Контрольная работа: Основы материаловедения
3. Из каких основных элементов состоит литейная форма? Опишите способ производства и установка стержней в форме. Нарисуйте в разрезе собранную литейную форму, включая стержень и литниковую систему
Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость с внешними контурами получаемой отливки. После заливки в такую полость жидкого металла он охлаждается в ней и затвердевает, образуя отливку.Литейная форма состоит из нескольких, обычно из двух, частей (полуформ), собранных в одно целое. Полуформа, т. е. верхняя или нижняя половина литейной формы, представляет собой опоку, в которой находится в уплотненном состоянии смесь неорганических (кварцевый песок, глина и др.) и органических (опилки, уголь и др.) материалов.
Рис.5 Собранная литейная форма в разрезе.
1, 2 —полуформы, 3 — выпор, 4 — крестовины опок, 5 — литниковая чаша, 6 — стояк, 7 — шлакоуловитель, 8 — штырь, 9 — питатель, 10 — цапфа опоки, 11 — вентиляционные каналы, 12 — жеребенка, 13 — холодильник, 14 — стержень, 15 — полость формы.
Литейный стержень — элемент литейной формы, предназначенный для образования отверстий, полостей или других сложных контуров в отливке. Стержни в форме фиксируют на знаках — выступах, входящих в соответствующие впадины рабочей полости. Дополнительными опорами стержней являются металлические подставки (жеребейки) различной конструкции и конфигурации, которые сплавляются с заливаемым в форму жидким металлом.
Стержень состоит из части, образующей внутреннюю поверхность отливки, и опорной знаковой части, с помощью которой он крепится в стенках формы. Кроме того, знаки служат для отвода газов, образующихся в стержне при заливке формы. Стержень, являясь частью литейной формы, должен удовлетворять всем требованиям, которые предъявляют к самой форме. Однако, находясь в форме при заливке в более трудных условиях, стержень должен отвечать более жестким требованиям. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим, в каких условиях находится стержень в форме во время заливки ее расплавленным металлом.
1. Стержень, образующий полость в отливке, чаще всего расположен в центре полости литейной формы, поэтому он со всех сторон подвергается давлению и воздействию высокой температуры заливаемого в форму металла.
Следовательно, чтобы противостоять давлению металла, которое может вызвать деформацию стержня или его разрушение, стержень должен быть более прочным, чем форма.
2. В стержне, как и в форме, образуются газы. Газы, образовавшиеся в форме, могут выходить из нее через вентиляционные каналы и стенки формы. Кроме того, форма при заливке, соприкасаясь с металлом одной стороной, прогревается постепенно. Поэтому в форме создаются более благоприятные условия выхода образующихся в ней газов.
В стержне условия газообразования н выхода газов иные. При заливке формы стержень, омываясь металлом со всех сторон, прогревается быстрее, чем форма. Следовательно, быстрее образуются в нем и газы.
Если в форме газ выходит во всех направлениях, то выход газа из стержня возможен только через его знаки, составляющие незначительную часть поверхности. Для обеспечения нормальной заливки полости формы металлом газ, образовавшийся в стержне, должен быть своевременно удален; при этом газ не должен выходить на рабочую поверхность стержня, так как он может проникнуть в металл и остаться в нем, образуя газовые раковины в отливке. Поэтому для получения отливки хорошего качества стержень должен быть более газопроницаемым, чем форма.
3. Известно, что стержень при заливке формы подвергается в ней большему температурному воздействию металла. Следовательно, создается большая опасность образования пригара на поверхности отливки со стороны стержня. При этом следует помнить, что пригар, образующийся на внутренних стенках отливки, удалять труднее, чем пригар, образующийся на внешней поверхности отливки. В отливках художественных изделий пригар с внутренних стенок часто совершенно невозможно удалить из-за малых размеров полости или отверстий в ней. Поэтому стержень должен быть более огнеупорным, чем форма.
4. При усадке отливка обычно отходит от стенок формы оказывает давление на стержень. Стержень не должен мешать усадке отливки в форме, иначе в ней могут образоваться трещины. Следовательно, стержень должен быть более податливым, чем форма.
5 Стержни должны хорошо выбиваться из отливки. В художественных отливках выбиваемость стержней имеет особое значение, так как их часто приходится удалять через отверстия небольшого сечения, оставшиеся в стенке отливки от каркаса стержня.
Таким образом, стержни должны быть прочными в сыром и сухом состояниях, иметь достаточную газопроницаемость, огнеупорность и податливость. Кроме того, стержни должны хорошо выбиваться из отливки и не отсыревать в форме.
Пять классов стержней.
К первому классу относятся стержни сложной формы с тонкими частями и малым сечением стержневых знаков, образующие в отливках узкие труднодоступные для очистки внутренние полости. Стержни должны обладать высокой прочностью, огнеупорностью, податливостью, газопроницаемостью.
Ко второму классу относятся стержни более массивные, чем стержни первого класса; они имеют более развитые знаки и отдельные тонкие части и ребра; эти стержни должны иметь значительную прочность и хорошую податливость.
Третий класс — стержни несложных очертаний, образующие ответственные необрабатываемые полости в отливке; они имеют развитые знаки, позволяющие газам легко удаляться. Стержни должны обладать средней прочностью и достаточной податливостью.
К стержням четвертого класса относятся массивные стержни несложной конфигурации с развитыми знаками, образующие полости, подвергающиеся механической обработке. Стержни должны обладать небольшой прочностью.
Пятый класс составляют массивные стержни простых очертаний, образующие большие внутренние полости в крупных отливках.
В зависимости от применяемых материалов стержни можно подразделить на песчано-масляные, песчано-глинистые, песчано-смоляные, этилсиликатные, содержащие быстротвердеющие связующие, песчано-цементные и металлические, по конструктивным особенностям — на объемные и оболочковые; по способу упрочнения — на сырые (не упрочняемые), сухие, холоднотвердеющие, горячетвердеющие.
В производстве художественных и архитектурных изделий наибольшее применение получили сухие и сырые песчано-масляные и песчано-глинистые стержни. При литье по выплавляемым моделям применяют массивные и оболочковые этиленликатные стержни.
Способы изготовления стержней
В современных условиях производства технологический процесс получения отливок разделен в литейном цехе на операции, каждая из которых выполняется отдельной группой рабочих (формовщиком, стерженщиком, сборщиком и т.д.). Например, формовщик для изготовления литейных форм получает готовую формовочную смесь, приготовленную в смесеприготовительном отделении, пользуется стержнями, изготовленными стерженщиками в стержневом отделении цеха.
Такое разделение труда в производстве художественных отливок не всегда возможно. Например, невозможно отделить процесс изготовления стержня и формы, если стержень изготовляется в полости формы или в полости пустотелой модели, находящейся у формовщика в работе. В этих случаях изготовление стержня входит в обязанность самого формовщика. Поэтому формовщик художественных отливок должен знать приемы и способы изготовления стержней не хуже, чем способы и приемы изготовления самой формы.
В производстве художественных и архитектурных отливок применяют стержни различной сложности и размеров, поэтому формовщику в процессе работы часто приходится иметь дело с различными способами изготовления стержней.
К наиболее часто применяемым способам относятся: изготовление стержней в стержневых ящиках и пустотелых моделях; изготовление стержней в полости литейной формы; изготовление стержней для неразъемных керамических форм в пресс-формах; изготовление стержней для форм крупных архитектурных отливок с помощью шаблонов.