Литье в формы, изготовленные по разовым моделям

Литье в формы, изготовленные по разовым моделям, наиболее часто применяют для изготовления отливок из сплавов, которые тяжело обрабатывать резанием и давлением (лопатки турбин из жаропрочных и жароустойчивых сталей и т.п.).

Суть этого способа состоит в том, что при сплошной модели изготовляют сплошную форму, в которую после освобождения от модели или при наличии модели из полистирола заливают расплав. Отливки, полученные этим способом, имеют очень точные размеры и маленькую шероховатость поверхности, благодаря чему отпадает потребность обрабатывать их резанием на станках.

Для получения отливок этим способом необходимо иметь: пресс-форму для изготовления моделей будущих изделий и литьевой системы; сырье для формирования моделей изделий, литьевой системы и литейных форм.

Пресс-формы вырабатывают из алюминиевых и других сплавов, модели изделий и литьевые системы - из легкотопких, легкорастворимых и тех, которые при нагревании превращаются в газ, веществ, а формы - из суспензии на основе кварцевого песка или кварцевого порошка. Сначала в пресс-формах изготовляют разовые модели, потом литейные формы, а после этого - отливки в формах.

1. Изготовление разовых моделей. Модельная смесь может состоять из разных легкотопких веществ: парафина, стеарина, воска и др. Часто используют смесь, которая состоит из 50% парафина и 50% стеарина, ее температура топления составляет 55°С. Недостатком этой смеси является то, что при температуре 35°С она размягчается, а соответственно теряет прочность. Высокую прочность имеют смеси, в состав которых входят парафин с этилцеллюлозной.

Легкорастворимые модели изготавливают из смесей на основе карбамида (мочевины) с добавлением полиэфирного спирта. Они легко растворяются в теплой воде. В формах изготовленных по таким моделям в некоторых случаях получают более качественные отливки, чем в предшествующих.

Модели, которые при нагревании превращаются в газ, изготовляют из полистирола, их не вытягивают из форм перед заливанием расплава. При температуре свыше 500°С полистирол превращается в газ. Использование полистироловых моделей является прогрессивным путем усовершенствования этого способа изготовления отливок. Это значительно упрощает формование, делает его более дешевым; кроме того, полученные отливки являются более качественные.

Модели отливок изготовляют запрессовыванием тестообразной модельной массы в пресс-форму. Так же вырабатывают литьевую систему. На больших заводах модели и литьевую систему изготовляют на полуавтоматических и автоматических установках.

Модели собирают в блоки по несколько штук и приступают к изготовлению литейной формы.

2. Изготовление литейных форм. Формы изготовляют из смеси, которая состоит из 60-70% кварцевого песка и 30-40% гидролизованного этил-селиката.

Центробежное литье.

Центробежным литьем называют способ изготовления отливок в форме, которая оборачивается вокруг своей оси.

В процессе обращения формы на расплав действуют центробежные силы. Газы и неметаллические включения (шлак, оксиды и т.п.) как более легкие оттесняются расплавом к внутренней поверхности отливки, где и собираются. После застывания отливки его внутреннюю поверхность очищают резанием.

В процессе центробежного литья применяют формы с вертикальной (рис. 4,а) и горизонтальной (рис. 4,б) осями вращения.

Если диаметр отливки превышает его высоту (шкивы, трибы, колеса и т.п.), то используют формы с вертикальной осью вращения. Форму с горизонтальной осью вращения применяют тогда, когда диаметр отливки значительно меньше, чем его длина (гильзы, трубы). В обоих случаях ось вращения формы совпадает с осью отливки и внутренняя пустота его получается без помощи стрежней.

1. Форма с вертикальной осью вращения. Расплав из ковша 1 заливают во вращающуюся форму 2. На расплав действуют гравитационная и центробежная силы. Под действием этих сил расплав 3 стекает к низу и прижимается к стенкам формы, кристаллизуется и получается отливка. Полученные отливки имеют неодинаковую толщину стенок: в нижней части отливки толщина стенки больше, чем в верхней. Для выравнивания толщины стенки используют резание на станках. Если отливки получают из сплавов, которые легко окисляются, то форму помещают в вакуумную камеру.

а) б)

а – с вертикальной осью вращения;

б- с горизонтальной осью вращения.

Рис. 4. Схемы машин центробежного литья

2. Форма с горизонтальной осью вращения. Эту форму используют для изготовления чугунных и стальных труб. Для облегчения заполнения расплавом и выема отливки форма наклонена под углом 5°. Форма вращается вокруг своей оси с помощью электродвигателя и охлаждается водой. Расплав из ковша 1 по недвижимому желобу 4 попадает во вращающуюся форму 2. Послезаполнения формы расплавом3 ее вращение продолжается до полной кристаллизации расплава. Потом выключают электродвигатель и клещами вынимают трубу из формы. Чугунные трубы подают на термическую обработку при температуре 850-920°С для снятия внутренних напряжений и выравнивания фазового содержания сплава.

Центробежное литье - очень продуктивный способ изготовления отливок с плотной структурой, без пустот, неметаллических включений. В процессе изготовления труб, втулок не нужно стрежней, литников, выпоров.

Тем не менее, этот способ литья имеет недостатки, одним из которых является усиление ликвации под влиянием центробежных сил в сплавах, предрасположенных к ней. Химический состав изделий, полученных из таких сплавов, неоднородный.

Литье под давлением.

Литье под давлением – способ получения отливок из сплавов цветных металлов и сталей некоторых марок, максимально приближающий размеры и форму отливки к размерам и форме готовой детали, что позволяет уменьшить или совсем исключить их последующую механическую обработку. Сущность способа заключается в том, что на расплавленный металл (расплав), залитый в камеру прессования, сообщающуюся с оформляющей полостью формы, давит поршень, в результате чего расплав быстро заполняет форму и застывает в ней, приобретая очертания отливки. Литье под давлением производят на литейных машинах; литейные формы, обычно называют пресс-формами, которые изготовлены из стали.

Литье в кокиль.

Литье в кокиль, кокильное литье – способ получения фасонных отливок в металлических формах – кокилях. В отличие от других способов литья в металлические формы (литье под давлением, центробежное литье и др.), при получении отливок в кокиле заполнение формы сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия. Высокая прочность кокиля позволяет изготавливать отливки с точными размерами, меньшими припусками на механическую обработку, чем при литье в песчаные формы.

В таблице 2 приведена характеристика применения различных способов литья.

Таблица 2 Характеристика методов выполнения отливок

№ метода	Литье заготовки	Масса заготовки, т.	Наименьшая толщина стенки, мм	Форма заготовки	Материал	Производство
1 2 3 4 5 6	В песчаную смесь: при ручной формовке по деревянным моделям или шаблонам в опоках, почве или кессонах при машинной формовке по деревянным и металлическим моделям при машинной формовке по металлическим моделям со сборкой стержней в кондукторах В стержневые формы В многократные (цементные, графитовые, асбесто- и графитоасбестовые) формы1 В оболочковые формы	Не огра-ничена (100 и более) До 10 3-5 Не ограни-чены 0,03-30 До 0,15	Из чугуна 3-5, из стали 5-8, из цветных металлов 3-8 То же » » То же Из стали 3-5, из алюминия 1-1,5	Сложная » » » Сложная То же	Чугун, сталь, цветные и специ-альные сплавы То же » » » »	Единичное и мелкосерийное Серийное Массовое и крупносерийное Единичное. серийное и массовое Серийное Серийное и массовое

Продолжение табл. 2

№ метода	Литье заготовки	Масса заготовки, т	Наименьшая толщина стенки, мм	Форма заготовки	Материал	Тип производства
7 8 9 10 11 12	По выплавляемым моделям По замораживаемым ртутным моделям Центробежное В кокиль2 Под давлением По газифицируемым моделям	До 0,15 До 0,14 0,01-1,0 0,25-7 До 0,1 До 15	0,5 0,5 5-8 Из силу-мина 3,0; из стали 10; из чугуна (без отбела) 15 0,5 Из стали 6-8	Сложная (при сбор-ных мо-делях) То же Тело вра-щения Зависит от конструкции кокиля То же Сложная	Сталь, труднооб-рабатывае-мые сплавы То же Чугун, сталь, цветные сплавы То же Сплавы цветных металлов Сталь, чугун	Серийное и массовое То же » » Крупносерийное и массовое Единичное и серийное

¹ Стойкость форм несколько десятков отливок.

² Метод экономически целесообразен при партии не менее 300 заготовок, а при литых поверхностях формы – не менее 100 заготовок

Дефекты отливок

Контроль качества отливок начинают с внешнего их осмотра. Потом проверяют их размеры, механические свойства, химический состав и структуру. Если отливки не отвечают требованиям, говорят, что они бракованы.

Основными причинами получения бракованных отливок является нарушение технологии изготовления литейных форм, заливания их расплавом и освобождение отливок от форм.

Бракованные отливки имеют дефекты, основными из которых являются раковины (газовые, усадочные, шлаковые и др.), трещины (горячие, холодные), повреждения поверхности отливок (пригар, оксидные пленки, спаи и т.п.), несоответствие формы, размеров и массы отливки чертежу изделия (перекос, недоливы, переливы, коробления и т.п.).

Раковины возникают по разной причине. Так, газовые раковины имеют отливки, изготовленные в сырых формах или в формах, которые имеют большую способность выделять газы и низкую способность пропускать их. Плохо окисленный расплав также приводит к образованию газовых раковин. Во время резкого перехода от тонкой части отливки к толстой возникают усадочные раковины и неплотности. Причиной образования усадочных раковин является весьма перегретый расплав, шлаковые раковины вызваны несовершенством конструкции шлакоулавливателей.

Трещины в отливах возникают вследствие недостаточной податливости форм и стрежней и неравномерного охлаждения. В первом случае получаются горячие трещины, во втором - холодные.

Дефекты поверхности вызваны недостаточной огнестойкостью формовой и стержневой смесей. Вследствие этого возникает пригар.

Несоответствие формы, размеров и массы отливки чертежу изделия может возникнуть по многим причинам: неточно составлена форма и вставлены стрежни (будет перекос), заливание формы прохладным расплавом (уменьшится его текучесть), неравномерное охлаждение отдельных частей отливки (приведет к возникновению внутренних напряжений и, как следствие, - коробления).

Дефекты разделяют на поправимые и непоправимые.

Непоправимые дефекты имеют большие размеры. Исправлять такие дефекты экономически невыгодно. Отливки с такими дефектами переплавляют.

Поправимые дефекты имеют маленькие размеры, их экономически выгодно исправлять.