Особенности и разновидности литейных форм

В литейном производстве роль основного инструмента для изготовления отливок выполняет литейная форма. Она представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка.

Для подвода расплава в рабочую полость формы используют литниковую систему, состоящую из каналов и элементов литейной формы, обеспечивающих ее заполнение, а также питание отливок при затвердевании.

Применяют и такие способы литья, при которых литниковая система отсутствует, например центробежное литье труб (см. гл. 11).

Литейные формы изготовляют как из неметаллических материалов (песчано-глинистых смесей и др.), так и из металлов. В табл. 1.1 и 1.2 приведены основные разновидности современных литейных форм, однако и они не отражают полностью их многообразия. Так, только для одного вида неметаллических форм — неразъемных оболочковых, получаемых по выплавляемым моделям, можно назвать свыше 10 разновидностей, существенно различающихся составом, структурой, способами изготовления и назначением.

Многообразие современных литейных форм (при правильном выборе их разновидности для каждого конкретного случая) открывает возможность экономично, в соответствии с требованиями к качеству, изготовлять различные по массе, конфигурации, точности и свойствам металла отливки практически из любых сплавов.

1.1. Разновидности неметаллических литейных форм

1.2. Разновидности металлических литейных форм

Рис. 1.1. Крупная стальная отливка — ахтерштевень морского судна, изготовленная в песчаной форме

Наиболее распространены в мировой практике литейного производства изготовленные из различных составов и различными способами песчаные формы, предназначенные для заливки под действием гравитационных сил свободно падающей струей расплава. В нашей стране в песчаных формах изготовляют около 80% всех отливок, как мелких и средних по массе, так и наиболее крупных, многотонных. На рис. 1.1 показан отлитый из стали в песчаной форме ахтерштевень — крупная деталь морского судна. Масса отливки около 24 т, высота свыше 10 м.

Распространенность способа литья в песчаные формы связана с его дешевизной, применимостью для изготовления отливок из различных сплавов — легких и тяжелых, цветных, чугунов и сталей, а также со сравнительно невысокими затратами на оснастку и приспособления. Следует отметить также, что процесс литья в песчаные формы непрерывно совершенствуется, в нем широко используют достижения химии и других смежных отраслей техники, средства механизации и автоматизации производственных операций, чем обеспечивается повышение качества отливок и технико-экономических показателей производства.

Изготовление отливок в разовых песчаных формах наряду со многими достоинствами обладает и рядом недостатков. Для получения каждой отливки необходимо выполнить ряд трудоемких даже в условиях механизированного производства операций: приготовить формовочные и стержневые смеси, изготовить формы и стержни, собрать их и подготовить к заливке, выдержать отливки в медленно охлаждающейся песчаной форме, выбить их и очистить от формовочной и стержневой смеси, переработать бывшие в употреблении смеси для их повторного использования. При заливке песчаных форм расплавом и охлаждении в них отливок происходят процессы испарения влаги и выгорания связующих, при формовке и выбивке отливок неизбежно образование пыли, что вызывает необходимость соблюдения специальных мер по технике безопасности и охране окружающей среды.

К недостаткам песчаных форм относится их значительная подверженность силовому, тепловому и химическому воздействию заливаемого расплава, нередко приводящая к снижению размерной точности отливок и образованию на их поверхности трудноудаляемой корки пригара, состоящей из приварившегося формовочного материала и продуктов его взаимодействия с расплавом. Применение усовершенствованных процессов изготовления песчаных форм, например с использованием химически твердеющих смесей, вакуумно-пленочной формовки, литья по газифицируемым моделям, обеспечивающих повышение размерной точности отливок, в сочетании с окраской рабочих поверхностей форм и стержней противопригарными составами, позволяет значительно повысить качество отливок.

Специальные способы литья (см. гл. 11), развивающиеся в последние годы более высокими темпами, чем литье в песчано-глинистые формы, значительно расширяют области рационального использования литых заготовок, так как позволяют получать отливки сложной конфигурации с высокой размерной точностью (до 8— 16-го квалитетов СТ СЭВ 144—75) и малой шероховатостью поверхности (Rz 40 — Ra 1,25 мкм). Ряд специальных способов литья (под давлением, по выплавляемым моделям, выжиманием и др.) предназначен для получения точных тонкостенных отливок с толщиной стенок от 1—2 мм и даже менее, что недостижимо при свободной заливке песчаных форм.