Глава 17 литье в землю

Литье в землю является простым и экономичным технологическим процессом. В машиностроении этот метод применяется достаточно часто. Для изготовления художественных отливок литье в землю используется значительно реже, поскольку отливки, полученные по этой технологии, имеют поверхность низкого качества. Тем не менее крупное статуарное литье, литье бюстов, постаментов, оград, архитектурных отливок и т. д. осуществляется преимущественно этим методом. Литьем в землю называют литье в формовочную смесь, состоящую из песка, глины, бентонита, графита, сульфитного щелока и др. Для индивидуального литья цветных металлов в домашних условиях приводим состав единой смеси для литья чугунных художественных и архитектурных отливок. Для тонкостенных ажурных (шкатулки, вазы, тарелки и др.) отливок формовочная смесь состоит из песка (П0063), глины — от 12 до 20 %, свежих материалов — от 10 до 12 % при влажности от 3 до 4 %. Литье художественных отливок из сплавов на медной основе (латуни, бронзы и пр.) осуществляют в единые смеси, состоящие из отработанной смеси — от 88,5 до 92 %, глины — от 8 до 12 %, свежих материалов — от 7 до 10 % при влажности 4,5—5,5 %. В особых случаях, когда нужно получить художественную отливку с очень чистой поверхностью,

литье осуществляют в облицовочную смесь, состоящую из 40 — 80 % отработанной смеси, 18,5—59 % свежих материалов, 8—12 % глины при влажности 4,5—5,5 %.

2.17.1 Технологическая оснастка

Модели

При литье в землю формовка производится по постоянным моделям. Они могут быть цельными, разъемными с отъемными частями и с выступами для знаков стержня (рис. 2.17.1.1б).

Для изготовления отливок достаточно простой формы без больших углублений, высоких выступов сложной формы (настольные украшения, детали архитектурного литья и пр.) используют цельные модели. Модели более сложных изделий изготовляют разъемными. Например, для формовки втулки (рис. 2.17.1.1а) изготовляют деревянную разъемную модель с выступами (2.17.1.1б, п. 1) для знаков стержня.

Рис. 2.17.1.1. Формовка патрубка: а — патрубок; б — формовка по деревянной разъемной модели; в — формовка с применением стержня; 1 — выступы для знаков стержня; 2 — стержень; 3 — стержневой ящик.

Опоки

Опока — это ящик без дна и крышки, предназначенный для изготовления литейной формы (рис. 2.17.1.2). В индивидуальном производстве форму собирают из двух опок, которые соединяются штырями (п. 1) через ушки (п. 5). Для того чтобы формовочная смесь не выпадала, опока снабжена ребрами (п. 3) и буртиками (п. 4). Обычно опоки изготовляются из чугуна, стали, из алюминиевых сплавов или дерева. В индивидуальном производстве при изготовлении небольших партий отливок опоки изготовляют из дерева.

Рис. 2.17.1.2. Устройство опоки: 1 — штырь, 2 — ручки, 3 — ребра, 4 — буртики, 5 — ушки.

Стержни

Стержни применяют главным образом для формирования в отливках внутренних полостей и отверстий (рис. 2.17.1.1в, п. 2).

При заливке формы стержни обычно со всех сторон окружены расплавом, поэтому

они должны обладать высокой газопроницаемостью, прочностью, податливостью, выбиваемостью, что обеспечивается выбором соответствующей стержневой смеси и конструкции стержня.

Стержни изготовляют в стержневых ящиках (рис. 2.17.1.1г, п. 3). Для увеличения прочности стержней в них заформовывают проволочный каркас.

При заливке металла в стержне образуется много газов, для отвода которых в нем подготавливают вентиляционные каналы путем накалывания.

Сложные стержни склеивают из нескольких частей. Для увеличения газопроницаемости, прочности и уменьшения газотворной способности стержни сушат. Температура и продолжительность сушки зависят от массы стержня и связующего материала. Продолжительность сушки устанавливается экспериментально.

Стержни из смесей на основе глины сушат при 350—400 °C, на основе бентонита — при 200 °C.

Точная установка стержня достигается с помощью знаков — специальных фиксирующих полостей в форме. Размеры знаков выбирают с учетом массы стержня и давления расплава. Их конфигурация должна исключать возможность каких-либо смещений стержня.

2.17.2 Ручная формовка в опоках

Различают следующие способы ручной опочной формовки: формовка в двух (иногда парных) опоках по цельной модели; формовка в двух опоках по разъемной модели; формовка по модели со сложным разъемом в трех и более опоках; формовка с подрезкой; формовка с фальшивой опокой; формовка по модели с отъемными частями; формовка с перекидным болваном; кусковая формовка; формовка по шаблонам; формовка по скелетным моделям.

Все эти способы формовки имеют много одинаковых операций и отличаются один от другого лишь некоторыми специальными приемами, присущими каждому способу.

Формовка в двух опоках по цельной модели применяется для простых отливок. В этом случае модель и будущая отливка чаще всего размещаются в нижней опоке. В верхней же опоке размещаются литниковая система, выпоры и прибыли. Если отливки мелкие, то их можно формовать по нескольку штук в одной опоке. Расстояние между отдельными отливками должно быть не менее 20—25 мм, а расстояние отливок от края опоки — не менее 20—30 мм.

На рис. 2.17.2.1 показана последовательность операции формовки по цельной модели. Модель (или модели) кладут гладкой поверхностью на подмодельную доску и припыливают. На подмодельную доску ставят нижнюю опоку. Модель в опоке засеивают через сито облицовочной смесью слоем толщиной 20—25 мм, а затем в несколько приемов слоями толщиной до 100 мм насыпают наполнительную смесь и уплотняют ее острым концом трамбовки. После формовки всей опоки по высоте верхний, выступающий над опокой слой формовочной смеси утрамбовывают плоским концом трамбовки. Излишек смеси сверху опоки срезают линейкой, после чего иглой (душником) делают наколы, не доходящие до модели на 10—15 мм. Затем опоку накрывают щитком, поворачивают на 180° и ставят на разрыхленную поверхность земляного пола или на верстак. Плоскость разъема заглаживают гладилкой и посыпают разделительным песком. После установки по штырям верхней опоки размещают модели стояка, выпоров и прибылей таким образом, чтобы они не подходили близко к стенкам и крестовинам опоки. После этого формуют верхнюю опоку, расталкивают и вынимают модели стояков, выпоров и прибылей. Верхнюю опоку поднимают и кладут на ребро или поворачивают на 180° и начинают вынимать модель отливки, для чего поверхность земли вокруг модели слегка смачивают, модель расталкивают. Перед выниманием модели в форме прорезают литники и шлаковики. После удаления модели исправляют при помощи отделочного инструмента повреждения и пороки в форме, затем обдувают ее струей сжатого воздуха, припыливают, а если нужно, то сушат и красят. Верхнюю опоку осторожно по штырям накладывают на нижнюю, если нужно, нагружают или скрепляют с нижней опокой металлическими скобами. Это делается для исключения возможности прорыва металла через плоскость разъема во время заливки.

Рис. 2.17.2.1. Формовка в парных опо­ках по цельной модели: а, б, в, г, д, е — последо­вательность операций.

Формовка в двух опоках по разъемной модели. На подмодельную доску укладывают половину модели, формуемой в нижней опоке, затем ставят нижнюю опоку и заформовывают ее таким же порядком, как и в предыдущем случае. После поворота нижней опоки на 180° на нижнюю половину модели отливки кладут ее верхнюю половину; обе половины модели центрируют при помощи имеющихся на плоскости разъема шипов. Затем на нижнюю опоку ставят верхнюю опоку, устанавливают модели стояка, выпоров и прибылей, плоскость разъема посыпают разделительным песком и заформовывают опоку. Излишек смеси сверху опоки срезают, накалывают вентиляционные каналы, разделывают литниковую чашу, а модели стояка, выпоров и прибылей слегка расталкивают и вынимают из формы. Верхнюю опоку поднимают, поворачивают на 180° и кладут на верстак. В верхней опоке прорезают литники и шлаковики, расталкивают и вынимают модели из обеих опок, устраняют повреждения и пороки в форме, после чего форму собирают для заливки.

Формовка в трех и более опоках. Для формовки сложных отливок иногда требуются модели с двумя и более плоскостями разъема, так как при одной плоскости разъема такие модели после формовки нельзя вынуть из формы. В этом случае применяют формовку в трех и более опоках.

Как правило, формовку начинают со средней опоки, причем нижний разъем формы в этом случае чаще бывает наклонным. Заформовав среднюю опоку, приступают к формовке нижней опоки. После этого обе опоки переворачивают на 180°, накладывают верхнюю часть модели, модели выпоров, прибылей и стояков, устанавливают и заформовывают верхнюю опоку. Затем форму разбирают, вынимают части модели, производят необходимые исправления, припыливают форму и собирают ее для заливки.

Формовка в трех и более опоках применяется преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве.

Формовка с подрезкой применяется при изготовлении формы, имеющей сложную или кривую поверхность разъема по неразъемной модели. Особенность этого способа заключается в том, что приходится из нижней опоки вынимать (подрезать) гладилкой или ланцетом часть земли для того, чтобы можно было вынуть модель из формы, не разрушая ее. После подрезки в нижней форме получается выемка, стенки которой делаются пологими, чтобы земляной болван, образующийся в верхней опоке, легче вынимался. Все остальные операции формовки производятся обычным порядком. Пример формовки с подрезкой показан на рис. 2.17.2.2.

Рис. 2.17.2.2. Формовка с подрезкой: а, б, в — последовательность операций.

При съеме заформованной верхней опоки необходимо соблюдать осторожность, чтобы земляной болван, образованный контуром подрезки, не обвалился.

Формовка с подрезкой применяется в индивидуальном производстве при изготовлении небольшого числа отливок и производится по неразъемной модели или образцу-детали. В случае формовки с подрезкой более или менее большой партии отливок, когда подрезанная часть из-за сложной конфигурации модели или образца получается большого размера, применяют формовку с фальшивой опокой.

Формовка с фальшивой опокой (рис. 2.17.2.3) является разновидностью формовки с подрезкой. Фальшивая опока служит в качестве фасонной подмодельной доски и применяется только в процессе изготовления форм. Для изготовления фальшивой опоки поступают следующим образом. На подмодельную доску ставят опоку, насыпают в нее формовочную смесь и плотно утрамбовывают (рис. 2.17.2.3а). Излишек смеси срезают линейкой, опоку поворачивают на 180° и кладут разъемом кверху. Поверхность разъема заглаживают, в форме делают углубление, подобное очертаниям модели (рис. 2.17.2.3б), в которое легкими ударами деревянного молотка в несколько приемов осаживают модель или образец (рис. 2.17.2.3г), затем подрезают лишнюю землю, поверхность земли обрабатывают, модель или образец расталкивают и свободно вынимают. Поверхность отпечатка посыпают разделительным песком, после чего модель или образец снова укладывают в форму. На набитую фальшивую опоку устанавливают нижнюю опоку и заформовывают обычным способом. После этого опоки переворачивают (рис. 2.17.2.3д), снимают фальшивую опоку, при этом модель остается в нижней опоке (рис. 2.17.2.3е). В дальнейшем процесс изготовления формы протекает так же, как при формовке с подрезкой (рис. 2.17.2.3ж).

Рис. 2.17.2.3. Формовка с применением фальшивой опоки: а, б, в, г, д, е, ж — последовательность операций.

Кусковая формовка применяется в том случае, когда конфигурация модели не позволяет производить съем формы, не повредив стенок последней. То есть все изложенные выше способы формовки в этом случае применять нельзя. Сущность способа кусковой формовки разберем на простейшем примере.

Барельеф (рис. 2.17.2.4а) на лицевой поверхности имеет поднутрения (п. 1—3), препятствующие съему с модели верхней части формы. Чтобы снять форму, не повреждая ее стенок, надо убрать поднутрения, как бы сгладить поверхность модели. Такое сглаживание — выравнивание поверхности модели — выполняют в процессе изготовления литейной формы путем набивки в поднутрения модели отдельных частей формы — кусков формовочной смеси — так, чтобы каждый из них мог сниматься с модели без повреждения на нем отпечатка поверхности модели. Если куски прилегают друг к другу, в форме их разделяют слоем древесноугольного порошка или ликоподия. Наружную поверхность кусков (рис. 2.17.2.4б, п. 1—3) подрезают в виде болванов с пологими стенками, чтобы с них удобнее было снимать полуформу. Кроме того, на поверхностях кусков для фиксации их положения в форме вырезают знаки в виде продолговатых углублений. По модели с заформованными кусками, припылив поверхности разъема, модели и кусков, изготовляют нижнюю полуформу Б (рис. 2.17.2.4в). Заформованную опоку вместе с фальшивой переворачивают, фальшивую снимают, а на оставшейся нижней полуформе заформовывают верхнюю полуформу А с литниковым каналом К и выпором Л (рис. 2.17.2.4г). Перевернув обе полуформы вместе, нижнюю снимают так, чтобы модель с прилегающими к ее поверхности кусками осталась на верхней полуформе А, расположенной в данном случае внизу.

Рис. 2.17.2.4. Кусковая формовка барельефа.

Куски снимают с модели плоской иглой так, чтобы не повредить на них отпечаток

поверхности модели. Снятые с модели куски отделывают и по имеющемуся на них знаку укладывают на соответствующее место и снятой нижней полуформе. Чтобы куски не выпадали и не смещались, при дальнейших операциях их укрепляют шпильками или приклеивают (рис. 2.17.2.4д). Таким образом, в нижней полуформе получают полный профиль поверхности модели, составленный из отдельных кусков формы. Части формы с прикрепленными кусками, как правило, сушат, так как куски набивают из недостаточно газопроницаемой, жирной формовочной смеси. Собранная форма показана на рис.

2.17.2.4е.

Приведенный пример является простейшим случаем кусковой формовки. Форма в данном случае имеет небольшое число кусков, расположенных на одной стороне модели или в одной опоке. Формы более сложных изделий могут иметь несколько десятков кусков, расположенных на всей поверхности модели.

В практике художественного литья встречаются случаи, когда изделие имеет выступы, которые не позволяют извлечь модель из формы. В этом случае делают формовку по модели с отъемными частями (рис. 2.17.2.5).

Рис. 2.17.2.5. Формовка по модели с отъемными частями: а — модель; б — изготовление нижней полуформы; в — удаление шпилек от наружных объемных частей; г — изготовление верхней полуформы; 1 — отъемные части; 2 — шпильки.

Наличие отъемных частей позволяет изготовить форму без применения стержней и дополнительных плоскостей разъема. Отъемные части обычно крепятся к модели при помощи «ласточкина хвоста» или шпильками (рис. 2.17.2.5а, п. 2). Процесс формовки по модели с отъемными частями почти ничем не отличается от ранее рассмотренных способов.

При формовке с отъемными частями, укрепленными на шпильке, модель ставят на подмодельную доску, накрывают опокой и частично засыпают землей и утрамбовывают. При этом осторожно уплотняют формовочную смесь около отъемной части модели, чтобы ее не сместить. Затем шпильки вынимают. При вынимании модели отъемные части остаются в форме и удаляются отдельно.

Формовка с перекидным болваном в индивидуальном производстве встречается редко, а формовка по шаблонам не применяется.