Ручная и машинная формовка. Стержневое производство.

Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Он осуществляется в формовочных отделениях литейного цеха. Стержни изготовляют в стержневом отделении и подают на сборке формы в формовочное отделение. Изготовление форм, стержней и сборка формы - наиболее ответственные этапы производства отливок. Более 80% отливок получают в разовых литейных формах, так как стоимость их изготовления достаточно низкая, вместе с тем в них можно получить практически любую по конфигурации, сложности и массе отливку из наиболее распространенных черных и цветных сплавов.

Применяют следующие способы формовки: 1) в почве и кессонах; 2) в опоках; 3) безопочную; 4) по шаблону; 5) по скелетным моделям и контрольным сечениям; 6) в стержнях; 7) с применением быстротвердеющих смесей.

В зависимости от степени механизации процесса изготовления форм различают три вида формовки: ручную, машинную и автоматическую. На машиностроительных заводах ручную формовку применяют для получения одной отливки или нескольких, например в условиях опытно-экспериментального производства, при изготовлении уникальных отливок, а также для ремонта. Машинную формовку применяют в условиях серийного и массового производства отливок или для автоматизации процесса изготовления форм какой-либо одной отливки (специализированные автоматы).

Инструмент для ручной формовки.

При изготовлении и отделке литейных форм применяют разнообразный инструмент. В зависимости от назначения его можно разделить на две группы.

Первая группа - это инструменты, применяемые для наполнения опоки смесью, уплотнения смеси и вентиляции формы (лопаты, сита, трамбовки, ручные и пневматические трамбовки, вентиляционные иглы и т.д.), а также для проверки положения модели в горизонтальной плоскости (уровень или ватерпас).

Вторая группа - это инструменты, предназначенные для извлечения модели из формы и отделки формы (кисти пеньковые и щетки, подъемы резьбовые и винтовые, крюки, молотки, тяжелые и легкие гладилки, крючки с лезвием разных размеров, ланцеты, ложечки, полозки разных профилей).

Опоки.

Формы в литейном производстве изготовляют в основном в опоках. Опоками называют жесткие рамки (прямоугольные, квадратные, круглые, фасонные) из чугуна, стали, алюминиевых сплавов, предохраняющие песчаную форму от разрушения во время ее сборки, транспортировки и заливки. Опоки изготовляют из чугуна марок СЧ 15-32, СЧ 18-36 и стали марок 20Л, 25Л и 30Л. Наиболее совершенными считают литые и сварные стальные опоки, так как они прочнее чугунных.

Обычно форму изготовляют в двух опоках - верхней и нижней. Поверхности опок, которые обращены друг к другу при сборке (плоскости разъема), строгают, а иногда шлифуют для того, чтобы обеспечить плотность прилегания полуформ.

Для транспортировки и перевертывания опок в процессе формовки (на малых опоках) предусмотрены ручки, на больших (крановых) - цапфы. В стенках опоки делают вентиляционные отверстия для выхода газов, образующихся при заливке формы. Формовочная смесь в опоках больших размеров удерживается ребрами-крестовинами (шпонами).

Формовка в опоках.

В литейном производстве широко распространена формовка в опоках главным образом по разъемным моделям, причем формовку чаще всего осуществляют в двух и реже в трех и более опоках. При формовке в опоках отливки получаются более точные, чем при формовке в почве, так как опоки центрируются при помощи штырей.

Формовка в опоках является более производительной, чем формовка в почве. Применяют несколько способов формовки: 1) в двух опоках; 2) с подрезкой; 3) с фальшивой опокой; 4) с перекидным болваном; 5) в нескольких опоках; 6) по модели с отъемными частями.

Формовка в двух опоках по разъемной модели. Процесс изготовления формы начинают с установки модели или ее половины на модельную плиту. Затем на плиту устанавливают пустую нижнюю опоку и поверхность модели смачивают смесью керосина с мазутом или припыливают мелким песком. После этого через ручное сито просеивают облицовочную смесь. Толщина слоя облицовочной смеси для мелких отливок 15-30 мм, а для крупных 30-40 мм. При формовке крупных отливок с высокими отвесными стенками облицовочную смесь просеивают через сито только для покрытия горизонтальной плоскости модели. Обкладку отвесных стенок производят той же облицовочной смесью. В опоку засыпают наполнительную смесь и ее уплотняют. Для достижения равномерной плотности формы наполнительную смесь засыпают в опоку слоями (57-75 мм) и уплотняют ручной или пневматической трамбовкой. При уплотнении нельзя ударять трамбовкой по модели, так как формовочная смесь в местах удара будет сильно уплотнена и в отливках могут образоваться газовые раковины. Особенно тщательно следует уплотнять смесь в углах и у стенок опоки.

Излишек формовочной смеси после уплотнения сгребают линейкой вровень с кромками опоки и душником прокалывают вентиляционные каналы так, чтобы душник не доходил до модели на 10-15 мм. Затем опоку вместе с модельной плитой поворачивают на 180 ⁰ и устанавливают вторую половину модели.

Чтобы устранить прилипание формовочной смеси верхней полуформы к нижней, плоскость разъема нижней полуформы присыпают сухим разделительным песком. Этот песок сдувают с поверхности модели сжатым воздухом. Верхнюю опоку ставят на нижнюю и через сито насыпают на модель слой облицовочной смеси, устанавливают модель стояка и насыпают наполнительную смесь. После этого уплотняют смесь. Излишки смеси сгребают и делают наколы душником.

Форму раскрывают и смачивают ее поверхность вблизи модели водой. Для предупреждения ухода жидкого металла из формы при заливке по сырому на плоскости разъема формы делают риски (подрезки) вокруг модели на расстоянии 50-70 мм от нее. При заливке металла в сухие формы и особенно при неудовлетворительном состоянии опок в большинстве случаев на плоскость разъема формы кладут тонкий слой глины, который при спаривании полуформ полностью исключает провыв металла их формы. Модели не следует располагать близко к раю опоки; расстояние от модели до стенки опоки должно быль не менее 25-50 мм в зависимости от массы отливки и габаритных размеров опоки.

В модель ввертывают или забивают подъем. Затем ее слегка расталкивают ударами молотка по подъему и извлекают их формы. Так же извлекают модели элементов литниковой системы, стояка, выпора, питателя. Небольшие модели вынимают из формы вручную, а крупные - краном.

Извлечение модели из формы является ответственной операцией, и производить ее нужно очень осторожно, чтобы не разрушить форму. Сильно расталкивать модель не рекомендуется, так как при этом отливки получаются с увеличенными размерами и массой.

После извлечения модели поверхность формы отделывают. Поврежденные места формы исправляют гладилками, ложечками, ланцетами и т.д. Некоторые части формы укрепляют шпильками. Отделанную форму, изготовленную по-сырому, перед сборкой присыпают порошкообразным графитом или древесно-угольным порошком. При формовке по-сухому поверхность формы не припыливают, а окрашивают. Формы обычно окрашивают после сушки, когда форма еще не остыла. Иногда формы красят 2 раза: до и после сушки. Затем устанавливают стержень и собирают форму.

Формовка в двух опоках по неразъемной модели. Небольшую крышку получают по деревянной неразъемной модели. Сначала формуют нижнюю опоку. На деревянную плиту устанавливают модель и нижнюю опоку, а затем насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Опоку с плитой переворачивают на 180⁰, устанавливают верхнюю опоку и модели литниковой системы, и также насыпают в верхнюю опоку формовочную смесь и уплотняют. После этого поднимают верхнюю полуформу, переворачивают ее на 180⁰ и извлекают модели их формы. Затем форму отделывают, собирают и заливают металлом.

Машинная формовка.

Машинную формовку применяют главным образом в серийном и массовом производстве и значительно реже в мелкосерийном и единичном производстве. Машинную формовку осуществляют, как правило, в двух опоках, исключение составляет формовка в стопку и безопочная формовка.

Форма обычно состоит из двух полуформ - верхней и нижней. При изготовлении форм на машинах необходимо иметь модели, модельные плиты, спаренные стальные опоки, штыри. В массовом и крупносерийном производстве применяют металлические модели, в серийном производстве - деревянные модели, укрепленные на координатных плитах. Во всех случаях формовку на машинах осуществляют по моделям, смонтированным на металлических плитах, что повышает точность отливок, а механизация основных операций (уплотнения формы и извлечения модели) полностью освобождает формовщиков от трудоемких ручных операций.

Машинная формовка по сравнению с ручной имеет ряд преимуществ: высокая производительность, точность отливок и, как следствие, меньшие припуски на механическую обработку, равномерность уплотнения формы, возможность выполнения работы формовщиками более низкой квалификации.

Точность размеров отливок при машинной формовке обеспечивается применением более точных (с меньшими уклонами) моделей, заменой операции расталкивания моделей вибрацией при их извлечении из формы, хорошим центрированием опок.

Для машинной формовки используют три типа модельных плит:

односторонние - на одной плите смонтирована нижняя часть модели, а на другой - верхняя часть модели; 2) двусторонние - на одной стороне плиты смонтирована модель верха, а на другой - низа (формовка на одной машине);

реверсивные - нижнюю и верхнюю опоки формуют на одной плите, а при сборке верхнюю опоку поворачивают на 180⁰.

Постоянное крепление моделей к плитам используют в массовом и крупносерийном производстве. Сборные модельные плиты, состоящие из вкладышей с моделями, применяют в мелкосерийном производстве; координатные модельные плиты - в единичном и мелкосерийном производстве. Координатные плиты имеют отверстия для установки модели и определения правильности ее положения. Отверстие на плите обозначают шифром, состоящим их буквы и цифры. С помощью этого шифра устанавливают модели на плите.

Технологический процесс изготовления литейных форм на машинах складывается из ряда операций.

Основные операции‑ уплотнение формовочной смеси в опоке и извлечение модели из формы определяют качество будущей отливки: наличие в ней засоров, газовых раковин, трещин; правильность геометрии; чистоту поверхности.

Изготовление стержней

Стержни применяют в основном для выполнения в отливках отверстий и полостей, а также наружных поверхностей отливок сложной конфигурации.

При заливке формы стержни обычно бывают со всех сторон окружены жидким металлом. Поэтому они должны обладать высокой газопроницаемостью, прочностью, податливостью, выбиваемостью, что обеспечивается выбором соответствующей стержневой смеси и конструкцией стержня.

Стержни делят на пять классов по геометрическим размерам, конфигурации, условиям работы в литейной форме и требованиям к качеству литой поверхности.

I класс – стержни сложной конфигурации, ажурные, имеющие малые знаки, образующие в отливках необрабатываемые полости, к чистоте которых предъявляют высокие требования, например стержни ленточного типа для отливок корпусов двигателей внутреннего сгорания.

II класс – стержни сложной конфигурации, имеющие наряду с массивными частями тонкие выступы, перемычки. Они образуют в отливке полностью или частично обрабатываемые поверхности.

III класс – стержни средней сложности с массивными знаками, не имеющими особо тонких частей, но выполняющие в отливках полости, к чистоте поверхности которых предъявляют повышенные требования.

IV класс – стержни простой конфигурации, образующие в отливках обрабатываемые и необрабатываемые поверхности, к чистоте которых особых требований не предъявляется.

V класс – массивные стержни, образующие большие полости в крупных отливках.

Смесь для стержней I класса должна обладать высокой прочностью, поверхностной твердостью, высокой пластичностью во влажном состоянии, минимальной газотворностью, хорошей податливостью и выбиваемостью.

Смесь для стержней II класса должна удовлетворять тем же самым требованиям, но быть более прочной во влажном состоянии, чтобы массивные и высокие части стержня не разрушались под собственной массой.

Смесь для стержней III класса должна иметь высокую прочность во влажном состоянии, хорошую податливость и выбиваемость.

Смесь для стержней IV и V классов должны иметь высокую прочность во влажном состоянии, хорошую податливость и выбиваемость.

Стержни получают в ящиках вручную или на машинах с помощью тех же приемов, что и при формовке. Отделение литейного цеха, в котором изготовляют стержни, называют стержневым.