Литье в оболочковые формы

1. Литье в оболочковые формы.

Литье в оболочковые формы Литье в оболочковые формы является одним из прогрессивных технологических процессов, позволяющих получать отливки повышенной точности. Способ литья в оболочковые формы основан на получении полуформ и стержней в виде оболочек толщиной 6 – 10 мм. Их изготавливают путем отверждения на металлической оснастке слоя смеси, в которой связующее при нагреве сначала расплавляется, а затем необратимо затвердевает, придавая оболочке высокую прочность. Оболочковые формы изготовляют из песчано-смоляных смесей, кварцевых или цирконовых песков и искусственных термореактивных смол с добавлением увлажнителей, растворителей и катализаторов, твердеющих в оснастке.

Технология литья в оболочковые формы включает в себя ряд операций:

· Приготовление плакированной песчано-смоляной смеси;

· Формирование на модельной оснастке тонкостенных оболочковых полуформ и стержней;

· Сборка форм и подготовка их к заливке;

· Плавка металла и заливка форм;

· Выбивка и финишная об­работка отливок.

Специфические осо­бенности технологии определяются спо­собом изготовления и подготовки форм под заливку.

В оболочковых формах получают отливки практически из любых спла­вов: из чугунов, углеродистых и легированных ста­лей, легких и тяжелых цветных сплавов. Разнообразны конструктив­ные особенности отливок, получае­мых в оболочковых формах – это ко­ленчатые и распределительные валы, ребристые цилиндры, станины электро­двигателей и т. д.

Особенности процесса обусловлены свойствами связующего, в качестве которого используют в основном пульвербакелит(смесь фенолоформальдегидной смолы с уротропином). В исходном состоянии смола термопластична, т.е. при нагреве и охлаждении обратимо расплавляется и затвердевает. В присутствии уротропина она становится термореактивной, то есть при нагреве полимеризуется и необратимо затвердевает.

Плакированную смесь приготавливают двумя способами: горячим и холодным. При горячем: мелкозернистый песок предварительно прогревают до 150 °С и смешивают в бегунах со смолой. Смола в бегунах расплавляется от взаимодействия с горячим песком и обволакивает каждое зерно песка тонкой пленкой. По мере перемешивания смесь охлаждается. Перемешивание продолжается до полного разминания и получения сыпучей смеси, в которой каждая песчинка плакирована (покрыта) пленкой термопластичной смеси. После охлаждения до 50 °С в смесь добавляют уротропин для того, чтобы обеспечить последующее необратимое твердение на модельной оснастке. При более высокой температуре ввода уротропина процесс необратимого твердения будет развиваться на стадии приготовления смеси, что является недопустимым.

При холодном плакировании пульвербакелит растворяют в спирте или ацетоне и перемешивают с песком. Песчинки смачивают раствором смолы и покрываются пленкой. Смесь при непрерывном перемешивании продувают воздухом. Растворитель испаряется и на песчинках остается твердая пленка термореактивной смолы. После полного высыхания смесь разминают до получения однородной сыпучей массы.

Модели, модельные плиты и стержневые ящики изготавливают преимущественно из чугуна, реже из стали и алюминиевых сплавов. Оболочковые полуформы получают на модельных плитах, нагретых до 200 – 250 °С. Рабочую поверхность плиты и модели с помощью пульверизатора покрывают тонким слоем разделительного состава, для предотвращения прилипания смеси к модели. В качестве разделительного состава используют силикон.

Процесс из­готовления оболочковой формы из песчано-смоляной термореактивной смеси состоит из следующих последователь­ных операций:

1. нагрев модельной оснастки;

2. нанесения пульверизатором на рабочую поверхность модельной оснастки разделительного покрытия;

3. нанесения на модельную ос­настку песчано-смоляной смеси;

4. формирования и отверждения оболочки;

5. съема готовой полуформы с модельной оснастки.

На горловину бункера, наполненного смесью, устанавливают горячую модельную плиту, на которой прикреплена половина модели, укрепляют ее и переворачивают на 180°. Таким образом, песчано-смоляную смесь высыпают на плиту. Под действием теплоты модельной плиты слой смеси, прилегающей к ней, прогревается за 15 – 20 с. До температуры расплавления смолы на глубину 6... 10 мм. В этом случае зерна смеси оказываются склеенными смолой, где внутренняя полость оболочки будет полностью повторять конфигурацию поверхности отливки. Затем бункер возвращают в исходное положение, модельную плиту, модель и полутвердую на ней оболочку помещают в печь, где она при температуре 300 – 350 °С необратимо затвердевает в течении 1 минуты. Затем прочную оболочковую полуформу снимают и таким же образом изготовляют вторую оболочковую полуформу.

Способы изготовления оболочковых форм различаются в основном по приемам нанесения песчано-смоляной смеси на модельную оснастку. Наиболее распространенным процессом получения оболочки яв­ляется Croning- процесс, заключаю­щийся в свободной засыпке модельной оснастки смесью с помощью поворот­ного бункера (рис. 1.). Бункер напол­няют песчано-смоляной смесью и на его приемную рамку устанавливают нагретую и обработанную раздели­тельным составом модельную плиту (рис. 1. а). Затем бункер поворачи­вают в вертикальной плоскости на 180°, вследствие чего формовочная смесь засылает модельную плиту (рис. 1. б). Под действием теплоты модельной плиты слой смеси, прилегающей к ней, прогревается до температуры расплавления смолы на глубину 6... 10 мм. В этом случае зерна смеси оказываются склеенными смолой, где внутренняя полость оболочки будет полностью повторять конфигурацию поверхности отливки. Для формирования оболочки необходимой толщины плиту выдер­живают под смесью в течение 20 – 60 сек, по истечении которых поворачи­вают бункер в исходное положение (рис. 5. в). При повороте излишки смеси ссыпаются на дно бункера. Модельную плиту с налипшей оболоч­кой снимают с бункера, переворачи­вают моделью вверх и направляют в печь для окончательного отверждения оболочки в течение 1 – 4 мин при температуре 300 – 400 °С. Затвердевшую оболочку снимают с модельной плиты с помощью толкателей (рис. 5. г). Затем прочную оболочковую полуформу снимают и таким же образом изготовляют вторую оболочковую полуформу.

При бункерном способе формообразования существует предел толщины формируемой оболочки. Для смесей с фенолформальдегидным связующим этот предел равен 9 – 12 мм. В случае необходимости получения более толстых оболочек (18 – 20 мм) осуществляют двойное бункетирование.

Для увеличения скорости формиро­вания и повышения качества оболочки смесь и период формообразования подвергают уплотняющему воздействию с помощью устанавливаемых на бун­кере вибраторов (с частотой колеба­ний 2,5-3,0 кГц) и прессующих эле­ментов. В качестве прессующих элементов используют подвижные днища с приводом от пневмоцилиндра (рис. 1, д и е)или эластичные диафрагмы, растягиваемые сжатым воз­духом (рис. 1 ж и з). Давление прес­сования составляет 0,4 – 0,7 МПа.

Для сокращения расхода дорогих формовочных материалов изготавливают двухслойные оболочковые формы, у которых контактирующий с металлом рабочий слой выполняют из облицовочного состава I (рис. 1. и-м)на основе оливинита или циркона толщиной 1 – 2 мм, а остальную (опорную) часть оболочки – из крупнозернистого квар­цевого песка II. Облицовочную смесь наносят в течение 2—3 c а опорную – в течение 20 – 40 с.

Максимальную скорость формообра­зования, наиболее высокое качество и калиброванную толщину оболочек получают при нанесении сыпучей термореактивной смеси на модельную оснастку пескодувным способом (рис. 2). При этом смесь под давлением до 0,7 МПа в течение 3 – 5 сек вдувают в зазор между контрплитой и моделью. Контрплита может быть как холод­ной, так и обогреваемой. В пер­вом случае модельную плиту после надува помещают в печь для завершения процесса отверждения оболочки. Во втором случае оболочка полностью отверждается за счет теплоты контрплиты и модели.

Пескодувный способ изготовления оболочковых форм требует обязатель­ного применения плакированных сме­сей. Усложнение формообразующей ос­настки из-за наличия контрплиты де­лает этот способ рентабельным только в условиях массового производства оболочковых форм.

Эффективным мероприятием, улучшающим условия труда и сокращающим цикл формообразования во всех описанных способах изготовления оболочковых форм, является вакуумирование модельной оснастки в процессе отверждения оболочки.

В отдельных случаях изготовленную оболочковую полу форму упрочняют нанесением на ее тыльную поверхность термостойкого покрытия, а также пропиткой стенки полуформы упрочняющими составами.

Выбор способа соединения оболочко­вых полуформ зависит от масштаба и характера производства. В мелкосерийном производстве используют механические методы соединения с помощью пружинящих скоб, струбцин профильных стяжных приспособлений. В крупносерийном и массовом про­изводстве оболочковые полуформы склеивают в горячем или холодном состоянии.

Горячие оболочки склеивают в пнев­матическом прессе с подпружиненными штырями (рис. 3). Для склеива­ния применяют термотвердеющий клей (чаще всего порошкообразный), ко­торый наносят на нижнюю полуформу после простановки в нее стержней. Далее устанавливают верхнюю полуформу и выдерживают собранную форму в прессе в течение 30 – 60 сек под давление 30 – 40 кПа. Темпера­тура оболочек при склейке должна находиться в пределах 110 – 180 °С. При прессовании одновременно устра­няется коробление полуформ, возни­кающее при съеме их с модельной пли­ты.

Для предотвращения попадания клея в полость формы и для повышения качества склейки клей наносят в специальные круглые или удлиненные клеевые знаки (выемки), предусматриваемые на плоскости разъема нижней полуформы, после сборки в эти выемки входят в соответствующие выступы верхней полуформы. При наличии в форме одного рабочего гнезда клей наносят только по пери­метру оболочки, а в многоместных формах – также и в промежутки между рабочими полостями.

При холодной сборке снятую с мо­дельной плиты горячую оболочку сна­чала помешают разъемом вниз на правильную плиту штыревого пресса, где устраняют ее коробление в течение 120—180 сек, а затем складируют до окончательного охлаждения. Для склейки холодных оболочек применяют жидкие клеи, отверждаемые катализаторами, диэлектрическим нагре­вом токами высокой частоты либо продувкой газообразных отвердителей. Склеивание осуществляют в шты­ревых прессах, дополнительно снаб­женных генераторами ТВЧ либо устройствами подачи газа.

Использование холодных оболочек обеспечивает повышение качества их сборки и улучшение условий труда на этой операции, однако требует специальных площадей для их скла­дирования и дополнительного оборудования.

При сборке в охлажденную полуформу (если это необходимо) устанавливают стержень и на нее накладывают вторую полуформу. Точность сборки полуформ обеспечивается с помощью углублений и выступов, скобами, в массовом производстве полуформы склеивают.

Перед заливкой оболочковые формы помещают в металлические коробки и засыпают песком или чугунной дробью. Это позволяет получать отливки в тонкостенных оболочковых формах. При литье без наполнителя необходимо увеличивать толщину оболочковых форм, что сопряжено с увеличением затрат на их изготовление. Готовые оболочковые формы заливают в горизонтальном и вертикальном положении. Оболочковая форма за счет теплоты залитого металла прогревается при температуре свыше 400 °С связующее разлагается и оболочка постепенно разупрочняется, вследствие этого улучшается податливость и выбиваемость форм, отливки легко освобождаются от остатков оболочки.

Оболочки обладают достаточной прочностью и жесткостью в период заливки и затвердевания сплава, что обеспечивает повышение точности отливок, а использование мелкозернистого песка в смесях способствует снижению шероховатости поверхности отливок. Литье в оболочковые формы дает возможность изготовлять сложные тонкостенные отливки массой до 300 кг.

Достоинство литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в пес­чаные формы заключаются в следую­щем:

1. уменьшение параметров шеро­ховатости поверхности и существенное улучшение товарного вида отливок;

2. возможность получения отливок с тонким и сложным рельефом, а также толстостенных отливок с ли­тыми каналами малых сечений (как следствие существенно меньшей жест­кости оболочковой формы);

3. уменьше­ние трудоемкости ряда операций тех­нологического процесса (особенно та­ких, как приготовление формовочной смеси, изготовление форм, очистка отливок и др.);

4. сокращение (в 8 – 10 раз) объема переработки и транс­портирования формовочных материа­лов;

5. снижение (примерно в 2 раза) первоначальных капитальных затрат и потребных производственных пло­щадей;

6. уменьшение металлоемкости формовочного оборудования.

Основные недостатки литья в обо­лочковые формы:

1. относительно вы­сокая стоимость и дефицитность смоля­ного связующего;

2. сложность модель­ной (стержневой) оснастки;

3. повышен­ное выделение вредных веществ вследствие термического разложения смоляного связующего;

4. недостаточная проч­ность оболочек при получении относи­тельно тяжелых отливок;

5. склонность к появлению в отливках специфиче­ских дефектов (в частности, газовых раковин, и возможности насыщения металла в поверхностных зонах углеродом, что делает нежелательным использование таких форм при производстве отливок из низкоуглеродистных сталей, в частности коррозионностойких сталей и т. д.);

6. сложность ввода в технологический поток отливок нового наименования (в связи с необходимостью предвари­тельного нагрева модельной оснастки).

Дефекты отливок. При литье в оболочковые формы наиболее часто возникают следующие дефекты: газовые раковины (из-за повышенного содержания связующего или неравномерного его распределения в смеси, из-за применения песка, вызывающего низкую газопроницаемость оболочковых форм и стержней, из-за трещин в оболочковой форме или стержне); повышенная шероховатость (из-за местных дефектов оболочковых форм или стержней); спаи (из-за несоответствия конструкции отливки требованиям технологии, плохой жидкотекучести сплава, низкой температуры заливки, медленного заполнения форм); трещины горячие и холодные (из-за низкой податливости оболочковых форм и стержней); усадочные раковины (из-за неправильной конструкции отливки, не обеспечивающей ее достаточное питание в процессе затвердевания).

Анализ вида брака показал, что основным видом брака, возникающим при литье в оболочковые формы, являются трещины. Надежный контроль технологических параметров литья в оболочковые формы позволяет сократить потери от брака.

Контрольные вопросы и задания

1. Раскройте сущность литья в оболочковые формы.

2. Назовите материалы, используемые для изготовления оболочковых форм.

3. При каких температурах происходит полимеризация отвердителя при изготовлении оболочковых стержней?

4. Как осуществляется формовка оболочек перед заливкой расплава?

5. Назовите преимущества способа литья в оболочковые формы.

К наиболее важным характеристикам готовой модели относятся механические характеристики, геометрическая точность размеров, шероховатость и твердость поверхности. Модельные композиции должны обладать свойствами, обеспечивающими высокое качество моделей, а, следовательно, и отливок. Для получения выплавляемых моделей высокого качества модельные состава должны обладать следующими основными свойствами:

- иметь достаточную прочность, твердость и теплостойкость, не размягчаться при температуре рабочего помещения;

- иметь необходимую жидкотекучесть, хорошо заполнять полость пресс-формы, четко воспроизводя ее рабочую поверхность;

- быстро затвердевать в пресс-форме, хорошо выниматься из формы при разборе, и не взаимодействовать с материалом пресс-формы;

- хорошо смачиваться суспензией и не взаимодействовать с ней;

- быть безвредными для работающих;

- входящие в состав компоненты должны быть дешевые и недефицитные.

В качестве исходных материалов используют парафин, стеарин, воск, канифоль, церезин, полистирол и др. Применяемые модельные составы подразделяют:

- по температуре плавления – на легкоплавкие и тугоплавкие;

- по состоянию при введении в пресс-форму – на жидкие и пастообразные;

- по способу удаления из оболочки – на выплавляемые, выжигаемые и растворимые.

Выплавляемые легкоплавкие составы применяют для моделей небольших отливок и приготовляют в основном из парафина и стеарина. Преимуществом такого модельного состава является удобство выплавления моделей, возможность повторного использования выплавленного из форм модельного состава, недостатком является низкая температура размягчения и невысокая прочность моделей. Тугоплавкие модельные составы применяют для моделей крупных отливок с повышенной точностью размеров и прочностью поверхности. В качестве добавок, повышающих прочность, теплостойкость и снижающих хрупкость используют касторовое масло, полиэтиленовые воски, этилцеллюлозу и др. Растворимые модельные составы приготовляют на основе технической мочевины с добавкой в качестве пластификатора 2%-ной борной кислоты. В состав выжигаемых модельных составов входят вспенивающиеся термопласты на основе полистиролов.

Процесс приготовления модельного состава. Очищенные от механических загрязнений куски парафина, стеарина и возврата в определенных соотношениях закладывают в рабочий бак электрованны и расплавляют. Перегревают на 5…10 ºС выше температуры расплавления модельного состава и выдерживают 2…7 мин для осаждения попавших загрязнений. После выдержки расплав фильтруется и переливается в мешалку. Здесь модельный состав охлаждается до пастообразного состояния, после чего подается для запрессовки моделей.

Выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах путем заполнения их полости модельным составом. Модельный состав вводится в полость пресс-формы в жидком состоянии путем свободной заливки или запрессовки. Способ свободной заливки полости пресс-формы жидким модельным составом прост, не требует применение специального оборудования, дает возможность получать прочные, большие модели. Однако он имеет и свои существенные недостатки, такие как:

- малая производительность

- ограниченные возможности получения моделей с четким рельефом внутренней поверхности пресс-формы.

Поэтому для получения моделей деталей ответственного назначения, а также в производстве художественных и ювелирных отливок наиболее распространен способ изготовления выплавляемых моделей путем запрессовки модельного состава. При этом способе модели получают более четкий рельеф поверхности. Кроме того, такой способ заполнения пресс-форм более производителен, т.к. позволяет использовать модельные составы в пастообразном (охлажденном) состоянии. Для запрессовки модельного состава применяется специальное оборудование, это – ручные шприцы, инжекционные установки, пневматические, гидравлические и рычажные прессы.

После затвердевания и охлаждения модели, ее извлекают из полости пресс-формы, поверхность модели очищают от облоев и швов. После чего, осуществляют сборку моделей в блоки либо припаиванием электропаяльником, либо склеванием. В производстве литья по выплавляемым моделям небольшие изделия отливают по нескольку штук в одной форме (4…12 шт. в машиностроении; до 100 шт. в ювелирном производстве).

При припаивании модели к стояку необходимо учитывать:

- прочность крепления модели на стояке;

- возможность полного выхода их формы модельного состава при выплавлении модели;

- устойчивость положения модельного блока при сушке и хранении.

Изготовление керамических оболочекОсновой литейной формы при ЛВМ является многослойная неразъемная керамическая оболочка, изготовленная по разовым моделям. Оболочку изготовляют обычно последовательным нанесением на модельные блоки слоев суспензии (обычно этилсиликаты) и порошков огнеупорной основы (пылевидный кварц, электрокорунд, циркон). Размер зерен обсыпки составляет 0,1…1,5 мм. Каждый слой оболочки просушивают до удаления влаги. Обычно для получения оболочки необходимой прочности наносят 3…8 слоев.

После чего модельный состав выплавляют:

- в ваннах с горячей водой;

- с помощью подогретого воздуха или пара, направляемого в литниковую чашу;

- в печах, применяемых для прокаливания форм.

Керамическая оболочка перед заливкой подвергается нагреванию для вытапливания воска, а затем и прокаливанию при высоких температурах (до 1000 ºС). Полученная оболочка огнеупорна, обладает необходимой прочностью и газопроницаемостью, имеет рабочую полость с поверхностью очень малой шероховатости и точными размерами, четко воспроизводя конфигурацию отливаемой детали.

Такая оболочка может быть единственной частью литейной формы или сочетаться с опорным наполнителем, который применяется с целью упрочнения оболочки.

Сущность литья по выплавляемым моделям заключается в использовании точной неразъемной разовой модели, по которой из жидких формовочных смесей изготовляется неразъемная керамическая форма. Перед заливкой расплава модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием, растворением или испарением; для удаления остатков модели и упрочнения форма нагревается до высоких температур. Модель или звено моделей изготовляют в разъемной пресс-форме, рабочая поверхность которой имеет конфигурацию отливки с припусками на усадку и механическую обработку.

Модель изготовляют из материалов с невысокой температурой плавления (воск, парафин, стеарин), способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол). Готовые модели или звено моделей собирают в блоки, литниковые системы которых выполняют из того же материала, что и модели. Блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью – суспензией для оболочковых форм, состоя щей из пылевидного кварца или электрокорунда и связующего. Для упрочнения этого слоя и увеличения его толщины на него наносят слой огнеупорного зернистого материала (кварцевый песок, электрокорунд, шамот). Операцию нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения оболочки требуемой толщины (3–10 слоев).

Каждый слой высушивают на воздухе или в парах аммиака, что зависит от связующего. После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарением. Для упрочнения перед заливкой оболочковую форму помещают в контейнер и засыпают огнеупорным материалом. Для удаления остатков моделей и упрочнения связующего контейнер с оболочковой формой помещается в печь для прокалки. Прокаленную форму заливают металлом. После затвердевания и охлаждения отливки до заданной температуры форму выбивают, отливки очищают от остатков керамики и производят обрезку литников.

Последовательность операций при изготовлении оболочковых форм по выплавляемым моделям показана на рис. 1.25. Отсутствие операции разъема формы, использование для изготовления моделей материалов, позволяющих не разбирать форму при удалении моделей, высокая огнеупорность материалов формы, нагрев ее до высоких температур перед заливкой дают возможность получать отливки сложней шей конфигурации, максимально приближающейся к конфигурации готовой детали, поэтому литье по выплавляемым моделям относится к прогрессивным материалом и трудосберегающим технологическим процессам обработки металлов.

Технология изготовления моделей и керамических форм.

Заливка форм, обрубка и очистка отливок

Изготовление моделей. Для изготовления выплавляемых моделей используют смеси и сплавы легкоплавких материалов, чаще всего органического происхождения. В качестве исходных материалов применяют буроугольный воск, церезин, парафин, стеарин, канифоль, этилцеллюлозу и др. Модельные составы должны обладать следующими свойствами:

температура плавления 60–100 °С;

температура размягчения 35–45 °С;

хорошая жидкотекучесть;

минимальная линейная и объемная усадка;

минимальная зольность и неприлипаемость к поверхности пресс-форм;

хорошая смачиваемость облицовочными составами;

минимальное выделение паров при нагревании и сгорании;

возможность многократного использования.

Технологический процесс приготовления модельного состава зависит от входящих в него компонентов. Чаще всего приготовление модельного со става и расплавление возврата производится в специальных термостатах с водяным обогревом.

Заполнение пресс-формы модельным составом осуществляется свободной заливкой расплавленной массы, запрессовкой в пастообразном со стоянии, заливкой и запрессовкой под высоким давлением. Основным способом изготовления моделей является запрессовка со става в рабочую полость пресс-формы. Это обеспечивает хорошую точность и чистоту поверхности моделей. Для выполнения этой операции применяют установки, на которых приготовление пасты из жидкого расплава и запрессовка модельной массы в пресс-формы производится автоматически.

На рис. 1.26 приведена схема запрессовки модельной массы в пресс форму. Перед запрессовкой модельной массы стенки пресс-формы смазывают касторовым или трансформаторным маслом, смешанным с этиловым спиртом. Готовые модели хранятся в холодной проточной воде или в термостатах. Одновременно с изготовлением модели отливки изготавливают модели элементов литниковой системы: стояка и воронки. Затем модели собирают в блоки («елки») с помощью припайки моделей отливки к моделям литниковой системы. Изготовление оболочки. Процесс изготовления литейной формы включает подготовку материалов, формирование огнеупорной оболочки на поверхности моделей, удаление модели из оболочки, формовку оболочки в наполнителе и прокалку формы.

Исходными материалами для изготовления оболочки являются кварцевый песок, пылевидный кварц, гидролизованный раствор этилсиликата и 15 %-й раствор едкой щелочи.

Этилсиликат – сложное химическое соединение, основой которого является эфир ортокремниевой кислоты, содержащий до 45 % окиси кремния. Для придания этилсиликату вяжущих свойств осуществляют операцию его гидролиза в смеси воды, этилового спирта или ацетона и соляной кислоты. В результате гидролиза образуется золь кремниевой кислоты, обладающий высокими вяжущими свойствами.

Огнеупорную суспензию рекомендуется готовить в специальных смесителях. В бак загружается пылевидный кварц и добавляется связующее – гидролизованный раствор этилсиликата. Смесь тщательно перемешивается до полного удаления пузырьков воздуха.

Суспензию наносят на блоки моделей окунанием их в ванну с суспензией, а на крупные блоки и модели – обливанием. В зависимости от характера производства и степени механизации блок моделей погружают в ванну вручную, с помощью манипуляторов или копирующих устройств на цепных конвейерах. Блок погружают так, чтобы с поверхности моделей, особенно из глухих полостей, отверстий могли удалиться пузырьки воздуха. Вынутый из суспензии блок моделей поворачивают в различных направлениях так, чтобы суспензия равномерно распределилась по поверхности моделей, а излишки ее стекли назад в бак. После этого модельный блок сразу обсыпается песком; между нанесением суспензии и обсыпкой песком не должно проходить более 10–15 с, так как суспензия быстро сохнет и песок не соединяется с ней. Суспензию в баке непрерывно перемешивают, чтобы предотвратить оседание огнеупорного материала. Для нанесения песка на слой суспензии используют погружение модельного блока в слой «кипящего» песка.

Установки для обсыпки блока моделей в слое «кипящего» песка (рис. 1.27) состоит из емкости с песком, в ее нижней части расположена полость 2, в которую подводится сжатый воздух. Полость отделена от емкости с песком 1 сеткой, на которой уложен слой войлока. Воздух, проходя через войлок, переводит песок во взвешенное состояние, и песок обсыпает модельный блок 3.

После нанесения каждого слоя суспензии и обсыпки его высушивают в потоке воздуха или в парах аммиака. Продолжительность сушки и обсыпки каждого слоя суспензии на воздухе составляет 2–4 ч, а в парах аммиака – 50–60 мин. Сушку производят в вертикальных или горизонтальных много ярусных сушилах.

В зависимости от материала моделей используют различные способы их удаления из оболочки. Модели из выплавляемых воскообразных составов удаляют из формы погружением блока моделей в горячую воду или ванну с модельным составом. Этот способ получил наибольшее применение на производстве. Полистироловые выжигаемые модели удаляются из форм выжиганием или растворением в бензоле, ацетоне. Выжигание сопровождается выделением большого количества паров стирола, углеводородов, сажи. Во всех случаях при выжигании, растворении полистироловых моделей должна быть обеспечена хорошая приточно-вытяжная вентиляция с последующей очисткой удаляемого в атмосферу воздуха.

После удаления из блока легкоплавкого модельного состава оболочки формуют в жаропрочной опоке; засыпают наполнитель, уплотняют его, а за тем форму прокаливают в газовых или электрических печах при температуре 850–900 °С и выдерживают при этой температуре не менее двух часов, после чего формы поступают на участок заливки.

Изготовление отливки. Заливка форм металлом может производиться различными способами в зависимости от размера и веса отливок, состава сплава, назначения отливок. Заливка может быть: свободная – металл заполняет форму под действием собственного веса; на центробежных машинах – металл заполняет форму и затвердевает под действием центробежных сил.

После охлаждения форм производят выбивку отливок на специальных установках с поворотом опок на 180° для того, чтобы из опок высыпался наполнитель. Отделение отливок от литников осуществляют следующими способа ми: на вибрационных установках; продавливанием стояка с отливками через обрезной штамп; отрезкой дисковыми и ленточными пилами; отрезкой газовыми горелками.

Очистка отливок от огнеупорного покрытия является очень трудоемкой операцией. На практике применяют вибрационную, пескоструйную, гидропескоструйную, химико-термическую в растворах щелочей и кислот, а также в расплавленных солях и другими способами. Механизация и автоматизация процесса. Контроль отливок Литье по выплавляемым моделям – процесс многооперационный.

Манипуляторные операции при изготовлении и сборке моделей, нанесение суспензии на модель и другие достаточно сложны и трудоемки, что осложняет автоматизацию процесса. Процесс состоит из ряда длительных операций, определяющих производительность: послойное формирование и сушка слоев оболочковой формы на модели, прокаливание формы.

Качество отливок, полученных данным способом, существенно зависит от стабильности качества исходных материалов для изготовления моделей, суспензии, формы, а также от стабильности режимов технологического процесса.

Это осложняет автоматизацию управления технологическим процессом. В зависимости от характера производства (единичное, серийное, массовое), номенклатуры отливок и предъявляемых к ним требований проблема автоматизации производства решается различно. В серийном производстве осуществляется автоматизация отдельных операций, таких, как изготовление моделей или звеньев модельных блоков, приготовление суспензии и др. В массовом производстве отливок используют автоматизированные линии, выполняющие следующие операции: приготовление модельных со ставов; изготовление моделей; приготовление суспензий; изготовление оболочек; их прокаливание; заливку расплава; очистку отливок. Такие линии позволяют комплексно автоматизировать все производство.

Контрольные вопросы и задания

1. Опишите технологические операции изготовления форм при литье по выплавляемым моделям.

2. Какие материалы используют для изготовления выплавляемых моделей?

3. Для каких целей используются пресс-формы в технологическом процессе литья по выплавляемым моделям?

4. Назовите состав жидкой формовочной смеси – суспензии для формирования оболочки.

5. Опишите процесс изготовления оболочки при литье по выплавляемым моделям.

6. Какие требования предъявляются к модельным составам?

7. Назовите способы заполнения пресс-форм модельным составом.

8. Для чего производят гидролиз этилсиликата при изготовлении оболочек?

9. При каких температурах производится выплавка модельного состава и прокалка форм перед заливкой?

10. Опишите достоинства и недостатки литья по выплавляемым моделям.