Файл: Е. Л. Фурман формовочные процессы литейного производства учебное электронное текстовое издание Учебнометодическое пособие.pdf

1
Министерство образования и науки Российской Федерации
С.П. Казанцев, Е.Л. Фурман
ФОРМОВОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ
ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Учебное электронное текстовое издание
Учебно-методическое пособие содержит краткие теоретические положения и практические рекомендации по изготовлению отливок в песчаных формах различными способами. Приведены основные правила выбора параметров литья, проектирования и изготовления форм, примеры практического выполнения литниковых систем и форм различными способами.
Предназначены для студентов всех форм обучения направления «Металлургия»
22.03.02 (бакалавриат) и неметаллургических направленностей при освоении инженерных дисциплин.
Научный редактор: доктор технических наук А.Б. Финкельштейн
Подготовлено кафедрой литейного производства и упрочняющих технологий
Екатеринбург
2017

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, КРАТКИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗГОТОВЛЕНИИ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ
ФОРМАХ ..................................................................................................................... 8 1.1. Понятие о процессе получения отливок в песчаных формах .......................... 8 1.2. Понятие модельно-литейного комплекта ........................................................ 12 1.3. Опочная оснастка ............................................................................................... 16 1.4. Литейные инструменты и приспособления ..................................................... 18 1.5. Контрольные вопросы ....................................................................................... 19
РАЗДЕЛ 2. УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1. ФОРМОВКА
В ПАРНЫХ
ОПОКАХ
ПО
РАЗЪЕМНОЙ
ФАСОННОЙ
МОДЕЛИ
СО СТЕРЖНЯМИ ..................................................................................................... 20 2.1. Технология изготовления формы в парных опоках по разъемной фасонной модели со стержнями ................................................................................................ 20 2.2. Методические указания и порядок выполнения УПР № 1. Формовка в парных опоках по разъемной фасонной модели со стержнями ........................ 22 2.3. Контрольные вопросы ....................................................................................... 27
РАЗДЕЛ 3. УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2. ФОРМОВКА
В ПАРНЫХ ОПОКАХ ПО НЕРАЗЪЕМНОЙ МОДЕЛИ С ПЛОСКИМ
ОСНОВАНИЕМ ........................................................................................................ 29 3.1. Технология изготовления формы в парных опоках по неразъемной фасонной модели с плоским основанием ............................................................... 29 3.2. Методические указания и порядок выполнения УПР № 2. Формовка в парных опоках по неразъемной модели с плоским основанием .......................... 29 3.3. Контрольные вопросы ....................................................................................... 33
РАЗДЕЛ 4. УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3. ФОРМОВКА
В ПАРНЫХ ОПОКАХ ПО НЕРАЗЪЕМНОЙ МОДЕЛИ С ПОДРЕЗКОЙ ......... 34

3 4.1.
Технология изготовления формы по неразъемной модели с подрезкой ................................................................................................................. 34 4.2. Методические указания и порядок выполнения УПР № 3. Формовка по неразъемной модели с подрезкой ............................................................................ 36 4.3. Контрольные вопросы ....................................................................................... 40
РАЗДЕЛ 5. УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4. ФОРМОВКА
С ФАЛЬШИВОЙ ОПОКОЙ ..................................................................................... 41 5.1. Технология изготовления формы с фальшивой опокой................................. 41 5.2. Методические указания и порядок выполнения УПР № 4 ............................ 42 5.3. Контрольные вопросы ....................................................................................... 45
РАЗДЕЛ 6. УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5. ФОРМОВКА
В ОПОКАХ С ПЕРЕКИДНЫМ БОЛВАНОМ ....................................................... 46 6.1. Технология изготовления формы с перекидным болваном ........................... 46 6.2. Методические указания и порядок выполнения УПР № 5. Формовка в опоках с перекидным болваном ............................................................................... 48 6.3. Контрольные вопросы ....................................................................................... 52
РАЗДЕЛ 7. УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6. ФОРМОВКА
В ОПОКАХ ПО МОДЕЛЬНЫМ ПЛИТАМ ........................................................... 53 7.1. Технология изготовления формы по модельным плитам .............................. 53 7.2. Методические указания и порядок выполнения УПР № 6. Формовка в опоках по модельным плитам ............................................................................... 54 7.3. Контрольные вопросы ....................................................................................... 57
РАЗДЕЛ 8. УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7. ИЗГОТОВЛЕНИЕ
ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ ИЗ ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ ..................... 58 8.1. Технология изготовления формы из ХТС ....................................................... 59 8.2. Методические указания и порядок выполнения УПР № 7. Изготовление форм и стержней из ХТС .......................................................................................... 60 8.3. Контрольные вопросы ....................................................................................... 66
РАЗДЕЛ 9. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ОРГАНИЗАЦИИ
РАБОТ ........................................................................................................................ 67

4
РАЗДЕЛ 10. ОТЧЕТНОСТЬ, ЗАЩИТА И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ
УЧЕБНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ...................................................................... 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ...................................................................... 74
ПРИЛОЖЕНИЕ. ПРИМЕР ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ......................................... 75

5
ВВЕДЕНИЕ
В настоящей части учебно-методического издания даются основные понятия, краткие технологические сведения, используемые и необходимые для выполнения учебно-практических работ по изготовлению песчано-глинистых форм, заливке их металлов и окончательному получению отливок на оборудовании и с использованием имеющейся технологической модельно-
опочной оснастки на кафедре литейного производства и упрочняющих технологий ИММт УрФУ. Приводятся примеры модельной оснастки для выполнения учебно-практических работ и даются методические указания по последовательности выполнения технологических операций.
Учебные мероприятия по формовочным процессам выполняются в соответствии с утвержденными и реализуемыми учебными планами для различных направлений и профилей подготовки:

по направлению подготовки
22.03.02
«Металлургия», квалификация – бакалавр (ориентированный на практико-ориентированный, прикладной вид (виды) профессиональной деятельности), направленность обучения – литейное производство черных и цветных металлов. В том числе производственно-технологический бакалавриат, реализуемый в рамках совместных программ обучения УрФУ – УГМК;

по направлению подготовки
22.03.02
«Металлургия», квалификация – бакалавр, ориентированный на научно-исследовательский как основной вид профессиональной деятельности (академический бакалавриат), направленность обучения – литейное производство черных и цветных металлов;

по направлению подготовки
22.03.02
«Металлургия», квалификация – бакалавр, все профили металлургической направленности;

другие направления подготовки неметаллургической направленности, в учебные планы которых включены инженерные дисциплины, в частности литейное производство. Например, экономика в металлургии, метрология, сертификация и стандартизация в металлургии и пр.

6
В соответствии со ставящимися дидактичными целями практикума он относится к репродуктивному виду.
Цели и задачи освоения данного раздела дисциплины по формовочным
процессам литейного производства:

сформировать у обучающегося систему практических знаний о формообразовании и формовочных процессах ручной формовки литейного производства;

обучить типовым методам и последовательности изготовления песчано-глинистых форм способами ручной формовки;

дать знания конструкций модельно-опочной оснастки, литейного инструмента и привить практические навыки изготовления литейных форм.
Результаты освоения раздела
По освоению данного цикла исследовательских работ обучающийся будет способен:

демонстрировать знания и понимание основных понятий и начальных технологических сведений о процессах формообразования и изготовления форм;

демонстрировать знание и понимание методик, последовательности технологических операций изготовления литейных форм ручной формовкой;

проводить практические работы по изготовлению литейных форм ручной формовкой различными способами.
Индикаторы
достижения
результатов
освоения
раздела
по
формовочным процессам
В результате учебно-практических работ обучающийся должен:

классифицировать и описывать способы изготовления литейных форм ручной формовки;

делать выводы, заключения об эффективности, областях использования и ограничении в применении способов ручного изготовления форм;

связывать процессы формообразования с конечным качеством литой продукции.

7
Материально-техническое обеспечение УПР
Учебные мероприятия по формовочным процессам проводятся в специализированной формовочно-заливочной лаборатории, соответственно оснащенной,
в которой имеются
6–8
рабочих мест формовщика,
представляющих собой специализированные металлические рабочие столы с ограждением.
Лаборатория оснащена:
1.
Смесеприготовительным оборудованием:

бегунами катковыми лабораторныи объемом 0,01 м
3
для приготовления единой формовочной смеси;

смесителем шнековым лабораторным LM-R2e общей емкостью
22 дм
3
для приготовления облицовочной и стержневой смеси.
2.
Плавильным оборудованием:

электрической печью сопротивления типа САТ-0,05 для плавки алюминиевых сплавов;

индукционной сталеплавильной печью типа ИСТ-0,03 для плавки черных сплавов.
3.
Комплектами (на каждом рабочем месте):

парных опок для каждого рабочего места прямоугольными с размером
«в свету»
250×150 мм и
круглыми диаметром
250 мм,
высотой
200
мм;

моделей отливок для различных способов формовки и элементов литниковых систем (представлены ниже);

инструментов формовщика.
4.
Вспомогательными приспособлениями и материалами: емкостями для транспортировки формовочной смеси, ковшами литейными, припылами, футеровочными материалами и т. д.

8
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, КРАТКИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗГОТОВЛЕНИИ ОТЛИВОК
В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОРМАХ
1.1. Понятие о процессе получения отливок в песчаных формах
Основой для разработки технологического процесса изготовления отливки является чертеж детали (рис. 1.1), этапы изготовления отливки на рис. 1.2, 1.3, 1.4

7

Рис. 1.1. Эскиз детали (а) и отливки с литейно-модельными указаниями (б):
1 – плоскость разъема модели, формы; 2 – припуски на механическую обработку поверхностей заготовки; 3 – отверстия, невыполняемые литьем; 4 – стержни
По чертежу детали литейщик-технолог разрабатывает чертеж отливки, нанося литейно-модельные указания (рис. 1.1, б):

намечает плоскость разъема модели-формы (МФ);

назначает припуски на механическую обработку;

назначает формовочные уклоны, необходимы для извлечения модели из формы;

разрабатывает конструкции стержней и способы их крепления в форме (стержневые знаки);

разрабатывает конструкцию литниковой системы каналов для подвода металла в полость формы.

9
Чертеж отливки является основой для изготовления модели отливки
(рис. 1.2), стержневые ящики (рис. 1.3) и модели элементов литниковой системы могут быть унифицированы.
Рис. 1.2. Эскиз деревянной разъемной модели для ручной формовки:
1 – разъем модели (РМ); 2, 3 – стержни со стержневыми знаками; 4 – формовочные уклоны;
5 – радиусы скруглений углов модели (галтели)
Рис. 1.3. Деревянные стержневые ящики для ручного изготовления стержней:
а – для вертикального стержня (Ст. 1); б – для горизонтального стержня (Ст. 2)
По чертежу отливки изготавливается модельный комплект, включающий
(для данной отливки):

разъемную деревянную модель (рис. 1.2);

необходимые стержневые ящики (рис. 1.3).

требуемые модели элементов литниковой системы (при необходимости), они могут быть унифицированы.

10
С использованием изготовленного модельного-литейного комплекта производят формовку – изготавливают литейную из песчано-глинистой смеси
(рис. 1.4).
Рис. 1.4. Эскизы собранной литейной формы (а) и готовой чугунной отливки с литниковой системой (б): 1 – полость формы; 2 – стержни; 3 – формовочная смесь; 4, 5 – нижняя и верхняя опоки соответственно; 6 – питатель; 7 – шлакоуловитель; 8 – стояк; 9 – литниковая чаша; 10 – выпор; 11 – вентиляционные наколы
Технологический процесс ручной формовки осуществляется в следующей последовательности

8

1. Изготовление нижней полуформы (рис. 1.5, а). На подмодельную плиту кладут половину модели без шипов (плоскостью разъема вниз) и устанавливают опоку. Припудрив модель порошком талька или графита, покрывают ее через сито слоем (15–30 мм) облицовочной смеси. Этот слой уплотняют руками, после чего в опоку набрасывают лопаткой наполнительную смесь и уплотняют ее трамбовкой. Перемещая по верхнему краю опоки линейку, удаляют лишнюю формовочную смесь. В формовочной смеси на расстоянии 40–50 мм друг от друга и на 10–15 мм от модели душником накалывают отверстия для выхода газов. Опоку накрывают второй подмодельной плитой (при необходимости) и переворачивают на 180°, первую подмодельную доску убирают.
2. Изготовление верхней полуформы (рис. 1.5, б). На заформованную половину модели устанавливают ее вторую половину по направляющим шипам. Поверхность разъема и модель припудривают порошком талька или графита.

11
Верхнюю опоку устанавливают на нижнюю, фиксируя ее положение штырями, которые вставляют в отверстия приливов на опоках. Устанавливают модели шлакоуловителя, стояка и выпоров. Верхнюю опоку заполняют формовочной смесью и уплотняют, так же как нижнюю. После уплотнения смеси вокруг стояка гладилкой прорезают литниковую чашу.
Рис. 1.5. а – последовательность изготовления песчано-глинистой формы ручной формовкой в парных опоках по разъемной модели для отливки «втулки», б – изготовление нижней и верхней полуформ; в – извлечение модели; г – собранная литейная форма (1 – подмодельная доска, 2 – опока, 3 – газоотводящие каналы, 4 – выпор, 5 – литниковая система, 6 – стержень)

12
3. Извлечение моделей (рис. 1.5, в). Из верхней полуформы извлекают модель стояка и выпоров, осторожно раскачивая; снимают верхнюю опоку и переворачивают плоскостью разъема вверх.
В плоскости разъема нижней полуформы гладилкой прорезают питатели от шлакоуловителя к полости формы. Смочив водой полоску формовочной смеси на границе с моделью и осторожно ударяя деревянным молотком по подъемнику, ввинченному в гнездо на модели, вынимают из формы половинки модели и модель шлакоуловителя.
Исправляют повреждения формы и удаляют осыпавшуюся смесь сжатым воздухом. Поверхность полуформ присыпают порошкообразным графитом или порошком древесного угля.
4. Сборка формы (рис. 1.5, г). При сборке формы в углубления (знаки) нижней полуформы укладывают стержень, устанавливают на место верхнюю опоку
(полуформу). Стержневые знаки модели создают в форме углубления для установки стержней. Полуформы фиксируют штырями и наверх кладут груз, чтобы при заливке расплавленный металл своей тяжестью не сдвинул верхнюю опоку.
1.2. Понятие модельно-литейного комплекта
Под
модельным
комплектом понимают набор элементов технологической оснастки, необходимых для образования при формовке рабочей полости литейной формы.
В зависимости от способа формовки, размеров и сложности получаемых отливок в состав модельного комплекта могут входить:

модели отливки, подмодельные и модельные плиты;

модели элементов литниковых систем и питания отливок.
Собственно, литейная модель отливки служит для образования в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. В большинстве моделей предусматриваются дополнительные (по отношению к конфигурации отливки) части, называемые знаками, которые образуют в литейной форме специальные полости для простановки стержней.