавом. Нельзя прерывать заливку и упускать металл из ча¬
ши в форму, так как при этом в форму попадут различные не¬
металлические включения, всплывшие на поверхность расплава.Объем чаши зависит от объема отливки. Чаша может быть
рассчитана на один — четыре стояка. Большие чаши делают с
пер.егородкой (рис. 109, б), предназначенной также Для задер¬
жания шлака.Стояк — вертикальный канал, соединяющий литниковую ча¬
шу или воронку со шлакоуловителем. Стояк чаще всего делают
круглым, но в некоторых случаях, для
того чтобы уменьшить скорость движе¬
ния расплава на выходе из стояка в
шлакоуловитель, его делают прямо¬
угольного сечения. Иногда вместо од¬
ного делают несколько таких стояков.Стояки с прямоугольным поперечным
сечением применяют для магниевых и
алюминиевых отливок.Чтобы уменьшить скорость движе¬
ния расплава, стояку придают зигзаго¬
образную форму.Шлако уловитель — горизон¬
тальный канал, соединяющий стояк сРис. 108. Элементы литниковой системы:/—литниковая чаша (воронка); 2—стояк; а—шлако-
уловитель (коллектор); 4— питатели; 5—выпор139
Вид А$5)Рис. 109. Литниковые чаши:а—чаша с пробкой; б—чаша с перегородкойгпитателем. Расположен он обычно в верхней полуформе, име¬
ет трапецеидальное сечение, причем высота трапеции должна
быть больше нижінего основания, чтобы создать лучшие условия
для задержания шлака. Наиболее благоприятные условия для
задержания шлака получаются в центробежных шлакоуловите¬
лях (рис. 110). Расплав, поступая по касательной в бобышку
шлакоуловителя, лолучает вращательное движение. Все легкие
неметаллические включения (шлак, оксидные плены) оттесняют¬
ся к центру, а чистый металл поступает в следующий канал.Для магниевых сплавов широко применяют «глухие» шлако-
отстойники, которые располагают «а шлакоуловителе над пита¬
телями. Подобные шлакоотстойники используют и при заливке
других сплавов, например серого чугуна.Питатели подводят расплав непосредственно в полость
формы. Сечение питателей может быть различным (прямоуголь-Рис. 110. Центробежный шлакоуло- Рис. 111. Положение прибыли в
витель:	форме:	х/—стояк; 2—бобышка шлакоуловителя;
питатель; 4—отливка7—прибыль; 2—шейка прибыли; питае¬
мый узел отливки140
ным, круглым, трапецеидальным), но площадь сечения должна
быть меньше толщины стенки, к которой подводятся пита¬
тели.ВыпорЫ предназначены для вывода воздуха и газов из по¬
лости формы при заливке, уменьшения динамического давления
расплава на форму, сигнализации о конце заливки. Выпоры вы¬
полняют также роль элементов, питающих отливку расплавом в
процессе ее затвердевания.Прибыли (рис. 111) и питающие выпоры применяют для
отливок из сплавов, имеющих повышенную усадку, неравномер¬
ную толщину стенок, массивные узлы. Прибыли питают утолщен¬
ные места отливки, затвердевающие последними, поэтому распо¬
лагают прибыли так, чтобы расплав мог поступать -из них в пи¬
таемый узел отливки. Прибыли делают более массивными, чем
питаемые узлы, но следует помнить, что применение прибылей
невыгодно, так как увеличиваются расход расплава и себестои¬
мость литья.Типы литниковых систем, Литниковые системы разделяют по
характеру движения расплава на два типа: заполненные и неза¬
полненные. В заполненной системе площадь поперечных сечений
элементов литниковой системы уменьшается от стояка к питате¬
лям: площадь сечения стояка больше площади сечения шлако¬
уловителя, а площадь сечения шлакоуловителя больше суммарной
площади сечения питателей. При этом создаются условия для
задержания в литниковой системе легких неметаллических вклю¬
чений шлака и газов. Таким образом, малым сечением в запол¬
ненных литниковых системах является суммарное сечение пита¬
телей. В незаполненных системах малым сечеНием является се¬
чение стояка, а площадь поперечных сечений элементов литнико¬
вой системы увеличивается от стояка к питателю.В зависимости от способа подвода расплава в форму литни¬
ковые системы можно классифицировать следующим образом.1.	Литниковые системы с подводом расплава по плоскости
разъема наиболее просты и их широко применяют для мелких
невысоких отливок. Струи расплава из питателей попадают на
дно формы. При этом может произойти разрыв формы, что осо¬
бенно опасно для высоких отливок.Питатели нельзя располагать непосредственно под стояком и
на концах шлакоуловителя, так как здесь скапливается наиболь¬
шее количество неметаллических включений. Нежелательно по¬
мещать питатели в нижней полуформе под шлакоуловителем, так
как расплав, растекаясь по дну шлакоуловителя, попадает в ка¬
навки питателей преждевременно. По возможности следует пи¬
татели помещать в верхней полуформе. -	.2.	Сифонная литниковая система (рис. 112, а) обеспечивает
наиболее спокойно заполнение формы расплавом. В этом случае
весь расплав поступает в форму снизу, отчего низ формы пере¬
гревается. Это создает нежелательные условия затвердевания от¬
ливки. Верхние части отливки оказываются более холодными и141
aj	і)Рис. 112. Способы подвода расплава к отливкене могут служить прибылью для нижних слоев. В результате в
нижних -Частях отливки, а иногда и по всей высоте (снизу вверх) „
появляется рыхлота усадочного происхождения.Такое "Же явлеяне наблюдается в том случае, если стояк рас¬
положи слишком близко к отливке и форма в этом месте пере¬
гревается.3.	Комбинированная литниковая система (рис. 112, б) счйт&^т-
ся наилучшей для высоких отливок различной массы, особенно
дйя крупных и тяжелых. При такой литниковой системе при опре¬
деленном соотношении сечений каналов заполнение форм^ы на-
*Ч*йїйЄтся через нижний питаТель, как при сифонной заливке, а
за'Кйнчйва'ется через верхний питател*. Форма заполняется йгсо-
койно, и 'вместе с тем затвердевание отлиЪки проходит направ¬
ленно снйзу %верх. Комбинированную литйиковую сис’гему слож¬
нее выполнять, поскольку модели нижних Питателей 1 Должны
быть зїирйксироваїга в форме так, чтобы модели Стояков 2 могли
иосле ’уплотнения 'формы извлекаться вверх, а семи гййтатеяи —
в полость формы. ВследСАие этого форму можно изготовить
Толъ'ко вручную. Формовка такой литниковой системы упрещжт-
ся гфи использовании полистироловых моделей питателей 1, «ко¬
торые не изрекают из формы, так как они тазифициручотся «о
время заливки формы расплавом. При машинной формовке
(а часто и При ручной) комбинированную Литниковую систему
делают в стержне.Для алюминиевых отливок обычно применяют литнйко&ую
систему с Щелевыми питателями (рис. 122, в). Щель соеДівйіет
стояк с отливкой по всей высоте. Литниковые системы с пйта-
телями, расположенными по вертикали, или с щелевыми чита¬
телями должны быть незаполненными, т. е. площадь сечения стоя¬
ка должна быть меньше суммарной площади сечения питателей.
При таком условии заливка начинается через нижние питатели
и идет с малой скоростью. Когда уровень металла в форме
поднимается выше нижних питателей и опасность образования
завихрений и размыва формы исчезает, расплав может посту¬142
пать в форму через верхние питатели. Если шлакоуловитель и
вертикальные каналы заполняются сразу первым потоком рас¬
плава, то заливка формы начинается сразу через все питатели
или по всей высоте щели. Это создает завихрение, расплав за¬
хватывает воздух и оксидные пленки. В результате отливка по¬
лучается с газовыми пузы:рями .и пленами.4.	«Дождевая» литниковая система (рис. 112, г) применяется
преимущественно для отливок цилиндрической формы. Питатели
представляют собой отверстия, расположенные по окружности
на равном друг от друга расстоянии. Расплав из стояка попадает
■в кольцевой коллектор и через питатели тонкими струйками по
всему периметру отливки равномерно заполняет форму. Однако
нельзя допускать, чтобы струйки расплава встречали на своем
пути выступ формы или стержень и разбрызгивались, так как
капли расплава быстро затвердевают, покрываются оксидной
пленкой и не свариваются с металлом. Этот дефект в отливках
называют корольками. При литье серого чугуна эти капли отбе¬
ливаются, становятся очень твердыми и затрудняют обработку
резанием.Расчет литниковой системы для отливок из разных сплавов.Конструкция литниковой системы зависит от сплава, размеров и
конфигурации отливки. На практике при выборе типа литнико¬
вой системы и определении сечения элементов системы для. той
или иной отливки используют накопленный опыт изготовления
подобных отливок. Иногда после изготовления первой партии от¬
ливок появляется (необходимость внесения поправок в конструкцию
и размеры литниковой системы.Рассчитать литниковую систему — это значит определить се¬
чения всех ее элементов, установить соотношение между ними.
Расчет делается приближенно, так как явления, имеющие место
в форме при заливке расплава, сложны и многообразны, и поэто¬
му практически не удается учесть все факторы, влияющие на
заполнение формы расплавом. Существующие методы расчета
литниковых систем основаны «а законах гидравлики с Использо¬
ванием данных, полученных опытным путем.Литниковые системы для серого чугуна. Наи¬
более подробно разработаны и используются в производстве ме¬
тоды расчета литниковых систем для отливок из серого чугуна.
Для этих отливок применяют обычно заполненные литниковые
системы, обеспечивающие спокойную заливку форм и задержание
шлака. На основе уравнения расхода при истечении жидкости
из сосуда можно определить суммарную площадь поперечного
сечения питателейI,Fm=QHptv),	(13)где G — масса отдишш с прибылями, г; р — плотность раюплава,
г/см3; t — продолжительность заполнения формы, с; v — скорость
истечения расплава, см/с.143
Рис. 113. Схема для определения статического напора Нр при различном подво¬
де расплава к отливке:а—по разъему; б—снизу (онфоном); в—свержуСкорость истечения расплава определяется величиной напо¬
ра, Я:'v=vV2gB,	(14)отсюда:	,(15)Принимая плотность чугуна р=7 г/см3, ускорение свободного
падения g=980 см/с и массу-отливки с прибылями G, кг, выраже¬
ние (15) можно привести к виду2Л«, = 0/Ыо,31У77;),	(16)где ц — коэффициент расхода, который характеризует общее гид¬
равлическое сопротивление формы движущемуся расплаву; НР —
статический напор, см.Напор расплава над питателями Я (рис. 113) действует при
заполнении части отливки, расположенной ниже питателей. Если
обозначить общую высоту отливки через С и часть, которая распо¬
лагается выше плоскости разъема, через Р, то нижняя часть отлив¬
ки будет равна разности (С—Р).Процесс заполнения формы состоит из двух фаз: заполнения
нижней части (С—Р) до уровня питателей и заполнения верхней
части Р — над питателями.При расчете действительного статического напора доля участия
полного напора Я, действующего в первой фазе заполнения, может
выразиться отношением высоты ияжней части отливки к общей ее
высоте (С— P)fC.В'начале второй фазы действует напор Н, а в конце (Я—Р)'.
Следовательно, действующий напор во второй фазе Н—(Н—Р) =
= Н—Р/2.' Общий напорНр=Н(С-Р)С+Ш-Р/2)(Р/С),илиН р=Н — Р2/(2С).	(17>144
Для сифонной заливки Р = С, Ир — Н—С/2; для заливки сверху
в щелевой питатель или в прибыль Р = 0, Нр — Н.Коэффициент ц учитывает гидравлические потери при движении
расплава в каналах литниковой системы и в форме. Потери напо¬
ра зависят от трения металла о стенки каналов и формы (т. е. от
сечения и длины каналов и состояния их поверхности), вязкости
самого металла, сопротивления воздуха, заполняющего полость
формы, образующихся в форме газов и др. Практически для тон¬
костенных сложных отливок коэффициент ц=0,3-т-0,5, для крупных
отливок со стенками большой толщины ц=0,7-ь0,8.Продолжительность заполнения формы определяют в зависимо¬
сти от массы отливки по формулеt=sVG,	(18)где s — коэффициент, характеризующий толщину стенки отливки;
G — масса отливки с литниками.По практическим данным коэффициент следует принимать
в следующих пределах:Средняя толщина стенки, мм ..... . До 10 • 11—20 21—40 Св. 40
Коэффициент s . . . . 		 1,0 1,3 1,5 1,7Подставив найденные по формулам (17) и (18) значения Нр и
t в формулу (16), определим суммарную площадь поперечного се¬
чения питателей пит- Площадь поперечного сеченйя остальных
элементов системы найдем по соотношениям, установленным на
основе практических данных. Ниже приведены соотношения для
заполненных систем отливок из серого чугуна:для мелких отливок^	2 РЛ„:РШЯ'ГСТ= 1.0:1,05:1,1;для средних и мелких отливок2Лит:^шл^сТ=1,0:1,1:1,2;для крупных отливок2^пит ^шл -^ст—1,1:1»2:1,3 (1,4).Например, из последнего соотношения найдем площадь сечения:- шлакоуловителя^шл=1,22^пИТ;стояка^ст=1,32^пнт-Суммарная площадь сечения питателей и диаметр стояка для
средних чугунных отливок могут быть определены по номограмме
Б. В. Рабиновича (рис. 114) в зависимости от массы отливки и при¬
нятой скорости заполнения формы. Скорость заполнения зависит
от внутреннего сопротивления формы, т. е. от толщины стенок.
Для сложных отливок с тонкими стенками применяют быструю за-145
J—быстрой;' 2—средней; 3—медленнойливку, для простых отливок с толстыми стенками — медленную.
Например, для тонкостенной отливки (быстрая заливка) массой
90 кг суммарное сечение питателей 2^1=1000 мм2=10 см?, диа¬
метр стояка Fст=35 мм.Для средних и крупных чугунных отливок литниковую систему
можно рассчитывать по номограмме К. А. Соболева (рис. 115).
2/^пит определяют в зависимости от массы отливки G, внутреннего
сопротивления формы и гидростатического давления Нр. Номо¬
грамма разделена по вертикали на две части. В правой части по го¬
ризонтальной оси откладывается масса отливки G, в левой части —
Х^пит. Наклонные линии в правой части номограммы характеризу¬
ют толщину стенки (6 = 3-7-50 мм), в левой части расчетный напор
Нр. Например, для отливки массой 1000 кг (показано стрелкой) с
толщиной стенки £ = 15 мм при расчетном напоре //,, = 60 см,
2/гпит = 15 см2, если внутреннее сопротивление формы мало; при
среднем сопротивлении Б/?пиі=19,5 см2; при большом сопротивле¬
нии 2/?пит=22)5 см2. Сечение остальных элементов системы опре¬
деляют по принятому соотношению.Форму сечения и число питателей устанавливают по чертежу в
зависимости от толщины стенок отливки. Высота стояка должна
обеспечивать минимальный избыточный напор расплава. При недо-146
147Рис. 115. Нойограмма К. А. Соболева для определения SfeBT в зависимости от массы отливки и внутреннего сопротивления
формы
Рис. 116. Схема для определения минимальной высоты стояка
Рис. 117. Типовая литниковая система для отливок из ковкого чугуна:/—литниковая воронка; 2—стояк; 3—металлоприемвтс; 4—фильтровальная сетка; 5—зумпф;
6—литниковый ход; 7—питающая бобышка; в—канал, соединяющий бобышку с отливкойстаточной высоте стояка, т. е. при недостаточном напоре, форма мо¬
жет не заполниться. Минимальный напор расплава (рис. 116) мож¬
но определить по формуле^Лп1п = ^ст—где Нст высота стояка; С — высота отливки над питателями.По данным В. И.-Фундатора, угол а подъема стояка над верхней
поверхностью отливки зависит от расстояния L от стояка до верх¬
ней точки отливки и толщины стенки, т. е. от внутреннего сопротив¬
ления формы (табл. 21).Таблица 21. Значение угла а, градус, в зависимости от толщины
стенки отливкиТолщина стенок, мыL, мыз-б6-88—1516-2020—2525-3535—4540006—7"5—65—§5—64—54—53500—6—75—65-65—64—54—53000—6—76—75—65—64—54—52800—6—76—76—76—75—64—52600—7—86—76—76—75—64-5,2400	7—86—76—76—75—65—62200—8—97—86—76—75—65—62000	8—97—86—76—75—65—61800—8—97—87—87—86—76—71600—8—97—87—87—86-76—71400—8—98—97—87—86—76—7120010—119—108—97-87-86—76—7100011—129—109—107—87—86—76—780012—139—10.9—108-97—87-86—760013—1410—1110—119—108—96—7148
Размеры литниковой чаши определяют по металлоемкости фор¬
мы и скорости заливки (кг/с).Литниковые системы для отливки из ковкого
чугуна. Особенности конструкции литниковой системы для от¬
ливок из белого чугуна (для отжига на ковкий) связаны с литей¬
ными свойствами этого чугуна. Белый чугун.имеет большую усадку
(до 2%), плохо заполняет форму и к тому же отличается хрупко¬
стью, Чтобы усадка при затвердевании металла проходила более
спокойно и не образовывалось трещин в огливке, расплав рекомен¬
дуется подводить через один питатель. Габаритные размеры и мас¬
са отливок позволяют это делать, так как из ковкого чугуна полу¬
чают мелкие отливки, масса которых не превышает 100 кг.Литниковая система для ковкого чугуна состоит из подводящих
и питающих элементов (рис. 117). При литье ковкого чугуна рас¬
плав всегда подводят в наиболее массивное место отливки через
питающую бобышку, которая представляет собой отводную при¬
быль. Подвод расплава в тонкие сечения для выравнивания ско¬
рости охлаждения в данном случае не дает нужного эффекта
вследствие большой усадки белого чугуна. Если отливка имеет не¬
сколько утолщенных сечений, нуждающихся в дополнительном пи¬
тании в процессе кристаллизации, то в этих местах устанавливают
питающие бобышки (сливные) или ставят чугунные холодильники
для увеличения скорости охлаждения. Эти сливные бобышки имеют
большие размеры, так как заполняются охлажденным расплавом,
прошедшим через всю форму.Питающие бобышки компенсируют усадку в больших сечениях
отливки, поэтому они должны затвердевать позже. Бобышки дол¬
жны иметь определенный объем, быть выше отливки и располагать- -
ся как можно ближе к ней, чтобы расплав через шейку мог прони¬
кать в отливку в процессе ее затвердевания. Сечение шейки долж¬
но составлять «е менее 75% сечения отливки. Длинная шейка
малого сечения будет быстро затвердевать и связь между при¬
былью— бобышкой и отливкой—прекратится. Чтобы бобышка
легко отламывалась от отливки, на шейке делают пережим.Сечение шлакоуловителя должно быть меньше сечения шейки,
соединяющей усадочный питатель с отливкой, чтобы после запол¬
нения формы шлакоуловитель быстро затвердел и не питался от
бобышки. Таким образом, для ковкого чугуна сечение питателей
должно быть значительно больше, чем сечение шлакоуловителя.
На практике соотношение между элементами литниковой системы
для ковкого чугуна принимают такое:: F„= 1,5 (до 5): 1,0:1,0.Следовательно, литниковая система получается незаполненной,
расширяющейся. При такой системе возникает опасность попада¬
ния шлака в форму. Для задержания шлака по ходу расплава ус¬
танавливают фильтровальные сетки, дроссели, гидравлические за¬
творы (рис. 118).149
Рис. 118. Тормозящие литниковые системы с установкой: *в—гребенчатого шлакоуловителя; б^-центробежного шлакоуловителя; в—дросселя; г—трапе^
цневндного шлакоуловителя .(принудительное заполнение); д—коленчатого шлакоуловителя;
/—воронка; 2—стояк; 3—шлакоуловитель; <—дроссель; 5—питателиВ литейных цехах ковкого чугуна сечения элементов литниковой
системы нормализованы для выпускаемой номенклатуры отливок.
В основу нормализации положен метод подбора литниковой систе¬
мы, разработанный Б. В. Рабиновичем для мелких отливок маосой
до 50 кг с толщиной стенки до 25 мм. Рекомендуются три диаметра
стояка: 15, 20 и 25 мм* два размера фильтровальных сеток диамет¬
ром 45 мм, толщиной 12 мм с семью коническими отверстиями диа¬
метрами — меньшим 7 мм и большим 9 мм и диаметром 58 мм, тол¬
щиной 12 мм с 11 коническими отверстиями диаметрами — мень¬
шим 7 мм и большим 9 мм.Шлакоуловитель может быть круглый или трапецеидальный оп¬
ределенной площади. Диаметр стояка зависит от металлоемкости
формы.Прежде всего по графику (рис. 119) определяют секундную по¬
дачу расплава в форму Qc (кг/с) в зависимости от массы G и тол¬
щины стенки отливки. Время заполнения формы находят при сле¬
дующих значениях коэффициента s, характеризующего толщину
стенки:Толщина стенки, мм ...... . До 6	6—12	12—-25Коэффициент s ......... .	3,1	4,65	7,75150
О 0,Ь Ofi 1,1 1,6 2,0 2{* 2,6 3,2 3,6 kfi W M S,2 6, кгРис. II9. К определению секундной подачи расплаваVПо секундной подаче определяют общий расход металла в се¬
кунду на все отливки в данной форме:2Qc=Qc«.	(19)где п — число отливок в форме.Затеи по графику, показанному на рис. 120, подбирают диа¬
метр стояка, из трех указанных на графике принимают ближайший
наибольший диаметр. .Н, tin2 00
180
160
1W
120
100
8060W/f1rJ3ч/ У/(и/аа dгЦ6 Ц8 Ос,кг/сРис. 120. Пропускная способность си¬
стемы при диаметре стояка:/ —15 мм; 2 — 20 мм; 3 — 25 ммРис. 121. К определению объема пита¬
ющей бобышки151
Нормализованы также размеры питающих бобышек. В зависи¬
мости от массы отливки и модуля охлаждения z0 выбирают объем
V питающей бобышки по графику, приведенному на рис. 121. Мо¬
дуль охлаждения зависит от поверхности отливки и определяется
отношением объема отливки (см3) к ее поверхности (см2). За ве¬
личину Zq можно принять отношение площади поперечного сечения
отливки в-месте соединения ее с шейкой питателя к периметру это¬
го сечерия. Практически модуль охлаждения не может быть больше
половины средней толщины отливки. Полученный объем усадоч¬
ного питателя следует проверить, он должен быть связан с объемом
ОТЛИВКИ соотношением Vусад.пит^0,175 Уотл.Литниковые системы для стальных отливок.
В отличие от серого чугуна сталь имеет плохие литейные свойства.
Усадка углеродистой стали приближается к 2%, а легированной —
ещё больше. Сталь плохо заполняет литейную форму, с понижени¬
ем температуры быстро теряет жидкотекучесть, становится вязкой,
имеет склонность к трещинообразованию. Все это необходимо учи-
"тывать при проектировании литниковой системы для стальных от¬
ливок.Исходя из изложенного выше к литниковой системе для сталь-
ных отливок предъявляют следующие требования: протяженность
литниковых каналов должна быть минимальная с наименьшей по¬
верхностью охлаждения; расплав должен быть подведен в такие
места, нагрев которых способствовал бы направленному затверде¬
ванию отливки; необходимы рассредоточенная установка питателей
в тонких частях отливки и усиленное охлаждение толстых частей;
заливку формы расплавом следует осуществлять через заполненные
каналы; литниковые каналы должны быть расположены на доста¬
точном расстоянии от знаков стержней, стенок отливки й опоки.Питатели следует подводить к отливкам следующим образом:
к мелким и средним — по разъему формы, а также сверху с паде¬
нием расплава (рис. 122,а, в); к средним и невысоким — снизу
(рис. 122,6); к крупным — комбинированно (рис. 122, г), т. е. пи¬
татели располагают на разной высоте. В этом случае заливку фор¬
мы начинают через нижние питатели, а заканчивают через верхние.
Это обеспечивает направленную кристаллизацию отливки снизу
вверх.При подводе расплава в полость формы крупных и средних раз¬
меров необходимо, чтобы первые порции его подавались сифоном,
последующие — под затопленный уровень.Литниковая система для стальных отливок, как и для ковкого
чугуна, не должна создавать дополнительного торможения усадки
и увеличнвать^внутренние напряжения в отливках.Важно правильно выбрать место подвода расплава к форме.
В тонкостенные стальные отливки расплав всегда подводят рассре-
доточенно, через большое число питателей, иногда расположенных
со всех сторон отливки, чтобы форма хорошо заполнилась без
больших местных перегревов. В некоторых случаях целесообразно
подвести расплав к тонкому месту, стремясь выравнять скорость152
О). б) в)
Рис. 122. Способы подвода расплава к отливкеохлаждения между тонкими и толстыми местами. Но в большин¬
стве случаев на отливках с разной толщиной стенок такой подвод
расплава не дает хороших результатов. Поэтому чаще питатели
подводят к толстому месту под прибыль или заливают расплав не¬
посредственно в прибыль. Последний способ широко применяют-
для различных колес, шкивов, маховиков.Продолжительность заливки формы можно определить по
формуле Г. М. Дубицкого:t = syrbQ~, (20)где s — коэффициент, равный 1,4—1,6; для отливок, склонных к об¬
разованию внутренних напряжений, трещин и усадочных раковин,
значение s увеличивают на 0,1—0,2; <6 — средняя толщина стенок
отливки, мм; G — масса отливки с питателями и прибылями, кг.Отливки, изготовляемые с большим числом холодильников, сле¬
дует заливать быстрее, и значение « для них уменьшают на 0,1—0,2.
Вычисленное по формуле (20) время Г. Н. Дубицкий рекомендует
проверить по соотношениюv=fi/i,	(21)где Я-г высота отливки, см; t — продолжительность заливки,'--с.При толщине стенок б = 7-ь10 мм скорость v^20 м/с; при б =
= 10-^40 мм скорость v^lO мм/с; при 6=40 мм скорость v =
= 8 мм/с.Суммарное сечение питателей для стальных отливок определяют
по формулеЖ«=окаку),	(22)где G — масса расплава, входящего в форму через литниковую сис¬
тему, кг; t—продолжительность заливки, с; L — коэффициент по¬
правки на жидкотекучесть стали; для углеродистой стали L = 0,85,
для низколегированной L=1,0, для легированной L = l,15; Ку —153
удельная скорость заливки,кг/(см2-с); она зависит от относитель-ной плотности отливки Kv
отливки):(/(„ =G/V, где V— габаритныйобъемKv, кг/дм3 0—11—22—33—44—55—6Св. 6кг/(см2-с) 0,450,50,550,60,660,740,820,971,021,121,21,291,381,49В числителе приведены значения /Су, принимаемые при литье в
сырые формы, а в знаменателе — Тоже, при литье в сухие формы.Площадь сечения остальных элементов литниковой системы оп¬
ределяют по принятому соотношениюЛитниковые системы для отливок из медных
сплавов должны удовлетворять следующим требованиям: по¬
ступление расплава в полость формы должно быть спокойным, без
всплесков и разбрызгивания; разность температур различных точек
отливки должна быть минимальной; форма должна хорошо запол¬
няться расплавом; газ, образующийся на границе расплав — форма,
не должен проникать в отливку.Такие требования вызваны повышенной усадкой медных спла¬
вов, высокой окисляемостью, склонностью к образованию оксидных
плен, которые попадают в отливки. Выполнение этих требований
возможно при правильном назначении места подвода расплава и
оптимальной скорости заполнения им формы.Различают линейную скорость заполнения (м/с) и массовую
(кг/с). Плавное поступление расплава в форму обеспечивается ма¬
лой линейной скоростью в период, когда отверстие питателя не пе¬
рекрывается уровнем расплава в полости формы. Как только рас¬
плав начнет поступать под затопленный уровень, линейная скорость
заливки может быть значительно увеличена без опасения разбрыз¬
гивания расплава. Равномерность температур в разных точках от¬
ливки, хорошее заполнение формы и невозможность проникновения
газа в металл обеспечиваются высокими линейной и массовой ско¬
ростями заполнения полости формы расплавом..Для медных сплавов применяют как открытые (незаполненные),
так и закрытые (заполненные) литниковые системы. Незаполнен¬
ные литниковые системы обеспечивают наиболее спокойное запол¬
нение полости формы, поэтому их рекомендуется использовать при
литье легко окисляющйхся сплавов, образующих прочные оксидные
плены. При литье сплавов, образующих непрочные оксидные пле¬
ны, можно применять закрытые литниковые системы. Рекоменду¬
ется принимать следующие соотношения между элементами систе¬
мы для отливок:из бронзы2^ :^,: ^=3:1,2: (2-1,2);154
из латуни2^ПИТ:^ШЛ:^СТ=1 :1»3:(1-,6 -ь2).Площадь поперечного сечения питателей определяют по формуле
(16), в которой значение ц принимают: для тонкостенных сложных
отливок 0,3—0,4, для толстостенных крупных отливок 0,7—0,8. Про¬
должительность заполнения формы t рекомендуется определять по
формуле (20). Для отливок из бронзы при незаполненной литнико¬
вой системе s=2-^-2,1, если число отливок не более четырех и s=
= 2,5-=-2,8, если число отливок более четырех. Для отливок из лату¬
ни при заполненной литниковой системе s = l,9.Для крупных отливок из бронзы ХРпит подсчитывается по удель¬
ной массовой скорости заливки:2Лжт = G/(//Cy).	(23)Коэффициент « зависит от толщины 6 стенки отливки:в, мм ... . До 6 7—10 11—15 16—20 21—40 41—60 Св. «0
s	0,65 0,7 0,75 0,8 0,9 1,1 1,2Удельную массовую скорость заливки К7 [кг/(см2-с)] принимают
в зависимости от относительной плотности отливки Kv (кг/дм3); для
оловянных бронз она составляет:	 0,Э—0,5 0*6—1,0 1,1—1,5 1,6—2,0 2,1—2,5К у	 0,3	0,35	0,4	0,46	0,5К, . 		2,6—3,0 3,1—4,0 4,1—5,0 5,1—6,0 6,1—8,0Кт . . . . .	0,55	0,6	0,66	0,7	0,75Для алюминиевых бронз значение Ку следует брать меньше
на 0,05.При выборе места подвода литниковой системы необходимо
обеспечить не только плавное заполнение формы расплавом, но и
направленное затвердевание отливки. Желательно, чтобы затвер¬
девание ітроисходило снизу вверх, так как в атом* случае образую¬
щиеся усадочные пустоты будут заполняться расплавом выше ле¬
жащих слоев. Заканчиваться затвердевание должно в прибылях и
питающих выпорах.Для простых отливок (типа втулок) из оловянистой бронзы
обычно применяют дождевые литниковые системы (рис. 123, а, б)
или системы с подводом расплава сверху (рис. '123, в, г). Если име¬
ются массивные части (например, фланцы, см. рис. 123, а, б), рас¬
положенные в нижней части формы, на них устанавливают холо¬
дильник /, а в верхней части формы — прибыли. На рис. 123, <3 по¬
казана этажная литниковая система. Для коротких втулок следует
применять верхний подвод расплава и на массивных фланцах ста¬
вить прибыли (рис. 123, е). При горизонтальном расположении вту¬
лок расплав можно подводить двумя способами (рис. 123, ас).В фасонных отливках (рис. 123, з) при вертикальном и горизон¬
тальном расположении в форме на массивные части следует уста¬
навливать прибыль 2 с питателем 3. Для отливки тройников155
Рис. 123. Литниковые системы для литья оловянныхлбронз(рис. 123, и), чтобы устранить удар расплава о стержень, питатели
располагают под углом, обратным направлению движения распла¬
ва. Аналогично подводят расплав и при вертикальной заливке тех
же отливок (рис. 123, к).Для отливок из кремнистой бронзы и марганцевой латуни пита¬
тели обычно подводят в прибыль.Литниковые системы для алюминиевых и маг¬
ниевых сплавов. Для этих сплавов обычно применяют иеза-
полненные литниковые системы, в которых наименьшим сечением
является сечение стояка. Такие литниковые системы обеспечивают
более спокойное заполнение формы, что особенно важно для легко
окисляющихся магниевых сплавов. В целях задержания оксидных
плен при литье алюминиевых и магниевых спла'вов применяют
фильтровальные сетки 1, которые размещают под стояком (рис. 124).
Соотношение между' элементами литниковой системы рекоменду¬
ется принимать следующее:Fcr: FK0, : 2-Рпих= 1:1,5 (до 3): 3(до 6).156
Чтобы уменьшить ки¬
нетическую энергию струи
расплава и снизить ско¬
рость поступления его в
форму, при изготовлении
высоких отливок применя¬
ют зигзагообразные стоя¬
ки (см. рис. 124). При
литье алюминиевых спла¬
вов хорошие результаты
дает вертикально-щелг-
вая литниковая система.Рекомендуемое соотноше¬
ние между элементами:•^сТ5 F кол: Fnm—1:2:3 (4).Наименьшее сечение литниковой системы для алюминиевых от¬
ливок можно подсчитать по формуле (21), но при расчете продол¬
жительности заливки коэффициент s принимают в зависимости от
толщины стенки б:6, мм ... , До 6 7—10 11—15 16—20 21—40 41—60 Св. 60
s ..... . 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 &0 3,0Площадь сечения стояка для отливок из алюминиевых и маг¬
ниевых сплавов часто определяют по номограммам, одна из них
приведена на рис. 125. На шкалах I—II—/// отмечаются соответст¬
венно высота отливки, средняя толщина стенки и масса отливки.
По известным данным — высоте отливки, средней толщине стенки
и массе отливки — находят точки на шкалах / и 111, которые соеди¬
няют прямой линией, и эту линию продолжают до пересечения с
линейкой IV. Точку пересечения соединяют, прямой линией с точкой
на шкале II и эту линию продолжают до пересечения со шкалой V.
Точка на шкале V указывает сечение стояка для данной отливки.Пример. Определить суммарную площадь сечения стояков для алюминиевой
отливки массойДО_кг, с толщиной стенки 6 мм, высотой 200 мм. На шкале I
(см. рис. 125) находим точку, соответствующую высоте отливки 200 мм и сое¬
диняем ее с точкой на шкале ///, соответствующей массе 10 кг. Прямую, соеди¬
няющую эти точки, продолжаем до пересечения со шкалой IV. Точку пересече¬
ния соединяем с точкой на шкале II, соответствующей толщине стенки отливки
6 мм. Эту линию продолжаем до пересечения со шкалой V, сечение стояка
2-Рст=97 см2.Питание отливок. Многие лНтейные сплавы имеют повышенную
усадку, вследствие чего на отливках, в утолщенных местах обра¬
зуются усадочные раковины, рыхлоты, которые снижают механиче¬
ские свойства отливок и могут привести к окончательному браку.Для питания отливок в период затвердевания на самые массив¬
ные части устанавливают прибыли. Часто отливка имеет несколь¬
ко массивны??, нуждающихся в дополнительном питании узлов, раз¬
деленных между собой тонкими стенками: В этом случае прибыли
следует устанавливать так, чтобы они не затрудняли уплотнениеРис. 124. Типы стояков при литье алюминие¬
вых сплавов157
їїРис. 125. Номограмма для определения суммарной: плоівдди сечения стояков
2/-СТ для отливок из алюминиевых сплавов (скорость течения металла в стояке
150 см/с)158
формы, т. е. находились на достаточном расстоянии Друг от друга,
и чтобы их удобно было отделять от отливки.Отливки из сплава, имеющего большую усадку (например, из
стали) следует располагать в форме так, чтобы наиболее массив¬
ные части находились вверху и были доступны для установки при¬
былей:Прибыли могут быть прямые (верхние) и от¬
водные (боковые). Верхние прямые прибыли устанавлива¬
ют непосредственно на питаемый узел; они могут быть открытые
(рис. 126,а) и закрытые (рис. 126, б). Боковые или отводные при¬
были применяют для питания узлов, находящихся сбоку или в ниж¬
ней части формы (рис. 126, в), обычно их делают закрытыми. Одно¬
временно открытая прибыль является выпором, так как служит для
вывода из формы воздуха и газов, и сигнализирует о заполнении
формы. Недостаток открытых прибылей — повышенный расход ме¬
талла, так как высота их равна высоте верхней полуформы н часто
оказывается неоправданно увеличенной. Модель открытой прибыл»
делают отъздрой от модели отливки и извлекают из формы как
модель стояка^Закрытые прибыли позволяют снизить расход металла, поэтому
более экономичны. Верхние закрытые прибыли обеспечивают ин¬
тенсивное питание отливки, особенно при атмосферном или газовом
давлении на жидкий металл. Закрытые прибыли применяют при
машинной формовке, а также в тех случаях, когда верхняя опока
слишком высокая. Для уменьшения поверхности охлаждения верх¬
ней части закрытой прибыли придается форма полушария. Закры¬
тые прибыли выполняют по модели, которая представляет собой
одно целое с моделью отливки (из полости формы извлекается од¬
новременно с ней).Боковые (отводные) прибыли питают отливку значительно ме¬
нее интенсивно. Отводную прибыль следует располагать выше пи¬
таемого узла, а шейка, соединяющая прибыль с питаемым узлом,15»
должна быть короткой и иметь сечение с наименьшей поверхностью
охлаждения. Применять боковые прибыли можно в случае крайней
необходимости, причем рекомендуется усиливать их действие атмо¬
сферным или газовым давлением.В закрытых прибылях после заполнения формы при затверде¬
вании отливки образуется затвердевшая корка металла, которая
изолирует прибыль от атмосферы. Если внутрь прибыли ввести пес¬
чаный стержень 1 (рис. 127, а), то воздух будет проникать в при¬
быль 2 и оказывать давление на расплав, улучшая питание узла 3.
Такие прибыли с атмосферным давлением дают хорошие результа¬
ты при получении алюминиевых отливок.Для усиления питающего действия прибыли в некоторых слу¬
чаях внутри ее создается газовое давление. Для этого при сборке
формы в ее полость, выполняющую прибыль 2, устанавливают пат¬
рончик 4 (рис. 127,6) с зарядом газотворного вещества (мел, сме¬
шанный с коксом или углем). Под действием высокой температуры
мел разлагается с выделением углекислого газа, который создает
в прибыли избыточное давление, способствующее проникновению
расплава из прибыли 2 в отливку. Величина заряда зависит от объ¬
ема прибыли. После образования достаточно прочной затвердевшей
корки вокруг прибыли металлическая оболочка патрончика рас¬
плавляется и начинается газообразование. Прибыли с газовым дав¬
лением широко применяют при изготовлении стальных отливок, что
дает снижение расхода металла на прибыли до 20%.Создать давление на расплав внутри прибыли можно также сжа¬
тым воздухом (рис. 127, в), который вводят в прибыль по гибкому
шлангу 5, надетому на стальную трубку 6. В стальную трубку160
вставляют керамическую трубку 7 с несколькими отверстиями по
сечению, Втулка входит внутрь прибыли.Непременным и главным условием питания отливки от прибыли
является содержание в последней такого количества расплава, ко¬
торое требуется для компенсации усадки в отливке. Прибыль дол¬
жна охлаждаться медленнее и затвердевать позже отливки. Для
этого объем прибыли должен быть достаточно большим. Но чрез¬
мерное увеличение объема прибылей ведет к перерасходу металла,
к снижению выхода годного. В целях сохранения в течение дли¬
тельного времени высокой температуры расплава в прибыли при¬
меняют специальные теплоизолирующие и экзотермические смеси,
которыми облицовывают форму вокруг прибыли.Теплоизолирующие смеси имеют малую теплопроводность; они
состоят из инфузорной земли, бентонита, цемента,, феноловой смо¬
лы, При формовке ^модель прибыли обкладывают этой смесью, как
формовочной, и уплотняют. В экзотермической смеси под действием
расплава проходят химические реакции с выделением теплоты, в
результате чего прибыль нагревается. Из экзотермических смесей
изготовляют втулки, стаканы разных размеров с полостью, имею¬
щей форму прибыли. Эти стаканы или втулки устанавливают в
форме для образования (прибыли на отливке. Металл в такой
прибыли длительное время бстается жидким и хорошо питает от¬
ливку.В состав экзотермических смесей входит термит — смесь окси¬
дов железа и алюминия, которая при взаимодействии с расплавом
сгорает с большим выделением теплоты. В тОм случае, когда раз¬
меры прибылей выходят за пределы нормализованных втулрк, для
обогрева можно применять экзотермическую массу. Модель при¬
были облицовывают массой слоем, равным 0,15 D (D — диаметр
прибыли). Полученную экзотермическую оболочку просушивают
вместе с формой.Прибыли отделяют от отливок обычно в литейном цехе. Опера¬
ция отрезки прибылей достаточно трудоемка, поэтому стремятся
всячески снизить затраты на эту операцию. В некоторых случаях
(когда возможно) применяют легкоотделяемые прибыли, которые
можно отбить с помощью кувалды. Для этого между прибылью и
отливкой помещают разделительную пластину 1 с отверстием в
центре, через которое прибыль сообщается с отливкой (рис. 128).
Условия питания отливки при этом несколько ухудшаются, вслед¬
ствие чего такие легкоотделяемые прибыли рекомендуется приме¬
нять для отливок неответственного назначения. Разделительные
пластинки делают из тонкого листового железа (их красят и обсы¬
пают песком) или из стержневой смеси в виде тонких стержней —
пластинок с отверстием.При разработке конструкции и расчете прибыли руководству¬
ются следующими положениями: объем прибыли должен быть
определенным, чтобы она затвердевала позже отливки, и достаточ¬
ным, чтобы компенсировать усадку металла в питаемом узле; вы¬
сота прибыли должна быть такая, чтобы усадочная раковина пол¬6-1563161
ІЗРис. 128. Легкоотделяемая прибыльРис. 129. Определение объема прибылей методом вписанных окружностей (а)
и расположения усадочной раковины (б):В—ширина прибыли у основания; Я—высота отливки; Яп—высота прибыли; d—диаметр ок¬
ружности, вписанной в толстое место отливки; а—толщина вебра; N, К, L—вспомогательные
точки для построения прибылитностью располагалась в ней; конфигурация прибыли должна обес¬
печивать ее минимальный объем.Объем прибыли можно определять методом вписанных окруж¬
ностей. В толстое сечение отливки вписывают окружность
(рис. 129, с) так, чтобы она касалась контуров отливки. В данном
случае окружность вписывается по внутреннему контуру отливки
(эта поверхность не обрабатывается). По наружному контуру полу¬
чается напуск, который удаляют при обработке резанием обода ко¬
леса. Затем строят прибыль. Из точки Р проводят прямую линию Р
PR под углом 3° к вертикали. Площадь основания прибыли долж¬
на быть равна MR. От этой поверхности откладывают припуск /г, не¬
обходимый при отделении прибыли газовой резкой. Из точек S и Т
проводят линии под углом 45° и вычерчивают вертикальные стенки
прибыли под углом 5° к вертикали. Место расположения усадочной
раковины можно установить путем проведения изотерм — изосоли-
дусов (рис. 129,6).Объем металла, необходимый для компенсации усадочной рако¬
вины, зависит от объемной усадки данного сплава и объема пи¬
таемого узла.В зависимости от прибыли объему компенсирующего металла
придают форму цилиндра или шара диаметром d0. Для цилиндри¬
ческих прибылей значение d0 (рис. 130) можно найти по номограм¬
ме в зависимости от высоты Н и диаметра D питаемого узла. Диа¬
метр прибыли -Опр/ высота Япр. По данным С. В. Руссияна, для со¬
хранения компенсирующего металла в жидком состоянии получен¬
ный шар диаметром d0 окружается слоем металла, равным поло¬
вине основания прибыли. Высоту прибыли соответственно закрытой
и открытой можно проверить по формуламЯпр.3—do+0,85Z);162
Рис. 130. Определение размеров прибы- Рис. 131. Выпоры:
ЛИ ДЛЯ цилиндрической ОТЛИВКИ	а—прямой б-отводной^пр.о— ^0"Ь 1,3/ХОтводные закрытые прибыли строят в зависимости от диаметра
вписанной в питаемый узел окружности D. Конструктивно отводную
прибыль выполняют так же, как питающие бобышки на отливках
из ковкого чугуна.Выпоры устанавливают на самых высоких точках отливки и
желательно со стороны, противоположной подводу расплава. Не
следует ставить выпоры на массивных частях ( если они не предназ¬
начены для питания), так как выпор, имея меньшее сечение и за¬
твердевая раньше отливки, будет питаться за счет отливки. В ре¬
зультате под выпором в массивном месте отливки (рис. 131) неиз¬
бежна усадочная раковина или пористость. Сечение выпора у
основания принимают равным 1/2-—3/4 сечения стенки отливки
(рис. 131, а). Для более удобного отделения выпора от отливки у
основания выпора делают пережим. Если вся отливка помещается
в нижней полуформе, следует применять отводные выпоры (рис.
131,6), которые не вызывают усадочной пористости в отливке
и легко отделяются от нее.Холодильники. Для некоторых узлов отливки, располо¬
женных при заливке внизу или сбоку и неудобных для установки
прибылей, применяют холодильники. Их отливают из серого чугуна
в виде плоских или специальных фасонных плиток, предназначен¬
ных для охлаждения определенной поверхности отливки. Примеры
холодильников для цветных и чугунных отливок показаны
на рис. 132. Холодильник обладает большой по сравнению с песча¬
ной формой теплопроводностью и теплоемкостью, поэтому отводит
от затвердевающей отливки большое количество теплоты, благода¬
ря чему скорость затвердевания массивного узла, на котором уста¬
новлен холодильник, увеличивается, а вероятность появления уса¬
дочных дефектов уменьшается (рис. 132, а, б).Для чугунных отливок площадь холодильника должна быть
меньше охлаждаемой поверхности. Холодильник следует распола¬
гать на расстоянии 5—10 мм от краев, чтобы в углах отливки чугун163
Рис. 132. Холодильники:/—наружные; 2—внутренний; Л—усадочная раковинане отбеливался. Если на данной поверхности нужно установить
несколько холодильников, то между ними необходимы зазоры 1,5—
2,0 мм для компенсации их термического расширения, Поверхность
холодильника, прилегающая к отливке, должна быть чистой и глад¬
кой. Если форма подвергается сушке, то холодильники окрашивают
вместе с формой.На отливках из цветных сплавов и стали холодильники ставят
на всю охлаждаемую поверхность. Толщина холодильника зависит
от толщины охлаждаемого места.Кроме холодильников, предназначенных для охлаждения наруж¬
ной поверхности отливки, для очень массивных стальных и чугун¬
ных отливок применяют еще внутренние холодильники
(рис. 132, в, г), которые устанавливают и укрепляют в форме при
сборке. Внутренние холодильники применяют при литье тяжелых
отливок (шаботов, траверс), а также при повышенных требованиях,
предъявляемых к плотности узлов сопряжения стенок. Внутренние
холодильники должны хорошо свариваться с металлом отливки,
а следовательно, быть чистыми, без ржавчины и следов масла. Мас¬
са внутренних холодильников должна составлять не более 20%
массы отливки; материал холодильников — низкоуглеродистая
сталь.	,164
§ 7. СБОРКА ФОРМСборка включает операции: установку стержней (обычно
в нижнюю^щуфеуму); кшп^йль роложения стержней, накрщие
рижнеи полуформы верхней, устаноіку литншовкх.чаш^ (жрвдде^
ние формы или нагружение.Части формн іГ Й'ержЯТГ, поступающие на сборку, не должны
иметь никаких-дёфектол,-Птёржни' устанавливают " в форму в том
порядке, какой указан в технологической карте или чертеже. Поло¬
жение каждого стержня^ относительно фор~мы и других" ““стержней
проверяют шаблонами.,,Размеры тела отливки, образованные стерж¬
нями или стержнями и формой, проверяют толщиномерами (тело-
мерами) квадратного сечения со стороноиіїв^
не стенки. Стержни укрепляют r форме на знаках. Когда знаки не
могут обеспечить достаточно устойчив ^положение стержня в фор¬
ме, применяют жеребейки.Стандартные и специальные жеребейки представлены на рис. 133.
Высота жеребейки должна быть равна толщине тела отливки. Ма¬
териал для жеребеек выбирают в зависимости от заливаемого спла¬
ва. При литье чугуна или стали жеребейки изготовляют из низко¬
углеродистой стали, чугуна, белой жести. Жеребейки должны быть
чистыми, без следов ржавчины и масла. Перед употреблением их
следует очистить в дробеструйной камере или покрасить алюминие¬
вой краской. Чистые жеребейки хорошо свариваются с металлом
отливки, и вокруг них не образуются неплотности — раковины и
рыхлоты. Однако для деталей, работающих в условиях повышенно¬
го давления газа или жидкости, применять жеребейки нежелатель¬
но, а в некоторых случаях недопустимо.Иногда стержни, выполняющие небольшие поднутрения с на¬
ружной поверхности отливки, вклеивают в форму. Очень редкоРис. 133. Типы жеребеек165
стержни крепят к крестовинам верх¬
ней опоки, т. е. подвешивают. Такой
способ крепления связан с больши¬
ми трудностями; к тому же исклю¬
чается возможность продувки фор¬
мы, проверки правильности положе¬
ния стержней, поэтому его применя¬
ют в том случае, когда стержень не
имеет знаков и нельзя использовать
жеребейки. Вместо подвешивания
рекомендуется укреплять стержень
на верхнем знаке, как показано на
рис. 134.При сборке нельзя допускать за¬
сорения вентиляционных -каналов, в форме и в стержнях". После ус^
тТновки и проверки положения стержней форму продувают сжатым
воздухом для удаления пыли и кусочков смеси, которые могут по-'
пасть_’а. нее” во' время сборіГй. Вокруг полости формы по плоскости
разъема и знакам стержней прокладывают асбестовый шнур, с тем
чтобм жидкий металл не проник по разъему формы и знакам и не
залил вентиляционные каналы. Для этой же цели вокруг литнико¬
вых каналов в плоскости разъема прокладывают также асбестовый
шнур. В больших формах вокруг полости формы выполняют глиня¬
ный валик для предупреждения ухода расплава по разъему. Когда
нижняя полуформа окончательно собрана, ее по штырям накрывают
верхней полуформой. В некоторых случаях длтгкрупных форм сна-*
чала делают'^кшїт^олйое'на^ытие для проверки правильности
сборки" и толщины тела отливки. Для этого на стержни в несколь¬
ких местах ставят глиняные шарики. Верхняя опока при накрытии
сминает их. Высота смятого шарика — «мушки» — равняется тол¬
щине тела отливки в этом месте. После такой проверки производят
окончательное нащштие...Собранные формы скрепляют или нагру¬
жают, чтобы расплав при заливке не мог приподнять верхнюю полу-
<§oj)My., Устанавливают литниковые чашй.Почвенные или кессонные формы, имеющие большую площадь,
часто перекрывают не одной опокой, а двумя или тремя. Стыки меж¬
ду опоками заделывают как показано на рис. 135. В первом случае
(рис. 135, а) стальную ленту располагают на жеребейках при уста¬
новке верхней опоки /. Второй опокой лента прижимается. По дли¬
не стыка лента между опоками в нескольких местах притягивается
болтами 2 на подкладках 3. Зазор между опоками забивают формо¬
вочной смесью. Из-за коробления ленты на отливках часто полу¬
чаются дефекты. Значительно лучше заделывать стыки с помощью
стержня (рис. 135,6). Для этого на модели должен быть соответ¬
ствующий знак, а на стенках опок — вырезы под стержень. Стер¬
жень 4 устанавливают на жеребейках, а сверху в зазор между опо¬
ками набивают формовочную смесь.Давление расплава на форму. Расплав, заполняющий полость
формы, оказывает давление во все стороны. Нижние и боковые166 ^Рис. 134. Установка стержня в
форме на верхнем знаке
а)	6)Рис. 135. Заделка стыков между опоками, перекрывающими крупные кесонные
формыстенки формы должны быть достаточно прочными, чтобы противо¬
стоять давлению расплава, а верхняя полуформа должна быть при¬
жата к нижней с определенным усилием, чтобы расплав не при¬
поднял ее. Если это усилие окажется недостаточным, то между по-
луформами образуется щель, в которую будет проникать расплав.
Чтобы этого не случилось, перед заливкой формы скрепляют или
нагружают, причем предварительно подсчитывают давление рас¬
плава на верхнюю полуформу.Форма, заполненная расплавом, представляет собой сосуд, в ко¬
тором по закону Паскаля давление в каждом горизонтальном слое
одинаково во всех направлениях/7=Яр,	(24)где Н — высота столба жидкости ют данного слоя до свободного
уровня, длґ;"уг— плотность жидкости,*кг/дм3.Подъемная сила, действующая на'"верхнюю полуформу, равна
весу (Н) воображаемого столба расплава, /расположенного над
верхней поверхностью отливки до уровня металла в литниковой
чаше:P=FpH,	(25)где F — площадь проекции отливки на горизонтальную плоскость,
дм2.Например, для отливки плиты размерами 1000X1000X50 мм
(рис. 136) подъемная сила	#Я=(10-10)2-7= 13,7 кН.Если изменить расположение плиты в форме, поставив ее на ребро,
то подъемная сила будет значительно меньше:Р=(10-0,5)2-7=0,686 кН.Стержни, находящиеся в форме, испытывают силу действия рас¬
плава. Стержни, омываемые снизу расплавом, испытывают силу
его действия, стремящуюся вытолкнуть их вверх. Эта сила равна
■весу металла в объеме стержней (за вычетом знаков). Для форм167
со стержнями, подвергающимися силе действия металла снизу,*при
расчете подъемной силы необходимо учитывать эту силу. Тогда
формула (25) будет иметь видР=/гЯр + К(р-р1),	(26)тгде V— объем стержней, дм3; pi — плотность стержней, кг/дм3.Вес верхней полуформы противостоит силе действия расплава
снизу. Для расчета груза вес верхней полуформы вычитают из силы
действия расплаваP = FHP + V(P-Pl)-Q,	(27)где Q — вес верхней полуформы, Н.В момент заполнения формы создается перегрузка — динамиче¬
ский удар, который необходимо учитывать. Для учета этой пере¬
грузки вводят коэффициент & = 1,3ч-1,5 (в зависимости от вмести¬
мости формы). Таким образом, формула для расчета груза имеет
окончательный вид:P^^tfp + iap-p^-Q.	(28)Если вес верхней полуформы окажется больше подъемной силы,
то форму можно не скреплять и не нагружать.600Рис. 137. К расчету давления расплава на верхнюю полуформу
168
Рис. 138. Способы крепления опокПример. Подсчитать вес груза для ^ормы чугунной втулки (рис. 13/). Верх¬
няя поверхность отливки криволинейная, поэтому сила, с которой металл дейст¬
вует на верхнюю опоку,Ро = 1,5[10 • 6 • 4— ('/г) (л62Д) Ю] • 7 = 23,4 кН.Сила, с которой металл действует на стерж'ень,Рст=(я52/4) 10-7= 13,8 кН.Подъемная силар=р0+Яст = 23,4 + 13,8<= 37,2 кН.При сборке полуформы скрепляют различными способами в за¬
висимости от условий производства. Обычно скобами скрепляют
небольшие формы (рис. 138, а). Более надежно крепление болтами
(рис. 138,6). Удобно и быстро полуформы скреплять хомутиком
(рис. 138,0) с винтом. На практике для крепления полуформ при¬
меняют также штыри с прорезями, в которые забивают.. клин
(рис. 138, г). Во многих случаях, например, на автоматических ли¬
ниях, удобнее формы нагружать. Груз укладывают на верхнюю по-
луформу так, чтобы он не мешал заливке и не закрывал вентиля¬
ционные каналы.§ 8. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИВ литейных цехах наибольшее число несчастных случаев
связано с транспортированием тяжелых грузов, поэтому в отдель¬
ных цехах, в том числе в формовочных и стержневых, запрещается
загромождать проходы, а транспорт необходимо использовать толь¬
ко по назначению. Нельзя перегружать транспортные устройства,
пускать в работу краны и другие механизмы, находящиеся в неудо¬
влетворительном состоянии и не отвечающие правилам техники
безопасности.169
Оснастку, не находящуюся в работе, следует хранить на скла¬
де. В формовочном отделении нужные опоки необходимо склады¬
вать в штабели высотой не более 1,5 м. Сушила для сушки форм и
стержней должны иметь плотно закрывающиеся дверки, над кото¬
рыми следует устанавливать вытяжные зонты. В формовочном от¬
делении необходимо хорошее освещение, так как изготовление форм
їасто требует напряженного внимания. Запрещается отделывать
£ормы, подвешенные на кране, тем более находиться под формой.
Цля отделки и исправления форму следует надежно устанавливать
іа подставках или на полу. К работе на машинах можно допускать
только специально обученных рабочих, ознакомившихся с прави-
іами техники безопасности.В литейном цехе должна устойчиво действовать приточно-вытяж-
іая вентиляция.
ГЛАВА IVСПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ§ 1. ЛИТЬЕ В КОКИЛИ (МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ)Литье в кокиль является прогрессивным способом полу¬
чения фасонных отливок, обеспечивающим высокое качество и эко¬
номический эффект в условиях крупносерийного производства.
Способ применяют для получения отливок из различных сплавов,
но особенно широко для производства отливок из цветных сплавов,
главным образом из алюминиевых. Это объясняется тем, что
быстрое охлаждение отливки в кокиле приводит к 'измельчению
структуры металла и, следовательно, к улучшению механических
свойств.Кокили оказываются достаточно долговечными при производ¬
стве отливок из легкоплавких сплавов. Например, для алюминие¬
вых отливок температура заливки металла не превышает 850°С,
стойкость формы достигает 50000 отливок и более.По сравнению с литьем в песчаные формы литье в'кокили име¬
ет преимущества: увеличивается съем отливок с 1 м2 производст¬
венной площади в 2—4 раза; повышается производительность тру¬
да в 3—4 раза; уменьшается объем обработки резанием вследствие
уменьшения припусков на обработку; увеличивается выход годно¬
го; сокращается расход стержневых смесей и исключаются формо¬
вочные смеси; уменьшается брак и улучшается внешний вид отли¬
вок; повышается точность отливок и значения механических
свойств литого металла; сокращается цикл изготовления отливок.
Вследствие изложенного на 10—15% снижается себестоимость от¬
ливок (в условиях крупносерийного производства).Кокили имеют и недостатки: отсутствие податливости и газо¬
проницаемости; быстрое остывание расплава при заливке, при
этом он теряет жидкотекучесть и_ плохо заполняет форму; высокая
стоимость, вследствие большой трудоемкости при изготовлении,
особенно при сложной конфигурации; низкая стойкость при литье
чугунных и стальных отливок вследствие высокой температуры за¬
ливки расплава; образование поверхностного отбела на чугунных
отливках, отсюда необходимость дополнительной операции — от¬
жига.Главная особенность кокилей — большая скорость охлаждения,
а следовательно, и кристаллизации залитого расплава, обуслов¬
ленная высоким коэффициентом теплопроводности материала
формы, которая влияет на структуру и свойства отливок. Однако•171
скорость охлаждения в определенных пределах можно регулиро¬
вать нанесением на рабочую поверхность формы специальных по¬
крытий, имеющих определенную теплопроводность, а также изме¬
нением температуры формы.Кокили применяют в основном для изготовления мелких и сред¬
них отливок. Конфигурация отливки должна обеспечить свободное
удаление ее из формы. Наружные поверхности отливки, образуе¬
мые формой, и внутренние поверхности, образуемые металличес¬
кими стержнями, должны иметь литейные уклоны в направлении
извлечения отливки из формы и стержней из отливки. /Конструкция н изготовление кокилей. Конструкция кокиля обу¬
словливается конфигурацией отливки, расположением ее в форме
и условиями данного производства. К основным элементам конст¬
рукции кокиля относятся матрицы (часть самой формы), стержни
и механизмы, приводящие их в движение.Поверхность разъема для .кокиля выбирают так же, как и для
разовой (песчаной) формы, но при этом следует помнить, что ко¬
киль совсем газонепроницаем. Поэтому литниковую систему сле¬
дует, выполнять таким образом, чтобы расплав заполнял форму,
вытесняя из нее воздух. Массивные части отливки, требующие до¬
полнительного питания, необходимо располагать вверху, для того
чтобы их можно было Обеспечить питанием от прибыли.Цилиндрические отливки чаще всего располагают в кокиле вер¬
тикально, плоские отливки следует помещать на ребро, а отливки
корытообразного сечения — выпуклой повехностью кверху.Разъем кокиля может быть вертикальный (рис. 139,г), гори¬
зонтальный (рис. 139, в), сложный (рис. 139/6). Сложный кокиль
может иметь несколько разъемов. В данном случае кокиль состоит
из основания 1 и двух половинок 2, 3. Литниковую систему выпол¬
няют вместе со стержнем 4. Для очень простых отливок кокиль мо¬
жет быть цельным — вытряхным. В этом случае вертикальные плос-Вид со снятой прыткой.	г)В)Рнс. 139. Схемы различных конструкций кокилей
172
ЕПРис. 140. Кокиль для алюминиевых поршнейхости делают с уклоном и при извлечении отливок кокиль перево¬
рачивают на 180°. На рис. 139, а показан такой вытряхной кокиль2.	Полость отливки выполняют песчаным стержнем 1.Кокиль может быть изготовлен для одной детали (одногнезд-
ный) или для нескольких деталей .(многогнездный). Матрицы мо¬
гут быть цельными или состоять из нескольких частей (в сложных
кокилях). Стержни во многих случаях также делают металличес¬
кими. Только очень сложные стержни в отливках, где нельзя вы¬
полнять конус на стержне и где нужна большая податливость, де¬
лают песчаными. Металлические стержни обеспечивают получение
чистой поверхности и точных размеров. Сложные металлические
■стержни для удобства извлечения их из отливки обычно делают
составными. К таким, например, относится внутренний стержень
для поршня автомобильного двигателя (рис. 140). Этот стержень
состоит из трех частей: одной внутренней 1 (клиновидной) и двух
боковых 2.Сразу после заливки формы расплавом внутреннюю часть не¬
много поднимают, что делает возможной более свободную усадку
отливки. Затем эту часть стержня вынимают совсем и по очереди
удаляют боковые части, подвигая их к центру.Конструкция кокиля должна быть простой и вместе с тем проч¬
ной и жесткой. Толщина стенок кокиля должна соответствовать
толщине отливки. Рекомендуется принимать соотношение:где 62 —толщина стенки кокиля, мм; 61—толщина стенки отлив¬
ки, мм.	/"	“ V' 82=13+0,681,174
Переходы от толстых стенок к тонким должны быть плавными.
Ребра жесткости следует выполнять не слишком высокими и тон¬
кими. Толщину ребра принимают 0,7—0,75 толщины стенки формы.Материалом для кокилей чаще всего служит серый чугун СЧ 18,
СЧ 30. Наиболее ответственные части в сложных формах выпол¬
няют из жаропрочной стали 45Х14Н14В2М, 40Х10С2М. Стержни
для таких форм выполняются из сталей У7, У8, У10, ЗОХГСА.Для отливок из чугуна, свинцовых, оловянных и Цинковых
сплавов кокили обычно изготовляют из чугуна или низкоуглеро¬
дистой стали. При массовом производстве отливок из таких спла¬
вов, которые могут взаимодействовать с материалом кокиля (мед¬
ные, алюминиевые сплавы), кокили желательно изготовлять из
стали, легированной хромом и никелем. Наиболее дешевым мате¬
риалом для кокилей является легированный чугун, содержащий
2,3% С; 3% Si; 2,5% Ni^ 8,5% Cr.-	Матрицы и металлические стрежни обычно отливают, а затем
обрабатывают резанием. Предварительно отливки должны пройти
старение. Стержни из стали подвергают закалке с последующим
отпуском. Вентиляцию металлической формы осуществляют через
песчаные стержни. Если такой возможности нет, на матрицах по
плоскости разъема выполняют риски, отходящие от рабочей плос¬
кости к наружной поверхности (рис. 141, а) глубиной не более0,5 мм. Газы через такие каналы выходят, а металл в них не про¬
никает. Если в кокиле имеется плохо вентилируемое углубление,
в котордм может задержаться воздух при заливке, то в нем необхо¬
димо сделать дополнительное вентиляционное сквозное отверстие
(рис. 141, в). В это отверстие запрессовывают граненую пробку.
В образующиеся щели воздух хорошо выходит.В кокиле, представленном на рис. 141, а, одновременно получа¬
ют четыре отливки. Расплав подводится через питатели снизу. Вен¬
тиляция осуществляется посредством каналов. В другом случае,
(рис. 141,6) риски в плоскости разъема не требуются, так как вен¬
тиляция обеспечивается с помощью песчаных стержней; расплав,
заполняя форму, постепенно вытесняет воздух через выпоры.174
Т а б л и ц а 22. Покрытия для кокилейОтливкиКомпонентыСодер- -
Жанне, гПримечаниеОксид цинкаГрафитВода50101000*АлюминиевыеМолотый мел
Жидкое стекло
Графит
Вода15040801000На рабочую поверхность
кокиля, нагретого до 200°С,
наносят ровный слой покрыв
тия с помощью пульвери¬
затораМагниевые. \ТалькБорная кислота
Жидкое стекло
Вода10065351000ЧугунныеКварцевая мука
Жидкое стекло
Вода100501000На рабочую поверхность
кокиля, нагретого до 200°С,
наносят слой покрытия
(0,2—1 мм), а затем сдой
копотиПокрытия и облицовки. Для предохранения поверхности КОКИ¬
ЛЯ от воздействия расплава, регулирования скорости охлаждения
отливки.и улучшения заполняемости формы на рабочую поверх¬
ность кокиля, металлических стержней и литниковой системы на¬
носят покрытия специального состава. Покрытия составляют из
нескольких компонентов, каждый из которых выполняет опреде¬
ленное назначение: служит растворителем (обычно вода), связую¬
щим (жидкое стекло), наполнителем (пылевидный кварц, графят,
тальк). В зависимости от сплава, из которого получают отливки,
и их размеров применяют покрытия различных составов (табл. 22).При литье медных сплавов для покрытия кокилей применяют
мазут, льняное и машинное масло, керосин. Часто к жирной со¬
ставляющей добавляют костяную муку, оксид цинка, тальк, гра¬
фит и др.Чтобы уменьшить тепловые потери при движении расплава, ра¬
бочую поверхность кокиля покрывают огнеупорным облицовочным
слоем, обладающим высокой огнеупорностью и малой теплопро¬
водностью. Для этого в состав облицовки вводят измельченный
жженый асбест. Облицовочные покрытия используют также пра
литье тонкостенных чугунных отливок для устранения отбела.Состав облицовки, г: 100 кварцевой муки, 80 асбестового по¬
рошка, 50 жидкого стекла, 100Q воды.После изготовления облицовку процеживают через мелкое сито
или марлю. Наносят ее обычно лульверизатором на поверхность175
кокиля, предварительно подогретого до температуры 150°С. Пуль¬
веризатор располагают так, чтобы на поверхности кокиля яе было
потеков облицовки.Первые отливки (при начале заливки) часто имеют дефекты на
поверхности, газовые раковины. Это происходит вследствие повы¬
шенного содержания жидкого стекла в облицовке, при разложении'
которого выделяются пары воды, вызывающие эти дефекты. При
Последующих заливках такие дефекты уже не образуются. В тон¬
костенных алюминиевых и магниевых отливках дефекты могут
повторяться. В этом случае необходимо уменьшить содержание
жидкого стекла в облицовке до 2—3%, одновременно уменьшая
его модуль.Покрытие для кокилей должны удовлетворять следующим тре¬
бованиям: не содержать веществ, химически взаимодействующих
с заливаемым расплавом; хорошо наноситься и удерживаться на
поверхности кокиля; противостоять термическому удару — резким
колебаниям температуры как при нагреве, так и при охлаждении;
иметь низкую теплопроводность.Сл£й покрытия, нанесенный; на поверхность кокиля, создает со¬
противление движению теплоты от отливки к стенкам формы, бла¬
годаря чему отливка' медленнее охлаждается, а форма меньше про¬
гревается. Изменяя теплопроводность покрытия введением в со¬
став веществ с различной теплопроводностью и изменяя толщину
ее слоя, можно уменьшить илн-увеличить Скорость охлаждения
расплава, залитого в форму, т. е. управлять, в известной мере, ско¬
ростью затвердевания отливки. Это имеет большое значение при
изготовлении отливок из чугуна, склонного к отбелу при увеличе¬
нии скорости охлаждения. С такой же целью применяют комби¬
нированные покрытия кокиля (огнеупорная краска и ацетилено¬
вая копоть).'Литниковые системы. Литниковую систему для кокильных от¬
ливок рассчитывают, так же как для песчаных форм, в зависимо¬
сти от сплава отливок, но сечение элементов системы принимают
большим на 25—30%, чем для тех же отливок в песчаных формах.
Длина стояков питателей должна быть возможно меньшей, чтобы
предотвратить чрезмерное охаждение расплава. Следует избегать
резких поворотов расплава, изменений сечения элементов- литни¬
ковой системы.Расплав можно подводить к отливке различными способами:
сверху через прибыль, коллектор или чашу (рис, 142, а, б); снизу
(сифоном) через стояк и питатель (рис. 142, в); комбинированно
(рис. 142, г) через стояк н расположенные . ярусами питатели
Дэтажная система); сбоку через щелевой питатель (рис. 142,д).
Подвод расплава сверху применяют для невысоких отливок про¬
стой конфигурации из алюминиевых, магниевых сплавов, из серо¬
го чугуна. При такой системе уменьшается расход металла, за¬
твердевание отливки происходит снизу вверх, что обеспечивает
хорошее питание. При большой высоте отливки такой подвод не¬
желателен, так как расплав, паДая с большой высоты, разбивает-176
а)	5)	в)' Рис. 142. Способы подвода расплава в кокиЛься, образуя брызги, которйе приводят к появлению1 в. отливках
твердых «корольков». Этот дефект чаще всего встречается на чу¬
гунных отливках. \Подвод расплава через стояк снизу обеспечивает спокойное за¬
полнение кокиля и удаление воздуха и газов из него. Для гашения
кинетической энергии струи расплава для высоких отливок стояк
делают зигзагшбразным. ^Недостаток сифонной заливк*—небла¬
гоприятные условия для питания отливки й создания направлен¬
ного затвердевания, так К&к самый холодный расплав поступает а
верхнюю часть отливки. Этот недостаток устраняется при «этаж¬
ной» литниковой системе (см, рис. 142, г). Здесь заливка начинает¬
ся через нижний питатель 1. Пра достижений расплавом уровня,
на котором расположен питатель 2, поступление его будет прохо¬
дить через этот питатель, благодаря чему температура расплава
в верхней части отливки будет более высокой, чем при сифонной
заливке.Еще более направленное затвердевание получается при литни¬
ковой системе с колодцем 1 и щелевым питателем 2 (см. рис.
142, д). В этом случае расплав-плавно поступает в форму и обес¬
печивается затвердевание его снизу вверх. Благодаря значитель¬
ному сечению колодца 1 расплав долго в нем не затвердевает и
питает отливку.Расчет литниковой системы выполняют так же, как для песча^.
ных форм. Соотношение между элементами литниковой системы
для алюминиевых и магниевых сплавов рекомендуется следующее:^cT:/W^nHT=l_:2:4.Особенности литья различных сплавов. Получение чу¬
гунных и стальных отливок. Большая скорость охлаж¬
дения, свойственная металлическим формам, больше всего влияет
на чугунные отливки. На поверхности этих отливок неизбежно об¬
разуется отбел— твердая структура, содержащая цементит, кото¬
рая препятствует обработке резаиием. Поэтому одной из основных
задач при отливке чугунных деталей в металлических формах яв¬
ляется уменьшение отбела. Отбел снимается отжигом, но эта до¬
полнительная операция удлиняет производственный цикл и повы¬
шает себестоимость отливок. Уменьшить отбел можно путем под¬
бора химического состава чугуна и скорости охлаждения. Элемен¬
ты, входящие в состав чугуна по-разному влияют на процесс гра-177
Таблица 23. Массовая доля элементов чугуна, рекомендуемогодля кокильных отливок, %Толщине стенки
отливки, мм-ЧугунсSiMnДо 15СЧ 103,2—3,72,1—2,80,5—0,8Св. 153,2—3,52,0—2,30,6—0,9До 15СЧ 153,2—3,52і0—2,30,6—0,9Св. 153,0—3,31,6—1,90,6—0,9фитизации. УглероД и кремний уменьшают отбел, так как способ¬
ствуют выделению графита; марганец, являясь карбидообразую¬
щим элементом, увеличивает отбел. На основании практических
данных для .кокильных отливок с разной толщиной стенки можно
рекомендовать состав чугуна, приведенный в табл. 23. Эти реко¬
мендации, разумеется, приближенные и нуждаются в корректиров¬
ке в зависимости от типа отливок.На ^рафитшацию чугуна влияет также скорость охлаждения,
которая зависит от толщины стенки кокиля (прямая зависимость)
и от толщины стенки отливки (обратная зависимость).На основании многолетнего опыта производства отливок в ко¬
килях можна рекомендовать следующие соотношения толщины 62
стенок кокиля и отливки б(:мм . . . .	10	15	30	50	Св. 50«г, мм .... 25	30	40	60	60-80Следует также иметь в виду, что скорость охлаждения нерав¬
номерна' по сечению отливки: в углах она больше, так кдо здесь
на единицу площади поверхности приходится наименьшая масса
металла.Влияет на глубину отбела и температура формы. Чем выше
температура формы перед заливкой, тем меньше глубина отбелен¬
ного слоя. Практически температура нагрева формы перед залив¬
кой должна быть в пределах 150—350°С.В кокилях можно отливать простые, без утолщений, выступов
и резких углов стальные детали. Технологический процесс изготов¬
ления стальных отливок в кокилях не отличается от. процесса по¬
лучения чугунных отливок.' Различие состоит лишь в иных соста¬
вах защитных покрытий и в температурных режимах. Температура
заливки стали 1500—1540°С, температура нагрева кокиля 150—
300°С. Перегрев формы в процессе работы приводит к быстрому
ее изнашиванию и к получению отливок с низкими показателями
механщцзфеих свойств.Чтобы предупредить образование больших внутренних напря¬
жений и трещин в тонкостенных отливках и в отливках со стенка¬
ми разной толщины, рекомендуется извлекать их из кокиля при
высойой температуре (.950— 1000°С) и сразу помещать в колодец с
температурой 700—800°С для медленного охлаждения.17Р
Получение отливок из цветных сплавов. Ко¬
киль подготовляют к заливке обычным способом. Очень важно
правильно подобрать температурный режим заливки, при котором
форма хорошо заполняется расплавом и газы успевают выйти из-
формы. При слишком низкой температуре заливки форма "'Плохо,
заполняется; при чрезмерно высокой температуре в отливке появ¬
ляется Пористость, неровность на поверхности и в целом ухудша¬
ются механическе свойства вследствие образования крупнозернис¬
той структуры. На основании практических данных можно реко¬
мендовать для разных сплавов следующие температуры заливки:
для алюминиевых 700—750Х; для оловянных и свинцовых 350—
450°С; для цинковых 450—550°С; для магниевых (в зависимости
от конфигурации и толщины стенки) 7,15—740°С; для оловянных
бронз 1150—1200°С.Перед заливкой рабочую поверхность кокиля следует припуд¬
рить белым прокаленным Тальком, если кокиль заливается алю¬
миниевым сплавом, и обязательно покрыть серым цветом, если ко¬
киль заливается магниевым сплавом. Струя жидкого магниевого
сплава должна быть изолирована от атмосферы, для чего приме¬
няют серный цвет.Алюминиевые и магниевые сплавы заливают обычно через ще¬
левые питатели. Литниковая система должна обеспечивать спокой¬
ное движение металла в форме и вытеснение из формы воздуха, не
препятствовать усадке сплава при затвердевании.Для питания наиболее толстых мест отливки необходимы при¬
были, размеры которых во многих случаях приходится увеличи¬
вать по сравнению с литвем в разовые формы. Чтобы замедлить-
отвод теплоты от прибыли, в некоторых случаях следует место в
кокиле вокруг прибыли покрывать асбестом.В отливках, полученных в кокиле, дефекты встречаются значи¬
тельно реже, чем в отливках, Полученных в песчаной форме, и, как
правило, они возникают вследствие неудачной конструкции коки¬
ля, плохой вентиляции или при нарушениях технологического про¬
цесса. Газовые раковины, вскипы появляются при заливке распла¬
ва в холодный или перегретый кокиль, или в такой кокиль (осо¬
бенно чугунный), в котором начался процесс разрушения. На ра¬
бочей поверхности такого кокиля появляются микротрещины — так
называемая сетка разгара. В трещины проникают газы,- окисляя
поверхности их и завершая процесс разрушения. Кокиль С'призна¬
ками сетки разгара должен быть изъят из производств.Механизация литья. При разработке-технологического процес¬
са изготовления отливок в кокиле одновременно решается вопрос
о степени механизации процесса. Следует учитывать, что для круп¬
ных отливок сложной конфигурации, требующих сложных поверх¬
ностей разъема и большого числа металлических стержней, извле¬
каемых из кокиля в различных направлениях, рекомендуется при¬
менение механизированных установок с программным управлени¬
ем. Для более простых но конфигурации отливок применяют меха-^
визированные станки с пневматическим или гидравлическим при-179
Є'*0.*,?' / 0
#*•*• і»* о. о ;о.*.<J **;* »°#* >L • \*>77//}/тгт мuo
водом, а в условиях массового производства — карусельные уста¬
новки, конвейеры и автоматические линии, на которых механизи¬
рованы операции открывания и закрывания кокилей, оборки, за¬
ливки, удаления отливок и нанесения покрытия на ко кили. Коки-
ли устанавливают на многопозиционных карусельных машинах,
конвейерных установках, полуавтоматических и автоматических
линиях.В'качестве примера рассмотрим карусельную кокильную маши¬
ну, разработанную в ВНИИлитмаше (рис. 143). Эта машина
предназначена для получения мелких отливок из алюминиевого
сплава в миогогнездном кокиле. Вокруг вертиалыюй колонны 1
вращается стол 2, на котором установлены шесть кокилей 3. Коки¬
лю последовательно' проходят операции: подготовки, заливки рас¬
плавом, выдержки отливок, удаления отливок, охлаждения коки-1
ля и установки (при необходимости) стержней в кокиль.Тепловой режим кокиля контролируется с помощью термопар,
вмонтированных в него. Термопары управляют заслонкой воздухо¬
провода 4, Подающего воздух на. поверхность кокиля для его ох¬
лаждения. Это устройство позволяет поддерживать температуру
кокиля в заданных пределах. Производительность машины 75. от-
ливок/ч.Автоматические линии дают особенно высокий экономический
эффект. Как уже отмечалось, стойкость кокиля может быть увели¬
чена, в несколько раз путем .применения специальных термоизоли¬
рующих покрытий. Автоматизировать операцию нанесения покры¬
тий (облицовки) можно, использовав для этого пескодувный агре¬
гат, а в качестве облицовочного слоя- можно с успехом применять181
ГТС или ХТС; таким образом изготовляют облицованные ко-
кили.Процесс облицовки кокилей производится следующим образом
(рис. 144). В пространство между рабочими поверхностями кокиля
й металлической модели отливки пескодувной головкой вдувается
плакированная песчано-смоляная смесь (обычно на пульвербаке-
лите). При нагреве до 200—220°С смесь упрочняется и образуется
теплоизолирующая корочка толщиной 3—5 мм (в зависимости от
массы отливки). Для отделения модели от облицовочного слоя по¬
верхность модели покрывают разделительным составом (раство¬
ром термостойкого каучука в уайт-спирите). Отверстия и полости в
отливках выполняют с помощью песчаных или оболочковых стерж¬
ней.В СССР работают автоматические линии литья в облицованные
кокили. Рассмотрим автоматическую линию (рис. 145), которая
предназначена для получения коленчатых валов двигателей внут¬
реннего сгорания. На линии выполняются следующие технологиче¬
ские операции^ нанесение термоизоляционного покрытия, сборка,,
заливка, затвердевание отливок, разборка форм, выбивка отливок*
очистк» и охлаждение кокилей.Линия состоит из отдельных участков, имеющих независимое
уравление. Связь между участками осуществляется с помощью
приводных роликоЪых конвейеров-накопцтелей. На участке нане¬
сения покрытий находятся: манипулятор загрузки, подъемник, ка¬
русельный пескодувный агрегат 1, манипулятор съема 2 и подъ¬
емник съема полуформ. Кокиль по возвратному роликовому кон¬
вейеру подается до упора. Затем подъемником и манипулятором
загрузки он подается под пескодувную головку. На подъемных сто¬
лах четырехпознционного пескоДувного агрегата смонтированы
модели верха и низа. Стол, поднимаясь, прижимает кокиль к пес¬
кодувным соплам. Происходит надув смеси в зазор между кокилем
и моделью. Манипулятор отходит в сторону, и стол с моделью If
кокилем опускается. Отверждение облицовки происходит на 1—III
позициях; йа позиции IV происходит протяжка модели из кокиля,
затем кокиль манипулятором съема перемещается к роликовому
конвейеру, переворачиваясь на 180°С. Роликовым конвейером он
доставляется на участок сборки. Участок сборки состоит из мани¬
пулятора сборки 4, механизма поворота кокиля и приводного ро¬
ликового конвейера 3. С помощью этих механизмов половинки ко¬
киля спариваются, и собранный кокиль поступает на участок за¬
ливки.На участке заливки 5 зажимное устройство скрепляет поло¬
винки кокиля и автоматически производится заливка.Участок разборки 6 кокилей состоит из подъемного стола,
толкателя, манипуляторов разборки и прошивки верха и низа,
приводного роликового конвейера, приемного стола, стаскивателя,
механизма скалывания облицовки. -Здесь же происходят затверде¬
вание отливки, кантовка кокиля, извлечение отливки, прошивка
вдувных отверстий, обратная кантовка кокиля.182
183
Отливки и остатки облицовочного слоя попадают на склад и
отправляются с участка. Кокили, возвращаясь к исходной пози¬
ции, предварительно очищаются от остатков облицовочного слоя
вращающимися щетками и проходят через охладительную камеру,
где охлаждаются эмульсией. Производительность линии До 40
форм/ч.§ 2. ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕЦентробежный способ литья заключается в том, что
расплав заливается во вращающуюся форму, чаще всего металли¬
ческую, а в некоторых случаях изготовленную из формовочной
смеси облнцова-нную стержнями. Под действием центробежной
силы форма заполняется расплавом и: при затвердевании его обра¬
зуется отливка. Благодаря действию центробежной силы из рас¬
плава удаляются различные неметаллические включения (пузырь¬
ки воздуха, шлак и т. д.), которые^ будучи значительно легче ме¬
талла, сосредоточиваются у внутренней поверхности и потом уда¬
ляются при обработке резанием отливки, для чего припуск на об¬
работку на внутреннюю поверхность назначается больше, чем на
наружную.Форма может вращаться «вокруг вертикальной, горизонтальной
и наклонной осей (рис. 146).Горизонтальная или слегка наклонная ось вращения формы
применяется для большинства простых отливок (втулки, кольца,
т. д.), вертикальная ось вращения — для фасонных изделий, для
втулок небольшой высоты.	_Центробежный способ литья' осуществляется по двум схемам.
По первой центробежную силу используют для образования полос¬
ти отливки, которая приобретает форму цилиндра. Ось отливки
совпадает с осью вращения формы. Таким образом, получаются
отливки цилиндрической формы с отверстием заданного диаметра
(втулки, трубы). Вторую схему — центрифугирование — применя¬
ют значительно реже, Центробежную силу используют только для
заполнения формы расплавом и кристаллизации металла. Вся от¬
ливка оформляется самой формой, обычно изготовленной из фор¬Рис. 146. Центробежные установки с вертикальной (а), горизонтальной (б)
осью вращения и для литья центрифугированием (в)6)в)184
мовочной смеси или оболочковой (керамической). Таким способом
можно отливать различные фасонные детали (рис. 146, в). ,Методы расчета частоты вращения формы. Центробежная сила
влияет на кристаллизацию металла, способствуя получению плот¬
ной отливки, что особенно важно для таких сплавов, в которых
усадка проявляется в виде рассредоточенных мелких раковин, по¬
ристости (например, в оловянных бронзах).Центробежную силу, действующую на металл в форме, опреде¬
ляют по формулеР—тгш2,где т — масса расплава; г —радиус тела вращения (отливки);
<о — угловая скорость, ы=яп/30; п — частота вращения.Частоту вращения формы выбирают в зависимости от размеров
отливки и типа сплава, из которого ее отливают, от. положения оси
вращения. При соотношении наружного о и внутреннего rt радиу¬
сов отливки Г[/Г2= 1,15f частоту вращения формы можно определить
по формулеn=k0j(v г-60),где k0 — коэффициент, значения которого приведены в табл. 24.JI. С. Константинов установил экспериментально, что высокое
качество отливок из всех сплавов может быть достигнуто в том
случае, если центробежная сила, действующая на расплав, такова,
что эффективная плотность металла (плотность в поле действия
центробежных сил) равна5=рхи2г1=340 г/см3,где р — плотность металла, г/см3; со —угловая скорость формы;
Т\—радиус отливки.Рекомендуется частоту вращения определять по формуле«=5520/ V р/"г»где 5520 —коэффициент, постоянный для всех сплавав; г2 —внут¬
ренний радиус отливки.Формула не учитывает влияния толщины стенки отливки, что
для отливок с малой толщиной стенки не имеет существенного зна-Таблица 24. Значения коэффициента А0СплавПлотность,г/см*Положение оси
вращения формыОтливкаЧугун
» .Сталь
Бронза .Алюминие¬вый7.27.2
7,85
8,43,10—3,65Г оризонтальное
Вертикальное
Г оризонтальное
вертикальноеГоризонтальное1800—25002470—30002150—273034002600—3500Трубы, втулки
ВтулкиПолые отливки
Кольца, втулки, вкла¬
дыши подшипников
Трубы, втулки185
чения. Более важно это для тол¬
стостенных отливок, так как цен¬
тробежная сила на наружной по¬
верхности отливки достигает зна¬
чения, при котором может про¬
изойти разрыв прилегающей к из-,
ложнице (форме) корки затвер¬
девшего металла, вследствие че¬
го образуются продольные трещи¬
ны. Следовательно, при большой
толщине стенок отливки в про¬
цессе литья необходимо изменить
частоту вращения. Начинают за¬
ливать форму при небольшой час¬
тоте вращения, а затем по мере заполнения формы и увеличения
толщины стенки отАшки частоту вращения увеличивают.При центробежном литье фасонных отливок частоту вращения
назначают таким образом, чтобы форма хорошо заполнялась и
четко воспроизводились контуры отливки. Опытным путем установ¬
лено, тго качество отливки получается наилучшим, если окружная
скорость v точки отливки, наиболее удаленной от оси вращения,
составляет 3—5 м/с. Частоту врагцейия формы в этом случае мож¬
но определить по формулея=v -30/ (яг),где г — расстояние от оси вращения до точки отливки, наиболее
удаленной от оси, м.Пример. Определить частоту вращения формы при изготовлении отливки
на центробежной машине с вертикальной осью вращения (рис. 147). Принимаем
окружную скорость 5 м/с, а расстояние от оси вращения до наиболее удаленной
точки отливки равным 0,2 м. Подставляя в формулу эти значения, находимя=5-30/(3,14-0,2) =254 об/мин.Формы для центробежного литья. На практике применяют фор¬
мы двух основных типов (рис. 148): металлические необлицован-
ные и песчаные, облицованные различными составами. Необлицо-
ванные формы быстро отводят теплоту от расплава, и поэто¬
му в затвердевающей отливке уменьшается ликвация, измельчает¬
ся зерно. При изготовлении отливок из цветных сплавов такие
формы выдерживают до нескольких тысяч заливок, а при литье
чугуна и стали — несколько сотен заливок.	,Для увеличения стойкости и долговечности формы ее охлажда¬
ют водой или воздухом (см. рис. 148). В зависимости от интенсив¬
ности охлаждения различают слабоохлаждаемые и сильноохлаж-
даемые формы. Охлаждение осуществляется несколькими спосо¬
бами: циркуляцией воды По каналам формы, разбрызгиванием во¬
ды (душем), погружением формы в ванну и др.Формы могут быть однослойными, двухслойными, трехслойны¬
ми. Однослойные формы работают без принудительного охлажде-Рис. 147. К расчету частоты враще¬
ния формы при изготовлении отли¬
вок на центробежной машине с вер¬
тикальной осью вращения186
ВодаРис. 1,48. Формы (изложницы) для'центробежного литья:
а, б — металлические; в — футерованные песчано-глнвнстой смесьюния при литье цветных сплавов, в процессеработы они нагревают¬
ся, поэтому периодически охлаждаются водой или воздухом. Неох-
лаждаемые или слабоохлаждаемые формы называют горячими.Двух- и трехслойные формы имеют внутреннюю гильзу и на¬
ружную обойму, в зазор, между которыми подается воздух или во¬
да (рис. 148, а, б). Цилиндрические формы (изложницы) применя¬
ют для литья чугунных водопроводных и канализационных труб.При литье тел вращения со,сложным наружным контуром (на¬
пример, втулки, трубы с фланцами) создаются затруднения для
усадки в осевом направлении; в этом случае-применяют облицо¬
ванные (футерованные) изложницы. Футеруют изложницы песча¬
но-глинистыми или песчано-смоляными смесями, а также сухими
теплоизоляционными покрытиями (рис. 148, в). Такие изложницы
износостойки, но при этом уменьшается скорость охлаждения за¬
ливаемого металла, ухудшается качество поверхности отливки.Короткие изложницы футеруют песчано-глинистой смесью
обычно методом накатки, а длинные, например, для труб, На пуан-
соНошнековой машине или вибрацией.Сухие теплоизоляционные покрытия наносятся на поверхность
тонким слоем при вращении изложницы с постоянной скоростью.
Материал покрытия вводится узким совком и распределяется1І7
Рис. 149. Центробежная машина с верти¬
кальной осью вращения -по поверхности формы,
удерживаясь центробежной
силой. В качестве таких по¬
крытий при литье чугуна и
стали применяют кварцевый
песок, фосфоритную муку;
они значительно повышают
стойкость изложниц. Напри¬
мер, при отливке чугунных
втулок диаметром 100 мм,
толщиной стенки 1 O'—12 мм
стойкость изложниц, имею¬
щих сухое теплоизоляцион¬
ное покрытие, достигает 3500
отливок.Машины для центробеж¬
ного литья, как уже отмеча-
'	лось могут иметь горизон¬тальную или вертикальную ось вращения. В центробежных маши¬
нах с вертикальной осью вращения получаются отливки кольцеоб¬
разной формы (небольшой высоты и фасонные отливки. При верти¬
кальной оси вращения свободная поверхность жидкости образует
параболоид вращения,результате чего отливка получается разно-
стенной. В случае небольшой высоты отливки разностенность не
выходит за пределы припуска-йа обработку резанием.На практике больше применяют машины с горизонтальной
осью вращения. В этом случае разностенность появляется только
при жидком состоянии залитого в форму металла. Свободная ци¬
линдрическая поверхность расплава имеет ось, смещенную относи¬
тельно оси вращения формы на некоторую величину, зависящую
от частоты вращения формы. В процессе затвердевания металла
эксцентричность исчезает, и отливка получается равностенная.На рис. 149 приведена схема машины с вертикальной осью
вращения для изготовления фасонных отливок. На станине 1 ма¬
шины укреплен шпиндель 2, приводимый во вращение электродви¬
гателем 3 через клиноременную передачу 4. На шпинделе смонти¬
рован стод 5, на котором устанавливается форма 6. Чтобы брызги
жидкого металла не попали на работающих, машина помещается
в кессоне, который закрывается плитой 7. Машина с вертикальной
осью вращения должна иметь хорошо сбалансированный стол, а
форма должна быть прочно укреплена на столе.Машины с горизонтальной осью вращения бывают двух типов:
'шпиндельные и роликовые. Шпиндельные машины применяют для
изготовления коротких отливок (втулок, колец, гильз); ролико¬
вые— для литья длинных изделий (труб).На рис. 150 показана шпиндельная центробежная машина. На
концах горизонтального вала 1 укрейлены на резьбе (с заходом,
обратным вращению) стальные изложницы 6. Каждая изложни-188
189Рис. 150. Шпиндельная центробежная машина
да находится внутри защитного кожуха 5. Вал в подшипниках
•8 вращает-ся от электродвигателя 7 через ременную передачу 9.
Обе изложницы можно заливать расплавом одновременно. Перед
заливкой в изложницу вставляют сменную чугунную гильзу 2.
Чтобы гильза хорошо извлекалась из изложницы, а отливка — из
гильзы, наружная и внутренняя поверхности гильзы имеют крнус-
ность. Для жесткости на наружной поверхности гильзы предусмот¬
рены ребра. После установки гильзы изложница закрывается чу¬
гунной крышкой 4 с отверстием. Крышка прижимается к изложни¬
це центробежными зажимами 10. Заливка начинается после вклю¬
чения машины. Внутрь изложницы через отверстие в крышке вхо¬
дит желоб 3, по которому раплав поступает в форму.На роликовых машинах изложница устанавливается на роли¬
ках, один из которых приводится во вращение от электродвигате¬
ля через ременную передачу (см. рис. 148, в) .Технологический процесс изготовления отливок в центробеж¬
ных машинах состоит из следующих операций.1.	Подготовка формы. Перед заливкой расплава форму тща¬
тельно очищают от остатков теплоизолирующего состава и покры¬
тия сжатым воздухом или щеткой. После этого форму нагревают
до температуры 150—200°С.2.	Нанесение покрытия. Если форма окрашивается, то слой по¬
крытия наносят кистью или пульверизатором. Если форма покры¬
вается теплоизоляционным слоем, ее.закрывают крышкой, включа¬
ют электродвигатель машины, приводят во вращение и совком на¬
носят на нее слой покрытия.3.	Заливка изложницы расплавом. Перед заливкой желоб на¬
зревают и вводят во вращающуюся изложницу. Заливают расплав,
не прерывая струю. Изложница вращается до тех пор, пока отлив¬
ка не затвердеет полностью. Затем машину выключают, изложни¬
ца останавливается, открывают крышку и извлекают отливку из
изложницы. После этого цикл повторяется.Дозировка металла осуществляется: по массе — ковш взвеши¬
вают в период заливки и по изменению массы судят о количестве
залитого расплава; по объему — применяют мерные ковши, рас¬
считанные на определенный объем; переливом — что па сути дела
также является дозировкой по объему; специальными устройст¬
вами.'"Особенности литья различных сплавов. Литье серого чу¬
гуна. Йтулюи и маслоты из чугуна отливают на шпиндельных и
роликовых машинах в формах,, покрытых теплоизоляционным сло¬
ем или футерованных формовочной смесью. Толщину теплоизоля¬
ционного покрытия сухой футеровки назначают в зависимости от
толщины стенки отливаемой втулки:Толщина стенки, мм ... . Др 10 1№—15 15—20 Св. 20
Толщина теплоизоляционногопокрытия 		 1,5	2,5	4,0	5,0Сухая футеровка должна быть хорошо просушена и просеяна
через сита № 0063 и 005. Температура чугуна при заливке должна190
<5ыть не выше 1400°С, чтобы избежать пригар песка, усадочную
пористость и другие дефекты в отливках. Изложница должна вра¬
щаться до тех пор, пока температура отливки не снизится до
700°С. Для ускорения охлаждения форму можно обдувать сжатым
воздухом.Чтобы устранить отбел на торцах отливки, применяют крышки,
футерованные или облицованные.. Центробежная отливка труб производится в нефутерованных к
футерованных изложницах. При литье в нефутерованные излож¬
ницы поверхность отливок отбеливается, появляется хрупкость.
При литье в песчаные (футерованные) изложницы снижается про¬
изводительность прЪцесса, появляется необходимость в очистных
работах; формовке, приготовлении смеси и т. д. В связи с этик
трубы отливают обычно первым способом.Трубы, отлитые в нефутерованных формах, имеют отбеленную
поверхность твердостью НВ 580—640, 'поэтому их подвергают отжи¬
гу при температуре 950—960°С и выдержке 50 мин. После термо¬
обработки и очистки от окалины трубы асфальтируют в ваннах
при температуре 150°С, затем подвергают гидроиспытанию.JI и ї’ь е цветных сплавов. Отливки из медных и алю¬
миниевых сплавов, полученных центробежным способом, часто
имеют дефекты — мелкие спаи на поверхности, расслоевность, га¬
зовую'пористость, иногда трещины. Все эти дефекты появляются
вследствие неотработанного режима литья. Для цветных сплавов,
поверхность формы желательно покрывать специальным составом,
который защищает форму от изнашивания и облегчает извлече¬
ние из нее отлИвки. В качестве защитного покрытия можно приме¬
нять формовочное огнеупорное покрытие или ацетиленовую ко¬
поть.При литье во вращающиеся формы более резко проявляется
ликвация, вследствие чето получение деталей центробежным
способом из сплавов, имеющих склонность к ликвации, представ¬
ляет значительные трудности. Только тщательным подбором час¬
тоты вращения формы и скорости охлаждения расплава, завися¬
щей от температуры формы, температуры металла и толщины сте¬
нок отливки, можно обеспечить удовлетворительные результаты.
Химический состав металла по сечению отлнвки получается более
однородный при небольшой толщине стенки и малой частоте вра¬
щения формы.Для получения качественных отливок из медных сплавов, главт
Ным образом из бронзы, необходимо не допускать биения формы:
и редкого местного охлаждения отливки; расплав заливать струей
большого сечения и выдерживать его оптимальную температуру_
Установлено, что эта температура Ю00°С для бронзы БРАЖ9-4;
1020—1050°С для БрОФЛО-1; 1030°С для БрАМц9-2. Втулки сред¬
них размеров из медных сйлавов получают в формах без покрытия
или с покрытием ацетиленовой копотью, а также жирными смазоч¬
ными материалами. Втулки из оловянной бронзы лучше отливать-
в стальных изложницах; втулки из высокосвинцовых бронз для191
предупреждения ликвации по плотности следует отливать при мед¬
ленном вращении формы и малой интенсивности ее охлаждения
(литье намораживанием) или при большой частоте вращения
{800—1000 об/м«н), а также при интенсивном водяном охлаждении.Для отливок из оловянной бронзы изложницы хорошо натирать
графитом или наносить на них графитовое водное покрытие; пе¬
ред заливкой их следует нагревать до 200—250°€.§ 3. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМЛитье под давлением является одним из перспективных
способов получения фасонных заготовок. Сущность этого способа
■состоит в том, что расплав вводится в пресс-форму, обычно метал¬
лическую, под давлением. Это давление резко улучшает заполня-
■емость формы, т. е.'увеличивает жидкотекучесть металла, и отлив¬
ка с такой точностью воспроизводит все контуры формы, что необ¬
ходимость в обработке резанием заготовки полностью исключает¬
ся или сводится к минимуму: К преимуществам литья под давле¬
нием относится также высокое качество поверхности отливки, со¬
кращение производственного цикла, снижение трудоемкости и се¬
бестоимости отливок, улучшение условий труда, экономия дорогих
цветных сплавов (этот способ применяют в основном для цветных
сплавов).Наряду с преимуществами литье по давлением имеет и сущест¬
венные недостатки, главными из которых являются: высокая стои¬
мость оборудования и пресс-форм, что заставляет, применять этот
способ только для очень крупных серий отливок; возможность по¬
лучения отливок только из легкоплавких сплавов: алюминиевых,
магниевых, цинковых и также из латуней. Ведутся работы, по
внедрению этого способа для литья стали. •Для литья под давлением применяют специальные машины, на
которых выполняются основные технологические операции. На
рис. 151 представлена машина с горизонтальной холодной камерой
прессования. Пресс-форма, состоящая из подвижной и неподвиж¬
ной частей, закрепляется соответственно на подвижной 3 и непод¬
вижной 5-ллитах машины болтами или специальными скобами.Процесс литья начинается с подогрева пресс?формы, заливоч¬
ного стакана 6 и прессующего поршня 7, приводимого в движение
гидроцилиндром 8. Для этого в пресс-форму заливают два-три ра¬
за расплав, а полученные отливки затем переплавляются, так как
они имеют дефекты. Подогретая пресс-форма смазывается специ¬
альными смазочными материалами. Температура нагрева пресс-
формы зависит от заливаемого сплава: для цинкового 200°С, для
алюминиевого 160—180°С, для латуни 200—220°С. Затем включа¬
ется механизм запирания 2, приводимый в движение глдроцилинд-
ром 1, который перемещает подвижную* полуформу 4 и соединяет
ее с неподвижной половиной пресс-формы. После этого начинается
заливка; в прессовый стакан (рис. 152, а) заливается расплав,
включается- механизм запрессовки и поршень (рис. 152, б) вытес-192
Рис. 151. Машина для литья под давлением с горизонтальной холодной каме¬
рой прессования ,'ис. 152. Схема процесса литья под давлением:-прессующий поршень; 2—стакан; 3—рабочая полость пресс-формы; 4—тол ка тем; 5 сіцрж ?
i; S—матоица; 7—неподвижная плита; в—упор♦—1563	193
няет расплав в полость формы. После заливки металл выдержива¬
ют в форме до затвердевания* (несколько секунд), затем пресс-
форма раскрывается (рис. 152, в) и отливка выталкивается из нее
(рве. 152, г).	'Литьем под давлением можно изготовлять сложные точные от¬
ливки со стенками толщиной до 1 мм с шероховатостью поверхно¬
сти Ra=2,5-^0,63 мм, что позволяет получать отливки практически
не требующие обработки резанием. В отдельных случаях, когда
применяют обработку резанием, припуск назначают не более
0,8 мм.	,При литье под давлением отливка затвердевает очень быстро,
поэтому металл имеет мелкозернистую структуру и высокие меха¬
нические свойства. Однако в процессе заполнения преос-формы в
расплав может попасть воздух и вызвать газовую пористость в от¬
ливке, которая затрудняет термообработку и обработку резанием.
Такие дефекты полностью устраняются при применении вакууми-
рования полости пресс-формы.Существует несколько способов создания вакуума в полости
пресс-формы. Один'из них состоит в том, что пресс-форму заклю¬
чают^ герметичный кожух, из которого воздух удаляется вакуум¬
ными насосами, а затем в нее запрессовывается расплав. Вакууми-
рование полости преос-формы происходит в тот момент, когда
прессующий поршень перекроет заливочное отверстие в ста¬
кане.Известны и другие способы, позволяющие предупреждать появ¬
ление пористости. Это додпресеовка металла (анкурад-троцеюс)„
литье под давлением сплавов в твердо-жидком состоянии. Послед¬
ний способ применяют для получения сложных отливок. Так как'
металл запрессовывается в форму при сравнительно низкой темпе¬
ратуре (в интервале ликвидус — солидус), уменьшаются его усад¬
ка, а также износ камеры прессования и пресс-формы.Основные схемы процессов литья. Литье под давлением осу¬
ществляется несколькими способами.1.	Под небольшим давлением сжатого воздуха или инертного
газа (компрессорное литье) (рис. 153, а); таким способом отли¬
вают легкоплавкие сплавы: цинковые, свинцово-сурьмянистые,
оловянные. Сжатый воздух или инертный газ подается по трубо¬
проводу 1 в тигель 2 и давит «а расплав, вытесняя его до метал-
лопроводу 3 через мундштук 4 в пресс-форму 5.2.	Под давлением поршня (рис. 153,6), когда камера прессова¬
ния находится в расплаве (литье на машина* с горячей камерой
прессования); применяют для литья легкоплавких и магниевых
сплавов. В тигле 1 печи располагается камера прессования 2, из
которой плунжером 3 расплав запрессовывается в пресс-форму, а
при подъеме плунжера металл через отверстие 4 заливается в ка¬
меру прессования.3.	Под давлением поршня в холодной камере прессования. Спо¬
соб позволяет развить значительные усилия запрессовки и поэтому
наиболее распространен в практике производства отливок из лег-194
коплавких сплавов (цинковых, алюминиевых, магниевых, лату¬
ней). '	v4.	Под низким давлением (рис. 153, в). Сущность способа''со¬
стоит в том, что расплав из раздаточной печи 1 под давлением воз¬
духа или газа поднимается по металлопроводу 4 ,в форму 5 (обыч¬
но металлическую),’установленную на крышке 3 печи. После за¬
твердевания Отливки давление в тигле 2 уменьшают, выпуская
воздух или газ из установки в атмосферу. Остатки расплава из
металлопровода сливаются в тигель. Внутренняя полость отливки
выполйяется стержнем 6.Способ литья под низким давлением позволяет значительно со¬
кратить расход металла на литниковые системы, улучшить запол-
няемость формы и повысить плотность отливок. Под низким дав¬
лением можно заливать также обьічньїе песчано-глинистые формы,
комбинированные формы —> металлические с песчаными стерж¬
нями, КОКИЛИ.	-V'Развитие литья под давлением идет в двух направлениях: улуч¬
шение заполняемое™ формы и автоматизация процесса заливки
при получении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов; по¬
вышение плотности массивных отливок из легких цветных спла¬
вов, медных сплавов и стали.Конструкция пресс-форм. Качество пресс-формы в значитель¬
ной' мере определяет качество отливки, ее точность, чистоту по¬
верхности, наличие газовых и усадочных раковин и других дефек¬
тов. Пресс-формы — дорогостоящая технологическая оснастка,
требующая не только применения специальных сталей, но и точ¬
ной и чистой обработки деталей, а иногда и ручной их подгонки.При проектировании пресс-форм следует поверхность разъема
назначать с учетом усадки сплава; вследствие усадки отливка об¬
жимает выступающие части пресс-формы, стержни и отходит от7*195
Рис. 154. Пресс-форма для литья под давлением на машине с холодной камерой
сжатия	' істенок формы. От усадки металла зависит местонахождение отлив¬
ка в пресс-форме после ее раскрывания; она всегда находится в
той части формы, которая имеет большее число выступов, оформ¬
ляющих ее внутренние контуры и -поднутрения. В этой части пресс-
формы располагают устройства для удаления отливки.По плоскости разъема пресс-форма делится на две части (рис.
!54): неподвижную, условно называемую матрицей, и подвиж¬
ную— пуансон,. имеющий устройство для выталкивания отливки.
В матрице обычно оформляются наружные контуры отливки, а
пуансон оформляет внутренние ее очертания. Плита 22 матрицы
крепится к плите 25 и болтами 1 к неподвижной плите 2 машины.
Плита 25 надевается на выступающий фланец камеры ркатия 3.196
В плите матрицы закреплены литниковая втулка 5, в которую вхо¬
дит прессовый поршень. В матрицу 6 вставлен неподвижный стер¬
жень 7 и в него стержень 8, оформляющий отверстие.Промывняк £ служит для удаления загрязненного расплава и&
воздухоотводного канала В и соединительного канала А-Литниковая система состоит из прессосташа Г, подводящего
канала Е, питателя Д. Пуансон 9 закреплен в плите 21 пуансона
и на подкладной плите 20. В этой плите и плите 22 сделаны кана¬
лы, по которым циркулирует вода для охлаждения пресс-формы.
Плита 20 через стойки 19 крепится болтами 18 к плите 17 и под¬
вижной плите 16. Плита 17 через стойки 19 «решится болтами 18 к
плите 21 и подвижной-плите 16. Плита 17 и стойки 19 Образуют по¬
стамент. Для направления потока металла служит рассекатель 4.
Через пуансон проходят выталкиватели 11 и контрвыталкиватели.
Они крепятся между плитой 13. выталкивателей и плитой 14упоров.
Контрвыталкиватели возвращают плиты 13 и И в исходное поло¬
жение при сближении половинок форм, концы контрвыталкивате¬
лей входят в полость разъёма, а не в полость, оформляющую от¬
ливку. Отливка выталкивается при раскрытии пресс-формы н пе¬
ремещении подвижной ее части упором толкателя 15 в плиту, за¬
крепленную на Штоке запирающего цилиндра машины.,Подвижные и неподвижные части ареос-формы центрируются
четырьмя штырями 23 и втулками 24, закрепленными в плитах 21
и 22. Плиты 13 и 14 направляются .колонков 12, что также умень¬
шает износ выталкивателей. Для транспортирования и монтажа в
плиту .20 ввернуты рым-болты 10.Большое значение для получения качественной отливки имеет
точность изготовления пресс-формы, а это, в свою очередь, во мно¬
гом зависит от конструкции детали. При конструировании деталей,
предназначенных к изготовлению литьем, под давлением, необхо¬
димо учитывать специфику этого способа и стараться соблюдать
определенные положения. Отливка должна быть по возможности
равностенной. Толщина стенок Отливки из алюминиевых,, цинко¬
вых и медных сплавов должна быть в пределах 1,5—6 мм, магние¬
вых в пределах 1,5—5 мм; средняя толщина стенок 2—2,5 мм.
Необходимо предусматривать уклоны на отливках для леткого
удаления их из пресс-формы, а также в целях уменьшения в них
внутренних напряжений. Уклоны наружной поверхности могут
быть в пределах 0,5—1°, уклоны'внутренней поверхности в преде¬
лах 0,5—3°. Следует избегать в отливках ос,трых углов. Отверстия
диаметром меньше 1 мм и глубиной больше 12 мм на отливках вы¬
полнять не следует. Резьба в отверстиях может быть выполнена
литьем, если шаг ее не меньше 1 мм.Если в пресс-форме помещаются несколько отливок, то Необхо¬
димо, чтобы они имели приблизительно одинакрвую толщину сте¬
нок и металлоемкость. ,Рабочие части пресс-формы, соприкасающиеся с расплавом, ис¬
пытывают значительные термические напряжения, переменные по
знаку. Напряжения вызывают появление трещин вследствие тер-197
Таблица 25. Технологические режимы литья под давлениемСплавыДавление, кПа, для отливок
толщинойТемпература. °СГлубина
вентиляцн*
онного ка¬
нала, мыДО 3ммДОммпростыесложныеоченьсложкыёпростыесложныезаливкиподогревапресс-формыЦинковые2481634323441294412953936390—500120—1600,08—0,12Алюминие¬3432344129490335393663742590—700180—2200,1 —0,12выеМагниевые3262653936588396864578452600—680200—2400,1 —0,15Латунь5883968645784528825898065.850—960280—3200,15—0,2мической усталости материала; постепенно происходит «разгар»
этих частей формы. Поэтому матрицы, пуансон или сменные вкла¬
дыши, оформляющие рабочие полости, стержни, литниковые втул¬
ки изготовляют-из легированных сталей ЗХ2В8, 5ХНМ, а также из
стале# У8, У9. Плиты, колонки и другие мене,е ответственные час-
ти изготовляют из обычной конструкционной стали.Рабочие поверхности пресс-фомы подвергают сложной терми¬
ческой обработке. Стойкость пресс-форм при литье сплавов: цин¬
ковых 250000, алюминиевых 60000—200000, латуни 5000—10000
запрессовок.Если отливки классифицировать по конструкции и технологии
изготовления, т. е. применять методы групповой технологии, то
можно нормализовать основные детали прессіформьі, что значи¬
тельно снизят их стоимость. Длй групп деталей созданы универ¬
сальные формо.блоки, что уменьшает затраты на проектирование и
изготовление пресс-форм на 40—70%. При этих условиях рента¬
бельно изготовлять даже партии по 500—600 отливок.Технологические режимы литья под давлением назначают в за¬
висимости от сллава, конфигурации и размеров отливки, толщины
ее стенок. Практикой установлено, что наилучшее качество отли¬
вок из разных сплавов получается при режимах, приведенных в
табл. 25.Литниковые системы в зависимости от расположения
литникового хода по отношению к отливке делят на . три группы
(рис. 155): I—прямая (литниковый ход непосредственно соединя¬
ется с полостью формы); // — внутренняя (расплав подводитсяlJL-шРис. 155. Типы литниковых систем
198
Рис. 156. Выбор места подводя металла к отливкам различной конфигурации:
/^неправильно; //—правильновнутри контура, что позволяет уменьшить размеры формы; III —
внешняя (боковая).Литниковая система должна создавать максимально направ¬
ленное заполнение пресс-формы потоком расплава. Например, для
отливки, представленной на рис. 156, а, раоплав необходимо под*
водить к узкой стороне, чтобы воздух успел выйти из полости фор¬
мы. Для отливки типа пластины (рис. 156, б) с отверстием необхо¬
димо применять рассредоточенный подвод, чтобы избежать удара
расплава в стержень и привар отливки к стержню. В отливке типа
рамки (рис. 156, в) могут появиться пористость и несплавлёние
при неправильном подводе расплава. В месте столкновения пото¬
ков (рис. 156, г) может образоваться пористость в отливке. Если
отливка имеет отверстие, то следует подводить расплав так же,
как для отливки Типа рамки (рис. 156, д, е). Для отливок коробча¬
той формы (рис. 156, ж), высота которых H^D, при Подводе рас¬
плава в торцовую часть поток дважды резко изменяет направле¬
ние и заполнение данной части коробки ухудшается. Если H^D,
то подвод расплава, как и в предыдущем случае, не обеспечит за-199
Спорость впускаі г г г см3	15 12 10 8 7 6 5 м/сПлощадь сечения питателей
Рис. 157. Номограмма для определения сечения питателей
«полнения, поэтому лучше подводить расплав через дополнитель¬
ные коллекторы (рис. 156, э). .Расчет литниковой системы сводится к расчету поперечного се¬
чения питателей. Существует несколько способов расчета, основан¬
ных на практических рекомендациях по скоростям впуска распла¬
ва. Диапазоны скоростей впуска для алюминиевых сїілавов от
1,5—г-2 до 130—140 м/с. При скорости ваіуска до 15 м/с форма за¬
полняется почти сплощным потоком расплава, при этом воздух
успевает полностью удалиться из пресс-формы. При скорости впус¬
ка до 35 м/с поток раоплава образует с воздухом эмульсию, кото¬
рая затрудняет удаление воздуха из полости формы, однако позво¬
ляет получать отливки значительных размеров. Предпочтительны
скорости 40—50 м/с, при которых подвижность эмульсии довольно
большая и воздух успевает удалиться. Надо учитывать, что при
больших скоростях впуска расплава возможен привар его к пресс-
форме. Скорость впуска расплава —площадь сечения впускной
щели можно подобрать по номограмме (рис. 157).Пример. Для отливки из цижового сплава массой 600 г рекомендуется ско¬
рость впуска 10 м/с. На номограмме (см. рис. 157) проводим горизонталь от оси
«Zn-сплавы» до пересечения с наклонной прямой. Из полученной точки опускаем
перпендикуляр на ось абсцисс, по которой находим площадь сечения питателей —
около 50 мм2.	'§ 4. ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМСущность литья по выплавляемым моделям состоит в
том, что из специальных модельных составов, имеющих низкую
температуру плавления, изготовляют точные модели отливок с лит¬
никовой системой. Модели покрывают, огнеупорной керамической
суспензией в несколько слоев. Каждый такой слой обсыпают квар-200
1, 2—стержвн для ролученця соответственно осевых н боковых' отверстий; • 3, 4— толкагелн;
5, 7—рукоятхн; палец\цевым песком и подсушивают. Затем из. образовавшейся оболочки
модель удаляется растворением, выжиганием или выплавлением.
Получается точная неразъемная форма. Отсутствие разъема поз¬
воляет повысить точность отливок, а применение мелкозернистого
материала в огнеупорном покрытии улучшает чистоту поверхности.Оболочки заформовывают в металлических контейнерах, про¬
каливают и заливают расплавом. Этот метод применяют для полу-
чеНия сложных мелких отливок с минимальными припусками - на
обработку резанием, а также цельнолитых узлов машин, которые
при обычных способах обработки пришлось бы собирать из не¬
скольких деталей. Возможность получения отливок повышенной
тоЧяости и хорошей чистоты поверхности делает этот процесс осо¬
бенно перспективным для изготовления отливок из тугоплавких
сплавов или из сплавов, трудно поддающихся обработке резанием.Технологический процесс изготовления отливок по выплавляе¬
мым моделям состоит из нескольких этапов.Изготовление пресс-формы. Для получения легкоплавкой моде¬
ли пресс-форму можно изготовлять обработкой резанием (рис.
158) или литьем с последующей доводкой. Предварительно выпол¬
няют чертежи общих видов пресс-формы и каждой ее детали.
В большинстве случаев конструкция пресс-формы получается
сложной, состоящей из нескольких частей, подвижно соединенных201
между собой. Для извлечения модели в пресс-форме предусматри¬
вают специальные толкатели. Расположение и размеры толкателей
должны обеспечить извлечение модели из пресс-формы без пере¬
косов и поломок.Пресс-формы изготовляют из сталей СтЗ и 45, алюминиевых
сплавов, свинцово-сурьмяных сплавов, гипса, эпоксидных смол
ЭД5 и ЭМ6, резиньк Материал для пресс-формы выбирают в зави¬
симости от необходимого числа моделей и принятой технологии из¬
готовления. Пресс-формы, изготовленные из стали, выдерживают,
более 100 ООО съемов моделей, из цинково-алюминиево-медных
сплавов — до 50000.Приготовление модельного состава. В качестве исходных ма¬
териалов используют парафин, стеарин, церезин, буроугольный
воск, торфяной битум, жирные кислоты, озокери? и т. д. Модель¬
ные составы должны иметь определенные свойства: температуру
плавления 60—100°С; температуру начала размягчения выше тем¬
пературы рабочего помещения и не ниже 35—45°С; минимальную
и стабильную линейную усадку, а также минимальный объем и ли¬
нейное расширение; хорошую жидкотекучесть; прочность и твер¬
дость? необходимые для предохранения поверхности моделей от
Повреждения; минимальную зольность и непріилипаемость к рукам,
пресс-формам, инструменту; химическую инертность по отношению
к материалам пресс-форм и покрытий; не выделять вредных паров
при нагреве и сгорания; возможность многократного использова¬
ния; хорошую смачиваемость облицовочным составом.На практике широко применяют модельные составы: ПС 50-50
(50% парафина, 50% стеарина), ПС 70-30 (70% парафина, 30%
стеарина), ПЖК 50-50.(50% парафина, 50% жирной кислоты) и др.
Основные свойства перечисленных модельных составов приведены
в табл. 26.Составы ПС 70-30, ПС 50-50 рекомендуется применять для изго¬
товления более точных моделей.Модельные составы приготовляют в специальных термостатах
■и установках, включающих плавильные агрегаты, обогреваемые
горячей водой,' где все компоненты расплавляются. Технологичес¬
кий процесс приготовления модельного состава зависит от входя¬
щих в него компонентов.Перед загрузкой куски исходных материалов тщательно очища¬
ют от загрязнений, раздробляют, отвешивают требуемое количест-Таблица 26. Технологические и механические свойства
модельных составовМодельныйсоставЛитейная
усадка при 20°С,
%Температура за¬
прессовки состава
в. форму. °СПредел ПРОЧНОСТИ
при изгибе при
20’С. кПаПС 50-500,6—0,842—431961—2157ПС 70-300,5—0,742—431765—1961ПЖК 50-500,6—0,846—48, 2353—2549 .202
во и загружают в бак агрега¬
та. Расплавленный модельный
состав, нагретый до ВО—85е С,
перемешивают и затем выдер¬
живают в течение 15—20 мин
для осаждения загрязнений.Расплавленную массу фильтру¬
ют, сливают в чистый сосуд и
перемешивают до пастообраз¬
ного состояния. Паста охлаж¬
дается и по достижении темпе¬
ратуры 42—45° С ее передают
на участок изготовления моде¬
лей.На рис. 159 представлен
термостат с водяным обогре¬
вом. Рабочий бак 1 термостата
находится в резервуаре 2, за¬
полненном теплопередающей
жидкостью (водой). Боковая
поверхность и дно резервуара
обогреваются электрической
спиралью 3. В рабочий бак.
вмонтированы обогреваемые
краны 4 и 5 для выпуска гото¬
вого модельного состава.испуека загрязненного остатка, Рнс ,59 т остат с водяным обогре.
осевшего на дно: Кран 6 слу- вом
жит для йыпуска воды. Темпе¬
ратура модельного состава и теплопередающей жидкости Контроли¬
руется двумя термометрами 7, установленными в крышке бака 8.
В мешалках состав перемешивается в течение 30 мин до пастооб¬
разного состояния и насыщается воздухом, что необходимо для
уменьшения усадки модельного состава. Готовый модельный со¬
став поступает в сборник, откуда подается для изготовления мо¬
делей.Для приготовления модельного состава в большом количестве
можно использовать установку, изображенную на рис. 160. Уста¬
новка состоит из отдельных агрегатов, соединенных между собой
трубопроводами. Возврат модельного состава, выплавленный из
модельных блоков, поступает в сборник 1. Центробежным насосом2	состав подается в плавильный агрегат 3. Сюда же периодически
доставляется свежий материал. Центробежный насос 9 подает мо¬
дельный состав в отстойник 4. Отстоявшийся модельный состав
поступает по трубопроводу к одной из четырех мешалок 5, находя¬
щихся в баке 6, где циркулирует вода, подогретая до 45°С. Каж¬
дая мешалка имеет свой электродвигатель 8. Из мешалок пасто¬
образный модельный состав поступает в копильник 7, из которого
насосом подается ло обогреваемому трубопроводу к прессам.203
Изготовление моделей. Легкоплавкие модели изготовляют в
преос-формах, внутренняя полость которых заполняется модель¬
ным составом. Процесс изготовления моделей включает следую¬
щие операций: подготовку пресс-формы, запрессовку в нее модель¬
ного состава, охлаждение состава в пресс-форме, извлечение
модели. Подготовка состоит в том, что рабочая поверхность пресс-
формы очищается от модельного состава и смазывается. Запрес¬
совка модельного состава выполняется с помощью специальных
прессов и шприцев.В условиях поточно-массового производства применяют уста¬
новки, на которых все операции, начиная от приготовления мо¬
дельной маосы до запрессовки и охлаждения готовой модели, про¬
изводятся автоматически. Такая установка приведена на рис. 161.СжатыйРис. 161. Автоматическая установка для пригртовления модельной массы и из¬
готовления моделей204
Модельная масса 1 укладывается в баке на обогреваемые ВоДОІ
трубки 2, плавится и через фильтр 3 стекает в бак 4, откуда насо¬
сом 5 перекачивается в бак 6. Отмеренное количество модельной
массы переливается в бак 9 при закрытом клапане 7. Вентиль 8
•предназначен для слива остатка модельной массы. В . баке Р, мо¬
дельная масса достигает необходимой температуры и консистен-
щии и перегоняется в раздаточный бак, откуда насосом 10 подается
ж прессу 11 для запрессовки в пресс-формы 12, установленные на
жару-сели,- Пресс-формы охлаждаются водой. После затвердевания
модельной массы пресс-форма автоматически раскрывается я мо¬
дель 14 выталкивается в ванну 13 с водой.После полного охлаждения модели контролируют — они не
должны иметь трещин, воздушных раковин, коробления, заусен¬
цев. Затем модели собирают в модельные блоки: несколько моде¬
лей присоединяют к одной литниковой системе и образуется блок
моделей (елка).В единичном и мелкосерийном производстве модели прилаива-
зот к стояку, изгЬтовленному из модельной массы, нагретой плас¬
тинкой. В условиях массового производства модель изготовляют
•вместе с питателем и элементом стояка в виде кольца. Таким об¬
разом, получаются модельные блоки, которые затем собирают на
специальном каркасе (рис. 162). Каркас состоит из трубки 6, внут¬
ри которой находится стержень 4 с пружиной _5. Стержень втяги¬
вается пружиной в трубу. Перед сборкой каркас надевается на ме¬
таллическую трубку 9, затем надевается модель воронки 8 и сек¬
ции модельных блоков 7. Нажимают на каркас, при этом сжимает¬
ся пружина и стержень с поперечной шпилькой 2 выходит из тру-
«бы. На этот стержень надевают металлический колпачок 7, пЬкры-
тый модельной массой 3, и поворачивают каркас на 90°. После
прекращения сжатия пружины шпилька заходит в паз колпачка и
■секции моделей плотно соединяются в единый блок. Затем на
этот блок наносится огнеупорное покрытие.Покрытие моделей огнеупорной оболочкой. Огнеупорная обо¬
лочка должна быть достаточно прочной, пЬдатливой, газопрони¬
цаемой, химически инертной по отношению к металлу и легко раз¬
рушаться после затвердевания отливки.	гОгнеупЬрную оболочку приготовляют из гидролизоранного ра¬
створа этилсиликат'а и огнеупорного пылевидного наполнителя.Этилсиликат — сложное химическое соединение, основой кбто-
рого является эфир ортокремниевой кислоты, содержащей 28—45%
Si02. Для придания вяжущих свойств технический этилсиликат
(CzHsOhSi подвергают гидролизу в среде растворителя и в.'при¬
сутствии катализатора. Гидролиз проводят в водной среде. Этил¬
силикат в воде нерастворим, поэтому .необходимо подобрать к нему
я воДе общий растворитель.. В качестве растворителя используют
технический ацетон, эфироальдегидную фракцию (ЭАФ) или эти¬
ловый спирт О2Н5ОН. Чаще применяют спирт. В качестве катали¬
затора используют химически чистую или техническую соляную»
«ислоту, а в качестве наполнителя — искусственный или природ-205
ный пылевидный кварц. Для огнеупорного покрытия применяют
■песок марок ПК-1, ПК-2, ПК-3.Гидролизованиый раствор этилсиликата приготовляют в специ¬
альном гидролизаторе, который состоит из двух цилиндрических
резервуаров, вставленных один в другой. Внутренний резервуар
служит для смешивания этилсиликата и спирта. В наружном ре¬
зервуаре находится охлаждающая вода. Для перемешивания смеси
установлена мешалка пропеллерного типа.Гидролизованный раствор этилсиликата приготовляют следую¬
щим образом. В смеситель загружают необходимое количество
этилсиликата и через 1—2 мин загружают пылевидный кварц.
Смесь перемешивается в течение 3—5 мин до исчезновения ком¬
ков, затем в нее заливается раствор соляной кислоты в воде. Все
перемешивается в течение 1 ч; при этом между компонентами про¬
текает реакция(QjHgOk Si+4Н20 — 4С2Н5ОН + H4Si04.Образовавшаяся в результате этой реакции ортокремниевая2fHi
кислота Н4$Ю4 распадается с выделением геля 2H<j0-Si02, кото¬
рый и является связующим материалом огнеупорного покрытия.Для получения 1 кг раствора берется 600 г этилсиликата, 300 г
спирта-ректификата и 100 г воды, содержащей 0,3—0,7% соляной
кислоты. Количество пылевидного кварца ('прокаленного при
900°С) колеблется от 70 до 75% по отношению к массе раствора
в зависимости от конфигурации и размеров моделей. >В условиях поточно-массового производства (с большим объ¬
емом) применяют совмещенный способ гидролиза. Он заключается
в том, что наполнитель н другие составляющие вводят в этилсили-
хат одновременно. В бак Заливают расчетное количество этилс&ли-
ката, растворителя и H2SO4, перемешивают и через 2 мин засыпа¬
ют пылевидный кварц. Затем добавляют воду, подкисленную НС1,
л проточной водой охлаждают бак. Перемешивают в течение 1 ч
л дают отстояться 40 мин. Дорогостоящий и дефицитный этилсили*
хат в ряде случаев может быть заменен жидким стеклом.Покрытия на модельный блок наносят путем погружения блока
в гидролизованный раствор этилсиликата с последующей обсып¬
кой его прокаленным песком. Операция нанесения огнеупорного
покрытия является наиболее трудоемкой. При большом объеме
производства применяют специальные установки для нанесеная й
лодсушки покрытия. Для обсыпки песком применяют специаль¬
ные пескосылы или автоматические установки для обмазхи и об¬
сыпки модельных блоков. Покрытие выполняют в три-четыре слоя.
Каждый слои должен подсушиваться 2—2,5 ч на воздухе. Чтобы
■сократить продолжительность суіїїки, применяют специальные ав¬
томатические установки, в которых блоки подсыхают за 20 мин в
среде аммиака (NH3). Это сокращает цикл изготовления отливок.Выплавление модельного состава можно осуществлять горячей
водой, острым паром или нагретым воздухом. Чаще всего приме¬
няют горячую воду (80—90°С). Установка для выплавления моде¬
лей представляет собой обогреваемый бак с водой. Модельные
блоки погружают в воду и выдерживают там несколько минут. За¬
тем их вынимают для удаления металлического стержня (стояка)
л снова погружают в^горячую воду для полного выплавления мо¬
дельного состава. Расплавленный модельный состав всплывает на
поверхность ванны и периодически счищается для нового исполь--
зования. По практическим данным возврат модельного состава при
выплавлении его водой достигает 95—98%.Возврат, прежде чем пустить в производство, восстанавливают
лутем кипячения в течение ~30 мин с 40%-ным раствором НС1.После извлечения из горячей ванны оболочки следует промыть
чистой водой для удаления остатков модельного состава, затем
высушить на воздухе в течение 8—10 ч или в специальных сушиль¬
ных шкафах в течение 1,5—2 ч при температуре 200°С.Формовка оболочек. Оболочки заформовывают в металлические
коробки-контейнеры. Оболочку ставят вертикально, - отвёрстиё
стояка закрывают крышкой и засыпают вокруг, сухим песком {рис.
163). Для большей устойчивости оболочек после формовки Да су¬26?
Рис. 163. Заформован-
дая оболочкахой песок следует положить слой глины.
Подготовленные таким образом формы по¬
мещают в печь и прокаливают в течение 2—3	ч при температуре 900° С.На автоматических линийх оболочхи об¬
жигают без опорного наполнителя с,после¬
дующей формовкой в горячем песке. На
рис. 164 показан агрегат обжига, заливки и
охлаждения. Оболочки устанавливаются на
подвески 1 конвейера, который транспорти¬
рует и£ через газовую печь 2 для обжига. У
выхода из печи оболочки погружаются в же¬
лоб заливочной карусели, заполненный го¬
рячим песком — «кипящий слой». При дальнейшем движении кон¬
вейера оболочки выходят из кипящего слоя заформованными. Про¬
изводится заливка. У входа в камеру охлаждения подвески с зали¬
тыми оболочками извлекаются из песка. Песок ссыпается в желоб
карусели, а отливка попадает в камеру охлаждения.Заливка форм производится сразу после извлечения их из пе¬
чи. Важно, чтобы темлература формы была не ниже 700°С. Чем
сложнее отливка, тем должна быть выше температура формы.
После заливки формы охлаждают в течение определенного време¬
ни, зависящего от массы отливки.. После охлаждения оболочка должна легко отставать от поверх¬
ности отливки, .но иногда в отверстиях и различных поднутрениях
оболочка удаляется с трудом. Поэтому окончательная очистка
производится химической обработкой в водном растворе щелочей
(NaOH, КОН). После такого травления отливки промывают и су
.шат. В некоторых случаях стальйые отливки очищаются от приго¬
ревшей оболочки в дробеметных и дробеструйных установках.
Предварительно литники отделяют с помощью ножовок, дисковых
пил, фрез, обрездых штампов, газовых горелок, анодно-механичес¬
кой резки.Ряс. 164, Агрегат обжнга, аалявки и охлаждения:/—подвеска свлоком; 2—печь для обжига форм; газовая горелка; 4—:
сель; б-гевевм&твчесхнй Я*фт; 6—пневыатнческвй подъемник; 7—звездочкасел*, . 	його конвейера208:4—заливочная кару-
натяжения цеп-
§ 5: ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫСущность литья в оболочковые формы заключается в ис¬
пользовании песчано-смоляных смесей на основе высокопрочных
связующих для создания прочных тонкостенных форм— оболочек.
Оболочковые формы изготовляют в следующем порядке: на одно¬
стороннюю металлическую плиту с моделями, нагретую до 200=—
300°С, наносится разделительный состав, затем насыпается смесь
песка с порошкообразной термореактнвной смолой и дается вы¬
держка 15—20 с (рис. 165, а). За это время формируется оболоч¬
ка. От теплоты металлической плиты смола в пограничном с пли-От/шВкаРис. 165. Схема получе¬
ния отливок в оболочко¬
вых формах299
той слое расплавляется, в результате чего на модельной плите по¬
лучается полутвердая песчано-смоляная'оболочка толщиной 5—•
-8 мм.Избыточная смесь, не приставшая к плите, удаляется (рис.
165,6), а плиту вместе с образовавшейся оболочкой помещают в
лечь с температурой 300—350°С. При этом смола в течение не¬
скольких минут переходит в твердую необратимую фазу — проис¬
ходит твердение оболочки. Твердую и прочную тонкостенную полу¬
форму снимают с модельной плиты специальными толкателями,
проходящими через плиту и модель (рис. 165, в, г) и соединяют с
аналогичной второй половиной формы (рис. 165, д). Стержни, если
они имеется, собирают так же, как в обычмой песчаной фор¬
ме. Готовые полуформы склеивают и скрепляют механическим
путем.Скрепленные формы устанавливают также, как при литье по
выплавляемым моделям, в специальные контейнеры (рис. 165, е)л
засыпают песком или чугунной дробью. Заливка расплава, выбив¬
ка и обрубка отливок производятся обычными способами.Литьем в оболочковые формы получают отливки повышенной
точности, поверхность которых соответствует шероховатости Rz=
=40-i-10 мкм. При этом сокращается цикл изготовления отливок,
уменьшается брак, повышается выход годного литья.В оболочковых формах можно получать отливки из всех литей¬
ных сплавов:Материалом для оболочковых форм служит кварцевый песок
1К02А, 1К02Б, 1К01А с минимальным содержанием вредных при¬
месей. От зернового состава песка зависит чистота поверхности от¬
ливок: чем мельче песок, тем меньше шероховатость поверхности
отливок, В качестве связующего' материала применяют термореак¬
тивную фенолформальдегидную смолу—пульвеїрбажелит в смеси
с уротропином, который вводится для ускорения твердения. При
формировании оболочки под действием теплоты (200—300°С)
пульвербакелит расплавляется. Толщина оболочки, в которой
пульвербакелит успевает расплавиться и связать зерна песка
между собой, зависит от температуры модельной плиты и .времени
выдержки. В период твердения оболочки при температуре 300—
350°С пульвербакелит переходит в твердую необратимую фазу.
Количество пульвербакелита в песке колеблется в пределах 5—
10% в зависимости от зернового состава песка. При таком соотно¬
шении составляющих, имеющих к тому же разную плотность,
практически трудно получить однородную смесь.Для получения однородной смеси песка с пульвербакелитом
применяют специальные увлажнители, которые, смачивая песок,
удерживают частицы смолы на поверхности песчинок. Такими ув¬
лажнителями являются керосин, парафин, машинное масло. Зна¬
чительно более стойкая смесь получается при увлажнителях, раст¬
воряющих бакелит. При этом на поверхности зерен образуется
прочная соединительная пленка. Такие смеси называют плакиро¬
ванными. К этим увлажнителям относятся эфироальдегидная210
фракция (ЭАФ) или фурфурол. Количество увлажнителя берется
в пределах 0,3—1,5% массы смеси;Чтобы затвердившая оболочка легко отставала от поверхности
модели и стержневого ящика, их предварительно подвергают об¬
работке специальными веществами. Прежде всего новую модель¬
ную оснастку несколько раз обезжиривают растворителем с про¬
межуточными подогревами до 150—300°С. Затем рабочую поверх- '
ность модели и плиты покрывают тонкой пленкой разделительного
состава/ Лучшим разделительным покрытием является силиконо¬
вая жидкость, представляющая собой кремнийорганический со¬
став, растворенный в ацетоне или толуоле. Силикоковая жидкость
образует на поверхности модели инертную разделительную плен¬
ку, которая не разлагается и не обугливается, при высокой темпе¬
ратуре. Недостатком силиконовой жидкости является ее высокая
стоимость'и дефицитность. Вместо нее рекомендуется 3—4%-НЫН
раствор каучука С КТ в уайъспирите. Разделитель СКТ-Р наносят
на поверхности модели пульверизатором. Одноразовое покрытие-
обеспечивает съем 25—50 оболочек. Затем поверхность модели
снова,покрывают разделителем СКТ-Р.Оболочки, приготовленные из плакированного песка, характе¬
ризуются высокими физико-механическими свойствами и могут
храниться длительное время, так как совершенно негигроскопич¬
ны. Оболочковые формы собирают так же, как ir песчаные формы.
Полуформы совмещают по контррльным знакам, которые специ¬
ально предусматривают в плоскости соединения.Модели изготовляют преимущественно из перлитного серого
чугуна. Реже применяют сталь, алюминиевые и медные сплавы.
Толщина стенок моделей должна быть не менее 12 мм, толщина
модельных плнт 15—20 мм. Части модели, подвергающиеся быст¬
рому охлаждению, делают сплошными. Во избежание коробления
модель должна иметь рёбра жесткости; толщина ребер составляет
0,7—1 толщины стенок модели. Модель должна «меть уклоны: на
вертикальных стенках 0,5—1°,' знаковых частях, элементах литни¬
ковой системы и стержневых ящиках 2^-5°. Шероховатость по¬
верхности модели должна быть Rz— 1604-8D мкм. Толкатели на
плитах для съема оболочек располагают по внешнему контуру мо¬
дели на расстоянии не' менее 3 мм от вертикальных стенок так,
чтобы усилия равномерно распределялись по всей оболочке. Для
небольших моделей на 100 см2 площади плиты должно быть один-
два толкателя. Ход толкателя соответствует высоте модели.Разъем формы следует делать плоским. Припуски на обработ¬
ку назначают в пределах 1—3 мм, а в некоторых случаях 0,25—
0,5 мм, когда деталь подвергается только шлифованию.Технологический процесс литья в оболочковые формы механи¬
зированна в ряде случаев автоматизирован.. Созданы специальные
машины для изготовления оболочек, склеивания оболочковых по¬
луформ, приготовления состава. Основной технологической опера¬
цией процесса является изготовление оболочек;—полуформ и
стержней.21!
Рис. 466. Схема, изготовления оболочек на четырехпозиционной карусельной ма¬
шине СКФ-2	,Для примера рассмотрим процесс изготовления оболочек на
наиболее простой четырехпозиционной карусельной машине СКФ-2
(рис. 166), предназначенной для* изготовления небольших оболо¬
чек. Четырехпозиционный стол 1 представляет собой крестовину*
укрепленную на вертикальном валу 8. На столе укреплены четыре
модельные плиты 3 с моделями 2. Три позиции карусельной маши¬
ны занимает электрическая печь 7, и, таким образом, три плиты
одновременно находятся в печи, а четвертая плита — на позиции,
где снимается затвердевшая оболочка. На этой позиции около ка¬
русельного ,стола установлен бункер .5, наполненный смесью.Подготовленная нагретая модельная плита специальным пово¬
ротным устройством переворачивается на 180°, ложится на бункер
и прикрепляется к нему (поз. I) пневматическим зажимом. Затем
с помощью рычагов 6 и штурвала 4 плита вместе с бункером оп¬
рокидывается и состав высыпается на модель (поз. II). Обратным
опрокидыванием лишняя смесь с модели ссыпается в бункер (поз.
III). Модельная плита открепляется от бункера, стол делает пово¬
рот на 90°, и плита со сформированной на цей оболочкой поступа¬
ет в печь. К этому моменту очередная плита с затвердевшей обо¬
лочкой поступает на позицию IV. Оболочки с плиты снимаются
устройством 9 с толкателями.
Сборка и заливка
оболочковых форм.Готовые оболочковые фор¬
мы склеивают или скреп¬
ляют механическим спосо¬
бом — стурбцйнами, ско¬
бами. Для склеивания ис¬
пользуют специальные ма¬
шины. На рис. 167 пока¬
зана схема установки для
склеивания полуформ. На
станине 1 закреплен ци¬
линдр 9, приводящий в
движение стол 2, на кото¬
рый устанавливаются го¬
рячие полуформы (обо¬
лочки) 3. Пульвербакелит
из специального устройст¬
ва 7 насыпается с по¬
мощью вибратора 8 по
контуру горячей полуфор¬
мы 3. После установкиВТОрОЙ Полуформы 4 СТОЛ рис 167. Установка-для склеивания оболоч-
перемещается. под плиту 5 ковых полуформ
со штырями пресса 6, ТГ
помощью которого созда¬
ется усилие, необходимое для плотного соединения оболочек. Осты¬
вая, пульвербакелит склеивает оболочки. Затем скленные оболочки
(формы) заформовывают в металлических контейнерах подобно то¬
му, как при литье по выплавляемый моделям.Несмотря на все несомненно положительные стороны оболочко¬
вых форм, применение этого способа ограничено вследствие значи¬
тельной сложности. Например, на етальных отбивках средних раз¬
меров, полученных в оболочковых формах, наблюдается пригар,
т. е. пропадает основное преимущестсво оболочкового литья — чис¬
тота поверхности отливок. Этот способ не рекомендуется та'кже
для легкоплавких цветных сплавов, так как в данном случае' луч¬
шие результаты в отношении качества отливок и экономических
показателей обеспечивают способы литья под давлением и в ме¬
таллических формах.Литье в оболочковые формы применимо только в крупносерий¬
ном производстве, так как оснастка требует больших затрат, а не¬
обходимость работать с нагретыми плитами требует автоматиза»
ции процесса литья.§ в. ЛИТЬЕ ВЫЖИМАНИЕМ"Сущность литья выжиманием состоит в том, что расплав
заливается в нижнюю металлическую полуформу, верхняя полу-213
форма опускается и выжимает ме¬
талл, заполняя пространство меж¬
ду нижней и верхней полуформа-'
ми.Таким способом получают тон¬
костенные детали с толщиной
стенки до 1,5 мм разных размеров.
На рис. 168 показан примитивный
станок для литья выжиманием. В
данном случае форма состоит из
матриць), укрепленной в станине,
и пуансрна, укрепленном на шпин¬
деле. Перед заливкой рабочую
поверхность формы очищают и
на нее наносят защитное покры¬
тие. Расплав заливают в матрицу;
цуансон, опускаясь, выжимает из¬
быток расплава в специально пре¬
дусмотренную сливную канавку,
проходящую вокруг матрицы. Та-
Рис. 168. Станок для литья вы- ким образом, получается отливка
жиманиеы:	с определенной толщиной стенки*/—«танниа; 2—шпиндель-рейка	На рис. 169 показана схема-	технологического процесса литья
выжиманием путем сближения полуформ матриц в процессе литья.В собранную форму (рис. 169, а) заливается расплав массой,
равной массе отливки с некоторым избытком. Подвижная часть
формы (рис. 169, б) перемещается к неподвижной части;, уровень
расплава в форме поднимается. Начинается кристаллизация рас¬
плава (рис. 169, в). При дальнейшем сближении полуформ до пре¬
дела излишек расплава (технологический запас) выжимается из
формы, происходит сваривание тонких корочек металла, образо¬
вавшихся на обеих половинках формы.Аналогично процесс литья проходит при угловом оближении
полуформ (матриц) іS)в)Рис. 169. Схема процесса литья выжиманием жидкого сплава:/—неподвижная матрица; 2—подвижная матрица; 3—металлопровод214
§ 7. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИКокильные, центробежные машины для Литья под давле-
лием должны иметь предохранительные устройства, исключающие
преждевременный или неправильный Чіуск машины. Приводные,
подвижные части всех машин должны иметь ограждения. Перед
заливкой пресс-форм на машинах с гидравлическим приводом не¬
обходимо проверять герметичность гидросистемы. Небходимо сле¬
дить за исправностью зажимных систем пресс-форм.Для разливки расплава следует использовать только просу¬
шенные, хорошо подогретые ковщи. Заливщик должен иметь ИС-
лравную спецодежду, защитные, очки.Плавильные установки в цехе точйого литья для получения
расплавленного модельною состава должны быть заполнены не
более чем на 3/« объемаг Обслуживающий персонал должен рабо¬
тать в спецодежде, защитных очках, резиновых перчатках, проре¬
зиненных фартуках., 'При Заполнении пресс-формы модельной массой необходимо
лресс-форму прочно закреплять штырями, вставками или с по¬
мощью струбцин, чтобы при запрессовке или кантовке пресс-фор-
мы не разъединились. Цилиндр с Модельным составом и пресс-
форму следует устанавливать под пресс в строго горизонтальном
или вертикальном положении.Сборку, напайку моделей нужно выполнять специальным па¬
яльником настоле, оборудованном 'местной вентиляцией. Темпера¬
тура паяльника должна быть не выше 130°С.Гидролиз этилсиликата необходимо производить в помещении,
изолированном от открытого огня, рабочие должны иметь защит¬
ные очки, резиновые перчатки, резиновые фартуки.Установки для обрубки, очистки отливок должны иметь защит¬
ные-ограждения, хорошее освещение и местную вытяжную венти¬
ляцию. Обрубщики долЗкны работать в защитных очках. Не до¬
пускается выполнять обрубку горячих деталей.В цехах должна быть устойчиво действующая вытяжная венти¬
ляция.
ГЛАВА VОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИТЕИНОИ ФОРМЫ§ 1. ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙГгїри конструировании деталей, заготовки которых полу¬
чают литьем, необходимо учитывать технологию литьа-ЬЭто облег¬
чает освоение производства новых изделий, обеспечивает сниже¬
ние стоимости продукции и расхода металла, позволяет использо¬
вать менее квалифицированную рабочую сялу./Конструкция детали должна быть технологичной, т. е. удобной
для выполнения литой заготовки. Деталь должна быть компакт¬
ной, не ««меть больших выступающих частей, что увеличивает раз¬
меры опоки и, следовательно, удорожает формовку, вызывает не¬
удобства, при транспортирования и обработке. Крупногабаритные
детали целесообразно делить на две или несколько частей, чтобы
облегчить не только процесс изготовления отливки,-но и обработ¬
ку резанием. В деталях не должно быть острых углов и резких пе¬
реходов от толстых стенок к тонким, чтобы исключить концентра-
щію внутренних напряжений, вызывающих образование трещин.
Сопряжения стенок под углом следует выполнять галтелями ра¬
диусом не менее 4 мм (рис. 170)-.Д1ежелательны большие мест¬
ные утолщения стенок деталей, так как в этих 'местах появляется
рыхлота усадочного происхождения. При пересечении нескольких
ребер жесткости рекомендуется применять кольцевое ребро (рис.
171).Деталь должна представлять собой сочетание простых геомет¬
рических тел с преобладанием прямых линий и плоских поверх¬
ностей, что упрощает и удешевляет изготовление модельного комп¬
лекта. Бобышки, выступы и приливы необходимо выполнять так,
чтобы не затруднять извлечение модели из формы^ НаПример, еслиTirIFРис. 170. Примеры сопряжения Рис. 171. Рекомендуемое расположениеребер жесткости на отливкахстенок разной толщины
216
чРис. 172. Варианты выполне- Рис. 173. Неправильная (а) и правильная
ния бобышек (утолщений) на (б) конструкции отливки кронштейна
деталяхбобышки, на детали выполнить подобно тому, как показано нарис.
172, а, то при принятой плоскости разъёма модель из формы ііШ&зя
извлечь, а следовательно, бобышки нужно делать отъёмными час¬
тями. Это .не потребуется при изготовлении отливки по варианту,
показанному на рис: 172,6./"Из каждой полости отливки должен быть сделан выход —окно
достаточных-размеров для вентиляции стержня, а во мдогзд; слу¬
чаях также для вывода знаковой чаод, S Установка стерз^рИГ в
форме на жеребейках 1 -нежелательна, так как они не всегда ХЙро-
2ЛО свариваются с основным металлом. Например, при литьё
кронштейна (рис. 173, а) стержень Ст. 1 необходимо устанавли¬
вать. на жеребейках; выход газов из стержня затруднён, так как
один конец стержйя окружен расплавом. При изготовлении крон¬
штейна по варианту, показанному на рис. 173,6, отпадает необхо¬
димость в жеребейках, уменьшается число стержней, упрощаете»
сборка, улучшаются условия удалений .газов из стержня.Если деталь испытывается на гидропробу, применение жеребе¬
ек не допускается. Нежелательно также подвешивать стержень в
форме, так как при этом нельзя проверить собранную формул
<у/Пщі конструировании литых деталей необходимо учитывать Ли-
теиные сЯ|ктва сплаву Так, оловянные бронзы имеют хорошие
литейные свойства, освоенно жидкотекучесть, доэтому толщина
стенок детали может быть небольшой. В утолщенных местах обра-SyiOTCH пористость, рЦхлота усадочного происхождения; в тонких
ечениях вследствие быстрого охлаждения металл получается ф>-
лее плотный, поверхностная литейная корка очень ‘прочная. -
Безоловянные бронзы характеризуются повышенной усадкой,
поэтому детали из них конструируют с учетом дополнительного пи¬
тания. Там, где нельзя поставить прибыль, для питания утолщен¬
ных мест следует предусматривать ребра, сечение которых при¬
нимают равным двух-, трехкратной толщине стенки.Алюминиевые сплавы склонны к образованию усадочной и га¬
зовой пористости, особенно в толстых местах ‘ отливжи, поэтому
толщина стенок деталей «з этих сплавов должна быть минималь¬
ной. Жеребейки в алюминиевых сплавах не развариваются, следо-217
а>Рис. 174. Неправильная (а) и правильная Рис. 175. Варианты конструк-
(б) конструкции отливки	цни шкиваваННко, для литых деталей, От которых требуется герметичность^
ихщшменять нельзя.	".Магниевые сплавы по сравнению с алюминиевыми имеют худ¬
шие лйтейные свойства. Прочность металла вашстых стенках зна¬
чительно меньше, чем в тонких, потому в лЩЩ деталях из маг*
ниевыу сплавов стремятся делать тшпсие стенки.в чугун имеет хорошие литейные свойства, но структура
Гуна больше, чем других сплавов, зависит от скорости
ия. В тонких стенках вследствие быстрого охлаждения
затрудняется трафитнзация и может получиться отбел. Отбелен¬
ный чугун очень твердый и не лоддаетсй обработке резанием. Од¬
новременно в больших сечениях твердость иногда получается не¬
допустимо низкой. Из этого следует, что для серого чугуна наибо¬
лее желательной конструкцией является коробчатая с равномерной
толщиной стенок.Высокопрочные. чутуны'чРвтноШении литейных свойств уступа¬
ют серому чугуну. Объемна» усадка их приближается к усадке уг¬
леродистой стали, жидкотеКучееть плохая: Поэтому принципы кон¬
струирования отливок из высокопрочных чугунов очень близки к
такоНым для стали.{ТГталь плохо заполняет форну, поэтом^ыетали с тшИтт стен¬
ками отливать трудно]Большая обьемнаяігсадка стали обуслов¬
ливает необходимость дополнительного питжшя, т. е. получать от-j
лишш без прибылей практически невозможно. В местах сопряжеі
■цЯВЬнких и толстых стенок с внутренней Стороны для предупрел£
дїРйя образования трещин цногда ставят ребра жесткости. Вместо
ребер жесткости в некоторых случаях Целесообразно делать тон¬
кие литейные ребра4, удаляемые-нри обрубке._ Конструкция отливки должна обеспечивать удобную сборку
формы. Так, конструкция, изображенная на рис.174, а неудачна,
так как для ее изготовления необходимы два стержня, и кроме то¬
го сложно изготовить высокий болван 1, который может обрывать¬
ся. Изменив конструкцию отливки (рис. 174,6), можно сократить
число стержней, тем'самым упростить сборку, а болван 1 сделать
более массивным, уменьшив вероятность его подрыва.*18
Конструкция отливки должна быть удобной для очистки после
извлечения ее из формы.Конструктор должен (предусматривать минимальный расход ме¬
талла на отливку. Например, шкив можно выполнить в двух вари¬
антах / и// (рис. 175). Вариант// позволяет сэкономить более
15% металла, снизив массу отливки, уменьшить ее себестоимость.§ 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОКТехнологический процесс изготовления отливки должен
обеспечить хорошее качество детали и вместе с тем быть эконо¬
мичным в данных производственных условиях. Причем необходи¬
мо учитывать не только затрати ла изготовление отливки, но н
объем и стоимость обработки резанием. Поэтому следует умень¬
шать припуски на обработку резанием, а если возможно пол¬
ностью ее^исключать.При проектировании технологического процесса отливки следу¬
ет стремиться к максимальному упрощению процесса, использова¬
нию основного и вспомогательного оборудования, имеющегося в
цехе.Проектирование технологического процесса изготовления от¬
ливки включает разработку чертежа отливки по чертежу детали и
технической документации (чертежей,'расчетов, технологических
карт)_на проектируемый процесс. '	'Разработку чертежа отливки .начинают с анализа технологич¬
ности конструкции литой детали в соответствии с ГОСТ 2.423—73
и нормами ЕСКД. Технолог-литейщик анализирует конструкцию
детали с точки зрения получения качественной отливки с учетом
свойств сплава, серийности и т, д. В случае необходимости кон¬
структор может внести изменение в конструкцию детали.После этого определяют способ формовки и поверхность разъ¬
ема формы, число ^ размеры стержней/ расположение отливки во
время заливки расплавом и конструкцию литниковой Системы, про¬
изводят ее ]й&чет, размеры опок и числб отливок в форме.При выборе способа формовки’ стремятся (максимально меха¬
низировать процесс? выбрав наиболее простои-способ формовки в
опоках по-сырому, с минимальным числом стержней.При выборе расположения отливки в форме необходимо учи¬
тывать следующее! ~ ~~	: ’	~——*-**
' Г. Наиоолее ответственные части отливок следует располагать
внизу, так как металл лолунается в этих местах наиболее плотный.
Иногда “целесообразно формовку выполнять в одном АбЛфкении,
а заливать в другом. Например, такие отливки, ках__коленчатый
вал из высокопрочного чугуна, удобно формовать в горизонталь-
лом положении, а перед заливкой (шаг-сразу после заливки) фор¬
му устанавливать в вертикальное положение.2- Отливка должна быть расположена в Форме Так, чтобы обе¬
спечилось ёе направленное затвердевание и питание.*	219
3.	Поверхности отливки, служа¬
щие базой при обработке резанием,
следует размещать в одной полу¬
форме.Например, при формовке пробки
(рис. 176) по варианту I возможно
смещение квадрата относительно
цилиндрической части, на которой'
нарезается резьба; вариант II ис¬
ключает возможность перекоса. При
формовке крышки по варианту I об¬
рабатываемый поясок 1 оказывается
в нижней полуформе, а фланец 2, за
который крепится деталь при обра¬
ботке резанием, з верхней. По вари¬
анту II поясок и фланец расположе¬
ны в нижней полуформе, что исклю¬
чает перекос.4.	Обрабатываемые поверхности
необходимо располагать внизу, вертикально или наклонно.Отливки из сплавов с большой усадкой следует размешать в
форйе так. чт^Цы найьолев пассивные части, требующие дополни¬
тельного питания, находились вверху. На чугунных отливках, где
усадка небольшая, яаооорот, массивные части рекомендуется раз¬
мещать внизу и, если требуется, охлаждать их _с помощью холо¬
дильников.	,.	.При.определении поверхности разъема нужно стремиться к то¬
му, чтобы:			—-—		■ форма и модель имели только одну поверхность разъема, по
возможности плоскую, удобнукі ДДя формрвкаГй сборки формы.
["Нежелательно большие горизонтальные плоскости с тонкими
стенками располагать в верхней полуформе,, так как на таких
плоскостях часто появляются ужимины—. дефекты поверхности,
связанные с тепловым воздействием металла на стенки формы;отливка целиком помещалась в одной (желательно .нижней)
полуформе; это предбтвратит возможность возникновения бракаПОТіерЙЮГЯтОпИ ГМРІПРНИЯМ!	~	'число стержней и стержневых ящиков было минимальным и
вместе с тем ящики были удобными для изготовления .стержней.
Необходимо обеспечить легкую сборку формы. Каждый стержень
должен быть доступным для контроля с помощью шаблонов и дру¬
гих контрольных приспособлений. По возможности следует заме¬
нять стержни сырыми болванами (рис. 177), что снижает себестои¬
мость отливки и одновременно (в данном случае). повышает ее
точность. При замене стержня сырыми болванами их располагают
в нижней полуформе, если б/#^0,85, и в верхней полуформе, если
6/Я^З, где 5 и Н — ширина и высота болвана. В данном случае
сырой болван можегг быть приметен, шли 5і/#і>0,85; 6г/Я2^3;модель свободно извлекалась да Фирмы.1Рис. 176. Неправильное (1) и
правильное (II) расположения
отливок в форме220
Рис. 177. Схема формовки буксирной головки:
о—со стержаек; б—с сырым болваном .Когда положение отливки в форме установлено, на все обра¬
батываемые поверхи ости назначают припуски для обработки реза¬
нием (См. гл. I). Припуски на чертеже изображают сплошной тон¬
кой линией, величину припуска указывают цифрой перед знаком
шероховатости поверхности. Указываются границы между стерж¬
нями, размеры стержневых знаков (см. гл. I). Для каждого стерж¬
ня указывают плоскость набивки, плоскость сушки и вывод газов
из стержня. Поверхность набивки стержня должна иметь достаточ¬
но большую площадь и, по возможности, быть плоской.В том случае, если стержень сложный и со всех сторон ограни^
чен сложными поверхностями, его обычно изготовляют по частям,
а затем готовые части склеивают.На крупных стержнях не следует оставлять тонкие выступаю¬
щие части, так как они легко ломаЮтся, мешают при сборке фор¬
мы. Их следует изготовлять отдельно и затем вклеивать в стер¬
жень или в форму.На технологическом чертеже должна быть указана усадка от-
ливки по длине, ширине, высоте с учетом сопротивления стержней
(механическое торможение), усадки и разностей ности отливки
(термическое торможение). При большом числе стержней усадка
полностью не происходит, это необходимо учитывать при ИЗГОТОВ¬221
лении моделей. Для крупных чугунных отливок (например, стани¬
ны длиной 5000 мм) линейная усадка не превышает 0,7% вместо
1%.Не технологическом чертеже отливки указывают точность и
прочность модельного комплекта (если он деревянный) и! дают
указания о конструкции стержневых ящиков (каждого в отдель¬
ности): Затем рассчитывают литниковую систему и на технологи¬
ческом чертеже указывают размеры всех ее элементов, прибыли,
выпорыг'Шаблоны для контроля стержней и сборки формы, разме¬
ры модельной плиты, число моделей на плите и их расположение.В технологической карте на изготовление отливки приводят
также все необходимые данные для литейного цеха, 'касающиеся
формовки, сборки, заливки и выбивщ формы, термической обра¬
ботки и контроля отливок.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫАксенов П. Н.'Оборудование литейных цехов. 2-е изд. М.: Машино¬
строение, 1977. 510 с.Литье по выплавляемым моделям/В. Н. Иванов, С. А. Казенное, Б. С. Курч-
ман идр.; Под общей ред. Я- И. Шкленннка й В.4 А. Озерова; 3-є нзд. М.: Ма-
дпнностроеиие,1971. 436 с.ЛожичевскяйА. С. Литейные металлические модели. 2-е изд. М.: Маіпиио-
строение; 1973. 350 с.Масло» А. Ф. Экономика, организация и планирование литейного производ¬
ства. М.: Машиностроение, 1975. 347с.Матвееако И. В., Тарский В. Л. Оборудование литейных цехов. 2-е изд. М.г
Машиностроение, 1985. 452 с: 'Небогатое Ю. Е., Тамаровскнй В. И. Специальные-виды литья. 2-е изд. М>.г
Машиностроение, 1975. 175	' "	'Жуковский С. С., Л ясс А. М. Формы и стержни из холоднотвердеющих сме¬
сей. М.: Машиностроение, 1978. 224 с.Соколов Н. А. Литье в оболочковые формы. 2-е изд. М.: Машиностроение,.
1978 464 с.Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. 3-є изд.
М.: Машиностроение, 19Й5. 400 с.	"Цветное литье: Легкие сплавы/Б. А. Арбузов, Н. А. Аристова, С. Г. Глазунов
и др.; Под ред. И. Ф. Колобнёва. М.: Машиностроение, 1966. 392 с.
ОГЛАВЛЕНИЕВведение . 		. . .	. . . . . . . .	3Глава I. Модельная оснастка§ 1. Общие понятия о литейной форме . . 		5§ 2. Проектирование модельных комплектов	§§ 3. Изготовление модельных комплектов . . .....	16. Классификация моделей . . 				17Изготовление деревянных моделей ........	19Изготовление металлических моделей . ... ...	25т Монтаж моделей на модельных плитах .......	28Модели" из пласмассы и других материалов .....	34§ 4. Техника безопасности 			34Глава II. Формовочные материалы и смеси§ 1. Свежие формовочные материалы		36§ 2. Испытание формовочных материалов и смесей ". . . і	48§ 3* Приготовление формовочных и стержневых смесей . . . ■	57§ 4. Техника безопасности 			77Глава III. Изготовление форм и стержней:§ 1. Литейная оснастка 			 . 			78. § 2. Ручная формовка			81§ 3. Машинная формовка			97§ 4. Изготовление стержней			113§ 5. Изготовление форм в стержнях . . . . '	.136§ 6. Литниковая система . . . ... .	137§ 7. Сборка форм		165§ 8. Техника безопасности . . . . ... . . . . . .. .	169Глава IV. Специальные способы литья§ 1. Литье в кокнлн (металлические формы) ......	171§ 2. Центробежное литье 			 . •		 .	184§ 3. Литье под давлением		192§ 4. Литье по выплавляемым моделям . . . . . ... .	200§ 5. Литье в оболочковые формы ...........	209§ 6. Литье выжиманием	213§ 7. Техника безопасности . ... . . . . . ... . . . .	215Глава V. Основы проектирования литейной формы§ 1. Принципы конструирования лнтых деталей .....	216§ 2. Проектирование технологии изготовления отливок • • •	219Список литературы . . 			 . . ... . ...	223