Фасонное литье 

Песчаная форма для литья алюминия

Песчаные литейные формы имеют широкое применение при литье отливок, как из литейных алюминиевых сплавов, так и почти из всех литейных металлов. Будем ниже рассматривать ее на примере литья алюминия.

Песчаная форма

При литье алюминия в песчаные формы главным компонентом литейной оснастки является литейная форма, которая состоит из нескольких компонентов. Песчаная литейная форма состоит из двух половинок – верхней полуформы и нижней полуформы, которые соединяются по плоскости разъема (рисунок 1 и 2).

peschanaja-forma-razobrannajaРисунок 1 – Разобранная песчаная литейная форма

litnikovaja-sistemaРисунок 2 – Песчаная литейная форма в сборе

Обе половины песчаной формы находятся внутри специальных ящиков, которые называются опоками. Верхняя полуформа находится в верхней опоке, нижняя полуформа – в нижней опоке. Верхняя и нижняя опоки также разделяются по плоскости разъема.

Литейная модель

Полость литейной формы формируют путем уплотнения – набивки – формовочной смеси – песка – вокруг литейной модели в верхней и нижней опоках. Обычно песок набивают вручную, но на крупных производствах применяют специальные машины, которые применяют давление или ударные нагрузки для равномерного уплотнения песка и делают это быстрее, чем вручную.

После того, как песок уплотнен и модель извлечена из формы, в песке верхней и нижней полуформ остаются отпечатки наружной формы модели. Внутренние поверхности отливки формируют с помощь специальных компонентов литейной оснастки – стержней.

Литейные стержни

Литейные стержни или просто стержни – это дополнительные детали песчаной литейной формы, которые предназначены для формования внутренних отверстий и каналов алюминиевой отливки. Обычно литейные стержни изготавливают также из песка. Песчаные стержни позволяют изготавливать весьма сложные внутренние детали отливки.

Стержневые знаки

Каждый литейный стержень устанавливается в песчаной форме до заливки расплавленного алюминия. Чтобы обеспечить установку стержня в строго заданном месте, на модели для него  предусматривают специальные пазы – стержневые знаки. В этих пазах стержень надежно устанавливается в нужном месте.

Жеребейки

Однако даже при установке в стержневые знаки стержень может сдвигаться, например, всплывать под воздействием выталкивающих сил в расплавленном алюминии. С алюминием эти проблемы меньше, чем с другими металлами. Дело в том, что чем больше плотность расплавленного металла, тем больше эти выталкивающие силы.

Поэтому для дополнительной поддержки стержней применяют специальные приспособления – жеребейки. Жеребейки – это небольшие металлические детали, которые устанавливают между стержнем и поверхностью полости формы. Жеребейки изготавливают из металла с более высокой температурой плавления, чем у заливаемого расплава. После затвердевания жеребейки остаются внутри отливки, а лишний материал жеребеек, которые выступает за границы отливки, удаляют при ее обрубке.

Литниковая система

Кроме песчаных полостей для формирования наружных и внутренних деталей алюминиевой отливки она имеет специальную конструкцию, которая обеспечивает течение расплавленного металла с заданными параметрами.

Литниковая чаша и стояк

Расплавленный алюминий заливают в литниковую чашу, которая представляет собой расширение сверху песчаной формы. Расплавленный металл движется от дна этой чаши вниз по главному каналу, который называется стояком. Стояк соединяется с серией каналов, которые называются литниковыми ходами.

Литниковые ходы и литники

Литниковые ходы ведут расплав к полости литейной формы, которая формирует наружные и внутренние элементы отливки. В конце каждого литникового хода расположены литники, которые контролируют скорость течения металла и снижают турбулентность течения.

Прибыль – закрытая и открытая

К системе литниковых ходов часто подключают прибыли. Прибыли – это камеры, которые наполняются жидким металлом и служат дополнительным источником металла при затвердевании. При охлаждении и затвердевании объем металла уменьшается, и прибыли дают дополнительный жидкий металл для заполнения формы.

Аналогичную функцию по снижению усадки при затвердевании металла выполняет открытая прибыль. Первый металл входит в полость формы, проходит ее и входит в открытую прибыль. Это предотвращает раннее затвердевание металла в полости формы и обеспечивает источник жидкого металла для компенсации усадки.

Вентиляционные каналы

Наконец, в песчаной форме есть еще малые каналы, которые идут от полости формы наружу. Это – вентиляционные каналы, которые дают возможность газам выйти из формы наружу. Пористость песка также дает воздуху возможность выходить наружу, но дополнительные вентиляционные каналы также иногда нужны.

Расплавленный алюминий во всех каналах литейной формы – стояке, литниковых ходах и прибылях – затвердевает и образует с отливкой одно целое. После извлечения отливки из литейной формы этот «лишний» алюминий удаляют в результате операции обрубки.

Типы песчаных форм

Для изготовления литейных песчаных форм обычно применяют кварцевый песок, который смешивают с различными типами связующих материалов, которые помогают поддерживать форму литейной полости. Часто таким связующим материалом является обыкновенная глина. Поэтому эти литейные песчаные формы называют также песчано-глинистыми формами.

Применение песка в качестве формовочного материала литейных форм имеет несколько преимуществ. Во-первых, песок очень дешев. Во-вторых, он стоек к высоким температурам, что позволяет применять его для литья многих металлов с высокой температурой плавления. Подготовку песка для изготовления литейных форм ведут различными способами в зависимости от типа песчаной формы. Этих основных типов песчаных форм – четыре:

  • сырая песчаная форма;
  • подсушенная песчаная форма;
  • сухая песчаная форма;
  • химически твердеющая песчаная форма.

Сырая песчаная форма

Для изготовления сырых песчаных форм применяют формовочную смесь из песка и воды, а также глины или другого связующего материала. Типичный состав такой формовочной смеси состоит из 90% песка, 3% воды и 7% глины. Сырые песчаные формы самые дешевые и наиболее широко применяемые.

Подсушенная песчаная форма

Изготовление подсушенной формы начинают как сырой песчаной формы, к которой дополнительно добавляют специальные связующие материалы, а поверхность литейной полости высушивают с помощью горелки или паяльной лампы для повышения ее прочности. Кроме того, повышается точность размеров и качество поверхности отливки. Подсушенные песчаные формы более дорогие и трудоемкие и поэтому снижают производительность литья.

Сухая песчаная форма

В сухой песчаной форме, песок смешивают только с органическим связующим материалом. Эту литейную форму упрочняют путем запекания в печи. Готовая сухая песчаная форма обеспечивает высокую точность размеров. Недостатками являются более высокая стоимость и низкая производительность.

Химически твердеющая песчаная форма

В этой песчаной форме песок смешивается с жидкими смолами, и форма затвердевает при комнатной температуре.

Характеристики литейного песка

Качество песка, который применяется для изготовления литейных форм, сильно влияет на качество отливки. Качество песка как формовочного материала для литейных форм определяют следующие пять основных его характеристик:

  • прочность;
  • газопроницаемость;
  • термическая стабильность;
  • способность к просадке;
  • повторное применение .

Прочность

Способность песка держать заданную форму.

Газопроницаемость

Способность песка пропускать сквозь себя захваченные расплавом газы, которые выделяются при затвердевании. Высокая проницаемость может снизить пористость отливки, а низкая проницаемость может дать лучшее качество поверхности. Степень газопроницаемости зависит от размера и формы песчинок.

 Термическая стабильность

Способность песка сопротивляться повреждениям, например, растрескиванию,  под воздействием тепла расплавленного металла.

Способность к просадке

Способность песка проседать или более плотно сжиматься в ходе затвердевания отливки. Если бы песок не проседал, то отливка не имела бы возможности свободно сокращаться в размерах внутри литейной формы, а это приводило бы к растрескиванию.

Повторное применение

Способность песка к повторному применению в следующей партии литейных форм.

Источник: custompartnet.com

Подробнее про литье алюминия в песчаные формы:

Aluminum Alloy Casting: Properties, Processes And Applications – J. Gilbert Kaufman, Elwin L. Rooy