ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. Методические указания к

Методические указания к

Лабораторной работе № 7

Литье в оболочковые формы

по дисциплине

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Направление подготовки: 110300 “Агроинженерия”

Специальность: 110303 “Механизация переработки

сельскохозяйственной продукции”

Форма обучения очная

Тула 2010 г.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Ознакомление с технологическим процессом изготовления оболочковых форм.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Литье в оболочковые формы является одним из наиболее прогрессивных методов производства отливок из чугуна, стали и некоторых цветных сплавов, отличающихся повышенной точностью размеров и чистотой поверхности.

Сущность технологического процесса литья в оболочковые формы состоит в следующем: предварительно нагретую одностороннюю плиту с металлическими моделями покрывают формовочной смесью из песка и термореактивной искусственной смолы (пульвербакелита). Под действием тепла смола в слое смеси, прилегающем к модели и плите, плавится и на модельной плите образуется однородная полутвердая песчано-смоляная оболочка. После удаления избытка смеси модельная плита с образовавшейся на ней полутвердой оболочкой подвергается дополнительному нагреву в печи для отвердевания оболочки.

Твердую оболочку - полуформу снимают с помощью штифтового механизма с модельной плиты и соединяют с соответствующей ей другой оболочковой полуформой. При этом проставляют стержни, как при обычной формовке.

Оболочковые полуформы скрепляют между собой зажимами или склеивают по разъему (рис. 1).

Полученную оболочковую форму заливают в вертикальном или горизонтальном положении. Оболочковые формы из песчано-смоляной смеси после заливки металла легко разрушаются при выбивке, освобождая залитые в них детали.

Точность отливок достигает 0,3 - 0,5 мм на 100 мм, в особых случаях можно получить точность 0,2 мм на 100 мм. Припуски на механическую обработку могут быть уменьшены до 0,25 - 0,55 мм, чистота поверхности соответствует 4 - 6 классам. Чаще всего этим методом отливают изделия массой от 1 до 30 кг.

Благодаря высокой точности и чистоте поверхности отливок, объем механической обработки деталей сокращается до 40 - 50 % (в отдельных случаях механическая обработка может быть полностью исключена), снижается до 30 - 50 % масса заготовок, уменьшается до 50 % трудоемкость очистных и обрубных работ и в 8 - 10 раз оборот формовочных материалов.

Прочная, сухая и газопроницаемая оболочковая форма обеспечивает получение отливок без газовых раковин, перекосов, трещин, засоров и позволяет изготовлять отливки с более тонкими стенками (3-15 мм), чем при обычном литье.

Оболочковые формы обладают высокой газопроницаемостью, негигроскопичны, хорошо выдерживают транспортировку, и их можно хранить длительное время.

Хорошие технологические свойства оболочковых форм позволяют заливать металл при более низкой температуре по сравнению с той, которая обычно рекомендуется для каждого сплава.

Способ литья в оболочковые формы является высокоэффективным для изготовления сложных тонкостенных отливок массой до 100 кг, отличается простотой оснастки и небольшими капитальными затратами на оборудование для механизации и автоматизации производства.

Литье в оболочковые формы нашло применение во многих отраслях машиностроения (детали для автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин) и приборостроения.

Сушка Подогрев модельной Сборка

кварцевого плиты, модели форм

песка

Просев Нанесение Установка

кварцевого разделительного сос- форм под

песка тава на подмодельную заливку

плиту

Смешивание Нанесение Заливка

песка со смолой песчано-смоляной форм

и приготовление смеси на модельную металлом

песчано-смоляной плиту

смеси

Отвердевание Выбивка

оболочек отливок

Снятие оболочки Обрубка и

с модельной плиты зачистка

отливок

Складирование Контроль

оболочек отливок

Рис.1. Схема технологического процесса изготовления

отливок в оболочковых формах

2.1. Приготовление формовочной песчано-смоляной смеси

Для изготовления оболочковых форм применяются следующие материалы:

1. Кварцевый песок (содержание окиси кремния должно быть не менее 96 %, глины - до 2 % и окиси железа - не более 1,05 %).

2. Пульвербакелит (смесь новолачной смолы с уротропином).

3. Технический фурфурол - бесцветная, быстротемнеющая жидкость с приятным запахом. Температура кипения 162 ⁰С. Получается обработкой разбавленными кислотами (серной, соляной) растительных материалов - отрубей, опилок, лузги подсолнечника. Технический фурфурол - растворитель пульвербакелита.

4. Силиконовая жидкость (кремнийорганические соединения), разделительная смазка.

5. Озокерит (горный воск) - разделительная смазка.

6. Смола МФ - 17 - состав для склеивания.

7. Ортофосфорная кислота или хлористый аммонит - ускорители для отвердевания клея.

8. Древесная мука или декстрин - наполнители для клея.

Рекомендуемые рецептуры формовочных смесей приведены в таблице.

Для приготовления смеси применяют шнековый смеситель ШС - 400 или центробежные бегуны маятникового типа.

Загрузка компонентов смеси производится в следующей последовательности:

1. Просушенный и просеянный крупный и мелкий песок (перемешивание - 5 мин).

2. Фурфурол (перемешивание песка с фурфуролом - 1 - 1,5 мин).

3. Пульвербакелит (перемешивание - 5 мин).

Формовочная песчано-смоляная смесь может быть не плакированной и плакированной.

Таблица 1.

Рецептура формовочных смесей

		Компоненты смеси, весовых частей
№ смеси	Наименование смеси	Песок, г, 50/100	Песок, г, 100/200	Пульвер- бакелит	Фурфурол
1	Для отливок из чугуна				1,0-1,1
2	Для отливок из стали	_			1,1-1,2
	Для отливок из алюминия	_			1,1

В неплакированной смеси смола находится в порошкообразном состоянии. В смесители или бегуны, загружают сухой кварцевый песок 93 - 94 %, вводят увлажнитель, керосин, жидкий бакелит (0,2-0,5 %), перемешивают 5-7 мин. и вводят порошкообразную смолу -пульвербакелит - 6-7 %. Перемешивают смесь 10 - 16 мин., просеивают.

В плакированной смеси зерна песка плакированы, то есть покрыты пленкой твердой смолы. Такая смесь не расслаивается, формы имеют более высокую прочность, газопроницаемость. Плакированные смеси приготовляют горячим или холодным способом.

При горячем плакировании в смесители загружают нагретый до 100 – 120 ⁰С кварцевый песок и порошкообразный пульвербакелит. Смола плавится, обволакивает зерна песка, на их поверхности после охлаждения образуются пленки отвердевшей смолы.

При холодном плакировании вводимая в формовочную смесь смола растворяется в ацетоне, техническом спирте или в других растворителях.

При перемешивании в бегунах зерна песка покрываются тонкой пленкой раствора, а после испарения растворителя - твердой пленкой смолы.

После перемешивания в бегунах смесь сушат, просеивают и выдерживают 6 - 25 ч для выветривания остатков ацетона.

2.2. Технологический процесс получения оболочковых полуформ

Для предотвращения прилипания оболочек к модельной плите и для облегчения их съема модельную плиту покрывают разделительным составом - силиконовой жидкостью. Затем плиту нагревают до температуры 200 - 250 ⁰С.

Нагретую металлическую модельную плиту 1 закрепляют на опрокидывающем бункере 2 (рис. 2, а) с формовочной смесью 3 и поворачивают его на 180 ⁰(рис. 2, б). Формовочная смесь насыпается на модельную плиту и выдерживается 10-30 с. От теплоты модельной плиты термореактивная смола в пограничном слое переходит в жидкое состояние, склеивает песчинки с образованием песчано-смоляной оболочки 4 толщиной 5-20 мм в зависимости от времени выдержки. Бункер возвращается в исходное положение (рис. 2, в), излишки формовочной смеси ссыпаются на дно бункера, а модельная плита с полутвердой оболочкой 4 снимается с бункера и нагревается в печи при температуре 350-400 ⁰С в течение 1,5-2 мин, при этом термореактивная смола переходит в твердое необратимое состояние (рис. 2, г). Твердая оболочка снимается с модели специальными толкателями (рис. 2, д). Аналогично получают вторую полуформу.

Рис.2. Схема технологического процесса

изготовления отливки в оболочковой форме

2.3. Сборка форм и подготовка к заливке

Готовые оболочковые формы получают путем соединения обеих полуформ механическим методом (используя скобы и струбцины) или химическим (склеивая быстротвердеющим клеем на специальных прессах). Литейные стержни устанавливают предварительно (рис. 2, е).

2.4. Заливка форм

Заливка форм производится в горизонтальном или вертикальном положении. Собранные формы небольших размеров с горизонтальной плоскостью разъема укладывают для заливки на слой песка.

Формы с вертикальной плоскостью разъема и крупные формы для предохранения от коробления и преждевременного разрушения оболочки при заливке расплава устанавливают в опоки-контейнеры и засыпают кварцевым песком или металлической дробью.

Подготовленную литейную форму заливают сплавом через литниковую систему.

2.5. Выбивка отливок

Процесс выбивки и освобождения отливок от песчано-смоляной смеси значительно облегчается благодаря тому, что после заполнения формы металлом и выгорания связующей смолы прочность формы теряется.

3. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ

3.1. Модельная плита универсальная, модели.

3.2. Песчано-смоляная смесь.

3.3. Шнековый смеситель ШС-400.

3.4. Центробежные бегуны маятникового типа.

3.5. Сито для просеивания смеси.

3.6. Банка с разделительной жидкостью.

3.7. Металлическая щетка.

3.8. Наполнительная рамка, скобы.

3.9. Электропечь сопротивления.

3.10. Весы.

3.11. Алюминиевый сплав.

4. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

4.1. Изготовить отливку из алюминиевого сплава методом литья в оболочковые формы.

5. ХОД РАБОТЫ

5.1. Ознакомится с описанием работы.

5.2. Подготовить песчано-смоляную смесь.

5.3. Произвести подогрев модельной плиты до температуры 220-260 ⁰С.

5.4. Нанести слой разделительной жидкости на рабочую поверхность модельной плиты.

5.5. Нанести ровным слоем песчано-смоляную смесь на модельную плиту, выдержать 15-25 с, ссыпать излишки смеси в ящик.

5.6. Модельную плиту с образовавшейся оболочкой поместить в печь и выдержать в течение 1,2-2 мин при температуре 350-400 ⁰С.

5.7. Снять оболочковую полуформу с модельной плиты.

5.8. Произвести сборку литейной формы: проставить в нижнюю полуформу стержни, накрыть верхней половиной и скрепить половинки стальными скобами.

5.9. Произвести заливку формы жидким металлом.

5.10. Выбить затвердевшую отливку.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

6.1. Описание цели работы.

6.2. Описание технологии производства отливок в оболочковых формах.

6.3. Эскизы последовательности операций формовки при литье в оболочковые формы.

6.4. Оценку качества изготовленных литейной формы и отливки.

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении) [Электрон. ресурс]: в 4-х ч. /Под ред. Э.М. Соколова; С.А. Васина; Г.Г. Дубенского. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2007.

Ч.1: Машиностроительные материалы: учебник для вузов /Е.М. Гринберг, Г.В. Маркова, В.А. Алферов. — 2007. — 1 опт. диск (CD ROM).

Ч.2: Сварочное производство: учебник для вузов /А.А. Протопопов, В.А. Судник, А.С. Рыбаков. — 2007. — 1 опт. диск.(CD ROM).

Ч.3: Производство заготовок: учебник для вузов /О.В. Мартынов, С.П. Яковлев, Л.Г. Юдин . — 2007. — 1 опт. диск (CD ROM).

Ч.4: Производство заготовок: учебник для вузов /В.В. Любимов, Ю.Н. Федоров, А.С. Ямников. — 2007. — 1 опт. диск (CD ROM).

2. Дальский, А.М. Технология конструкционных материалов: учебник для машиностроит. вузов /А.М. Дальский [и др.]; под общ. ред. А.М. Дальского. — 6-е изд., испр.и доп. — М.: Машиностроение, 2005. — 592с.: ил.

3. Колесов, С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебник для вузов /С.Н. Колесов, И.С. Колесов. — М.: Высшая школа, 2004. — 519с.: ил.

4. Карпенков, В.Ф. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Кн.2. /В.Ф. Карпенков [и др.]: Учебник для вузов. — М.: Колос, 2006. — 312 с.: ил.

5. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: Учебник для вузов /Б.Н. Арзамасов [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. — 7-е изд., стер. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. — 648с.: ил.