Что такое литье в песчаные формы?

Как формировать сложные отливки с помощью песчаных форм

Отливка в песчаные формы это процесс, в котором используются одноразовые песчаные формы для формования металлических отливок. С одной стороны, литье — это обманчиво простой производственный процесс:любой, кто строил замки на пляже, знает, что из песка можно создавать детализированные формы. Однако в литейном производстве, где речь идет о нагревании расплавленного металла, для достижения успеха необходимо учитывать множество факторов. Литье используется для изготовления металлических компонентов всех размеров, от нескольких унций до нескольких тонн. Песчаные формы могут быть сформированы для создания отливок с мелкими внешними деталями, внутренними стержнями и другими формами. Почти любой металлический сплав можно отлить в песчаные формы. В увлажненном песке делают углубления, заливают расплавленным металлом и оставляют остывать.

Что такое формовочная смесь?

Формовочный песок имеет три важных преимущества перед другими формовочными материалами:

1. это недорого,
2. легко перерабатывается и
3. он может выдерживать чрезвычайно высокие температуры.

Литье в песчаные формы — один из немногих доступных процессов для металлов с высокой температурой плавления, таких как стали, никель и титан. Из-за своей гибкости, термостойкости и относительно низкой стоимости литье в песчаные формы является наиболее широко используемым процессом литья.

Отливки производятся путем заливки жидкого металла в полость формы. Чтобы отливка прошла успешно, полость формы должна сохранять свою форму до тех пор, пока металл не остынет и полностью не затвердеет. Чистый песок легко распадается, но формовочный песок содержит связующий материал, который увеличивает его способность противостоять нагреву и сохранять форму.

Зеленый песок (смесь песка, пылевидного угля, бентонитовой глины и воды) традиционно используется при литье в песчаные формы, однако современные системы формования с химическим связыванием становятся все популярнее. Наиболее широко используемым литейным песком является кремнезем (SiO₂ ).

Свойства формовочной смеси

Сила

Способность песчаной формы сохранять свою геометрическую форму в условиях механического воздействия.

Проницаемость

Способность песчаной формы обеспечивать выход газов и пара во время процесса литья.

Влажность

Содержание влаги влияет на прочность и проницаемость формы:форма с недостаточным количеством влаги может разрушиться, а форма с избыточной влажностью может привести к тому, что пузырьки пара попадут в отливку.

Текучесть

Способность песка заполнять небольшие полости в узоре. Высокая текучесть создает более точную форму и поэтому полезна для детального литья.

Размер зерна

Размер отдельных частиц песка.

Форма зерна

Это свойство оценивает форму отдельных песчинок в зависимости от того, насколько они круглые. Как правило, в формовочном песке используются три категории зерна:

1. Округлое зерно пески обеспечивают относительно низкую прочность сцепления, но хорошую текучесть и качество поверхности.
2. Угловые зерна обладают большей прочностью сцепления из-за блокировки, но меньшей текучестью и проницаемостью, чем пески с окатанной зернистостью.
3. Угловатые зерна являются средней дорогой. Они обладают лучшей прочностью и меньшей проницаемостью по сравнению с округлыми зернами, но меньшей прочностью и лучшей проницаемостью, чем угловатые зерна.

Сворачиваемость

Способность песчаной смеси разрушаться под действием силы. Большая сжимаемость формы позволяет металлической отливке свободно сжиматься по мере затвердевания без риска горячего разрыва или растрескивания.

Огнеупорная прочность

Форма не должна плавиться, гореть или трескаться при заливке в нее расплавленного металла. Огнеупорная прочность измеряет способность формовочного песка выдерживать экстремальные температуры.

Повторное использование

Возможность повторного использования формовочной смеси (после кондиционирования песка) для производства других отливок в песчаных формах в последующих производственных операциях.

Многие свойства формовочной смеси зависят от размера зерна и распределения частиц песка:мелкий размер зерна повышает прочность формы, а крупный размер зерна обеспечивает большую проницаемость. Мелкозернистый песок обеспечивает отливкам хорошую чистоту поверхности, но обладает низкой водопроницаемостью, в то время как крупнозернистый песок обеспечивает обратное.

Специальные добавки или связующие может быть добавлен к основному заполнителю из песка, глины и воды для увеличения сцепления. Эти связующие могут быть как органическими, так и неорганическими. Обычные связующие включают злаки, молотый пек, морской уголь, гильсонит, мазут, древесную муку, кремнеземную муку, оксид железа, перлит, патоку, декстрин и патентованные материалы.

Найти идеальное сочетание непросто. Некоторые свойства песчаного заполнителя противоречат друг другу:формовочная смесь с большей разрушаемостью имеет меньшую прочность, а с большей прочностью - меньшую разрушаемость. Компромиссы часто необходимы для достижения компромисса, который обеспечивает подходящие свойства для конкретной детали и применения литья. Точный контроль свойств формовочной смеси настолько важен, что песочные лаборатории стали обычным явлением в современных литейных цехах.

Части формы для литья в песчаные формы

Металлическая отливка формируется формой, используемой для ее изготовления – хорошая форма является предпосылкой для хорошей отливки. Формы состоят из нескольких частей, которые вместе влияют на конечный продукт.

Полость пресс-формы сформирована по шаблону , полноразмерная модель детали, которая отпечатывается в песчаной форме. Некоторые внутренние поверхности не включаются в массив и вместо этого создаются отдельными стержнями.

ядро представляет собой песчаную форму, вставленную в форму для формирования внутренней части отливки, включая такие элементы, как отверстия или проходы. Стержни обычно изготавливают из формовочной смеси, чтобы их можно было вытрясти из отливки. Основной отпечаток это область, добавленная к шаблону, стержню или пресс-форме для размещения и поддержки стержня внутри литейной формы.

Дальнейшая основная поддержка обеспечивается венчиками. – мелкие металлические детали, крепящиеся между сердечником и поверхностью полости. Чтобы сохранить эту поддержку, венки должны состоять из металла с такой же или более высокой температурой плавления, чем у отливаемого металла. После затвердевания венки будут заключены внутрь отливки.

Песчаные стержни можно изготавливать с использованием тех же методов, что и песчаные формы:формы изготавливаются по шаблону, а песчаные стержни формируются с помощью стержневого ящика.; они похожи на штамп и могут быть сделаны из дерева, пластика или металла. Стержневые ящики также могут содержать несколько полостей для изготовления нескольких одинаковых стержней.

Подступенок это дополнительная пустота внутри формы, предназначенная для удержания лишнего металла. Предотвращает образование усадочных пустот в основной отливке за счет подачи расплавленного металла в полость формы по мере его затвердевания и усадки.

Вся песчаная форма содержится в коробке, которая называется колба. . В двухкомпонентной форме, типичной для литья в песчаные формы, верхняя половина (содержащая верхнюю половину модели, опоки и стержня) называется корпусом. . Нижняя половина называется перетаскиванием. . Линия разделения это линия или поверхность, разделяющая верхнюю часть и перетаскивание.

Как сделать лепку из песка

Литье в песчаные формы включает в себя четыре основных этапа:сборка песчаной формы, заливка жидкого металла в форму, дайте металлу остыть, затем оторвите песок и извлеките отливку. Конечно, этот процесс сложнее, чем кажется.

Первым этапом сборки пресс-формы является частичное заполнение корпуса песком. Выкройка, печать сердечника, сердечники и литниковая система размещаются вблизи линии разъема. Затем обшивка собирается на тягу. Дополнительный песок насыпается на половинку гребня до тех пор, пока модель, сердцевина и литниковая система не будут покрыты, а затем песок уплотняется вибрацией или механическими средствами. Излишки песка удаляются отбойным стержнем.

Теперь, когда форма сформирована, верх снимается с волока, чтобы можно было извлечь выкройку из формы.

Извлечение шаблона осуществляется осторожно, чтобы не сломать или не деформировать только что сформированную полость пресс-формы. Этому способствует разработка черновика :вертикальный конус, перпендикулярный линии разъема. Уклон конусности обычно составляет не менее 1°. Чем шероховатее поверхность рисунка, тем больший уклон необходимо обеспечить.

Прежде чем ее можно будет заполнить жидким металлом, необходимо подготовить всю форму; полость формы часто смазывают смывкой для облегчения удаления отливки. Затем размещаются стержни, добавляются дополнительные материалы формы, такие как веревка, чтобы предотвратить биение, а половинки формы закрываются и надежно зажимаются вместе; верхние и боковые секции поддерживают правильное выравнивание с помощью штифтов и направляющих.

Половинки формы должны оставаться закрепленными, чтобы жидкий металл не мог просочиться через линию разъема. Перед заливкой в ​​безопочные формы, деревянные или металлические заливочные рубашки часто размещают вокруг формы, а сверху устанавливают грузы, чтобы верх не поднимался.

Расплавленный металл поступает в полость формы через литниковую систему. :расплавленный металл заливается в форму через стакан , продолжается вниз по литнику (вертикальная часть литниковой системы), а затем через полозья (горизонтальные части). Скопившиеся газы и вытесненный воздух выходят через вентиляционные отверстия . Многочисленные точки, в которых металл поступает в полость литейной формы из направляющих, называются воротами. .

После того, как отливка остынет, ее выламывают из песчаной формы. Процесс удаления песка из отливок называется встряхиванием. . Отливка может быть удалена вручную или с помощью автоматизированного оборудования. Обычно используются столы для перемешивания и вращающиеся барабаны.

Существуют вариации этого базового процесса в зависимости от шаблона, типа колбы и уровня механизации:

• Форминг скамейки предпочтительнее для небольших работ. Вся операция проводится на скамье удобной высоты.
• Плинтус используется для средних и крупных работ. Как следует из названия, форма устанавливается на пол перед заливкой.
• Машинное формование используется для массового производства. Машинное формование экономит труд и обеспечивает превосходную точность и однородность, позволяя поддерживать допуски в узких пределах с высокой скоростью. Основными операциями, выполняемыми формовочными машинами, являются трамбовка формовочной смеси, прокатка по форме, формирование ворот, встряхивание модели и ее извлечение.

Переработка формовочной смеси

После стряхивания песка с готовой отливки комки охлаждают и измельчают. Все частицы и металлические гранулы удаляются, часто с помощью магнитного поля. Весь песок и компоненты просеиваются с помощью шейкеров, роторных или вибрационных грохотов. Очищенный песок затем можно повторно использовать в начале цикла производства формовочной смеси.

Формовочные пески готовятся в мельницах, которые смешивают песок, вяжущее вещество и воду. Аэраторы используются вместе, чтобы разрыхлить песок, чтобы сделать его более поддающимся формованию.

Подготовленный песок доставляется на формовочный этаж обычно самосвалами или ленточными конвейерами, где он формуется в формы; формы могут быть размещены на полу или доставлены конвейерами на разливочную станцию. После заливки отливки удаляются от налипшего песка на станции выбивки. Использованный песок, в свою очередь, возвращается в бункеры ленточным конвейером или другим способом.

Литейный песок обычно перерабатывается и повторно используется во многих производственных циклах. По отраслевым оценкам, ежегодно в производстве используется около 100 млн тонн песка. Из этого количества выбрасывается только от четырех до семи миллионов тонн, и даже этот песок часто перерабатывается в других отраслях промышленности.

Процессы и методы формования из песка

Формы для зеленого песка

Типичная смесь зеленого песка содержит 89 процентов песка, 4 процента воды и 7 процентов глины. Зеленый песок является фаворитом в отрасли из-за его низкой стоимости и хороших общих характеристик. «Зеленый» в зеленом песке относится к содержанию влаги в смеси во время заливки.

Формы из сырого песка обладают достаточной прочностью для большинства применений литья в песчаные формы. Они также обеспечивают хорошую разборность, проницаемость и возможность повторного использования. Основные трудности возникают с содержанием влаги. Слишком большое количество влаги может вызвать дефекты отливки, а устойчивость к влаге зависит от отливаемого металла.

Процессы холодного схватывания

Иногда при промышленном литье в песчаные формы используются нетрадиционные связующие. Обычные вяжущие для литья требуют тепла для отверждения, в то время как эти альтернативные вяжущие связываются химически при комнатной температуре при смешивании с песком - отсюда и термин «процессы холодного отверждения». Технически продвинутые, эти относительно новые процессы литья в песчаные формы становятся все более популярными. Процессы холодной отверждения дороже форм из сырого песка, но позволяют получать отливки с исключительной точностью размеров.

Литье ракушек

Литье в оболочковые формы - относительно недавнее изобретение в области технологий литья для массового производства и получения гладкой поверхности; впервые он был использован Германией во время Второй мировой войны. Формовочная масса представляет собой смесь сухого мелкозернистого кварцевого песка с минимальным содержанием глины и 3-8% термореактивной смолы (фенолоформальдегидной или силиконовой смазки). При попадании формовочной массы на нагретую модельную плиту образуется твердая оболочка толщиной около 6 мм. Чтобы полностью отвердить оболочку, ее необходимо нагреть до температуры от 440 до 650°F (от 230 до 350 т) в течение нескольких минут.

Услуги кастинга на заказ

Reliance Foundry работает совместно с клиентами над разработкой шаблона и метода литья для каждой индивидуальной отливки. Запросите предложение, чтобы получить дополнительную информацию о том, как наша служба кастинга может соответствовать требованиям вашего проекта.

Статьи по теме

• Подробное руководство по кастингу:серия "Жизнь кастинга"
• Американское литейное общество. «Процессы формования песка».

Изображения предоставлены

• Заполнение формы:OKFoundry, CC BY 2.0, через Flickr
• Облицовка из пресс-формы:OKFoundry, CC BY 2.0, через Flickr.
• Открытая песчаная форма:OKFoundry, CC BY 2.0, через Flickr.
• Закрытая форма:OKFoundry, CC BY 2.0, через Flickr