Литье в песчаные формы

Литье в песчаные формы – это одна из самых древних технологий создания изделий из металла. Она зародилась примерно в 4 тысячелетии до нашей эры. Используется эта техника и в наши дни: с ее помощью изготавливают детали для автомобилестроительной, станкостроительной и машиностроительной промышленностей. Методика подходит как для единичного, так и для массового или серийного производства. С ее помощью можно получить заготовки различной формы, массой от нескольких грамм до десятков, а то и сотен тонн.

Технология литья в песчаные формы регламентируется положениями ГОСТ 26645-85. Государственный стандарт устанавливает допуски размеров, геометрии, расположения и неровностей поверхности, а также допуски массы отливок из черных и цветных металлов и сплавов. Это самый грубый (в плане геометрической точности и шероховатости поверхности отливок), но наиболее дешевый вид литья. На отливках могут наблюдаться различные дефекты: наплывы, раковины, посторонние включения и другие. Поэтому для ответственных поверхностей назначается припуск на мехобработку.

ГОСТ 26645-85 определяет нормы точности отливки:

• класс размерной точности;
• степень коробления элементов;
• степень точности поверхности;
• значение шероховатости поверхности;
• класс точности массы;
• припуск на сторону на мехобработку (черновую, получистовую, чистовую, тонкую).

Нормы точности отливки указываются в тех.требованиях чертежа детали с нанесенными размерами.

Используемые материалы

Для изготовления литейных форм, необходимых для создания отливок, применяют формовочные материалы. К ним относят песок, связующие элементы и специализированные добавки. Рассмотрим, какие требования выдвигаются к формовочным смесям, а также формам. В процессе создания отливок они подвергаются высоким химическим, тепловым и механическим нагрузкам, поэтому должны обладать следующими свойствами:

1. Огнеупорность. Этим термином называют способность смесей выдерживать повышенные температуры. При подборе типа формовочного состава нужно учитывать температуру, с которой ему придется работать.
2. Прочность. Так называют способность стержней или форм переносить механические нагрузки без нарушения изначальной геометрии. Состав должен быть достаточно прочен, чтобы гарантировать целостность готовой формы при ее перемещении, а также при заливке расплавленного металла.
3. Податливость. Необходима для того, чтобы обеспечить отсутствие горячих и холодных трещин в отливках.
4. Выбиваемость. Это важное свойство формовочной смеси, позволяющее отделиться от застывшей детали. Чем проще проходит процесс, тем меньше трудозатраты на производство при очистке отливки от формовочного состава.
5. Долговечность. Чтобы себестоимость процесса литья в песчаные формы была как можно ниже, необходимо добиться того, чтобы формовочную смесь можно было использовать неоднократно.
6. Гигроскопичность. Это свойство песков впитывать влагу из окружающей среды. Чем выше этот показатель, тем ниже качество формовочной смеси.
7. Газопроницаемость – способность пропускать образовывающиеся в процессе литья газы.

Одним из основных компонентов формовочных материалов считается диоксид кремния или обычный кварцевый песок. Чем выше его чистота, тем качественнее смесь. Кварц плавится при температуре 1713 градусов, а его огнеупорность варьируется от 100 до 1700 °C (в зависимости от чистоты). Уровень pH кварцевого песка равен 7. Именно его чаще всего используют в качестве огнеупорного материала.

Некварцевые пески

Если планируется работать с легированными сталями и другими тугоплавкими материалами, то в процессе литья применяют:

1. Хромит. Данный материал делают путем перемалывания и просеивания хромистого железняка. Температура плавления хромита составляет 1800 градусов, спекания – 1100.
2. Хромомагнезит. Его получают посредством обжига металлургического магнезита и хромитовой руды. Температура плавления материала – 2200 °C. Имеет смысл использовать хромомагнезит при создании больших деталей (например, станин) из легированных сталей.
3. Циркониевый песок. Это натуральный материал, температура плавления которого – 2450 градусов. Он хорошо сочетается со связующими (как натуральными, так и полимерными).
4. Шамот. Изготавливается из огнеупорной глины и каолинов путем их обжига и последующего измельчения. Плавится материал при 1770 градусах.

Также при создании крупных отливок могут применяться муллит, корунд, оливин или тальк.

Связующие и вспомогательные компоненты

Технологический процесс литья в песчаные формы подразумевает использование не только формовочной смеси, но и специальных связующих, которые нужны для придания ей повышенной прочности. Без них песок просто осыпался бы в процессе производства. В качестве связующих обычно применяется глина. Она может быть:

1. Огнеупорной формовочной. Температура плавления материала – 1580 градусов. Подобные составы добываются на предприятиях, производящих керамику, при этом они должны отвечать требованиям ГОСТ 3226-93.
2. Бентонитовой (регулируется ГОСТ 28177-89). Имеет водородный показатель рН 6–9,5.

Отметим, что в формовочную смесь связующий состав вводят в виде порошка или суспензии. Обычно используется первый вариант. В качестве специализированных добавок применяют вещества, которые улучшают противопригарные свойства состава, позволяют стабилизировать влажность и пластичность, увеличивают податливость сухой смеси или ее текучесть. Они подбираются и вносятся с учетом конкретных задач и типов отливок.

Модельная оснастка и опоки

В данную категорию попадают модели, плиты, стержневые ящики и другое оборудование, которое используется при изготовлении форм. Нужно понимать, что чем точнее они будут выполнены, тем выше будет качество отливки. Для создания моделей и ящиков может применяться дерево, металл или пластик. Опоки служат для распределения нагрузки от формовочной смеси при транспортировке формы, а также для ее защиты во время заливки расплавленного металла. Обычно они имеют прямоугольную форму и производятся путем литья, хотя существуют и сварные варианты.

Рассмотрим основные преимущества литья в песчаные формы:

1. Возможность производить отливки практически любого размера и формы.
2. Малая себестоимость изготавливаемых деталей за счет простоты производства.
3. Возможность работы практически с любыми типами металлов.

Данная технология хорошо зарекомендовала себя в деле, поэтому ее используют во всем мире. Несмотря на простоту, она позволяет получать отливки высокого качества, которые после постобработки можно применять даже в сложных узлах и механизмах.