Основы литейного производства

Литейным производством называется отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей или заготовок путем заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию детали. После затвердевания металла в форме получается отливка (литая деталь или заготовка). Заготовки подвергают в дальнейшем механической обработке. В машинах и промышленном оборудовании около 50% всех деталей изготовляют литьем. Например, доля литых деталей в молоте составляет 95%, в металлорежущих станках 80%, в текстильных машинах 72%, в автомобилях и тракторах 55%.Литьем изготовляют такие ответственные детали, как детали двигателей внутреннего сгорания (блоки цилиндров, поршни), рабочие колеса насосов, лопасти газовых турбин, станины станков и т. д.

Литейные формы приготовляют чаще из формовочной смеси. Такие формы служат только один раз и разрушаются после извлечения из них отливки.

Из общего выпуска отливок в 1975 г. 75% получено в песчаных формах, 20% — в металлических и 5% другими способами литья. Литые детали изготовляют из чугуна, стали, медных, алюминиевых, магниевых и других сплавов.

Перед литейным производством стоит задача получения отливок с максимальным приближением их формы и размеров к форме и размерам готовой детали или изделия, при этом наиболее трудоемкая операция механической обработки должна быть ограничена лишь чистовой обработкой и шлифованием. Этого можно достичь усовершенствованием и внедрением специальных, более точных способов литья (в кокиль, литье под давлением, центробежное литье, литье по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы и др.).

Отливки изготовляют в литейном цехе. Последовательность технологического процесса их изготовления представлена на схеме 1:

Отливки получают в литейной форме 1, полость которой соответствует конфигурации отливки. Форму изготовляют из формовочной смеси2, состоящей из формовочных материалов 3 (песка, глины и добавок воды, связующих материалов и т. д.). Формовочную смесь засыпают в литейные опоки 4 и выполняют в них отпечаток модели. Модель имеет конфигурацию внешней поверхности отливки; ее изготовляют из древесины или металла. Внутренняя поверхность отливки образуется с помощью литейного стержня Б, который устанавливают в форму. Литейные стержни выполняют из стержневой смеси, состоящей из песка и связующих материалов. Между полостью формы и стержнем образуется пространство, заливаемое жидким металлом. После его затвердевания образуется отливка.

В формовочном отделении из формовочной смеси по модели изготовляют литейную форму. Для этого на плиту устанавливают половину модели, засыпают смесь в опоку 4 и уплотняют ее. Опоку переворачивают на 180°, на заформованную половину модели помещают вторую ее половину и модель литниковой системы 2 (литники) 2. Затем устанавливают вторую опоку 3, засыпают в нее формовочную смесь и уплотняют. Далее поднимают верхнюю полуформу, извлекают из обеих полуформ половину модели и модель литниковой системы, устанавливают в форму стержень 6 и накрывают нижнюю полуформу верхней.

В стержневом отделении по стержневому ящику из стержневой смеси изготовляют стержень. Для получения стержней необходимой прочности их сушат в сушилах или непосредственно в стержневом ящике.

В плавильном отделении в специальных плавильных печах расплавляют металл и заливают им формы. После затвердевания металла образуется отливка, которую извлекают, разрушая форму.

В очистном отделении из отливки выбивают стержни, отбивают или отрезают литники, очищают отливку от пригоревшей формовочной смеси, зачищают остатки литников и при необходимости подвергают термической обработке. После очистки и контроля отливки направляют в механический цех для обработки или на склад готовой продукции.

Модельный комплект.

Одна из основных операций технологического процесса литейного производства - изготовление литейной формы и стержня.

При изготовлении моделей и стержневых ящиков учитывают технологию формовки и изготовления стержня, литейные свойства сплава и последующую механическую обработку отливки.

Последовательность изготовления модельного комплекта начинается с разработки чертежа отливки, определения ее положения в форме, а также линии разъема модели и формы, количества стержней, конфигурации их знаковых частей. После этого изготовляют модель и стержневой ящик.

Разработка чертежа отливки. Исходным документом для разработки чертежа отливки является чертеж детали (рис. 1,а), на который наносят следующие указания по изготовлению модели и отливки (рис. 1,б): припуск на механическую обработку; технологический припуск; технологические указания по изготовлению отливки; опознавательные данные, специальные требования к отливке.

Рис.1. Модельно-литейный чертёж отливки

Припуск на механическую обработку - дополнительный слой металла (на сторону), который удаляют в процессе механической обработки отливки, чтобы обеспечить точность и высокое качество поверхности детали.

Технологический припуск упрощает и облегчает процесс изготовления отливки. К технологическим припускам относятся литейные уклоны, напуски, приливы, усадочные ребра или стяжки, галтели.

К технологическим указаниям по изготовлению отливки относятся: линия разъема модели с указанием верха и низа по расположению ее в форме, линия разъема стержня; расположение и размеры стержневых знаков; место подвода питателя в форме расположение и конструкция прибыли; расположение базовой поверхности для разметки; точность и шероховатость поверхности отливки, которые допускаются техническими условиями.

Линия разъема. Расположение линии разъема модели устанавливают исходя из следующего:

1) обрабатываемые поверхности отливки должны находиться внизу для получения чистой и плотной поверхности;

2) если не удается получить ровной поверхности в верхней полуформе, то обычно более высокую часть модели следует устанавливать в нижней полуформе;

3) обеспечения более легкого удаления модели из формы без применения дополнительных стержней для образования выступающих частей модели (бобышек, выступов и др.), которые должны находиться в плоскости разъема модели или перпендикулярно плоскости разъема формы;

4) исключения криволинейных разъемов модели, затрудняющих ее изготовление и формовку;

5) обеспечения точности размеров отливки.

Базовые поверхности, по которым происходит разметка, не должны пересекаться линией разъема; отливки, изготовляемые в одной полуформе, имеют большую точность. При определении линии разъема стержневого ящика исходят из следующего:

1) разделяют сложные стержни на отдельные части с учетом получения удобной плоскости для набивки стержня; если стержень сушат, то одна его поверхность должна быть несложной для удобства простановки на сушильную плиту;

2) предусматривают минимальное число вкладышей (отъемных частей) в стержневом ящике, так как их установка и удаление снижают производительность стерженщика;

3) предусматривают уклоны на стенках стержневого ящика, обеспечивающие легкое удаление из него стержня.

Отдельные части стержня должны легко собираться в стержневой узел.

Опознавательные данные (необходимые размеры, марка сплава, масса отливки, место клеймения и др.), которые наносят на чертеже отливки или около чертежа отливки, приведены на рис. 1.

Специальные данные к отливке (технические условия на приемку, твердость и структура на отдельных участках, указания об испытаниях) также наносят на чертеж отливки (см. рис. 1).

Изготовление модельного комплекта. Поверхность модели должна быть гладкой, чистой, чтобы при выемке ее из формы она легко отделялась от формовочной смеси.

Модели и стержневые ящики в единичном и серийном производствах в большинстве случаев изготовляют из древесины, а в массовом производстве - из алюминиевых сплавов, чугуна, пластмассы.

При изготовлении моделей и стержневых ящиков учитывают технологию формовки и изготовления стержней, литейные свойства сплава, заливаемого в форму, и последующую механическую обработку отливки.

По чертежу отливки (рис. 2,а) изготовляют деревянную модель (рис. 2, б) и стержневой ящик (рис. 2,в). Предварительно все размеры чертежа отливки увеличивают на величину литейной усадки сплава, из которого ее изготовляют.

Рис.2. Изготовление модели и стержневого ящика.

Деревянные модели и стержневые ящики делают из отдельных заготовок. Заготовки склеивают из нескольких кусков (рис. 2,в), причем куски размещают так, чтобы долевые волокна древесины располагались в разных направлениях. Модели, изготовленные из таких заготовок, имеют большую прочность, более стабильные размеры и меньше коробятся.

Деревянные модели изготовляют на деревообрабатывающих станках: циркулярных и ленточных пилах, фуговальных и рейсмусовых (строгальных) станках, фрезерных, токарных и шлифовальных станках и др.