ГЛАВА 2
ЛЕЕНЕ НА СПЛАВИТЕ
Същността на производството на заготовки и фасонни изделия чрез методите на леене на металите се състои в изработването на огнеупорна леярска форма, съобразена с формата, размерите и изискванията на отливката. При запълване на леярската форма с течна сплав и след кристализация се получава отливка, отговаряща на предварително зададените технически изисквания. В машиностроенето масата на отливките е от 40-80% от масата на машините. Големият обем на леярското производство се обуславя от съществените предимства на леенето пред останалите начини за формообразуване (коване, пресуване, щамповане и др.). Основното предимство на леенето е възможността максимално да се доближи формата на отливките до формата на готовите изделия, което намалява загубата на материал и обема на механичната обработка, което е предпоставка за снижаване себестойността на изделията. Същевременно леярските процеси могат да се механизират и автоматизират при което ефективността на леярското производство нараства значително.
Леярски форми
Леярските форми се изработват от различни материали и в зависимост от предназначението си могат да се използват еднократно или многократно.
Еднократните форми са предназначени за едно заливане с течен метал, т.е. за изработване само на една или няколко отливки, при положение че формата позволява едновременно получаване на няколко отливки. Те се изработват от пясъчно-глинеста, пясъчно-смолиста или пясъчно-керамична смес. Пясъчно-глинестата смес се използува за получаване на форми с относително голяма дебелина - обемна форма, намерила приложение в класическото леене. От пясъчно-смолистата и пясъчно-керамичната смес се изработват форми с малка дебелина, наречени черупкови форми. Начините на леене в тях са известни като специални методи на леене или леене в черупкови и керамични форми.
Формите за многократно използване се изработват от метал. Известни са няколко метода на леене (кокилно, под налягане, с противоналягане, центробежно и др.), при които се използват метални форми.
В леярското производство също намират приложение и т.н. полу-постоянни форми. Те се изготвят от високо огнеупорни
материали - шамот, графит и др. и с тях се отливат до няколко десетки отливки.
Всеки от различните технологични методи за приготвяне на леярски форми е приложим за определен вид отливки. В таблица 2.1. са поместени областите на приложение на отделните методи за получаване на отливки.
| Таблица 2.1. Области на приложение на основните методи за производство на отливки. |
 |
Съвременото леярско производство е сложна съвкупност от технологични процеси и операции, които се извършват в определена последователност с участието на широка номенклатура от материали и съоръжения. Технологичните процеси и операции, които участват в леярското производство, могат най-общо да се сведат до две основни групи: изработване на леярска форма и получаване на течен метал.
2.1. Технологични особености при получаването на отливки в пясъчно-глинести форми
Независимо от значителните предимства на по-горе описаните методи за изработване на отливки, най-универсален и широко разпространен остава методът за леене в пясъчно-глинести форми. Процесът на изготвяне на отливки в еднократни пясъчно-глинести форми (фиг.2.1.) е сравнително лесен и същевременно по-евтин за малки серии отливки. Приготвянето на еднократната леярска форма се състои от няколко етапа: изработване на моделна екипировка - модели и кутии за сърца; приготвяне на формовъчната смес; изработване на формите и сърцата; заливане на леярската форма с метал; отстраняване (избиване) на отливката от формата, почистване и контрол.
 |
Фиг.2.1. Общ вид на еднократната леярска форма: 1 - леякова чаша; 2 - леяк; 3 - шлакоуловител; 4 - леярска кухина; 5 - отливък. |
 |
Фиг.2.2. Общ вид на комплект (горна и долна) леярски каси. |
Приготвянето на еднократните форми (фиг.2.3.) от формовъчна смес става обикновено в каси (фиг.2.2.) с помощта на моделен комплект. Последният се състои от модел (фиг.2.3-б) и кутия (фиг.2.3-г) за изработване на сърцето (фиг.2.3-д). Моделът обикновено оформя външните очертания на отливката, а сърцето - вътрешните й повърхнини.
 |
Фиг.2.3. Елементи и последователност на изработването на леярска форма: а - разрез на готовия детайл; б - части на леярския модел; в - изглед на елементите на горната полуформа: 2 - шлакоуловител, 3 - горна полуформа, 4 - долна полуформа, 6 - леякова чаша, 7 - леяк, 8 - питатели, 9 - отливъци; г - двете половинки на кутията за сърца; 5 - арматурата на леярското сърце; д - леярско сърце; е - долна и горна полуформа; ж - вертикален разрез на леярската форма в събран вид; з - отливка. |
Технология на проектиране на отливки
При разработването на проекта за лята заготовка се извършва анализ на технологичността на нейната конструкция. Анализът има за цел да предложи технология за получаването на отливка с добро качество от подходящ материал с малко тегло при минимални разходи за производство и прибавки за механична обработка. Технологичността на конструкцията на детайла е показател за степента на съответствие между оптималните икономически цели и реалните.
За проектирането на заготовката се използват геометрични елементи, свързани със съответните повърхнини. Тези от тях, които имат отношение към експлоатационното предназначение на отливката се наричат конструктивни, а останалите, отнасящи се до самото изработване - технологични. По-голяма голяма част от елементите и повърхностите на детайла се определят при конструирането на възела, в който участва детайлът. Отливката се проектира за точно определен детайл. Необходимо е да се отбележи, че технологична заготовка не може да се създаде от работния чертеж на детайла, тъй като завършената конструкция изключва принципни изменения на формата и размерите. Технологичността на заготовката се формира в процеса на конструиране на възела, в който участва детайла.
По време на технологичното съгласуване на конструкцията се решават въпроси свързани с:
- построяване на рационални размерни вериги, осигуряващи желаната точност на функционалните параметри;
- осигуряване на еднотипност на формите на обработваните повърхнини;
- рационален избор на конструктивни бази;
- избор на метод на леене, осигуряващ получаването на необходимата точност и качество на повърхнините.
Проектът за отливането на заготовката се осъществява съгласно конкретните условия за производство. Избраният метод за леене влияе върху конструктивното оформяне на отливката - дебелини на стени, ребра, радиуси и форма на преходи, размери на отворите и др. Поради специфичните особености на различните методи на получаване на отливки критериите за технологична сложност са различни.
Анализът на технологичността се основава на приети правила, въз основа на които е възможно да се промени конструкцията без да се отрази това на функционалното предназначение на отливката. При разработването на предложението за проект на отливка се оценяват влиянието на материала, влиянието на технологията и влиянието на качеството.
По сложност на формата, отливките се групират в пет отделни групи. Към първата група (фиг.2.4.) спадат отливки с неотговорно предназначение. Те имат относително проста праволинейна форма, характеризиращи се с определена равниност (без голяма височина на ребрата и издатините, ако има такива). Повърхностите им не се обработват механично или се обработват едностранно.
 |
Фиг.2.4. Конструкция на отливки от първа група на сложност: а) - греда; б) - бандаж; в) - плоча; г) - сектор; д) - капак. |
Втората група по сложност на формата (фиг.2.5.) обхваща отливки с открита черупкова форма, характеризиращи се с праволинейна или криволинейна външна повърхност и усилващи ребра, и издатини.
 |
Фиг.2.5. Конструкция на отливки от втора група на сложност: а) - капак на лагер; б) - корпус на лагер; в)- главина; г) - зъбно колело; д) - ролка; е) - конзола. |
В третата група отливки (фиг.2.6.) се включват конструкции с отговорно предназначение, с открита черупкова или цилиндрична форма и сравнително сложна конфигурация. Към тях се предявяват изисквания за якост. Отливките от тази група работят в условията на статични натоварвания и триене. Една или две от кухините служат за резервоари за течност, работещи без налягане.
 |
Фиг.2.6. Конструкция на отливки от трета група на сложност: а) - корпус; б) - капак на редуктор; в) - корпус на редуктор; г) - основа; д) - зъбно колело; е) - рама. |
В четвъртата група по сложност на формата (фиг.2.7.) се отнасят отливки с частично открита черупкова или цилиндрична форма, към които отново има изисквания за якост. Вътрешните повърхности са със сложна конфигурация с малко на брой пресичащи се криволинейни и праволинейни повърхности. Това са обикновенно корпуси на различни машини.
 |
Фиг.2.7. Конструкция на отливки от четвърта група на сложност: а) - шенкелна греда; б) - тяло на стан; в) - плъзгач; г) - корпус на шибър; д) - корпус на помпа. |
В последната пета група по сложност на формата (фиг.2.8.) се включват много сложни и уникални отливки с отговорно предназначение. Те са със затворена черупкова или цилиндрична конструкция. Предявяват се високи изисквания към тяхното качество. Характерна особеност на тези отливки е, че те работят в условията на динамични знакопроменливи натоварвания.
 |
Фиг.2.8. Конструкция на отливки от пета група на сложност: а), б) - траверса; в) - корпус. |
Съображенията, които трябва да се имат предвид, когато се оформят елементите на отливките, в голямата си част са общи за всички методи на леене. Основните съображенията за оформяне на рационална отливка са посочени в табл.2.2.
| Таблица 2.2. Условия за получаване на рационална конструкция. |
 |
След разработване на първите три етапа
1) избор на метод за формоване,
2) определяне положението на отливката във формата,
3) мястото на разделителната повърхност на модела,
проектирането може да пристъпи към четвъртия етап, свързан с:
- определяне на прибавките за механична обработка и линейното свиване;
- определяне вида и големината на леярските наклони, закръгления и преходи;
- определяне формата на сърцата и начинът на фиксирането им във формата.
Леярските сърца се закрепват във формата посредством марки, които осигуряват фиксирането им в точно определено положение. На фиг.2.9. са изобразени марките на леярското сърце.
 |
Фиг.2.9. Марки на леярското сърце. |
Въз основа на приетата форма и размери на марките на сърцето се изработват и марките на леярския модел. При изготвяне на формата те оформят необходимата кухина, в която при сглобяване на полуформите се залага сърцето. В зависимост от размерите на сърцето, формата и размерите на марките са стандартизирани. Закрепването му може да се извърши с една, две и повече марки. Цилиндричната марка на сърцето - фиг.2.10-а, се използва само при хоризонтално разположение на сърцето във формата. Конзолното закрепване - фиг.2.10-б, е най-неблагоприятно, тъй като металът при запълване на формата може да го измести или разруши. Затова при възможност, с цел балансиране на натоварването, сърцето се конструира така, че да оформя кухината едновременно на две отливки (фиг.2.10-б). Стоящото сърце - фиг.2.10-в, е също така неблагоприятно натоварено, както конзолното. За осигуряване на по-здраво закрепване, марката му се прави с по-голяма дължина. Необходимо е да се подчертае, че тук газоотвеждането е затруднено. Затова когато е възможно, то се изработва висящо - фиг.2.10-д. Марката на висящото сърце гарантира здраво закрепване и много добро газоотвеждане.
 |
Фиг.2.10. Начини на закрепване на леярските сърца. |
Прибавките за механична обработка определят слоят метал, който трябва да се отнеме от отливката чрез стружкоотнемане, за да се превърне отливката в детайл с определените в чертежа размери. Големината на прибавката е стандартизирана. Нейната стойност зависи в най-голяма степен от вида на леярската сплав, от класа на точност, който предлага метода и от най-големия размер на отливката. Оптималните стойности на прибавката оказват влияние върху икономията на материали, ефективността на технологичните режими, точността на размерите и качеството на обработваните повърхнини. Големината на прибавката може да се определи чрез формулата:
d - големина на прибавката [mm]
D - номинален размер (за който се определя прибавката) в [mm]
C1 и C2 коефициенти - за сив чугун в пясъчни форми C1 = 0,01; C2 = 0,7.
За различните методи се препоръчват следните формули:
- ръчно формоване на отливки от сив чугун
Изборът на точността на отливките се прави въз основа на серийността и подбрания метод за изработване на формата. Прибавките за компенсиране на линейното свиване зависят от метала, който се отлива и са характерни за всяка сплав. Те се съобразяват при изработването на моделния комплект. Например, за отливки от стомана, прибавката за свиване е 2%, за сив чугун - 1%, за алуминиеви сплави - 1,5% и т.н.
Леярските наклони, подпомагащи изваждането на моделите от формата, се оформят по три начина:
1) чрез надбавяне към периферията на отливката. Този начин се прилага в случаите, когато повърхността подлежи на механична обработка и дебелината на стената трябва точно да се спази или конструкцията на детайла не допуска наличието на наклони;
2) чрез частично надбавяне и частично отнемане към периферията на отливката. В този случай сечението на отливката трябва да се запази, но конструкторът дава съгласието си за въвеждане на наклон;
3) чрез отнемане от периферията на отливката, когато в случаите конструкцията допуска намаляване на сечението и наличието на наклон.
Големината на наклона се определя от височината на стената. За малки височини, наклонът се прави от 1-5°, а за големи височини - 30'.
Чрез закръгленията на моделите се отстраняват острите ръбове. Отливките не трябва да се проектират с остри ръбове, тъй като те затрудняват изработването на формите, влошават запълването на леярската форма с метал и служат като концентратори на напрежения, вследствие на което възникват пукнатини. Затова съединяването на стените в отливките става със закръгления. Големината на радиуса на закръгление се определя от дебелината на двете свързващи се стени. Преходът е връзката между две стени с различна дебелина. Неправилното свързване на две стени, с голяма разлика в дебелините, създава условия за лошо запълване на формата при леене, затрудняване на газоотвеждането и е предпоставка за концентрация на напреженията. Затова преходът не трябва да бъде рязък. Правилното му оформяне се извършва в зависимост от дебелината на свързваните стени - чрез закръгление или чрез наклон.
Моделен комплект
Моделният комплект може да се състои само от модел, от модел и различен брой кутии за сърца, а в някои случаи само от кутии за сърца. Моделите и кутиите за сърца се изработват на база на леярския чертеж.
Леярските модели, по сложност се класифицират като: прости, сложни и много сложни. Простите модели са обикновено неделими или с една разделителна повърхност, без отделящи се части и моделният комплект е без кутии за сърца. Средно сложните модели са делими модели на две части, могат да имат отделящи се части и кутии за сърца. Сложните модели са с няколко делителни повърхнини, с голям брой сърца.
Материалът, предназначен за изработване на модели и сърцеви кутии, трябва да осигурява запазване на геометричните си размери т.е. да се характеризират с малко износване, минимално изкривяване, да издържат на усилията, възникващи при изработване на формите. Моделите и кутиите за сърца в единичното и дребно-серийно производство се изработват от дърво, а в едро-серийното и масовото - от алуминий, чугун, стомана и пластмаси. Дървените модели се изработват от отделни плоскости, които се залепват една към друга, като годишните кръгове на дървото се ориентират в различни посоки, така че получената заготовка да не се деформира от влагата. По начина на формоване моделите се класифицират като модели за ръчно и модели за машинно формоване.
В таблица 2.3. е направена класификация на моделния комплект по различни класификационни признаци. Металната моделна екипировка най-често се изработва от алуминиеви сплави, тъй като те са с малко специфично тегло, притежават висока корозионна устойчивост и много добра обработваемост, която гарантира ниска грапавост и висока точност. Алуминиевите сплави обаче са сравнително меки и лесно се нараняват. Пластмасите са подходящ материал за изработване на моделен комплект, тъй като изработката е лесна, особено когато става въпрос за голям брой модели.
| Таблица 2.3. Класификация на моделите и сърцевите кутии. |
 |
На фиг.2.11. са показани модели за ръчно формоване. При единично производство на големи детайли, с постоянно сечение или ротационна форма, за изработване на леярската форма се използуват шаблони. Ротационният комплект шаблони се състои най-често от две части, единият от който дава външните очертания на отливката, а вторият - вътрешните. При изработване на по-сложни отливки могат да се използуват няколко шаблона, или комбинация на модел с шаблон.
 |
Фиг.2.11. Леярски модели, предназначени за получаване на отливки в пясъчни форми чрез ръчно формоване - зъбно колело и спирателен кран. |
При по-голяма серийност на отливките формите се изработват с метални плочи (блани) със закрепени върху нея един или повече модела - фиг.2.12. В този случай моделите се монтират по разделителата повърхност върху двете страни на плоча с помощта на винтове или се изработват като едно цяло (отливки). Върху плочата са разположени и всички елементи на леярската форма. Размерите на бланите се съобразяват с тези на касите, които ще се ползуват. Бланите по подобие на комплекта леярски каси са изработени с уши и центровъчни отвори, посредством които те се центроват към леярските каси.
 |
Фиг.2.12. Комплект блани за изработване на горна и долна полуформа. |
Леякова система
Леяковата система представлява съвкупност от канали и резервоари, през които стопеният метал се транспортира, за да запълни леярската форма. В най-общия случай - фиг.2.13., тя се състои от леякова чаша 1, леяк или стебло 2, шлакоуловител 3 и захранващи (питателни) канали 4.
 |
Фиг.2.13. Елементи на леяковата система. |
Отливъците са вертикални канали, с форма на пресечен конус. Поставят се на най-високите части на отливките. През тях излиза въздухът, в процеса на заливане на формата с метал и газовете, образувани при взаимодействието на стопилката със стените на леярската форма. Освен това, те показват кога формата е запълнена с метал.
Определяне на количеството на шихтовите материали
По време на работата по леярската форма се подготвя и стопява металната шихта. Като пример, тук е поместена методиката за изчисление количеството на отделните шихтови материали, необходими за получаване на чугунена стопилка с точно определен състав на мангана и силиция.
Разполага се със следните шихтови материали:
Материал 1 - С 3,6%; Si 2,9%; Mn 0,9%; Sn и Pb малки количества,
Материал 2 - C 3,6%; Si 2,4%; Mn 1,1%; Sn и Pb малки количества,
Отпадъци със среден химичен състав - С 3,2%; Si 1,5%; Mn 0,6%.
От тези материали трябва да се получи сив чугун със състав С 3,1%; Si 2%; Mn 0,7%.
От наблюдения в практиката се знае, че в съоръжението, което се използва за топенето, Si изгаря 15%, а Mn - 20%. Оттук се определя и количеството Si и Mn, компенсиращо това изгаряне:
Съставя се система, като за удобство се работи в 100 обемни части. С х се означава материал 1, с y - материал 2, а с z - количеството на отпадъците.
След решаването на системата се стига до точното количество от съответния материал в шихтата, което гарантира получаването на желания химичен състав. В случая, x = 42,3% , y = 28,6% , z = 29,1% .
Вагрянка
Най-често използваната топилна пещ за стопяване на леярския чугун е вагрянка. Вагрянката е шахтов топилен агрегат за получаване на течен чугун за отливки. Основната част на вагрянката (фиг.2.14.) е шахтата 7. Тя представлява вертикален цилиндричен стоманен кожух, облицован отвътре с огнеупорна зидария 6. В шахтата се извършват горивните и металургичните процеси за получаване на течен чугун. Монтира се върху пръстен 3, който стои върху носещи колони 2. Отворът на пръстена се затваря с капак 1, върху който се набива огнеупорна смес, за да се образува дъното 8 на шахтата. Обикновено вагрянката има преден резервоар 11, в който непрекъснато изтича чугун от съоръжението през отвор 9. На равнището на дъното на предния резервоар има отвор 12 за изтичане на чугуна и над него (завъртян на 90°) отвор 10 за изтичане на шлаката. В долната част на шахтата е инсталацията за вдухване на въздух, която се състои главно от колектор 5 и фурми 4. В обхващащия шахтата пръстеновиден колектор се събира нагнетеният от вентилатор въздух и се вдухва в горивното пространство на шахтата през радиално разположени (едноредно или многоредно) фурми. В горната си част вагрянката има отвор, през който се зарежда първоначално и се захранва периодично с шихтови материали - леярски кокс, чугун на блокове, чугунени и стоманени отпадъци, феросплави, варовик. Шихтовите материали се движат в шахтата надолу под действие на собственото си тегло, а горещите газове нагоре (принцип на противотока).
 |
Фиг.2.14. Вагрянка. |
Производителността на вагрянката може да се увеличи чрез вдухване на подгрят въздух, чрез вдухване на кислород, чрез добавяне на калциев карбид в шихтата. Вагрянките са високопроизводителни съоръжения (до 50 тона за час [t/h]) и имат непрекъснат режим на работа.
Като недостатъци на съоръжението могат да се посочат нестабилният химически състав на течния чугун, инертността на топилния процес, дефицитността на горивото (леярски кокс), високият разход на огнеупорни материали.
За стопяването на чугун се използват още дъгови и индукционни пещи, принципът на действие на които подробно са разгледани в глава 1.
Машинно формоване
При машинното формоване се създават условия за механизиране на трудоемките формовъчни операции: запълването на касите с формовъчна смес, уплътняване на формовъчната смес, изваждане на моделите от полуформите. Този метод е конкурентно способен при изработване на леярски форми за производство на отливки в големи серии. Механизираното изваждане на модела от полуформата осигурява получаването на леярски форми с високо качество, които не се нуждаят от реставриране, което повишава и точността на отливката. Това е предпоставка за по-широкото приложение на машинното формоване. Машинното формоване обаче изисква значителни разходи за приспособления, инструменти и моделно-касова екипировка. Наред с това и самите машини са скъпи.
Под влияние на статичното и динамичното налягане на стопения метал, формата може да се разруши или деформира, ако не е добре уплътнена, и това да предизвика появата на дефекти в отливката, като несъответствие в размери и формата и др. Уплътняването на формовъчната смес осигурява и получаването на отливки с точни размери, форма и гладка повърхност.
Под действието на външна сила при уплътняването настъпва прегрупиране и сближаване на частиците на сместа и намаляване на обема на порите, в резултат на което се увеличават плътността и якостта на формата или сърцето. Необходимата якост се получава при определени стойности на адхезионните и кохезионните сили между молекулите на свързващото вещество и пясъчните зърна. Наред с това обаче, прекомерно уплътнение на формовъчната смес също не е желателно. От една страна, то води до излишен преразход на енергия и оскъпява процеса, а от друга страна, намалява газопропускливостта и податливостта на формата и сърцата и става причина за появата на металодефицитни дефекти в отливките - газови шупли, пористост, горещи пукнатини и др. Като мярка за уплътняване на сместа може да служи отношението между обемите на неуплътнената и уплътнената смес.
За уплътняване на формовъчната смес се прилагат един от следните методи:
- уплътняване чрез пресуване с използване на машини с горно и долно пресуване;
- уплътняване чрез стръскване при използване на стръскващи машини;
- уплътняване чрез стръскване и горно пресуване.
Пресуването като метод за уплътняване на леярските форми има редица предимства пред останалите методи. То е много краткотрайно и производително. Формата не се нуждае от допълнително уплътняване по друг начин. При известни условия дава равномерно уплътнение на сместа. Липсват вибрации и шум при работа. Разходът на енергия за уплътняването е сравнително малък. Неговото приложение обаче е ограничено по отношение на размерите на формовъчните каси. Приложението на пресуването е ограничено и по отношение на височината на формите поради неравномерно уплътняване по височина и разлика в степента на уплътнение на сместа в пространството над и встрани от модела.
Уплътняването на сместа чрез стръскване е твърде разпространено, тъй като дава възможност да се изработват форми за по-сложни и по-големи отливки в каси с размери на светлия отвор до 3000 x 2000 mm и височина до 750 mm. За уплътняване на сместа в леярската каса са достатъчни 20-40 удара. Недостатък е големият шум. Съществуват и комбинирани машини за уплътняване на сместа чрез стръскване и следващо допресуване.
Изваждането на моделите от формата се осъществява чрез щифтови повдигачи, при които моделната плоча с модела са неподвижни, а полуформата чрез щифтовите повдигачи се изтегля от моделната плоча.
Приложение в едросерийното и масовото производство е намерила песъкодувна машина (фиг.2.15.). Тя служи за изработване на леярски форми или сърца чрез използване на енергията на сгъстен въздух. Сгъстеният въздух се подава през формовъчната или сърцевата смес в леярската каса или в сърцевата кутия. За по-добро уплътняване сгъстеният въздух се подава освен през основния отвор на резервоара и през страничен отвор.
 |
Фиг.2.15. Песъкодувна машина. 1 - резервоар; 2 - механичен разрохквач; 3 - отвор за вдухване; 4 - вентилационна плоча; 5 - каса; 6 - модел; 7 - вентилационен отвор. |
2.2. Формовъчни материали и смеси
По-голямата част от отливките се получават във форми, изработени от формовъчна смес. За получаване на качествени отливки смесите трябва да притежават определени свойства: пластичност, течливост, газопроницаемост, якост, податливост, огнеупорност. Този сложен комплекс от свойства се осигурява чрез правилен подбор на съставките и смесване в точно определено съотношение.
Свойства на формовъчните смеси
Пластичност е свойство на смесите, свързано с получаването на точен отпечатък на модела във формата. Тя се дефинира от състава на пясъка, свързващите вещества и водата. При увеличаване на количеството им до определена граница, пластичността нараства, след което започва да се влошава.
Течливост е способността на смесите, под действие на външни сили, да запълват кухината на сърцевата кутия или да обтичат модела при уплътняване на касата. Колкото стойностите й са по-високи, толкова по-равномерно се уплътнява сместа. Течливостта зависи както от вида и количеството на свързващите вещества, така и от размера и формата на пясъчните кварцови зърна.
Газопроницаемост е способността на формата и сърцата да пропускат газове, вследствие на своята пористост. Тя зависи от уплътнението, размерите, формата и еднородността на пясъчните зърна, съдържанието на глина, влажността и т.н.
В насипно състояние плътността на формовъчната смес е приблизително единица, като след уплътняване тя нараства -
1,7 10³ kg/m³.
Якост е способността на формата и сърцата да не се деформират и да не се разрушават при транспортиране и заливане на формата с метал. Тя се повишава при използване за свързващи вещества водно стъкло и синтетични смоли.
Податливост е способността на формата и сърцата да не възпрепятстват свиването на втвърдяващия се метал на отливката. В процеса на кристализация и охлаждане течният метал във формата се свива, вследствие на което подлага на натисково натоварване сърцата и някои части на отливката. В резултат на това възникват напрежения и при лоша податливост на смесите, могат да предизвикат образуването на пукнатини в получената отливка.
Огнеупорност е свойство на смесите да не се размекват при заливане на формата с метал, т.е. да издържат на високотемпературно нагряване. Тя пряко се отразява върху повърхностните качества на отливките.
Освен това, формовъчните и сърцеви смеси трябва да притежават минимална хигроскопичност, оптимална топлопроводност, лесна избиваемост, висока дълготрайност и др.
Формовъчни материали
Формовъчните материали се делят на основни - кварцов пясък и глина и спомагателни - свързващи вещества, противопригарни материали, лепила и замазки.
В леярското производство се използват пясъчно-глинести, бързо-втвърдяващи се и други специални смеси. Най-голямо приложение са намерили пясъчно-глинестите, при които за свързващо вещество служи глината.
В зависимост от състоянието, при което се заливат с метал, смесите биват за сухи и влажни форми. По вида на заливания метал във формата - смесите са за чугунени, стоманени и цветни отливки. Смесите за стоманени отливки, в сравнение с тези за чугунените, трябва да имат по-висока огнеупорност и газопропускливост. При леене във влажни форми е необходимо да се контролират физико-механичните свойства на смесите, като е желателно за свързващо вещество, вместо обикновена глина да се използва бентонит.
Формовъчните пясъци са утаечни земни продукти, образували се при разрушаването на скалните маси под въздействието на атмосферни влияния. Главната съставна част на формовъчните пясъци е силициевият диоксид, който се характеризира с висока температура на топене. Формовъчните глини се употребяват като минерални свързващи вещества във формовъчните и сърцевите смеси, като се класифицират по минералогичен състав, граница на якостта във влажно и сухо състояние и термохимична устойчивост.
За определяне на якостта във влажно и сухо състояние се използват стандартни образци, изработени от кварцов пясък със средна зърнестост и добавка от глина и вода. Главната разлика между глините се състои в това, че те имат различни кристални решетки, вследствие на което по повърхността на глинените зърна могат да се образуват водни ципи с различна дебелина. Това определя т.нар. хидратационна (водопоглащателна) способност на глините. С нарастването на хидратационната способност се увеличава свързващата способност на глината. Глината като свързващо вещество не винаги е в състояние да осигури необходимите технологични свойства на смесите. Това налага употребата на специални свързващи материали.
За подготовката на формовъчните материали се използва колерганг. Това е съоръжение за смилане на насипни материали чрез смачкване и стриване. Колергангът представлява е стоманен чашообразен съд, в които е вгадена хоризонтална ос с монтирани обикновено 2 цилиндрични ролки (фиг.2.16.). Ролките се търкалят по дъното на чашата като мачкат, стриват и размесват материала. Колергангът се прилагат за мокро и сухо смилане на материали със средна твърдост.
 |
Фиг.2.16. Колерганг. 1 - централен вал; 2 - ролка; 3 - полуос; 4 - водило; 5 - чаша; 6 - конусна зъбна предавка; 7 - гребло. |
Свързващи вещества
Свързващите вещества се класифицират по следните признаци:
- по произход те биват органични и неорганични;
- по разтворимост във вода -разтворими и неразтворими;
- по начин на втвърдяване - обратимо и необратимо втвърдяващи се.
Всички свързващи вещества могат да се приобщят в три класа:
- клас А - органични свързващи вещества, при които свързващата им способност се проявява без добавяне на вода. Те не
се разтварят във вода, не се смесват с нея и не се умокрят от нея. Това са различните масла от рода на безир, смоли,
битуми, колофон и др.;
- клас Б - органични свързващи вещества, чиято свързваща способност се проявява след разтваряне във вода - декстрин,
меласа, сулфатна луга и др.;
- клас В - включва всички свързващи вещества от неорганичен произход - формовъчна глина, цимент, гипс, водно стъкло и
др., които изпълняват ролята на свързващи вещества след разтваряне във вода.
При производството на отливки широко се използват свързващите вещества на основата на синтетични смоли. Използването на студено (Cold-Box) и горещо (Hot -Box) втвърдяващи се смеси, позволяват да се подобри избиваемостта на сърцата от отливките, да се повиши тяхното качество и в същото време да се намали времето за изработване, тъй като не се прилага процес на сушене. Най-широко приложение са намерили следните три групи синтетични смоли: фенолформалдехидни, карбамидни и фуранови.
В леярското производство се използват и течни самовтвърдяващи се смеси. Те имат голяма подвижност, която им позволява, без външно въздействие, да запълнят сложни леярски форми или кутии за сърца. Вместо познатите методи на насипване и уплътняване на формовъчната и сърцева смес, при тази смес е нужно тя само да се налее в касите. Освен това, съставът им се подбира така, че те се самовтвърдяват при стайна температура. Като свързващи вещества могат да се използват: водно стъкло, цимент, меласа, сулфитна луга, декстрин и синтетични смоли.
Спомагателни материали
Пастите за обмазване се използват в случаите, когато изработените от леярските сърца кухини не се подлагат на механична обработка. Лепилата за леярски сърца се използват за залепване и ремонтиране на леярски сърца. Сулфитното лепило се състои от сулфитно-спиртна луга, формовъчна глина и вода. Лепилото се нанася в равномерен слой върху залепваните разделителни повърхности на частите на сърцата. При съединяване на големи и средни сърца шевовете се запълват със специални замазки, съставени от ситен кварцов пясък, черен графит и формовъчна глина.
« « « предходна страница следваща страница » » »