Изготовление модельного комплекта

Технологический процесс изготовления отливки начинается с подготовки модельного комплекта: моделей или модельных плит, модельных щитков, стержневых ящиков, сушильных плит, шаблонов для проверки размеров формы и стержней, кондукторов и шаблонов для контроля правильности установки стержней в форме, опок, штырей и т. д. Модельный комплект изготавливают в модельном цехе или модельном отделении литейного цеха.

Процесс изготовления литейных форм называют формовкой. В литейном производстве используют ручную и машинную формовки: в единичном и мелкосерийном производстве — ручную формовку (формы изготавливают обычно по деревянным моделям), в поточно-массовом и серийном производстве — машинную (формы изготавливают на машинах по металлическим моделям).

По чертежу детали изготавливают модель. Модель — это изделие, предназначенное для получения в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Модели делают из дерева, металла, гипса, пластмассы и других материалов. Отверстия в литых деталях выполняют с помощью стержней. Стержень — это часть литейной формы. Готовые стержни сушат в специальных печах (сушилах) для увеличения их прочности, газопроницаемости, а также уменьшения газотворной способности. Стержни перед установкой в форму окрашивают красками, состоящими из огнеупорных материалов: графита, пылевидного кварца, циркона обезжелезенного и других, что необходимо для повышения чистоты поверхности отливки. При сборке формы сухой стержень устанавливают стержневыми знаками в соответствующие гнезда формы, полученные с помощью знаков модели. Длина стержня больше длины полости отливки на величину знаков.

Полуформы изготавливают из формовочной смеси, уплотняемой в чугунных или стальных рамках, которые называют опоками.

Изготовление литейной формы производят в такой последовательности. На подопочный щиток устанавливают половину модели, по которой необходимо получить отпечаток в нижней полуформе, а также опоку. Поверхность модели и щитка посыпают или опрыскивают разделительной жидкостью, после чего в опоку насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Излишек формовочной смеси счищают с поверхности уплотненной полуформы, опоку перевертывают на 180° и устанавливают на подопочный щиток. Затем на нижнюю половину модели устанавливают верхнюю половину, на нижнюю опоку — верхнюю. Вновь посыпают поверхность модели разделительным песком, ставят модели литниковой системы, засыпают формовочную смесь в верхнюю опоку и уплотняют ее. Снимают верхнюю полуформу, извлекают половины моделей, устанавливают стержень и собирают форму. Для сборки формы опоки применяют специальные втулки, в которые входят центрирующие штыри. Жидкий металл при заполнении формы давит на ее стенки, в результате чего верхняя опока может подняться, и тогда по плоскости разъема образуется зазор, через который металл может вытекать из формы. Для предупреждения этого верхнюю полуформу крепят к нижней полуформе скобами или болтами и подают на заливку жидким металлом. В качестве исходных материалов для получения жидкого чугуна и стали используют чушковые литейные и передельные чугуны, чугунный и стальной лом, брикетированную стружку, ферросплавы, топливо и флюсы. Эти исходные материалы называют шихтовыми. Их хранят на складе шихты, где также производят подготовку исходных материалов к плавке: сортировку, дробление до необходимых размеров, шихтовку — взвешивание отдельных порций различных материалов в соответствии с расчетом для получения заданного химического состава металла. Подготовленную шихту специальными транспортными средствами подают в плавильное отделение для приготовления жидкого металла (плавки металла). Агрегаты, предназначенные для расплавления и перегрева черных и цветных металлов и сплавов, называют плавильными печами. Для плавки чугуна применяют специальные печи-вагранки, электропечи и пламенные печи; для плавки стали — мартеновские печи, конверторы, электропечи, для плавки цветных сплавов — электропечи и пламенные печи. Расплавленный металл должен быть перегрет в печи до определенной температуры, чтобы он хорошо заполнял литейную форму. После расплавления и перегрева металл сливают из печи в различные ковши и транспортируют на участок заливки форм. Металл, залитый в форму, отдает ей теплоту, охлаждается и затвердевает.

При заливке жидкий металл поступает в полость формы по литниковым каналам. Систему каналов, подводящих металл в форму, называют литниковой. Литниковая система состоит из стояка (вертикального канала), шлакоуловителя и питателя, через который металл поступает в полость формы. К литниковой системе относят также выпор. Выпор служит для выхода из формы воздуха и газов, а также для контроля заполнения формы металлом. После затвердевания и охлаждения металла форму разрушают (выбивают) и отливки извлекают из форм. Выбивают формы только после остывания отливки до определенной температуры, так как при высоких температурах сплавы недостаточно прочны и отливка может разрушиться. Выбивают формы на специальных установках, расположенных в отделении или на участке выбивки.

Отливки имеют литники, выпоры, иногда заусенцы и заливы металла, их поверхность может быть загрязнена пригоревшей к ней формовочной смесью. Отрезку или обрубку литников, выпоров, заусенцев, очистку поверхности отливок производят в отделении очистки и обрубки отливок специальным инструментом, на дробеструйных и дробеметных установках, в гидравлических, пескогидравлических и очистных барабанах.

После этого отливки поступают в отдел технического контроля (ОТК), где производят контроль отливок: проверяют их размеры и герметичность, наличие внутренних и внешних дефектов (усадочных раковин, газовых раковин, трещин и т. д.), механические свойства и структуру металла. Отливки, имеющие незначительные дефекты, исправляют различными способами: газовой и электрической заваркой, пропиткой различными смолами, нанесением замазки и др.

Очень часто для получения требуемых структуры и механических свойств, снятия внутренних напряжений отливки подвергают термической обработке — нагреву и охлаждению по строго заданным режимам (по времени и температуре) в термических печах. Эту операцию производят в термическом отделении литейного цеха. Затем отливки вновь подвергают очистке и контролю. Принятые ОТК или мастером литейного цеха отливки отправляют на склад готовых изделий, а оттуда на механическую обработку. Некоторые отливки перед отправкой в механический цех окрашивают, чтобы предотвратить коррозию.

Описанную ранее литейную форму называют разовой, так как ее используют однократно. Обычно разовые литейные формы изготавливают из формовочных смесей, основной составляющей которых является кварцевый песок. В качестве связующей добавки, придающей прочность смеси, используют глину. Прочность таких смесей относительно невысока, а давление жидкого металла на стенки формы достаточно велико, поэтому формы из песчаноглинистых смесей приходится делать толстостенными. Однако если в качестве связующего использовать специальные материалы, придающие высокую прочность формовочной смеси, то литейную форму можно сделать оболочковой (тонкостенной). Это позволяет резко сократить расход формовочной смеси, а также благодаря ее особым свойствам повысить точность и уменьшить шероховатость поверхности отливок. В разовых толстостенных формах из песчано-глинистых смесей можно получать отливки весьма сложной конфигурации массой от нескольких граммов до десятков тонн из различных сплавов как в условиях единичного, так и серийного и массового производства. Это объясняется относительной простотой технологического процесса, дешевизной используемых материалов, достаточной точностью отливок, хорошей чистотой поверхности, возможностями механизации и автоматизации процесса их изготовления.

В литейном производстве применяют также формы, изготавливаемые из специальных высокоогнеупорных масс, например на основе графита. В этих формах можно получать до нескольких десятков отливок без существенного износа формы. Такие формы называют полупостоянными. Их применяют при мелкосерийном производстве отливок из чугуна и цветных сплавов (алюминиевых, медных). Для массового и крупносерийного производства стойкость этих форм недостаточна, а для единичного производства — высока стоимость их изготовления.

Широкое применение находят металлические формы, называемые также постоянными. В них можно получать от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок из стали, чугуна и цветных сплавов. Отливки могут иметь сложную конфигурацию и массу несколько тонн. Наиболее часто в металлических формах изготавливают отливки малой и средней (до нескольких десятков килограммов) массы из легких цветных сплавов. Отливки, полученные в металлических формах, имеют чистую поверхность и повышенную точность размеров. Применение постоянных форм позволяет исключить формовочную смесь, улучшить условия труда, механизировать и автоматизировать производство. Однако стоимость металлических форм достаточно высока, поэтому их применяют в условиях крупносерийного и массового производства отливок.