Реферат: Формовка и формовочные материалы

Преимущество гипсовых моделей в производстве художественного литья заключается в том, что их можно быстро и легко изготовить. Кроме того, они легки, имеют чистую и гладкую поверхность и по сравнению с другими видами моделей художественных отливок дешевы. Недостатки гипсовых моделей – малая по сравнению с металлическими моделями прочность, низкая твердость поверхности, что ограничивает их применение при кусковой формовке.

Восковые и парафиностеариновые модели. Сложность изготовления литейной формы художественной отливки заключается, прежде всего, в процессе удаления модели из формы. Если изготовить модель сложной художественной отливки такой, чтобы при удалении ее из формы форму можно было не разбирать, то процесс изготовления литейной формы не представлял бы большой трудности. Такими моделями при производстве художественных отливок с давних пор являлись модели, изготовленные из воска. Восковая модель наформовывалась и не извлекалась из формы, как обычная модель, а выплавлялась в процессе нагрева при сушке формы. Такие модели получили название выплавляемых моделей.

Применение восковых моделей упрощает процесс изготовления литейной формы для получения скульптур, улучшает качество поверхности отливки. Кроме того, сокращается процесс сборки отливки, так как скульптура отливается в форме целиком.

К недостаткам восковых моделей скульптур относится высокая стоимость отливаемых по ним отливок из-за большой продолжительности процесса изготовления литейной формы. Литейная форма, например, конной статуи Петра Первого изготовлялась по восковой модели в течение года, не считая времени изготовления самой модели. Поэтому такие восковые модели не нашли широкого применения. В серийном производстве кабинетных художественных отливок применяют выплавляемые модели из парафиностеариновых составов, изготовляемые в пресс-формах.

Пенополистироловые модели. В современных литейных цехах применяют модели, которые удаляются из формы путем плавления и газификации их при контакте с заливаемым металлом или выжигания при 350–400 «С. Газифицируемые модели изготовляют из пенополистирола, представляющего собой ячеистый пластик с несообщающимися между собой ячейками, заполненными газом.

Такая структура образуется при вспенивании гранул полистирола-

Для изготовления моделей применяют пенополистирол двух видов: в виде гранул и блоков. Модели из гранул полистирола приготовляют путем вспенивания их в пресс-формах при нагревании до температуры 100 С Пенопласт хорошо обрабатывается на деревообрабатывающих станках, режется ножом, склеивается декстрином, столярным клеем, сваривается при 130 – 150 С Такие свойства пенопласта позволяют изготовлять из него модели в несколько раз быстрее, чем из дерева.

Применение моделей из пенополистирола упрощает процесс изготовления литейной формы, сокращает расход металла на прибыли, увеличивает точность отливки в результате отсутствия разъема литейной формы и литейных уклонов на модели. Использование таких моделей позволяет получать из чугуна и цветных сплавов сложные и крупные отливки массой от нескольких килограммов до 30 т.

Пластмассовые модели. В современных условиях литейного производства для изготовления моделей широкое применение получили пластические массы. В качестве материалов для изготовления пластмассовых моделей используют специальные составы, называемые компаундами, состоящие из эпоксидной смолы, полиэтиленполиамина, дибутилфталата с добавкой в качестве наполнителя маршаллита и опилок. Модели из пластмасс прочны, не коробятся, находясь во влажной среде, не разбухают, имеют чистую, гладкую поверхность, легко ремонтируются. В производстве художественного литья пластмассовые модели используют для отливки небольших изделий с гладкой поверхностью.

Изготовление моделей

Модель является основным приспособлением для изготовления литейной формы, и от того, как она будет сделана, будут зависеть удобство, простота и скорость изготовления литейных форм, стоимость и качество получаемых отливок. Поэтому в современном литейном производстве изготовлением моделей занимаются специальные модельные цеха, оснащенные необходимым оборудованием.

Изготовление деревянных моделей. Дерево содержит >50% влаги и, теряя ее при высыхании, коробится и трескается. Чтобы избежать коробления, деревянные модели изготовляют не из целого куска дерева, а из специальных заготовок. Такие заготовки получают путем склеивания отдельных узких досок, причем так, чтобы направление волокон одной не совпадало с направлением волокон другой. В этом случае коробление одной доски как бы уравновешивается короблением другой. Если склеить несколько таких досок, положенных друг на друга, коробление подели, изготовленной из такой заготовки, может быть очень малый. Затем заготовку обрабатывают вручную или на станке до получения модели нужных размеров и формы. В зависимости от числа предполагаемых отливок деревянные модели изготовляют по трем классам прочности.

По первому классу прочности изготовляют модели при серийном производстве отливок. Такие модели делают из выдержанной древесины твердых пород дерева. Для увеличения прочности быстро изнашивающиеся части моделей делают из металла или облицовывают металлическими пластинами. По второму классу прочности изготовляют модели для производства небольших партий изделий. Такие модели делают из более дешевых, мягких пород дерева. По третьему классу прочности изготовляют модели для разовых отливок.

Рассмотрим порядок изготовления деревянной модели. Модельщик получает чертеж готового изделия с указанием на нем необходимых допусков и мест механической обработки. Руководствуясь размерами чертежа, модельщик на специальном деревянном щитке, по возможности в натуральную величину, делает чертеж будущей модели, учитывая при этом усадку металла, из которого будет отливаться изделие. Припуск на усадку зависит от рода применяемого сплава.

Серый чугун имеет линейную усадку 0,7–1,3%, алюминиевые сплавы 0,9–1,4%, медные сплавы 1,25–2,4%.

При выполнении чертежа модели модельщик каждый размер, показанный на чертеже изделия, увеличивает на чертеже модели на величину припуска на усадку, при этом он не делает никаких вычислений, а пользуется специальным усадочным метром. Например, усадочный метр для изготовления моделей чугунных отливок больше нормального метра на 1%, латунных и бронзовых отливок – на 1,5%. Далее модельщик, учитывая способ формовки, намечает плоскость разъема модели, отъемные части, а также расположение и величину знаков. Затем он делает на стенках модели формовочные уклоны, устанавливает припуск на механическую обработку. Когда чертеж на щитке готов, модельщик подбирает соответствующие породы дерева и размеры досок, склеивает из них, как указывалось ранее, заготовку и, руководствуясь размерами чертежа модели, обрабатывает заготовку вручную или на станке.

Затем тщательно проверяет размеры изготовленной модели, легкость разъема частей, наличие формовочных уклонов, галтелей, соответствие размеров знаков размерам знаков стержневых ящиков, если модель приготовлялась для отливки пустотелого изделия. Поверхность готовой модели окрашивают. Слой краски предохраняет поверхность модели от разбухания и делает ее более гладкой. Кроме того, по цвету окраски модели формовщик может определить, где находятся на модели знаки, какая поверхность отливки должна быть особенно чистой, из какого сплава должна отливаться отливка. С этой целью условно принято поверхность деревянных моделей красить: для получения чугунных отливок – в красный цвет, для стальных – в серый, для отливок из цветных металлов – в желтый, знаки на всех моделях – в черный цвет. Готовые модели и стержневые ящики к ним маркируют и в комплекте с их частями и моделями литниковой системы сдают на склад для хранения.

Изготовление металлических моделей. Процесс состоит из двух этапов. Первый включает работы по изготовлению деревянной модели – заготовки будущей модели. Второй этап – это изготовление из отлитой по деревянной модели заготовки самой металлической модели путем обработки заготовки на станках или вручную. Деревянную модель заготовки модельщик делает с припусками на механическую обработку модели и изделия и усадку металла модели и изделия. После изготовления деревянной модели по ней из нужного для будущей металлической модели металла отливают заготовку. Рассмотрим процесс изготовления металлической модели отливки детской игрушки «Котелок».

Металлическую заготовку модели токарь модель шик укрепляет в патроне токарного станка. Для удобства установки на станок заготовку отливают с кольцевым приливом. Затем модельщик вытачивает внутреннюю часть модели, пользуясь при этом для проверки профиля специальным шаблоном, имеющим внутренние размеры модели.

Обработав внутреннюю поверхность модели, токарь переворачивает ее и снова укрепляет на станке; при этом обработанная сторона заготовки прижимается к деревянному щитку, укрепленному в патроне станка, пиноль задней бабки станка. Установив заготовку таким образом, модельщик обтачивает ее наружную поверхность, постепенно срезая кольцевой прилив. Чтобы выдержать заданную толщину стенки, токарь в процессе работы периодически контролирует толщину стенки изготовляемой модели, пользуясь при этом специальным кронциркулем со шкалой. Таким образом, модельщик обрабатывает заготовку до получения правильного профиля и необходимой толщины стенки модели.

От токаря модель поступает в слесарное отделение, где слесарь-модельщик окончательно ее отделывает. В процессе слесарной обработки на поверхности модели заделывают отверстие, сделанное в процессе токарной обработки для центра пиноли задней бабки. После этого изготовляют по чертежу отъемные части модели – ушки, как показано на рис. 19, а, б. Готовую модель хорошо зачищают и маркируют. Металлические модели сложных художественных отливок изготовляют в той же последовательности, но механически обрабатывают в основном вручную. Для этого по оригиналу изделия из соответствующего материала отливают заготовку модели или ее части. Затем полученную заготовку тщательно обрабатывают по оригиналу изделия. В процессе обработки у моделей делают необходимые разъемы, изготовляют и крепят отъемные части. Чеканкой восстанавливают четкость рисунка на поверхности модели. Затем модель тщательно сверяют с оригиналом и направляют в производство.

Изготовление гипсовых моделей. В зависимости от сложности формы отливаемого изделия Существует несколько способов изготовления гипсовой модели. Ее можно изготовить способом отливки в черновой гипсовой форме, в кусковой гипсовой форме с клеевой оболочкой и с помощью шаблонов вращения или протягивания. В черновых формах отливают гипсовые модели типа барельефов. Для этого оригинал изделия, выполненный на щитке из пластилина, воска или глины, смазывают тонким слоем жира и наносят на него глину, образуя барьерчик или рамку в виде опоки. На поверхность оригинала наносят слой подкрашенного раствора гипса, затем рамку До краев заполняют раствором обыкновенного гипса. После затвердевания гипса рамку переворачивают, оригинал удаляют и получают таким образом гипсовую форму.

Полость полученной формы промывают от остатков удаленного оригинала и заливают раствором модельного гипса. После затвердевания гипса форму ломают, извлекая из нее гипсовую отливку модели. Для получения хорошей поверхности модели гипсовую отливку хорошо зачищают и лакируют.

Достоинством описанного способа получения гипсовой модели является простота, недостатком – разрушение оригинала при изготовлении модели. Поэтому применение черновых форм удобно лишь для отливки несложных, недорогих моделей. Для сохранения оригинала и повторного использования гипсовой формы гипсовые модели объемных и более сложных по форме изделий отливают в кусковых формах. Для изготовления кусковой гипсовой формы оригиналы смазывают тонким слоем состава, приготовленного на основе керосина и стеарина, и укладывают по линии разъема формы в глиняную постель. На поверхности оригинала выполняют отдельные куски из полупустого гипса, подрезая их знаковые части так, чтобы каждый из кусков мог хорошо сниматься с оригинала, не повреждая отпечатка.

На поверхности стыковки кусков с формой для удобства сборки делают знаки в виде выступов и углублений. Во избежание коробления и расширения кусков раствор гипса готовят на известковой воде. Для удобства снятия кусков с поверхности оригинала в куски при формовке вставляют проволочные петли. После заполнения всей необходимой поверхности оригинала гипсовыми кусками наружную поверхность кусков смазывают разделительным составом н покрывают общим слоем гипса толщиной не менее 4 см, образующим кожух – опоку формы. Затем в таком же порядке заделывают обратную сторону оригинала. В плоскостях соединения кожухов устраивают знаки – замки. После сушки в течение 24 ч форму разбирают, сначала снимают кожух, затем куски, укладывая их на соответствующие места по знакам в снятых кожухах. Внутреннюю поверхность кусков смазывают, кожухи соединяют и скрепляют. Затем в полость полученной гипсовой формы заливают раствор модельного гипса.

После затвердевания гипса кусковую форму в отличие от черновой при извлечении из нее отливки не ломают, а разбирают и сохраняют для следующих отливок. Гипсовую модель обрабатывают. На ее поверхности зачищают швы, получившиеся по границам гипсовых кусков формы. Для получения гладкой поверхности модели и устранения возможности впитывания ею влаги модель лакируют.

Аналогично в кусковых формах отливают гипсовые модели статуй. Для удобства отливки оригинал скульптуры делят на части, каждую из которых отливают в отдельных формах. Крупные модели для уменьшения массы отливают пустотелыми.

Гипсовые модели архитектурных отливок часто изготовляют с помощью шаблонов вращения или протягивания. На рис. 24, а показан пример изготовления гипсовой модели крышки мостовой тумбы. Приспособлением для вращения шаблона является металлический стол /, в Центре которого расположена муфта с коническим отверстием для шпинделя 2. На шпиндель надеваются опорное кольцо 3 и рукав 4, к которому крепится шаблон 5 модели. На поверхности стола по окружности расположены остроконечные шпильки 6, чтобы обрабатываемая на столе модель при вращении шаблона не сдвигалась с места.

Процесс изготовления модели состоит в следующем. Поверхность стола смазывают маслом, чтобы в дальнейшем модель легко снималась с него. Вокруг шпинделя, установленного в муфте, плотно набивают глиняный болван, поверхность которого обливают раствором гипса. На шпиндель надевают опорное кольцо и рукав с шаблоном В, сделанным по размерам внутреннего профиля модели. Выверив положение шаблона по высоте, затачивают болван и сушат его. Просушенный болван хорошо зачищают шлифовальной шкуркой, смазывают маслом и обкладывают тестообразным раствором гипса. На шпиндель надевают рукав с шаблоном Н, сделанным по размерам наружного профиля модели, после чего затачивают тело модели. Поверхность модели обливают жидким раствором гипса и окончательно обрабатывают шаблоном. После затвердевания слоя гипса шпиндель с шаблоном удаляют, легко постукивая по столу, снимают гипсовую модель с болвана.

С помощью протяжных шаблонов можно изготовлять модели для отливок, форма которых не представляет собой тела вращения, используя при этом приспособление для протягивания шаблона.

При массовом производстве отливок формовщику в процессе изготовления литейных форм с несколькими моделями приходится постоянно повторять одни и те же операции. Перед набивкой каждой опоки он должен раскладывать на подмодельной плите модели, в процессе отделки формы – прорезать к каждой из них питатели, вынимать из формы каждую модель в отдельности. Повторение таких операций при формовке создает неудобства в работе и отнимает у формовщика много времени. Можно значительно упростить работу формовщика, если все модели прикрепить к подмодельной плите вместе с моделями литниковой системы. В этом случае при отделке формы все модели можно вынимать одновременно, а не отдельно каждую. Операции выполнения литниковой системы в форме упраздняются. Такие плиты с прикрепленными к их поверхности моделями изделия и литниковой системы называют модельными плитами.

В процессе изготовления литейных форм применять модельные плиты выгодно: не только экономится время, сокращаются некоторые операции, ио и представляется возможность улучшить качество отливок. Объясняется это тем, что при формовке по отдельным моделям формовщик перед извлечением модели из формы.

Чтобы избежать обрыва ее стенок, смачивает края формы водой, увеличивая влажность формы. Излишек влаги в форме приводит к образованию газовых раковин в отливке или к отбеливанию ее тонких частей. При формовке по модельным плитам такого явления не происходит, так как форма при извлечении модели не смачивается.

При формовке обычным способом правильность устройства в форме литниковой системы зависит от опыта формовщика. Применение модельной плиты исключает операцию вырезания в форме элементов литниковой системы вручную, что повышает точность их выполнения, так как на плите вместе с моделями укреплена и модель литниковой системы, рассчитанная в соответствии с размерами и формой отливаемого изделия. Кроме того, формовка по сдельным плитам исключает возможность получения отливок, разных по размерам и массе, что может быть при формовке по отдельным моделям, когда формовщик для удобства извлечения моделей из формы расталкивает каждую модель в отдельности и часто по-разному. Поэтому модельные плиты в современных условиях художественного и архитектурного литья получили широкое применение.

Виды модельных плит. В зависимости от сложности моделей и расположения их на плите модельные плиты бывают односторонние и двусторонние. Односторонними модельными плитами называют такие, на которых модели расположены на одной стороне. В производстве художественных отливок односторонние плиты применяют для формовки простых моделей.

При монтировании на плите разъемной модели одну из ее частей располагают на одной стороне модельной плиты, вторую – на обратной стороне плиты соответственно расположению первой. Модельные плиты, на которых модели расположены с обеих сторон, называют двусторонними модельными плитами.

Разновидностью односторонних модельных плит являются реверсивные модельные плиты. На их одной стороне помещают обе части разъемной модели. Верхние части модели располагают в одной части плиты, а нижние – в другой части. На реверсивной модельной плите формуют как верхнюю, так и нижнюю опоки. При сборке формы верхнюю опоку. Устанавливают на нижнюю, повернув ее на 180° в горизонтальной скости. Модели ситниковой системы на реверсивных плитах, как правило, не располагают, так как каждая набитая на плите опока может быть и верхней и нижней – Можно использовать отъемные модели литниковой системы для нижней и верхней опок. В этом случае при набавке нижней опоке в соответствующем месте между моделями ставят модель питателей, а при набивке верхней опоки – модели шлакоуловителя и стояка.

Изготовление модельных плит

По способу изготовления модельные плиты делятся на моно литные и сборные.

Монолитными или литыми называют плиты, модели которых представляют с ними одно целое. Плиты, на которых укреплены отдельно изготовленные модели, называют сборными. Монолитные модельные плиты чаще всего отливают в виде двусторонних плит из чугуна или сплава алюминия.

В зависимости от сложности располагающихся на плитах моделей существуют несколько способов их изготовления. Один из способов формовки модельных плит состоит в следующем Для изготовления литейной формы плиты применяют три опоки. Высота средней опоки должна быть такой, чтобы свободно совмещать отливку плиты с литниковой системой. Для отливки моделей, которые будут расположены на модельной плите, изготовляют деревянные или гипсовые промодели с двойным припуском – на усадку и обработку.

Изготовленные промоделн заформовывают в двух опоках, без средней. На плоскость разъема нижней опоки укладывают деревянную рамку, наружные размеры и форма которой соответствуют размерам и форме отливаемой модельной плиты. На нижнюю опоку с уложенной рамкой устанавливают среднюю опоку. Пространство между стенками опоки и рамкой заполняют формовочной смесью и уплотняют ее. Излишек смеси срезают вровень с краями опоки и рамки. В набитой средней опоке прорезают литниковую систему, после чего модели и рамку удаляют, части формы припаливают и собирают для заливки. Отливку плиты очищают от песка и обрабатывают. В процессе механической обработки чеканят рисунки поверхности моделей, сверлят отверстия для штырей опоки. Отверстия для штырей опоки при продолжительном сроке службы модельной плиты изнашиваются и плита начинает качаться на штырях опоки, что приводит к браку отливок. Чтобы избежать этого, в отверстия плиты ввертывают или впрессовывают специальные сменные центрирующие втулки с отверстиями.

Механическая обработка литых модельных плит неудобна из-за их громоздкости. При наличии на поверхности моделей тонких украшений обработка их усложняется. Поэтому монолитные модальные плиты применяют для формовки моделей с простой поверхностью, не требующих большой точности отливки.

Сборные модельные плиты более удобны в изготовлении, так как модели, изготовляемые отдельно от плиты, могут быть легко и точно обработаны с применением станочного оборудования, что сложнее сделать с моделями, расположенными на плите. Для изготовления моделей сборных плит возможно применение более дорогих материалов – латуни, бронзы и других сплавов, так как при получении их заготовок расход металла будет значительно меньше по сравнению с расходом на монолитные плиты. Кроме того, Для сборных модельных плит можно изготовлять пустотелые модели, они будут легче и удобнее в работе.

Сборные модельные плиты могут быть односторонними и двусторонними. Рассмотрим порядок изготовления сборной двусторонней модельной плиты для отливки детской игрушки «утюжок». Для этого из дерева или гипса изготовляют разъемную пустотелую модель утюжка с двойным припуском – на усадку и обработку.

По половинкам изготовленной модели из соответствующего металла отливают заготовки моделей, которые обрабатывают до необходимых размеров. Затем половинки моделей соединяют вместе по плоскости разъема, сверлят в них сквозные отверстия. Через отверстия половинки модели утюжка скрепляют винтами и подвергают окончательной обработке – доводке и чеканке поверхности. Затем берут модельную плиту необходимых размеров и формы, укладывают на нее половники моделей, освободив их от соединительных винтов, и через отверстия в них намечают места отверстий на модельной плите. По рискам, сделанным в модельной плите, сверлят отверстия, равные диаметру отверстий в моделях. Половинки моделей утюжка крепят на обеих сторонах плиты болтами, проходящими через плиту и обе половинки модели. Концы болтов на поверхности моделей запаивают и зачищают. Вместе с моделями утюжка на плите монтируют и модели литниковой системы: модели питателя – на одной стороне плиты, модель шлакоуловителя с основанием стояка – на другой.