Изготовление литейных форм

 

Получение в формовочном материале полостей, соответствующих всем очертаниям отливаемого предмета, для последующего заполнения расплавленным металлом достигается посредством отпечатка в формовочном материале модели предмета. Формовочный материал с оттиснутыми в нем с помощью модели пустотами образует литейную форму.

Для получения в отливаемом изделии пустот или углублений в литейные формы вкладываются стержни.

Соответственным сочетанием форм и стержней могут быть получены всевозможные очертания отливаемых предметов.

Модель не является точной копией отливаемого по ней предмета и часто для удобства формовки делается разъемной.

Такое отступление от точных очертаний изготовляемого по модели предмета вызывается необходимостью укрепления стержневых знаков в формовочном материале, необходимостью образования отверстий в отливаемом предмете, усадкой металла при отливке, припусками материала на обработку отливки и необходимостью образования так называемых прибылей--массивных придатков к форме, предназначаемых для питания последней металлом по мере его усадки. Модель делают разъемной для того, чтобы облегчить извлечение модели из формы и для облегчения формовочной работы.

На фиг. 190 показана схема формовки втулки.

Литейные формы называются открытыми, если расплавленный металл охватывается ими лишь снизу и с боков; если форма охватывает металл со всех сторон, она называется закрытой.

Модели. Наиболее употребительным материалом для изготовления моделей является дерево; оно сравнительно дешево, легковесно, легко поддается обработке. Реже применяются металлы: чугун, бронза, латунь, сплавы алюминия. Металлические модели дороже, но служат значительно дольше. Их применяют обычно при отливке большого количества однородных деталей;

тогда расход на изготовление модели раскладывается на большое количество отливок, вследствие чего удорожание последних незначительно.

Дерево, употребляемое для изготовления модели, должно быть весьма тщательно просушено, в противном случае модели будут коробиться и давать трещины. Так как при сушке дерево сокращается неодинаково в различных направлениях, то обычно модели склеивают из отдельных кусков с таким расположением волокон, которое обеспечивает минимальную деформацию при усадке.

Для устранения разбухания дерева при соприкосновении с влажным формовочным материалом модели окрашивают спиртовым лаком.

Модели для чугунных отливок окрашивают в красный цвет, для стальных -- в синий, для бронзовых и латунных -- в желтый; знаки окрашивают в черный цвет; перед сдачей на склад модели маркируют.

На фиг. 191 показана модель обода шкива, склеенная из отдельных кусков.

На фиг. 192 изображена модель трубы с двумя патрубками, которая разнимается по плоскостям А В и CD; в плоскостях соприкосновения частей разъемной модели в одной части делаются отверстия, а в другой -- шипы, которые, входя в соответствующие отверстия, устанавливают надлежащим образом одну часть модели относительно другой.

В целях обеспечения надлежащих размеров отливаемого предмета, учитывая усадку

металла при производстве моделей, применяют так называемый усадочный метр. Усадочный метр должен давать поправку на усадку отливки в зависимости от того или иного металла. Так, для чугунных отливок усадочный метр равен не 1000, а 1010 мм при числе делений, равном 1000, для алюминиевых отливок 1014 и т. д.

Применение усадочного метра исключает необходимость каждый раз вычислять прибавку на усадку к размерам, указанным на чертеже.

 

Изготовление стержней. Стержни изготовляют в стержневых ящиках. Стержни крупных размеров изготовляют по шаблонам.

Стержни являются весьма ответственной частью формы; особенно важна роль их при отливке изделий с большими внутренними полостями.

Так как во время отливки стержень омывается расплавленным металлом, то материал для изготовления стержней должен обладать максимальной огнеупорностью и газопроницаемостью. В то же время этот материал не должен оказывать большого сопротивления усадке металла и легко выбиваться после отливки.

На фиг. 193 изображен стержневой ящик, который состоит из двух половин, соединенных посредством шипов. В образованную при складывании половинок полость (при вертикальном положении ящика) набивается земля. Для образования вентиляционного канала стержень протыкается проволокой; вентиляционный канал должен быть расположен точно посредине стержня.

Если необходимо поместить длинный стержень в форме в горизонтальном положении, в него

для увеличения прочности ставят металлический каркас. Для образования вентиляционных каналов в кривых стержнях прокладываются вощеные фитили; при сушке стержня воск расплавляется, после этого вынимают фитиль, на месте которого остается канал.

На фиг. 194 показана последовательность хода операций изготовления стержня: сквозная доска накладывается на нижнюю половину стержневого ящика, через вырез сквозной доски наполняется формовочной землей как нижняя половина ящика, так и вырез сквозной доски (фиг. 194, а); сквозная доска удаляется (фиг. 194, б); накладывается верхняя половина ящика (фиг. 194, в); верхняя половина ящика удаляется. На фиг. 194, г видно полученное округление трапециевидных очертаний стержня. Площадь трапеций равна здесь площади полукругов с некоторым избытком, для размещения которого по линии разъема ящика сделаны узенькие канавки. Приготовленный стержень сушат, после чего с него осторожно удаляют рашпилем заусеницы, образовавшиеся в плоскости разъема.

Стержни сложной формы и большого размера целесообразно разделять на несколько частей, а не формовать сразу.

Работа, затрачиваемая на соединение частей стержня, окупается сбережением ее при изготовлении стержня по частям и возможностью использования более дешевого формовочного материала, а также удобствами сушки.

Формовка. Формовкой называется совокупность работ по изготовлению из формовочных материалов литейных форм, способных выдержать воздействие расплавленного металла и сообщить ему свои очертания.

Формовку можно классифицировать по различным признакам: 1) по роду приспособлений, с помощью которых получают форму, формовка разделяется на формовку по моделям и шаблонную; 2) по месту, где находится формовочный материал, -- на почвенную и в опоках (опоками называются ящики, в которых помещается формовочный материал, образующий литейную форму); 3) по роду формовочных материалов -- на формовку в тощей земле, формовку в жирной земле и формовку в глине.

В зависимости от степени механизации формовочную работу разделяют также на ручную и машинную.

На практике различные виды формовок комбинируются, например, модельная с шаблонной, почвенная с опочной.

Выбор того или другого способа изготовления формы для получения доброкачественной отливки требуемой формы определяется в конечном итоге стоимостью работы. Ввиду того что изготовление моделей вообще очень дорого и иногда превышает стоимость самой отливки, применение модельной формовки выгодно лишь в том случае, когда по модели будет изготовляться большое количество отливок. Изготовление литейных форм при помощи шаблонов обходится дешевле, но для выполнения ее требуются рабочие более высокой квалификации.

Независимо от соображений экономического характера при формовке по моделям можно получать формы всевозможных очертаний, тогда как при шаблонной формовке разнообразие форм ограничено. Поэтому в большинстве случаев модельная формовка применяется и при изготовлении отливкой одного только предмета.

Формы, имеющие большие размеры в длину и в ширину при небольшой высоте (станины, плиты), можно готовить «по-сырому» (в сыром песке); для предметов значительной высоты, отливаемых вертикально (труб, цилиндров), формы готовятся «по-сухому».

При формовке в почве формы могут быть открытыми и закрытыми; в открытых формах отливают обычно предметы, не подвергающиеся обработке, например, колосники, анкерные и строительные плиты.

Машинная формовка применяется при массовом и крупносерийном производстве. Машинная формовка по сравнению с ручной имеет ряд преимуществ; она позволяет: 1) механизировать процессы уплотнения формовочного материала и выемки модели из опоки; 2) получать формы с равномерным уплотнением; 3) получать отливки более точных размеров; 4) лучше использовать труд формовщиков, освобождая их от установки и выемки моделей, исправления формы и др.; кроме того, машинная формовка по сравнению с ручной дает меньше брака.

Вопрос об экономической выгодности применения машинной формовки может быть разрешен из рассмотрения следующего неравенства:

где N -- число опок, формуемых за год;

М--производительность формовочной машины в день на одного рабочего, выраженная в числе заформованных опок;

т -- средняя дневная стоимость работы формовщика при машинной формовке;

А -- годовой размер амортизационных расходов, приходящихся на формовочную машину и вспомогательное оборудование;

В -- годовой размер эксплуатационных расходов, связанных с работой формовочной машины;

С -- сумма амортизационных расходов на оборудование при ручной формовке;

D -- годовой размер эксплуатационных расходов, связанных с ручной формовкой (кроме рабочей силы);

R -- дневная выработка одного рабочего при работе вручную, выраженная в числе опок;

r -- средняя дневная стоимость ручной работы формовщика.

Очевидно, что чем меньше будет левая часть неравенства по сравнению с правой, тем экономически выгоднее применение машинной формовки.

Формовочный инструмент. Употребляемый при формовочных работах инструмент служит главным образом для вскапывания, перемешивания, укладывания, просеивания, выравнивания и уплотнения формовочной земли, а также для исправления литейных форм. При формовочных работах употребляют лопаты, сита, трамбовки (ручные, пневматические и электрические), гладилки, ножи, молотки, крючки, ложки, линейки, щетки, мехи, мешочки для припыла, лампочки с рефлекторами, кисточки для чернил, пульверизаторы, уровни, отвесы. На фиг. 195 показаны различные ручные трамбовки; на фиг. 196 изображена пневматическая трамбовка, на фиг. 197 показаны гладилки всевозможной формы.

Опоки. Опоками называются ящики (без дна и крышки), в которые набивают формовочный материал, предназначенный для изготовления литейных форм.

Формы, заключенные в опоках, лучше сопротивляются давлению расплавленного металла. Формовка в опоках вследствие возможности поставить форму в любое положение представляет ряд удобств; кроме того, при изготовлении форм в опоках формовку можно производить в одном месте, а отливку в другом, перенося формы к месту отливки.

Таким образом, применение опок дает ряд преимуществ, но требуется затрата средств на изготовление опок, которые обычно изготовляют из дерева или металла. Деревянные опоки дешевле, но быстрее изнашиваются -- перегорают, разрушаются под давлением металла, повреждаются при перемещении краном. Деревянные опоки целесообразно применять лишь при отливке одного предмета, размеры которого не подходят к размерам имеющихся в распоряжении литейной металлических опок.

Размер опоки не должен значительно превышать размера модели, так как в противном случае пришлось бы без пользы расходовать большое количество формовочного материала и непроизводительно затрачивать труд на набивку; считают достаточным оставлять между стенками опоки и моделью расстояние около 20 мм.

Форма опоки определяется формой модели -- она может быть прямоугольной, квадратной, многоугольной, круглой и фигурной.

Число опок, употребляемых для изготовления одной формы, определяется минимальным количеством частей, на которые нужно разнять модель для того, чтобы вынуть ее, не повреждая формы.

Если форма изготовляется в нескольких опоках, то последние должны иметь ушки и скрепы, посредством которых опоки устанавливаются в определенное положение относительно друг друга. Для удобства перемещения к опокам приделывают ручки. Бортики внутри опоки предназначаются для поддержания формовочного материала.

На фиг. 198 показаны две деревянные опоки для безопочной формовки. Эти опоки можно раскрывать для удаления их с готовой формы. Отливка в этом случае производится в форму, не поддерживаемую опокой; во избежание прорыва безопочной формы жидким металлом в каждую опоку перед формовкой вставляют рамку из полосового железа высотой 60--70 мм; чтобы рамки легко входили в опоки, размеры их должны быть на 4--5 мм меньше внутренних размеров опок. После удаления разъемной опоки рамки остаются на форме.

На фиг. 199 показаны опоки для безопочной формовки другой конструкции -- съемные опоки. На конусные безопочные формы, изготовленные в таких

опоках, во избежание прорыва жидкого металла надевают широкие конусные рамки из листового железа, называемые жакетами.

На фиг. 200 показаны стальные литые опоки с отверстиями в стенках (для выхода газов из формы).

СПОСОБЫ ФОРМОВКИ

Формовка в почве является самым дешевым, самым неудобным и наименее чистым способом формовки. Дешевизна обусловливается отсутствием расходов на изготовление опок, неудобство заключается в необходимости иметь дело с совершенно неподвижной формой, а отсутствие чистоты объясняется постоянным вскапыванием пола литейной.

Почвенная формовка может быть открытой, когда отливаемый предмет ограничивается горизонтальной плоскостью, образуемой расплавленным металлом, и закрытой, когда форма ограничивается сверху одной опокой.

Первый способ применяется в случаях, когда плоскость, образованная свободной поверхностью расплавленного металла, может быть не особенно чистой.

Работа начинается с приготовления постели для формы. Для этого модель кладут на землю, и здесь грубо намечается проекция ее, после чего выкапывается яма таких размеров, чтобы ее края выходили за пределы проекции модели не менее как на 20 см, а глубина превосходила высоту модели приблизительно на высоту лопаты. В приготовленную яму укладывают ровным слоем кокс, а на кокс -- полученную при выкапывании ямы землю, обычно представляющую собой старый формовочный материал.

Коксовую постель устраивают для лучшего удаления из формы газов, выделяющихся при отливке. При отливках небольшой толщины (плиты) коксовой постели можно не делать.