Кафедра “Технологии обработки материалов” (МТ-13)

Учебно-технологический литейный практикум (ЛУТП)

Тема практической работы

“Изготовление отливок литьем в песчаную форму с уплотнением смеси вручную”

 

Системотехническое отображение:

МГТУ-МТ13-УТП-ЛУТП-РФ-РУ(1а.ч.).

 

 

 

Цели и задачи практической работы

 

Cистемотехнические отображения и преобразования, используемые в ЛУТП

Для формализованного решения множества технологических задач при прохождении практикума используются отображения:

  1. Спфi – способы литья в песчаные формы с уплотнением смеси вручную;
  2. Мпфi – сплавы, из которых изготавливают отливки;
  3. Свпфi – составы и свойства формовочных и стержневых смесей;
  4. Опфi – литейная оснастка и ее характеристики;
  5. Гпфi – литейные установки и принципы их работы;
  6. Тпфi – технологические режимы формообразования отливок;
  7. Бпфi – методы повышения качества литья;
  8. Впфi – технологические возможности изготовления отливок;
  9. Кпфi – конструкторские особенности отливок и технические задания на их изготовление;
  10. ТКпфi – методы оценки и повышения технологичности конструкций отливок

При выполнении практической работы студент должен выявить влияние параметров, характерных для способов литья в песчаные формы с уплотнением смеси вручную Спфi =Срф.

i=РФ – изготовление песчаных форм с уплотнением смеси вручную;

Системотехническое отображение практической работы имеет вид:

[Спфi](МпфivСвпфivОпфivГпфivТпфiv

БпфivВпфivКпфivТКпфi) (1)

 

Научно-техническое обоснование взаимосвязей параметров баз принятия предсказательных решений

Срфi. Сущность литья в песчаные форм заключается в формообразовании отливок, полученных при затвердевании расплавленного металла, который свободно заливается в разъемную разовую форму, полученную из уплотненной формовочной смеси.

Для изготовления песчаной формы используют модели, оформляющие внешнюю конфигурацию отливки. Для получения рабочей полости полуформ на модели в опоку засыпают формовочную смесь, которую уплотняют вручную. После затвердевания расплава и его охлаждения, осуществляется выбивка отливки с одновременным разрушением формы.

Песчаная форма (рис. 1) - это разовая литейная форма, изготовленная уплотнением формовочной смеси. Она состоит из верхней I и нижней 2 полуформ, образующих полость формы 3. Наружную поверхность полости отливки в каждой полуформе получают по литейной модели в процессе уплотнения смеси.

Для образования отверстий, полостей или иного сложного контура в отливке применяют песчаные стержни 4.

В большинстве случаев песчаные формы изготавливают в парных опоках 5, служащих для удержания формовочной смеси при уплотнении полуформ, при изготовлении, заливке и транспортировки песчаных форм.

Для подвода расплавленного металла в полость формы, ее заполнения и питания отливки при затвердевании используют литниковую систему.

Литниковая система состоит из литниковой чаши 6, стояка 7, шлакоуловителя 8, питателя 9, выпора 10. Литниковая чаша предназначена для приема расплавленного металла и подачи его в стояк. Вертикальный канал стояка подает расплав в шлакоуловитель. В шлакоуловителе задерживаются шлаки и неметаллические примеси. Из шлакоуловителя расплав поступает в питатель, который необходим для подвода расплава в полость литейной формы.

Рис. 1

Часто, для облегчения выхода газов из формы, в форме делают вентиляционные наколы II.

Собранную из двух полуформ песчаную форму заливают расплавом. Струю расплавленного металла направляют непрерывно в литниковую чашу 1 так, чтобы чаша была до краев заполнена расплавом. Это необходимо для того, чтобы в полость формы не попадали шлаковые включения, пузырьки воздуха. Расплав поступает в стояк 2, затем в шлакоуловитель 3, питатель 4, полость формы 6. При появлении расплава в выпоре 5 прекращается эаливка формы.

В зависимости от заливаемого металла (чугуна, стали или цветных сплавов), размеров и массы отливки применяют сырые, сухие и химически твердеющие формы.

Заливку литейных форм проводят из заливочных ковшей (рис.2) или заливочных устройств. При этом литниковую чашу или воронку необходимо до краев заполнить жидким металлом, чтобы предотвратить попадание шлака в полость формы.

Затвердевание и охлаждение отливки в литейной форме зависит от теплофизических свойств расплава и литерной формы (теплоемкости, теплопроводности и т.д.), а также от геометрических параметров отливки (толщины стенок, габаритных размеров и т.д.). Обычно отливка охлаждается в форме до температуры, при которой ее материал будет иметь достаточную прочность, чтобы она не разрушилась или не покоробилась при выбивке.

После охлаждения отливок до температуры выбивки извлекают отливку из формы и выбивают стержень из отливки, затем отделяют литниковую систему, очищают поверхность отливок, обрубают и зачищают отливку от остатков питателей, заусенцев и заливов с помощью абразивных кругов или на обрезных прессах.

После заполнения формы расплав охлаждается и затвердевает. Скорость затвердевания влияет на формирование механических свойств отливки.

Рис. 2

Выбивку отливок из песчаной формы осуществляют на выбивных установках. Выбивка стержневой смеси и стержней из отливок производится вручную или на выбивных установках. После выбивки отливки из формы отделяют лютиковую систему 1-5 , очищают отливки и проводят контроль качества литья.

К основным показателям качества отливок относятся точность их размеров, состояние поверхностного слоя, отсутствие наружных и внутренних дефектов и др.

Свпфi Составы и свойства формовочных смесей

В качестве исходных формовочных материалов при изготовлении сырых песчаных форм используют кварцевый песок с различной зернистостью, литейные формовочные глины, вспомогательные добавки. Формовочный кварцевый песок обладает высокой огнеупорностью (Tпл = 1986К или 1713°С), обеспечивавает газопроницаемость формы. Шероховатость поверхности отливок зависит от зернистости песка.

Глина связывает зерна песка, обеспечивая необходимую прочность литейной форме (0, 03... 0, 05 МПа).

В качестве вспомогательных добавок используют каменноугольную пыль, мазут, графит, торф и другие материалы. Они обеспечивают податливость формы, противопригарные свойства.

В состав формовочной смеси входит до 90.. .96 % формовочной смеси, бывшей в употреблении, 3...9 % свежих материалов (формовочный кварцевый песок, литейная формовочная глина) и до I % вспомогательных добавок.

Стержневые смеси приготавливают из свежих исходных материалов - кварцевого песка и связующих (олифа” синтетические смолы и др.), которые после сушки резко увеличивают прочность стержней. Газопроницаемость стержневой смеси выше газопроницаемости формовочной в 1, 5...2 раза. Прочность стержневой смеси оценивают в сухом состоянии.

Формовочная смесь

Стержневая смесь

Состав

Свойства

Состав

Свойства

Отработанная смесь 94...96 %

Огнеупорность 1713 °С

Кварцевый песок 92 %

Огнеупорность 1713 °С

Свежие материалы (кварцевый песок, глина) 3..5 %

  Прочность смеси 0,03...0,05 МПа

  Формовочная глина 2 %

Прочность по сухому 1,2…1,5МПа

Добавки (каменно-угольная пыль и др.) << 0,5 %

Влажность 4..5 %

  Связующий материал 6 %

Влажность 2..3 %

 

Газопроницаемость

50 единиц

 

 Газопроницаемость

150 единиц

 

Опфi. При уплотнении формовочных смесей вручную используют модели неразъемные i=О1, и разъемные I=О2.

Литейная оснастка для изготовления песчаной формы, состоящей из двух полуформ, включает в себя:

Неразъемную модель (рис.3), когда вся отливка располагается в одной полуформе; стержневой ящик

Разъемную модель (рис.4):

1 - верхнюю половину модели;

2 = нижнюю половину модели;

3 – стержневой ящик из двух половин; см. также рис.3;

4 – подмодельную плиту;

5 - опоку;

Рис.3

 

.

Рис.4

Стержни изготавливают (рис.4) путем уплотнения стержневой смеси стержневом ящике с последующей выкладкой стержня на сушильную плиту и сушку при температуре I50...300 °С. После отделки стержня (зачистки заусенцев и окраски) стержни проставляют в литейную форму только в сухом состоянии, чтобы предотвратить образование брака по газовым раковинам.

Тпфi. Изготовление песчаных форм вручную

Литейные формы из формовочных смесей изготавливают следующим образом:

Литейную форму изготавливают вручную по разъемной модели в такой последовательности (рис.5):

Рис.5

На рис.5 представлена последовательность изготовления отливки “Вентиль”. На рис. 6 представлены: модель отливки (черные-стержневые знаки); отливка без литников (внешняя конфигурация); отливка в разрезе (внутренняя конфигурация); литая деталь (отливка после механической обработки).

Рис. 6

После выбивки получают отливку с литниками (рис.4, ж): литники выпоров (7), литник стояка (14 ) с литниковой чашей (8), литник питателя (9), литник шлакоуловителя (4).

Бпфi. Оценивается качество отливки - определяется наличие или отсутствие:

 

Выделяются технологические методы предупреждения дефектов:

 

 

 

 

 

Впфi. Анализ технологических возможностей способа литья в песчаные формы с уплотнением смеси вручную.

При анализе технологических возможностей способа литья в песчаные формы учитываются следующие параметры:
· серийность производства;
· масса отливок;
· вид сплава.
В качестве приоритетов для анализа технологических возможностей выделяются:
· минимальная себестоимость литья;
· любые габариты и конфигурация отливок;
· пониженные требования к точности;
· повышенная огнеупорность песчаной формы;
· сплавы с повышенной жидкотекучестью и минимальной усадкой.


При изготовлении отливок литьем в песчаную форму с ручной формовкой используют мелкосерийное производство (до 500 отливок в партии) и опытно-промышленное - одна или несколько отливок.
Масса отливок выделяется максимальная от нескольких тонн до нескольких килограмм.
Наиболее приоритетным сплавом при изготовлении отливок литьем в песчаные формы с ручной формовкой являются серые чугуны. Следующими сплавами по приоритету являются: стали, цветные сплавы.


Кпфi - конструкторские особенности отливок и технические задания на их изготовление.
При конструировании отливок должны учитываться литейные свойства сплава и формы, условия заливки и затвердевания расплава, условия выбивки отливок и их транспортировки.
С учетом жидкотекучести минимальные толщины стенок должны быть более 6-10 мм; в соответствии с усадкой соотношение толщин стенок должно быто в пределах 1-1,5, то-есть конструкция должна быть равностенной.
С позиций ручной формовки модели должны легко извлекаться из полуформ; соотношение высоты и ширины зазоров, углублений на моделях должно быть в пределах 1-1,5.
С учетом свойств песчаной формы конструкция должна быть такой, чтобы при затвердевании расплава обеспечивались условия: свободного затвердевания расплава, выхода газов и легкая выбивка отливки из формы.
Конструкция должна быть жесткой, чтобы предупредить деформации при транспортировке.

 

 

 

 

 

Индивидуальные задания для студентов

 

 

 

Параметры
 
РФ
МФ
1. Габаритные размеры, мм
А
   
В
   
С
   
2. Мин. толщина стенки, мм
D
   
3. Соотношение толщин стенок
равностенные
   
неравностенные
   
4. Скорость теплоотвода
высокая
   
низкая
   
5. Тип производства
мелкосерийный
   
серийный