» » Литье в оболочковые формы
22.04.2015

Применение разовых песчаных форм связано с большим расходом формовочных материалов, тогда как с жидким металлом соприкасается небольшая часть формы. На основе достижений современной химии был разработан способ изготовления прочных тонкостенных форм оболочек из обычных песков с применением специальных крепителей. Эти крепители способны размягчаться при небольшом нагреве, а затем твердеть, образуя с песком прочную оболочку.
Принципиальная схема изготовления оболочковых форы показана на рис. 67. Металлическую плиту 1 с моделью 2 нагревают до 200—250 С и крепят к горловине бункера 3 с песчано-смоляной смесью 4. Бункер поворачивают на 180°, и смесь ссыпается на плиту. Под действием тепла смола 6 небольшом слое смеси, прилегающем к нагретой модели, плавится в течение 15—20 с и образует полутвердую оболочку толщиной 4—15 мм (толщина зависит от времени выдержки), хорошо облегающую модель. Чтобы смесь сильно не прилипала к модели и плите, на них предварительно наносят тонкий слой разделительного состава. Затем бункер поворотом возвращается в исходное положение, и излишек смеси ссыпается с модели. Плиту вместе с оболочкой снимают с бункера и помещают в печь, где при температуре 250—320 °C происходит твердение оболочек в течение 2—3 мин в результате химических и физических превращений, происходящих в термореактивной смоле. Затем плиту вынимают из печи, готовые оболочки с помощью толкателей 5, встроенных в подмодельную плиту, отделяют от модели. Полуформы собирают по разъему с помощью фиксаторов 6, получаемых с помощью моделей на оболочке, и скрепляют — склеивают или зажимают специальными зажимами. Если необходимо, то в форму перед спариванием устанавливают стержни 7, которые обычно изготавливают тем же методом из песчано-смоляных смесей. Собранную форму устанавливают в опоку 8 с укрепляющей засыпкой в виде песка или металлической дроби и подают на заливку. Формы заливают неподогретыми. Заливку небольших оболочковых форм можно вести без предварительной засыпки.
Литье в оболочковые формы

В последнее время изготавливают оболочковые двухслойные формы из внутреннего песчано-смоляного слоя, который наносят на металлическую, и наружной оболочки, служащей для повышения прочности формы и ускорения затвердевания После затвердевания отливок оболочки разрушают, отливку извлекают, а смесь подают на регенерацию или в отвал.
Этим способом получают отливки с высокой точностью (до 5-го класса) и чистой поверхностью (4—6-й класс чистоты). Преимущества оболочковых форм, кроме уменьшения расхода смеси, который составляет 0,3—0,8 т на 1 т годных отливок против 5—8 т при обычном литье, — высокая прочность и газопроницаемость, хорошая податливость при усадке отливок, негигроскопичность. Благодаря высокой культуре производства, механизации и автоматизации процесса удается повысить выход годного отливок и снизить брак в 1,5—2 раза.
В оболочковые формы можно заливать все цветные литейные сплавы. Рекомендуемая масса отливок 2—15 кг.
Недостаток процесса изготовления оболочковых двухслойных форм из песчано-смоляного слоя — более высокая себестоимость литья, чем литья в обычные разовые формы. Наиболее рационально этим способом отливать отливки при массовом и крупносерийном производстве с применением высокой степени механизации и автоматизации процесса.
Для изготовления песчано-смоляных смесей применяют обычные кварцевые или тощие пески. Чем мельче песок, тем лучше поверхность отливок, но при этом повышается расход смолы. Рекомендуется использовать пески К0063Л, K010A и смеси этих песков, применяют также цирконовые пески, хромит и другие огнеупорные материалы с повышенными теплоаккумулирующими свойствами При производстве отливок из титана, циркония и редких металлов применяют графитовые оболочковые формы.
В качестве термореактивной смолы используют порошкообразный пульвербакелит — новолачную фенолформальдегидную смолу с 5—8 % уротропина ПК 104 по ГОСТ 13507—68, а также мочевиноформальдегидные смолы (карбамиды) типа МФ—17, М, КФ40 (холодное твердение). Для уменьшения пылеобразования в процессе приготовления смесей и устранения расслаивания песка и пульвербакелита в смеси добавляют увлажнители (0,2—4 % от массы смеси) в виде эфироальдегидных фракций, ацетон, спирт, керосин и др. В этом случае получаются «плакированные» смеси. Плакирование смеси производится в смесителях при введении компонентов в такой последовательности: песок, увлажнитель, связующее
Применение плакированных смесей улучшает технологию изготовления оболочек и снижает примерно в 1,5—2 раза расход дорогостоящего пульверба-келита
В качестве разделительных покрытий, наносимых на модели для хорошего съема оболочек с плит или из стержневых ящиков, употребляют кремнийорганическую жидкость № 5 — этилполиксилоксан или силиконовую жидкость, растворы силиконового каучука в уайт-спирите, церезин, эмульсин (5 % жидкости № 5, 3 % мыла, 92 % воды), графитовую суспензию в керосине и др. Покрытия наносят на горячие плиты и ящики тонким слоем опрыскиванием из пульверизатора.
Модельный комплект состоит из модели, плиты и механизма для съема оболочек. Модели и плиты изготовляют из стали и чугуна, т. е. материалов, отличающихся повышенной теплоемкостью и стойкостью против термического коробления и химической инертностью к смесям. Модели делают сплошными для лучшего теплообмена смеси и образования прочной оболочки. Толкатели изготавливают из сталей 40Х, 50Х, а пружины, которые необходимы для возвращения толкателей в исходное положение после съема оболочки, — из высоколегированных хромовых или хромоникелевых сталей. Чистота рабочих поверхностей моделей и плит должна соответствовать 7—9-му классу.
Песчано-смоляную смесь наносят на модельные плиты с помощью опрокидывающегося бункера, а также пескодувным способом. В настоящее время процесс получения оболочковых форм проводится на специальных установках, он механизирован и автоматизирован. Эти установки состоят из печи нагрева модельных плит, бункера для смеси, механизма для нанесения смеси на плиту, устройств для съема оболочек с плит и передачи модельной оснастки с одной позиции на другую. Наиболее часто применяют двух-, четырех- и шестипозиционные установки с прямолинейным или карусельным расположением позиций. Для повышения скорости образования оболочки в конструкциях бункеров часто предусматривается возможность подпрессовки смеси к модельному комплексу.
Большое распространение в литейном производстве получил метод изготовления стержней из песчано-смоляных смесей в горячих ящиках. При этом полости стержневых ящиков наиболее выгодно заполнять пескодувным или пескострельным способом, хотя применяют и насыпной метод наполнения. На рис. 68 приведена схема установки для изготовления оболочковых стержней. На столе 1 смонтирован подогреваемый чугунный стержневой разъемный ящик 2 с гидравлическими цилиндрами 3 и выдвижной кареткой 4 для удаления протяжкой вниз центровой металлической вставки 5 и выдачи оболочковых стержней 6. На несущих стойках закреплен пескострельный резервуар 7 с быстросменным насадком 8 с надувной плитой. Верхняя часть резервуара закрыта шибером 9; при ее открывании из бункера 10 периодически набирается смесь.
Литье в оболочковые формы

Ящики нагреваются встроенными в них снаружи электронагревателями, реже с помощью газовых горелок или в печи. В первом случае используют трубчатые или спиральные электронагреватели, позволяющие подогревать стержневые ящики до 180—220 °С.
Стержневые ящики делают из строго чугуна с толщиной стенок 10—20 мм. В зависимости от геометрии стержня и типа применяемых машин используют ящики с вертикальным или горизонтальным разъемом.
Технология и последовательность изготовления оболочковых стержней сходна с процессом получения оболочковых полуформ. Оболочковые стержни имеют высокую размерную точность, отличаются высокой газопроницаемостью, способствуют получению чистой поверхности отливок, особенно при литье пленообразующих сплавов, например алюминивых бронз.
Сборка оболочковых полуформ для заливки состоит из следующих операций установки стержней; совмещения полуформ с помощью системы выступов и впадин, предусмотренных на оболочках и получаемых благодаря различным фиксирующим конструктивным дополнениям на подмодельных плитах, скрепления полуформ посредством склеивания по плоскостям разъема либо с помощью зажимов.
Для склеивания используют специальный клей и пульвербакелит. Для плотного прижатия и склеивания полуформ применяют пневматические штыревые прессы. Пульвербакелит насыпают на плоскую поверхность разъема полуформы, нагретой до 100°С, накрывают второй полуформой и прижимают штифтами. Пульвербакелит в течение 30—50 с оплавляется и склеивает полуформы.
Заливку оболочковых форм производят в горизонтальном или вертикальном положении, с наружной засыпкой или без нее в зависимости от металлоемкости формы и принятой технологии. Небольшие оболочковые формы заливают без засыпки, более крупные помещают в металлические контейнеры, а пространство между оболочками и стенками контейнера заполняют сыпучими материалами: песком, мелким гравием, металлической дробью. Такая засыпка придает дополнительную стойкость оболочкам против статических и динамических нагрузок, создаваемых массой металла и силовым действием его струи, а также повышает скорость охлаждения металла в форме. Заполнение и уплотнение сыпучих материалов производятся с помощью засыпных устройств — бункеров и вибростендов. Так как засыпка повышает трудоемкость процесса, стремятся изыскивать способы заливки оболочковых форм без засыпки: увеличивают толщину стенки оболочек, применяют стопочный метод заливки, песчано-масляные оболочки создают в металлических формах и др.
Заливка оболочковых форм производится обычным способом — из ковшей. В условиях массового производства заливку ведут на горизонтально или вертикально замкнутых конвейерах. В России на многих заводах действуют механизированные линии и отделения оболочкового литья производительностью до 2,5—5,0 тыс. т годных отливок в год.
После охлаждения формы разрушают, выбитые отливки очищают, а отработанную смесь и засыпку регенерируют, освежают и снова подают в производство.