Операции формовки и изготовление стержней

Ручная формовка

Ручная формовка применяется при мелкосерийном производстве и при изготовлении крупных отливок.

Модель помещают на подмодельную доску, на которую ставят первую (нижнюю) опоку, и слегка присыпают ликоподием или древесноугольной пылью из мешочка или мелким песком, чтобы к ней не приставала формовочная смесь. Потом модель и подмодельную доску в опоке засеивают тонким слоем облицовочной (примыкающей к модели) смеси, а затем наполнительной (заполняющей опоку) смесью и первые слои обжимают вокруг модели руками. Заполнив опоку, смесь утрамбовывают трамбовкой.

Слабо набитая форма недостаточно прочна и может разрушиться жидким металлом при заполнении. Слишком плотная набивка снижает газопроницаемость формы и вызывает брак отливки по газовым раковинам.

После уплотнения избыток смеси срезают линейкой, вровень с кромкой опоки; для увеличения газопроницаемости в форме накалывают иглой каналы и переворачивают опоку моделью вверх, наложив предварительно на нее доску (вторую подмодельную). Сняв первую подмодельную доску, на нижнюю опоку устанавливают верхнюю опоку, перед этим сглаживают гладилкой разъем, присыпают его песком и обдувают с него избыток песка. Модель присыпают ликоподием, углем или песком и в нижнюю половину формы ставят модель литника. Потом засеивают облицовочную смесь и набивают верхнюю опоку в том же порядке, как и нижнюю. Вокруг литника смесь должна быть уплотнена достаточно хорошо, чтобы ее не размыло струей металла при заливке.

Вынув модель литника, вырезают литниковую чашу, накалывают душником газовые каналы, и опоки раскрываются. Приглаживают смесь по краям модели в плоскости разъема и прорезают литниковый канал и питатель между литником и полостью формы. Смочив мокрой кистью смесь по краям модели и слегка расколотив модель в стороны, осторожно вынимают ее с помощью подъема. Сделав, если потребуется, необходимые исправления после удаления модели, форму припыливают. Затем, обдув форму, нижнюю опоку накрывают верхней. После этого форма готова к заливке. Если литье производиться в сухую форму, то предварительно обе опоки раздельно помещают в сушило. После сушки собирают форму и заливают.

Формовка в почве

Формовка простейших крупных отливок, не требующих точных размеров, выполняется непосредственно в почве земляного пола в литейной с помощью только одной верхней опоки или без опок.

Порядок выполнения работы. Выкапывают яму несколько большую, чем модель, засыпают в нее слой горелого кокса для увеличения газопроницаемости формы, и из коксовой прослойки выводят на поверхность почве газовые каналы. В яму засыпают наполнительную землю и затем слой облицовочной земли. На это подготовленное место ("постель") помещают модель и заформовывают ее, уплотняя вокруг модели формовочную смесь. Поверхность выравнивают, плоскость разъема заглаживают и посыпают разделительным песком. Над моделью ставят опоку, по углам ее забивают деревянные колья, чтобы снятую опоку после удаления модели модно было точно поставить на место при последующей сборки формы. В опоку ставят модели стояка и выпоров, а затем заформовывают опоку. Заформовав опоку, ее снимают, предварительно вынув модели стояка и выпоров, прорезанную литниковые каналы, вынимают модель, исправляют повреждения, полученные при удалении модели. Припылив форму, производят сборку ее. Ставят груз на форму и заливают ее. Если отливка имеет полости, то при изготовлении в почве применяют стержни, как и при формовке в опоках.

Формовка по шаблону

В тех случаях, когда для изготовления отливки требуется модель, которая стоит дорого, а конфигурация отливки позволяет обойтись без модели, форму готовят с помощью шаблонов.

Изготовление стержней

Для образования в отливке полости изготовляют так называемые

стружки отдельно от формы. Затем стержни вставляют в готовую форму. Таким образом, во время заливки металла в форму стержень оказывается окруженным со всех сторон или на большей части своей поверхности жидким металлом. Поэтому он должен быть достаточно огнеупорным и прочным. В стержне для придания ему прочности устраивают каркасы или так называемые рамки. Эти каркасы по отношению к стержням являются тем же, что опоки по отношению к формам, т.е. не дают им разрушаться от давления металла.

Стержень должен пропускать газы даже лучше, чем сама форма. Для обеспечения этого в них устраивают каналы или прокалывают жгуты из соломы и пеньки или восковые (парафиновые) фитили. При сушке стержня воск (парафин) расплавляется и вытекает, оставляя каналы для прохода газов.

Песок для стержней должен быть огнеупорным и не содержать большого количества глины, уменьшающей его газопроницаемость. Зерна песка для большей газопроницаемости должны быть округленными и равномерной величины.

Связующим веществом для стержней обычно служат льняное масло, патока, мука декстрин и др. В настоящее время их стремятся заменить более дешевым материалом - сульфитовым щелоком, ксилозным сиропом (продукт переработки древесных опилок), кислыми водами (продукт переработки отходов газогенераторного процесса) и другими заменителями.

Стержни изготавливают обычно в стержневых ящиках, состоящих из двух половин. Чтобы к стенкам ящика не прилипал песок, их припыливают ликоподием или другим припыливающим материалом. Слабо набитый стержень размывается струей металла, а при слишком плотной набивке снижается газопроницаемость.

Часто для образования вентиляционного канала в центре стержня в ящик при набивке смеси закладывают толстую прямую проволоку или пруток длиной немного больше ящика. По окончании набивки ящика их вытаскивают. Для сушки стержень кладут на плиту с пеком, который служит опорой для стержня и не дает ему разрушаться.

При массовом производстве стержней применяют пескодувные машины.

Порядок производства одиночных массивных стержней по шаблону. В станок для заточки устанавливается шпиндель (в виде трубы с отверстиями в стенках); устанавливается и зажимается шаблон. На шпиндель наматывают слои соломенной веревки и затем обмазываются глиной; производится чистовая заточка шаблоном; стержень вынимается из станка. Стержень сушиться, проверяется, вторично затачивается и выравнивается; затем окрашивается.

Машинная формовка

При массовом производстве, а с применением координатных плит и при мелкосерийном применяется формовка на машинах, дающая более точное и дешевое литье. Она значительно повышает производительность труда, не требуя высококвалифицированных формовщиков. Установка модели на подмодельную доску при работе на машине отпадает. Точная установка опок на модельной плите, механизированное уплотнение земли в опоке и извлечение из формы при машиной формовке делаются в различной степени автоматически в зависимости от типа формовочной машины (ручные, прессовые, встряхивающие, пескометы и машины специального назначения).

В ручных машинах опока набивается вручную или простым рычажным механизмом. На прессовых машинах смесь уплотняется механически гидравлическим прессом, однако такая набивка получается неравномерной по глубине опок.

Прессовые машины с верхним прессованием уплотняют формовочную смесь, насыпанную опоку (высотой до 15 мм) и наполнительную рамку до верхней кромки рамки. Прессовая колодка прикреплена к траверсе, а модельная плита закреплена болтами на столе. Формовочная смесь при прессовке уплотняется на всю высоту наполнительной рамки.

При нижнем прессовании на столе машины устанавливается опока (высотой 250 мм) по штырям. Опока, наполненная формовочной смесью, подводится под траверсу. Модельная плита с моделью закрепляется на подвижном столе машины, перемещается в определенных пределах вместе с моделью внутри стола. Проем высотой в столе заменяет наполненную рамку.

Нижнее прессование лучше уплотняет формовочную смесь, так-так прессование производиться самой моделью. В встряхивающих машинах укрепленная на столе модельная плита покрывается опокой, которая из бункера наполняется формовочной смесью. Под действием сжатого воздуха (до 6 ат) стол машины поднимается на высоту 3-10 см и. падая, ударяется о твердую опору, при этом встряхивании земля в опоке уплотняется. Число ударов 10-300 в минуту.

Верхние слои подпрессовываются, а в крупных опоках подтрамбовываются ручными пневматическими трамбовками и встряхиванием с грузом - плитой, положенной сверху на формовочную смесь

Уплотнение формовочной смеси встряхиванием применяется для опок различных размеров. УЗТМ построил формовочную машину со столом 3,5 х 6,5 м грузоподъемностью 40 т.

Более совершены встряхивающие машины. В них смесь в опоке уплотняется встряхиванием вместе с моделью. Наибольшее уплотнение получается у части модели, расположенной внизу попку. Это увеличивает прочность формы, а менее плотная набивка веру опоки улучшает газопроницаемость.

При ускоренном изготовлении форм очень крупных изделий применяют пескометы. Эти машины одновременной забрасывают смесь в опоку и уплотняют ее. Производительность их- до 20 м3/час формовочной смеси. В пескометах смесь ковшовым элеватором поднимается в сито, которое встряхивается кулачковым механизмом. Просеянная смесь поступает в бункер, а из него ленточным транспортером подается в головку пескомета. Оттуда смесь быстро вращающимся кулачком с силой выбрасывается в опоку. Передвижные пескометы на рельсах или на передвижном механизме подают песок в очень крупные неподвижные формы. К неподвижным (стационарным) пескометам опоки подаются с помощью конвейера.

Сушка форм и стержней

Для увеличения газопроницаемости и прочности форм их подвергают сушке в сушилах (а мелкие стержни в сушильных шкафах) при температуре 175-325о в зависимости от состава связующего материала. Продолжительность сушки от 6 до 24 и более часов в зависимости от габарита формы.

Почвенные и громоздкие формы сушат на месте при помощи переносных сушил с вентилятором в нерабочее время, согласно правилам техники безопасности (из-за вредных газов). Нередко для сушки форм применяют электрические переносные сушила с нагревательными спиралями или инструкционные лучи.

Химическое твердение форм и стержней

При изготовлении отливок в песчаных формах и с применением песчаных стержней получил распространение на заводах скоростной способ изготовления форм и стержней из быстросохнущих смесей с химической "сушкой" углекислым газом.

Из химии известно, что если прибавлять к щелочному раствору кремнезема небольшими порциями кислоту, то наступает момент полного застывания массы, выделяются студень и гидрогель; в этом случае гидрат кремнезема образуется среди щелочного раствора и делается нерастворимым.

Процесс химического твердения при воздействии углекислого газа на силикат натрия, являющийся основой жидкого стекла, можно представить следующим образом:

Na₂Si₂O + CO₂ = Na₂SO₃ + 2SiO₂.

При этой реакции выделяется тепло. При использовании этой реакции в формовочных смесях пленки гидрогеля кремневой кислоты (m SiO₂ * n H₂O), располагаясь между зернами песка, связывают их в прочную сухую смесь. Чем меньше воды в гидроле, тем большую прочность приобретает химически твердеющая смесь.