Литейное производство

Литейное производствоЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО, один из технологических процессов получения изделия заполнением расплавленным металлом заранее приготовленной формы, в которой металл отвердевает. Значение литейного производства в машиностроении характеризуется тем, что более 75% по весу всех деталей машин и орудий являются литыми. Изготовление деталей путем отливки является не только простым, а потому и дешевым способом, но часто при очень сложных конструкциях и крупных размерах деталей - и единственным. Литейным процессом можно получить изделия и из таких металлов, которые не обладают способностью коваться. В литейном производстве детали машин изготовляются индивидуальным, серийным и в некоторых случаях массовым порядком.

Материалами литейного производства являются: литейные материалы (чугун, сталь, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы и пр.); формовочные материалы (песок, глина и т. п.); вспомогательные материалы: топливо, огнеупорные материалы, флюсы и пр. Основные операции в литейном производстве следующие: 1) приготовление формовочной земли, 2)изготовление формы (формовка), 3) плавка металла, 4) сборка и заливка формы, 5) освобождение отливки из формы (выбивка), 6) очистка литья (обрубка, очистка и обрезка), 7) термическая обработка (отжиг или полная термическая обработка).

Изготовление форм (формовка). В литейном производстве применяются: временные формы по преимуществу из глины и песка и постоянные металлические формы, гл. обр. из стали. Металл во время затвердевания уменьшается в объеме (явление усадки), поэтому форму изготовляют по размерам больше изделия на величину усадки. Явление усадки отражается на прочности отливки, а иногда даже на ее целости, когда, например, формовочная масса (стержни), окруженная жидким металлом, является слишком прочной и неподатливой, а металл отливки застывая сокращается. Поэтому во временных формах формовочная масса д. б. податливой; при постоянных же формах необходимо (в зависимости от скорости затвердевания металла) вовремя выбрасывать из них изделия, что достигается очень точным (по времени) действием соответствующих механизмов.

Постоянные формы получили развитие гл. обр. для отливки цветных металлов, имеющих низкую температуру плавления, и отчасти для чугуна; для стали постоянные формы применяются редко, т. к. очень трудно (даже для чугуна) подобрать металл, противостоящий многократному нагреванию и охлаждению. Особенно широкое распространение получила отливка в постоянные формы (permanent molds) с металлическими шишками алюминиевых сплавов. К числу постоянных форм можно отнести так называемые долговременные многократного применения формы (long-life molds), предложенные и запатентованные фирмой Holley Carburettor Со., Detroit. Они изготовляются из очень прочного огнеупорного материала. Вся трудность изготовления этих форм заключается в подыскании соответствующего материала (каолин, магнезия, боксит) и хорошей связи его с чугунной оболочкой. Поверхность огнеупорного слоя можно подправлять пока он не износится, после чего огнеупорный слой наносят снова. В такие формы отливаются чугун и другие металлы (кроме стали). Отбелка чугуна не имеет места, и отливка хорошо обрабатывается.

Временные формы изготовляются при помощи моделей или же шаблонов, представляющих собой точную копию отливки (увеличенную на величину усадки), и опок - прямоугольных или квадратных (реже - круглых) ящиков без дна и крышки. Опоки служат для того, чтобы придать прочность формовочному материалу и при формовке обойтись возможно меньшим количеством формовочной земли. Гораздо реже формовка производится в почве без опок или только с одной верхней опокой.

Схематически процесс изготовления форм следующий. 1) Половину модели кладут на подмодельную плиту (фиг. 1). 2) На плиту ставят нижнюю половину опоки и засыпают на несколько мм модельной землей (фиг. 2), слегка уплотняемой вокруг модели (в большинстве случаев от руки); после этого в опоку насыпают наполнительную землю (доверху и более), которую затем уплотняют б. или м. сильно в зависимости от величины и характера отливки; форму вентилируют (протыкают в нескольких местах шпилькой).

Схематический процесс изготовления форм для литья

Схематический процесс изготовления форм для литья

Схематический процесс изготовления форм для литья

Схематический процесс изготовления форм для литья

3) Набитую опоку вместе с подмодельной доской перевертывают (фиг. 3); подмодельную доску снимают; поверхность нижней опоки посыпают разделительным песком. 4) На нижнюю половину модели ставят верхнюю половину модели, засыпаемую слоем модельного песка, и верхнюю опоку (фиг. 4), в которую ставят модели литника и выпора (фиг. 5). 5) После уплотнения наполнительной земли опоки разнимают, и из каждой половины удаляют модели. 6) В освобожденную от модели нижнюю форму вставляют стержень (фиг. 6), который готовится отдельно. 7) Нижнюю опоку со стержнем накрывают верхней опокой (фиг. 7); собранные опоки грузят, т. е. на верхнюю опоку кладут, груз, чтобы предохранить ее от всплывания при заполнении формы жидким металлом.

Способы наполнения опок формовочным материалом и уплотнения его приведены на фиг. 8.

Способы наполнения опок формовочным материалом и уплотнения его

Формовочные машины делятся на три основных типа: прессующие, встряхивающие и пескометы. Каждая формовочная машина снабжена приспособлениями для освобождения модели из опоки. Основные методы освобождения модели из опок показаны на фиг. 9.

Основные методы освобождения модели из опок

В соответствий с методами освобождения моделей из опок формовочные машины кроме того делятся на подгруппы: 1) машины с подъемом опок, 2) машины с поворотною плитой и 3) машины с протяжною плитой.

Прессовая, с ручной подпрессовкой снизу, формовочная машина

На фиг. 10 изображена обыкновенная прессовая (с ручной подпрессовкой снизу) формовочная машина; на фиг. 11 приведен один из новейших типов встряхивающе-прессовых машин системы Никольса, работающих сжатым воздухом.

Встряхивающе-прессовая машина системы Никольса

Модельная плита этой машины укрепляется на держателе модели В; опока (не показана на схеме) соединяется или с модельной плитой, или с рамкой Е, служащей опорой опоки. Ставят рукоятку вентиля N направо. Происходит встряхивание; при этом воздух проходит внутрь поршня В под поршень А, который несет на себе модельную плиту. Подъем поршня управляется автоматически поднятием окон F нижним краем поршня. Через эти окна воздух перетекает в поршень В и в атмосферу. Во время встряхивания траверсы Н с прессующей колодкой стоят над опокой.

Затем рукоятку вентиля N поворачивают налево. Тогда воздух идет по другому проводу под поршень В и поднимает оба поршня с модельной плитой, рамками Dи Eи наполненной песком утрясенной опокой и прижимает последнюю к прессовой колодке, чем и достигается уплотнение. Снова поворачивают рукоятку N в среднее положение, чем открывают выходное отверстие прессового цилиндра. Оба поршня A и В, держатель модели D с модельной плитой и несущая опоку рама Е падают вниз, причем кроме прессового поршня В направляющими служат круглые штанги G. Во время движения штанги G останавливаются собачками С на известной высоте так, что рама Е с готовой формой останавливается, тогда как система В-А-D с модельной плитой продолжают движение вниз; при этом модель вытаскивается из формы. Откачнувши траверсу с прессовой колодкой, легко снять форму. Для обеспечения точного вертикального движения держателя модели D служат четыре направляющих штанги М во встряхивающем столе. Штанги G в нижнем положении погружаются в масляную ванну, равно как и направляющие М, чтобы обеспечить хорошую смазку и спокойное падение рамы Е, для чего движением ножного рычага вправо поворачивают собачку С. На раме Е можно укрепить протяжную плиту, на которую уже ставят опоку так, чтобы при высокой с крутыми стенками модели работать по способу протягивания. В обоих случаях вибратор на раме D помогает выниманию модели. На фиг. 12 представлена одна из многих конструкций пескомета - новейшей формовочной машины, производящей одновременно и наполнение опоки формовочной землей и уплотнение последней действием центробежной силы.

Формовочная машина - пескомет

Формовочный материал посредством элеватора передается на встряхивающийся желоб, затем на ленту, которая передает его в головку пескомета; здесь земля подхватывается быстро вращающимся ковшом рабочей головки, который отсекает порцию земли из общего количества и с огромной скоростью (12—18 м/сек) направляет землю в опоку, где и происходит уплотнение ее. Главное преимущество пескомета по сравнению с др. типами формовочных машин заключается в том, что он не связан с определенной величиною опоки, как это имеет место в других формовочных машинах, и потому только пескомет разрешает задачу механизации работ по наполнению опок формовочным материалом и по уплотнению последнего в литейных, где преобладает работа индивидуального характера. Кроме того, пескомет обладает чрезвычайно большой производительностью.

Внутренние очертания детали, пустоты и т. п. получаются посредством стержней или шишек, которые готовятся отдельно от форм в т. н. стержневых ящиках. Т. к. в процессе заливки шишки в большинстве случаев бывают окружены расплавленным металлом, то вопрос правильной вентиляции их приобретает исключительно важное значение: газопроницаемость шишек д. б. значительно выше, нежели газопроницаемость самой формы. На фиг. 13 дан чертеж стержня (половинка стержневого ящика).

Чертеж стержня (половинка стержневого ящика)

Чтобы увеличить газопроницаемость стержня, внутри его закладывают восковой шнур (восковица), воск которого при сушке вытопится, оставив т. о. свободный проход для газа. Чтобы увеличить сопротивление стержня действию столба расплавленного металла, стержень снабжают особым металлическим каркасом. Для производства таких ответственных и сложных отливок, как например, автоблоки, радиаторы и т. п., применяются т. н. масляные стержни, которые готовятся в большинстве случаев из чистого кварцевого песка с прибавлением для связки различных вяжущих веществ; из них наилучшим следует признать льняное масло, но применяются также бобовое, маисовое масло, патока, декстрин, глютен и пр. При помощи шишек можно получать не только внутреннее, но и внешнее очертание детали (безопочная формовка). Многие заводы в Америке применяют этот метод, опуская все формовочные работы и заменяя их стержневыми работами, которые не требуют особо квалифицированного труда.

Изготовленные формы припыливают мелкоистолченным углем или графитом, или же красят специально изготовленной массой (белюга или краска), представляющей собой очень жидкую смесь огнеупорной глины, муки и клея; при отделке форм для чугунного литья в такую массу добавляют мелкий графит или кокс. Наглаживание поверхности формы гладилкой запрещается. После отделки форма или ставится в сушило (чаще) и собирается для заливки или же (реже) поступает в заливку в сыром виде - отливка в сырое. Сушка форм для разных металлов производится при разной температуре: для стали 500—600°С, для чугуна 200—300°С, для цветных металлов 150—250°С. Постоянные и долговременные формы всегда слегка нагревают перед отливкой (до 75—100°С), в дальнейшем для следующих отливок, наоборот, их остуживают, чтобы температура их была не выше 75—100°С. Особую заботу следует уделять вопросу сушки стержней, для чего с успехом применяются сушила непрерывного действия, позволяющие регулировать температуру сушки в строго намеченных пределах с колебанием ±5°С. Т. к. сырая форма податливее, чем сухая, то часто многие отливки, не удающиеся в сухую, удачно выходят в сырое. Однако сырая форма требует особого внимания к составу формовочной массы (нужна большая пористость для удаления не только газов, выделяющихся из металла, но и паров воды) и надлежащему уплотнению формы. Не переуплотнить («назвонить») и не слишком рыхло набить формовочную массу (иначе жидкий металл размоет стенки формы) - задача, которую может разрешить только очень опытный работник.

Плавка металла. Литейные материалы должны обладать следующими свойствами: а) жидкотекучестью, т. е. способностью расплавленного металла заполнять форму; б) минимальной усадкой, т. е. способностью отливки сохранять свою форму; в) наименьшей склонностью к ликвации; г) возможно низкой точкой плавления. Почти все промышленные металлы (за исключением алюминия) в чистом виде не удовлетворяют этим условиям: так, железо имеет очень высокую температуру плавления и обладает незначительной жидкотекучестью и большой усадкой; медь, хотя и имеет не слишком высокую температуру плавления, но вследствие ее чрезмерно большой склонности растворять газы получение плотных беспузыристых отливок представляет большие затруднения и требует специальных условий для избежания брака отливок. Примеси других металлов и металлоидов к основному металлу (железо, медь и пр.) в значительной степени улучшают литейные качества в смысле понижения температуры плавления, уменьшения коэффициента усадки и т. д. Примесь углерода к железу в количестве 1,7% и выше понижает температуру плавления железа с 1528°С до 1135°С, коэффициент усадки - с 2% до 1%; примесь цинка или олова к меди и алюминию значительно улучшает их литейные качества. Наилучшими литейными качествами обладают сплавы алюминий-медь, алюминий-кремний. Сталь для отливок применяется двух типов: с содержанием С от 0,15 до 0,18% (временное сопротивление на разрыв 36 кг/мм2) и от 0,30 до 0,35% (54 кг/мм2); Мn< 0,6—0,8%, Si < 0,20%; S и Р обыкновенно менее 0,05%. Этот состав обеспечивает плотность отливки. Специальные стали для литья применяются редко. В табл. 1 приводятся наиболее употребительные литейные сплавы алюминия.

Наиболее употребительные литейные сплавы алюминия

Чтобы получить отливку требуемых качеств при наименьшей стоимости ее, необходимо знать, в каких условиях будет работать отливка, какие качества потребуются от нее и какие изменения произойдут в металле при переплавке его. На основании этого составляется расчет шихты. В шихту входят кроме исходных литейных материалов также и отходы литейного цеха (литники, выпора, забракованные отливки, выплески из литейных ковшей и т. п.) и лом металлический.

Ниже приводится пример численного расчета шихты (по Мольденке) кислотоупорного серого чугуна (табл. 2).

Пример численного расчета шихты (по Мольденке) кислотоупорного серого чугуна

Требуется рассчитать шихту следующего состава: 3,25% С, 1,53% Si, 1,25% Мn, 0,20% Р, 0,05% S. Для расчета принимаются определенные величины угара элементов при плавке в вагранке. Задача состоит в определении относительных количеств, в которых надо смешать чугуны групп I, II и III, чтобы получить смесь состава (в %): 1,82 Si, 1,91 Мn, 0,1 Р, 0,016 S.

Рассчет шихты

Для этого на осях Мn—Si (фиг. 14) откладываем соответственные содержания Si и Мn; соединив точки, соответствующие трем чугунам (строки литейные 4, 5 и 6), видим, что точка среднего состава требуемой смеси находится внутри треугольника I-II-III, что указывает на возможность составления требуемой смеси из данных 3 сортов чугуна. Вершины треугольника I-II-III соединим с точкой О и продолжим прямые IO, IIО и IIIO до пересечения с противоположными сторонами треугольника в точках а, b и с.

Рассчет шихты

Затем берем произвольную прямую О2О1, (фиг. 15), разделенную на 100 равных частей (100%), и в концах этой прямой проводим под произвольным углом прямые 02К и 01L, параллельные друг другу. От точки О1, откладываем отрезки O1l, O1lI, O1III, равные OI, OII, ОIII. Точно так же от точки О2 откладываем прямые О2а, О2b и О2с, соответственно равные Оа, Оb и Ос. Соединив точки а с I, b с II и с с III, мы сразу прочтем на прямой О2О1, что чугуна I надо взять 34%, чугуна II - 51% и чугуна III - 15%. Следовательно, каждые 150 кг шихты будут состоять из 34 кг чугуна I, 51 кг чугуна II, 15 кг чугуна III; 30 кг своего лома и 20 кг лома покупного.

Для расплавления различных металлов служат разнообразнейшие по конструкции печи: для расплавления стали - мартеновские печи (кислые и основные), малые бессемеры (например, Тропенаса, Робера); чугуна - вагранки, отражательные печи и тигельные установки; для алюминия, меди и их сплавов - различные конструкции тигельных, пламенных и электрических печей. Процесс плавления в вагранке является самым экономичным и потому наиболее распространенным; применение тиглей ограничено дороговизной процесса и крайним неудобством производства отливки (например, стального фасонного литья) из тиглей. Пламенные печи при цветном литье неудобны тем, что окислительное действие пламени портит качество металла, а выделяющиеся в помещении окислы металлов вредно действуют на здоровье работающих; кроме того, требуется, чтобы температура разлива цветных металлов была в очень узких, заранее назначенных пределах (например, для алюминия 700±20°С). За последнее время широкое распространение получили электропечи различных систем для плавки гл. обр. стали и цветных металлов. Главное преимущество электрических печей - их индифферентность к химическим реакциям, имеющим место во время плавки, и, как результат этого, более чистый металл; затем возможность регулировать в очень широких пределах степень перегрева металла, меньший угар его и т. п. Для расплавления чугуна применение электроэнергии обходится значительно дороже плавки в вагранках, а потому встречается сравнительно редко и то лишь в виде комбинированного процесса: вагранка-электропечь или вагранка-бессемер-электропечь, в соответствии со специальными требованиями, предъявляемыми производством. При плавке цветных металлов в электропечах снижается угар: например, угар латуни в тиглях выражается 4—6%, в электропечах 0,5—1,5%. В табл. 3 приведены сравнительные данные стоимости плавки 1 т латуни в тиглях и электропечах системы «Ajax».

Сравнительные данные стоимости плавки 1 т латуни в тиглях и электропечах системы «Ajax»

Техника литья. Подводка расплавленного металла к форме составляет одну из важнейших операций в литейном производстве; металл, прекрасно составленный (по анализу), расплавленный и раскисленный согласно всем лучшим предписаниям, м. б. испорчен неумелым подводом его в форму. В первую очередь необходимо позаботиться о том, чтобы струя металла, идущая в форму, была непрерывной и заполняла каналы, подводящие металл к форме, целиком. Для этого необходимо правильно рассчитать взаимное отношение поперечных сечений литника, шлакоуловителя и питателей (фиг. 16); так, при диаметре литника, равном 20 мм, площадь поперечного сечения литника = 315 мм2, площадь шлакоуловителя следует брать меньшей, а именно 255 мм2, и сумма площадей питателей не должна превосходить 170 мм2.

Взаимное отношение поперечных сечений литника, шлакоуловителя и питателей

На фиг. 17—22 приведены примеры правильных и ошибочных установок литников, шлакоуловителей и питателей.

Примеры правильных и ошибочных установок литников, шлакоуловителей и питателей

Фиг. 17, 18 и 19 дают примеры правильной установки, фиг. 20 - неправильной установки потому, что сечение литника слишком мало и при литье металл не будет заполнять целиком шлакоуловитель, вследствие чего шлак попадет в форму и испортит отливку. На фиг. 21 показана неправильная установка: литник поставлен прямо над питателем, шлак непосредственно попадает в форму. На фиг. 22 литник смещен и поставлен прямо над питателем, шлак попадает в форму. В стальные отливки для избежания усадочных раковин ставятся две прибыли. Прибыли в стальных отливках занимают около 25—30% веса отливки. Стальные мелкие отливки, чугунные (за исключением очень ответственных) и цветное литье отливаются без прибылей. Заливка форм требует известного навыка. Металл нельзя лить в литник с перерывами струи. В некоторых случаях, когда требуется большой напор, стараются направить струю стали из ковша прямо в литник, создавая т. о. удар стали. Заливка стали считается законченной, когда металл показался в прибыли. В этот момент предпочитают в крупных отливках добавлять металл в прибыли, а не через литник. Т. о. создается горячая прибыль, питающая отливку (при сокращении объема застывающего металла) сверху, но не снизу (что вредно). Готовый металл рекомендуется перед выпуском раскислять силикошпигелем. Эта присадка делает металл более спокойным, и он хорошо разливается. В наиболее толстых частях отливок образуются усадочные раковины. Распространенный взгляд, что наличие усадочных пузырей в отливках уменьшает прочность металла, не всегда правилен: пузырь, заключенный в металле, представляет собой сферу (подобно своду) с правильно расположенными кристаллами и оказывает значительное сопротивление разрушению, особенно раздавливанию. Вытяжка ковкой этого пузыря образует складку, наличие которой уже безусловно ослабляет металл. Для избежания образования усадочных пузырей применяется центробежная отливка и отливка под давлением.

Центробежная отливка состоит в том, что расплавленный металл вводится в быстро вращающуюся металлическую форму, где под действием центробежной силы он прилипает к внешней поверхности вращающейся формы. Т. о. можно готовить разнообразные тела вращения. Схема работ центробежной литейной машины дана на фиг. 23.

Схема работ центробежной литейной машины

Формой служит цилиндр А. Посредством рукоятки С форма А м. б. передвинута назад (на чертеж - направо). Находящийся на конце шпинделя поршень с охлаждающей ребристой поверхностью F образует заднюю стенку формы. В начале отливки форма А прижимается совершенно плотно к корпусу В, после этого наполненный расплавленным металлом ковш В вкатывают внутрь формы Д, которую одновременно с этим приводят во вращение. Поворачивая маховичок Е, выливают расплавленный металл в форму. Как только металл затвердеет, форму А подвигают вправо на поршень, который выдавливает отливку. Особо широкое распространение получил способ центробежной отливки при изготовлении чугунных труб. Материал, из которого готовятся формы для центробежных отливок, д. б, выбран особенно тщательно в зависимости от условий работы центробежной литейной машины. Для форм с высоткой степенью нагрева чугун, вследствие его склонности к росту (увеличение объема при повторных нагреваниях), применять не рекомендуется; применение стали дает лучшие результаты. Формы без футеровки, работающие с подогревом или охлаждаемые водой, могут готовиться из стали, но продолжительность службы их невелика. Поэтому предпочтительнее делать формы из нихрома (60% Ni и 40% Сг) или же из Becket-металла, а также из сплава следующего состава: 80% Ni и 20% Сг. Этот сплав выдерживает длительные и повторные температурные нагрузки свыше 1370°С. Существенным является требование, чтобы стальные формы не имели раковин ближе 3 мм от внутренней поверхности формы, и чтобы эта поверхность была совершенно гладкая; толщина стенок выбирается так, чтобы при отливках форма не нагревалась свыше критической точки данного металла.

При литье под давлением расплавленный металл вводится под высоким давлением в металлическую форму, в результате чего получаются детали, настолько точно соответствующие заданным размерам, что они не нуждаются в дальнейшей механической обработке. Это представляет особенно значительные выгоды при массовом производстве мелких и требующих большой точности деталей (например, части счетчиков, мелкие машинные части). Наиболее важными промышленными сплавами для отливок под давлением являются сплавы цинка, алюминия и отчасти меди. В табл. 4 приведены характеристики различных сплавов, применяемых для отливок под давлением.

Характеристики различных сплавов, применяемых для отливок под давлением

Машины, применяемые для отливок под давлением, делятся на две основных группы. 1) Для сплавов с невысокой точкой плавления применяются поршневые машины (фиг. 24).

Машина поршневая, для отливок под давлением

В жидкой металлической ванне находится насос, приводимый в движение от рычага или сжатым воздухом. При опускании поршня вниз металл через сопло вдавливается в форму. Поршневые машины для сплавов с более высокой точкой плавления (алюминиевые и пр.) оказались непригодными: металл затвердевает между поршнем и стенками цилиндра, что вызывает частую чистку и резкое повышение накладных расходов. 2) Для тугоплавких сплавов поэтому применяются машины (фиг. 25 и 26), снабженные специальным черпаком (гуснек), который при помощи особого приспособления каждый раз захватывает строго необходимую порцию металла; металл подвергается действию сжатого воздуха лишь в этом черпаке на сравнительно небольшой поверхности, чем избегается излишнее окисление металла.

Машина для литья тугоплавких сплавов, снабженные специальным черпаком (гуснек)

Машина для литья тугоплавких сплавов, снабженные специальным черпаком (гуснек)

Выбивка отливок. Скорейшее освобождение залитого изделия из форм имеет существенное влияние на целость его. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что горячую отливку легко деформировать неловким ударом при освобождении из формы. Особенно важно скорейшее освобождение центральных шишек у отливок. Для этой цели, когда изготовляются шишки, часть каркаса, которая является скелетом шишки, выводят через «знак» так, чтобы после заливки кувалдой по этой выступающей части легко можно было выбить шишку и тем самым дать возможность отливке свободно сокращаться в процессе дальнейшего ее остывания.

Операция выбивки опок в современных литейных полностью механизирована. Наиболее простое приспособление для этой цели состоит в том, что подвешенный к пневматическому подъемнику вибратор посредством специального приспособления м. б. присоединен к опоке, которая одновременно с этим немного приподнимается; после этого вибратор приводится в действие, и через несколько секунд опока опоражнивается. При другом способе выбивки опоки кладутся на решетку, которая при помощи кулачков приводится в колебательное движение; земля из опок проваливается сквозь решетку. Чтобы горячая земля не падала на отводящий землю ленточный конвейер слишком большими массами, под решеткой установлены два питательные валика, которые равномерно подают ее на конвейер. Выбивка стержней производится или вручную, или посредством водяной струи высокого давления, или же на специально сконструированных пневматических вибраторных машинах (фиг. 27) системы Stoney.

Пневматическая вибраторная машина системы Stoney

Отливки с тележки устанавливаются в специальных держателях машины при помощи воздушного подъемника, расположенного у каждой машины. Затем приводится в действие вибратор, и стержни выбиваются в продолжение 3—6 сек.

Очистка литья. Вынутая из формы отливка имеет ряд приливов (литники, выпора и прибыли), ненужных по чертежу изделия, но необходимых при производстве. Приставшую к отливке землю, литники и выпора удаляют обрубкой, а прибыли - отрезкой. Очищенное литье с прибылями называется черным, а без прибылей - обрезанным, или чистым. Чугунное литье б. ч. оставляют без обрезки. Очистка литья в некоторых случаях встречает затруднения, например, при взрывах металла получается «засор» в отливке, если сорванную массу не вынесло в прибыль или выпор; при неправильной постановке литника обрубщик может выломать литник с делом отливки; в таком случае отливку с литником лучше направить на обрезку; при удалении глубоких шишек очень трудно выбрать тонкую шишку из длинной трубы; в этом случае сдвиг каркаса во время застывания металла может не только помочь сохранить целость отливки, но и облегчить выбивку. Очистка внешней поверхности отливок от пригоревшей земли производится в современных литейных во вращающихся барабанах или же струей песка в пескоструйных аппаратах и камерах. Первый способ преимущественно распространен в Америке, второй - в Европе. Недостатком способа очистки литья в обыкновенных барабанах является большая затрата труда и времени на ручную загрузку и выгрузку его. Значительное упрощение получается в случае применения вместо обыкновенных барабанов - барабанов непрерывного действия (фиг. 28).

Барабан непрерывного действия для очистки литья

Барабан имеет внутреннюю и внешнюю полости. Отливки поступают во внутреннюю полость вращающегося барабана с правой стороны. Туда же из внешней полости сквозь особые прорезы поступают закаленные чугунные звездочки. При медленном движении по направлению к противоположному концу барабана литье успевает очиститься. Не доходя до конца барабана, чугунные звездочки проваливаются сквозь небольшие прорезы из внутренней во внешнюю полость барабана, откуда они посредством спиральных направляющих передаются к головной части барабана. Отливки более сложные, при очистке которых в барабанах можно было бы опасаться большого % брака из-за боя и которые подвергаются значительной механической обработке, очищаются в пескоструйных камерах непрерывного действия. Очень успешным оказался способ гидравлической очистки литья, впервые с успехом примененный на заводе Allis Chalmers Со. (Миллвоки): время очистки сократилось с нескольких часов до нескольких минут. Устройство используется для очистки турбинных колес, цилиндров газометров и им подобных тяжелых отливок. Очистка отливок производится в закрытой бетонной камере (фиг. 29), расположенной посредине литейной.

Очистка отливок производится в закрытой бетонной камере

Внутренние размеры камеры 10370x18725x6100 мм. Толщина бетонных стен 305 мм. Чтобы защитить стены от размывающего действия воды, их покрывают стальными плитами. Внутри камеры устроены два поворотных круга диаметром 3050 мм (поднимает 100 т) и 6100 мм (300 т). Оба круга вращаются на шариковых опорах и приводятся во вращение моторами в 25 и 35 HP. Помещение для обслуживания расположено в одном из углов камеры. Установлено 2 аппарата с тремя соплами, расположенными на равной высоте. Сопла м. б. поставлены на любой высоте. Сопло для большего стола имеет диаметр 27 мм, для меньшего - 16 мм. Насос производительностью в 3500 л/мин приводится в действие мотором в 300 HP. При двух одновременно действующих соплах давление воды равно 28 atm. Получающаяся от очистки грязь отстаивается в двух лежащих под полом приемниках, из которых ее непрерывно удаляют при помощи элеватора. Землю отделяют от воды, доводят до 7% влажности и пускают опять в производство. Преимуществом этого способа очистки является дешевизна, полное отсутствие пыли, а также и то, что каркасы стержней не портятся и могут снова идти в дело.

Термическая обработка. После очистки литье подвергается иногда термической обработке. Стальное литье и ковкий чугун обязательно отжигаются. Относительно чугуна в настоящее время доказано, что он м. б. подвергнут термической обработке аналогично стали, причем структура чугуна феррито-графито-цементитная переходит в структуру перлито-графитную с повышением механических качеств (удлинение до 8%, временное сопротивление на разрыв до 40—45 кг/мм2). Особенно облегчает термическую обработку отливка чугуна в постоянные формы. Бронзовое литье также во многих случаях м. б. улучшено посредством термической обработки. Алюминиевое литье всегда закаливается при 500±10°С и отпускается при 140 ±10°С.

Основные принципы проектирования литейных цехов. Проектируя новую литейную, прежде всего приходится считаться с расположением основных металлообрабатывающих цехов и выбирать место для литейной с таким расчетом, чтобы иметь возможность наиболее просто и дешево доставлять литье в обрабатывающие цехи. Программа работ литейной д.б. определена с возможно более точными подробностями как в количественном и весовом, так и в габаритном отношениях, что даст возможность выбрать наиболее подходящее для данного случая оборудование и наиболее целесообразный технологический процесс. Схема расчета литейной сводится в этом случае к следующему. Имея точную программу работ, составляют альбом формовок, который даст и основные принципы организации отдельных операций технологического процесса и количество потребных для производства опок и типы их, а также и необходимое количество формовочных материалов, а следовательно и мощность земледельного устройства. Получив так. обр. ориентировочные данные о расходе исходных материалов, о размере необходимых площадей, приступают к уточнению отдельных операций производственного процесса, возможной механизации его в целом или в отдельных частях. Различные варианты подсчетов взаимного расположения отдельных цехов литейной дадут возможность наиболее целесообразно разрешить вопрос организации заданного производственного процесса. Если же программа не м. б. определена с б. или м. приемлемой точностью, тогда приходится вести расчет основных и вспомогательных цехов литейной по так называемым коэффициентам. На фиг. 30 приведены обычные типы зданий литейных;

Обычные типы зданий литейных

фиг. А - литейная серого чугуна для индивидуального литья; Б - литейная ковкого чугуна с установкой пламенных печей; В - фасонно-сталелитейная с отделением мартеновских печей; Г - фасонно-сталелитейная с конвертерами; Д - сталелитейная с электропечами.

Профессиональные вредности и техника безопасности. Все производственные процессы, протекающие в литейных цехах, связаны е возникновением тех или иных профессиональных вредностей. Так, при подготовке и обработке формовочных материалов, выбивке, обрубке и чистке отливок образуется огромное количество пыли (от 20 до 180 мг/м3). Для борьбы с загрязнением воздуха пылью должна быть установлена надлежащая вентиляция; особо благоприятным в этом отношении является применение гидравлического способа очистки отливок. При формовочных работах, в тех случаях, когда формовка производится на полу литейной, рабочие вынуждены держать свое тело в согнутом, часто в весьма неестественном положении, что может вести к искривлениям костей скелета. Эти вредности устраняются при производстве работ на формовочных станках. Низкая температура в литейных в зимнее время (часто ниже 0°С), большая сырость, всегда холодный и нередко промерзший земляной пол вызывают у формовщиков частые простудные заболевания, в особенности ревматизм. При обслуживании плавильных аппаратов рабочие подвергаются вредному влиянию резких колебаний температуры. При литье из расплавленных металлов выделяются вредные газы. Из последних наибольшее значение имеют следующие: окись углерода, сернистый газ и окись цинка. Концентрация СО в воздухе литейных колеблется в среднем в пределах 0,03—0,05 мг/л, достигая в отдельные моменты литья над самыми опоками до 0,21—0,32 мг/л. (Институтом охраны труда установлена норма в 0,02 мг/л.) Количество сернистого газа (SO2) в воздухе литейных, в зависимости от сорта применяемого металла и кокса, достигает 0,045—0,15 мг/л (норма 0,02—0,04 мг/л). Вдыхание паров окиси цинка в меднолитейных вызывает у рабочих приступы литейной лихорадки. При ручной завалке шихты в плавильные аппараты, при разливке металла по опокам вручную наблюдается чрезвычайно большое мышечное напряжение, что в связи с высокой температурой работ вызывает сильно изнуряющее потоотделение. Эти вредности устраняются применением конвейеров, механизации загрузки печей и транспорта, а также пневматической выбивки опок.

Наибольшее число несчастных случаев в чугунно- и меднолитейном производствах происходит от ожогов расплавленным и раскаленным металлом во время ручной разноски или развозки его. Особо серьезные последствия влечет соприкосновение расплавленного металла или шлака с влагой (взрывы). Для устранения этих явлений необходимо иметь ровные дорожки из кирпича, бетона, железобетона и т. п. в местах, не занятых формованием, причем главный проход д. б. не уже 2 м; д. б. правильно организован поток людей с пустыми ковшами и с расплавленным металлом; места отливок и выливания шлака должны быть сухи; ковши д. б. хорошо высушены и прогреты; кожухи ковшей должны иметь небольшие отверстия для удаления паров из обмазки и т. д. Рабочие, имеющие дело с расплавленным металлом, д. б. снабжены надлежащей спецодеждой, очками, респираторами и т. п., причем рубаха не должна заправляться в штаны и штаны в сапоги, а поля шляпы д. б. отогнуты вниз. Ручная формовка сопровождается большим количеством наколов о железные шпильки, имеющиеся в старой формовочной земле. Средством борьбы является пропускание земли через магнитный сепаратор. При переноске ковшей с расплавленным металлом центр тяжести их во избежание опрокидывания должен быть ниже оси вращения (до 50 мм). Все цепи, канаты и коромысла должны не реже одного раза в 2 месяца проверяться на полную нагрузку и не реже одного раза в 2 недели тщательно осматриваться. Все машины должны быть снабжены надежными ограждениями опасных мест.

Для регулирования в законодательном порядке условий труда в литейных Наркомтрудом издан ряд обязательных постановлений. Сюда прежде всего относятся «Правила безопасности работ в чугунно- и меднолитейном производстве»; постановления об ограничении применения труда женщин и подростков при наиболее вредных и опасных работах в литейных; постановления о сокращенном рабочем дне и дополнительном отпуске для некоторых категорий рабочих (меднолитейщиков, пескоструйщиков и др.).

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 12 - 1932 г.

Еще по теме: