Z₁= (15)

Z₂ =

Принимаем длину питателя lп = 16 мм для удобной отрезки дисковой фрезой.

Для Q = 0,6 кг; z = 3,8 мм; lп = 16 мм; по таблице находим Dст = 30 мм; так как сечение стояка имеет квадратную форму, то принимаем квадратную сторону 30 мм, высота стояка Нст=300 мм.

Находим приведенные толщины питателя:

₁ = 5,75 мм, размеры - 22 х 22

₂ = 5,00 мм, размеры- 13 х 22

2.6 Проектирование и изготовление пресс-формы

Выплавляемые модели изготавливают в специальных пресс-формах, чаще всего состоящих из двух частей - матриц с вертикальным или горизонтальным разъемом.

Плоскость разъема и число разъемов выбирают из условий быстрого и удобного извлечения моделей.

Пресс-форма должна отвечать следующим основным требованиям:

обеспечивать получение моделей с заданной точностью и чистотой поверхности;

иметь минимальное число разъемов при обеспечении удобного и быстрого извлечения моделей;

иметь устройства для удаления воздуха из рабочих полостей;

быть технологичными в изготовлении, долговечными и удобными в работе.

Выбор типа пресс-формы зависит от точности, предъявляемой к отливкам, свойств модельного состава и характера производства.

Изготавливаем пресс-форму из стали 35Л, т.к. этот материал хорошо зарекомендовал себя в этой области применения, он более долговечен по сравнению с легкими сплавами.

Пресс-форму проектируют на основании чертежа отливки.

Изготовление рабочей полости пресс-формы должно производиться с точностью, обеспечивающей получение отливки по 5-7 классам точности, в зависимости от конструкции, размеров и требований к отливкам. Однако не следует ужесточать условия изготовления пресс-форм, назначая более высокие классы точности, так как неизбежные колебания усадки модельного состава, формы и металла сводят на нет высокую точность размеров, полученную в пресс-форме. Практически точность размеров рабочей полости пресс-форм должна быть на 1-2 класса выше требуемой точности отливок.

Величину допуска на размер в пресс-форме рекомендуется принимать не более одной пятой величины допуска на размер отливки.

Для обеспечения изготовления пресс-форм с минимальной доводкой рекомендуется уточненный расчет размеров рабочей полости пресс-форм по следующим формулам:

для наружных размеров отливки

l_пф = l_отл + l_отл (К / 100) - 0,5 Д_о = l_отл (1 + (К / 100)) - 0,5 • Д_о (16)

для внутренних размеров

l_пф = l_отл + l_отл (К / 100) + 0,5 Д_о = l_отл (1 + (К / 100)) + 0,5 • Д_о (17)

где l_пф - номинальный размер рабочей полости пресс-форм, мм;

l_отл - номинальный размер отливки, мм;

Д_о -допуск на размер отливки, мм;

К- коэффициент суммарной линейной усадки, %, равная:

К = У_мод - У_ф ± У_мет (18)

где У_мод - свободная линейная усадка моделей, %;

У_ф - среднее линейное расширение формы при прокалке перед заливкой, %;

У_мет - свободная линейная усадка металла, %.

Уменьшение или увеличение номинального размера пресс-формы на половину несимметричного допуска (0,5 Д_о) в формулах производится для того, чтобы размер пресс-формы, а следовательно, модели и отливки совпадал со средним, а не номинальным чертежным размером.

При симметричном допуске на размер (плюс -- минус) увеличивать или уменьшать номинальный размер пресс-форм на 0,5 Д_о не следует.

Литниковое отверстие пресс-формы имеет следующее назначение:

- обеспечение заполнения полости пресс-формы;

- снижение давления в моделях до удаления их из пресс-формы с целью предотвращения местного вспучивания поверхности.

При выборе размера литникового отверстия необходимо учитывать давление и температуру при запрессовке модельного состава, конструкцию и размеры модели, а также ее положение в пресс-форме. На основании опытных данных размер отверстия по диаметру рекомендуется делать не менее 5 мм.

Для обеспечения точного соединения половин пресс-формы друг с другом применяются центрирующие штыри. Основание и крышка пресс-формы скрепляются откидными болтами с барашками.

Стержни предназначены для выполнения в моделях отверстий и полостей, которые не могут быть выполнены непосредственно пресс-формой, поэтому отверстие в модели получается с помощью металлического стержня, который извлекается из пресс-формы сверху. Для удобства его извлечения из пресс-формы нам необходимо предусматривать ручку. Для фиксации стержня относительно полости пресс-формы используют фиксирующий штырь.

2.7 Технологический выход годного

Рассчитаем технологического выхода годного без учета брака:

(19)

где М₀ - масса отливки,кг;

n₀ - число отливок в блоке (2 отливки);

M₀? - масса литниковой системы,кг;

в - коэффициент объемной усадки (0,06);

a, b - стороны квадрата, мм;

H_cт = 275 мм - высота стояка;

г - плотность сплава, кг/м ³;

Металлоемкость ЛПС (расход залитого металла в форму, приходящегося на одну отливку) составляет:

М_{зал.отл.}=М₀/ТВГ = 0,6/0,45 = 1,3 кг/отл (20)

Рассчитаем ТВГ для нашего случая:

масса отливки М_о ? 0,6 кг, n_o = 2*1 = 2 отливки в блоке; центральный стояк прямоугольный с размерами а = 3 см, в = 5 см и высотой Н?_ст = 275 мм. Не учитывая брака и пренебрегая массой питателей и некоторым увеличением массы на участке воронки, получим, что масса блока при плотности стали г = 7,8 кг/дм³ будет:

М'_о = (р*а*в ) Н?_ст• г = (3,14• 0,3*0, 5) •2,75•7,8 = 4,6 кг;

М_о n'_o = 0,6•2 = 1,2 кг,

откуда, при коэффициенте объемной усадки в = 0,06,

ТВГ' = М_о n'_o /[( М_о n'_o + М'_лс) (1 + в)] = 1,2/[(4,6+ 6,6) 1,06] =0,40=40%

В практике производства отливок по выплавляемым моделям обычно ТВГ = 0,1 - 0,6, наше значение ТВГ(40%) входит в этот интервал.

2.8 Изготовление моделей

Процесс изготовления моделей включает операции приготовления модельных составов, получения моделей отливок и ЛПС, отделки и контроля моделей, сборки их в блоки и контроля последних.

Готовят состав в баке для расплавления модельного состава. Для приготовления кондиционной модельной массы в плавильный агрегат загружают 90% возврата твердого модельного состава и 10% свежих материалов. После расплавления модельный состав, проходя через смеситель шприц-машины CTM-WI 15 и смешиваясь в определенной пропорции с воздухом, превращается в модельную пасту, которая поступает в головку шприца.

К свойствам модельных составов предъявляют комплекс требований, которые могут иметь существенные различия в зависимости от конфигурации, размеров и назначения отливок, необходимой размерной точности их и качества поверхности, масштабов и характера производства, принятого технологического варианта процесса изготовления оболочек форм, требований к уровню механизации и экономическим показателям производства. Требования во многом определяются также природой и свойствами самого модельного состава. Необходимо, чтобы свойства составов обеспечивали получение высококачественных моделей при одновременной технологичности составов (простоте их приготовления, удобстве использования, возможности утилизации).

2.8.1 Требования к модельным составам

1. Состав должен точно воспроизводить конфигурацию рабочей полости пресс-формы и ее поверхности, не прилипать к пресс-форме. Поверхность модели должна быть чистой, глянцевой.

2. После затвердевания в пресс-форме состав должен иметь твердость и прочность достаточные для того, чтобы модели не деформировались и не повреждались на всех технологических операциях.

3. Усадка состава при охлаждении и расширение его при нагреве должны быть минимальными и стабильными.

4. Состав должен быть несложным в приготовлении, иметь минимальное число компонентов, желательно недорогих и недефицитных.

5. Температура плавления модельного состава должна быть невысокой, в пределах 60-100 Сє. В этом случае облегчается изготовление моделей и удаление их из полости литейных форм. Одновременно температура начала размягчения состава должна быть не ниже 32-35 С, т.е. на 10-15 С превышать температуру помещений, в которых изготовляют, хранят модели, собирают в блоки и наносят на них суспензию.

6. Выплавляемый модельный состав должен обладать хорошей жидкотекучестью в расплавленном состоянии для облегчения изготовления моделей и выплавления их из форм.

7. Модельные составы, запрессовываемые в пастообразном состоянии, должны обладать в этом состоянии хорошей текучестью, позволяющей получать модели с четкой проработкой контуров полости пресс-формы и ее поверхности при малых давлениях прессования.

8. Продолжительность затвердевания модельного состава в пресс-форме должна быть минимальной.

9. Плотность состава должна быть невысокой. Желательно, чтобы она была менее 1000 кг/м³. Это облегчает работу с модельными блоками, уменьшает опасность поломки их и деформации под действием собственной массы моделей, а при выплавлении моделей в горячей воде способствует лучшему отделению модельного состава для повторного использования.

10. Химическое взаимодействие состава с материалом пресс-форм, а также со связующем раствором и огнеупорной основой суспензии недоступно.

11. Модельный состав должен хорошо смачиваться суспензией.

12. Хорошее спаивание модельного состава весьма желательно, так как это облегчает сборку блоков припаиванием и соединение сложных моделей, изготовляемых по частям.

13. Зольность модельного состава должна быть минимальной.

14. Структура состава должна быть механически однородной.

15. Желательно, чтобы модельный состав был пригодным для многократного повторного использования, потери его в процессе применения были минимальными, а технологические свойства не ухудшались при работе и хранении.

16. Модельный состав в любом состоянии должен быть безвредным для здоровья работающих, также как и продукты его деструкции, образующиеся, например, при прокаливании форм. Отходы модельного состава не должны загрязнять окружающую среду.

Недостаточное соответствие свойств модельных составов оптимальным свойствам является одной из важнейших причин высокой трудоемкости изготовления моделей и сборки блоков в ряде отраслей промышленности, невысокой размерной точности отливок, значительного брака моделей и дефектов оболочек форм, связанных с недостатками модельных составов. Недостатки применяемых модельных составов одна из причин значительных технологических потерь на основных операциях процесса литья по выплавляемым моделям.

Воскообразные модельные составы применяются для изготовления моделей мелких отливок средней сложности по 5-7-му классу точности. Выбираем модельный состав ПС50. Для изготовления моделей будет использоваться состав Парафин - 50%, Стеарин - 50%. Это обусловлено хорошим соотношением цены и качества данного модельного состава и отработанной технологии изготовления моделей на данном составе. При низкой стоимости он обладает высокой жидкотекучестью (650 мм по спиральной пробе), низкой зольностью (0,03-0,1 % по массе) и усадкой равной 1,0 %. Единственным недостатком является температура размягчения (35-37⁰С).

Модельные составы ПС50 хорошо смачивается суспензией, имеет невысокую температуру плавления, достаточную жидкотекучесть, низкую зольность, пригодны для многократного использования.

Предварительное приготовление модельного состава состоит в поочередном или одновременном расплавлении составляющих, фильтровании расплавов и разливке их в формы-изложницы. В условиях серийного и массового производства расплав можно не сливать в изложницы, а подавать либо непосредственно на операцию изготовления модели либо на приготовление пастообразного состава. При подготовке выплавляемых модельных составов используют до 90 % возврата, собранного при удалении моделей из оболочек форм. Не следует нагревать состав более чем на 50-60 С выше температуры плавления. Возврат модельного состава, содержащего легко омыляемые компоненты необходимо не только освежать, но и периодически регенерировать. Разработаны методы, обеспечивающие надежное разделение выплавляющей среды (обычно горячей воды) и модельного состава.

Пресс-форму очищают, протирают, обдувают, смазывают рабочую поверхность, собирают.

Температура пресс-формы оказывает решающее влияние на качество моделей, особенно при изготовлении моделей свободной заливкой. Пресс-формы перед началом работы обычно подогревают, введением в них модельного состава.

При этом первые две три модели отправляются в переплав. Оптимальная температура пресс-формы зависит от свойств состава и формы модели. Для модельного состава типа ПС50 она находится в пределах 22 - 28?С. Колебание точности моделей, и низкая температура увеличивает внутренние напряжение в моделях и приводит к короблению и образованию трещин в них.

За время разборки для выема модели и сборки, пресс-формы обычно не успевают охладиться до оптимальной температуры. Поэтому применяют принудительное охлаждение, например погружение в воду. В автоматической пресс - форме предусмотрены ходы, по которым циркулирует вода, которая и является источником охлаждения.

Наиболее выгодным и практичным способом запрессовки в нашем случае, является запрессовка с применением пастообразного состава ПС50, содержащего воздух. Запрессовка происходит с помощью высокопроизводительных установок для изготовления выплавляемых моделей.

Использование пастообразного состава, содержащего воздух, хорошо тем, что воздух предотвращает образование наружных усадочных дефектов, повышает точность и стабильность размеров моделей, не требуется дополнительная подпрессовка. Модели, полученные таким способом менее теплопроводны, что так же существенно влияет, как на период формирования линейной оболочки (так как может вызвать растрескивания еще не прочных ее слоев) так и во время процесса вытапливания, когда модельный состав оказывает значительное давление на оболочку формы.

Процесс изготовления моделей в пресс-формах включает подготовку пресс-формы, введение в ее полость модельного состава, выдержку модели до затвердевания, разборку пресс-формы и извлечение моделей, а также охлаждение моделей до температуры производственного помещения.

Подготовка пресс-формы: пресс-форму очищают (протирают, обдувают), смазывают их рабочую поверхность, собирают, в ряде случаев подогревают или охлаждают. Очистку, т.е. удаление частиц модельного состава, оставшихся в углублениях и отверстиях полости пресс-формы, производят обычно обдувкой сжатым воздухом. Состав, прилипший к пресс-форме, удаляют деревянными счищалками.

Заполняем пресс-форму модельным составом запрессовкой в пастообразном состоянии.

Готовые модели после извлечения их из пресс-форм и предварительного визуального контроля охлаждают в проточной воде или обдувкой на воздухе.

Собираем модели в блоки припаиванием моделей деталей к модели литниковой системы с помощью подогретого ножа, шпателя или специального электропаяльника. Нагретое лезвие ножа или электрического паяльника помещают между посадочной частью питателя модели и моделью литниковой системы в месте, где модель должна быть припаяна. Затем одной стороной плоской части лезвия касаются одновременно питателя модели, а другой -- посадочного места модели литниковой системы, оплавляя их, после чего нож быстро убирают и соединяемые части слегка прижимают одну к другой.

После сборки моделей в блоки необходима выдержка для полного охлаждения всех частей модельного блока до температуры производственного помещения.

Для естественного охлаждения и хранения блоков перед нанесением оболочки их устанавливают или подвешивают на стеллажи, этажерки, подвесные конвейеры-накопители, ставят в шкафы или термостаты. Устройства для хранения модельных блоков изготовляют и устанавливают так, чтобы исключалась опасность поломки моделей и загрязнения их поверхности. В помещении, где хранятся, блоки недопустимы колебания температуры.

Дальше следует этап сборки. Применяют два способа сборки моделей в блоке: припаиванием и сборкой модельных звеньев.

Так как отливка “Корпус” это крупная отливка, то модельный блок собирается припаиванием. Нагретое лезвие ножа или электропаяльника помещают между посадочной частью питателя модели и моделью литниковой системы в месте, где модель должна быть припаяна. После оплавления обоих сторон нож убирают, а соединяемые части слегка прижимают. На стояк напаивают 8 моделей. Для сборки применяют, полые стояки, на которые наращивают слои модельного состава толщиной 2 - 5 мм. Состав наносят многократным погружением и охлаждением стояков в расплав модельного состава.

2.9 Изготовление литейной формы

Литейная форма - инструмент для обработки расплава металла в целях получения отливки с заданными размерами, шероховатостью поверхности, структурой и свойствами. Основа способа литья по выплавляемым моделям - оболочка: неразъемная, горячая, не газотворная, газопроницаемая, жесткая, с гладкой контактной поверхностью, точная.

Литейную форму изготовляем в виде многослойной оболочки, которую получаем нанесением суспензии с последующей обсыпкой и сушкой. Поверхность блока моделей смачивают суспензией окунанием и тут же обсыпают зернистым материалом. Суспензия прилипает к его поверхности и точно воспроизводит конфигурацию; зернистый же материал внедряется в слой суспензии, смачивается ею, фиксирует суспензию на поверхности блока, создает скелет оболочки и утолщает ее.

Свеженанесенный слой оболочки практически не обладает прочностью и удерживается на поверхности блока только благодаря действию сил смачивания; упрочнение его происходит в процессе сушки - химического твердения. Оболочку формируют последовательно: смачивают блок суспензией, обсыпают и сушат. Обычно наносят 4-6 слоев, а при изготовлении крупных отливок до 12 и более. Первый облицовочный слой обсыпают мелкозернистым (0,1-0,16 мм) материалом, чтобы получать гладкую контактную поверхность.

Формовочные материалы включают основу, связующее, растворители, добавки. Основа может быть пылевидной для суспензий и зернистой для обсыпки слоев суспензий на блоках моделей.

Материал основы оболочки - кварц кристаллический (температура плавления 1712С, плотность 2650 кг/м³, коэффициент линейного расширения 13,7*10^-61/ С). Кварцевый песок применяют для обсыпки облицовочного (контактного) слоя марки 1К016, 1К020, а для последующих - более крупные, например 1К0315.

Подготовка материалов основы включает дробление, помол, промывку, химическую активацию, прокаливание и промывание.

Связующей оболочкой формы служит тугоплавкий неорганический окисел или соединение окислов, образующиеся из связующих растворов при сушке и прокаливании оболочек.

Кислые связующие широко представлены растворами этилсиликата, из которых образуются в оболочке аморфная двуокись кремния.

Этилсиликат - прозрачная или слабоокрашенная жидкость с запахом эфира. Это продукт реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием при непрерывном их смешивании и охлаждении в реакторе.

Для гидролиза этилсиликата вводят подкисленную соляной кислотой воду. Суспензия и оболочка должны обладать следующими наиболее существенными свойствами: точно воспроизводить микрорельеф поверхности и конфигурацию моделей, обладать высокой прочностью, термической и химической стойкостью, газопроницаемостью и спос Наиболее распространенным в настоящее время исходным материалом для связующего является этилсиликат различных марок 32,40,50 и готовые связующие. Этилсиликат (эфир ортокремневой кислоты) представляет собой прозрачную жидкость, слегка окрашенную в желтый или бурый цвет. Он является продуктом реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием при непрерывном их смешивании :

SiCl₄ + 4C₂H₅OH = 4HCl + (C₂H₅O)₄Si

Этилсиликат в том виде, как выпускается промышленностью, не является связующим, а представляет собой исходный материал для получения связующих растворов. Гель SiO₂ из этилсиликата не выпадает. Нужно получить менее устойчивое вещество, что достигается гидролизом этилсиликата. Применение этилсиликата как связующего объясняется тем, что он, взаимодействуя с водой (гидролиз - процесс замещения этоксильных групп (C₂H₅O) гидроксильным (ОН), способен выделять кремнезем по реакции:

(C₂H₅O)₄Si + 2H₂O = SiO₂ + 4C₂H₅OH

Сначала образуется золь кремнезема m SiO₂*n H₂O, коллоидный раствор, который используется для приготовления покрытия, т.е. для смешивания с пылевидным кварцем. В дальнейшем при сушке золь переходит в гель (студенистый нерастворимый осадок), обволакивающий и склеивающий песчинки, затем - в аморфный кремнезем, а после прокаливания - в кристаллический кремнезем. Таким образом, после прокаливания огнеупорное покрытие состоит только из кристаллического кремнезема, что обеспечивает высокую огнеупорность покрытия. Спирт C₂H₅OH, образующийся по приведенной выше реакции, удаляется из огнеупорного покрытия испарением при сушке. Однако вода с этилсиликатом почти не смешивается, поэтому реакция гидролиза идет очень медленно. Для ускорения реакции применяют катализатор - соляную кислоту.

2.9.1 Приготовление гидролизованного раствора этилсиликата-40

Перед приготовлением гидролизованного раствора этисиликата-40 производится расчет необходимого количества спирта, соляной кислоты (водный раствор хлористого водорода) и воды на получение в готовом гидролизованном растворе этилсиликата-40 массовых долей двуокиси кремния и хлористого водорода.

Расчет необходимого количества спирта, воды и соляной кислоты производится на 1 дм3 (литр) этилсиликата.

Количество спирта (Х) в литрах вычисляют по формуле:

Х= (d_э · (c-a)) / (d_р·a) = 1050·(38-20)/790·18 = 1,2л (21)

d_э - плотность этилсиликата - 40,кг/м3

c - массовая доля двуокиси кремния в исходном этилсиликате, %

a - требуемая массовая доля двуокиси кремния в гидролизованном растворе этилсиликата - 40,%

d_р -- плотность спирта, кг/м3

Количество воды (У) в литрах вычисляют по формуле:

У=((3·d_э · c·n)/1000) - ((х·d_р·е)/1000) =

= ((3·38·0,5·1050)/1000) - ((1,2·790·4)/100) = 0,32л (22)

n - число молей на 1 моль двуокиси кремния принимается для воздушно-аммиачной сушки 0,4-0,5;

d_э - плотность этилсиликата - 40,кг/м3;

c - массовая доля двуокиси кремния в исходном этилсиликате,%

е - содержание воды в спирте, %

d_р -- плотность спирта, кг/м3

х - количество спирта, л

Количество соляной кислоты (Z) в литрах вычисляют по формуле:

Z =B·(d_э + d_р + Х + У) - С _HL/(k·d _HL) =

= 0,3·(1050+790+1,2+0,32) - 1,5/ (36·1180) = 0,02л (23)

В - требуемое содержание хлористого водорода в гидролизованном растворе этилсиликата, %

d_э - плотность этилсиликата - 40,кг/м3

d_р - плотность спирта, кг/м3

х - количество спирта, л

У - количество воды, л

С _{HL -} массовая доля хлористого водорода в этилсиликате, %

d _{HL -} плотность соляной кислоты, кг/м3

k - концентрация соляной кислоты, %

Расчет на 1 л. этилсиликата:

X = 1,2л. (спирт)

Y = 0,32 л. (вода)

Z = 0,02 л. (соляная кислота)обностью аккумулировать теплоту отливки.

Формирование оболочки включает: приготовление связующего и суспензии, смачивание ею блока моделей, обсыпку блока зернистым огнеупором, сушку оболочки.

Связующие получают гидролизом ЭТС, для чего вводят воду. Гидролиз сопровождается поликонденсацией.

ЭТС и вода, а также продукты гидролиза хорошо растворяются в спиртах и ацетоне. Поэтому гидролиз ЭТС для получения связующего раствора проводят подкисленным раствором воды в спирте или ацетоне.

Для интенсификации гидролиза применяют катализатор - соляную кислоту.

Суспензия должна обладать комплексом свойств:

* седиментационной устойчивостью - свойство суспензии не расслаиваться;

* смачиваемостью поверхности моделей и оболочек - смачивание поверхности блоков моделей особенно важно при формировании первого облицовочного слоя, так как при этом образуется контактный слой оболочки;

* быть живучей - продолжительность жизни суспензии, т.е. сохранение технологической вязкости до начала ее желатинизации.

При нанесении первого слоя суспензии удаляется с поверхности моделей адсорбированный воздух и смачивает поверхность блока. Смачивать суспензией модели можно только после полного завершения процессов их усадки. При нанесении последующих слоев оболочка впитывает жидкую составляющую суспензии, вследствие чего последняя постепенно густеет, повышается ее вязкость. Повышение вязкости связано также с испарением органических растворителей даже при добавке в суспензию антииспарителя. Вязкость суспензии поддерживают в определенных пределах постоянным добавлением в нее разбавленного раствора, степень разбавления которого устанавливают опытным путем.

Последний слой оболочки наносят без последующей обсыпки зернистым материалом. Такой прием несколько повышает общую прочность оболочки и предотвращает осыпание поверхностных зерен при выплавлении моделей. При извлечении смоченного блока из суспензии его поворачивают в различные направления с такой скоростью, чтобы успел стечь излишек суспензии и она равномерным слоем покрывала поверхность моделей. Далее на слой суспензии немедленно наносят зернистый обсыпочный материал.

Обсыпка блоков зернистым огнеупором производится в «кипящем слое».

Сушку оболочек производим на воздухе и в вытяжном шкафу в парах аммиака.

Готовность оболочек к формированию на нем очередного слоя оценивают с водноспиртовыми и водными суспензиями по содержанию в процентах остаточной влаги методом взвешивания. Предварительно экспериментально устанавливают допустимую наибольшую влажность, например 1,3-1,5 %.

Модели удаляют из оболочек после формовки блоков выплавлением горячим паром. Блоки загружают в камеру бойлерклава и выдерживают до расплавления модельного состава.

Прокаливаем оболочки и формуем их. Формовка необходима для фиксации оболочек в опоке, упрочнения и и разделения с целью исключения взаимного разогрева в процессе заливки их металлом.

Опоки для формовки выбирают согласно технологической карте. После чего насыпать на дно опоки 20-150-миллиметровый слой песка(постель) в зависимости от высоты оболочки. И на постель из песка устанавливают прокаленные огнеупорные оболочки с зазором 30-40 мм для исключения взаимного разогрева после заливки металлом. Но, оболочки, в опоке, должны быть предназначены для выплавки одной номенклатуры. Литниковые воронки и прибыли закрывают специальной крышкой, после чего промежутки между формами, а так же между формами и стенками заполняют наполнителем (лучше - нагретым) - формовочным песком.

Перед заливкой форм металлом провести их окончательную очистку и продувку сжатым воздухом.

При прокаливании решаются три задачи: удаление газотворных составляющих, повышение прочности, нагрев оболочки для лучшего заполнения полостей металлическим расплавом.

2.10 Плавка металла и заливка форм

В производстве литья по выплавляемым моделям сталь плавят без окисления, чаще всего методом переплава в электрических индукционных плавильных комплексах небольшой емкости, используют чистый металлический скрап, чистый возврат и ферросплавы.

2.10.1 Устройство индукционного плавильного комплекса

Индукционный плавильный комплекс УИП-250-2,4-0,25, предназначен для плавки углеродистых и легированных сталей, а так же цветных металлов.

Печь индукционная состоит из следующих основных сборочных единиц: индуктора, каркаса, стойки (постамента) печи, футеровки, водоохлаждаемых кабелей.

Охлаждение индуктора осуществляется проточной водой поступающей в него по напорным рукавам.

Футеровка печи представляет собой набивной тигель.

2.10.2 Футеровка тигля индукционной печи

1. Подготовка индуктора

Перед началом футеровочных работ индуктор обувают сжатым воздухом и внимательно осматривают. Особое внимание уделяется состоянию электроизоляционного покрытия и герметичности индуктора.

Внутреннюю поверхность индуктора покрывают выравнивающей обмазкой в два слоя толщиной 4-5 мм.

Состав изоляционной обмазки:

- бакелитовый лак ГОСТ 901-71 30%

- кварц молотый, пылевидный

КП1, КП2 ГОСТ 9077-82 70%

Тщательно смешанные компоненты наносятся на внутреннюю поверхность индуктора, предварительно покрытого свежим слоем бакелитового лака. Затем сушат при 50-60 ?C в течении 24 часов.

Покрытый смазкой индуктор обкладывают изнутри слоем миканита ГОСТ 6121-75,толщиной 0,5 -1,0 мм. Соединение листов миканита выполняется внахлест. Вторым слоем выкладывается асбестовый картон ГОСТ 2850-75, толщиной 5мм.

2. Приготовления массы для футеровки тигля

Данная футеровка рекомендуется для выплавки углеродистых низколегированных и инструментальных сталей по кислому процессу.

Футеровочную массу приготавливают из следующих компонентов:

- кварцит молотый, пылевидный КП1 ГОСТ 9077-59

- кварцит молотый ПКМИ-97,5 ТУ 14-8-246-77

- кварцит молотый Первоуральского завода для тиглей индукционных печей. Можно применять кварцит марки ПКММ ТУ 14-8-99-74 или кварцит молотый Красногорского огнеупорного завода марки ПКМ ТУ 14-8-141-75. Влажность кварцита перед набивкой должна быть не более 0,5%.

- борная кислота ГОСТ 18704-75 должна иметь влажность не более 0,2%.Борную кислоту с повышенной влажностью просушить при температуре 80 -100 ?С и просеять через сито с размером ячейки в свету 0,15мм.

В процентном соотношении футеровочнную массу готовят следующим образом: - кварц молотый, пылевидный КП1-18,8%;

- кварц молотый ПКМИ-97,5 -80,0;

- борная кислота -1,2;

Все компоненты перемешиваются в лопастных мешалках в течении 5-10 мин до получения однородной массы. Малое количество можно перемешивать вручную.

Далее на подину наносится слой чистого кварцита, равный 1/4 толщины днища и утрамбовывается ручной трамбовкой. Затем насыпают слой футеровачной массы толщиной 30-50 мм и утрамбовывается пневмовибратором. На взрыхленную поверхность утрамбованного слоя (глубиной 5-6 мм) наносится новый слой футеровочной массы толщиной 20-40 мм и снова виброуплотняется. Затем устанавливается шаблон для набивки стенок. Его следует отцентрировать и загрузить грузом или шихтой, равной 1/3 емкости печи для предотвращения смещения его в процессе набивки. Взрыхленная поверхность подины, не занятая шаблонам засыпается футеровочной массой и уплотняется. Затем аналогично набивается тигель до уровня шаблона.

3. Уход за футеровкой тигля

После каждой плавки производится осмотр футеровки тигля. При обнаружении обвалов футеровки или трещин производится обмазка тигля футеровочной смесью. Подмазку тигля можно производить, как в горячем, так и в холодном состоянии.

2.10.3 Футеровка ковша

Для футеровки ковша применяется набивная масса из следующих компонентов:

- кварцевый песок 1К 016А ГОСТ 2138-85 - 50%

- пылевидный кварц КП-1,КП-2 ГОСТ 9077-85- 50%

- натриевое жидкое стекло, плотностью 1,4 г/cм

Толщина футеровки должна быть не менее 30 мм. Сушку ковша производят как можно медленнее, а подогрев перед заливкой в максимально короткий срок. Образующиеся трещины замазываются набивной смесью с последующей подсушкой.

2.10.4 Выплавка стали в индукционном плавильном комплексе УИП-250-2,4-0,25 с кислой футеровкой

1. Шихтовые материалы для плавки стали 35Л

- лом стальной ГОСТ 2787-86;

- возврат собственного производства;

- ферромарганец ФМn 1,0 ГОСТ 4755-80;

- ферросилиций ФС 45 ГОСТ 1415-78;

В качестве раскислителя применяется:

Гранулированный аллюминий

Шлаки, при плавке стали в электрических индукционных печах, имеют низкую температуру и недостаточно активны. Процессы диффузного раскисления в таком случае очень затруднены, поэтому шихтовые материалы необходимо подбирать с малым содержанием серы и фосфора.

2. Подготовка шихтовых материалов к плавке

Все шихтовые материалы применяемые для плавки сталей, должны быть очищены от пыли, грязи, масел, песка, а в зимнее время от льда и снега. Категорически запрещается загружать в печь влажные шихтовые материалы. Максимальные размеры отдельных кусков не должны превышать 500х200х100 мм. Ферросплавы должны быть раздроблены на куски не более 50 мм.

Для обеспечения заданного маркой химического состава металла, плавильщиком или мастером участка производится расчет шихты и записывается в плавильный журнал. Основным в расчете шихты является правильная оценка угара основных элементов выплавляемого металла.

3. Плавка стали и раскисление

Шихта загружается в следующей последовательности. На дно тигля укладываются часть мелкой шихты и чугун, более крупные куски шихты укладываются ближе к стенкам тигля. Остальную часть шихты укладывают так, чтобы добиться максимальной плотности ее укладки. В процессе расплавления металла производится осаждение шихты и загрузка оставшейся ее части, не допуская образования "мостов".

При образовании ванны жидкого металла кварцевым песком ГОСТ 2138-91 наводится кислый шлак, предохраняющий металл от окисления.

Плавка металла ведется на максимальной мощности печи. При достижении температуры металла в печи не ниже 1600 ?С необходимо снять шлак, произвести замер температуры и после этого начинать раскисление. Измерение температуры производится термопарой погружения, градуированной по ГОСТ 3044-84. В начале раскисления вводится ферромарганец и наводится шлак за 2-5 минут до выпуска металла из печи зеркало металла, очищается от шлака и вводится ферросилиций. Силикокальций и алюминий вводится в печь непосредственно пред разливкой в количестве 0,10-0,15% от веса жидкого металла. Допускается часть алюминия для раскисления металла вводить непосредственно в ковш.

4. Разливка металла

Температура металла в печи по окончании плавки должна быть 1700-1720?С, температура заливки металла 1600 -1670^?C. Пpи достижении этой температуры металл из печи выпускается в новый ковш, нагретый до температуры 600 -700?С.

Для заливки форм используют стальные футерованные чайниковые ковши.

Ручной разливочный ковш с расплавом подается на участок заливки от плавильной печи. Заполнение форм металлом должно производиться ровной непрерывной струёй, направленной в центр литниковой воронки. Высота струи металла при заливке не должна быть большой во избежание размыва стенок литниковой системы и засорения формы.

Высота струи металла над литниковой чашей в начале заливки должна быть не более 50 мм с последующим увеличением до 100-150 мм. Во избежании образования усадочных раковин и недоливов следует сразу заполнить литниковую систему и держать ее полностью заполненной до конца заливки.

2.11 Контроль качества металла

Химический состав стали определяется по образцам каждой плавки, согласно ГОСТ 977-88.

2.12 Разработка технологического процесса изготовления отливки

Процесс изготовления моделей состоит из подготовки пресс-формы, заполнения рабочей полости пресс-формы модельным составом, выдержки для затвердевания модели, разборки пресс-формы и выталкивании модели, выдержки моделей в воде до окончания усадки.

Подготовка пресс-формы заключается в очистке, смазке рабочей полости и сборке. Смазку из эмульсии или чистого трансформаторного масла наносят тонким слоем на рабочую поверхность пресс-формы. Густая и неравномерная смазка вызывает образование раковин и шероховатости на поверхности модели.

Заусенцы на моделях зачищают вручную с помощью специальных ножей. Следы смазки пресс-формы, влаги и других прилипших посторонних частиц к поверхности моделей чаще всего удаляют сжатым воздухом. Отделку моделей целесообразно совмещать с контролем их качества.

Модели отливки припаиваются к моделям литниковой системы вручную подогретым ножом. На получаемые блоки в несколько слоев наносится жидкая формовочная смесь или обмазка, состоящая из пылевидного огнеупорного материала и связующего (гидрализованного раствора этилсиликата). Модельные блоки погружают в суспензию (погрузить блоки плавно, без толчков во избежание поломки моделей и для получения слоя покрытия без воздушных пробок и пузырей; после извлечения блок медленно поворачивать в различных направлениях для стекания избытка суспензии; при нанесении первого слоя модельный блок, после извлечения из суспензии, выдержать на воздухе 5-6 сек. И повторно погрузить в суспензию). Обсыпают обмазанные блоки песком (обсыпку производить не позднее чем через 10 сек. После нанесения покрытия). Затем просушить нанесенный слой огнеупорного покрытия (режим сушки - в соответствии с паспортом на установку; допускается следующий режим сушки: 1 час - на воздухе, 35 мин - в вытяжном шкафу в парах аммиака, 20 мин - на воздухе при температуре цеха). Нанести и просушить второй и последующий слои покрытия (количество слоев в соответствии с картой технологического процесса литья по выплавляемым моделям на деталь).

Затем модель выплавляется горячим паром в бойлерклаве (время выдержки 5- 10 мин) и получается тонкая керамическая оболочка. Оболочку устанавливают в неразъемную опоку, закрыв литниковые чаши керамических форм, и засыпают песком или другим наполнителем с целью предохранения ее от разрушения при заливке металла. Далее форма прокаливается при 950 - 1000 С. Во время прокалки оболочки выгорают остатки модельного состава, удаляются продукты неполного гидролиза, испаряется вода и другие газотворные вещества. Кроме того, происходит спекание частичек связующего с частичками огнеупорного пылевидного материала.

Металл заливается сразу после прокалки, т.е. в горячую форму. Температура заливки форм в соответствии с картой техпроцесса на деталь. При заливке не допускается прерывание струи металла. Высота струи над литниковой чашей не более 100 мм. В процессе заливки литниковая чаша должна быть заполнена металлом. В середине разливки каждой плавки залить контрольные образцы для химического анализа

Затем следуют операции охлаждения залитых форм, выбивки отливок из оболочки и их очистка. Очистка отливок от керамики осуществляется механическими методами. Механическая очистка выполняется на пневматических установках. Затем отливки отделяются от литниковой системы и подвергаются окончательной очистке в дробеструе.

После очистки отливки подвергаются термической обработке с целью измельчения структуры и упрочения.

Исправление дефектов отливок:

1. зачистить отливки от заусенцев, корольков;

2. заварить дефектные участки при необходимости;

3. рихтовать отливки при необходимости.

Технический контроль:

1. проверить химический состав литья;

2. проверить отливки на соответствие чертежу;

3. проверить отливки на соответствие техническим требованиям;

4. проверить микроструктуру для отливок по перечню (на 1-2-х деталях от партии).

Каждая партия отливок предъявляется для технического контроля с маршрутным листом, где указаны дата и номер плавки в соответствии с плавильным журналом. К маршрутному листу прилагается «Результат хим. анализа» состава (бланк формы № 1), а для отливок 2 группы - результат испытаний механических свойств.

Образцы для анализа хим. состава и образцы для определения механических свойств сплава направлять в лабораторию отдела.

Партии отливок без результатов анализа хим. состава, а для отливок 2 группы -результатов механических испытаний - приемке ОТК не подлежат.

2.13 Анализ возможных видов брака и меры их предотвращения

Чаще всего брак отливок вызывается нарушением технологии литья по выплавляемым моделям. Необходимо строго следить за хорошей подготовкой исходных материалов, точным соблюдением температурных режимов при запрессовке модельных составов, сушке и прокаливании форм, плавке и заливке металла. Оборудование и оснастка должны быть в удовлетворительном состоянии.

1. Дефекты поверхности

Повышенная шероховатость появляется в результате недостаточной чистоты и неравномерной смазки поверхности прессформы, плохого смачивания поверхности модели обмазкой, образования в полости формы налета кремнезема («пушка»), «пробой» первого облицовочного слоя суспензии песком при обсыпке блоков, также вследствие излишней вязкости модельного состава, ведущая к выкрашиванию непрочного первого слоя оболочки при выплавлении моделей.

Рабочая поверхность прессформы должна тщательно очищаться от остатков модельного состава, воды и излишней смазки после выталкивания модели. Необходимо следить за равномерным распределением смазки по поверхности прессформы.

Обмазка плохо смачивает модели в случае, если на их поверхности остаются следы смазки прессформы. Необходимо обезжирить модели мыльным раствором в воде. Другой причиной является плохая смачиваемость обмазкой модельного состава. В связи с этим в обмазку следует добавлять поверхностно активные вещества или заменять модельный состав.

Чтобы избежать «пробоя» первого слоя необходимо, не применять крупнозернистый песок для обсыпки первого слоя суспензии. Консистенцию и состав суспензии для первого слоя подбирать так, чтобы он был равномерным и достаточным по толщине на всех поверхностях моделей в блоке.

Необходимо упрочнять первый слой оболочки. Применять модельные составы с малой вязкостью.

Заливы. Металл проникает в трещины оболочки, образуя «гребешки», или между слоями оболочки, образуя «наплывы». Трещины появляются при низкой прочности оболочки. Причины низкой прочности - некачественные исходные материалы или нарушения режимов изготовления формы. Оболочка растрескивается также от давления модельного состава при его выплавлении. В этом случае необходимо использовать другой модельный состав с меньшим коэффициентом теплового расширения.

Образованию трещин способствуют тепловые расширения материалов оболочки при прокаливании. Следует соблюдать установленные режимы прокаливания особенно для форм с жидким наполнителем.

Образование на поверхности моделей и между слоями оболочки воздушных пузырьков из-за плохого смачивания поверхности моделей суспензией и плохой подготовки суспензии. Необходимо суспензию для облицовочных слоев формы после перемешивания выдерживать для удаления пузырьков воздуха. Для интенсификации этого процесса производить выдержку под вакуумом и при вибрации. Строго соблюдать установленные соотношения твердых и жидких компонентов суспензии, тщательно перемешивать их, обеспечивая соблюдение установленной для данного слоя вязкости. Избегать выполнения литых резьб, глубоких отверстий малого диаметра, узких пазов. Выполнять галтели во внутренних углах отливок.

Образование трещин в оболочке под давлением опорного наполнителя. Нужно для крупных отливок увеличивать число слоев оболочки формы. Применять крупнозернистый песок для обсыпки последних слоев оболочки и добавку цемента в песок. Формировать при изготовлении оболочек высокопористые промежуточные слои, снижающие напряженно состояние оболочек. Применять для опорного наполнителя материалы с малым коэффициентом теплового расширения и малой объемной массой. Избегать горизонтального расположения в опоке отливок с большими плоскими поверхностями.

Механические повреждения оболочек форм на всех операциях процесса. Предохранять оболочки и формы от механических повреждений на всех технологических операциях.

Пригар на отливках образуется в результате химического взаимодействия материалов оболочки и отливки или перегрева отдельных участков формы.

Необходимо использовать формовочные материалы, химически инертные к применяемому литейному сплаву.

Причиной может служить перегрев металла при заливке форм, необходимо соблюдать оптимальную температуру заливки сплава с учетом конфигурации отливки.

Сильный разогрев отдельных участков полости формы металла, через которые подходит большая часть металла. Необходимо рассредоточить подвод металла к отливкам, уменьшить массивные узлы, увеличить расстояние между отливками в блоке.

Недолив - это незаполнение металлом отдельных частей отливки. Одна из причин - это пониженная жидкотекучесть металла в результате пониженной температуры его при заливке или газонасыщенности.

Дефекты литниковой системы (недостаточные сечения питателей или других элементов, неправильный выбор места подвода металла к отливке). Необходимо исключить заполнение отливки встречными потоками металла. Изменить расположение, число и размеры элементов ЛПС. Сократить время заполнения формы. Улучшить конструкцию блока для создания необходимого статистического давления металла.

2. Внутренние дефекты

Засоры, т.е. открытые или закрытые полости в теле отливки, заполненные материалом оболочки, появляются при смывании струей металла «заусенцев» на оболочке, которые образуются в щелях между небрежно спаянными моделями и литниковой системой. Попадание формовочных материалов в полость формы через трещины в оболочке. Для предупреждения этого необходимо предупреждать образование трещин в оболочке формы.

Загрязненность модельного состава - очищать модельный состав, отстаивать и фильтровать.

Попадание в полость оболочки формовочного песка при формовке в опорный наполнитель, прокаливании, заливке и транспортировании форм. Необходимо ставить оболочку в опоку так, чтобы край воронки возвышался над наполнительным песком на 10-15 мм. Закрывать литниковую воронку перед формовкой металлическим колпачком. Перед прокаливанием формы смачивать поверхность песка вокруг воронки раствором жидкого стекла. Отстаивать инжектором сор из полости формы перед заливкой.

Усадочные раковины и пористость в стенках возникают при недостаточном питании отдельных частей отливки во время ее затвердевания.

Основной мерой борьбы с усадочными дефектами является изменение конструкции литниковой системы, а в некоторых случаях и самой отливки. Литниковая система должна обеспечивать направленное затвердевание отливки. Для этого необходимо установить прибыли над массивными частями отливки, изменить размеры питателия, чтобы через него обеспечить питание отливки от стояка или коллектора, выровнять толщину стенок отливки.

Раковины газовые. Открытые или закрытые полости в теле отливки, обычно с чистой и гладкой поверхностью, иногда окисленные. Раковины могут быть одиночные, групповые и в виде сыпи.

Повышенная газотворность литейной формы, неполное удаление из оболочки формы остатков модельного состава, наличие газотворных примесей в формовочных материалах приводят к образованию газовых раковин. Соблюдать режимы прокаливания, обеспечивающие полное удаление из формы газотворных составляющих. Применять наиболее эффективные методы удаления моделей из оболочки формы. Не допускать в производство формовочные материалы, содержащие газотворные примеси. Промывать и прокаливать формовочные огнеупорные материалы, засоренные органическими примесями.

Газовые раковины из-за недостаточной газопроницаемости литейной формы. Для обсыпки необлицованных слоев оболочки применять крупнозернистые материалы с размером зерен 0,3-2,5 мм. Выполнять в средней части оболочки высокопористые слои, используя в обсыпочном материале выгорающие, разлагающиеся, а также пористые материалы. При введении в сухой наполнитель борной кислоты или буры в качестве упрочнителя поддерживать их содержание на нижнем пределе (1,5%).

Газовые раковины из-за неправильно сконструированной ЛПС, способствующей инжектированию воздуха в струю металла при заливке.

Трещины горячие. Поверхностные или сквозные надрывы стенок отливки. Разрыв имеет окисленную поверхность.

Нетехнологичность конструкции отливки и блока, значительная концентрация напряжений в острых углах, сложных замкнутых контурах, резких переходах от массивных узлов к тонким сечениям приводят к образованию трещин.

Образование трещин из-за недостаточной податливости литейной формы. Сократить число слоев оболочки формы. При излишне высокой прочности оболочки снизить ее до технологически необходимой. Применять оболочки с пористыми прослойками.

Трещины холодные. Поверхностные или сквозные надрывы стенок отливки с чистой или слегка окисленной поверхностью.

Причины образования холодных трещин могут быть те же, что и горячих. Внутренние напряжения возникающие в горячих отливках возрастают при охлаждении их до комнатной температуры. Повышению напряженности способствует продолжающая усадка отливки при охлаждении, фазовые превращения в металле отливки, происходит с изменением объема, неравномерном охлаждении.

Напряжения от внешних воздействий на отливку, например, резких ударов при выбивке и обрубке.

3. Несоответствие отливки по геометрии

Отклонение размеров отливок от требуемых. Неточность размеров моделей вследствие применения модельных составов с большой и непостоянной усадкой, несоблюдения оптимальных режимов изготовления моделей, недостатков конструкции пресс-форм.

Изменить рецептуру модельного состава. Применять модельные составы высокой термоустойчивости. Отработать и соблюдать оптимальные режимы изготовления и хранения моделей.

Изменить конструкцию пресс-формы, обеспечив надежность крепления ее половин и вставок, съем моделей, исключающий возможность деформации их и искажения размеров при выемке из пресс-форм. Деформация литейной формы в результате объемных измерений формовочных материалов при неравномерном нагреве и охлаждении различных частей формы недостаточной прочности облицовочного слоя формы.

Коробление. Деформация отливок, вызывающая отклонение ее размеров от чертежных. Нетехнологичность конструкции отливки, приводящая к значительному короблению моделей и отливок на различных этапах технологического процесса.

Изменить конструкцию отливки. Ввести специальные технологические приливы, ребра жесткости, стяжки, препятствующие изменению формы моделей и отливок под действием возникающих термических и усадочных напряжений. Коробление моделей следствие недостаточной формоустойчивости и большой усадки модельного состава, а также небрежного хранения моделей собранных в модельные блоки.

Заменить модельный состав более формоустойчивым, прочным с меньшей и стабильной усадкой. Хранить модели и модельные блоки в шкафах-термостатах, при постоянной оптимальной температуре в положении, исключающем деформацию моделей под действием собственного веса. Использовать специальные дрейеры - подставки для моделей. Тонкостенные модели сборкой проверять на коробление специальным инструментом (шаблонами) или по прямолинейным образующим (лекальной линейкой).

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В экономической части данного проекта представлены основные экономические расчёты, которые позволяют определить технико-экономические показатели, а также экономическую эффективность представленного проекта.