Общие положения
Литейные производства всегда стремились производить отливки точные по размерам, т.е. отливка должна не только точно повторять контуры модели, но и каждая последующая должна быть по всем своим параметрам точно такая же, как и предыдущая. Что же приводит к различиям? Согласно опубликованному отчету Комитета 80М Американской ассоциации литейщиков, есть 63 фактора, которые способствуют ухудшению размерной точности при производстве отливок по традиционным методикам литья.
Сначала необходимо упомянуть 3 критерия соблюдения размерной точности для форм:
а) Полость формы должна точно повторять контуры модели.
б) Стенки полости формы должны быть устойчивы к статическому давлению жидкого металла.
в) Стенки полости формы должны быть относительно гладкими, т.е. они не должны обнаруживать неровностей и шероховатостей.
Для точного воспроизведения формы модели песчаная форма должна легко отделяться от модели так, чтобы не было необходимости в сильной вибрации, которая может увеличить размеры полости формы. Возможно, изготовление формы вручную было бы в этом случае лучшим вариантом, при этом для отделения от модели использовался бы молоток. Размеры полостей форм, которые больше модели до 3 мм, встречаются не редко. Не было бы ошибкой, если все формы имели бы одинаково увеличенные размеры, так как их возможно учитывать на самой модели.
В V-процессе возможно отказаться от вибрации, потому что трение при подъеме, воздействующее на гладкую поверхность пленки, которая у даляется с гладкой поверхности модели, ограничено, что требует минимальных затрат силы и не вызывает истирания и других повреждений формы.
Это было доказано опытом, изображенным на рисунке 16.1. Производились цилиндрические модели диаметром 50 мм, которые входят в форму на 150 мм. Модели производились с позитивным, негативным и без угла наклона. Необходимая сила отрыва была измерена для песчано-глинистой формовки, процесса СО; и вакуумно-пленочного процесса. При подъеме без вибрации в процессах песчано-глинистой формовки и СО; происходил обвал краев, угол наклона составлял при этом +0,5°.
При подъеме без вибрации в процессах песчано-глинистой формовки и СО; также происходил обвал краев, даже когда угол наклона формы составлял +0,5°. Подъем формы без каких-либо повреждений под углом 0° и под негативным углом был абсолютно невозможен.
При использовании квадратной (800 мм) формы было измерено отношение твердости формы к движению стенок формы при стабильном вакууме. При низкой уплотненности движение стенок формы наблюдается отчетливее. И, как следствие, изменяются размеры формы. Это хороший пример того, что вибрация в процессе формовки необходима для достижения хорошей уплотненности. См. рис. 16.2.
В случае с вакуумными формами модель была слегка приподнята под наклоном 0°, а наклоненные под отрицательным углом -0,5 — -1,0° были подняты без обрушения углов со сравнительно небольшим усилием. Это необычное качество легко объяснить. Обрушения углов произойти не может, так как углы полностью обтянуты пленкой. Когда вакуум от модели отключается, в то время как он поддерживается в форме, атмосферное давление воздействует на поверхность формы. Опыты показывают, что это увеличивающее полость формы давление равномерно и обеспечивает необходимую дистанцию при подъеме
Это объясняет также и возможность осуществлять формовку под небольшим отрицательным углом.
Рис.16.2. Уплотненность и размерная точность
Поэтому следите, пожалуйста, за тем, чтобы в модели не было никаких прорезей с острыми краями. Показанные на рис. 15.1. результаты испытаний доказывают, что размерная точность полости формы соблюдена превосходно.
Вторая причина отклонений от размеров — сдвиг стенок формы — была исследована господами Коно и Миура, а результат исследований был опубликован в журнале «Литейщик Британии» под заголовком
«Репродуктивность размеров отливок из чугуна в V-процессе».
Опыт проводился с твердой кубической отливкой, длина краев 150 мм. Температура заливки металла составляла 1340-1360 °С. Заливка
производилась в вакуумные, СОг- и песчано-глинистые формы. В случае незначительного передвижения стенок формы или в случае полного отсутствия такового отливка должна была получиться гарантированно меньше, чем полость формы. При литье более массивных отливок, очевидно, имеет место передвижение стенок формы.
Точка измерения V — процесс Песчано глинистая формовка СО2- процесс
А + 0,60 -1.48 -0,41
В + 0,68 — 2,24 -1,95
Примечание: Измерения производились в мм, а в таблице приведены
значения, получившиеся после вычитания от размера формы размеров отливки.
Вы сможете установить, что все четыре замера для песчано-глинистой формовки и СОг-процесса показали, что отливка, на самом деле, была больше полости формы — доказательство в пользу движение стенок формы; в то время как замеры отливки в V-процессе выявили, что никакого движения стенок не было и что налицо лишь самый обыкновенный процесс усадки жидкого металла при отверждении.
Был проведен целый ряд дальнейших экспериментов, которые подтвердили сохранение размерной точности форм в V-процессе. Следующий пример представлен на рис. 16.3.
Какую роль это может играть для Вас как для производителя. Это имеет довольно большое значение, однако все относительно.
Если Вы переориентируете свое производство с мягких песчано-глинистых форм на вакуумные, Вы наверняка столкнетесь с рядом проблем. Отливки могут получиться меньше, чем желает Ваш клиент, в то время как раньше Вы производили более массивные отливки (с применением тех же самых моделей). Стержни, которые до сих пор устанавливались в стержневой знак, возможно, сейчас уже не окажутся пригодными. Производственные допуски могут быть сокращены. Если Вы продаете отливки по весу, то Ваши доходы могут значительно снизиться, так как отливки, произведенные методом вакуумно-пленочной формовки намного легче.
| Пробная отливка № | Песчано-глинистая форма, мм | Вакуумная форма, мм |
| 1 | 297,95 | 295,08 |
| 2 | 297,17 | 295,12 |
| 3 | 297,51 | 295,18 |
| 4 | 296,82 | 295,06 |
| 5 | 297,20 | 295,17 |
| 6 | 296,71 | 295,28 |
| 7 | 296,74 | 295,18 |
| 8 | 297,46 | 295,09 |
| 9 | 297,03 | 295,10 |
| 10 | 296,98 | 295,15 |
| Разрез | 296,26 | 295,14 |
| Отклонения от стандарта | 0,37 | 0,06 |
Рис.16.3. Размеры отливок, произведенных в вакуумных и песчаноглинистых формах
К позитивным аспектам работы по V-процессу можно отнести целый ряд преимуществ. Расходы на обработку могут быть сокращены, благодаря чему возможно перейти к производству отливок, пользующихся наибольшим спросом. Вес отливок также значительно выровняется, что значительно экономичнее, если отливки продаются поштучно. Число прибылей может быть также сокращено, так как больше не будет необходимо заливать металл по всей ширине стенки формы, а возможно будет руководствоваться закономерностями процесса затвердевания и усадки жидкого металла. Так как нам известны правила применение прибылей в литейном производстве, мы предлагаем, подходить к проблеме уменьшения количества прибылей очень осторожно. Рекомендуется начать с сокращения их количества на 15%.
В заключение необходимо отметить, что, используя технологию V-процесса на практике, Вы сможете производить идентичные друг другу отливки с высокой размерной точностью.
Качество поверхности
Качество поверхности находится в прямой зависимости от размерной точности.
Разрешите нам показать Вам это на примере последовательного описания технологических процессов вакуумно-пленочной формовки. Нам необходима максимальная плотность, чтобы посредством включения вакуума удалить минимальное количество воздуха. Мы можем добиться необходимой плотности, применяя мелкозернистый формовочный песок, который подвергался вибрации. Литейщики знают, что с применением
мелкозернистого песка возможно добиться более гладкой поверхности. В случае с традиционными процессами формовки это не возможно из-за необходимости газопроницаемости. В V-процессе такой проблемы не возникает. В V-процессе применение мелкозернистого песка желательно и необходимо. Результатом будет являться гладкая и ровная поверхность, которая обеспечит также и стабильность размеров.
Используя сравнительные показатели измерений поверхности, качество поверхности в V-процессе колеблется от 18 до 25. Обычное литейное предприятие, специализирующееся на литье чугуна, производит отливки с показателями от 50 до 70. Более понятное сравнение: отливки,
произведенные по технологии вакуумно-пленочной формовки, такие же гладкие, как и произведенные по технологии литья в оболочковые формы (Кронинг-процесс), а в большинстве случаев, еще более качественные.
Следующие показатели иллюстрируют типичные качества поверхностей отливок, произведенных с применением различных технологий формовки и измеренных различными приборами. Вы знаете: чем ниже показатель, тем более гладкой получилась поверхность.
Литье под давлением 5-20
Литье под низким давлением 5-20
Штамповка 5-20
Шоу-процесс 5-20
Кронинг-процесс 10-60
СО2- и другие химические процессы 40-80
Песчано-глинистая формовка 50-70
У-процесс 18-25
Чтобы поверхность не утратила свои свойства при чистке, нужно сократить время пескоструйной очистки и применять при этом более мелкий песок.
Хорошие качества поверхности отливок, произведенных по V-процессу, являются существенным преимуществом этой технологии по сравнению с другими процессами формовки.