Литье в разовые объемные песчаные формы

1 Литье в разовые  объемные песчаные  формы 

    В настоящее время 80 % отливок производится литьем в разовые объемные песчаные формы, также часто называемым литьем в землю. Материалом для получения отливок служат чугун, сталь и цветные сплавы. Преимущества способа: неограниченные размеры и сложность конфигурации заготовки, относительно невысокая стоимость. Недостатки: невозможно получить тонкостенные отливки, невысокая точность размеров и формы литой заготовки. Применяется во всех типах производства от единичного до массового.

    Последовательность  технологического процесса получения  отливок приведена на рис.1.1. Весь цикл изготовления отливки состоит  из ряда основных и вспомогательных  операций, осуществляемых как параллельно, так и последовательно в различных  отделениях литейного цеха и в модельных цехах.

    Литейная  разовая песчаная форма  (рис.1.2) в  большинстве случаев состоит  из двух полуформ: верхней 4 и нижней 3, которые получают уплотнением  формовочной смеси вокруг соответствующих  частей (верхней и нижней) деревянной или металлической модели в специальных металлических рамках – опоках 5. Модель отличается от отливки размерами, наличием формовочных уклонов, облегчающих извлечение модели из формы, и знаковых частей 7, предназначенных для установки стержня 10, образующего отверстие в отливке. В верхней полуформе с помощью соответствующих моделей выполняется воронка и система каналов 1, по которым из ковша поступает литейный сплав в полость формы 2, и дополнительные полости – прибыли 6.

    После уплотнения смеси модели извлекают из полуформ. Затем в нижнюю полуформу устанавливают стержень и накрывают верхней полуформой. Необходимая точность соединения обеспечивается штырями и втулками в опоках.  
 
 

    Рис. 1.1 Технологический процесс получения отливок

                        в разовой песчаной форме 
 

    Рис. 1.2. Литейная разовая песчаная форма 

    Формовочные смеси для производства форм состоят  в основном из кварцевого песка, глины, связующего, влаги и различных  добавок. Кроме исходных материалов, для приготовления формовочных  смесей используют отработанные (бывшие в употреблении) смеси. Подготовка смеси к использованию включает извлечение из смеси металлических включений, размол комьев, просев, охлаждение, регенерацию. Для размола формовочных материалов широко используются дробилки различных типов: щековые, молотковые, валковые, роторные, вибрационные и др. В них происходит измельчение крупных частей использованных литейных смесей. Производительность дробилок от 8 до 125 м³ смеси в час.

      Для более тонкого измельчения смеси могут обрабатываться в шаровых мельницах и просеиваться через вибрационные или барабанные сита. Для сушки песка применяют барабанные и трубные сушила.

    При многократном использовании формовочных  и стержневых смесей происходит чередование  нагрева и охлаждения. При этом в смесях протекают различные химические реакции, изменяющие свойства смесей. Регенерация (восстановление) отработанных смесей позволяет получить песок, годный для повторного изготовления смеси. Наиболее универсальны и эффективны системы гидрорегенерации, в которых зерна песка интенсивно промываются в потоке воды. Их производительность до 60 тонн смеси в час. Кроме них применяются комплексы пневматической и термической регенерации.

    Процесс приготовления смеси состоит  из дозирования всех компонентов смеси, загрузки их в смесители в определенной последовательности, перемешивания для обеспечения однородности и заданных свойств готовых смесей. Для этих целей применяются преимущественно литейные чашечные смесители.

    Основной  способ получения литейных форм – машинная формовка. По сравнению с ручной она обладает более высокой производительностью, меньшей трудоемкостью, позволяет получать отливки более высокой точности, улучшает условия труда. К основным способам уплотнения формовочных смесей относятся встряхивание, прессование, пескометание, пескодувное и пескодувно-прессовое уплотнение, импульсное, гравитационное, вакуумно-прессовое уплотнения. Все способы осуществляются с применением формовочных литейных машин.

    Состав  оборудования и оснастки для производства стержней зависит от серийности, размеров, конструкции стержней и требований по их прочности, точности и качеству поверхности. В единичном и мелкосерийном производстве формы для изготовления стержней - стержневые ящики - делают из дерева, смесь уплотняют вручную или пневматическими трамбовками. При достаточно большом объеме производства применяют металлические стержневые ящики. Мелкие и средние стержни, имеющие сложные очертания, которые невозможно изготовить целиком, изготовляют по частям, а затем склеивают.

    Для плавки чугуна в литейных цехах широко применяются вагранки – это шахтные печи, выложенные огнеупорным шамотным кирпичом внутри металлического кожуха.

    Дуговые сталеплавильные с поворотным сводом печи ДСП-0,5 ... ДСП-50 (цифры указывают на номинальную емкость в тоннах) плавят металл за счет теплоты трех электрических дуг, горящих между графитовыми электродами и шихтой .

    Дуговые  медеплавильные качающиеся печи  ДМК-0,1 ... ДМК-2,0 производят плавку за счет дуги косвенного действия, горящей между двумя графитовыми электродами. Для слива сплава эти печи могут наклоняться на роликах. Применяются для плавки медных сплавов; нежелательна плавка в них алюминиевых бронз и латуней из-за местного перегрева в зоне дуги, приводящего к испарению летучих элементов и загрязнению металла оксидами. У ДМК-2,0 производительность равна 1,3 - 1,5 т./ч, расход электроэнергии 180 - 230 кВт-ч/т.

    Индукционные  тигельные плавильные печи характеризуются непосредственным нагревом (теплота генерируется прямо в шихте), отсутствием контактных устройств (что облегчает автоматизацию и создание вакуума или защитных сред), улучшенными условиями труда. Разогрев металла  происходит в тигле за счет переменного электрического тока, возбуждаемого токами в индукторе печи, образованном полой медной трубкой, охлаждаемой проточной водой. Для слива металла печь может наклоняться.

    Индукционные  канальные печи имеют по сравнению с тигельными более высокий КПД -75 % (у тигельных 50 %); коэффициент мощности выше в 3 раза, поэтому меньше расход энергии и мощность конденсаторной батареи. Применяются для плавки медных и алюминиевых сплавов.

    Для плавки алюминиевых сплавов применяют  электрические отражательные печи сопротивления камерные САК-0,15 и САК-0,25 и наклоняемые САН-0,ЗА ... САН-ЗА. Угар металла в этих печах невысок (около 1 %). Расход электроэнергии в печах емкостью 1,5 - 2 т около 550 кВт-ч/т. Расход электроэнергии у этих печей 550 - 600 кВт-ч/т.

    Электропечи сопротивления для плавки алюминиевых  сплавов позволяют лучше рафинировать сплавы и получать высококачественные отливки, однако обладают низкой производительностью, низкой стойкостью нагревателей (нихромовых или других) и кладки. При получении ответственных отливок применяют вакуумно-дуговые,  индукционно-дуговые, плазменно-дуговые, электронно-лучевые печи, электрошлаковый переплав и т. д.

    Заливка форм сплавами в индивидуальном и  мелкосерийном производстве выполняется  на плацу, а в поточном массовом и крупносерийном – на конвейере.

    Широко  распространена заливка литейных форм из ковшей .  Заливка из ручных ковшей сопряжена с опасным и тяжелым ручным трудом и поэтому крайне нежелательна. Она может быть заменена заливкой с помощью манипуляторов. Широко применяются монорельсовые конические ковши емкостью 100 -800 кг и крановые: конические емкостью 1 - 20 т и барабанные емкостью 1 - 5 т.

    Барабанные ковши хорошо сохраняют температуру сплава, поэтому их применяют при производстве тонкостенных мелких и средних отливок из бронзы, стали и чугуна и в качестве раздаточных, для наполнения более мелких ковшей. Они также могут обеспечить наименьшую высоту падения струи металла при заливке; недостатком их является трудность футеровки. Чайниковые  и стопорные ковши обеспечивают заливку форм металлом из нижней части ковша, что предотвращает попадание в форму шлака. Широко применяются обычные конические ковши (без перегородки ). Стопорные ковши применяют при заливке стали и высокопрочного чугуна. Разливка из них осуществляется через огнеупорный стакан , вставляемый в дно. Отверстие в стакане открывают и закрывают облицованным огнеупорными втулками стопором с помощью рычажного механизма .

    При заливке на плацу емкость ковшей выбирают достаточной для заливки 4 - 10 мелких форм или 2 - 4 крупных форм. При конвейерной заливке емкость ковша выбирается достаточной для заливки 5 - 20 форм. Особо крупные формы заливают из двух и более ковшей.

    Магнитодинамическая установка (МДУ) МДН-6 представляет собой индукционную канальную печь с электрическим насосом.

    МДУ 99411 и 99413 предназначены для поддержания температуры и дозированной заливки чугуна в неподвижные формы, кокильные машины и другие агрегаты в цехах массового и серийного производства. Оптимальный развес отливок 5 - 150 кг и 50 - 350 кг соответственно. У этих установок в процессе заливки ванна наклоняется относительно оси, проходящей через точку слива, путем движения люльки по круговым рельсам под действием двух качающихся гидроцилиндров для поддержания постоянства положения струи и расхода.

    Основным  видом оборудования для выбивки  литейных форм и стержней являются выбивные решетки грузоподъемностью до 40 тонн, применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Под действием вибрации и ударов форма разрушается, смесь проваливается сквозь ячейки решетки на транспортер, доставляющий ее в землеприготовительное отделение на переработку, а отливка снимается с решетки и отправляется на обрубку. Для выбивки особо крупных форм предназначены установки литейные выбивные, представляющие собой счетверенные решетки грузоподъемностью до 160 тонн.

    Обрубка заключается в отделении от отливок элементов литниковой системы, удалении заливов по разъему формы и неровностей поверхности. Обработка отливок массой до 100 кг производится в галтовочных барабанах, отрезка литниковых систем осуществляется также дисковыми пилами трения, газокислородной резкой, воздушно-дуговой резкой, резкой абразивными кругами. Литники мелких отливок удаляют на ленточно-отрезных станках. В крупносерийном и массовом производстве литники отламывают на прессах. Выпускаются механизированные установки ОС500 для абразивной отрезки литников и прибылей, и механизированный комплекс модели 98516, снабженный манипуляторами. Очистка литья происходит в очистных галтовочных барабанах, дробеметными,  дробеструйными и гидропескоструйными аппаратами, а также с помощью очистных вибрационных машин.

    Барабаны  очистные галтовочные  предназначены для очистки мелкого и среднего литья.

    Широкое применение находит очистка поверхности  отливок от пригара и окалины  потоком стальной или чугунной дроби. При дробеструйной очистке  дробь  направляется на отливку потоком сжатого воздуха. В дробеметных аппаратах  поток дроби создается  за счет центробежных сил, возникающих при подаче дроби на радиально направленные лопатки вращающегося диска. Дробеметная очистка в 10 раз эффективнее дробеструйной при значительно меньшем расходе электроэнергии. 

2.Плазменная  сварка 

   Плазма -значительно ионизированный и нагретый                    до 6000 - 30000°С газ, смесь нейтральных молекул, электронов и ионов с высокой электропроводностью. Под действием магнитных полей плазма образует поток, которым производится сварка, резка, напыление, термическая обработка металла, стекла, керамики и др. Плазма получается нагревом плазмообразующего газа в дуговом разряде или нагревом в индукторе. Мощность плазмотронов может достигать тысячи киловатт, что превышает потребности. При плазменной дуговой сварке (рис. 2.1) дуга 2 горит между неплавящимся электродом 1 горелки и изделием 5. Канал 4 сопла 3 охлаждается водой. Плазменная струя 6 образуется за счет подаваемого в горелку газа: аргона или его, смеси с водородом или гелием, азота, воздуха. При сварке плазменной струёй дуга горит между вольфрамовым электродом и соплом горелки.  
 

Рис. 2.1. Плазменная горелка 

   Сварка  плазменной дугой применяется для  коррозионно-стойкой стали, титана, никелевых сплавов, молибдена, вольфрама и других материалов и по проплавляющему действию стоит между аргонодуговой и электронно-лучевой сваркой. Возможность стабилизировать проплавление (поскольку этот процесс менее чувствителен к изменению длины дуги, чем аргонодуговая сварка) позволяет применять плазменную дугу для сварки тонких листов. Плазменная дуга может обеспечить сварку встык без разделки и присадочного материала листов толщиной до 9,5 мм, а иногда и больше, требует меньше присадочного материала, обладает высокой производительностью. Для сварки материалов толщиной 0,025-0,8 мм применяют микроплазменную дугу (сила тока 0,1 -10 А).

   Для плазменной сварки применяются те же автоматы, что и для дуговой  с заменой горелки, для микроплазменной - аппараты серий МПИ и МПУ. Для ручной плазменной и аргонодуговой сварки выпускается установка УПС