И н ж. В. К. ВЕДЕЛЬ
ЛИТЬЕ
ПОД низким
ДАВЛЕНИЕМ
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1961
В книге описан новый метод литья под низким дав-
лением для получения из алюминиевых и магниевых
сплавов огливок размером до 1 -и со стенками толщи-
ной 2—2,5 лсм.
Дается описание процесса литья, конструирования
оснастки, приводятся практическая рецептура, режимы,
материалы, чертежи и нормали типовой оснастки н
специального оборудования
Книга предназначается для инженерно-технических
работников литейной специальности, она может быть
использована студентами высших учебных заведений
Метод литья под низким давлением награжден дип-
ломом 1-й степени Выставки Достижений Народного
Хозяйства Союза ССР в 1У5У г
Рецензент канд техн наук Г Ф. Баландин
Редакция литературы, по горячей обработке металлов
Зав. редакцией инж С. Я. ГОЛОВИН
ПРЕДИСЛОВИЕ
Литейное производство на его современном уровне развитая
располагает следующими основными видами литья* 1) литье в
сырые песчаные формы; 2) литье в сухие песчаные формы;
3) литье в оболочковые формы, изготовляемые из смеси песка
с термореактивной смолой; 4) литье с применением химически
твердеющих песчаных форм; 5) литье в металлические формы
(кокильное литье); 6) литье в металлические формы под высо-
ким давлением; 7) литье по выплавляемым моделям (точное
литье); 8) литье с применением гипсовых моделей; 9) литье
центробежное; 10) литье заготовок и труб в охлаждаемых кри-
сталлизаторах.
Каждый из этих видов литья имеет свои технические возмож-
ности, свои положительные и отрицательные стороны и свою
наиболее рациональную область применения. Однако, из какого
материала ни была бы изготовлена литейная форма и как бы
ни протекал в ней процесс кристаллизации, одна из ответст-
венных операций технологического процесса — заполнение фор-
мы сплавом — производится из ручного ковша, инструмента,
применяемого с незапамятных времен. В то же время эта опе-
рация является одной из наиболее ответственных и существенно
влияющих на качество отливки Небывалое в истории бурное раз-
витие всех отраслей народного хозяйства предъявляет и к литей-
щикам свои высокие требования. Работникам литейного произ-
водства приходится иметь дело с все более сложными литыми
деталями; с деталями больших габаритов и большей размерной
точности; с деталями, от которых требуется чистая поверхность
и высокие механические свойства.
Приходится согласиться с тем, что в ряде случаев возможно-
сти литейной технологии уже не в состоянии отвечать этим но-
вым, продиктованным жизнью требованиям. Действительно^
можно ли говорить о стабильности процесса, о точном выдер-
живании теплового режима, о сохранении определенных скоро-
стей металлического потока в форме и о высокой чистоте спла-
ва, когда эти параметры в значительной степени зависят от
навыков, внимания и квалификации рабочего-литейщика.
Результатом творческого содружества науки и практики >
последние годы явилось создание новых методов литья, значи-
3
тельно расширяющих диапазон литейного производства и рас-
крывающих перед ним новые, широкие возможности дальней-
шего развития. К новым методам литья относится литье с после-
довательным формированием, позволяющее получать из легких
сплавов тонкостенные отливки размером до нескольких метров;
литье методом выжимания, позволяющее получать крупногаба-
ритные отливки панельного типа из цветных и черных сплавов
со стенками толщиной от 2 мм, и литье под низким давлением,
позволяющее получать тонкостенные отливки различной конфи-
гурации с повышенной точностью и стенками толщиной от 2 мм Ч
Комплексное применение этих способов позволит получать ли-
тые изделия, ранее Изготовлявшиеся трудоемким процессом клеп-
ки из листа и сортового проката. В задачи настоящей книги
входит ознакомление широкого круга литейщиков и учащейся
молодежи с процессом литья под низким давлением. Чем отли-
чается этот процесс от других видов литья, какие практические
возможности он имеет, в чем его преимущества и недостатки?
Эти вопросы и целый ряд других, несомненно, возникнут у каж-
дого читателя книги. Для того, чтобы не заставлять читателя
искать ответы в последующих главах, является необходимым
в самой сжатой форме сообщить необходимые сведения, поме-
стив их в главу «Сущность процесса производства отливок».
При составлении главы «Особенности и параметры техноло-
гического процесса» была оказана помощь доктором техн, наук
А. Г. Спасским, который кроме того, разрешил привести от-
дельные выводы и определения из его труда «Основы литейного
производства».
1 Заполнение литейнои формы сплавом с применением избыточного дав-
ления известно давно. На этом принципе были основаны компрессорные ма-
шины для литья под высоким давлением. Однако автоматическое управление
скоростью заполнения формы в данном методе осуществлено впервые (Ав-
торское свидетельство № 106276).
ГЛАВА 1
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ЛИТЬЯ
ПОД НИЗКИМ ДАВЛЕНИЕМ
Для того чтобы заполнить сплавом полость литейной формы,
необходимо создать в металлическом потоке известное избыточ-
ное давление, потребное для преодоления различных сопротив-
лений, встречающихся на его пути. К таким сопротивлениям в
первую очередь следует отнести сопротивление вытесняемого из
формы воздуха; сопротивление газов, выделяющихся из песча-
ных стержней и из различных красок; трение сплава о стенки
формы; внутреннее трение частиц сплава в потоке; сопротивле-
ние окисной пленки, всегда имеющейся на поверхности сплава
и т. д.
Помимо этого сплав, отдавая часть своего тепла стенкам
формы, становится менее жидкотекучим, иначе говоря — менее
подвижным. Величина суммы указанных выше сопротивлений
может быть настолько значительной, что гидродинамический на-
пор, определяемый высотой свободно подающей струи, окажется
недостаточным, и участки .формы, наиболее удаленные от места
подвода сплава, окажутся незаполненными.
Искусственное увеличение гидродинамического напора путем
применения более высоких литниковых колодцев повлечет за
собой возникновение струйчатости, вихревых потоков, фонтани-
рования и, как следствие этого, повышенное окисление сплава,
сопровождающееся включением окислов и газов в отливку.
Литье под низким давлением позволяет заполнять полость
литейной формы без применения ковша и, что очень существен-
но, изменять в широком диапазоне гидродинамические и тепло-
физические параметры технологического процесса. Литье под
низким давлением позволяет автоматизировать процесс запол-
нения формы сплавом, а следовательно, сделать его управляе-
мым и не зависящим ог квалификации рабочего. Позволяет
существенно повысить качество литья за счет избыточного дав-
ления в жидком сплаве, что, в свою очередь, допускает получе-
ние отливок с очень тонкими стенками и плотной структурой.
Повышает производительность труда, так как отпадает необхо-
5
димость в подносе металла, замере его температуры перед каж-
дой заливкой, очистке поверхности и заливке в форму. Процесс
автоматического заполнения сплавом полости литейной формы
продолжается от 1,5 до 6—8 сек. в зависимости от веса отлив-
ки. Литые детали получаются с достаточно чистой внешней по-
верхностью, устраняющей необходимость механической обра-
ботки, что очень существенно снижает трудоемкость. Механиче-
ские свойства отливок при этом способе обычно выше, чем при
литье в песчаные формы. Плоские образцы, вырезаемые из раз-
Фиг. 1. Принципиальная схема
установки для литья под нна-
личных участков отливок, пока-
зали те же свойства, что и отли-
тые стандартные образцы, а в
ряде случаев и превышающие
их.
Принципиальная схема уста-
новки для литья под низким дав-
лением показана на фиг. 1. Ме-
таллическая или полуметалличе-
ская литейная форма устанавли-
вается на крышку герметичного
стального тигля 1. Через крышку
проходит один или несколько
стальных металлопроводов 2, не-
много не доходящих до дна тиг-
ля, помещенного в электронагре-
вательное устройство 5. Верхняя
часть металлопровода, оканчи-
вающаяся головкой 4, через лит-
никовую втулку 5 сообщается с
коллектором литниковой систе-
мы 6. Внешняя поверхность от-
ким давлением	ливки получается разъемными
металлическими матрицами 7, а
внутренняя поверхность — сырыми песчаными или оболочковыми
стержнями 8. Конструктивной особенностью литейных форм яв-
ляется тормозящий фильтр 9, названный так потому, что он
свободно пропускает воздух, вытесняемый сплавом из полости
формы, но в то же время оказывает сопротивление поступаю-
щему в него сплаву. Назначением фильтра является плавное
торможение металлического потока в конце заполнения им по-
лости формы. Заполнение формы сплавом осуществляется в
следующей пмследовательности: в наполненный жидким спла-
вом тигель по трубе 10 подается сжатый воздух или инертный
газ, который, оказывая давление на зеркало сплава, вытесняет
его по металлопроводу вверх в литниковую систему, а из нее
в полость формы. Скорость заполнения формы ступенчатая.
Сплав замедленно поднимается до уровня коллектора, где, за-
мыкая собою электрический контакт //, включает ускоритель-
ный клапан пневматической системы, после чего давление в тиг-
ле быстро повышается, и сплав с значительно большей скоро-
стью заполняет полость формы.. По мере возрастания сопротив-
лений как в самом сплаве, так и на пути его в полости формы,
давление в тигле автоматически увеличивается, а, следовательно,
увеличивается давление и в металлическом потоке, позволяя
ему преодолевать возрастающие сопротивления.
В конце заполнения полости формы сплав, замыкая собой
второй контакт электрической блокировки 12, включает соответ-
ствующий прибор, который прекра-
щает дальнейшее увеличение давле-
ния в тигле, но в то же время под-
держивает _ его на достигнутом
уровне до того момента, когда от-
ливка затвердеет. После затвер-
девания отливки сработает реле
времени технологической выдержки,
давление в тигле будет сброшено и
матрицы раскроются.
Некоторые образцы отливок, по-
лученных литьем под низким давле-
нием, показаны на фиг. 2. Эти от-
ливки из алюминиевых сплавов
имеют толщину стенок от 2 до 3 мм
и наибольшую высоту 700 мм.
Уместно сказать, почему такие
отливки, особенно с высокими проч-
ностными показателями, невозмож-
но получить с применением сущест-
вующих способов литья.
Для того чтобы заполнить спла-
Фиг. 2. Отливки из алюминие-
вых сплавов, полученные лить-
ем под низким давлением.'
форму сплав затвердеет
в том, что значительная
вом литейную форму, представляю-
щую собой большую щелевидную
полость, необходимо чтобы поток
еплава обладал высокой скоростью.
В противном случае, поступающий в
раньше, чем произойдет ее заполнение.
Основная трудность заключается
часть энергии потока расходуется на преодоление гидравличе-
ских и иных сопротивлений, возникающих при вытеснении из
формы воздуха, при изменении направления металлического по-
тока, при повышении вязкости сплава, при преодолении спла-
вом натяжения окисной пленки и т. д. Сумма этих сопротивле-
ний может быть настолько значительной, что сплав в каком-
либо сечении формы закристаллизуется на всю толщину стенки
отливки и прекратит дальнейшее движение к участкам, рас-
положенным выше затвердевшей зоны. Увеличение скоростного
напора при существующей технологии литья в песчаные или
7
металлические формы может быть достигнуто подъемом лит-
никового стояка до какой-то оптимальной величины Однако
это повлечет за собой вспенивание сплава при выходе его в лит-
никовый коллектор, разбрызгивание его, инжектирование воз-
духа и интенсивное окисление. Поэтому увеличить высоту лит-
никового стояка можно только до вполне определенного значе-
ния.
Заполняемость металлической формы может быть увеличена
за счет ее повышенного нагрева и снижения тем самым величи-
ны термического сопротивления. В то же время это мероприятие
отрицательно скажется на последовательной кристаллизации
сплава и может вызвать брак
/Mow
Фиг. 3. Схема падения напора при
ковшовой заливке литейных форм.
литья по усадочной пористо-
сти и трещинам.
На фиг. 3 приведена схема,
иллюстрирующая падение ско-
ростного напора при заполне-
нии формы через обычно при-
меняемую литниковую систему.
По мере подъема уровня
сплава в форме величина на-
пора .все время уменьшается,
тогда как условия получения
тонкостенных отливок требуют
как раз обратного, т. е. увели-
чения скоростного напора про-
порционально возрастающим
сопротивлениям. Заполнение
формы должно происходить
так, чтобы жидкий сплав плотно прилегал к ней, воспроизводя
все ее контуры, не образуя на своей поверхности складок, пле-
нок, неспаев, заворотов и т. п.; вместе с тем в металл при запол-
нении формы не должны быть увеличены воздух, водяные пары,
газы и неметаллические включения. При литье в кокилЪ с обыч-
ной ковшовой заливкой потребовалось бы увеличить толщину
стенки в отливке до 5 мм, как это показано на фиг. 4, т. е. вве-
сти припуск на обработку внешней поверхности, который, бу-
дучи переведен в стружку, составил бы вес чистовой детали,
а в ряде случаев значительно превысил его. Известно, что струж-
ка в производстве дает потери, так как стоимость ее в несколько
раз меньше, чем стоимость сплава, приготовленного из чистых
металлов. Следовательно, из одного и того же количества мате-
риала литьем в кокиль можно получить одну отливку, а литьем
под низким давлением две. При литье в песчаные формы тол-
щина стенки также будет не менее 5—6 мм, и в обоих случаях
встретится значительное количество брака по разностенности,
если принимать за базу внутреннюю, необрабатываемую поверх-
ность. Выдержать при механической обработке стенку толщиной
8
2—3 мм, особенно при значительных размерах отливки, очень
трудно.
Широко применяемый способ литья под высоким давлением
позволяет получать тонкостенные отливки высокой чистоты и
точности, но с габаритными размерами, не превышающими
500 мм. Правда, из иностранных источников известно о маши-
нах, допускающих отливку значительно больших деталей, но
эти машины уникальны, очень сложны, имеют высокую стои-
мость и требуют высококвалифицированного обслуживания и
ухода. Органическим недостатком литья под высоким давле-
Фиг 4 Отливка, полученная литьем под низким
давлением и литьем в кокиль.
нием является разброс механических свойств в разных по тол-
щине сечениях отливки, что вызывается газовой и усадочной
пористостью — постоянными спутниками этого вида литья.
Присутствие подкорковых газовых пузырьков делает невоз-
можной термическую обработку отливок, так как в процессе на-
грева газовые пузырьки расширяются и образуют на поверхно-
сти отливок выпуклости. Также невозможно применять песча-
ные стержни, а составные металлические стержни очень слож-
ны, удорожают процесс и не всегда надежны в эксплуатации
Высокая сложность и стоимость пресс-форм делают литье под
высоким давлением рентабельным преимущественно в условиях
массового производства.
За последнее время делаются попытки устранить пористость
в отливках путем устройства промывников, прессования сплава
в форму по ступенчатому режиму и применения вакуум-отсоса
из полости пресс-формы. Однако широкого промышленного при-
менения эти мероприятия пока еще не нашли.
9
Литье под низким давлением в металлические, полуметалли-
ческие и в оболочковые формы допускает производство отливок
•с поверхностью до 15 000 см2. Такую поверхность имеет цилиндр
диаметром 500 мм и высотой около 1 м. Отливки цилиндриче-
ской или другой геометрической формы могут иметь различные
углубления, массивные фланцы, приливы, бобышки и другие
конструктивные элементы. На литье под низким давлением мо-
жет быть переведено значительное количество разнообразных
отливок..
Условия, необходимые для получения тонкостенных литых де-
талей из легких сплавов, охватывают большое количество тех-
нологических факторов, знание которых и уменье применять их
на практике определяют конечный результат. Сокращение сро-
ков освоения технологической оснастки и получение качествен-
ных отливок зависят в равной степени от квалификации техно-
лога и от уменья его правильно наметить методику отработки
технологического процесса. Часто даже опытный технолог от-
влекается второстепенными, но на его взгляд существенными
факторами, и незаметно для себя отходит от правильного пути,
чтобы затем вернуться на него, потеряв напрасно много времени
и личной энергии. Каждый технологический процесс имеет свои,
^свойственные только ему особенности, которые, в свою очередь,
•определяют гидравлические и теплофизические параметры, обес-
печивающие необходимые результаты. С другой стороны, кон-
струкция, размеры и материал отливаемой детали предъявляют
свои технологические требования, игнорирование которых при-
ведет к заведомо отрицательным результатам.
Операцией, решающим образом влияющей на формообразо-
вание отливки и на ее качество, следует считать подачу жидкого
сплава в полость литейной формы. Эта операция, в свою оче-
редь, находится в зависимости от размеров отливки, ее мате-
риала, конструктивных особенностей и от принятого технологи-
ческого процесса.
Подача жидкого сплава в полость литейной формы за еди-
ницу времени естественно должна быть тем большая, чем быст-
рей снимается теплота перегрева, влияющая на вязкость спла-
ва, а отсюда и на его жидкотекучесть. Следовательно, для полу-
чения тонкостенных отливок требуется большая подача сплава
в секунду, чем для толстостенных; для отливок более высоких
требуется большая подача, чем для низких при одинаковой тол-
щине стенок. При получении отливок в металлической форме
требуется большая подача сплава в единицу времени, чем при
литье в песчаные или оболочковые формы и т. д.
Повышенная линейная скорость сплава при входе его в по-
лость формы является опасной, так как она может вызвать
^образование открытых вихрей, сопровождающихся раздробле-
нием струй и захватом воздуха, или окажется столь велика, что
приведет к размыву сырых стержней. Эта опасность резко сни-
по
жается с того момента, когда заполнение полости формы станет
осуществляться «под заполненный уровень», т. е. когда уровень
сплава поднимется настолько, что перекроет сечения каналов,
сообщающих металлопровод с полостью формы; с этого момента
открытых вихрей обычно не образуется, а энергия ускорения
распределяется в объеме жидкого сплава. Следовательно, за-
полнение каналов литниковой системы следует осуществлять
более медленно, и только после того, когда литниковая система
будет заполнена, можно без опасения значительно увеличивать
скорость заполнения полости формы.
Практика получения тонкостенных литых деталей позволила
определить отправные условия, положенные в основу литья под
низким давлением.
1.	Сохранение теплосодержания в жидком сплаве, поступаю-
щем в полость формы, за счет повышенной и регулируемой ско-
рости потока, что позволяет получать отливки с тонкой стенкой
и большой поверхностью.
С увеличением линейной скорости сплава получается более
высокое теплосодержание в потоке, так как сплав за короткий
период времени не успевает отдать значительную часть своего
тепла стенкам формы. ,что способствует лучшему заполнению
тонкостенных и протяженных сечений формы.
Высокая скорость потока позволяет разрушать и расплавлять
образующие ветви кристаллов, что также способствует лучшему
заполнению формы.
2.	Создание температурного градиента в потоке сплава, обес-
печивающего кристаллизацию его в узком слое, в направлении
от поверхности литейной формы к средней зоне стенки отливки.
При лйтье тонкостенных деталей с большой поверхностью
необходимо, чтобы процесс кристаллизации шел узким слоем
в направлении от поверхности формы к средней зоне стенки от-
ливки. Для этого нужно создать такое температурное поле в
сечении потока сплава, чтобы температурный градиент в зоне
кристаллизующего слоя был наибольшим. Чем больше темпера-
турный градиент, тем более тонкий слой алюминиевого или маг-
ниевого сплава будет кристаллизоваться в единицу времени и
тем лучше будет поверхность отливаемой детали. Необходимый
температурный градиент можно получить, пропустив через ще-
левидную полость литейной формы несколько большее количе-
ство сплава, чем это необходимо для формирования отливки.
При широкоинтервальном, например, магниевом сплаве, избы-
точное количество его, проходящее через полость формы, будет
разрушать и расплавлять кристаллизующуюся двухфазную зону
и существенно улучшать также и качество структуры отливки.
3.	Создание избыточного давления в жидком сплаве, запол-
нившем полость литейной формы, обеспечивающего питание кри-
сталлизующихся слоев отливки как в тонких, так и в массивных
сечениях.
Прй отливке тонкостенных деталей кристаллизация отливки
в потоке происходит последовательно тонкими слоями, и жидкая
фаза имеет доступ к любому участку кристаллизующегося слоя.
При этом уже закристаллизовавшиеся слои будут плотными,
а объемная усадка компенсируется поступающим под избыточ-
ным давлением жидким сплавом. Пб* мере увеличения толщины
кристаллизующихся слоев доступ жидкой фазы к питаемым уча-
сткам будет все более затрудняться, что послужит причиной воз-
никновения усадочной пористости. Идеальным условием для
локализации усадочных образований в тонкостенной отливке
будет пропускание через полость формы такого количества
жидкого сплава, при котором постепенно наращиваемые кри-
сталлизационные корочки соединятся между собой. Однако та-
кой прием при литье под низким давлением не будет рациональ-
ным, так как потребует большого расхода металла, в несколько
раз превышающего вес отливки. Возможным, оправдавшим себя
приемом будет создание в сплаве, заполнившем полость формы,
постоянного избыточного давления, обеспечивающего приток
жидкой фазы к кристаллизующимся слоям и заполняющего меж-
кристаллические усадочные поры.
Это не исключает, однако, необходимости применения отвод-
ных прибылей, выполняемых на утолщенных участках, в виде
приливов и бобышек.
Естественно, что при увеличении высоты отливки наименьшее
значение толщины стенки также следует увеличить.
4	Плавное, по заданному режиму, нарастание давления в
тигле предотвращает прорыв газа из тигля в полость литейной
формы.
Прорыва газа из тигля не наблюдается, пока возрастающее
давление в тигле почти уравновешивается весом сплава, вытес-
няемого по металлопроводу, согласно равенству
4 Г 4
где D — диаметр зеркала сплава в тигле;
р — удельное давление газа в тигле; '
d — внутренний диаметр металлопровода;
Н—высота столба сплава в мегаллопроводе;
Y—удельный вес сплава.
Это относительное равенство сохраняется до тех пор, пока
не закончится заполнение металлопровода и не начнется запол-
нение коллектора; при этом поток сплава в течение 0,5—1,0 сек.
изменит свое направление с вертикального на горизонтальное,
и соответствие давлений нарушается. Так создаются условия
для прорыва газа, который под все возрастающим давлением
направится по пути наименьшего сопротивления, т. е. в метал-
лопровод. При последующем заполнении полости формы относи-
тельное равенство будет восстановлено, так как поток примет
12
опять вертикальное направление. Относительным равенство на-
звано потому, что прй абсолютном равенстве никакого движения
металла не будет.
Была установлена оптимальная скорость движения сплава
при подъеме его до уровня коллектора и при заполнении поло-
сти формы.
В первом случае величина линейной скорости может коле-
баться в пределах 0,05—0,1 м/сек, а во втором от 0,15 до
0,4 м/сек.
Опасность прорыва газа возрастает с увеличением объема
горизонтальной части коллектора, требующего более длитель-
ного времени для заполнения его сплавом, поступающим из
металлопровода. Необходимый режим и регулирование скоро-
сти нарастания давления обеспечиваются автоматически прибо-
рами управления.
5. Плавное торможение потока сплава после заполнения им
полости литейной формы гасит инерционные силы, направлен-
ные вдоль потока, и повышает в нем гидростатическое давление.
В тот момент, когда жидкий сплав, заполнив форму и по-
лость промывника, прекращает свое поступательное движение,
кинетическая энергия потока превращается в потенциальную,
а скоростной напор — в гидростатическое давление. Если тор-
можение потока имеет резкий характер, то в нем наблюдается
явление гидравлического удара, причем энергия этого удара
распространяется в жидкой фазе сплава в направлении, обрат-
ном движению потока, т. е. сверху вниз. Под действием гидрав-
лического удара сырые стержни, сделанные из формовочной
смеси, деформируются, что сказывается на геометрической фор-
ме и размерах получаемых отливок. Плавное торможение по-
тока сплава после заполнения им полости формы устраняет гид-
равлический удар и повышает в жидкой фазе сплава гидроста-
тическое давление, необходимое для уплотнения структуры, уст-
ранения газовых вмятин и для повышения четкости и точности
поверхностей отливаемой детали.
ГЛАВА II
ОСОБЕННОСТИ И ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА
В результате проведенных экспериментальных работ были
выявлены особенности технологического процесса литья под низ-
ким давлением, позволившие сформулировать приведенные вы-
ше условия, характеризующие процесс формирования отливки,
а также определить размерность технологических параметров и
последствия отклонения от них. Автор предупреждает, что по-
следующее описание не претендует на исчерпывающую полноту
и непогрешимую точность. Это — первые шаги по установлению
нового технологического процесса. Несомненно, что последующие
работы внесут существенные коррективы как в теоретические
основы литья, так и в практические рекомендации.
1.	ВЕЛИЧИНА РАБОЧЕГО ДАВЛЕНИЯ
Величина рабочего давления газовой среды на зеркало спла-
ва в тигле должна быть такой, чтобы:
1)	преодолеть местные сопротивления на пути металла, в том
числе и сопротивление вытесняемого из формы воздуха;
2)	преодолеть внутреннее сопротивление в сплаве, возра-
стающее по мере понижения его температуры, а отсюда и повы-
шения вязкости;
3)	преодолеть сопротивление воздуха, расширяющегося при
нагреве и захваченного между движущимся металлом и стенкой
формы;
4)	обеспечить избыточное давление в сплаве, необходимое
для питания кристаллизующихся слоев во время объемной
усадки;
5)	обеспечить наибольшую, но в пределах ламинарного по-
тока разность скоростей в центре металлического потока и на
границе его с полостью формы, способствующую дегазации спла-
ва и удалению из него неметаллических включений.
В начальной стадии работ по освоению литья под низким
14
давлением величина рабочего давления определялась из следую-
щего соотношения:
Р =•	1,5 = см. рт. ст..
13,6
-7
1—2
__4
$
5 Схема отливки
расчета величины
Фиг
для
рабочего давления.
1 — фильтр, 2 — промывник
3 — отливаемая деталь, 4-~
литниковая система, 5 — ис
ходнЫй уровень сплава,
тигель
где Н — высота подъема сплава в см\
Y — удельный вес сплава в г/гл«3;
1,	5 - коэффициент превышения, необходимый для преодо-
ления указанных выше сопротивлений;
13,6 — удельный вес ртути в г)см3.
При коэффициенте превышения, равном 1,5, наблюдался ин-
тенсивный выплеск сплава через лаби-
ринт тормозящего фильтра и образо-
вание на внутренней поверхности от-
ливки слоя механического пригара.
Последующее снижение величины дав-
ления позволило опытным путем уста-
новить его оптимальную величину, при
которой отливки, имея полное формо-
образование, были свободны от внеш-
них и внутренних дефектов.
На фиг. 5 показана схема отливки
из алюминиевого сплава высотой
440 мм со стенкой толщиной 2,5 мм.
При первой отливке уровень сплава
в тигле находился на расстоянии
450 мм от основания коллектора.
Давление, необходимое для подъема
сплава на полную высоту до основа-
ния тормозящего фильтра без учета
коэффициента превышения, равно рн —
-=-L— ------—— =186 мм рт. ст.
13,6	1
При этом также наблюдался выплеск
сплава из фильтра, правда, менее ин-
тенсивный.
Идя по пути снижения рабочего
давления, были произведены отливки
при настройке прибора на давление
160 мм рт. ст. Отливки при этом полу-
чались вполне качественными, а запол-
нение сплавом лабиринта тормозящего фильтра подтвердило нали-
чие избыточного, сверх расчетного давления. После подъема дав-
ления в тигле до заданной величины, в данном примере до
160 мм рт. ст., срабатывал клапан автоматического управления
подачей и перекрывал воздухоподводящую магистраль. Однако
и после перекрывания магистрали давление в тигле продолжало
повышаться за счет расширения воздуха, находящегося в на-
15
гретом герметичном объеме тигля. Величина давления при этом
повышалась на 30—40 мм рт. ст., что отмечалось манометром,
сообщающимся с полостью тигля. Повышение давления в ре-
зультате расширения воздуха в тигле и некоторая инерция спла-
ва, с большой скоростью заполняющего форму, внесли некото-
рую поправку в способ расчета величины рабочего давления,
что и учитывалось в дальнейшем при настройке приборов авто-
матического управления.
2.	СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ СПЛАВА В МЕТАЛЛОПРОВОДЯЩЕЙ
СИСТЕМЕ
Выше говорилось о роли давления как фактора, определяю-
щего качество получаемых литых деталей. В свою очередь от
величины рабочего давления зависят линейная скорость сплава
и его расход. Увеличение расхода полезно во всех случаях; ве-
личина же линейной скорости имеет свой предел и не должна
превышать 1,5—1,6 м]секх. При более высокой линейной скоро-
сти поток приобретает турбулентный характер, сопровождаю-
щийся завихрением его, размывами струи и инжекцией воздуха.
Для выравнивания скорости подачи металла при литье в песча-
ные формы применяют заливку «на полный литник», и тогда
необходимое количество- металла, поступающего из литниковой
чаши в полость формы, регулируется сечением литникового
стояка. При литье в кокиль регулирование скорости потока до-
стигается применением змеевидных литниковых каналов, верти-
кально-щелевых литниковых систем, а также наклоном кокиля
в процессе заливки в него жидкого сплава. При литье под низ-
ким давлением, где скорости металлического потока значительно
выше, чем при ковшовой заливке песчаных и металлических' ли-
тейных форм, необходимо особенно следить за тем, чтобы линей-
ная скорость не превышала верхнего предела.
Для практических целей вполне достаточно контролировать
скорость в наименьшем сечении металлопровода, каким являют-
ся литниковая втулка и скорость в основании полости литейной
формы. Приведем следующий пример: литниковая втулка имеет
внутренний диаметр 30 мм с площадью поперечного сечения
F=7 см2. Ориентировочный расчет линейной скорости сплава
можно произвести по элементарной формуле
у
<о = — : Z см[сек,
где V — объем сплава, проходящий через расчетное сечение,
в см3;
F—наименьшее сечение металлопровода в см3;
Z — время прохождения сплава в сек. 1
1 Для алюминиевых и магниевых сплавов.
16
Имея объем сплава V, равный 3630 см3, включая сюда объем
отливки, объем литниковой системы и объем промывника, а так-
же время прохождения сплава Z=4 сек., получим линейную ско-
рость со —
---- =130 см!сек, или 1,3 м/сек. Как видно, эта ско-
7*4
рость не превышает наибольшей скорости ламинарного потока.
При разработке технологической методики получения отливок
с большей металлоемкостью следует подобным образом опре-
делять скорость сплава и, в случае превышения ее, либо увели-
чить диаметр литниковой втулки, либо применить несколько ме-
таллопроводов. Увеличение диаметра литниковой втулки не
всегда желательно, так как сплав в ней затвердевает в послед-
нюю очередь, что может повести при удалении отливки из фор-
мы к обрыву литникового остатка с последующим трудоемким
удалением его из втулки.
На примере отливки, показанной на фиг. 35, было установ-
лено, что в случае заполнения формы в течение 2,5 сек. какие-
либо дефекты на отливке отсутствовали. В то же время сниже-
ние скорости на 1 сек., т. е. доведение времени заливки до
3,5 сек. вызвало недолив формы и образование спаев на поверх-
ности отливки. Определим линейную скорость сплава в том и
другом случае. Вес отливки, включая сюда и вес промывника,
равен 7,8 кг. Через сечение в основании формы, равное 17 см2,
в течение 2,5 сек. проходит 7800 : 2,6 = 3000 см3 сплава. Линейная
скорость сплава в сечении формы у ее основания равняется
Ш : Z =	: 2,5 = 70 см1сек = 0,7 м/сек.
F	17
Во втором случае при времени заполнения формы 3,5 сек.,
линейная скорость равна
ш — 3000 :3,5 = 50 см/сек = 0,5 м/сек.
17	’	1
Отсюда очевидно значение скорости сплава при заполнении
им полости формы, а также и величины рабочего давления, от
которого эта скорость зависит.
Практически продолжительность заполнения формы контро-
лировалась замером времени между включениями индикатор-
ных ламп на щите управления. Необходимо учесть, что с пони-
жением уровня сплава в тигле давление в нем необходимо уве-
личивать, иначе установленный режим скоростей будет нару-
шен и отливки будут получаться с незаливами.
Практика показала, что в зависимости от высоты отливаемой
детали, ее металлоемкости и конструктивных особенностей вели-
чина давления, а отсюда и линейная скорость сплава, меняются
в довольно значительных пределах, однако не превышающих по
2 В. К. Беделл	J7
величине давления 0,7 кГ/см2 *, а по скорости 1,5 м/сек. На-
стройка и регулировка величины рабочего давления в первом
варианте литейной установки осуществлялись переключением
контактов ртутного манометра, что позволяло регулировать ве-
личину давления только с значительным приближением.
В более совершенной конструкции литейной машины величи-
на рабочего давления регулируется автоматически.
3.	ТОРМОЖЕНИЕ ПОТОКА СПЛАВА ПОСЛЕ ЗАПОЛНЕНИЯ
ИМ ПОЛОСТИ ФОРМЫ
Одной из особенностей литья под низким давлением является
возможность управления скоростью торможения потока сплава
после заполнения им полости формы. При обычных способах
литья прибыли выполняются открытыми, так как энергия ско-
ростного напора, определяемая, как уже упоминалось выше,
уровнем металла в литнике, в конце заполнения формы прибли-
жается к нулевому значению. При этом условии опасность пере-
лива металла через прибыли устраняется.
При литье под низким давлением величина скоростного на-
пора превышает вес столба металла от основания формы до
верхнего уровня в промывнике. Кроме того, сплав, заполняя
форму с значительной линейной скоростью, приобретает извест-
ную инерцию. Если полость промывника будет открытой, как
при обычных способах литья, то неизбежны фонтанирование и
перелив сплава. Для наблюдения за явлениями, происходящими
при торможении сплава, полость промывника перекрыли сухим
пластинообразным песчаным стержнем, как крышкой, снабжен-
ным многочисленными отверстиями для свободного выхода воз-
духа.
Для получения внутренней поверхности в отливке был приме-
нен стержень, сделанный из формовочной смеси прочностью на
сжатие от 0,4 до 0,6 кГ/см2.
В результате резкого торможения металлического потока наб-
людалась деформация сырого стержня, сопровождаемая умень-
шением диаметра его верхней части от Dx до D2 с соответствую-
щим увеличением толщины стенки Si до S2 в отливке, как это
показано на фиг. 6.
Определив твердомером усилие, необходимое для смятия бо-
ковой поверхности стержня, можно установить, что наибольшая
величина статического давления, развиваемого в верхней части
полости формы, достигала при этом 1 кГ/см2, что в 2—2,5 раза
превышало прочность на сжатие сырого стержня. В то же время
наибольшая теоретическая величина давления в потоке сплава
в верхней части полости формы не превышала 0,15—0,20 кГ/см2
* При большем давлении установка подвергается контролю Котлонад-
зора.
18
исходя из величины рабочего давления в тигле и потерь давле-
ния при подъеме сплава в полости формы.
Помимо деформации сырого стержня на внутренней поверх-
ности отливок наблюдался интенсивный механический пригар,
слой которого в верхней части отливки доходил до 5 мм. При-
менив лабиринтный тормозящий фильтр, удалось полностью
устранить гидравлический удар, плавно затормозить металли-
ческий поток и также плавно повысить в нем статическое дав-
Фиг. 6 Деформация сырого стержня в результате
гидравлического удара.
ление. Как явствует из предыдущих условий, возможность повы-
шения статического давления является одним из необходимых
условий для получения качественных отливок с плотной струк-
турой. Замена сырых стержней на оболочковые и металличе-
ские составные позволит еще более увеличить рабочее давле-
ние, а отсюда и скорость заполнения полости формы.
4.	КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СПЛАВА В ПОЛОСТИ ФОРМЫ
При получении литых деталей в песчаные или металлические
формы (кокили) заполнение форм сплавом и кристаллизация его
происходит под атмосферным давлением (за исключением от-
дельных случаев заливки в вакууме). При этом кристаллизация
обычно происходит во всем объеме заполнившего форму сплава
с пополнением между кристаллических пустот за счет вышележа-
щих слоев под действием их веса.
19
Существенное влияние на процесс кристаллизации имеет ско-
рость заполнения сплавом полости литейной формы. Чем мед-
леннее заполняется форма, тем в более широком слое происхо-
дит зарождение центров кристаллизации, тем большая масса
сплава кристаллизуется в единицу времени и тем менее четко
выделена граница между твердой и жидкой фазами.
Иная картина наблюдается при быстром заполнении.
Перемещающийся с большой скоростью поток размывает и
расплавляет структурный скелет, замедляет рост кристаллиза-
Фиг. 7. Схема кристаллизации алюминиевого сплава
а — при медленной заливке, б — при быстрой заливке, 1 — твердый сплав, 2 — твердый
и жидкий сплав, 3 — жидкий сплав, 4 — кривая распределения температур, 5 — стенка
формы (
ционной корочки, сокращает массу металла, кристаллизующуюся
в единицу времени, и резко отделяет жидкую фазу от твер-
дой.
На фиг, 7, а показана условная схема кристаллизации сплава
АЛ-2 при медленной заливке, а на фиг. 7, б аналогичная схема,
но при более быстрой заливке. Как видно, во втором случае
фронт кристаллизации занимает более узкий слой с обильным
содержанием жидкой фазы. При существующих способах литья
скорость заполнения формы не поддается регулированию, так
как она находится в прямой зависимости от напора, определяе-
мого, в свою очередь, высотой литникового стояка, т. е. фактора,
регулируемого в очень незначительных пределах.
Необходимо иметь в виду, что при литье тонкостенных дета-
лей со стенкой толщиной 2—3 мм процесс снятия теплоты пере-
грева от температуры заливки до начала кристаллизации про-
исходит очень быстро, а следовательно, и сам процесс кристал-
лизации занимает несколько секунд.
20
Это условие определяет роль промывника как резервуара,
предназначенного для перепуска определенного объема жидкого
сплава, размывающего структурный скелет и уплотняющего кри-
сталлизующийся слой. При обычных способах литья с малым
температурным перепадом в потоке трудно обеспечить одновре-
менное присутствие твердой и жидкой фаз, в силу чего кристал-
лизация будет происходить одновременно по всему сечению
с образованием структур-
ных мостов, препятствую-
щих дальнейшему про-
движению сплава.
При литье под низким
давлением более высокое
теплосодержание в пото-
ке, определяемое повы-
шенной скоростью пере-
мещения сплава, способ-
ствует расплавлению
структурных мостов и
увлечению потоком уже
сформировавшихся кри-
сталлов. Для проверки
скорости кристаллизации
сплава был проведен спе-
циальный эксперимент
В верхней части полуме-
таллической формы
(фиг. 8) была установле-
на переливная чаша /,
сделанная из стержневого
состава. Объем чаши был
Фиг. 8. Эскиз литейной формы с перелив-
ной чашей:
1 — переливная чаша, 2 — матрица, 3 — литнико-
равен двухкратному объе-	эая втулка-
му полости формы. За-
полнение полости формы и переливной чаши магниевым сплавом
под избыточным давлением продолжалось около 3 сек., после
чего тигель сообщался с атмосферой, и сплав из полости формы
сливался обратно. Полученная при этом кристаллизационная ко-
рочка показана на фиг. 9 и 10, а на фиг. 11 дан разрез литни-
кового остатка, извлеченный из литниковой втулки, через кото-
рую происходило -заполнение формы и обратный слив сплава.
Этот и последующие эксперименты с магниевым и алюминиевым
сплавами подтвердили кратковременность образования кристал-
лизационной корочки, причем более толстая корочка (до 0,1—
0,2 мм) наблюдалась со стороны сырого песчаного стержня, что
могло быть результатом испарения влаги и ускоренного в связи
с этим охлаждения пограничных слоев сплава.
Для того чтобы тонкостенная отливка не имела усадочных
дефектов в виде пористости, а также газовых дефектов в виде
21
вмятин, раковин и окисленных следов, необходимо создать такие
условия кристаллизации, при которых жидкая фаза сплава под
повышенным давлением непрерывно поступала бы к кристалли-
зующимся слоям по всей высоте отливки.
При литье под низким давлением это обеспечивается самим
характером кристаллизации сплава в условиях движущегося по-
тока. Под влиянием возрастаю-
Фиг. 9. Закристаллизовавшаяся
корочка толщиной 0,1—0.2 мм.
щего давления (от нагревания)
воздух, пары воды и газы, нахо-
дящиеся между сплавом и стен-
кой формы, стремясь расширить-
ся, будут перемещаться в том
направлении, в котором сопро-
тивление проникновению наи-
меньшее. Если давление в потоке
сплава незначительно, то тонкая
корочка под давлением расши-
Фиг. 10. Внутренний вид закристал-
лизовавшейся корочки.
ряющегося газа продавливается, оставляя на поверхности от-
ливки вмятину. Перемещающийся воздушный пузырь, отдавая
кислород металлу, оставляет на поверхности отливки окислен-
ный след.
На фиг. 12 показана микроструктура стенки отливки из алю-
миниевого сплава АЛ-4 толщиной 2,5 мм со стороны, образуемой
22
сырым стержнем, сделанным из формовочной смеси. Как уже
отмечалось, кристаллизация тонкостенных отливок протекает бо-
лее интенсивно со стороны сырого стержня, чем со стороны
металлической матрицы, имеющей, кроме того, специальное теп-
лоизоляционное покрытие. Микроструктура подтверждает зна-
чительное количество столбчатых кристаллов, характерных для
Фиг. И. Литниковый остаток после слива сплава.
зон, кристаллизующихся с высокой скоростью. Наоборот, струк-
тура отливки со стороны металлической матрицы (фиг. 13) со-
стоит из равноосных разного размера кристаллов, что говорит
о замедленной кристаллизации.
Полость в литейной форме, предназначенная для получения
литой детали, имеет нижнюю, среднюю и верхнюю зоны. Верхняя
зона примыкает к полости промывника, а нижняя к коллектору.
23
Условия, при которых производится пополнение усадочных ш
стот, возникающих в результате объемной усадки сплава, цел<
сообразно рассматривать применительно к этим зонам.
Фиг, 12. Микроструктура отливки из алюминиевого
сплава со стороны песчаного сырого стержня.
Фиг 13 Микроструктура со стороны металлической
матрицы
а)	Условия для питания кристаллизующихся слоев,
расположенных в нижней зоне отливки
По общепринятой технологии литья в песчаные и металличе-
ские формы (кокили) положение отливаемой детали опреде-
ляется, помимо других факторов, расположением наиболее мас-
сивных сечений в верхней зоне формы под питающими прибы-
лями. При проектировании литниковых систем стремятся к тому,
чтобы иметь возможность подать в прибыли наиболее горячий
сплав, делая для этого специальные ответвления от литниковых
24
стояков, подающие сплав в дополнительные верхние коллекторы,
сообщающиеся с прибылями, или доливая прибыли из другого
ковша. При этом исходят из общепринятой схемы кристаллиза-
ции в направлении снизу вверх, с последовательным питанием
усадочных образований за счет вышележащих и более горячих
слоев жидкого металла.
При литье под низким давлением положение меняется. Из-
быточное давление, под дейст-
вием которого сплав поступает
в литейную форму, позволяет
располагать массивные участ-
ки отливки в нижней зоне, га-
рантируя их высокую плот-
ность, четкость очертаний и
чистоту поверхности.
Рассмотрим на примере пи-
тающую систему нижней зоны
отливки, полученной литьем
под низким давлением из
алюминиевого сплава. На
фиг. 14 показана схема отлив-
ки, имеющей на нижнем флан-
це массивные приливы, при-
мыкающие к стенкам толщи-
ной 2 лш. Для подъема спла-
ва из коллектора до верхней
точки промывника необходимо
п
давление Р= • р, где р —
Фиг 14 Схема пополнения уса
дочшх образований в зоне ниж
него фланца
коэффициент превышения для
указанной отливки, равный по
опытным данным 1,25*. Подставив цифровые значения, получим
р 25-2,6
13,6
1,25^6,25^60 мм рт. ст
По мере утолщения кристаллизационных корочек и повыше-
ния вязкости в сплаве приток его снизу вверх затрудняется и
одновременно с этим повышается давление в коллекторе. Это
явление объясняется тем, что сплав, заполнив полость формы,
расположенную выше коллектора, начнет кристаллизоваться в
направлении от поверхности формы к средней зоне стенки от-
ливки. Через некоторое время все сечение полости формы, за-
полненное сплавом, затвердеет, тогда как сплав, находящийся
в более массивном и хорошо утепленном коллекторе еще неко
торое время (5—10 сек) будет пребывать в жидком состоянии.
* За счет повышения давления газа в герметичном и нагретом объеме
тигля
25
В то же время на сплав, находящийся в коллекторе, уже не
будет оказывать давления вышележащий столб металла, запол-
нившего полость формы и затвердевшего в ней. В результате
давление в коллекторе приобретает полное значение, т. е.
60 мм рт. ст. Это давление, поддерживаемое в течение техноло-
гической выдержки, весьма интенсивно и равномерно вытесняет
жидкий сплав в более массивные сечения, расположенные в зоне
нижнего фланца. Более ощутимое представление об эффективно-
сти нижнего питания можно получить, если перевести давление
в 60 мм рт. ст. на эквивалентную высоту столба алюминиевого
сплава, т. е. высоту обычной прибыли
Нсал = ^£- = 3\=310 мм.
Следовательно, жидкий сплав, поступающий под давлением
60 мм рт. ст. из коллектора к массивным сечениям нижнего
фланца, производит такую же работу, какую произвела бы от-
водная прибыль высотой 310 мм, показанная тонкими линиями
на фиг. 16. Следует добавить, что тепловые параметры коллек-
тора значительно выше, чем отводной прибыли, благодаря более
высокой температуре и лучшей теплоизоляции, что еще больше
повышает его эффективность. Также необходимо учитывать, что
обычные прибыли действуют только на тот участок, к которому
они примыкают, тогда как коллектор обеспечивает интенсивную
подачу жидкого сплава ко всему периметру фланца отливки с
имеющимися на нем приливами, утолщениями, бобышками и
ребрами. В этом заключается одно из ценных преимуществ
литья под низким давлением.
На фиг. 15, а показан частичный разрез литейной формы по
массивной бобышке, имеющейся на нижнем фланце. При ширине
щели кольцевого питателя, равной s, на всех бобышках наблю-
дались усадочные утяжины а. После местного увеличения питаю-
щего сечения (только под бобышками) до размера усадочные
утяжины были ликвидированы (фиг. 15,6).
В суженном сечении питателя в результате интенсивного от-
вода тепла массивным основанием кокиля возникали структур-
ные мосты I—I из сросшихся кристаллов, изолирующие питаемое
сечение от жидкого сплава, находящегося в коллекторе.
Интересное явление наблюдалось при отливке из алюминие-
вого сплава детали высотой 800 мм при рабочем давлении в
тигле, равном 250 мм рт. ст. Спустя некоторое время после за-
полнения формы створчатые матрицы неожиданно приподнима-
лись над плитой, скользя по колонне, и металл уходил в образо-
вавшуюся щель. Подъем матриц весом в 200 кг происходил за
счет устранения противодавления на коллектор, которое оказы-
вал жидкий сплав до затвердевания его в полости формы.
Сделаем простой расчет.
26
Площадь проекции кольцевого углубления для коллектора,
выполненного в подвижных частях матрицы, и горизонтальная
площадь металлоподводящих каналов, соединяющих коллектор
с центральным металлопроводом, были равны 425 см2, Давление
в коллекторе после заполнения формы Р = ^7^“ =0,34 кГ/см2,
Ivvu
Учитывая силу инерции сплава, возникающую в момент его тор-
можения, можно с достаточной точностью принять давление рав-
б)
Фиг. 15. Устранение усадочных образований в приливах нижней зоны:
/ — сырой стержень, 2 —сухой стержень, 3 —коллектор, 4 — матрица.
ным 0,5 кГ!см2. Отсюда общая подъемная сила Р = 425-0,5=
= 212,5 кГ, Как видно, эта величина превышает вес матриц.
Для устранения подъема матриц пришлось сделать специальное
противоподъемное устройство и ввести его в число нормализо-
ванных деталей.
б)	Условия для питания кристаллизующихся слоев,
расположенных в верхней зоне отливки
Питание усадочных образований верхнего фланца и прилега-
ющих к нему участков отливки осуществляется в основном за
счет жидкого сплава, находящегося в полости промывника. Объ-
ем промывника может составлять от 70 до 100% к объему отли-
ваемой детали. Толщину кольцевого или иного по своей форме
промывника следует делать не менее 20—25 мм, так как при
меньшем сечении сплав в нем не будет обладать необходимым
теплосодержанием. Существенно, чтобы площадь основания про-
мывника не была меньше площади питаемого сечения. Опти-
27
мальным считается, когда площади этих двух сечений равны
между собой.
На фиг. 16 показан пример газовых раковин, обнаруженных
в утолщенных приливах верхнего фланца отливаемой детали.
Ширина кольцевого промывника при этом была меньше питае-
мого сечения, что повлекло за собой захват воздуха. При полу-
чении отливок небольшой высоты порядка 200—250 мм со стен-
кой толщиной 3 мм промывник после извлечения детали из фор-
мы не имел обычных в таком случае углублений и вмятин, обра-
Фиг. 16. Газовые раковины в бобышках верхнего фланца.
зующихся под действием атмосферного давления, продавливаю-
щего поверхностную корочку в том месте, где часть сплава из
промывника переместилась в питаемый им участок отливки.
Можно предположить, что избыточное давление в сплаве оказы-
вает свое действие до тех пор, пока на границе сплава и стенок
формы, образующих промывник, не получается достаточно проч-
ная корочка, способная противостоять давлению атмосферы. Из-
ломы кольцевого промывника показали, что, несмотря на отсут-
ствие внешних вмятин, в центральной зоне его наблюдается рез-
кая усадочная рыхлота, указывающая на то, что часть жидкого
сплава переместилась в питаемое сечение.
Для уменьшения теплоотдачи часть поверхности матрицы,
образующую полость промывника, изолируют более толстым сло-
ем теплоизоляционного покрытия.
28
в)	Условия для питания кристаллизующихся слоев,
расположенных в средней зоне отливки
Наибольшего внимания требует средняя зона отливки, так
как на ней обычно имеются различные — большие й малые утол-
щения.
Существует мнение, что отлить можно любую деталь. Прав-
да, отлить можно любую деталь, но нужно учитывать, какого
труда это будет стоить литейщикам и какой выход годного при
этом получится. В то же время своевременно внесенное в кон-
струкцию литой детали изменение, не отражающееся на ее
эксплуатационных качествах/ может существенно облегчить про-
цесс отливки, снизить стоимость оснастки и, что самое главное,
сократить срок технологического освоения.
Разрабатывая технологическую методику отливки, следует
обратить особое внимание на технологичность отдельных ее эле-
ментов. Если имеется возможность, то следует совместно с кон-
структором решить вопрос о сокращении металлоемкости мест-
ных приливов и утолщений, сделать более плавные переходы от
толстых сечений к тонким, определить возможность выполнение
отводных прибылей и удобство их последующей отрезки, так как
один нетехнологичный элемент детали может послужить причи-
ной массового брака литья.
Кристаллизация средней зоны отливки, расположенной меж-
ду верхним и нижним фланцами, будет затруднена тем, что при-
ток жидкой фазы сплава к питаемым сечениям ограничен по вре-
мени. Если в коллекторе и промывнике сплав длительное время
сохраняет свою подвижность, то в тонкостенных сечениях формы
он быстро охлаждается и резко снижает жидкотекучесть.
Следовательно, давление в сплаве, заполнившем полость
формы, сохраняется только до момента полной кристаллизации
тонких стенок отливки, отделяющих среднюю зону от нижней,
примыкающей к коллектору, или от верхней, примыкающей к
промывнику. В утолщенных участках, окруженных тонкими стен-
ками, сплав, кристаллизуясь, будет сокращаться в объеме, обра-
зуя межкристаллическую усадочную пористость. Такими изоли-
рованными участками обычно являются местные утолщения сте-
нок, приливы, кронштейны, а также продольные и поперечные
ребра жесткости.
Очевидно, что для питания усадочных образований в местных
утолщениях, расположенных в средней зоне отливки, недоста-
точно давления в жидкой фазе сплава, действие которого огра-
ничено по времени, и приходится применять общелитейные тех-
нологические приемы, как, например, отводные прибыли, холо-
дильники, разрядку сечений, технологические приливы и пр.
Возможность осуществления этих мероприятий следует преду-
сматривать и осуществлять еще при разработке чертежа литой
детали и проектировании технологической оснастки.
29
a
Фиг. 17. Технологический при-
лив для улучшения условий
питания массивных участков:
1 — технологический прилив,
2 - промывчик
Основными видами брака усадочного происхождения, встре-
чающимися в средних зонах тонкостенных отливок, являются
межкристаллическая пористость, рыхлота, раковины, а также и
трещины в переходах от толстых сечений к тонким. Основными
мероприятиями, направленными на устранение усадочных де-
фектов в утолщенных сечениях, будет выравнивание скорости
кристаллизации этих участков применением холодильников,
а также созданием условий для подвода к ним жидкого сплава
для заполнения межкристаллических пустот. В отдельных слу-
чаях улучшение питания усад-
ки может быть достигнуто вы-
полнением технологического
прилива (фиг. 17), удаляе-
мого в дальнейшем при меха-
нической обработке. Устройст-
вом такого прилива облегчает-
ся подача жидкого сплава из
коллектора или из промывни-
ка, но только в том случае,
если питаемые сечения нахо-
дятся от них в непосредствен-
ной близости.
Применяя холодильники,
следует помнить, что они, в
свою очередь, могут быть при-
чиной вскиповых раковин и
спаев в отливке. Вскиповые
раковины появляются потому,
что воздух, содержащий пары
воды, будучи нагрет, омывает
поверхности	холодильников,	и	они отпотевают, так как на них
конденсируется	избыточная	влага. Чем чище металлическая
поверхность	холодильников,	тем	интенсивнее идет конденсация
влаги. При соприкосновении сплава с холодильником влага
снова испаряется, а так как холодильник не газопроводен, то
пузыри пара идут через металл и застревают в нем. Учитывая
это, следует обращать особое внимание на подготовку холодиль-
ников.
В, отдельных случаях на поверхности тонкостенных литых де-
талей, получаемых литьем под низким давлением, встречается
усадочная пористость, преимущественно в средней зоне. Причина
этого кроется в нарушении теплового режима, при котором
какой-либо участок формы по сравнению с другим обладает
повышенной теплопроводностью.
На фиг. 18 показан участок металлической матрицы короб-
чатого типа с ребрами жесткости а. Естественно, что теплопро-
водность такой матрицы будет различна. При равномерной тол-
щине стенки величина теплопроводности на участке б будет-
30
иметь одно значение, а на участке в, где продолжением толщины
стенки являются массивные ребра, — другое. При отливке тонко-
стенных деталей в матрицах подобной конструкции встречалась
микропористость, расположенная в тех местах поверхности от-
ливки, которые соответствуют участку матрицы с равномерной
толщиной стенок, но ограниченному с обратной стороны ребрами
жесткости. Повышенная теплопроводность способствует более
интенсивной кристаллизации на участке матрицы против ребра
с преимущественным ростом
кристаллов в направлении, пер-
пендикулярном к поверхности
охлаждения. При этом обычно
возникают вытянутые столбчатые
кристаллы, образующие струк-
турные мосты, изолирующие уча-
сток отливки от притока жидкого
сплава. Усадочная пористость на
равностенных участках обычно
пропадает с повышением темпе-
ратуры сплава, так как при этом
при достаточно большой линей-
ной скорости потока возникает
большой температурный гра-
диент и кристаллизация идет бо-
лее тонкими последовательными
слоями. Между этими слоями со-
храняется свободный проход для
жидкого сплава. Кроме того,
жидкий сплав, протекающий под
давлением по капиллярным ка-
налам между срастающимися
кристаллами, частично разру-
шает их, лучше заполняет уса-
дочные поры и, кроме того, ока-
зывает известное механическое
уплотнение. Характерно, что уст-
ранение усадочной пористости в
Фиг. 18 Схема теплопровод-
ности матрицы, имеющей реб-
ра жесткости:
1 — столбчатые кристаллы, 2 — рав
ноосные кристаллы, 3 — структур-
ный мост, 4— микропористссть, 5—
интенсивный теплоотвод, 6—жидкая
фаза.
тонкостенных отливках путем
повышения температуры сплава находится в некотором проти-
воречии с общепринятым понятием, при котором этот дефект
обычно устранялся путем понижения температуры сплава, а
также повышением теплопроводности соответствующего участка
формы.
Необходимо также учесть следующее обстоятельство. Если
утолщенный участок отливки имеет размер свыше 3—5 толщин
прилегающих к нему участков, то мероприятие с повышением
температуры сплава может вызвать обратный результат, т. е.
активизировать пористость. В этом случае следует идти по пути
применения холодильников, если формообразование внутренней
31
z
Фиг. 19. Совмещение ребер жестко-
сти на отливке с ребрами на мат-
рице:
1 — теплоотводное ребро матрицы, 2 — ре-
бро жесткости отливки, 3 — теплоотвод,
4 — формообразующий набор.
поверхности в отливке производится с применением песчаных
стержней. Если отливаемая деталь имеет ребра жесткости, как
это показано на фиг. 19, то металлическую матрицу следует
конструировать таким образом, чтобы против ребра на будущей
отливке располагалось теплоотводное ребро матрицы. Если это
по каким-либо соображениям сделать невозможно, то выравни-
вание скорости кристаллизации достигается изменением толщи-
ны слоя теплоизоляционного покрытия с применением трафаре-
та, вырезанного из тонкого металлического листа. При окраске
трафарет прилегает к рабо-
чей поверхности матриц и
закрывает те ее участки, ко-
торые соответствуют мест-
ным утолщениям, образуе-
мым ребрами на будущей
отливке.
Нередки случаи, когда
применение холодильников
не является решающим ме-
роприятием при устранении
усадочных недостатков в
массивных сечениях отлив-
ки, расположенных в сред-
ней по высоте зоне. Ради-
кальным технологическим
приемом будет выполнение
глухих прибылей, примы-
кающих к питаемому сече-
нию, как это показано на
фиг. 19. Вставка а, обра-
зующая полость прибыли,
изготовляется из обычной
или термореактивной стерж-
невой смеси и устанавливается в стержневой ящик в процессе
формовки стержня. Правильное положение вставки обеспечи-
вается тем, что в стержневом ящике выполняется бобышка —
точцая копия отливаемой, на которую при формовке и наде-
вается сухая вставка. Действие таксой прибыли очень эффек-
тивно при условии, если объем ее в 2—3 раза превышает объем
питаемого сечения. Однако удаление прибыли из труднодоступ-
ных полостей отливки связано с известными затруднениями и
часто производится при механической обработке отливок.
Если применяются оболочковые стержни, то в стержневом
ящике следует предусмотреть выступ, формующий в стержне уг-
лубление для последующей установки сухой вставки. С приме-
нением закрытых прибылей холодильники обычно не требуются,
что в известной степени способствует снижению брака по вски-
повым раковинам. Практикуемая в отдельных случаях разрядка

32
массивных сечений, в частности бобышек, путем заливки в них
металлических стерженьков не оправдывает себя, так как, не-
смотря на тщательную обработку поверхности стерженька, очень
часто наблюдаются вскиповые раковины как результат испаре-
ния влаги, конденсируемой на его поверхности.
5.	ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ
Воздух и газы отвлекают чрезвычайно много внимания при
освоении технологического процесса получения тонкостенных от-
ливок.
Процессом, происходящим в полости формы с момента по-
ступления в нее металла, является взаимодействие его с газами,
находящимися в форме. Это взаимодействие может быть физи-
ческим, но оно также может сопровождаться и химическими
реакциями. Лучшим способом борьбы с газовыми дефектами бу-
дет устранение источников их возникновения. Источников этих
много, но из их числа можно выделить основные, решающим
образом влияющие на качество отливок. Они следующие:
1)	воздух, находящийся в полости литейной формы;
2)	водяной пар, выделяющийся из сырых песчаных стержней,
3) газы, образующиеся • при выгорании крепителя из сухих
стержней;
4)	газы, образующиеся из защитных присадок при литье
магниевых сплавов;
5)	водяной пар из влаги, конденсированной на холодиль-
никах,
6)	воздух или инертный газ, прорывающийся из тигля в по-
лость формы;
7)	водяной пар, выделяющийся из теплоизоляционного по-
крытия при его недостаточной просушке;
8)	газы, растворенные в сплаве и выделяющиеся из него при
затвердевании.
Газы, находящиеся в полости формы, а также выделившиеся
в нее из других источников, при нагревании от металла сильно
увеличиваются в объеме, и поэтому приходится говорить об уда-
лении из полости формы не одинарного, а многократного объема
газов. Совершенно очевидно, какое значение приобретает вопрос
об устранении источников газовыделения и об искусственной
вентиляции формы. При ковшовой заливке песчаных или метал-
лических форм вопрос с удалением газов решается более про-
сто. Медленно поднимающийся уровень сплава в полости формы
позволяет газам беспрепятственно удаляться 'через открытые вы-
поры, через поры песчаных стержней, через зазоры по плоско-
стям разъема формы и через специальные воздухоотводные
щели и каналы. Газы, проникающие в металла и перемещаю-
щиеся вместе с ним в полости формы, имеют возможность под-
няться вверх и удалиться через выпоры, чему способствуют тол-
3 В К Бсдеть	33
стые стенки отливки, сплав в которых долгое время остается
в жидком состоянии.
Несколько сложнее удаление газов и воздуха при литье тон-
костенных деталей под низким давлением. Кратковременность
заполнения формы (2—4 сек.) и отсутствие открытых выпоров
ведут к тому, что сплав часто опережает вытесняемый им воз-
дух, который в этом случае остается захваченным между спла-
вом и стенкой формы. Это усугубляется также и тем, что стенки
формы сплавом не смачиваются, а следовательно, он не может
зайти в шероховатости на поверхности формы (металлической)
в начальный момент соприкосновения
Фиг. 20. Схема заполне-
ния горизонтальных ре-
бер:
/ — кольцевой набор,
2 — монолитная матрица,
3 — воздушные пузыри.
4 — наколы.
с нею. Воздух остается в этих мель-
чайших углублениях даже при повы-
шении гидростатического давления.
Кристаллизация сплава в тонко-
стенных полостях формы происходит
очень быстро, и удаление газов через
металл в силу этого становится невоз-
можным. При наличии в форме го-
ризонтально расположенных площа-
док и ребер, жидкий сплав при своем
движении снизу вверх не сразу запол-
няет их очертания, а благодаря при-
обретенной инерции проходит еще
некоторое расстояние, как это пока-
зано на фиг. 20, После того как дав-
ление в сплаве, определяемое высотой
уровня Н, достигнет определенного
значения, сплав, нарушив поверхност-
ное натяжение в сечении А-А, про-
должит свое движение, вытесняя воз-
дух и заполняя горизонтальный уча-
сток формы.
Воздух, вытесняемый из горизон-
тального участка формы, часто остает-
ся захваченным между металлом и
формой. Эти особенности литья под низким давлением требуют
в ряде случаев специальных мероприятий, направленных на
устранение газовых дефектов в отливках.
Вполне очевидно, что полного устранения источников газо-
образования осуществить не удастся, поэтому все внимание сле-
дует обратить на уменьшение их активности.
Содержание влаги в поверхностном слое сырых песчаных
стержней к моменту их установки в форму не должно превышать
5—6%, а сами стержни должны иметь надлежащую систему
газоотводных каналов. Количество защитных присадок в фор-
мовочных и стержневых смесях при отливке из магниевых спла-
вов целесообразно держать на нижнем пределе. Металлические
34
холодильники следует тщательно просушивать и снабжать на-
сечкой для отвода воздуха и повышения поверхности охлажде-
ния. Очень часто металлические литейные формы имеют под-
вижные и неподвижные вставки, образующие в отливаемой
детали соответствующие углубления. При удалении этих вставок
из отливки обычно нарушается слой теплоизоляционного покры-
тия, которое приходится поправлять, т. е. наносить свежий слой.
В дальнейшем, при контакте с металлом свежеокрашенной по-
Фиг. 21. Газовая раковина — результат испарения влаги.
верхности, происходит испарение остаточной влаги, вызывающее
наружную газовую раковину или «вскип», пример которого по-
казан на фиг. 21.
Рациональным мероприятием будет увеличение наклона или
конуса на металлической вставке, что позволит ей уже в первый
момент разъема нарушить conpi хосновение с отливкой и сохра-
нить неповрежденным слой покрытия.
Дефекты газового происхождения наблюдаются в большей
мере на внешней поверхности отливаемых деталей. Причиной их
является воздух или газы, захваченные между поднимающимся
сплавом и стенкой формы. Газовый пузырь, захваченный между
3*	35
сплавом и стенкой металлической матрицы, претерпевает ряд
изменений.
По мере нагрева пузырь начинает увеличиваться в объеме и
оказывать давление на начинающую кристаллизироваться ко-
рочку сплава. Если прочность этой корочки и внутреннее давле-
ние в потоке сплава незначительны, то газовый пузырь начнет
изменять свою форму и, прорвав корочку, проникнет в тело от-
ливки. Для устранения возможного проникновения воздуха или
других газов в отливку необходимо, чтобы давление в сплаве
было больше, чем давление в нагревающемся пузырьке. Повы-
сить гидростатическое давление в сплаве можно увеличением
скорости заполнения формы с последующим торможением метал-
лического потока.
К числу специальных мероприятий, направленных на устра-
нение дефектов газового происхождения, встречающихся на
внешней поверхности отливаемой детали, относится интенсивная
вентиляция металлических матриц путем выполнения в них фор-
мообразующих наборных пластин. Показательна в этом отно-
шении практика литья методом выжимания, где, как известно,
газовые дефекты, вызываемые захватом воздуха между подни-
мающимся сплавом и сближающимися матрицами поражали
значительное количество отливок. Многочисленные вентиляцион-
ные пробки и различная шероховатость теплоизоляционного по-
крытия не могли полностью устранить газовые дефекты. После
того как рабочая часть матриц была выполнена из наборных
пластин (сечением 30x100 мм), газовые дефекты были полно-
стью ликвидированы. При этом не нужно делать специальных
зазоров по стыкам пластин. Шероховатость поверхности, полу-
чаемая после резца, служит вполне достаточным капилляром
для свободного выхода воздуха.
Первые конструкции литейных форм не имели формообразу-
ющего набора, а были выполнены как обыкновенные кокили
с установкой вентиляционных пробок в местах возможного скоп-
ления воздуха. На внешней поверхности большинства отливок
встречались газовые дефекты в виде окисленных, восходящих
газовых, следов и концентрированных газовых раковин. Газо-
вые дефекты большей частью располагались на тех участках
поверхности отливки, где внутреннее давление в потоке было
меньше Требра, утолщенные места и т. п.). Изменение толщины
слоя и шероховатости защитного покрытия в какой-то степени
влияло на количество газовых дефектов; так, например, первые
отливки, полученные в свежеокрашенной форме, обычно не име-
ли газовых дефектов. По мере уменьшения толщины слоя покры-
тия и ухудшения его капиллярности газовые дефекты станови-
лись все;-более интенсивными. Ряд специально поставленных
экспериментов подтвердил, что манипулирование с защитным
покрытием в целях устранения газовых дефектов нецелесообраз-
ног БыЛо решено идти по пути интенсивной вентиляции формы.
36
Обычно применяемые вентиляционные пробки в наших условиях
не годились. Во-первых, пробки оставляют отпечатки на поверх-
ности отливки, что не всегда допустимо; во-вторых, пробки при
многократном удалении для очистки ослабляют свою посадку в
гнездах и начинают выпадать из них; в-третьих, поверхности
пробок, соприкасающиеся с заливаемым металлом, имеют раз-
личную кривизну, и правильная установка их после очистки тре-
Фиг.. 22. Прорыв газа из тигля в полость формы.
бует кропотливого труда. Все это вместе взятое и вынудило нас
применить формообразующий набор из полуколец, что полно-
стью устранило внешние дефекты газового происхождения.
В начальной стадии освоения литья тонкостенных деталей не
придавали существенного значения линейной скорости сплава
в металлопроводе, так как основное внимание было обращено на
скорость заполнения полости формы. На ряде отливок наблюда-
лись интенсивные газовые раковины, в отдельных случаях пора-
жающие всю поверхность и структуру литой детали (фиг. 22).
Было предположение, что такое обильное газонасыщение мог-
ло возникнуть в результате инжекции воздуха через зазоры в
37
форме. Дефект не был стабильным, на одних отливках он отсут-
ствовал, а на других встречался в разной степени активности.
При проведении работ с магниевыми сплавами было обнару-
жено, что в пустотах, представляющих собой газовые раковины
в отливке, имеющей обильное газонасыщение, встречается по-
рошковая окись магния. Возникла гипотеза, что окись магния
могла проникнуть в полость формы из тигля, увлекаемая метал-
лическим потоком, проходящим по металлопроводу. Для удале-
ния окиси магния тигель был продут сильной струей аргона,
после чего включения окиси в отливках не наблюдалось.
При дальнейших опытах было установлено, что газонасыще-
ние отливок существенно уменьшается и даже отсутствует, если
скорость прохождения сплава по металлопроводу более замед-
лена, а переход сплава из металлопровода в коллектор и дальше
в полость формы осуществляется плавно и без толчков, реги-
стрируемых -манометром, сообщающимся с полостью тигля.
6.	ВАКУУМНАЯ ДЕГАЗАЦИЯ СПЛАВА
При отливке деталей, подвергаемых испытанию на герметич-
ность, особенно в том случае, когда поверхностная корочка уда-
ляется при механической обработке, необходимо особое внима-
ние уделять качеству сплава. Установлено, что растворимость
водорода в алюминиевом сплаве при нагреве ^его от 700 до 800°
увеличивается в 5 раз. Так как температура, практически при-
меняемая при литье тонкостенных деталей, находится в указан-
ном интервале, становится очевидным влияние ее на образова-
ние пористости в отливах.
При литье под низким давлением опасность газонасыщения
усугубляется тем, что в тигель с жидким алюминиевым сплавом
периодически (через 4—6 мин.) вводятся свежие порции сжа-
того воздуха, омывающие зеркало сплава. Газонасыщению мо-
жет способствовать также и движение сплава, уровень которого
то поднимается, то опускается. Рациональным способом очистки
сплава от растворенных в нем газов при литье под низким дав-
лением является вакуумная дегазация. Растворенные в сплаве
газы находятся в состоянии равновесия до тех пор, пока общее
давление их уравновешено противодействующим внешним дав-
лением.
В свою очередь внешнее давление слагается из давления ат-
мосферы, металлостатического давления сплава в тигле и давле-
ния поверхностной пленки окисла. Если давление газа больше
давления внешнего, то пузырьки газа будут стремиться всплыть
и, наоборот, при увеличении внешнего давления растворенные
газы останутся в сплаве. Осуществив разрежение над зеркалом
сплава, можно уменьшить внешнее атмосферное давление и, на-
рушив равновесие, создать условия для выделения и всплывания
газовых пузырьков. При отливке тонкостенных деталей под низ-
38
ким давлением через крышку тигля, заполненного жидким спла-
вом, пропускали стальной стержень, изолированный от массы
тигля. Стержень включали в электрическую цепь, как это пока-
зано на фиг. 23. Нижний конец стержня не доходил до зеркала
сплава на 10—15 мм. Воздух из тигля откачивали вакуумным
насосом. Когда величина разрежения доходила до 600—
700 мм рт. ст., наблюдалось интенсивное бурление сплава, за-
мыкающего электрическую цепь через стержень, в результате
чего происходило мигание контрольной лампочкп.
Фиг. 23. Схема установки для вакуумной
дегазации.
Процесс дегазации продолжался 15—20 мин., после чего бур-
ление прекращалось, и дальнейшее увеличение разрежения не
отражалось на состоянии поверхности сплава.
Есть все основания надеяться, что этот высокопроизводитель-
ный и эффективный способ дегазации займет подобающее ему
место в практике литейного производства и особенно при литье
под низким давлением, где осуществление его не требует спе-
циальной установки.
7.	СОКРАЩЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОТЛИВКИ ПРИ УСАДКЕ
Деформации, происходящие при затрудненной усадке, яв-
ляются следствием приложенных в отливке сил реакции со сто-
роны формы. Только пластические деформации являются остаю-
щимися, что же касается упругих, то они исчезают после осво-
бождения отливки из формы. Пластические деформации при
этом приводят к тому, что величина усадки оказывается меньше,
39
чем она была бы при отсутствии сопротивлений со стороны
формы.
На фиг. 24 показана цилиндрическая отливка со стенкой тол-
щиной 2,5 лш. Внутренняя поверхность отливки выполнялась
сырым песчаным стержнем, несущим секторные холодильники а,
предназначенные для выравнивания скорости кристаллизации от-
носительно массивного фланца б и прилегающих к нему тонких
стенок. Контрольный обмер отливок показал, что в сечении А-А
диаметр их на Г—1,5 мм больше, чем в других местах, под-
вергавшихся промеру.
Пластические деформации отливок
были вызваны реакцией стержня в зо-
не его, имеющей холодильники. Проч-
ность на сжатие сырого стержня с
нормальным содержанием влаги ко-
леблется от 0,4 до 0,6 кГ)см2. При кон-
такте стержня с металлом происхо-
дит испарение влаги и выгорание гли-
нистых составляющих в формовочной
смеси, в результате чего прочность ее
снижается примерно в 2 раза. Умень-
шение поверхностной прочности соз-
даст условия для беспрепятственного
сокращения размеров отливки.
Несколько иначе это происходит в
сечении А-А. Небольшое теплосодер-
жание в металле, образующем сред-
ний фланец отливки, не в состоянии
обеспечить прогрев секторных холо-
дильников до такой степени, чтобы
вызвать выгорание прилегающего к
ним слоя формовочной смеси, проч-
ность которого при этом остается поч-
ти неизменной. По этой же причине
следует избегать применения внутрен-
них сухих стержней в комбинации с сырыми, помня, что проч-
ность сухого стержня в несколько раз выше сырого.
В случае вынужденной необходимости таких комбинаций сле-
дует так подобрать прочность сухого стержня, чтобы она по воз-
можности не препятствовала свободному сокращению размеров
отливки и во всяком случае не создавала бы в ней внутренних
напряжений. Пластические и упругие деформации могут уравно-
весить друг друга и, оставаясь в отливке, вызвать так называе-
мые остаточные или внутренние напряжения.
Остаточные напряжения могут достигнуть таких размеров,
что вызовут коробление отливки, спустя даже длительное время
после извлечения ее из формы.
При недостаточной пластичности сплава и упругости его при
40
-повышенных температурах могут возникнуть горячие трещины
тем большие, чем тоньше стенка в отливаемой детали.
На фиг. 25 показан фотоснимок отливки из малопластичного
сплава АЛ-19 (фиг. 25,6), а рядом с ней та же отливка, полу-
ченная при идентичном режиме, но из сплава АЛ-4 (фиг. 25, а).
Металлическая матрица, образующая внешнюю поверхность от-
ливок, имела выступающие части, посредством которых в отлив-
ке получались углубления. На отливке, полученной из сплава
АЛ-19, видны горячие трещины, которые возникают тогда, когда
силы усадочных напряжений превышают силы междузеренных
связей.
Фиг. 25. Трещины усадочные на отливке из широкоинтервального сплава.
Процесс образования горячих трещин непосредственно свя-
зан с линейной усадкой сплава и величиной температурного ин-
тервала кристаллизации. Это, однако, не говорит за то, что из
широкоинтервальных сплавов нельзя получать тонкостенные от-
ливки, имеющие выступы или углубления. Примером являются
отливки из магниевых сплавов, горячие трещины на которых
встречаются как исключение. В то же время необходимо всемер-
но стремиться к тому, чтобы силы реакции формы, возникающие
при сокращении линейных размеров отливки, были бы наимень-
шими.
Представляет интерес еще один источник деформации, с ко-
торым встретились при освоении детали, эскиз которой показан
на фиг. 26, а. Внутренний фланец, более массивный, чем приле-
гающие к нему стенки и, кроме того, имеющий утолщения в виде
бобышек, предопределил установку в сырой стержень секторных
алюминиевых холодильников 1. Отливка, полученная с примене-
нием холодильников, имела усадочные утяжины глубиной до
41
2 мм, расположенные на верхней плоскости фланца против бо-
бышек.
Для устранения усадочных дефектов были применены допол-
нительные холодильники 2 с вентиляционными пробками для от-
вода вытесняемого воздуха. После остывания отливки на ее
внешней поверхности против фланца был обнаружен кольцевой
выступ высотой 0,5—0,7 мм (фиг. 26, б).
Было сделано предположение, что жидкий сплав, поднимаясь
по щелевидной полости формы, будет заполнять фланец тогда,
когда уровень сплава в форме поднимется до какой-то высоты
Фиг 26. Схема деформации отливки при разной скорости кристаллизации:
1—2 — холодильники, 3 — усадочная утяжина, 4 — сырой стержень, 5 — направление по-
тока, 6 — матрица.
/—/. При этом возникнет давление, достаточное для преодоле-
ния поверхностного натяжения у входа в ребро, образуемое
двумя рядами холодильников. Сплав, заполнив полость ребра,
в результате интенсивного теплоотвода быстро затвердеет, тогда
как металлический поток в основном сечении формы будет про-
должать свое движение, заполняя вышележащие сечения и по-
лость промывника.
В процессе затвердевания фланец воспримет линейную усад-
ку, направленную к центру отливки, а в зоне А будет продол-
жать наращиваться за счет протекающего жидкого сплава. К мо-
менту заполнения полости промывника усадка фланца почти за-
кончится, а сечения отливки, расположенные выше и ниже его,
только еще начнут сокращать свои размеры. Такое «опережение»
усадки, по-видимому, и является причиной появления кольце-
вого выступа. При разработке чертежей технологической оснаст-
ки следует очень осторожно применять двухсторонние холодиль-
ники, ибо такая комбинация обычно чревата неприятными по-
следствиями. Лучшим решением будет выравнивание сопрягае-
42
мых сечений, т. е. повышение технологичности предназначенной
к отливке детали.
О величине линейной усадки сплава следует сказать, что
она в этих условиях несколько больше, чем при литье в песча-
ные формы или в кокиль. В частности, при отливке деталей из
магниевых сплавов с применением стержней, сделанных из фор-
мовочной смеси, мы получили усадку по диаметру 1,4—1,5%,
а по высоте 1,2%. Увеличение линейной усадки можно объяснить
более интенсивным процессом кристаллизации сплава и подат-
ливостью сырых стержней. Эти же детали, но полученные с при-
менением оболочковых стержней, имели усадку по диаметру око-
ло 1 %.
8.	РАЗМЕРНАЯ ТОЧНОСТЬ ОТЛИВОК
Требования размерной точности и чистоты внешних и внут-
ренних поверхностей у отливаемых деталей все более повы-
шаются. Особое значение эти требования приобретают при литье
тонкостенных деталей с небольшим объемом механической об-
работки, которая в основном сводится к расточке и фрезерова-
нию фланцевых и опорных поверхностей. Достаточно высокая
точность отливок, получаемых литьем под низким давлением,
занимающая среднее положение между литьем под высоким
давлением и литьем в кокиль, может быть обеспечена при усло-
вии выполнения ряда специальных мероприятий, описание ко-
торых дано в настоящей книге.
Внутренние поверхности отливок оформляются сырыми или
оболочковыми стержнями, имеющими более высокую размерную
точность, чем сухие стержни, размеры которых способны изме-
няться в значительных пределах. Наиболее высокая точность
и чистота поверхности могут быть достигнуты с применением
металлических составных* стержней, удаляемых из отливки не-
медленно после ее затвердевания. Но отливки, получаемые лить-
ем под низким давлением, отличаются конструктивной сложно
стью. Они имеют поднутренные фланцы, массивные бобышки,
внутренние ребра, кронштейны и другие элементы, ограничиваю-
щие применение металлических стержней. Помимо этого, быст-
рая кристаллизация тонкостенных отливок предопределяет столь
же быстрое удаление из отливки металлического стержня, что
не всегда возможно, особенно если стержень состоит из несколь-
ких частей. Излишняя задержка металлического стержня в за-
твердевшей отливке вызывает затрудненную усадку, естествен-
ным результатом которой являются горячие трещины и раз-
мерные отклонения.
Вместе с тем следует всемерно стремиться к тому, чтобы
уменьшить количество песчаных стержней, для чего совместно
с конструктором необходимо работать над повышением техноло-
гичности литой детали.
43
Если принять общий допуск на получение литой тонкостен-
ной детали за 100%, то можно на основе пооперационных заме-
ров, проведенных на серии отливок, стержней и оснастки уста-
новить части этого допуска, приходящиеся на то или другое
звено технологического процесса.
Ниже приводятся процентные соотношения, составляющие
100% допуска, полученные, правда, с большим приближением
для литья под низким давлением с применением внутренних
сырых стержней.
1.	Допуск на изготовление металлической оснастки 12%.
2.	Допуск на изготовление песчаных стержней 25%.
3.	Допуск на последующую деформацию стержней 19%.
4.	Допуск на сборку литейной формы 15%.
5.	Допуск на погрешность в тепловом расширении 5%.
6.	Допуск на погрешность при определении величины линей-
ной усадки 7%.
7.	Допуск на деформации при очистке и термообработке 10%.
8.	Допуск на отклонения при механической обработке 7%.
Как видно, наибольшая величина имеющихся отклонений от
номинального размера приходится на песчаные стержни. Дейст-
вительно, изготовить сырой стержень из формовочной смеси так.
чтобы он соответствовал чертежу, очень трудно. Составной с
несколькими разъемами стержневой ящик, имеющий отъемные
части, даже при условии самого тщательного изготовления,
в процессе эксплуатации быстро теряет размерную точность, осо-
бенно в местах сопряжения отдельных частей. Безусловным и
трудно поддающимся устранению источником нарушения -раз-
меров стержня является неизбежное обстукивание стержневого
ящика перед его разъемом.
Было проведено наблюдение за изготовлением стержней дву-
мя рабочими: женщиной и мужчиной. У женщины в результате
обстукивания стержень имел минусовой отклонение по диаметру
стержня на 0,6 мм, а у мужчины оно было в пределах 1 — 1,5 мм.
Следовательно, при номинальной толщине стенки в отливке, рав-
ной 2 мм, в первом случае она была равна 2,3 мм, а во втором
случае 2,75 мм, и это только по вине рабочего. Сырой песчаный
стержень склонен к изменению своих размеров даже при крат-
ковременном (2—3 часа) хранении перед установкой в форму.
Цилиндрический стержень диаметром около 250 мм и высотой
600 мм давал осадку по диаметру в нижней части до 1,5 мм, что
способствовало неравномерности толщины стенки в отливке. На-
блюдения показали также, что песчаные стержни, сушка кото-
рых производится даже с применением драйеров, имеют размер-
ные отклонения в отдельных случаях столь большие, что при
сборке их прибегали к ручной подгонке. Причина этого кроется
в нестабильном режиме сушки, а также в разной плотности на-
бивки стержневых ящиков. Сушку стержней для тонкостенного
литья следует производить в режимных сушилах с интенсивной
44
вентиляцией, обеспечивающей замену насыщенного паром воз-
духа на свежий (ненасыщенный).
Необходимо тепловой режим подбирать таким образом, чтобы
влага, находящаяся внутри стержня, успела проникнуть в на-
ружный слой с той же скоростью, с какой уходит она из наруж-
ного слоя. В противном случае происходит растрескивание на-
ружного слоя стержня, а внутренняя его часть, как правило,
-остается сырой.
г Разительные результаты по повышению размерной точности
были получены с заменой сырых стержней на оболочковые. Если
при сырых стержнях отклонения размеров были в пределах
zb0,5 мм при номинальном размере 250 мм, то при оболочковых
стержнях величина отклонения не превышала ±0,2 мм. Отлив-
ки, полученные с применением оболочковых стержней по своей
точности приближались к отливкам, полученным способом литья
под высоким давлением. Вообще следует сказать, что размерные
отклонения, не имеющие существенного значения при литье де-
талей с толстыми стенками (свыше 6 мм), при тонкостенном
литье требуют к себе большего внимания, а отсюда и более вы-
сокой культуры производства.
9.	ЧИСТОТА ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВОК
В число многих требований, предъявляемых к литым тонко-
стенным деталям, входит требование наибольшей чистоты необ-
рабатываемых поверхностей. Под чистотой поверхности принято
подразумевать размерную характеристику макро- и микронеров-
ностей, определяющих ее шероховатость. Чистота поверхности
отливки или ее шероховатость оцениваются по средней высоте
неровностей, измеряемых от вершины гребня до дна впадины.
Практически оценка степени шероховатости поверхностей с ука-
занием класса чистоты и размера микронеровности производится
с помощью соответствующих эталонов чистоты. Поскольку оцен-
ка литых поверхностей не может быть установлена по эталонам
чистоты механически обработанных поверхностей, возникла не-
обходимость также разработать и эталоны чистоты литых
поверхностей, а затем дать технические рекомендации, обеспе-
чивающие их выполнение при производстве литых деталей. Об-
разцы, характеризующие различную степень чистоты поверхно-
сти, были подвергнуты замеру микронеровности, после чего была
дана оценка шероховатости каждого образца по Н ср. По резуль-
татам замера шероховатости поверхности образцов и при сопо-
ставлении их с нормами ГОСТа 2789-59 (чистота поверхности,
полученная путем механической обработки) была разработана
шкала чистоты поверхности литых тонкостенных деталей *.
1 Эта работа была проведена канд техн паук Е С. Стебаковым
45
На фиг. 27 показаны фотоснимки эталонов чистоты, а в
табл, 1 дана шкала чистоты с количественной оценкой микро-
неровностей и с указанием поверхностей отливки, которые дол-
жны соответствовать тому или иному эталону чистоты.
Чистота поверхности литой детали оценивается визуально
путем сравнения контролируемых поверхностей с образцами
(эталонами) чистоты. Для этой цели также может быть приме-
Фиг. 27. Эталоны чистоты поверхности.
Таблица 1
Шкала чистоты поверхностей литых деталей
№ эта- лона	Поверхность отливки, соответствующая эталону	Нп в мм ср	Какому клас- су по ГОСТу 2789-59 соот- ветствует	Обозначение на чертеже отливки	
1	Лицевая поверхность, обра-	Менее 0,04	4-му	4	л
2 3	зуемая металлической мат- рицей 	 Внутренняя поверхность, об- разуемая оболочковым стер- жнем • • , 		  . Внутренняя поверхность, об- разуемая сырым песчаным стержнем		От 0,04 до 0,063 От 0,063 до 0,125	3-му 2-му	3 2	л Л
46
нен специальный микроскоп для сравнения чистоты двух сопо-
ставляемых поверхностей. Степень чистоты поверхности может
оцениваться либо непосредственно номером подходящего к ней
эталона чистоты, либо соответствующим ему классом по ГОСТу
2789-59. По шкале чистоты поверхности видно, что эталон чи-
стоты № 1 соответствует 4-му классу по ГОСТу; эталон № 2
соответствует 3-му классу чистоты и эталон № 3 — 2-му классу.
Практически, внешние поверхности деталей, получаемых литьем
под низким давлением, могут быть выдержаны в соответствии
с эталоном № 1. Правда, для этого потребуется высококачест-
венная обработка рабочей полости матриц с чистотой не менее
7, с равномерным гладким слоем теплоизоляционного покры-
тия, наносимого в соответствии со специальной инструкцией.
10.	КОНТРОЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ОТЛИВКИ
Принятая в литейных цехах система определения механиче-
ских свойств литых деталей на отдельно отлитых образцах стан-
дартного типа не может быть признана правильной. Конструк-
тор изделия или отдельных литых деталей изделия при опреде-
лении необходимых конструктивных размеров исходит из дейст-
вительной прочности материала литой детали, принимаемой им
с некоторым гарантийным запасом. Для очень большой номен-
клатуры литых деталей этот гарантийный запас прочности про
тив расчетного значения весьма незначителен, так как повыше-
ние прочности за счет утолщения сечений влечет за собой
увеличение веса, а также излишний расход материала. Сущест-
вующая методика отливки образцов предусматривает интенсив-
ное двухстороннее питание усадочных образований в расчетном
сечении образца, что редко может быть осуществлено в отливае-
мой детали. Механические свойства, полученные при испытании
отдельно отлитых образцов, могут характеризовать в основном
свойства сплава и только в какой-то степени свойства материа-
ла в изделии.
В ведомственных нормалях на испытание механических
свойств алюминиевых сплавов сказано: «Средние механические
свойства образцов, вырезанных из отливок, должны быть по
пределу прочности не менее 75%, а по относительному удлине-
нию не менее 50% от значения свойств отдельно отлитых или
прилитых образцов». По ГОСТу 2685-53 минимальные значения
механических свойств алюминиевого сплава АЛ-4 следующие:
предел прочности о в—20 кГ1м,м,2\ относительное удлинение В —
1,5; твердость НВ 70. Как показала практика литья под низ-
ким давлением, тонкостенные литые детали, полученные из спла-
ва АЛ-4 с искусственным старением по режиму — нагрев до
175° с выдержкой при этой температуре в течение 15—16 час.,
обладали более высокими механическими свойствами, чем это
предусмотрено ведомственной нормалью. Испытание производи-
47
лось на плоских образцах стандартного размера, вырезанных из
различных участков отливки. Следовало бы ожидать, что меха-
нические свойства таких образцов будут ниже, чем отдельно
отлитых. Однако результаты получились обратные. Из 100 взя-
тых подряд образцов из различных плавок предел прочности ни-
же 20 кГ/мм2 имели только 20 шт. Все остальные образцы имели
предел прочности от 20 до 26 кГ/мм2. Наибольшее количество
(35 шт.) имело предел прочности от 22 до 23 кГ1мм2 и относи-
тельное удлинение от 1,5 до 5%. Одновременно с образцами, вы-
резанными из деталей, производилось испытание и отдельно от-
литых плавочных образцов, полученных из сплава одной плавки
с отливаемыми деталями. Механические испытания отдельно
отлитых образцов показали следующие свойства: предел проч-
ности от 20 до 25 кГ!мм\ а относительное удлинение от 1,5
до 5%.
Существенной разницы между вырезанными из детали и от-
дельно отлитыми образцами обнаружено не было. Эта особен-
ность свойственна литью под низким давлением. Испытания на
«разрушение», которым были подвергнуты некоторые отливки
со стенками толщиной 2—2,5 мм, показали высокую конструк-
тивную прочность, значительно превышающую расчетную.
В то же время, в силу конструктивных особенностей литых
деталей, не всегда возможно вырезать из них образцы для меха-
нических испытаний. Одним из возможных компромиссных ре-
шений будет выполнение на отливке специальных технологиче-
ских приливов, из которых в дальнейшем можно вырезать необ-
ходимое количество образцов. При этом следует создать равно-
ценные условия, в которых получается отливка и технологиче-
ский прилив, в частности, если отливка получается с примене-
нием оболочкового стержня, то одна из сторон технологического
прилива также должна формоваться оболочковым стержнем.
Касаясь вопроса о качестве структуры тонкостенных деталей,
следует сказать, что структура обычно бывает мелкозернистой
и плотной. Это качество есть результат, с одной стороны, высо-
кой скорости охлаждения поверхностных слоев стенок отливки
и, с другой стороны, — интенсивной подачи жидкой фазы сплава
к кристаллизующимся слоям. Незначительная усадочная, а иног-
да и газовая пористость встречаются в средней по высоте зоне
отливки, преимущественно в местах перехода от тонких сечений
к более утолщенным. Характерно, что в процессе испытаний
излом отливок никогда не проходил по зоне, где была отмечена
пористость.
ГЛАВА Ш
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ВИДЫ ЛИТЕЙНОГО БРАКА
Виды литейного брака можно разделить на общие, свойствен-
ные любому способу литья, и специфические, относящиеся толь-
ко к тому или иному процессу.
В задачи раздела не входит рассмотрение общих видов бра-
ка, поскольку на эту тему существует обширная литература, но
в то же время следует вкратце рассмотреть те виды брака, ко-
торые свойственны в большей степени литью под низким дав-
лением.
1.	РАЗОБЩЕННЫЙ ПОТОК
При разобщенном потоке сплав в полости литейной формы
поднимается неравномерно. Отдельные участки формы запол-
няются быстрее, а в других участках сплав, наоборот, замедляет
свое восходящее движение. В результате, вместо сплошного
потока, поднимающегося снизу вверх и последовательно запол-
няющего полость формы, встречаются отдельные струи, опере-
жающие одна другую. На тех участках формы, где сопротивле-
ние проходящему сплаву наименьшее, сплав устремляется вверх
и, наоборот, на участках с большим сопротивлением он тормо-
зится.
Разобщенный поток недопустим, он является причиной неза-
ливов, спаев, газовых раковин и источником интенсивного окис-
ления. Основной причиной разобщенности потока следует счи-
тать несовершенную конструкцию литниковой системы. Предста-
вим себе полость литейной формы для получения цилиндрической
тонкостенной отливки. В основании полость формы сообщается
с кольцевым замкнутым коллектором через два диаметрально
расположенных щелевых питателя. Заполнение формы сплавом
осуществляется снизу вверх с применением давления на сплав.
При этом произойдет следующее. Заполнив литниковый коллек-
тор, сплав через щелевые питатели начнет поступать в полость
формы тем интенсивнее, чем больше будет давление в коллек-
торе. Поднявшись в форме на некоторую высоту, восходящий
поток начнет раздаваться в стороны в тот момент, когда давле-
4 В. К. Ведель	49
Фиг. 28. Схема заполнения по-
лости формы через П-образныи
коллектор.
ние в нем превысит силу поверхностного натяжения по грани-
цам потока и сопротивление вытесняемого воздуха. Чем больше
скорость потока, тем большую инерцию приобретает он и тем
труднее ему изменить направление своего первоначального дви-
жения.
При наличии четырех щелевых питателей и излишне высокой
линейной скорости сплава образуются четыре восходящие струи,
причем расстояние между ними будет соответственно меньше,
чем при двух питателях, а следовательно, и соединение их в один
поток вероятнее. Можно считать, что степень разобщенности по-
тока прямо пропорциональна скорости его и обратно пропорцио-
нальна площади сечения питателей,
сообщающих полость формы с лит-
никовым коллектором. В свою оче-
редь, скорость потока сплава прямо
пропорциональна величине рабочего
давления, под действием которого
сплав осуществляет свое восходя-
щее движение, и обратно пропор-
циональна сумме местных сопротив-
лений, имеющихся на пути сплава.
Оптимальной литниковой системой
будет такая, при которой полость
литейной формы сообщается с го-
ризонтальным коллектором на про-
тяжении всего периметра основания.
Очень существенно, чтобы при от-
ливке цилиндрических деталей с
центральным подводом сплава ширина щели питателя была
одинаковой на всем протяжении. Если ширина щели будет
иметь разные значения, то при постоянном и равномерном дав-
лении в коллекторе расход сплава через утолщенные сечения
будет больше, и равномерность заполнения полости формы
может быть нарушена. Этот вопрос несомненно будет пред-
метом специальных исследований, в результате чего можно
будет получить поправочные коэффициенты, необходимые
для гидравлического расчета литниковых систем примени-
тельно к литью под низким давлением. При отливке прямоуголь-
ных тонкостенных деталей панельного типа некоторые конструк-
торы могут применить литниковую систему, коллектор которой
имеет формы перевернутой буквы П с щелевыми питателями,
примыкающими к полости формы с трех сторон (фиг. 28). Нуж-
но иметь в виду, что при подаче сплава в форму через такую
литниковую систему возможно следующее явление: сплав, по-
ступающий под избыточным давлением в среднюю часть гори-
зонтальной ветви коллектора, заполнит ее и начнет проникать
в полость формы. В результате разных сопротивлений в вер-
тикальных колодцах коллектора айв щелевидной полости фор-
50
мы сплав изберет путь наименьшего сопротивления и с возра-
стающей скоростью начнет подниматься по боковым коллекто-
рам вверх и одновременно частично поступать в полость фор-
мы б. В момент заполнения вертикальных коллекторов в сплаве
возникнет подобие гидравлического удара, и гидростатическое
давление в нем резко повысится. В результате из верхних частей
вертикальных коллекторов сплав устремится в полость формы,
заполняя ее отдельными, горизонтально направленными струя-
Фиг. 29. Литниковая система с прерывистыми питателями:
/ — литниковый стояк, 2 — литниковый ход, 3 — кольцевой коллектор, 4 — целевые пи
татели.
ми в, которые, встречаясь с ранее поступившим в полость формы
сплавом, вызовут на поверхности отливки незаливы, спаи, окис-
ленные следы и дефекты газового происхождения. Чем выше
будет скорость перемещения сплава, тем контрастнее будут
виды брака. Снижение же скорости ниже определенного значе-
ния вызовет также и недолив формы.
На фиг. 29 показан эскиз цилиндрической тонкостенной от-
ливки из алюминиевого сплава высотой около 700 мм с цент-
4*	51
рально расположенным металлопроводом и с четырьмя преры-
вистыми щелевыми питателями, сообщающими коллектор с по-
лостью формы. Сумма сечений коллектора примерно равна сум-
ме сечений щелевых питателей. При повышении давления в
коллекторе сплав устремлялся в полость формы четырьмя вос-
ходящими и суживающимися потоками (фиг. 30). Окончательное
формообразование отливки происходило после того, как был
заполнен промывник, примыкающий к верхнему фланцу и со-
стоящий из двух секторов. Процесс заполнения формы длился
не более 3 сек. Повышение давления газовой среды в тигле,
а отсюда и скорости сплава, поступающего из коллектора в по-
лость формы, вызывало концентрацию потоков, делало их более
суженными и резко очерченными.
На фиг. 31 показан след разобщенного потока на внешней,
формуемой металлической матрицей поверхности отливки, а на
фиг. 32 — границы потока на поверхности, получаемой сырым
песчаным стержнем.
Снижение величины рабочего давления, а отсюда и линейной
скорости сплава, расширяло зону потока и уменьшало внутрен-
нее давление в нем, что очень неблагоприятно влияло на за-
полняемость формы. При этом между потоками встречались
неспаи и незаливы (фиг. 33).
Рассмотрим еще один пример отрицательного влияния ра-
зобщенности потока на качество поверхности отливок.
На фиг. 34 видно, как разобщенный поток устремился в про-
мывник, следуя и здесь по пути наименьшего сопротивления,
т. е. через бобышки верхнего фланца. После заполнения про-
мывника и торможения потока в нем резко повысилось давление,
под действием которого сплав частично проник в сырой песчаный
стержень, не защищенный закристаллизовавшейся корочкой. На
смежных участках, где движение сплава более замедленно, были
созданы условия для образования кристаллизационной корочки,
которая воспрепятствовала сплаву проникнуть в поры песчаного
стержня. Движение сплава на этих участках может быть на-
столько замедленным, что на отливке могут встретиться неза-
ливы.
Разобщенный характер потока был устранен увеличением
сечения коллектора и заменой прерывистых питателей на сплош-
ной, примыкающий к основанию полости формы на протяжении
всего периметра. Пример отливки, полученной после осуществле-
ния этих мероприятий, показан на фиг. 35, а на фиг. 36 пока-
зана внутренняя сторона этой отливки со стенкой толщиной
3 мм.
Заполнение формы происходило с соблюдением горизонта
сплава в любом сечении по высоте полости формы. Справедли-
вость этого подтверждается фиг. 37, где показана отливка с на-
меренно приостановленной подачей сплава в форму. Заполнена
только нижняя часть формы, но сплав в ней поднимался сплош-
52
Фиг. 30. Разобщенный характер потока металла.
53
s
Фиг. 32. След разобщенного потока на внутренней
поверхности отливки.
Фиг. 31. След разобщенного потока на внешней по-
верхности отливки.
Фиг. 33. Незалив стенки в зоне между потоками.
Фиг. 34. Незалив и пригар — результат разного давления в разоб-
щенном потоке.
Фиг. 36. Отливка с частичным вы-
резом. Толщина стенки 3 мм.
Фиг. 35. Отливка, полученная с из-
мененной литниковой системой.
56
ним потоком, который сохранялся до самого последнего мо-
мента, т. е. до заполнения полости промывника.
Рациональным мероприятием, направленным к устранению
разобщенности потока, будет подвод сплава по всему периметру
отливки и подбор оптимальной величины рабочего давления.
В том случае, когда по конструктивным соображениям не-
возможно подвести питатели по всему периметру, следует длину
их делать возможно большей.
Фиг. 37. Отливка с приостановленной подачей сплава в форму.
Важно также, чтобы площадь сечения всех питателей не бы-
ла больше входного сечения отливки, т. е. чтобы тормозящим
элементом литниковой системы являлось сечение питателей, но
не сечение полости формы.
2.	ПРИГАР МЕХАНИЧЕСКИЙ
Пригар механический встречается на поверхности отливок,
образуемой песчаным стержнем, преимущественно сырым. Внеш-
ний вид — грубо шероховатое наслоение на поверхности, состоя-
щее из механической смеси частиц песка и металла.
57
При известных условиях формовочные материалы, не смачи-
ваемые самим металлом, смачиваются его окислами.. Смачива-
ние приводит к тому, что металл проникает в поры формовочной
смеси между зернами песка и затвердевает там, образуя корку,
состоящую из очень твердой смеси песка и металла. Удаление
такой корки требует больших усилий и больших затрат, которые
в отдельных случаях достигают такой величины, что становится
выгодным отлить деталь заново, чем удалять с ее поверхности
слой пригара.
Фиг. 38 Пригар механический в зоне нижнего фланца
Причин возникновения брака по механическому пригару не-
сколько. Первой и, по-видимому, основной причиной является
несоответствие величины рабочего давления, а отсюда и излиш-
не высокая скорость заполнения сплавом полости литейной фор-
мы. При торможении сплав под действием статического давле-
ния, направленного перпендикулярно к стенкам формы, прони-
кает в поверхностный слой стержня, где и затвердевает, образуя
песчано-металлическую смесь. В нижней зоне формы и в ее бо-
лее массивных участках нагрев стенок протекает более интен-
сивно, в результате чего процесс образования кристаллизацион-
ной корочки замедляется. Наоборот, давление в сплаве, запол-
няющем более массивные и низко расположенные полости, воз-
растает более интенсивно, чем в тонкостенном, удаленном от
места подвода сплава участка формы. В силу этого механиче-
ский пригар встречается преимущественно в нижних зонах
(фиг. 38) и на участках поверхности, образующих утолщенные
сечения в отливке. Чем слабее и неравномернее плотность на-
бивки песчаного стержня, чем меньше влаги в его поверхност-
ном слое, тем интенсивнее, при прочих равных условиях, будет
58
образование механического пригара. На образование этого вида
брака влияет также и скорость торможения металлического по-
тока в конце заполнения формы. Чем более резким будет тор-
можение потока сплава в полости формы при одинаковой вели-
чине рабочего давления, тем интенсивнее будет величина
пригара.
При наличии разобщенного потока большое количество спла-
ва проходит через узкий участок полости формы. В результате
температура участков формы, по которым устремлялся восходя-
щий поток сплава, значительно повышается, что затрудняет об-
разование кристаллизационной корочки. Гидростатическое дав-
ление, возникающее в жидком сплаве, после заполнения им
полости формы создает условия для проникновения сплава меж-
ду зернами песка, а следовательно, и возникновения механиче-
ского пригара. Образование механического пригара, между
прочим, ограничивает возможности литья методом вакуумного
всасывания, показавшего хорошие результаты с применением
цельнометаллических литейных форм.
В этой связи будет уместно сказать о явлении, с которым
встретились, применив вакуумный отсос из полости формы. Ли
тейная форма накрывалась герметичной вакуумной камерой, в
которой создавалось разрежение до остаточного давления
300 мм рт. ст. Затем обычным порядком, т. е. под избыточным
давлением в форму подавался жидкий сплав. Способность спла-
ва заполнять форму была настолько высокой, что сплав прони-
кал в облицовочный слой формовочной смеси на глубину от 5
до 10 мм, образуя на поверхности отливки сплошную корку
пригара. Наколы, сделанные проволочной иглой, диаметром
1 мм, заполнялись сплавом на высоту до 300 мм. Из этого, од-
нако, не следует, что вакуум при литье под низким давлением
противопоказан. Разрежение воздуха в полости цельнометал-
лической формы или формы с применением оболочковых стерж-
ней будет действенным средством, способствующим лучшему
заполнению ее и лучшему направленному газоотводу. Рациональ-
ное сочетание избыточного давления в потоке сплава и разре-
жения воздуха в полости литейной формы несомненно позволят
получать отливки высокого качества, по чистоте и точности при-
ближающиеся к отливкам, получаемым литьем под высоким
давлением.
Полное устранение механического пригара возможно при
правильном подборе скорости заполнения формы и скорости
торможения металлического потока путем настройки соответст-
вующих приборов системы управления. Настройка приборов на
ту или иную величину давления производится в соответствии
с данными технологической карты. Если величина рабочего дав-
ления соответствует указанной в карте технологического про-
цесса, а пригар продолжает встречаться, то следует уменьшить
интенсивность торможения путем нанесения более толстого слоя
59
теплоизоляционного покрытия на поверхностях щелевого лаби-
ринта или же увеличить величину зазоров в лабиринте, несколь-
ко приподняв его отъемную центральную часть. Также необхо-
димо обращать внимание и на качество сырых песчаных стерж-
ней. Изготовление их должно производиться в точном соответ-
ствии с технологическими условиями. Содержание влаги в по-
верхностном слое не должно быть менее 4—5%, иначе стержень
начнет осыпаться, и его охлаждающая способность резко пони-
зится, что существенно скажется на скорости кристаллизации,
а отсюда и на возникновении пригара. Лучшим вариантом, ко-
нечно, будет применение оболочковых стержней.
3.	СЛЕДЫ И РАКОВИНЫ ГАЗОВЫЕ
Этот вид брака, получающийся от металлической матрицы,
встречается на наружной поверхности отливок. Внешний его
вид — восходящие полосы более матового цвета, чем осталь-
ная поверхность, с местной морщинистостью и отдельными от-
крытыми раковинами газового происхождения. Направление га-
зовых следов преимущественно снизу вверх, соответственно по-
току металла, как это показано на фиг. 39. Участок поверхно-
сти, пораженный газовыми следами, обычно соответствует утол-
щенному в этом месте сечению отливки. Если газовый след не
сопровождается другими дефектами в виде подкорковых раковин
и пористости и не отражается существенно на качестве поверх-
ности отливки, то последняя может быть признана годной, так
как после пескообдувки поверхность литой детали принимает
равномерный светло-серый цвет.
м Источником газовых следов являются воздух, находящийся
в полости формы, особенно в ее углубленных участках, газы,
выделяющиеся из песчаных стержней или из недостаточно про-
сушенной теплоизоляционной краски и водяные пары от испа-
рения влаги, конденсированной на металлических холодильни-
ках. Точно так же источником этого явления может быть воздух
или инертный газ, прорывающийся из тигля в полость формы
при скачкообразном нарастании давления. Газы, пары и воз-
дух, тем или иным путем попавшие в металл, заполняющий
полость формы, перемещаются вместе с ним, окисляя прилегаю-
щие частицы сплава и образуя окисные плены, которые прижи-
маются к стенкам формы, образуя газовые следы. Отдельные,
более крупные газовые пузыри включаются между жидким ме-
таллом и стенкой формы, образуя углубления на поверхности
отливок или так называемые «ужимины». Обычно ужимины
имеют вытянутую каплеобразную, расширяющуюся вверх форму.
Объясняется это тем, что газовый пузырь, захваченный между
сплавом и стенкой формы, при нагревании увеличивает свой
объем и расширяется в том направлении, где сопротивление для
его расширения наименьшее. Газовые следы, образуемые ча-
60
Фиг. 39. Окисленный след с внешними газовыми
раковинами.
стично прорвавшимся из тигля инертным газом — аргоном —
менее заметны на гладкой поверхности отливки. Если инертный
газ захватывается между сплавом и стенкой формы или под
закристаллизовавшейся корочкой, то он образует раковины и
ужимины с поверхностью характерного золотистого цвета при
магниевом сплаве и с блестящей серебристой поверхностью при
алюминиевом сплаве.
Устранение газовых следов и раковин
Первоначально следует установить источник и причины, ре-
зультатом которых явились дефекты газового происхождения.
Если газовый след берет свое начало в основании отливки, в
коллекторе и затем пронизывает ее по всей высоте, как это по-
Фиг. 40. Газовая раковина в изломе коллектора.
казано на 4И'Г- 39, то источником может быть сжатый воздух или
газ, поступающий в тигель, а причиной дефекта — скачкообраз-
ное нарастание давления или очень быстрый подъем металла
до уровня основания формы. Для подтверждения этого следует
внимательно осмотреть поверхность литниковой системы. При
наличии прорыва газа на внешней поверхности литникового
остатка и в изломах коллектора будут обнаружены газовые
раковины и окисные плены (фиг. 40). Для устранения брака
необходимо проверить скорость заполнения формы и отрегули-
ровать ее в соответствии с указаниями технологической карты.
Часто источником газовых следов являются горизонтальные
ребра и другие углубленные участки в полости формы. В связи
с тем, что сплав поступает в полость формы с значительной
скоростью, воздух, находящийся в углубленных участках ее, не
успевает полностью вытесняться и, увеличивая свой объем при
нагревании, перемещается, включается в металлический поток
и увлекается вместе с ним вверх, оставляя на своем пути окис-
ленный след, а иногда включаясь в тело отливки в виде подкор-
ковых раковин.
Решающим мероприятием, устраняющим газовые дефекты,
не связанные с прорывом газа из тигля, будет вентиляция поло-!
62
сти формы с применением формообразующего набора и отдель-
ных вентиляционных -пробок, устанавливаемых в наиболее углуб-
ленных участках металлических матриц и отъемных вставок.
Существенным мероприятием будут и вентиляционные наколы
в углублениях песчаного стержня, способствующие лучшей эва-
куации воздуха из полости формы. Также следует обращать вни-
мание на состояние теплоизоляционного покрытия, которое дол-
жно быть достаточно капиллярным и газопроводным. Применяе-
мое иногда заглаживание слоя покрытия отработанной наждач-
ной бумагой в целях повышения чистоты внешней поверхности
на отливаемой детали способствует возникновению внешних га-
зовых дефектов и при литье тонкостенных деталей не рекомен-
дуется. Не менее существенным является и толщина слоя изоля-
ционного покрытия. Излишне толстый слой (свыше 0,2 мм) за-
медляет процесс формирования кристаллизационной корочки, и
газы, захваченные и расширяющиеся на границе металл — фор-
ма, имеют возможность прорвать очень тонкую корочку и про-
никнуть в отливку. Металлические холодильники должны быть
подготовлены в соответствии с инструкцией.
4.	ПОРИСТОСТЬ УСАДОЧНАЯ
Пористость усадочная встречается преимущественно на по-
верхностях отливок, образуемых песчаными стержнями. Внеш-
ний вид пористости — одиночные или групповые углубления не-
правильной формы с шероховатой поверхностью, имеющие раз-
мер до 1 —1,5 мм и' проникающие в тело отливки до 1—2 л.ч
(фиг. 41). Наблюдаются они преимущественно в средней (по
высоте) зоне отливки, на утолщенных ее участках и в местах
перехода толстых сечений к тонким. Обычно пористость сопро-
вождается пригаром механическим.
Причиной брака по пористости является недостаточно интен-
сивный подвод жидкой фазы сплава к кристаллизующемуся се-
чению отливки и недостаточное давление в жидкой фазе, что
затрудняет заполнение межкристаллических пустот, образую-
щихся в процессе кристаллизации. Очень часто утолщенное се-
чение отливки находится в окружении тонких стенок, затверде-
вающих раньше и преграждающих доступ жидкому металлу
к более массивным сечениям. В этом случае усадочная пори-
стость, наблюдаемая со стороны утолщенных сечений, очень
часто сочетается с газовой, что можно объяснить замедленным
ростом поверхностной защитной корочки на отливке и продав-
ливанием ее расширяющимся газовым пузырьком со стороны
песчаного сырого стержня, газопроницаемость которого незначи-
тельна.
Мероприятием, направленным к устранению пористости, бу-
дет выравнивание скорости кристаллизации утолщенных сечений
отливки, что производится, как обычно, с помощью холодильни-
63
ков, заформовываемых в сырой стержень или устанавливаемых
в оболочковый стержень. Облегчение доступа жидкой фазы
сплава к питаемому сечению осуществляется повышением тем-
пературы сплава, повышением скорости его движения в полости
формы и лучшей теплоизоляцией прилегающего к питаемому
сечению участка металлической матрицы. При этом повышается
Фиг. 41. Пористость усадочная, сопровождаемая пригаром.
теплосодержание в металлическом потоке, способствующее раз-
рушению и расплавлению дендритного скелета, образующего
структурные мосты, изолирующие утолщенный участок. Очень
существенное значение имеет равномерное по всему сечению
заполнение формы сплавом. При различных сечениях рабочей
полости сплав может устремиться по наиболее широкому сече-
нию. При этом происходит местный перегрев утолщенного уча-
стка и, как результат этого, замедление кристаллизации сплава,
ведущее к образованию пористости. Выравнивание уровня спла-
ва в форме можно достигнуть изменением сечения питателя,
сообщающего полость формы с литниковым коллектором.
64
5.	ЗАГОРАНИЕ ОТЛИВКИ
Этот вид брака встречается при получении отливок из маг-
ниевых сплавов, когда не принимается действительных мер,
Препятствующих непосредственному контакту жидкого сплава
Ф ’г. 12. Следы горения на поверхности
отливки из магниевого сплава.
с воздухом. При отливке под низким давлением деталей боль-
ших габаритов с разветвленной литниковой системой трудно из-
бежать активного окисления сплава. Интенсивное окисление,
а иногда и загорание сплава может быть в тот момент, когда
жидкий сплав с замедленной скоростью заполняет литниковую
систему, имеющую значительную поверхность по сравнению с
сечением полости формы. Характерный пример загорания от-
ливки из магниевого сплава показан на фиг. 42. Очагом заго-
рания является также и металлопровод, где зеркало сплава,
правда незначительное по своей площади, ничем не защищено
от воздуха, который проникает в металлопровод после удаления
очередной отливки. Загорание сплава на внутренних стенках
металлопровода обычно наблюдается между отливками после
слива остатков сплава, и оно тем интенсивнее, чем выше темпе-
ратура. При подаче сплава в полость формы вместе с ним увле-
каются и продукты горения, которые засоряют металл, резко
снижают механические свойства и портят внешний вид отливок.
Основным мероприятием, предупреждающим опасность заго-
рания сплава, несомненно будет изоляция его от контакта с воз-
духом, удачно разрешенная инж. Ф. Д. Ка’рмановым, предло-
жившим систему, позволяющую замещать воздух инертным га-
зом на всем пути движения жидкого металла.
Существенное значение будет иметь и присадкам стержневую
смесь противоокислительных веществ, таких как борная кисло-
та, флотационный серный колчедан, присадка ВМ и др. Не сле-
дует забывать также и о температуре жидкого магниевого
сплава. При повышении температуры свыше 720—730° интен-
сивность окисления резко возрастает. При выполнении всех вы-
шеуказанных средств защиты отливки из магниевого сплава
будут получаться безупречными.
6.	ГАЗОВЫЙ БАРБОТАЖ
Газовый барботаж относится к числу дефектов, которые
встречаются сравнительно редко и зависят всецело от внима-
тельности технолога. Внешний вид его отличен от всех других
видов брака. При газовом барботаже металл поступает в фор-
му одновременно с большим количеством сжатого воздуха или
инертного газа, проникающего в металлопровод из полости
тигля. Отливка с газовым барботажем показана на фиг. 43 сле-
ва, а рядом с ней отливка, полученная с соблюдением техноло-
гического режима.
Три основные причины барботажа
1.	Резкое повышение давления в тигле. Чтобы
металл начал свое восходящее движение по металлопроводу,
необходимо создать в герметическом объеме тигля избыточное
давление. Если это давление будет нарастать в очень короткий
период времени, примерно в 2—3 сек., то частицы металла еще
не придут в движение во всей его массе, и давлению на единицу
поверхности не будет противостоять давление столба сплава,
вытесняемого по металлопроводу. В силу разности давлений
газ или сжатый воздух имеет возможность прорваться через
б€
толщу металла в металлопровод, а из него в полость формам.
В дальнейшем сплав, вытесняемый по металлопроводу, подни-
мается до уровня кольцевого коллектора и на какую-то долю
секунды замедлит свое восходящее движение. В этот момент,
если давление в тигле нарастает чрезмерно быстро, также воз-
можен кратковременный прорыв газа. Для устранения барбо-
тажа подъем сплава до уровня коллектора и заполнение коллек-
тора следует производить замедленно, в течение 7—12 сек,,
в соответствии с технологическим режимом.
Фиг. 43. Газовый барботаж.
2.	Трещины в сварных швах металлопрово-
да. Даже незаметные-глазом трещины, расширяясь при нагре-
ве, могут быть источником барботажа, правда, менее интенсив-
ного. Во избежание этого необходимо периодически проверять
состояние металлопровода и заменять его в случае износа.
3.	Недостаточное количество сплава в тигле.
При невнимательном контроле за уровнем сплава может слу-
читься, что уровень его в тигле, опустившись под действием
давления газовой среды, приблизится к заборному отверстию
металлопровода. При этом возможен прорыв газа, сопровож-
дающийся выбросом сплава из металлопровода. Уровень сплава
в тигле, пока не применено более совершенных способов, сле-
дует контролировать щупом, погружаемым в него через отвер-
стие в металлопроводе.
5*
ГЛАВА IV
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЛИТЕЙНАЯ УСТАНОВКА
1.	МЕТАЛЛОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО
На фиг. 44 показан чертеж опытной литейной установки с
емкостью тигля до 150 кг алюминиевого сплава. Толстостенный
стальной литой тигель установлен в футерованный кожух с элек
трообогревающей системой. Опорный фланец тигля снабжен
кольцевым пазом прямоугольного сечения, предназначенным для
прокладки герметизации. В средней по высоте части тигля вы
полнено несквозное отверстие, в которое устанавливается тер
мопара и укрепляется в нем посредством сварки (на чертеже
не показано). Сжатый воздух или инертный газ подводится в
тигель через отверстие во фланце. Стальная литая крышка
укрепляется на фланце тигля посредством шести накидных бол
тов диаметром 24 мм, шарнирно закрепленных в приливах флан
ца. Крышка имеет кольцевой чисто обработанный выступ, форма
и размеры которого соответствуют кольцевому углублению на
фланце тигля. В центре крышки имеется отверстие, снабженное
резьбой, в которое устанавливается головка металлопровода
Для установки и центровки литейной формы служат три регу
лируемых болта, закрепляемых контргайками в специальных
приливах крышки тигля. Крышка имеет теплоизоляцию из асбе
сто шамотной массы, предназначенную для уменьшения тепло
передачи от центральной части крышки с гнездом для металле
провода
Прокладка герметизации выполняется из трехмиллиметро
вого асбестового шнура, который укладывается в кольцевой паз
фланца тигля, образуя четыре пять полных витков
После установки крышки на фланец тигля, гайки накидных
болтов затягиваются в перекрестном направлении с крутящим
моментом, равным 50 кГм. После разогрева тигля фланцевые
болты необходимо подтянуть вторично и также в перекрестном
направлении. Наполнение тигля жидким сплавом производится
через литниковую воронку, устанавливаемую в литниковую
втулку литейной формы.
68
69
2.	КОНСТРУКЦИЯ МЕТАЛЛОПРОВОДА
Металлопровод является наиболее ответственной детальк
установки для литья под низким давлением. От его конструкции
во многом зависят качество отливок и легкость удаления их и-
Фиг. 45. Конструктивные варианты металлопровода:
1 — затвердевший остаток сплава, 3 — металл слился в тигель
литейной формы. Металлопровод, примененный в установке и
показанный на фиг. 45, г, не сразу получил свои конструктивные
формы. Ему предшествовал ряд вариантов — а, б, в.
Первый вариант а обладал очень существенным недостатком.
При удалении отливки в верхней части трубы оставался затвер-
девший остаток сплава, форма которого не позволяла протолк-
70
нуть его вниз или извлечь кверху. Этот недостаток был устра-
нен в следующем варианте б. Обратный конус в верхней части
трубы металлопровода, который на фиг. 45, а условно не по-
казан, был заменен цилиндрическим пояском, и проталкивание
вниз затвердевшего остатка уже не вызывало затруднения.
Но это не было еще решением задачи. Нужно было найти
такие конструктивные соотношения, при которых металл вооб-
ще не затвердевал бы в металлопроводе. Было установлено,
что одним из условий возникновения затвердевшего остатка
является высокая теплопроводность верхней части металло-
провода, имеющего толщину стенки 5 мм. В последующем вари-
анте в толщина стенки была уменьшена до 3,5 мм и увеличены
конус верхней части трубы и ее диаметр. Образование затвер-
девшего остатка в этом случае наблюдалось только тогда, когда
уровень сплава в тигле подходил к нижнему значению, и вы-
ступающая из металла труба металлопровода интенсивно охлаж-
далась порциями сжатого воздуха, поступающего в тигель при
каждой очередной отливке. При дальнейших исследованиях воп-
росов теплообмена, путем специально поставленных экспери-
ментов, было установлено, что снижение теплопроводности мо-
жет быть достигнуто путем замены медной уплотнительной про-
кладки под головкой металлопровода на асбестовую.
Дополнительно было установлено, что сокращение длины
конической части трубы способствует лучшему ее прогреванию,
особенно при еще большем уменьшении толщины стенки. С вне-
сением всех этих изменений, а также с ликвидацией цилиндри-
ческого пояска на выходном отверстии, металлопровод принял
вид, показанный на фиг. 45, а. Конструкция полностью отвечала
предъявленным требованиям и не нуждалась в очистке между
рабочими циклами. Тепловой режим металлопровода, особенно
его верхней части, примыкающей к головке, должен быть таким,
чтобы сплав после кратковременной выдержки, необходимой
для кристаллизации отливки под давлением, полностью сливался
вниз, не оставляя на внутренней поверхности трубы закристал-
лизовавшихся пленок. Эти пленки, постепенно наращиваясь, при
последующих проходах сплава могут существенно уменьшить
расчетное сечение металлопровода и вызвать брак отливок. Ме-
таллоемкость головки должна быть наименьшей, так как она
является теплопроводным звеном между металлопроводом и
крышкой тигля.
Большую неприятность могут принести даже микроскопиче-
ские трещины в трубе металлопровода или в сварных швах,
соединяющих трубу с головкой. Расширяясь при нагреве, эти
трещины свободно пропускают сжатый воздух, который, увле-
каясь проходящим по металлопроводу сплавом, попадает в от-
ливку, образуя газовые дефекты. Сварку металлопровода сле-
дует поручать дипломированному сварщику, помня о том, что
даже незначительный непровар и включение окислов в шов не
71
допускаются. Цилиндрическая, погружаемая в сплав часть ме-
таллопровода может быть выполнена либо из чугуна, либо из
конструкционной стали, обладающей хорошей свариваемостью.
Сварку чугунного металлопровода рекомендуется выполнять
обломками поршневых колец, а стального — Специальными
электродами. При отливке магниевых сплавов можно применять
металлопроводы, сделанные из легированной хорошо сваривае
мой стали, не содержащей никеля, который очень легко раство-
ряется в магниевом сплаве. Как чугунный, так и стальной метал-
лопроводы должны иметь слой защитного покрытия, предохра-
няющий его поверхности от непосредственного контакта с
жидким сплавом. Таким покрытием может быть любая кокиль-
ная краска толщиной слоя 0,3—0,5 мм, наносимая посредством
пульверизатора. Герметическое соединение головки металлопро
вода с крышкой тигля обеспечивается асбестовым трехмилли-
метровым шнуром, несколько оборотов “которого укладывают
виток к витку между головкой и опорной плоскостью гнезда
в крышке.
Необходимо предостеречь от установки холодного металло-
провода в разогретую крышку тигля. Резьба на головке метал-
лопровода, расширяясь от нагрева, вызовет заклинивание
соединения, и вывернуть металлопровод в этом случае без опас-
ности срыва резьбы очень трудно. Нижний конец установленного
в тигель металлопровода не должен доходить до дна тигля на
расстояние 50—60 мм. Сокращать указанный размер не реко-
мендуется, так как это может повлечь за собой попадание в от-
ливку неметаллических засоров, часто встречающихся в нижних
слоях сплава и на дне тигля. Увеличение расстояния также не
желательно потому, что в тигле при этом остается большое ко-
личество неиспользуемого сплава, который по окончании работы
необходимо вычерпывать и разливать в изложницы.
Дополнительным усовершенствованием металлопровода яв-
ляется устройство резьбовой заглушки, позволяющей герметиче-
ски закрывать отверстие в головке металлопровода. Применение
заглушки позволило существенно упростить процесс проверки
герметичности тигля, осуществляемой перед началом работы.
Раньше для проверки герметичности приходилось удалять ме
таллопроводы, а отверстия для них в крышке тигля заглушать
специальными пробками. Такой способ проверки был явно несо-
вершенен, так как не позволял проверить герметичность соеди-
нения металлопровода с крышкой тигля, где по вине незначи-
тельного засора могла быть утечка сжатого воздуха, что прак-
тически и наблюдалось. При отливке деталей металлоемкостью
более 15 кг, а также деталей панельного типа с размером в
горизонтальном направлении около 1 м целесообразно при
менять два одновременно действующих металлопровода.
В этом случае увеличивается расход сплава (Q л)сек) во
всех видах литья, являющийся положительным фактором. Одно-
72
временна уменьшается линейная скорость, которая не должна
превышать 1,5—1,8 м/сек. Помимо возможной турбулизации по-
тока, высокая линейная скорость сплава может вызвать размы-
вание песчаного стержня и включение засоров в отливку.
При литье магниевых сплавов необходимо создать условия
для защиты сплава от контакта с воз-
духом на всем пути движения его из тиг-
ля до полости промывника в литейной
форме. Для защиты сплава от окисления
и загорания инж. Ф Д. Кармановым
предложено приспособление, показанное
на фиг. 46. Верхняя часть металлопро-
вода, находящаяся над зеркалом спла-
ва, снабжается дополнительным кожу-
хом У, приваренным к металлопроводу и
к его головке. На заключенной в кожух
части металлопровода делаются три-че-
тыре продольные сквозные прорези 2 ши-
риной 0,1 мм и высотой 80—100 мм. Вы
полняются эти прорези электроискровым
способом. Головка металлопровода снаб-
жается дополнительными каналами 3
Инертный газ под давлением около
10 мм рт. ст. поступает через канал 3 в
кожух, а оттуда в металлопровод, откуда
вытесняет воздух и устремляется вверх,
также замещая воздух в полости фор-
мы. Автоматическое прекращение подачи
газа производится в тот момент, когда
сплав, заполнив коллектор, замкнет со-
бой нижний электрический датчик. Вклю-
чение подачи газа осуществляется одно-
временно со сбросом давления из тигля.
Фиг 46 Противоокисли-
тельное приспособление
на металлопроводе
3.	РАСЧЕТ ДИАМЕТРА МЕТАЛЛОПРОВОДА
Расчет наименьшего сечения металлопровода можно произ
водигь по формуле, известной из гидравлики:
F
(1 1000
Zp-7 р 2g Н
СМ2,
где О — вес отливки в кг;
Р — коэффициент сопротивления;
у—удельный вес сплава в г/см*;
g — ускорение силы тяжести в см/сек1;
И — напор в см\
Z—время запопнения формы сплавом в сек.
73
Коэффициент ц определяет потерю напора, который меняется
с повышением вязкости охлаждающегося сплава. Зависит так-
же от сопротивления движению металла со стороны воздуха
в полости формы (по А. Г. Спасскому, для тонкостенного
литья коэффициент р следует принимать от 0,3 до 0,4). Напор Н
является результатом деления необходимой величины давления
в тигле Р на удельный вес сплава у.
Вес отливки G состоит из веса сплава, необходимого для за-
полнения полости формы, включая сюда и вес сплава, необхо-
димого для заполнения литниковой системы и полости промыв-
ника. Z — время заполнения полости формы принимается на
основании замеров, произведенных автором .при отливке тонко-
стенных деталей (см. фиг. 98). Для расчета можно принять сле-
дующие значения:
Высота отливки до 200 мм
То же	до 300	„
„	до	500	„
до 700 „
,	до	1000	„
Z = 1,5 сек;
Z = 2
z-з „
Z = 4
Z = 5
Пример.
Рассчитать наименьшее сечение металлопровода, имея сле-
дующие данные:
1.	Вес алюминиевого сплава, необходимого на одну отливку
с учетом литниковой системы и промывника G = 9,8 кг.
2.	Высота отливки, включая и промывник h = 700 мм.
3.	Расстояние от среднего (расчетного) уровня сплава в
тигле до основания коллектора в литейной форме Ai = 500 мм.
Решение. Давление на зеркало сплава в тигле, необходимое
для подъема его на высоту Л2 (расстояние от среднего уровня
сплава в тигле до верхней точки промывника), равно
Рраб =	- (70 + 50). 2,6 = 0,3 кГ{см\
Напор
и Рраб	300	. . -
------=-----=115 см.
7	2.6
Подставляя эти величины в основную формулу, получим
с	9.8-1000	9800 с
г =---------_________=-------5 сл-,
4- 0,4-2,6/2-981-115	1976
что соответствует диаметру металлопровода 26 мм.
Проверим линейную скорость сплава в наименьшем сечении
металлопровода, в данном примере равном F—5 см2:
v	9800	. о о ,	1 л /
со —-----=--------=188 см сек, или ^1,9 м сек.
FZ	2,6-5-4	1	'
74
Истечение металла может приобрести турбулентный харак-
тер. Практически диаметр металлопровода был равен 35 мм.
Линейная скорость сплава не превышала 1 —1,1 м/сек.
4. КОНСТРУКЦИЯ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
Выбор литниковой системы является существенным вопро-
сом при разработке технологической методики процесса литья.
При литье под низким давлением, как впрочем и при других
видах литья, от правильной фор-
мы, размеров и места подвода
литниковой системы в полость
формы во многом зависит каче-
ство получаемой отливки. Новиз-
на процесса и очень небольшой
практический опыт не позволяют
еще создать рациональную мето-
дику расчета размеров. Очевидно
одно, что литниковую систему
следует рассматривать как один
из элементов полости литейной
формы, заполняемой сплавом, а
не как нечто отвлеченное. При
отливке тонкостенных деталей
литниковая система имеет неко-
торые специфические особенно-
сти, которые следует учитывать
при освоении технологического
процесса.
При отработке литниковых
систем применительно к литью
под низким давлением были оп-
робованы различные способы со-
общения металлопровода с по-
лостью формы.
В одном из первых вариантов
(фиг. 47) сплав под действием
избыточного давления поступал
в полость формы исключительно
в местах примыкания щелевых
питателей, после чего с большой
скоростью устремлялся по пути
наименьшего сопротивления, ка-
Фиг. 47. Заполнение формы при
недостаточном количестве пита-
телей.
ким в данном случае являлись относительно массивные ребра
жесткости в отливке.
В результате в первую очередь заполнялась реберная сетка,
а затем уже, причем с замедленной скоростью, частично и меж-
реберное пространство. Те немногие участки отливки, которые
75
при этом были заполнены, имели пористую поверхность и струк-
туру, свойственные отливкам, полученным при недостаточном
давлении. Осуществив второй коллектор и увеличив количество
питателей (фиг. 48), удалось получить из алюминиевого сплава
полномерные отливки длиной 1200 мм при одинаковой толщине
стенки, равной 3 мм (фиг 49) Сдвоенный литниковый коллек-
Фи1 48 Два варианта литниковых систем
тор в этом случае явился регулятором, позволившим уравнять
количество сплава, одновременно поступающего в форму через
увеличенное количество равномерно распределенных питателей.
Рассредоточенный подвод сплава в полость формы позво
лил сократить время ее заполнения и повысить давление в по
токе, что благотворно сказалось на чистоте поверхностей отли
вок и их структуре При переходе на магниевый сплав, как из-
7ь
вестно, обладающий более высокой окисляемостью, отрицательно
сказывающейся на его жидкотекучести, пришлось изменить
с согласия конструктора, реберную сетку на отливке, сделав ее
более частой (фиг. 50).
Рациональная литниковая система для отливки цилиндриче
ских деталей, размером по диаметру не более 400 мм, показана
на фиг 51 Сплав по металле
Фиг 49 Отливка из алюминиевого сплава дл i
ной 1200 мм со стенкой толщиной 3 мм
Фиг 50 Отливка получи i
ная из магниевого сплава
по горизонтальным каналам, заполнял кольцевой коллектор
Полость литейной формы сообщалась с коллектором посред
ством щелевого питателя, выполненного по всему периметру ос
нования отливки.
Для отливок, имеющих диаметр больший чем 400 мм, можно
применить литниковую систему, показанную на фиг 52. В этом
случае подвод сплава осуществляется одновременно через два
77
Фиг. 51. Литниковая система для цилиндрических отливок.
Соотношение сечений:
/—литник, /7=10гл*,	/Л-металлоломвод 6,5x4-26 с*2:	///—коллектор 4,5x8,
f=36 слР; IV—питатель, /-16—-20 с.м3.
Система тормозящая
SiA	200	220	240	260
КгБ	195	217	235	255
SB	148	170	188	208
78
м можно получать с примене-
Фиг. 52. Литниковая система с
применением двух металлопрэ-
водов.
металлопровода, что способствует более равномерному заполне-
нию коллектора при меньшей линейной скорости сплава в лит-
никовой системе.
Конструктивное оформление литниковой системы при отлив-
ке протяженных деталей панельного типа показано на фиг. 53.
Отливки размером по длине до 1
нием одного металлопровода, а
имеющих размер свыше метра —
с двумя металлопроводами, при-
чем коллектор в этом случае
лучше делать раздельным, т. е.
на каждый металлопровод свой
коллектор. Металлоподводящий
канал, сообщающий литниковую
втулку с коллектором, следует
подводить с таким расчетом, что-
бы избежать проникновения
сплава в полость формы до за-
полнения им коллектора. Питаю-
щую щель, сообщающую коллек-
тор с полостью формы, целесо-
образно делать переменного се-
чения, т. е. более широкой на
участке, наиболее отдаленном от
литниковой втулки. Лучше всего
величину щели доводить практи-
чески в процессе освоения. Очевидно, что форму тигля при от-
ливке протяженных плоскостных деталей целесообразнее делать
овальной, так как это уменьшит габариты литейной установки и.
Фиг. 53. Литниковая система для отливок панельного типа.
чю более существенно, сократит поверхность зеркала сплава
в тигле, а следовательно, и уменьшит его окисляемость.
Литниковая система для магниевых сплавов несколько отли-
чается от систем, применяемых для сплавов на алюминиевой
основе.
79
На фиг. 54, а показан эскиз литниковой системы отливки из
алюминиевых сплавов, а на фиг. 54, б та же система, но полу-
ченная из сплава МЛ-5. Если в первом случае все каналы и
коллектор имели полное формообразование, то во втором слу-
чае в местах, обозначенных стрелками, встречались усадочные
Фиг 54 Кристаллизация сплава в литниковом
системе:
а — алюминиевый сплав, б—магниевый сплав
утяжины. После выдержки, необходимой для кристаллизации
сплава, давление в тигле снималось, и остатки жидкого сплава
Фиг 55 Наросты в трубе
металлопровода
/ — сплав 2 — нарост 3 — воз
ду< 4—раковина на литнике
в металлопроводе сливались в тигель.
При этом сливалась и часть сплава из
литниковой втулки, образуя в литни-
ковом остатке пустоту 4. При отливке
из магниевого сплава литниковый
остаток был сплошным. Следователь-
но, при одном и том же сечении лит-
никовой втулки в первом случае жид-
кий сплав до самого последнего мо-
мента поступал в литниковую систему,
создавал в ней давление и надежно
питал усадку кристаллизующихся
слоев С применением магниевого
сплава в наиболее узких сечениях
литниковой системы возникали струк-
турные мосты /—/, изолирующие вы-
шележащие участки от притока жид-
кой фазы сплава. Очевидно, что лит-
никовая втулка для отливок из маг-
ниевых сплавов должна иметь либо
большее проходное сечение, либо,
если сечения одинаковы, меньшую
теплопроводность, что достигается изоляцией втулки от плиты
литейной формы.
На фиг. 55 показана верхняя часть металлопровода в его
обычном выполнении. При отливке магниевых сплавов на вну-
80
тренней поверхности конического участка наблюдались трудно
удалимые наросты интерметаллического соединения. При про
ходе сплава через это сечение воздух, захватываемый около этих
наростов, задерживался, нагревался, увеличивался в объеме и
проникал в литниковую втулку, а через нее в отливку, образуя
подкорковые раковины.
Металлопровод рекомендуется располагать в таком месте,
чтобы отходящие от него каналы обладали примерно одинако
вым сопротивлением проходящему по ним жидкому сплаву
Очень существенно, чтобы питатели, соединяющие коллектор
с полостью формы, имели суммарное сечение в 2—3 раза мень
шее, чем сечение коллектора. Если сумма сечений питателен
равна или больше суммы сечений коллектора, то в этом случае
коллектор уже не будет являться резервуаром, выравнивающим
производительность питателей. Заполнение формы приобретет
характер разобщенного потока, снижающего качество отливки
5. ТИПОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ
Основанием литейной формы (фиг. 56) является чугунная
плита 1 с запрессованной в нее направляющей колонной 2
В центре плиты имеется сменная литниковая вставка, центри
рующая подвижные корпусы, и литниковая втулка <?, входящая
в гнездо головки металлопровода. Корпус формы состоит из
двух частей: правой и левой 4. шарнирно соединенных посред
ством трубы 5. Внутренний диаметр трубы на 1,5 мм больше
диаметра колонны, что позволяет легко снимать части корпуса
с плиты и, кроме того, устраняет заклинивание в направляющих,
неизбежное при разной температуре нагрева плиты и частей
корпуса. Запирание половинок корпуса в немеханизированном
варианте осуществляется накидными винтовыми замками 6 Для
того чтобы половинки корпуса не приподнимались над плитой
в результате давления жидкого сплава, сделано специальное
противоподъемное приспособление 7, более подробное описание
которого будет дано в главе «Конструирование».
Существенной особенностью является возможность независи-
мого подрыва правой и левой половин корпуса после затвер-
девания отливки. Это устраняет возможный перекос отливки по
отношению к частям корпуса в начальный момент разъема. Для
формообразования внешней поверхности отливаемой детали
служит набор формообразующих вставок S, закрепляемых вер-
тикальными планками 9. Одним из существенных преимуществ
является равномерное теплораспределение по всей поверхности
вставок, что очень важно при отливке тонкостенных деталей
Система электрообогрева состоит из отдельных нагревательных
элементов 10, монтируемых в углублениях корпуса. Мощность
нагревателей может быть различной в зависимости от размеров,
важно только, чтобы нагреватели обеспечивали температуру
6	• К Ведел*	81
нагрева матриц от 300 до 350°, что достаточно для отливки де
талей со стенкой толщиной 2—3 мм. Между основанием нагре
вательного элемента и внешней поверхностью корпуса следует
прокладывать листовой асбест толщиной около 10 мм и вообще
изолировать корпус от ненужного нагрева.
Фиг 56 Полуметаллическая литейная форма
6 КОНСТРУКЦИЯ ТОРМОЗЯЩЕГО ФИЛЬТРА
Конструктивной особенностью литейных форм является тор
мозящий фильтр. В начальной стадии освоения лцтья под ни 4
ким давлением применялся так называемый стружковый
фильтр конструкция которого показана на фиг 57 Тормозящим
82
элементом являлась измельченная алюминиевая стружка, по
мещаемая в пространство, ограниченное двумя сетками, в
свою очередь установленными в полость песчаного стержня
образующую выпор-промывник. Плавное снижение скорости
металлического потока происходило за счет интенсивного тепло
отвода очень большой поверхностью стружки. Однако стружко-
вый фильтр был пригоден только для экспериментальных работ.
Тормозящая способность фильтра зависела от размера стружки
и плотности ее набивки. Заполненная металлом стружка шл j
Фиг 57 Тормозящий фильтр стружковый
в отход, а изготовление фильтра для каждой последующей oi
ливки было трудоемким процессом.
Идя по пути дальнейшего усовершенствования тормозящих
устройств, была разработана конструкция цельнометалличе
ского фильтра показанная на фиг 58. Фильтр своей шарнир-
ной втулкой надевается на колонну и является как бы продол
жением матриц. Разъемные части фильтра 1 и 2, так же как и
разъемные части корпуса, снабжены винтовым запирающим
устройством 3. Центральная отъемная часть фильтра 4 имее?
посадочные платики, обеспечивающие ей соосное положение по
отношению к разъемным частям 1 и 2. Укрепление верхней ча-
сти фильтра в момент заполнения формы сплавом осущест-
вляется накидными винтовыми скобами 5. Подрыв центральной
части фильтра производится посредством ломиков, заводимых
в предусмотренные для этой цели пазы. Для того чтобы жидкий
сплав, заполнив полость промывника, не мог проникнуть в вен-
тиляционное отверстие центральной части фильтра, предусмот-
рен кольцевой выступ — нож, врезаемый в торец сырого
6*	S3
стержня. Тормозящим элементом фильтра является щелевой
лабиринт, образуемый внешней поверхностью центральной ча-
сти и внутренней поверхностью разъемных частей корпуса.
Уклон образующих коническую щелевую полость шириной
1,5 мм не должен быть менее 15°, иначе удаление центральной
части фильтра потребует значительных усилий. Тормозящая
способность фильтра может регулироваться в довольно широ-
Фиг 58. Тормозящий фильтр лабиринтный
ком диапазоне изменением толщины щели лабиринта, что дости-
гается отжимными винтами. Работа фильтра надежна и произ-
водительна. Фильтр может быть взаимозаменяем, если нижнюю
часть корпуса, образующую полость промывника, сделать со
сменными вставками в соответствии с диаметрами отливаемых
деталей.
На фиг. 59 показана экспериментальная установка для литья
под низким давлением, состоящая из следующих узлов:
1 — крошка герметичного тигля, частично заглубленного под
уровень пола; 2 — плита литейной формы с запрессованной в
нее колонной; 3 — правая половинка разъемной литейной маг
рицы; 4 — тормозящий фильтр; 5 — ресивер для сжатого воз-
духа или инертного газа; 6 — сборка с пусковой электроаппара
турой; 7 — щит с приборами теплового контроля; 8 — щит с при-
борами автоматического управления подачей сплава в полость
литейной формы; 9 — устройство для вакуумной дегазации
сплава, находящегося в тигле.
14
7 СТЕРЖНИ ПЕСЧАНЫЕ СЫРЫЕ
Внутреннюю поверхность отливок можно получать с по-
мощью сырых стержней, сделанных из формовочной смеси. Так-
же могут быть применены и оболочковые стержни, сделанные из
термореактивной смеси. Основным требованием, предъявляемым
к стержням, являются высокая размерная точность в соответст-
вии с чертежом и высокая точность центровки их по отноше-
нию к металлическим матрицам. Сухие песчаные стержни,
Фиг 59 Общий вид экспериментальной установки для литья
под низким давлением.
склонные к изменению своих размеров в процессе сушки, для
получения тонкостенных отливок обычно непригодны. Наиболь-
шая точность размеров обеспечивается оболочковыми стержня-
ми и сырыми стержнями, изготовленными в металлических
стержневых ящиках. При отливке детали высотой около 600—
700 лья и с толщиной стенки 2,5—3,0 мм достаточно самого незна-
чительного, незаметного для глаза перекоса песчаного стержня,
чтобы вызвать в отливке разностенность 1 —1,5 мм, что совер-
шенно недопустимо для целого ряда изделий. Песчаные стерж-
ни, так же как и другие элементы литейной формы, претерпели
ряд эволюционных изменений, направленных на снижение тру
доемкости изготовления и повышение размерной точности. Кон-
струкция сырого стержня, показанная на фиг. 60, состоит и^
следующих элементов:
85
а)	сухой литниковый стержень-фиксатор /, отдельно показан
ный на фиг. 61, имеет конический знак, размеры которого точно
соответствуют размерам посадочного гнезда в основной плите
формы. Следует иметь в виду, что посадочные размеры заме
ряются не в холодном виде, а при температуре установившегося
технологического режима. Отсюда истинные размеры кониче
ского знака доводятся опытным путем. В стержне выполнены
литниковые ходы, сообщающие литниковую втулку металлопро
Фиг. 60. Сырой песчаный стержень в сборе
/ — стержень фиксатор нижний (сухой), 2 — кар-
кас трубчатый, 3 — стержень формообразователь
(сырой), '/—стержень-фиксатор верхний (сухой),
5 — рассекатель, 6 — втулка, 7 — каналы венти-
ляционные
вода с кольцевым коллектором, образуемым стержнем и частим
но подвижными частями матриц;
б)	металлический каркас 2, отдельно показанный на фиг. 62
предназначен для транспортировки стержня на сборку, для
удаления газов из стержня и для удаления отлитой детали
Нижняя снабженная резьбой часть каркаса имеет фассонную
гайку-заглушку, которая будучи вставлена в гнездо сухого
литникового стержня, выполняет роль рассекателя для восходя-
щего металлического потока. Сухой стержень надежно закреп-
ляется между каркасом и заглушкой и в таком виде устанавли-
вается в стержневой ящик;
в)	формообразующая часть стержня 3 выполняется из сырой
формовочной смеси с простановкой необходимого количества
алюминиевых холодильников и проволочных каркасов
^6
г)	верхний, сухой стержень-фиксатор 4, отдельно показан
ный на фиг. 63, предназначен для осевой центровки верхней ча-
сти формообразующего стержня. Этот стержень проставляется
в стержневой ящик перед окончанием его набивки, причем вы-
ступы стержня плотно касаются его поверхности. Диаметр
Фиг 63 Верхний сухой
стержень-фиксатор
Фиг. 62 Металлический кар
кас в сборе с литниковым
стержнем
окружности D, описанной по выступам, точно соответствует диа-
метру базовой расточки в матрицах при их рабочей темпера
гуре. Требуемая степень точности достигается применением хо-
рошо просеянного люберецкого песка марки ЗКО25 с последу-
ющей калибровкой диаметра выступов в специальном приспо
соблении.
Наиболее рациональной конструкцией стержневого ящика
для сырых стержней высотой не более 400 мм будет створчатая.
87
пример которой показан на фиг. 64. Ящик этого типа очень удо-
бен в работе и обеспечивает высокую точность соединения по-
ловинок без применения центрирующих штырей.
Фиг. 64. Створчатый стержневой ящик.
8. СТЕРЖНИ ОБОЛОЧКОВЫЕ
Совершенной конструкцией стержня является оболочковый
стержень, показанный на фиг. 65. Как видно на фотоснимке, все
элементы, имеющиеся в сыром стержне, здесь заменены одной
монолитной системой высокой точности, высокой прочности и
высокой газопроницаемости. Чистота поверхности отливки по-
вышается на один класс.
Оболочковые или корковые стержни по сравнению с другими
имеют ряд существенных преимуществ.
1.	Повышается размерная точность отливаемых деталей, так
88
как оболочковый стержень сохраняет размеры рабочей полости
стержневого ящика, в котором он изготовлялся (с учетом тепло-
вого расширения материала стержневого ящика).
2.	Улучшается качество поверхностей в отливке, так как от-
сутствуют выкрашивание, осыпаемость и трещины на стержнях,
и сам внешний вид поверхностей отливки при этом значительно
чище и однороднее.
3.	Снижается газотворная способность, и резко повышается
газопроницаемость стержня.
4.	Сокращается количество оборотного песка и соответствую
щего оборудования.
5.	Механизируется производство стержней, что помимо повы-
шения общей культуры производства существенно увеличивает
и производительность.
Практически трудоемкость изготовления оболочковых стерж-
ней размером до 400 мм не превышала 5—7 мин. на один стер-
жень, тогда как изготовление аналогичного сырого стержня из
формовочной смеси с применением той же оснастки занимало от
30 до 40 мин.
6.	Открывается перспектива полной автоматизации производ-
ства стержней и встраивания стержневой машины в поточную
линию производства литых деталей.
До того как применить оболочковые стержни, необходимо
было найти ответ на следующие вопросы.
1.	Обеспечат ли оболочковые стержни, обладающие значи-
тельно большей поверхностной твердостью, свободное сокраще-
ние линейных размеров отливки при ее затвердевании. Не вызо-
вет ли затрудненная усадка появления трещин в отливках, осо-
бенно получаемых из широкоинтервальных сплавов.
2.	Какую практически размерную точность отливок можно
получить с применением оболочковых стержней. Какую величи-
ну линейной усадки следует принимать в расчет при конструи-
ровании стержневых ящиков.
3.	Каким способом наиболее целесообразно удалять из тонко-
стенных отливок оболочковые стержни без опасения деформа-
ции отливок. Если сырые стержни легко удалялись при помощи
вибрации, то оболочковые стержни этим путем удалять невоз-
можно, так как они значительно прочнее.
4.	Не возникнут ли деформации в тонкостенной отливке, если
оболочковый стержень будет иметь металлические холодильники.
Исследования отливок, полученных из легких сплавов и с
применением оболочковых стержней, позволили сделать следую-
щие предварительные выводы.
1.	Оболочковые стержни могут быть применены при произ-
водстве тонкостенных литых деталей, получаемых из легких
сплавов способом литья под низким давлением.
При отливке деталей диаметром 250X250 мм со стенками
толщиной 2 мм горячих трещин не наблюдалось, поверхность
84
деталей была чистой и гладкой; линейная усадка по сравнению
с сырыми стержнями была меньше на 0,3—0,4% (по диаметру
отливки).
2.	Удаление оболочковых стержней из отливок следует про-
изводить после термической обработки, так как иначе отливку
можно повредить.
3.	Существенно повышается размерная точность и, что очень
важно, сохраняется стабильность размеров на партии литья
Фиг 65 Оболочковый стержень
Фиг 66 Оболочковый стержень
с зафьрмованными холодильни-
ками А.
4.	Металлические холодильники, устанавливаемые в стерж
невой ящик и подогреваемые вместе с ним, надежно, без малей
шей качки укрепляются в оболочковом стержне.
5.	Обмер отливок, полученных с применением холодильников,
установленных в оболочковых стержнях, не показал явно выра-
женной деформации; однако этот вопрос еще надлежит тщатель-
но исследовать.
На фиг. 66 показан оболочковый стержень с заформирован
ными алюминиевыми холодильниками Л, которые устанавлива
лись в стержневой ящик и укреплялись шпильками. Оболочко
вые стержни имели светло-коричневый цвет с равномерной тол
щиной стенок 4—6 мм.
ГЛАВА V
КОНСТРУИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
1.	КОНСТРУКТОР ИЛИ ТЕХНОЛОГ
В результате исторически сложившейся обстановки техниче
ские учебные заведения в основном выпускают специалистов
технологов и мало заботятся о подготовке конструкторов по
оснастке. Молодой инженер или техник по окончании им учеб
ного заведения, чувствуя большее влечение к конструкторской
работе, имеет все возможности поступить в конструкторский
отдел или бюро. Но знания и опыт конструктора приобретаются
им не сразу, это путь длительной и упорной тренировки, на ко
тором молодого специалиста ожидают и ошибки и разочарова-
ния. Только через несколько лет при наличии известных способ
ностей и главное настойчивости, из молодого специалиста
выработается хороший конструктор. Идя по пути наименьшего
сопротивления, значительная часть молодых специалистов-тех
нологов предпочитает занимать должности, в которых они с
самого начала чувствуют себя более уверенно и которые соот-
ветствуют профилю полученных ими знаний. Разрыв между
технологами и конструкторами-литейщиками в меньшей степени
ощущается в условиях производства и в большей степени —
в условиях различных проектных институтов и конструкторских
бюро. Нередки случаи, когда конструктор, недостаточно разби-
раясь в вопросах технологии, допускает ошибки, обнаруживав
мые только тогда, когда оснастка уже поступает в производство
и время для исправления ошибок упущено. Для приобретения
конструктором практических навыков по технологии литья, по
вышающих качество его работы, ему необходимо участвовать
в доводке разработанных им конструкций. Практическая работа
в цехе под руководством опытного инженера-технолога быстро
расширит технический кругозор молодого конструктора, воспи
тает в нем уверенность, решительность и творческую фантазию
т. е. те качества, без которых конструктор превращается в чер
тежника.
Следующее, на что нужно обратить внимание молодого кон
структора, — это необходимость знания им условий механиче
91
ской обработки, оборудования, инструмента и, конечно, приме
няемых материалов. Конструируя деталь оснастки, конструктор
должен ясно представить себе процесс ее механической обра-
ботки. Предусмотрев в конструкции литой детали технологиче-
ские приливы, облегчающие установку и крепление детали на
столе станка, предусмотрев технологические отверстия, облег-
чающие соединение деталей при совместной механической обра-
ботке, конструктор тем самым в значительной степени облег-
чит работу механического цеха. Знание инструмента позволит
ему ограничиться стандартными типоразмерами и избежать из-
готовления специального инструмента, существенно повышаю-
щего стоимость изделия. Знание материалов, их свойств и основ
термической обработки также поможет конструктору избежать
многих ошибок.
Можно привести пример, когда недостаточно опытный конст-
руктор спроектировал формообразующий кольцевой набор ли-
тейной формы из стали марки 45 с соответствующей термообра-
боткой. Конструктор считал, что стальная закаленная рабочая
поверхность формы будет более стойкой против выкрашивания
и позволит получить на отливке более гладкую поверхность.
Конструктор ссылался на практику литья под высоким давле-
нием, где все формообразующие элементы выполняются только
из стали. Что же получилось? Стальные кольца были обрабо-
таны в соответствии с чертежом с учетом технологического при-
пуска на последующую шлифовку. После термической обработки
обнаружилось коробление колец, выходящее за пределы при-
пуска на шлифовку. Отрихтовать кольца не удалось, и весь
комплект пошел в брак. Был и другой случай, когда конструк-
тор, будучи недостаточно осведомлен об условии работы оснаст-
ки, не сделал поправки на тепловое расширение металлической
матрицы, а учел только величину линейной усадки сплава. В ре-
зультате отлитая деталь получилась с завышенными размерами,
а исправление оснастки потребовало кропотливого труда и за-
траты значительной суммы денег. Можно привести много подоб-
ных примеров,- говорящих за то, что граница между технологом
и конструктором в современных условиях производства должна
постепенно исчезнуть.
2.	ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
До того как приступить к проектированию технологической
оснастки, нужно выбрать наиболее рациональный для конкрет-
ной детали или группы деталей способ литья. Критерием при
этом будет масштаб производства, серийность, материал дета-
лей, их размеры, конструкция, требуемая размерная точность,
чистота поверхностей, необходимая механическая прочность
и, конечно, производственные возможности завода-изготовителя.
Не меньшее значение имеет и экономическая целесообразность,
92
определяемая величиной предварительных затрат на изготовле-
ние специального оборудования и технологической оснастки, чго
в конечном счете зависит от конструктивной устойчивости изде-
лия и серийности его изготовления. Под конструктивной устой-
чивостью следует понимать срок службы конструкции до ее
замены на другую, требующую иного оборудования и оснастки.
Бывали случаи, когда в погоне за модой отдельные заводы внед-
ряли новые технологические процессы, не считаясь с затратами
и технической целесообразностью. При этом капитальные затра-
ты не амортизировались, и высокая стоимость литья ложилась
тяжелым бременем на производство.
Учитывая, что вопросу выбора рациональных способов литья
посвящена специальная литература, мы не будем останавли-
ваться на нем, но еще раз напомним, что в основе каждого тех-
нологического мероприятия должен лежать обоснованный тех
нико-экономический расчет.
3.	ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ
Успешное освоение технологического процесса получения ли-
той детали во многом зависит от тщательно продуманной и хо-
рошо выполненной в металле технологической оснастки. Первое,
на что должен обратить внимание конструктор, приступая к про-
ектированию литейной оснастки, — это технологичность детали,
т. е. соответствие ее конструкции требованиям литейной техно-
логии. Проектируя литую деталь, даже опытные конструкторы-
машиностроители или приборостроители не всегда учитывают
те многочисленные требования, которые предъявляет литейная
практика и которые зачастую определяют конечный результат,
т. е. получение качественной отливки. Дело в том, что каждый
технологический процесс, будь то литье в песчаные формы,
в кокиль или под низким давлением, имеют свои, присущие
только им технологические особенности, известные в основном
только практикам-литейщикам. Недооценка или игнорирование
этих особенностей зачастую увеличивает срок технологического
освоения, повышает стоимость отливок и снижает выход годного
литья. Возьмем для примера вопрос с вентиляцией. При литье
в песчаные формы специальные газоотводные устройства при-
меняются редко, так как сама форма газопроницаема. При литье
в кокиль уже приходится применять систему вентиляционных
пробок, каналов и других устройств. При литье под низким дав-
лением, где скорость сплава значительно выше, чем в первых
двух случаях, вопрос рациональной вентиляции приобретает
решающее значение и в основном определяет качество литья.
Второй пример: выступающие на внешней поверхности от-
ливки кронштейны, ребра, площадки и другие конструктивные
элементы при литье в песчаную форму не вызывают опасений,
так как материал формы податлив и сокращение линейных раз-
93
мероь отливки при усадке сплава протекает беспрепятственно.
При литье в кокиль уже необходимо применять формообразую
щие, отъемные металлические вставки, иначе в месте перехода
выступающих элементов к телу отливки неизбежно будут уса-
дочные трещины. При литье под низким давлением, особенно
тонкостенных деталей, когда процесс кристаллизации протекает
очень кратковременно, удалить своевременно металлические
вставки невозможно, а для предупреждения трещин придется
найти другие конструктивные решения. В отдельных случаях
бывает целесообразно расчленить отливаемую деталь на не-
сколько конструктивно простых элементов, отливаемых отдельно
и собираемых при помощи сварки, клепки или винтового соеди-
нения. За последние годы в ведущих отраслях промышленности
проектирование ответственных литых деталей осуществляется
при тесном творческом контакте конструктора и технолога-ли-
тейщика. Такой контакт весьма плодотворен, так как в процессе
конструирования детали имеется широкая возможность отступ
ления от того или иного конструктивного решения в зависимо-
сти от требования литейной технологии. Инж. Л. Б. Мишиной
разработаны основные условия конструктивной технологичности
литых деталей; наиболее характерные из этих условий приво-
дятся ниже.
1.	Толщины стенок детали не должны резко отличаться меж-
ду собой, так как при этом нарушаются условия равномерного
охлаждения, и могут возникнуть внутренние напряжения, веду-
щие в дальнейшем к трещинам и короблению.
2.	При назначении толщины стенок следует учитывать воз-
можное смещение образующих их песчаных стержней, что мо-
жет отразиться на размерной точности.
3.	Расположение и конструктивное оформление выступаю-
щих частей, поднутрённых полостей, усиливающих ребер и дру-
гих элементов детали должно предусматривать наименьшее ко-
личество формообразующих стержней и отъемных вставок
в литейной форме.
4.	При наличии в детали изолированных каналов и полостей
необходимо выполнять технологические отверстия для опорных
(знаковых) частей стержня, для извлечения проволочных карка-
сов и удаления газов из стержня.
5.	Расположение массивных приливов на детали должно
обеспечить возможность установки и обрезки питающих прибы-
лей (выполняемых как на внешней, так и на внутренней поверх-
ностях отливки).
6.	Следует избегать по возможности массивных участков,
питание которых жидким сплавом затруднено, так как в этих
местах, затвердевающих в последнюю очередь, возможны тре-
щины и усадочные рыхлоты.
7.	Поверхности детали, перпендикулярные к плоскости разъ-
ема модели или стержневого ящика, должны иметь уклоны или
91
конусы, облегчающие разъем технологической оснастки. При
этом следует учитывать, что наличие уклона на необрабатывае-
мых элементах детали увеличивает ее вес.
8.	Точность базовых поверхностей не должна зависеть от
смещения стержней или других частей литейной формы; жела-
тельно, чтобы базы для разметки и других последующих опе-
раций были общими и определялись общими для них разме-
рами.
Технологическая разработка, обычно предшествующая со-
ставлению чертежа отливки, имеет целью определить:
1)	наиболее целесообразное расположение полости литейной
формы1 относительно ее осей симметрии, зависимое в свою
очередь:
а)	от формы и расположения различных выступающих или
углубленных участков на отливке;
б)	от формы, расположения и размеров местных утолщений,
требующих выполнения отводных прибылей и других технологи-
ческих мероприятий;
в)	от конструкции литниковой системы с наиболее рацио
нальным подводом сплава к периметру основания полости
формы;
2)	наименьшее количество отъемных частей формы и направ-
ление их разъема; при этом очень часто возникает необходи-
мость спрямления соответствующих выступов на отливке и вы-
равнивания переходов сечений;
3)	способы, предупреждающие образование трещин в том
случае, если деталь отливается из широкоинтервального сплава,
4)	способы соединения и центровки песчаных стержней, обес-
печивающие наибольшую размерную точность;
5)	величину линейной усадки сплава по высоте и диаметре
(или ширине) отливки, зависимую от вида сплава, скорости
кристаллизации его в форме, а также от степени свободы сокра-
щения линейных размеров;
6)	систему вентиляции, обеспечивающую беспрепятственное
удаление газов, особенно в тех случаях, когда отливаемая де-
таль имеет горизонтально расположенные площадки;
7)	систему подогрева или охлаждения отдельных участков
формы в целях выравнивания скорости кристаллизации сплава
в разновеликих сечениях;
8)	возможность выполнения технологических ребер, соедини
тельных перемычек и местного утолщения сечений отливки. При
этом необходимо учитывать доступность механической обработ-
ки, если эти технологические придатки на отливке не допу-
скаются;
1 Существующее в литературе понятие «Положение отливки в форме»
нельзя признать правильным. Отливка получается после того, как полость
литейной формы будет заполнена сплавом. Следовательно, полость формы
определяет положение отливки.
95
9)	возможность технологического маневра в том случае, если
потребуется изменить литниковую систему, выполнить дополни-
тельные прибыли, применить холодильники или улучшить систе-
му вентиляции.
Правильное решение этих задач позволит конструктору, во-
первых, правильно оформить чертеж литой детали и, во-вторых,
послужит основой при конструктивной разработке технологиче-
ской оснастки.
Технологическая разработка (или технологическая методика)
обычно оформляется в виде эскизного чертежа собранной фор-
мы, на котором схематично показаны необходимые конструктив-
ные решения и даны сведения по существу указанных выше
вопросов.
*
4.	СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ОТЛИВКИ
Чертеж отливки составляется на основании чертежа литой
детали и технологической разработки и является основным до-
кументом при конструировании литейной оснастки, а также тех-
нологических приспособлений (для обрезки литниковой системы,
для зачистки и для термообработки). Чертеж отливки кладется
в основу при заполнении карт технологического процесса и яв
ляется полезным пособием для технологов механических цехов
при разработке ими маршрутной технологии. Помимо того, что
дается необходимое количество проекций, на чертеже отливки
указываются:
1)	размеры припусков на механическую обработку;
2)	направление и величина литейных уклонов;
3)	отклонения от чертежа, вызванные технологическими тре-
бованиями;
4)	допуски на необрабатываемые поверхности;
5)	получаемые и заливаемые отверстия в отливке;
6)	технологические (опорные) приливы для установки дета-
ли при последующей обработке;
7)	места, служащие базами при разметке и механической
обработке;
8)	места контрольных промеров детали, если при сборке ли-
тейной формы возможны отклонения от рабочих размеров;
9)	места для прилива или вырезки образцов при контроль-
ной проверке механических свойств и места для маркировки;
10)	места примыкания литниковой системы (остаток после
обрезки);
11)	основная плоскость разъема матриц и стержневых ящи-
ков (если они не совпадают).
Указание размеров на чертеже отливки может быть полным
(когда проставляются буквально все размеры) или частичным
(когда проставляются только те размеры, которые необходимы
конструктору для проектирования оснастки). В примечаниях
91
к чертежу указывается величина линейной усадки, которую сле-
дует учесть при проектировании, а также ссылка на техниче-
ские условия, по которым производится приемка литья. Разра-
ботанный чертеж отливки до того, как по нем начнут проекти-
ровать оснастку, должен быть согласован с конструктором
изделия (если отливка ответственная), а также с технологами
основных служб, через которые проходит отливка (с литейщи-
ками, механиками, термистами и др.).
5.	ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Технологическая оснастка для литья под низким давлением,
как и для других видов литья, отличается большим разнообра-
зием. В целях последующей унификации оснастки целесообраз-
но всю возможную номенклатуру отливаемых деталей привести
к ряду групп по конструктивно-технологическим признакам и от
каждой группы выделить типового представителя. Одним и з
конструктивных признаков несомненно будет внешняя форма и
размеры отливок. В первом приближении и, исходя из внешней
формы отливаемых деталей, можно наметить следующие
группы:
А — отливки цилиндрической или конической формы, внутрен-
няя поверхность которых оформляется песчаным стерж-
нем;
Б — то же, но с внутренней поверхностью, оформляемой метал-
лическими стержнями;
В — отливки панельного типа, одна из сторон которых оформ-
ляется песчаным стержнем;
Г — отливки панельные двухсторонние, внутренняя полость в
которых оформляется песчаным стержнем;
Д — то же, но с внутренней полостью, оформляемой металли-
ческими стержнями;
Е — отливки коробчатые, внутренняя полость в которых оформ-
ляется песчаными стержнями;
Ж — отливки каркасного типа, получаемые с применением ме-
таллических и песчаных стержней;
3 — прочие отливки, не вошедшие ни в одну из указанных
групп.
Очевидно, что технологическая оснастка для каждого из ха-
рактерных представителей групп будет отличаться одна от дру-
гой, но в то же время найдутся узлы и детали, которые войдут
во все группы как типовые, взаимозаменяемые.
Литейная форма группы А
Цилиндрическая деталь, показанная на фиг. 67, имеет тол-
щину стенок 2—2,5 мм, сочетающихся с массивными утолще-
ниями на верхнем и нижнем фланцах. Общий вид собранной
7 В К Ведель	97
литейной формы типовой конструкции для отливки подобных де-
талей представлен на фиг. 84. Общий вид стержневого ящика
для формовки сырого стержня представлен на фиг. 68. До на-
бивки ящика формовочной смесью в него устанавливается сухой
стержень литниковой системы, укрепленный на трубчатом кар-
касе посредством гайки-рассекателя /. Затем устанавливаются
алюминиевые холодильники а. После набивки ящика до уров-
Фиг. 67. Отливка — цилиндр. Сплав алюминиевый.
Толщина стенок 2,5 мм.
ня б устанавливается кольцевой фиксатор в, сделанный из
стержневой смеси и полукольца 2, формующие полость промыв-
ника.
Формовка продолжается до тех пор, пока ящик не будет
заполнен формовочным составом. Отъемные вставки 3 и 4 дол-
жны без заметного люфта перемещаться в своих пазах и снаб-
жаются шпильками, препятствующими им изменять свое поло-
жение при набивке ящика. На фиг. 69 показан чертеж вытрях-
ного ящика для формовки сухого стержня литниковой системы.
Особенностью конструкции является передвижная вставка-за-
мок, позволяющая точно отрегулировать величину зазора в зна-
ке, предохраняющем стержень от радиального разворота.
Вставки служат для формовки полукруглых выемок в стержне,
соответствующих бобышкам на нижнем фланце отливки. Через
98
эти выемки осуществляется питание бобышек при их кристалли-
зации.
Эта конструкция также является типовой для получения
деталей цилиндрической формы диаметром до 300 мм. Для
больших отливок размеры получаемой в этом стержне литнико-
Фиг. 68. Стержневой ящик для детали --- цилиндр.
вой системы следует соответственно увеличить. В более поздних
конструкциях плоский замок был заменен коническими штиф-
тами-фиксаторами, позволяющими получить более высокую точ-
ность центровки стержня. На фиг. 70 показана типовая конст-
рукция вытряхного стержневого ящика для формовки верхнего
кольцевого фиксатора. Для выдерживания высокой размерной
точности в отливке необходимо, чтобы диаметр выступов d был
равен диаметру расточки в металлических матрицах при на-
7*	.	99
греве их до рабочей температуры. Незначительная деформация
стержня при сушке устраняется калибровкой в приспособлении.
Фиг. 69 Конструкция стержневого
ящика для стержня литниковой си-
стемы
Фиг 70 Конструкция стержневого
ящика для кольца-фиксатора
Литейная форма группы Е
В том случае, если материалом отливок является широкоин-
т'е-рвальный сплав (типа МЛ-5), обладающий, как известно,
-большей усадкой и склонный к образованию трещин, необходи-
мо предусмотреть ряд специальных мероприятий. Главное, —
это обеспечить свободное сокращение линейных размеров при
охлаждении отливки, для чего отъемные части, а часто и сами
матрицы следует освобождать и раскрывать еще до того, как
затвердеет сплав в массивном объеме выпора промывника. Не
меньшее значение имеет и питание кристаллизующихся слоев
сплава в массивных сечениях, которое должно быть более ин-
тенсивным, чем при литье из узкоинтервальных сплавов. На
фиг. 71 показан чертеж тонкостенной отливки из магниевого
сплава. Сложные внутренние очертания не допускают примене-
ния металлического составного стержня. Конструктивными эле-
ментами, усложняющими процесс литья, являются массивные
перемычки а и боковой кронштейн б. Схематический чертеж
поперечных разрезов литейной формы показан на фиг 72. Осно-
ванием формы служит плита /, на которой установлены правая
и левая матрицы 2 и 3, несущие формообразующий напор 5.
100

Фиг. 72 Эскиз литейной формы для отливки дета та — корпус
101
Литниковый коллектор 4 цилиндрической формы выполнен
в стыке матриц и плиты. Внутренняя полость в отливке оформ-
ляется сухим песчаным стержнем 6, знаковая часть которого
одновременно является и полостью выпора-промывника. Ориги-
нальным элементом конструкции будет регулятор S, позволяю-
щий путем перемещения вставки изменять величину щели тор-
мозящего фильтра и тем самым увеличивать или уменьшать ско-
рость торможения сплава. Для перемещения вставки служат
установочные и контрящие болты 9. Сплав, поступающий в по-
лость формы из коллектора, заполняет ее и через прерывистые
щели 10 проникает в полость промывника. В местах, соответст-
вующих расположению перемычек а (см. фиг. 71) в стержне
сделаны отверстия 7, сообщающие полость промывника с питае-
мыми сечениями. Этим обеспечивается надежное питание кри-
сталлизующихся слоев и возможность разъема матриц, не ожи-
дая затвердевания сплава в промывнике. Преимуществом яв-
ляется и то, что сплав, находящийся в полости промывника,
образуемой песчаным стержнем, охлаждается медленно и хо
рошо питает нижележащие сечения. Песчаный стержень допол-
нительно фиксируется жеребейками (на чертеже не показаны).
Отъемная вставка И удаляется заблаговременно до разъема
матриц.
Литейная форма группы Д
На фиг. 73 показана деталь «рассекатель», отливаемая из
алюминиевого сплава АЛ-4. Материалом для этой детали, в ус-
ловиях опытного производства, служил деформируемый сплав
Д-16, поставляемый в виде листов. Заготовки из этого мате-
риала подвергались трудоемкой механической обработке и за
тем кропотливой доводке контура вручную. Внутренние полости
в детали отсутствовали. Условия серийного производства предъ-
явили требование резкого снижения трудоемкости обработки
внешних поверхностей и полной ликвидации слесарной припи
ловки по шаблонам. Первоначальным технологическим вариан-
том была принята штамповка детали, но последовавшее затем
требование снижения веса обусловило выполнение в детали вну-
тренних полостей и вариант штамповки был отклонен.
Литьем в цельнометаллический кокиль невозможно получить
указанную толщину стенок, а применение песчаных стержней
осложнит производство и все же не гарантирует качества.
Остается литье под высоким давлением. Но здесь также воз-
никли препятствия. По техническим условиям в перемычках а
т б, а также в хвостовике в не допускается пористость. Кроме
того, хвостовик 0, имеющий высокую чистоту поверхности и
точные размеры, требует последующей механической обработки,
которая может вскрыть обычные в таких случаях внутренние
подкорковые дефекты. Остается вариант литья под низким дав-
лением. Считая, что конструкция оснастки представляет извест-
ный интерес, мы помещаем ее описание.
102
Общий вид цельнометаллической литейной формы показан
на фиг. 74. Матрицы створчатого типа 1 и 2 могут перемещаться
по плите 3 вокруг колонны 4. Формообразующий набор, выпол-
ненный из пластин 5, укрепляется в корпусах матрицы прижим-
ными планками 6, допускающими быстрый демонтаж для очи-
стки. Кроме торцового крепления, пластины в своей средней
части имеют соединение с вертикальным ребром корпуса, пока-
занное на сечении по А—А посредством Т-образной шпонки.
Фиг. 73. Деталь — рассекатель. Сплав алюминиевый
Это дополнительное крепление предупреждает деформацию (при*
гиб) пластин, не препятствуя в то же время их линейному рас-
ширению. Для демонтажа достаточно отвернуть болты, крепя-
щие шпонку, заведя ключ через отверстие в щитке электронагре-
вателя 7. Внутренние полости в отливке оформляются тремя
металлическими стержнями S, последовательно удаляемыми вин-
товым отжимом 9. Двухсторонняя полость выпора-промывни
ка 10 оформляется с одной стороны стержнем 9, а с другой
стороны — корпусом матрицы. Питание перемычек а и б, а так-
же хвостовика обеспечивается из резервуара, получаемого путем
соединения промывников в одное целое. Лабиринт тормозящего
фильтра оформляется верхней частью обеих матриц и встав-
кой 11, которая одновременно служит направляющей обоймой
для металлических стержней. По отношению к корпусам матриц
вставка центрируется клиновидными шпонками, показанными
на проекции по сечению Б—Б. Удаление вставки предусмотрено
с помощью ломика. Литниковый коллектор 12 выполнен частич-
но в основной плите 3 и частично в подвижных матрицах, что
ЮЗ
позволяет избежать деформации отливки в момент разъема.
Подвод сплава через литниковую втулку 13 выполнен в торец
коллектора, что позволяет избежать фонтанирования сплава
при возрастании скорости его истечения. Коллектор сообщается
с полостью формы сплошной щелью толщиной 2,5—3,0 мм, т. е.
меньшей, чем суммарная толщина стенок отливки. Такое соот-
ношение позволяет сохранить горизонтальный уровень сплава
при его движении в полости формы. Противоподъемное устрой-
ФИ1 74 Эскиз литейной формы для отливки детали — рассекатель
ство 14 и замки 15 обычные для матриц створчатого типа. Элек-
трические контакты-датчики установлены в каждый из промыв-
ников и в коллектор. В конструкции предусмотрены тепловые
зазоры, устраняющие коробление деталей при разной степени
их нагрева.
Литейная форма группы 3
На фиг. 75 показана полуметаллическая литейная форма для
отливки из магниевого сплава крупногабаритной детали, фото-
снимок, который был дан на фиг. 50. Длина детали свыше 1 м,
а толщина стенок равна 3 мм. Основанием формы служит пли-
та /, в центре которой находится литниковая втулка 2, примы-
кающая к литниковому каналу 3. Сплав из литникового канала
через прерывистые питатели 4 поступает в двухсторонние кол-
лекторы 5, а из них в полость формы. Вся литниковая система
выполнена в песчаном стержне 6, образующем внутреннюю
104
поверхностью отливаемой детали. Внешняя поверхность оформ-
ляется металлическими разъемными матрицами 7 и S, имеющи-
ми систему электрического обогрева 9 и теплоизоляционный
кожух 10. Вентиляция полости формы в тех местах, где возмож-
но скопление воздуха, т. е. преимущественно против ребер в
стержне, осуществлена посредством вентиляционных пробок 11,
расположенных рядами с расстоянием между пробками 30 мм.
Учитывая, что песчаный стержень почти изолирован от окружа-
ющей атмосферы, а количество газов, выделяющихся из него в
Фиг 75 Эскиз литейной формы для отливки детали, показанной на фиг 50

результате всестороннего прогрева, велико, пришлось применить
систему принудительной вентиляции с использованием вакуум-
ного отсоса. Система состоит из каркаса, выполненного из сталь-
ных трубок 12 диаметром 10 мм, соединенных посредством свар-
ки. Для свободного прохода газов трубки снабжены многочи-
сленными отверстиями диаметром 2,5 мм. Жесткая конструкция
каркаса предупреждает деформацию стержня при сушке.
По всей длине полости формы выполнен промывник 13, со-
общающийся с лабиринтом тормозящего фильтра 14, образуе-
мого двумя системами вкладышей 15 и 16. Вкладыш 16 посред-
ством установочных винтов 17 может изменять свое положение,
регулируя толщину щели лабиринта. Для предупреждения ко-
робления вкладыши фильтра сделаны не цельными, а состоят
по длине из трех частей с самостоятельным креплением каждой
из них. В правой части чертежа показано оформление торцо-
вой части матрицы 18, перемещающейся на плите по шпонке,
а также установка электроконтактных датчиков 19 и 20 и вы-
вод вакуумной системы. При сборке матриц фланец 21 врезается
острыми кромками в торец стержня и предохраняет вакуумную
105
систему от проникновения в нее жидкого сплава через возмож-
ный залив его между-торцом песчаного стержня и матрицей.
Отдельные части матриц соединяются между собой винтовыми
зажимами. Подъем матриц над плитой в результате давления
сплава на площадь проекции матрицы предупреждается призма-
тическими направляющими, имеющимися на плите и ограничи-
вающими ход матриц. Деревянный вытряхной стержневой ящик
для изготовления песчаного стержня показан на фиг. 76. Метал-
Фиг. 76. Деревянный стержневой ящик.
лическая модель литниковой системы вдавливается в заформо-
ванный стержень, сохраняя свое положение относительно оси
стержня посредством металлических штырей. Разъем матриц
осуществляется вручную при помощи винтовых приспособлений.
Литейная форма для крупногабаритных отливок
Для получения крупногабаритных отливок высотой около
1 м и диаметром свыше 500 мм литниковая система должна
иметь несколько другую конструкцию.
При получении таких деталей становится затруднительным
подать сплав из коллектора непосредственно в полость литей-
ной формы. С одной стороны, этому будет препятствовать нару-
шение теплового баланса, так как прохождение горячего сплава
в большом количестве через нижнюю зону формы неизбежно
вызовет перегрев' ее и отклонение от условий, необходимых для
последовательного наращивания кристаллизационных корочек.
С другой стороны, при большой высоте отливки трудно обес-
печить горизонт сплава при подъеме его в полости формы, ре-
зультатом чего может быть разобщенность потока и появление
106
незаливов. При большой высоте отливки затрудняется также и
питание усадочных образований в местных утолщениях, что
объясняется излишним перегревом соответствующих участков
формы и затрудненной подачей жидкой фазы сплава к питае-
мым сечениям, расположенным в средней по высоте зоне отлив-
ки. Для получения качественных крупногабаритных отливок
целесообразно применение литниковой системы, состоящей из
вертикальных колодцев, примыкающих к литниковому коллек-
тору, как это схематично показано на фиг. 7?, а. В этом случае
жидкий сплав с регулируемой, но значительно замедленной ско-
ростью будет поступать из коллектора 1 в вертикальные колод-
цы 2 и затем через щели 3 в полость формы 4. По мере подъ-
ема сплава в колодцах будет также подниматься и уровень
сплава в полости формы с той разницей, что сплав в форме
уже не будет находиться в движении до момента ее заполнения,
а будет наращиваться последовательными слоями за счет по-
ступления его из колодцев, как это показано стрелками. Кри-
сталлизация сплава в полости формы будет происходить как
обычно от поверхности охлаждения к средней зоне стенки от-
107
ливки с питанием кристаллизующихся слоев за счет вновь по
ступающего жидкого сплава. Конструктивно колодцы могут
быть выполнены в песчаных вставках 5, устанавливаемых в
гнезде металлической матрицы. Также найдут применение в
оболочковые формы с оболочковыми же стержнями. Количе
ство колодцев зависит от диаметра отливки и от толщины ес
стенок. С увеличением диаметра отливки и с уменьшением тол
щины ее стенок количество колодцев должно увеличиваться
При несоблюдении этого правила неизбежно появление неза
ливов и спаев как результат недостаточного давления в по
токе сплава, поступающего из щелей в полость формы. В верх
ней части колодцы сообщаются с полостью промывника 6, объем
которого в рассматриваемом варианте может быть значительно
меньше. Дело в том, что промывник в этом случае является
только прибылью, предназначенной для пополнения жидким
сплавом кристаллизующихся слоев верхнего фланца отливки.
Тормозящее устройство и вся система автоматического управ-
ления могут быть приняты без существенных изменений. Частич-
ным изменениям подвергнутся металлопровод и металлопрово-
дящие каналы, соединяющие литниковую втулку с коллектором.
При замедленной линейной скорости сплава в вертикальных
колодцах и в полости формы возможно охлаждение сплава и
сокращение проходных сечений металлопроводящей системы
Чтобы избежать этого, соответствующие сечения литниковое
системы надлежит несколько увеличить. Отливки, обработка
внешней поверхности которых нежелательна, можно получить
с внутренними колодцами, выполненными в песчаном стержне
(фиг. 77,6). Правда, отрезка щелевых питателей будет более
сложной, но в ряде случаев это выгоднее, чем обрабатывать
внешнюю поверхность, особенно если отливка не представляет
собой тело вращения и для обработки ее необходим комплекс
токарных, фрезерных и слесарных операций.
Недостатком вертикальных литниковых колодцев при обыч-
ных способах литья в песчаные формы и в кокиль является мест-
ный перегрев участков формы в зоне подвода металла в рабо-
чую полость.
Обычно в этих зонах встречаются крупная усадочная пори-
стость и даже трещины. Для устранения этих недостатков при-
меняют холодильники п, устанавливаемые в песчаные стержни,
против металлоподводящих щелей, как это показано на
фиг. 77, в.
В свою очередь, холодильники усложняют технологический
процесс, так как являются препятствием при сокращении раз-
меров отливки (в данном примере по направлению, показанному
стрелками б). Для избежания этого холодильники делают со-
ставными из нескольких частей с заполнением промежутков в
между ними формовочной смесью. Кроме того, холодильник, от-
бирая от сплава много тепла, ухудшает условия питания при-
108
легающих к зоне установки холодильника участков г, где также
возникает усадочная пористость. При литье под низким давле-
нием можно избежать применения холодильников. При подаче
сплава в полость формы через вертикальные колодцы заполне-
ние ее будет происходить последовательными слоями, а также
последовательно будут формироваться и кристаллизационные
корочки как со стороны матриц, так и со стороны песчаного
стержня.
После заполнения формы, когда начинается процесс за-
твердевания средних зон стенок отливки, можно имеющимися
средствами в значительной степени повысить давление в сплаве,
находящемся в вертикальных колодцах, чего нельзя сде-
лать при других способах литья. Поскольку сече-
ние вертикальных колодцев больше прилегающего сечения сте-
нок отливки, то сплав, находящийся в них еще некоторое время,
сохранит свою жидкотекучесть. В результате повышения давле-
ния жидкий сплав начнет интенсивно вытесняться из вертикаль-
ных колодцев в полость формы, обеспечивая надежное заполне-
ние межкристаллических пустот в зоне примыкания питающих
щелей, тем самым местный перегрев участков формы будет ком-
пенсирован усиленным питанием этих участков.
При варианте литниковой системы с применением вертикаль-
ных колодцев сохраняются основные преимущества литья под
низким давлением, т. е. автоматическая управляемость техно-
логическим процессом и высокое качество сплава, засорение и
окисляемость которого сводятся к минимуму.
Подвижные металлические матрицы для крупногабаритных
отливок лучше делать четырехстворчатыми, как показано на
фиг. 77, а. При этом вдвое сокращается вес каждой матрицы,
а следовательно, облегчается их перемещение по плите. Умень
шается коробление матриц в процессе эксплуатации, что наблю-
дается при больших монолитных конструкциях. Существенно
облегчается расположение вертикальных литниковых коллекто-
ров, выполняемых в плоскости разъема, и появляется большая
маневренность при устройстве различных отъемных частей.
Монтаж опор матриц на шарикоподшипниках
При отливке крупногабаритных деталей становится затрудни-
тельным открывать и закрывать тяжелые металлические матри-
цы. Даже при наличии графитовой прослойки между трущимися
поверхностями усилия рабочего часто оказывается недостаточно,
и приходится применять рычаги и удлинительные рукоятки. Та-
кие, далеко несовершенные приемы работы способствуют быст-
рой утомляемости и вызывают заслуженное недовольство рабо-
чих. В случае применения пневматического или гидравлического
привода также потребуется излишняя, нерационально расходуе-
мая мощность.
109
Очень полезным мероприятием будет монтаж матриц на ша-
рикоподшипниках. На фиг. 78 показано конструктивное выпол-
нение опор тяжелой матрицы, требующее очень незначительных
усилий для ее перемещения по плите. Зазор S между основа-
нием матрицы и поверхностью плиты, обычно равный 0,2—
0,4 мм, обеспечивается тонкими прокладками / и 2, устанавли-
ваемыми между опорным подшипником 3 и фланцем колонны 4,
а также под беговой дорожкой 5. Радиус кривизны беговой
дорожки с закаленной и шлифованной поверхностью опреде-
ляется в зависимости от радиуса /?.
Ось шарикоподшипника 6 должна быть перпендикулярной
к оси колонны. Смазку подшипников следует делать тугоплав-
кой мазью ЦИАТИМ-201. Предохранение подшипников от пыли
надежно обеспечивается колпачком 7 и крышкой 8.
Применение опор на шарикоподшипниках может быть реко-
мендовано и при параллельном разъеме матриц. В этом случае
два подшипника устанавливаются по торцам матриц около зам-
ков, а третий подшипник можно установить на специальном
кронштейне или в приливе, выполненном по оси семметрии мат-
риц со стороны, противоположной плоскости разъема. Если
матрицы не механизированы, то винтовой механизм ручного
разъема также следует выполнять на подшипниках качения.
Цельнометаллические составные стержни
Использование составных металлических стержней для фор-
мирования внутренних поверхностей в отливке имеет еще огра-
ниченное применение.
Широкому распространению составных стержней препятст-
вуют в первую очередь: 1) сложность незамедлительного разъ-
но
ема их после заполнения формы сплавом, что необходимо для
предупреждения появления усадочных трещин;
2) конструктивная сложность стыковки отдельных частей
стержня для устранения возможного проникновения сплава в
зазоры между ними;
3) сложность подогрева отдельных частей стержня, а также
сборки их перед простановкой в литейную форму. В результате,
металлические составные стержни нашли ограниченное приме-
нение при отливке малогабаритных и конструктивно простых
деталей, и основная номенклатура литья производится с приме-
нением песчаных стержней разового действия. Многочисленные
попытки механизировать сборку, простановку и удаление со-
ставных металлических стержней дали пока незначительные ре-
зультаты.
Как на один из вариантов промышленного применения со-
ставных металлических стержней с автоматическим управле-
нием можно указать на заливочный автомат Ульяновского за-
вода по производству поршней. Из этого, однако, не следует,
что металлические стержни не в состоянии заменить песчаные.
Примером является практика литья под высоким давлением, где
составные металлические стержни имеют значительно большее
применение может быть потому, что песчанные применять
нельзя.
Ниже приводится описание возможного варианта конструк-
ции составного металлического стержня с автоматическим уп-
равлением, предназначенного для получения внутренней поверх-
ности в цилиндрических, конических и полусферических литых
деталях, имеющих размер по диаметру 500 мм и выше. Получе-
ние таких деталей предполагается литьем под низким давлением
(с учетом опыта английских заводов). Пока это только проект,
но схема конструктивного решения может найти практическое
применение или навести конструктора на мысль о другой, более
совершенной конструктивной компоновке. На фиг. 79, а показана
схема стыковки отдельных секторов металлического стержня.
Разъем секторов совмещается с вертикальными ребрами Л,
имеющимися на отливке, если же эти ребра отсутствуют или
имеют иное расположение, следует выполнить их, как показано
на схеме, хотя бы после их пришлось и удалить. Показанная
схема стыковки отличается тем, что линейное расширение секто-
ров при нагреве их компенсируется за счет изменения раз-
мера S, а также и толщины ребра. Следовательно, опасность
заклинивания уменьшается. Другим преимуществом будет наи-
меньшая возможность проникновения жидкого сплава в стыки
стержней, так как плоскость их соприкосновения Б может быть
пригнана достаточно точно и, кроме того, механизм стержня
имеет регулировку прижима по направлению стрелки В, На
фиг. 79,6 показана схема разъема отдельных секторов, осу-
ществляемых в последовательном порядке, а именно в начале
111
отводятся к центру секторы а, б и в, освобождая всю систему
от обжима при усадке отливки, а затем уже и остальные сек-
торы. Сборка должна производиться в обратной последователь-
ности. На фиг. 80 схематично показан вертикальный разрез
литейной формы для отливки тонкостенной цилиндрической
детали.
Комплект цельнометаллического стержня состоит из основа-
ния жестко связанной с ним опорной стойки 2, окончиваю-
щейся гидравлическим цилиндром 8, шток поршня которого 5
на «ижнем конце несет крестовину 3, а на верхнем траверсу 11.
Фиг 79 Схема разъема секторов стержня
а — в собранном виде, б — при разъеме стержня
По штоку, на ходовой посадке, перемещается траверза 4, соеди-
ненная посредством колонок 6 с внешним гидравлическим ци-
линдром 7.
Крестовина 3 траверзы 4 и 11, а также и внешний цилиндр 7
снабжены системой шарнирно укрепленных тяг 10, длина кото-
рых может регулироваться разжимными муфтами (на чертеже
не показаны). Другим концом тяги, также шарнирно, соеди-
няются с ушками 20, составляющими одно целое с секторами 9
и 17 металлического стержня. Внешняя поверхность цилиндри-
ческой отливки формируется кольцевым набором 16, установ-
ленным в подвижных корпусах 12, снабженных электронагрева-
телями и имеющих створчатый или параллельный разъем. В не-
подвижной плите, по которой перемещаются корпусы матриц,
установлена центрирующая вставка 21., в которую, в свою оче-
редь, запрессован штырь 22, обеспечивающий основанию стерж-
ня 1 строго центральное положение.
В верхней части подвижных матриц имеются гнезда, в кото-
рые устанавливаются полукольцевые песчаные стержни /А
образующие внешнюю поверхность выпора-промывника и при-
нимающие на себя усилия, возникающие в отливке при сокра-
щении линейных размеров в результате усадки сплава. Корпусы
112
тормозящего устройства 15 центрируются на выступе матриц
и имеют независимый разъем.
Отъемная часть тормозящего фильтра 13 устанавливается
сверху и посредством ступенчатого основания соединяется с сек-
Фиг 80 Литейная форма с разъемным металлическим стержнем
торами стержня, гарантируя тем самым правильное положение
их и препятствуя проникновению жидкого сплава по торцам
секторов.
Подрыв отъемной части фильтра, требующий значительных
усилий, может быть механизирован с применением эксцентри-
кового механизма, описание которого приводится ниже.
8 В К Ьслель	ИЗ
Дисковая площадка 18 и упорные кронштейны 19, имею-
щиеся на каждом секторе стержня, воспринимают вертикальную
составляющую, возникающую при работе механизма, и обеспе-
чивают секторам строго радиальное перемещение.
Работа механизма происходит в следующей последователь-
ности: жидкий сплав, поступающий через два металлопро-
вода в полость формы, заполнит ее и замкнет собой электриче-
ский датчик, который, в свою очередь, включит в цепь питания
реле времени технологической выдержки. После срабатывания
реле (когда на поверхности отливки закристаллизуется доста-
точно прочная корочка) включается золотник гидравличе-
ского привода, подавая рабочую жидкость в полость Б
цилиндра 7.
Под действием давления цилиндр 7, перемещаясь в верхнее
положение, приведет в движение систему тяг секторов стерж-
ня а, б и в (см. фиг. 79,6). Отрыв секторов от отливки будет
выполнен с сохранением их радиального направления. В конце
хода выступ В цилиндра 7 включит концевой выключатель 23,
открывающий свободный проход жидкости в полость Г внутрен-
него цилиндра 8. Поршень в цилиндре придет в движение и
через траверзу 11, крестовину 3 и шарнирные тяги оторвет от
отливки вторую группу секторов. Размеры, указанные в чер-
теже, обеспечивают вертикальное усилие в цилиндре 7, равное
~ 4000 кГ, а в цилиндре 8, равное ~ 3700 кГ (при давлении
в сети гидросистемы, равном 65 кГ/см2).
После дополнительной выдержки, необходимой для затвер-
девания сплава в полости промывника, удаляется отъемная
часть 13 тормозящего устройства, а затем при помощи тель-
фера, соединяемого с траверзой 11, поднимается вверх и вся
система металлического стержня. Последней операцией будет
раскрывание матриц и удаление отливки. При сборке золотник
гидропривода включается вручную после того, как основание
стержня 1 сядет на фиксирующий штырь 22; при этом секторы
стержня займут последовательно свое исходное положение. Дав-
ление в системе обеспечивает плотное смыкание секторов и пре-
пятствует им смещаться к центру под действием давления
жидкого сплава. Таким образом, при помощи автоматики ре-
шается один из координальных вопросов, а именно — момент
освобождения стержня из отливки, теперь уже независимый ог
внимания рабочего. Механизм своевременно освобождает стер-
жень из отливки, сводя к минимуму опасность появления уса-
дочных трещин.
В том случае, когда отливаемая деталь имеет местные утол-
щения, требующие для их питания отводных прибылей, послед-
ние могут выполняться в песчаных вставках, устанавливаемых
в гнездо соответствующего подвижного сектора.
При разъеме сектора песчаные вставки останутся на отливке,
удерживаемые закристаллизовавшейся корочкой.
114
Механизм для удаления отъемной части фильтра
Подрыв отъемной части тормозящего фильтра из заполнен
ной сплавом литейной формы требует значительных усилий
Если при диаметре лабиринтов, равном 200—250 мм, подрыв
отъемной части можно было осуществить соединенными усилия
ми двух рабочих при помощи ломиков, то при большем диа
метре этих усилий будет недостаточно, и возникнет необходи
Фиг 81. Приспособление для разъема тормозящего фильтра
мость в применении специальных приспособлений. Конструкция
приспособлений может быть различной: либо с применением
гидравлических цилиндров, либо с пневматическими мембрана-
ми, либо с эксцентриками. Поскольку транспортировка отъем-
ной части фильтра осуществляется тельфером, то будет рацио
нальным использовать его грузоподъемную силу для приве-
дения в действие простейшего эксцентрикового приспособления,
тем более что изготовление его не представляет трудности.
На фиг. 81 показан чертеж приспособления, одинаково при
годного для различных диаметров. Верхний фланец, лабиринт-
ной отъемной части имеет прилитые ушки /, через отверстия
в которых проходит валик 2 диаметром 30—35 мм. Между уш-
ками на валике неподвижно, с применением шпонки, укреплен
8*	И5
рычаг 5, а на внешних, выступающих концах валиков также на
шпонках закреплены стальные, каленые эксцентрики 4. Концы
рычагов 3 посредством промежуточных звеньев 5 соединяются
с втулкой 6, которая может перемещаться в вертикальном на-
правлении по колонне 7, запрессованной в корпус. Подъем
втулки 6 производится при помощи электротельфера. Величи-
на Я, на которую нужно поднять отъемную часть фильтра с тем,
чтобы освободить ее от обжима сплавом, определяется по фор-
муле
"-(“S' /с),е“ + л'
где К —величина линейной усадки сплава в %;
п — S tg а — дополнительная высота подъема для получения
между отъемной частью и залитым металлом за-
зора S = 0,5 мм.
Конструкция холодильников и крепление их
Для Получения отливок высокой размерной точности обыч-
ные литые холодильники непригодны. Самая тщательная фор-
Фиг 82 Крепление холодильников в стержне-
вом ящике.
мовка по точности не может конкурировать с точностью механи-
ческой обработки. Исключением может быть только литье по
выплавляемым моделям. На фиг. 82 показана типовая конст-
рукция холодильников, фрезерованных из прокатного дюраля и
способ их крепления в стержневом ящике.
116
Холодильник 1 всей своей рабочей поверхностью должен при
летать к выступу в стержневом ящике 2, форма и размеры кото
рого соответствуют будущей бобышке в отливке. Между холо-
дильником и опорной бобышкой выполняется зазор 0,5 мм для
слоя мелкозернистого песка, которым обрабатывается поверх
ность холодильника, соприкасающаяся с жидким сплавом. Креп
ление холодильников в ящике достигается с применением точе-
ных шпилек (?, сделанных по количеству холодильников. Люфт
холодильника па шпильке допускается в пределах 0,1 мм. После
того как стержневой ящик наполнен формовочной или стержне-
вой смесью, шпильки удаляются.
6. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ОСНАСТКИ
Проектирование и изготовление комплекта технологической
оснастки занимает в настоящее время до 80% от общей трудо-
емкости подготовки производства.
Следовательно, на освоение технологии, доводку оснастки и
проведение всех необходимых испытаний остается только до
20% времени. Очевидно, что снижение трудоемкости и сроков
проектирования и изготовления технологической оснастки яв
ляется одним из основных и решающих резервов. Имеющийся
опыт в области разработки и внедрения нормализованной техно
логической оснастки показывает, что именно нормализация яв-
ляется центральным звеном в цепи вопросов, направленных на
сокращение сроков и трудоемкости подготовки производства
Сокращение сроков осуществляется главным образом за счет
того, что часть деталей оснастки (стандартных и нормальных)
получается со склада, так как они были изготовлены заблаго
временно. Количество таких деталей в литейной оснастке дохо
дит до 80%.
Нормализация оснастки позволит также сократить на 30—
35% трудоемкость ее проектирования за счет уменьшения коли
чества вновь конструируемых деталей, а также за счет сокра
щения времени, необходимого на вычерчивание, контроль и ко
пировку чертежей. С учетом преимуществ, которые дает норма
лизованная оснастка, можно считать, что общий цикл подго
говки производства может быть сокращен на 25—40%.
Не останавливаясь на описании элементов оснастки, охва
тывающих все группы отливок, ограничимся только кратким
ознакомлением с ними применительно к одной из основных
групп, т. е. к группе А, являющейся наиболее характерной1.
На фиг. 83 представлен чертеж литейной формы, предназна
ченной для отливки корпуса прибора. Из 32 деталей, входящих
в конструкцию, 24 детали нормализованы, а 8 деталей подле
1 В работе принимала участие инжснер-к инструктор Л В Маргойт
117


Фиг 83 Конструкция литейной фоэ-
мы с указанием нормализованных
деталей
жат конструктивной разработке. К числу вновь конструируемых
деталей относятся правая и левая матрицы Д правая и левая
половинки тормозящего фильтра 2, центральная ступенчатая
часть фильтра 3, формообразующий кольцевой набор, электро-
нагреватель 4 и вставки 5, укрепляемые в формообразующем
наборе.
Таким образом, количество нормализованных деталей состав-
ляет до 80% °т общего их числа по спецификации. Сюда, конеч-
но, не входят стандартные детали крепежа (болты, винты,
Фиг. 84 Литейная форма с применением нормализованных деталей
шпильки, шайбы, гайки, шплинты и пр.). Проектирование в зна-
чительной степени облегчается руководящими техническими .ма-
териалами, содержащими конструктивные элементы, которые
являются общими для различных конструкций оснастки груп-
пы А.
На фиг. 84 показан фотоснимок литейной формы, предназна-
ченной для отливки деталей группы А, но конструктивно отлич-
ной от представленной на фиг. 83.
Проектирование и изготовление производилось с примене-
нием нормализованных деталей.
Па фиг. 85 дан чертеж литой заготовки плиты. Материал
плиты — аустенитный чугун типа «Номаг» (2,7% Соб- ; 0,16—
0,20% С.бяз; 2,5% Si; 5,0—6,0% Мп; не более 1,0% Р; не более
119
0,04 S; 9,5% Ni). Отклонения размеров по ГОСТу 1855-55
III класс. Литейные уклоны 2°. Припуски на механическую об-
Фиг. 85. Типовой чертеж литой заготовки плиты.
работку учтены. После предварительной механической обработ-
ки (обдирки) необходимо произвести стабилизирующий отжиг
при температуре / = 550° с выдержкой при этой температуре
12 час.
Фиг. 86. Типовой чертеж литой заготовки
створчатой матрицы.
На фиг. 86 показан чертеж литой заготовки матриц створ-
чатого типа для получения литых деталей группы А. Чертеж
120
определяет конструкцию матриц и размеры, которые могут быть
постоянными в том случае, если размер d не превышает 400 мм,
а размер Н — 600 мм, В свою очередь, размер d соответствует
внешнему диаметру предполагаемой к отливке детали с учетом
припуска на механическую обработку. По диаметру d величина
припуска на сторону равна 5 мм и учтена в чертеже. Размеры
di (поясок для центровки тормозящего фильтра) и D (наруж-
ный диаметр матриц) получаются конструктивно после опреде-
ления внутреннего диаметра d, Четыре прилива по размеру
£>+10 являются технологическими и предназначены для уста-
новки половинок матриц на стол фрезерного, шлифовального и
расточного станков при обработке плоскостей стыка и при рас-
точке торцов диаметра d.
Конструктору следует также предусмотреть и технологиче-
ские отверстия для спаривания половинок матриц после шли-'
фовки плоскостей разъема (на чертеже не показны). В дальней-
шем эти отверстия могут быть заделаны пробками, но техно-
логические приливы следует оставить, так как надобность в них
может возникнуть при исправлении каких-либо дефектов (короб-
ление и пр.).
Рекомендуемый материал заготовок для матриц — чугун
марки СЧ15-22 по ГОСТу 1412-54.
Прямоугольные окна на внешней стенке предназначены для
монтажа электронагревателей.
Электронагреватели матриц могут быть любой конструкции,
например показанной на фиг. 87. В зависимости от металлоем-
кости матриц, размера поверхности отливаемой детали и необ-
ходимой температуры нагрева мощность отдельной секции на-
гревателя колеблется от 2 до 5 кет, Спирали навешиваются на
фарфоровые ролики, в свою очередь укрепленные на панели,
сделанной из жаростойкой стали толщиной 3—5 мм. Для полу-
чения на внешней поверхности отливаемой детали углублений
различной формы глубиной не более 10—15 мм применяется
подвижные вставки, одна из конструкций которых представлена
на фиг. 88.
Предварительный .подрыв вставки может быть выполнен по-
средством эксцентриковой скобы, размеры которой зависят от
размера А. Если размер А находится в пределах от 50 до 80 мм,
то соответственно Я = 200 мм, а £ = 25 мм,
В случае, если размер А больше 80 мм и меньше 160 мм, го
размер Я = 250 мм, а £ = 35 мм, Для больших размеров вставок
и при большей глубине получаемых ими отверстий следует при-
менять иные подрывные устройства более мощные, например
винтовые.
В отличие от вставок, применяемых в обычных кокилях, при
литье под низким давлением не допускается параллельность на-
правляющих, так как в зазор, образуемый между направляющей
частью вставки и гнездом для нее в матрице, может проникнуть
металл и удалить вставку будет невозможно.
121
При литье под низким давлением направляющая часть вста-
вок пригоняется к гнезду в матрице без зазора, с уклоном пло-
скостей или конуса в пределах 5°. Для предупреждения отжима
вставки сплавом следует предусмотреть запирающий штырь,
размеры которого показаны на чертеже.
Условно
развернуто на плоскости
Фиг 87. Типовая конструкция электро-
нагревателя:
1 — схема включения панелей 2 — гайка, 3 -
болт, 4 — шайба, 5 — прокладка асбестовая,
6 — панель, 7 — ролик, 8 — винт, 9 — матрица
На фиг. 89 показан конструктивный элемент тормозящего
фильтра, где D — наружный диаметр отливаемой детали,
aS — толщина кольцевого выпора-промывника. При высоте от-
ливаемой детали более 500 мм высота фильтра увеличивается
на один лабиринтный ход на каждые 150 мм избыточной высоты
отливки.
Центровка средней съемной части фильтра по отношению
к разъемным корпусам обеспечивается местными платиками,
122
показанными на сечении А—А. Кольцевой, клиновидный выступ
на торце съемной части предназначен для ликвидации зазора
между съемной частью и песчаным стержнем. При наличии за-
зора съемная часть фильтра будет заполнена сплавом, что сде-
лает невозможным ее удаление и закроет выход для газов, вы-
Фиг. 88 Типовая конструкция формообразующей вставки
/ - фиксатор 2 — матрица правая, <? — стержень, 4 — матрица левая, 5 — шайба,
6 — скоба эксцентриковая 7 — шплинт, 8 — валик
деляющихся из стержня. Скопившиеся газы могут вызвать
деформацию тонкостенной отливки.
Регулирование величины лабиринтного зазора, а отсюда и
тормозящей способности фильтра можно осуществить устано-
вочными винтами, поднимающими съемную часть по отношению
к корпусу на некоторую величину, определяемую опытным
путем.
Для того чтобы матрица, нагреваемая до более высокой тем-
пературы, чем плита, не заклинивалась на направляющих, кон-
струкцию шарнирного соединения следует выполнять с гаран-
тированным зазором, как это показано на фиг. 90.
Точное взаимное положение створок матрицы (правой и ле-
вой) обеспечивается стальной, каленой втулкой, проходящей
через отверстия в ушках створок с применением скользящей
посадки. В собранном виде створки матрицы надеваются на
колонну, укрепленную на основной плите, при этом необходимо,
123
чтобы между колонной и втулкой имелся зазор по 0,75 мм на
сторону.
При разной степени расширения матриц и плиты межосевое
расстояние их будет меняться в пределах зазора, устраняя опас-
ность заклинивания. Для того чтобы матрицы в результате дав-
ления сплава не могли подняться над плитой (что наблюда-
Фиг 89 Конструктивный элемент тормозящего фильтра
1 — матрица, 2 — фланец уплотнения торца песчано о стержня 3 — кольцевой выступ,
4 — съемная часть фильтра
лось), в торец колонны устанавливается болт с шайбой, воспри-
нимающей осевое давление матриц. Кольцо противоподъемное
преследует ту же цель, препятствуя одной из половинок матри-
цы изменить свое положение относительно другой половинки за
счет зазора, имеющегося между торцами прилитых ушек. Кон-
струкция литниковой втулки при отливке алюминиевых сплавов
показана на фиг. 91.
Втулка изготовляется из обычной углеродистой стали бе*
последующей термической обработки. Утоньшать нижнюю мас-
124
сивную часть втулки не следует, так как это может отразиться
на ее теплопроводности, в результате чего литниковый остаток,
затвердевая более медленно, при удалении отливки отломится
и, оставшись во втулке, потребует кропотливого труда для его
удаления. Обычно в этом случае приходится приподнимать всю
литейную форму вместе с плитой и выталкивать литниковый
остаток снизу вверх.
Фиг 90 Типовая конструк-
ция шарнирного сочле -г-
ния:
/ — плита, 2 — матрицы правая
и левая <?—шайба, 4 — болт
5 — кольцо противоподъемное,
6 — втулка, 7 -- колонка, 8 —
болт 9 — шайба
Фиг 91 Литниковая втулка для
алюминиевых сплавов
Наличие зазора в шарнирном сочленении матриц (между
втулкой и колонной) допускает осевой разворот матриц по отно-
шению к плите, ито может отразиться на точности совмещения
координатных осей внешней и внутренней поверхностей полу-
чаемой в форме отливки. Устраняется этот недостаток тем, чго
на противоположной колонне стороне плиты устанавливается
ограничивающий штырь 6 (фиг. 92), а в правой и левой
створках матрицы укрепляются стальные, износоустойчивые пла-
стины 1 и 2.
125
Такая конструкция гарантирует створкам строгое взаимное
положение относительно оси симметрии плиты. Независимо от
того, что колонна имеет противоподъемное приспособление в
виде болта с шайбой, употребляется и прихват 2, показанный
на фиг. 93, устанавливаемый на основной плите. При закрыва-
нии створок стальные * пластинки правая 1 и левая 2 захо-
дят под выступающую часть прихвата, что является дополни-
тельной гарантией того, что створки не будут приподняты дав-
лением сплава в конце заполнения им полости формы. Предва-
Фиг. 92 Узел ограничителя осевого
поворота матриц:
i — пластина правая, 2 — пластина левая,
3 — плита, 4 — штифт, 5 — матрица, 6 —
штырь, 7 ~ винт.
Фиг. 93 Противоподъемный
прихват:
1 — матрица, 2 — прихват, 3 —
плита, 4 — шайба, 5 — пласти-
на левая 6 — гайка, 7 — пла
стина правая.
рительный разъем (подрыв) створок матрицы существенно об-
легчается, если прихват, показанный на фиг. 93, использовать
в качестве упора для рычага, конец которого производит дав-
ление на выступ створки матрицы.
На фиг. 94 показан типовой замок подвижных створок мат-
рицы. Прилитые ушки замка увеличены по высоте (размер 128)
и доходят до плоскости основания. Сделано это для того, чтобы
создать надежную опору для инструмента, которым осущест-
вляется «подрыв» створок перед их раскрыванием. Положение
инструмента 6 при этой операции показано тонкой линией.
Подобное же устройство необходимо сделать и для последо-
вательного раскрывания половинок корпуса тормозящего филь-
126
Фиг. 94. Конструкция замка для ма-
триц:
/ — матрицы правая и левая, 2 — пласти-
на левая, 3 — пластина правая, 4 — плита,
5 — ось шарниров, 6 — приспособление
для подрыва матриц, 7 — замок, 8~ при-
хват.
тра, иначе, раскрыв одну половинку, вторую придется освобож-
дать от отливки ударами молотка, что недопустимо.
Винт замка имеет трапецеидальную резьбу — Трап ЗОХб-п.
Материал винта — сталь марки 45 по ГОСТу 1050-57. Термооб-
работка до твердости /?С 33—38. Существенно, чтобы резьба
была свободной, т. е. чтобы винт в гайке имел осевой и ради-
альный люфт в пределах 0,2—0,3 мм. Отсутствие люфта можег
вызвать заклинивание резьбы, после чего замок придется вы-
бросить. Рекомендуемые
размеры L— 100, 125, 150,
175 и 200 мм. Размер I не
должен быть менее 60 мм с
тем, чтобы между ушком и
упором был просвет, рав-
ный 15 мм для инструмента,
применяемого при подрыве.
Подрыв отливки из пли-
ты литейной формы удобно
выполнять небольшими ло-
миками, упирающимися в
специально сделанные при-
ливы на внешней поверхно-
сти литникового коллектора.
Схематически это пока-
зано на фиг. 95, где D —
наружный диаметр цент-
ральной вставки в плите ли-
тейной формы, a d — наруж-
ный диаметр коллектора.
Конструктивные размеры
формообразующего углуб-
ления на поверхности мат-
риц приведены на фиг. 96.
Согласованным усилием
двух ломиков или специального вилкообразного захвата отлив-
ка даже при сильном зажиме ее на литниковой системе легко
приподнимается вверх.
Пробки вентиляционные устанавливаются в тех участках ра-
бочей поверхности формы, где возможно скопление воздуха или
газов, а удаление их затруднено. При установке пробок необхо-
димо учитывать возможность и легкость их удаления для очи-
стки, так как воздухоотводные каналы часто засоряются, и
пробка в этом случае перестает работать. На фиг. 97 показаны
три типа пробок. Тип первый применяется для установки с внеш-
ней стороны матрицы, причем крепление пробки производится
винтами к специально обработанному платику.
Тип второй применяется в том случае, когда тело матрицы
или другой детали, куда устанавливается пробка, имеет боль-
127
тую толщину, или когда подход к винтам, крепящим пробку,
невозможен. Недостаток пробки второго типа — быстрая потеря
посадочного размера при повторных удалениях пробки из гнезда
-Фиг 95 Схема ^подрьь
ва» отливки из плиты
литейной формы
I — правая матрица 2 — те
вая матрица, 3 — приспособ
ление для подрыва отлив
ки, 4 — направление движе
ния для осуществления поц
рыва, 5 — плита
Фиг 96 Формование выступа на поверхно-
сти отливки
1 — матрица
Тип третий отличается значительно большей пропускной спо-
собностью, причем рабочим является не только кольцевой поя-
Фиг. 97. Пробки вентиляционные.
сок, но и вся поверхность пробки. Сквозные прорези шириной
0,15—0,20 мм обрабатываются электроискровым или электро-
эрозионным способами. Пробка может иметь и фланцевое креп-
че
ление, как показано пунктиром. В табл. 2 приведены рекомен-
дуемые размеры пробок с указанием площади газоотводных
каналов. Необходимо иметь в виду, что пробки с большим рабо-
чим сечением следует устанавливать в верхние горизонты ли-
тейной формы, а с меньшим — в нижние, где металл имеет наи-
более высокую температуру и обладает поэтому большой жидко-
текучестью.
Таблица 2
Размеры пробок вентиляционных
4			d 9	t	D		R	Проходное сечение в мм2 (типы первый и второй)
номииаль- ный	допуск Пр1з							
10	4-0,065 4-0 035	9,4 9,6	8	25	24	20	2,2	9,5 6,5
12	4 0,070 +0,010	И,4 11,6	10		26	22		7,8
16		15.4 15,6	14	30	30	26	3,5	15,0 10,3
20+	+0,095 4 0,050	19,4 19,6	17		34	30		19,0 13,2
25+		24,4 21,6	2!		38	34		23,6 16,4
зо+		29,4 29,6	26		44	40		28,5 19,5
Примечание Номинальные диаметры, отмеченные знаком -и, относятся к проб-
кам третьего типа
Приведенное выше описание типовых узлов и деталей техно
логической оснастки для литья под низким давлением является
первыми шагами в этом направлении.
Несомненно, что при дальнейшем внедрении этого прогрес
сивного метода литья появятся новые группы деталей и новые
конструктивные решения.
Необходимо только, чтобы каждый завод уделял вопросу
нормализации должное внимание и путем широкого обмена опы
том делал свои достижения достоянием других.
7. КОНТРОЛЬ РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для предупреждения ошибок в рабочих чертежах, которые
могут повлечь за собой переделку оснастки, необходим техно-
логический контроль чертежей общих видов, осуществляемый
9 В К Ведель	129
квалифицированным технологом, хорошо знакомым с конструи-
рованием.
В первую очередь контролер должен обратить внимание на
соответствие общего вида литейной формы чертежу отливки
и технологической разработке в части расположения рабочей
формообразующей полости, ее разъемов, конструкции литнико-
вой системы и пр. Контролер обязан представить себе совер-
шенно отчетливо весь цикл рабочего процесса, начиная с про-
становки стержней и кончая удалением отлитой детали. Оснаст-
ка должна быть ' спроектирована таким образом, чтобы
предыдущая операция не мешала последующей. В частности,
следует проверить, не задевают ли выступающие части металли-
ческой матрицы за песчаный стержень, что наблюдается при
створчатом разъеме. Контролер должен учесть возможность «за
мораживания» отливки. Конструкция литейной формы должна
обеспечить возможность беспрепятственного удаления отлитой
детали даже в том случае, если какой-либо из металлических
стержней не будет выдвинут своевременно и останется в отлив-
ке. Металлические вставки, остающиеся на отливке, должны
свободно сниматься с нее и легко устанавливаться в соответ-
ствующих им гнездах матриц. Матрицы должны обеспечивать
беспрепятственное удаление отливки. Все ’участки матриц, где
возможно скопление воздуха и газов, должны иметь воздухо-
отводящую систему, допускающую легкую очистку ее и замену
отдельных деталей.
Контролер должен обратить внимание на наличие предо-
хранительных устройств, закрепляющих отъемные вставки
матриц в их рабочем положении, а также на отсутствие излиш-
них зазоров между деталями, в которые мог бы проникнуть жид-
кий сплав. Если подвижная вставка не имеет устройства для
запирания ее в рабочем положении, то не исключается возмож-
ность отжима ее жидким сплавом, который заполнит полость
направляющего гнезда, затвердеет там, и раскрывание матриц
будет затруднено или даже невозможно. При разъеме матриц
отъемные вставки должны полностью выходить за пределы от-
ливки, иначе раскрывание будет затруднено, а на отливке могут
появиться задиры. Часто разбираемые винтовые соединения, на-
пример крепление колец формообразующего набора, должны
иметь свободную резьбу, а головки крепящих болтов выпол-
няться с внутренним шестигранником. Применения шлицован-
ных головок «под отвертку» следует избегать, так как шлины
при повторных отвинчиваниях быстро разрабатываются. На чер-
тежах часто разъемных винтовых соединений, в том числе
и на замках, следует сделать примечания — «резьба сво
бодная».
При проверке чертежей электронагревательной системы сле-
дует обращать внимание на возможность установки нагрева-
теля в предназначенную для него полость в матрице.
J30
Закончив первый этап проверки, контролер обращает вни
мание на график чертежа, на правильность расположения и
количество проекций, на чистоту и четкость выполнения, на пол-
ный охват всех входящих в спецификацию деталей и правиль-
ное их изображение. Все свои замечания контролер записывает
в тетрадь, а на чертеже дефектные места отмечает цветным
карандашом. Полностью представив себе конструкцию литейной
формы, контролер -может перейти к детальным чертежам.
ГЛАВА М
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДОВ
Новые технологические процессы, а также новые совершен
ные станки и механизмы проектируются с учетом замены руч
ного труда механическим. Быстро чередующиеся операции про
изводственного цикла, жесткие допуски технологических пара
метров, а главное, требование стабильности однотипных one
раций уже на сегодня зачастую исключают ручной труд. Появ
ляются принципиально новые процессы и машины, воплощаю
щие в себе последние достижения науки и техники, сочетающие
электронику с механикой и физику с основами станкостроения
В литейном производстве роль автоматики еще незначитель
на, а на отдельных технологически ответственных переходах
как, например, заполнении формы сплавом, она вообще отсут
ствует, а эта операция во многом предрешает качество литья
Такие технологические процессы, как литье под высоким и низ
ким давлением, где время заполнения формы сплавом исчис
ляется секундами и даже долями секунд и где гидродинамика
потока должна подчиняться заданным технологическим пара
метрам, не мыслятся без автоматически действующих регули
рующих устройств.
При литье под низким давлением, особенно тонкостенных де
талей, изменение линейной скорости сплава в пределах 0,2—
0,3 м/сек может быть причиной брака. Вполне очевидно, что
ручная ковшовая заливка уже не обеспечит предъявляемых тре
бований. С применением автоматики стабилизируется техноло
гический процесс и становится возможным программное управ
ление, при котором величины начального и последующего дав
лений в тигле и зависимая от них линейная скорость сплава
выдерживаются автоматически в соответствии с указаниями
технологической карты. Наряду с этим обеспечивается возмож
ность получения отливок с высокой плотностью структуры, за
висящей от скорости кристаллизации и от величины статическо
го давления в сплаве, которые создают условия для компенса
пии усадочных образований в кристаллизующемся слое.
Заполнение формы сплавом при автоматическом управлении
уже не будет зависеть от квалификации и внимания рабочего,
132
что несомненно повысит выход iодного литья. Облегчается гак
же тяжелый труд заливщиков и повышается общая культура
производства.
На фиг. 98 схематически показаны величины рабочего дав
ления газовой среды и оптимальные скорости заполнения спла
вом полости литейной формы в зависимости от высоты отливае
мых деталей Эти данные получены экспериментальным путем
при отливке тонкостенных деталей, имеющих высоту 200, 300,
500 и 600 мм со стенкой толщиной 2,5—3,0 мм. Отливка деталей
производилась из алюминиевокремниевых сплавов в полуметал
лические литейные формы
1	0 1 2 3 и 5 б 7 8 3 W 1 2 3 Ь 5 t сек
время подъема сплава
'При понижении. уровня сплава производится подстройка кмпано дав/ сник
Фи! 98 Номограмма величины рабочего давления и скорости заполнения
формы сплавом, сплав алюминиевый
В левой части схемы по оси ординат отложены высоты от
л ивок, а по оси абсцисс----величины необходимого дав тения
в тигле Практически полеченные значения давлений для ука
занных отливок находятся при пересечении горизонтальных ли
ний, соответствующих высотам отливок с наклонной прямой
откуда опускается перпендикуляр на ось абсцисс Продолжив
горизонтальные линии до пересечения с кривой А—В—С и так
же опустив перпендикуляр из точки пересечения, получим вре
мя в секундах, в течение которого происходит заполнение спла
вом полости формы Существенное значение имеет также ха
рактер повышения давления в тигле, схематично показанный в
виде кривой А—В—С На участке А—В, т е. при подъеме
сплава до уровня литникового коллектора, в котором установлен
нижний электрический датчик, давление в тигле повышается
(в рассматриваемом примере) до 100 мм рт ст в течение при-
мерно 10 сек После заполнения котлектора скорость нараста-
133
яия давления в тигле увеличивается, а следовательно, возрастает
и скорость сплава в полости формы.
На схеме повышение давления, а отсюда и скорости заполне-
ния формы показано участком кривой В—С. Практически по-
лученные значения скорости заполнения формы для указанных
отливок были равны 1,5; 2; 3 и 3,5 сек. В конце заполнения,
после того как поднимающимся сплавом будет замкнут верхний
электрический датчик, отключающий механизм подачи в тигель
сжатого воздуха, происходит плавное торможение металлическо-
го потока с одновременным повышением в нем гидростатиче-
ского давления. Торможение осуществляется лабиринтным
устройством, являющимся продолжением полости формы. Прак-
тика подтвердила, что линейная скорость сплава в полости по-
луметаллической формы для получения из алюминиевого сплава
цилиндрических отливок высотой 500—600 мм и со стенкой тол-
щиной 3 мм может колебаться в пределах от 0,8 до 0,6 м!сек*.
Отклонения в ту или другую сторону могут послужить причи-
ной брака.
Из сказанного выше очевидно, что соблюдение технологиче-
ского режима в узком количественном диапазоне при ковшо-
вой заливке вручную очень затруднительно. Система же авто-
матического управления с применением элементарной аппара-
туры позволяет качественно решить поставленные задачи
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ
В начальной стадии экспериментальных работ была примене
на схема автоматики, разработанная инж. Ф. Д. Кармановым.
Схему можно условно разделить на две части:
1) схема регулирования величины рабочего давления;
2) схема регулирования скорости заполнения формы жид-
ким сплавом.
Первая часть схемы показана на фиг. 99.
Сжатый воздух из сети или инертный газ баллона через двух-
камерный кислородный редуктор поступает в герметическую
полость электромагнитного клапана /, находящегося в закры-
том положении.
При включении замыкающего устройства 2 и одного из тумб-
леров 3, соединенных с платиновыми контактами, впаянными
в стеклянную трубку V-образного ртутного манометра 4, цепь
замыкается и открывается клапан 1. При этом сжатый воз-
дух или газ будет поступать в ресивер 5 и одновременно в пра-
вое колено ртутного манометра, вызывая в нем понижение уров-
ня ртути. По мере повышения давления в ресивере уровень
ртути в манометре будет опускаться до тех пор, пока не выйдет
* При получении отливок из магниевого сплава с большим интервалом
температуры кристаллизации линейная скорость сплава в форме повышается
ма 20-25%
134
за пределы включенного контакта. При этом электрическая
цепь окажется разомкнутой и сердечник клапана опустится в
свое гнездо, преграждая путь воздуху в ресивер.
Сжатый воздух, поступая в распределительную систему, а
^атем в тигель, и вытесняя сплав, уменьшит величину первона-
чального давления в ресивере. Снижение давления произойдет
в результате расхода сжатого воздуха и частичной утечки его
через неплотности системы (например, через соединение крыш-
ки с фланцем тигля). При этом уровень ртути в правой части
Фиг. 99. Схема регулирования величины рабочего давления
манометра поднимется и замкнет платиновый контакт, сообщаю-
щийся с тумблером. При замыкании электрической цепи клапан
вновь открывается, и свободно проходящий через него воздух
поднимет давление в ресивере до первоначального значения.
Давление, на которое настраивается ресивер путем включения
того или иного тумблера, определяет собой величину скорост-
ного напора, автоматически поддерживаемого в течение рабочей
смены.
Вторая часть схемы показана на фиг. 100. Из ресивера воз-
дух или инертный газ поступает по трубопроводу в полость
герметичного клапана /, который в закрытом положении пре-
граждает ему дальнейший путь. Ртутный манометр 2 имеет
впаянные платиновые контакты, установленные на разные ве-
личины рабочего давления. Ртутный манометр включен в элект-
рическую цепь, состоящую из вторичной обмотки понижающего
трансформатора, соленоидной катушки электромагнитного кла-
пана /, платинового контакта 3 и переключателя 4. Включением
одного из тумблеров 5 на необходимую для отливаемой детали
величину рабочего давления и замыканием электрической цепи
135
выключателем 6 («Заливка») сердечник клапана 1 приподни-
мается в верхнее положение, открывая свободный проход возду-
ха по трубопроводу 7 к золотниковому крану 8
Золотниковый кран состоит из герметичного корпуса и под-
вижного золотника 9. На поверхности золотника по сечению
А—А сделана калиброванная канавка, а по сечению Б—Б кли-
новидный или конический срез. Золотник крана может переме-
щаться в осевом направлении электродвигателем 10, соединен-
ным со штоком золотника через планетарный редуктор. В на
Фиг 100. Схема регулирования скорости заполнения формы сплавом.
чальный момент подачи давления в тигель золотник клапана
неподвижен и находится в крайнем нижнем положении. Сжатый
воздух, поступая в корпус крана, устремляется через калибро-
ванную канавку в трубопровод и далее в тигель. Одновременно
сжатый воздух поступает в правую трубку контактного ртут-
ного манометра 2, где понижает уровень ртути. Сечение калиб-
рованной канавки золотника рассчитано таким образом, что
проходящий через него воздух обеспечивает подъем сплава до
уровня коллектора в течение 7—10 сек. при давлении в реси-
вере Р = 350 -г 400 мм рт. ст. После этого жидкий сплав замыкает
электрический контакт, имеющийся в коллекторе литейной
формы, включая тем самым электродвигатель /0, который, в
свою очередь, перемещает золотник при помощи планетарного
механизма в крайнее верхнее положение (показано тонкой ли-
нией). Клинообразный срез золотника, подходя под отверстие
трубопровода, открывает широкий проход для воздуха. При этом
скорость сплава возрастает. Одновременно с этим увеличиваю-
щееся давление продолжает понижать уровень ртути в мано
метре до тех пор, пока включенный в цепь электрический коть
136
такт, соединенный с тумблером 5, не окажется выше уровня
ртути.
В этот момент цепь разрывается, и клапан 1 перекрывает
подачу воздуха, прекращая тем самым дальнейшее вытеснение
сплава из тигля в литейную форму. Ртуть, поднимающаяся в
левой трубке манометра 2, несколько раньше замыкает кон-
такт //, включая в цепь питания обмотку возбуждения реле
Фиг 101 Щит с приборами автоматического
упрагления.
времени 12. Вследствие того что в разогретом тигле и во всей'
системе трубопроводов трудно обеспечить полную герметич-
ность, давление в тигле после перекрытия клапана 1 начнет па-
дать, чч о недопустимо, так как в этот период происходит пита-
ние усадки кристаллизующихся слоев металла в отливке. Этот
недостаток устраняется тем, что поднимающийся пропорцио
нально понижению давления в тигле уровень ртути в правой
трубке манометра вновь замкнет тумблер 5, в результате чего
автоматически откроется клапан 1 и пропустит порцию сжатого
воздуха, необходимую для восстановления давления в тигле
Подобная «подпитка» сжатым воздухом будет продолжаться
137
до тех пор, пока не сработает реле времени 12, замыкая питаю-
щую цепь сбрасывающего клапана 13, через который полость
тигля сообщается с атмосферой. Одновременно золотник 9 кра-
на вернется в исходное положение, а выключатель 6 отключит
обмотку трансформатора от сети питания. Реле времени вер-
нется в исходное положение и схема будет подготовлена к сле-
дующему циклу. В случае необходимости немедленно снять
давление в тигле, достаточно перевести переключатель 4 в по-
ложение б, показанное пунктиром, при этом цепь клапана 1
будет разомкнута, подача давления прекращена, а клапан 13
сообщит полость тигля с атомосферой.
На фиг. 101 показан экспериментальный щит с приборами
автоматического управления:
1 — ресивер для создания рабочего давления газовой среды;
2 — контактный ртутный манометр для поддержания в ресивере
заданного давления; 3 — электромагнитный клапан, сообщаю-
щий ресивер с сетью сжатого воздуха или с баллоном инертного
газа; 4 — кнопка, открывающая электромагнитный клапан за-
рядки ресивера («Зарядка»); 5—контактный ртутный манометр,
регулирующий величину давления при кристаллизации сплава;
6 — концевой выключатель; 7 — кнопка, открывающая электро-
магнитный клапан подачи давления в тигель («Заливка»),
8— электродвигатель с планетарным редуктором; 9 — золотни-
ковый дифференциальный кран для ступенчатой подачи давле-
ния в тигель; 10 — реле времени технологической выдержки;
11 — электромагнитный клапан для сброса давления после
затвердевания отливки; 12 — тумблеры для настройки величины
давления при кристаллизации сплава; 13 — сигнальные лампы,
позволяющие контролировать начало и конец заполнения формы
сплавом.
2. НЕДОСТАТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СХЕМЫ
1В результате практической работы возникла необходимость
пересмотреть все узлы опытной литейной установки с учетом
их положительных и отрицательных свойств, выявленных как
в период ее освоения, так и в условиях эксплуатации.
Пересмотру подверглась также и система автоматики, не-
смотря на простоту ее первоначальной конструкции. Новые,
более жесткие требования, заставили внести существенные кор-
рективы как в схему, так и в ее конструктивное оформление.
В основном эти требования сводятся к следующим.
1.	Как видно из схем фиг. 99 и 100, линейная скорость
сплава в металлопроводящей сип еме определяется величиной
скоростного напора и дросселирующим сечением золотникового
крана. Имея на золотнике крана калиброванную канавку, мы
лишены возможности изменять ее сечение и тем самым изменять
линейную скорость сплава в металлопроводе.
Точно так же линейная скорость сплава в полости формы в
138
рассматриваемой схеме зависит от сечения срезанной части зо
лотника >и от скорости его перемещения в корпусе. В то же
время отливаемые детали могут иметь высоту от 150 мм до
1 м и даже больше. Естественно, что чем выше отливаемая
деталь и чем тоньше ее стенки, тем большее сопротивление бу-
1ет на пути сплава и тем больше должна быть скорость его пе
ремещения в форме.
Регулирование скорости сплава в этих условиях было за-
труднено и осуществлялось опережением сдвига золотника в
ту или другую сторону относительно выходного отверстия в кор-
пусе крана. Изменять линейную скорость сплава путем настрой
ки ресивера на большую или меньшую величину давления не
целесообразно, так как это мероприятие в равной степени
отразится на пропускной способности калиброванной канавки
и среза золотника.
В то же время по технологическим условиям требуется из-
менение пропускной способности каждого из этих элементов в
отдельности.
Вывод. Схема должна предусматривать надежную и незави-
симую регулировку линейной скорости сплава в металлопроводе
до уровня коллектора и дальше, в полости линейной формы.
2.	Как видно из схемы фиг. 100, перекрывание давления в
тигле, а следовательно, и прекращение восходящего движения
сплава в полости формы произойдет в тот момент, когда опу-
скающийся уровень ртути в манометре разорвет электрическую
цепь питающего клапана.
Практически трудно установить с достаточной точностью ве-
личину давления, необходимого для подъема сплава до высшей
точки полости формы. Также трудно установить и величину не-
обходимого гидростатического давления в конечный момент за
полнения полости формы. Эти величины зависят от переменного
расстояния высшей точки полости формы над уровнем сплава
в тигле, от конфигурации и размеров отливки, определяющих
сумму местных сопротивлений, от величины скоростного напора,
от расширения воздуха в тигле, от наличия инерционных сил
в металлическом потоке и т. д.
Практически можно «нащупать» эти величины, но для этого
придется затратить время и испортить несколько отливок. Слож-
ность усугубляется тем, что уровень сплава в тигле с каждой
отливкой понижается и для подъема его на постоянную высоту
требуется все большее давление. Как и в предыдущем приме-
ре, нужно учитывать, что отливаемые детали имеют большой
размерный диапазон по высоте. Такое положение часто вызы-
вает либо выплеск металла из формы при избыточном давле-
нии, либо недолив формы, если давление недостаточно.
В этих условиях очевидно, что управлять процессом сможет
только опытный оператор, а сама система управления только
условно называется автоматической.
I Я)
Вывод. Схема должна предусматривать отключение рабочего
давления только тогда, когда полость формы будет заполнена
сплавом,
3.	В экспериментальной схеме автоматики величина рабо
чего давления и давления при кристаллизации сплава имеют
одно значение, зависимое от включения того или иного контак-
та ртутного манометра (см. фиг. 100).
Практика паказала, что давление в сплаве при кристалли-
зации может быть меньше давления при заполнении формы,
т. е. рабочего.
Вывод. Схема должна предусматривать раздельные величины
давления газовой среды и независимую их регулировку,
4.	В экспериментальной схеме плавность перехода скоро
стей металлического потока как самостоятельный фактор не ре-
гулируется, а зависит от скорости перемещения золотника диф-
ференциального крана и от угла среза его рабочей части. Как
показала практика, этот параметр имеет очень существенное
значение. Даже незначительное, в пределах 20—30 мм рт. ст.,
скачкообразное нарастание давления, особенно в момент запол-
нения коллектора, создает условия для проникновения газа из
тигля в полость формы. Наибольшая опастность возникновения
толчков может быть в тот момент, когда увеличивается скорость
нарастания давления, т. е. когда сплав из коллектора начинает
поступать в полость формы.
Вывод. Схема должна предусматривать возможность неза-
висимости регулирования плавности перехода скоростей спла
ва в металлопроводящей системе,
5.	Существенное значение для безотказной работы схемы
имеет конструкция электрических контактов — датчиков, один
из которых входит в полость коллектора литейной формы, а
другой — в верхнюю часть полости промывника. Контакты
предназначены для замыкания электрической цепи соответствую-
щих приборов поднимающимся уровнем сплава. Конструкция
контакта, состоящая из металлического (латунного) штифта,
заключенного в фарфоровую трубку диаметром 10 мм, практи-
чески себя не оправдала. Фарфоровая трубка при соприкосно-
вении со сплавом трескалась, выкрашивалась и в образовав
шийся зазор проникал сплав и оставался в нем, замыкая кон
такт на массу металлической матрицы даже после удаления от-
ливки.
Более рациональная конструкция контакта, лишенная ука
занных недостатков, показана на фиг. 102. Изоляцией контак
та А является асбестоцементная втулка 5, торец которой во
время работы покрывается слоем теплоизоляционной кокиль
ной краски, предохраняющей ее от непосредственного соприкос-
новения с жидким сплавом.
Сферическая рабочая часть контакта очищается от краски
наждачной бумагой.
140
Контакт устанавливается в предназначенное для него от-
верстие в металлической матрице и надежно закрепляется
фланцем В1.
6.	Существенной деталью является запирающий конус элек-
тромагнитного клапана. Как показала практика, металлический
притираемый конус не всегда обеспечивает нужную степень гер-
метичности.
Конденсируемая, хотя и в очень незначительном количестве,
влага вызывает местную коррозию притираемых поверхностей,
Фиг. 102 Электроконтактный дат-
чик
Фиг. 103. Конструкция запи-
рающего клапана*
/ — электромагнит типа ЭС1-511!
Р-3 кГ, 2 — резиновый конус, ре
зина В-14, 3 — клапанная коробка
что, естественно, нарушает герметичность и требует периодиче-
ской очистки и притирки. Лучшим решением будет применение
резинового прессованного конуса из резины средней упругости,
например марки В-14, как это показано на фиг. 103.
7.	В экспериментальной схеме применен щитовой монтаж от
дельных приборов, соединяемых между собой резиновыми и дю-
ритовыми трубками. Естественно, что при наличии утечки об-
наружить ее при такой системе монтажа затруднительно,
особенно если часть соединений расположена в труднодоступных
местах.
Утечки часто возникают при осадке прокладок, ослаблении
резьбы, при вибрации приборов (от работы электромагнитных
клапанов), при частичном демонтаже и пр.
1 Для безотказной работы рекомендуется устанавливать по два контакт
ных датчика, располагая их в противоположных i очках коллектора и про
мывника.
141
3. ВЕЛИЧИНЫ РЕГУЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ
На фиг. 104 показана схема, иллюстрирующая технологиче-
ские величины, регулирование которых должно осуществляться
системой автоматического управления промышленного типа
А — величина рабочего давления, зависящая от высоты ог
ливаемой детали, толщины ее стенок, материала литеиной фор
мы и его теплопроводности, а также от состава и температуры
сплава, из которого отливается деталь Элемент автоматики дол
жен обеспечить величину и постоянство рабочего давления в
ресивере в пределах от 100 до 600 мм рт ст
Б — время, необходимое для подъема оплава по металле
проводам и заполнения им коллектора, зависящее от величины
рабочего давления, количества и сечения металлопроводов
объема коллектора и от уровня сплава в тигле, который пони
жается по мере расходования
Элемент автоматики должен обеспечивать регулировку вре
мени в пределах от 7 до 20 сек.
В — время, необходимое для подъема сплава от уровня
коллектора до верхней точки полости формы, зависящее от ве
личины рабочего давления, от толщины стенок отливаемой де
тали и ее металлоемкости, от теплопроводности материала ли
тейной формы, от состава и температуры применяемого сплава
от температуры литейной формы, а также от конструктивных
особенностей отливаемой детали Элемент автоматики должен
обеспечить регулировку времени в пределах от 2 до 10 сек
Г — плавность перехода скоростей металлического потока от
замедленной в коллекторе к более высокой в полости формы,
142
зависящая от величины рабочего давления, конструкции и ме
таллоемкости коллектора, от вида сплава, от количества и се
чения металлопроводов и от конструктивных особенностей от
ливаемой детали. Элемент автоматики должен обеспечить
плавность перехода скоростей в узком интервале времени до
такой степени, когда кривая ускорения примет характер пара
болы
Д — время, необходимое для технологической выдержки, и
процессе которой происходит кристаллизация сплава в полости
литейной формы, зависящее от металлоемкости наиболее мас-
сивных участков отливки, какими являются выпор-промывник
и литниковый коллектор Элемент автоматики должен обеспе
чить регулировку, технологической выдержки в пределах от 20
до 180 сек
Е — величина давления, под действием которого происходит
кристаллизация сплава в полости формы, зависящая от высоты
и металлоемкости отливаемой детали, от материала применяв
мых стержней, от уровня сплава в тигле установки и от состава
применяемого сплава
Элемент автоматики должен обеспечить регулировку вели
чины давления в зависимости от указанных выше условий
Обычно величина давления при кристаллизации составляет 70—
80% от величины рабочего давления
Ж — время сброса давления в тигле перед разъемом матриц,
зависящее от величины рабочего давления и объема тигля, за
полненного газовой средой. Элемент автоматики должен обес
печить регулировку времени сброса в пределах от 1 до 5 сек
Превышение времени сброса нежелательно, так как при этом
полость тигля сообщается с атмосферой и проникающий в ти
гель воздух может вызвать окисление находящегося в нем жид
кого сплава, а при отливке из магниевого сплава—даже его
загорание
Выполнение предохранительных клапанов, поддерживающих
в тигле незначительное (до 10 мм рт ст) избыточное давление,
также нежелательно, так как при сбросе давления в атмосферу
увлекаются продукты окисления и нитридообразования в виде
тонкого порошка, который за короткое время выведет из строя
механизм клапана Образованию этих продуктов способствуют
кислород и азот, в небольших количествах находящиеся даже
в чистом аргоне
4 СХЕМА АВТОМАТИКИ ПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА
В варианте схемы (конструкции автора) введены следующие
усовершенствования, полное 1ью устраняющие отмеченные выше
недостатки экспериментальной схемы и обеспечивающие вы
полнение перечисленных технологических параметров
из
Особенности схемы
1.	Ртутные контактные манометры заменены пружинными
реле давления.
2.	Электродвигатель, золотниковый кран и планетарный ре-
дуктор заменены электромагнитным клапаном.
3.	Применено независимое регулирование линейной скорости
сплава в металлопроводе и в полости формы.
4.	Применено независимое регулирование величины рабоче-
го давления при заполнении формы и давления при кристалли
зации сплава после заполнения формы.
5.	Применено независимое регулирование плавности перехо-
да скоростей от замедленной к ускоренной.
6.	Применен электрический датчик, обеспечивающий отклю
чение подачи давления только тогда, когда форма будет запол-
нена сплавом.
7.	Добавлено второе реле времени, позволяющее регулиро-
вать продолжительность сброса давления, что имеет существен-
ное значение при увеличенной емкости тигля.
8.	Все управление процессом сведено к включению одной
кнопки, все последующие операции автоматизированы.
9.	Клапанная система, включая сюда и регулятор плавности
перехода скоростей, объединена в одном компактном корпусе.
10.	Значительно упрощена электрическая схема, так как от-
падает необходимость в выпрямительном устройстве для пита
ния электродвигателя.
11.	Монтаж всей аппаратуры портативен и доступен для ре
монта и очистки.
В чертежах системы автоматики допущен ряд отступлений
от общепринятых правил вычерчивания пневмоэлектрических
систем. Сделано это сознательно для того, чтобы схема была
более доступной читателю-литейщику, незнакомому с условно-
стями электротехнического черчения.
Пневматическая часть системы
На фиг. 105 показана схематическая компоновка приборов
автоматического управления. Следящий золотник Л, заменяю-
щий собой ртугный манометр с впаянными контактами, пред-
назначен для настройки ресивера на необходимую величину
рабочего давления. Золотник автоматически поддерживает дав-
ление на заданном уровне, компенсируя расход из ресивера но
выми порциями сжатого воздуха или инертного газа.
Настройка золотника производится поворотом винта, изме-
няющего сопротивление тарированной пружины в соответствии
с показанием контрольного манометра.
Манометры применены обычного стандартного типа, второго
класса со шкалой 0—760 мм рт. ст. и с ценой деления
15,2 мм рт. ст. Электромагнитные проходные клапаны Б, В и Д
444
Фш 105 Пневматическая схема системы автоматики (программный регхлятор для литья под низким
давлением)
о —реплятог величины рабочего давления, б — регулятор времени заполнения коллектора, в —регулятор времени за-
1 )ппемня формы г - рег\ пятоо плавности перехода скоростей, д—регулятор величины давления при кристаллизации
предназначены для свободного прохода сжатого воздуха при
наличии соответствующей команды от замыкающих цепь дат-
чиков. 'Клапаны Б и В снабжены дросселирующим устройством
в виде конических заглушек (игл), перемещающихся посредст-
вом резьбы и оканчивающихся маховичком с накаткой. Вра-
щая маховичок в ту или другую сторону, можно соответственно
увеличивать или уменьшать проходное сечение клапана, а сле-
довательно, регулировать его производительность. Дроссель
клапана Б регулирует время подъема сплава до уровня коллек-
тора, а дроссель клапана В — скорость заполнения полости
формы
Пружинный клапан Г является регулятором плавности пере-
хода скоростей, когда сплав из коллектора начинает поступать
в полость литейной формы. Регулятор состоит из подвижного
золотника 9, свободно перемещающегося в обойме 12, снабжен-
ной клиновидными прорезями 11, сообщающими внутреннюю
полость втулки с кольцевой канавкой 13, имеющейся в корпусе
прибора.
Золотник поддерживается в верхнем положении спиральной
нерегулируемой пружиной, сопротивление которой с небольшим
запасом превышает вес золотника 9. Степень плавности пере-
хода скоростей обеспечивается дроссельной иглой, перекрываю-
щей канал, посредством которого полость обоймы под подвиж-
ным золотником сообщается с окружающей атмосферой. Изме-
няя сечение канала, можно регулировать величину противодав-
ления вытесняемого воздуха, а следовательно, и скорость
опускания золотника из верхнего положения в нижнее. Необхо-
димая степень плавности перехода скоростей металлического
потока устанавливается практически, в зависимости от указан-
ных выше условий. Реле-выключатель Е, заменяющий второй
ртутный манометр с системой переключающихся контактов, ав-
томатически поддерживает необходимое гидростатическое дав-
ление в сплаве в период перехода его из жидкого состояния
в твердое.
Следует иметь в виду, что давление в ресивере определяет
скорость, с которой сплав заполняет полость формы. Как только
полость формы заполнена сплавом, то для компенсации усадоч
ных образований в кристаллизующемся слое достаточно мень-
шего давления, чем то, на которое настроен ресивер. Это яв-
ствует из того, что сплаву при этом не приходится преодолевать
сопротивление вытесняемого воздуха и сопротивление окисной
пленки.
Теплоотвод от сплава к стенкам формы также менее интен-
сивен, чем в начальной стадии его движения. Это давление и
регулируется реле Е. Если величина давления будет излишне
высокой, то может произойти выплеск металла из лабиринта
фильтра и деформация сырых песчаных стержней. Наоборот,
если давление будет недостаточным, отливка может иметь де
фекты газового происхождения.
146
Настройка реле на величину необходимого давления про-
изводится поворотом маховичка, ось которого, перемещаясь в
корпусе прибора, сжимает спиральную пружину 18, изменяя ее
сопротивление в соответствии с показанием контрольного мано-
метра. Золотник 17 реле, свободно перемещающийся в корпусе
прибора, в своем нижнем положении замыкает электрические
контакты 19, выполняя тем самым функцию <пнев1моэлектриче-
ского выключателя.
Работа пневматической системы
При открывании входного вентиля сжатый воздух или инерт-
ный газ через влагоотделитель поступает в кольцевую полость 1
следящего золотника А и через нее в ресивер давления.
Ресивер, в свою очередь, сообщается с полостью А, к которой
примыкает контрольный манометр 4.
При настройке ресивера на необходимую величину давления,
например на 400 мм рт. ст., следует нагрузить спиральную пру-
жину 3 с таким расчетом, чтобы давление в ресивере, а следо-
вательно, и в полости а, преодолело сопротивление пружины,
сместило золотник 2 вниз и перекрыло подводящий канал в тот
момент, когда давление в ресивере превысит заданную величи-
ну, т. е. 400 мм рт. ст., что контролируется с помощью мано-
метра 4. После каждого рабочего цикла давление в ресивере
будет падать, при этом, естественно, будет изменяться давление
и в полости а, в результате чего золотник под действием пру-
жины вновь вернется в верхнее крайнее положение, сообщая
ресивер с питающей сетью и поднимая в нем давление до за-
данного. Предварительная регулировка и настройка следящего
золотника производится при закрытом вентиле 25. Если в сил7
каких-либо причин давление в ресивере превысит заданное, зо-
лотник 2 переместится в нижнее крайнее положение и объем
ресивера через полость 1 и отверстие б будет сообщен с окру-
жающей атмосферой. Таким образом, следящий золотник одно-
временно является и предохранительным клапаном.
Из ресивера сжатый воздух через вентиль 25 поступает в по-
лость электромагнитных клапанов Б и В, выходное отверстие
которых перекрыто резиновым конусом 26, укрепленным на под-
вижном сердечнике электромагнита. В этом положении система
готова к выполнению рабочего процесса. При включении пуско-
вой кнопки «заливка» сработает соответствующее реле элек-
тросхемы, и обмотка электромагнита клапана Б подключится
к питающей сети. Запирающий кон^с клапана поднимается, от-
крывая свободный проход сжатому воздуху в канал 5 и дальше
через вентиль 6 в тигель установки. Перемещением дроссельной
иглы клапана изменяется проходное сечение, а отсюда и время
заполнения тигля, а значит, и скорость подъема сплава до уров-
ня коллектора. Одновременно сжатый воздух по каналу 7 по-
10*	147
ступает в полость клапанов Г и Д, находящихся в закрытом
положении и в полость 20 реле-выключателя Е. Существенно,
чтобы оба контрольных манометра 4 и 21 сообщались не с под-
водящими трубами, а непосредственно с полостью, где нахо-
дится измеряемая среда. Только в ©том случае манометр будет
показывать истинную величину давления. После заполнения
коллектора жидкий сплав замкнет собой контактные датчики
к сообщит с цепью .питания электромагнит клапана В, а также
включит сигнальную лампу, извещающую о том, что сплав за-
полнил коллектор литейной формы. Если интервал между на
чалом подъема сплава в тигле и включением сигнальной лампы
будет больше или меньше заданного по программе, то перед
следующей отливкой следует подкорректировать скорость, пово-
рачивая в ту или другую сторону дроссельную иглу клапана Б
При открывании клапана В сжатый воздух пойдет по дополни
тельному и более свободному пути через щель большего сече
ния, образуемую между конусом и корпусом клапана, и по ка-
налу 8 поступит в верхнюю полость пружинного клапана Г
Под давлением воздуха золотник 9, преодолевая сопротивление
пружины 10 начнет опускаться, открывая щели 11 переменного
сечения, выполненных в обойме 12. Сжатый воздух, пройдя че-
рез клиновидные щели, поступит в полость 13 и дальше по ка
налу 5 в тигель. Неизбежный при резком открывании клапана В
толчок сжатого воздуха будет смягчен, во-первых, сопротивле-
нием пружины клапана Г и, во-вторых, последовательным на
ращиванием проходного сечения, образуемого клиновидными
прорезями.
Большой интервал регулировки клапана Г обеспечивается
игольчатым дросселем, изменяющим сечение, по которому воз
дух, (вытесняемый из нижней полости клапана, устремляется в
атмосферу через отверстие 14. Выровненный воздушный поток
с значительно большей и нарастающей скоростью устремится в
тигель, вытесняя сплав в полость литейной формы. Соответст-
венно будет повышаться давление и в полости 20 реле Е, сооб-
щающейся с тиглем посредством трубопровода 16. Под действи-
ем давления золотник /7, преодолевая сопротивление пружи-
ны 18, начнет опускаться вниз до тех пор, пока не замкнутся
электропроводящие контакты 19. Давление, на которое регули-
руется пружина 18, представляет собой, как уже говорилось
выше, меньшую величину, чем давление, необходимое для подъ-
ема сплава до высшей точки полости формы. Поэтому еще до
того, когда сплав, поднимающийся в полости формы, замкнет
собой верхние электрические датчики 15, контакты 19 придут в
соприкосновение и замкнут электрическую цепь, сообщающую
с питанием соответствующее реле электросхемы, которое после
замыкания сплавом датчиков 15 сработает и разорвет цепь пи-
тания клапанов Б и В. При этом клапаны Б и В закроются и
прекратят дальнейшее поступление сжатого воздуха в тигель.
148
Одновременно включится сигнальная лампочка, подтверж
дающая, что процесс заполнения формы закончен. Если интер
вал между включениями сигнальных ламп будет больше или
меньше необходимого, то производится корректировка скорости
заполнения формы поворотом маховичка игольчатого дросселя
клапана В.
Точно так же, если по показанию манометра 21 наблюдается
толчок при открывании клапана В, следует отрегулировать
игольчатый дроссель клапана Г.
Ввиду того что абсолютной герметичности в соединении тиг
ля с крышкой осуществить невозможно, возникает утечка ежа
того воздуха, в результате чего давление в тигле и в полости 20
реле Е начнет снижаться. Золотник 17 вновь поднимется в
верхнее положение, размыкая контакты 19 и открывая клапа-
ны Б и В, которые, пропустив порцию сжатого воздуха, обес-
печат стабильность давления в тигле. Величина давления при
кристаллизации контролируется манометром 21.
Регулирование величины давления при кристаллизации
сплава может производиться и во время работы установки. Для
регулировки следует закрыть вентили 6 и 23 и открыть вен
тиль 22.
Одновременно с включением клапана В начинает работать
и реле времени, определяющее продолжительность технологи-
ческой выдержки. После срабатывания реле открывается кла-
пан Д, сообщающий полость тигля с атмосферой через ка
нал 24.
По окончании сброса давления вся система клапанов воз
вращается в исходное положение
Конструктивное выполнение системы пневматики
На фиг 106 показан чертеж блока клапанов, объединенных
в монолитном корпусе, сделанном из прокатанного дюраля. Сое
динение клапанов в соответствии со схемой фиг. 105 выполнено
в виде сверленых каналов диаметром 14 мм, входные отверстия
которых заглушены пробками, имеющими коническую резьб\
На разрезе по А — А показан электромагнитный клапан Б (см
схему), на разрезе по Б — Б — клапан Д, на разрезе по В —
В— клапан Г и на разрезе по Г — Г — клапан В. Электромаг-
ниты клапанов укреплены на легкосьемных крышках, что обле!
чает их сборку, ревизию и ремонт. Выводы обмотки оканчи
ваются вилками штепсельного разъема, существенно облегчаю
щими соединение блока с цепью питания и предупреждающими
от неосторожного соприкосновения с токонесущими проводни-
ками.
Седла клапанов, запрессованные в корпус, равно как и ко
нические втулки дроссельных регуляторов, выполнены из брон
зы марки Бр АЖ 9-4, а сами дроссельные иглы и их резьбовые
149
Фиг 106 Блок клапанов системы автоматики

направляющие из нержавеющей стали. (Выступающие за преде-
лы корпуса штоки дроссельных игл имеют риски с расстоянием
между ними 1 мм Риски позволяют настраивать проходное се-
чение дросселя по указаниям карты-программы, составляемой
для каждой отливаемой детали. Герметичность неподвижных
соединений обеспечивается резиновыми прокладками, а подвиж-
ных— уплотнительными кольцами. Электромагнитные клапаны
обычные, типа ЭС1-5111, подъемной силой 3 кГ.
Блок имеет два (разъемных штуцера, один из которых по
средством трубопровода сообщается с ресивером, а другой с
тиглем установки. Поворотом маховичка е надписью «скорость
до коллектора» регулируется время подъема сплава от уровня
его в тигле до уровня коллектора в литейной форме; махович-
ком с надписью «амортизатор» регулируется плавность возра-
стания скорости в начальный момент заполнения формы спла-
вом; маховичком с надписью «скорость после коллектора» ре-
гулируется время заполнения рабочей полости формы.
На фиг. 107 показан чертеж общего вида следящего золот
ника А (см. схему фиг. 105), автоматически регулирующего ве-
личину рабочего давления газовой среды. Четырехкратное со
отношение диаметра к длине подвижного золотника и высокая
точность и чистота притирки исключают опасность перекоса и
заедания в направляющей обойме, в свою очередь, запрессо-
ванной в дюралевый корпус
Годность и чувствительность регулировки обеспечиваются
спиральной пружиной, длина которой в свободном состоянии
равна 250 мм. Чтобы пружина при такой длине не прогибалась
и не препятствовала свободному ходу золотника, внутри нее
находится гладкий шток, диаметр которого соответствует внут-
реннему диаметру пружины.
Два штуцера следящего золотника соединяются с ресиве-
ром, а один — с сетью сжатого воздуха или с редуктором на
баллоне, содержащехМ инертный газ — аргон
На фиг. 108 показан чертеж общего вида реле-выключате
ля Е (см. схему фиг. 105). При конструировании прибора также
соблюдены условия, обеспечивающие надежность перемещения
золотника 1 и высокую чувствительность регулировки. Электри
ческий выключатель выполнен в виде двух латунных контак-
тов, один из которых кольцевой формы 2 укреплен на подвиж-
ном золотнике и изслирован от него фибровой втулкой, а дру-
гой 3, также изолированный от корпуса, снабжен пружиной для
более плавного и безударного включения и выключения
Штуцер прибора 4 сообщается с полостью тигля Настрой-
ка реле на необходимое давление достигается навинчиванием
пли свинчиванием резьбовой втулки 5, в которую упирается
нижняя часть пружины.
На фиг. 109. представлен чертеж общего вида программно
ю регулятора для литья под низким давлением, состоящего из
Фиг 107. Следящий золотник, регулирующий величину рабочего
давления таза. Техническая характеристика:
проходное сечение диаметром 14 мм рабочая < реда — сжатый воздух, под-
водимое давление до 1 кГ/счЪ, рабочее давление в тигле от 0,15 до 0,6 кГ/см2
152
Фиг 108 Реле-выключатель, регулирующим ве-
личину давления при кристаллизации

описанных выше приборов, а на фиг. 110 фотоснимок изготов-
ленного .по этим чертежам прибора.
Габаритные размеры прибора в сборе: длина 650 мм, высо-
та 475 мм, ширина 200 мм.
Фиг. НО Внешний вид программного регулятора
Электрическая часть системы
При включении пусковой кнопки А (фиг. 111) срабатывает
и ставится на самопитание промежуточное реле 1. В этом по-
ложении катушка электромагнитного клапана Б включается в
цепь питания через промежуточное реле 1, а также через реле2,
3 и 4, контакты которых нормально замкнуты. Спустя некоторое
время поднимающимся сплавом будут замкнуты контактные
датчики 5 и 6, установленные в коллекторе литейной формы
В этот момент катушка электромагнитного клапана В вклю-
чится в цепь питания через вторую пару нормально замкнутых
контактов реле 2, включится сигнальная лампа 7 и реле вре-
мени 10. После заполнения формы жидкий сплав соединит верх-
ние контактные датчики 8 и 9 и включит в цепь питания катуш-
ку промежуточного реле 2, через замкнутые к этому времени
контакты а и б реле выключателя Е. Реле 2 сработает и разор-
вет цепь питания клапанов Б и В, которые закроются и пере-
кроют подачу сжатого воздуха из ресивера в тигель. Одновре-
менно включится сигнальная лампа И. При понижении давле-
ния в тигле в результате утечек реле-выключатель Е разомкнет
контакты и тем самым разорвет цепь питания реле 2, которое,
155
вернувшись в исходное положение, вновь откроет клапаны Б
и В.
Такое чередование будет продолжаться до тех пор, пока не
сработает реле времени 10, настраиваемое на продолжитель-
носгь технологической выдержки. После срабатывания реле вре-
мени включится на самопитание промежуточное реле 3 и, в свою
очередь замыкая контакты в заставит сработать электромаг-
нитный клапан Д, сообщающий полость тигля с атмосферой.
Тогда же будут разомкнуты контакты гид, прерывая цепь пи-
тания электромагнитных клапанов Б и В, которые закроются.
Одновременно включается реле времени 12, и пока оно не сра-
ботает клапан Д будет открыт. После срабатывания реле вре-
мени 12 включается питание катушки промежуточного реле 4,
которое разомкнет контакты е, отключающие от питания про-
межуточное реле 1. Вся система возвращается в исходное поло-
жение, все клапаны закрываются. Для повторения цикла доста-
ючно нажать кнопку А.
Если в процессе работы в результате неплотного смыкания
матриц или наличия зазора между какими-нибудь другими ча-
стями произойдет прорыв жидкого сплава, следует переключить
комбинированный строенный переключатель 13. При этом по-
лость тигля будет сообщена с атмосферой, а вся остальная ап-
паратура вернется в исходное положение.
Пользоваться строенным переключателем следует также и
при заполнении тигля рабочим сплавом, иначе воздух, находя-
156
1ЦИЙСЯ в тигле, не сможет вытесняться. Реле времени мог> г
быть любого типа, однако желательно применение электронных
реле, которые отличаются высокой точностью, надежностью в
эксплуатации и относительно малыми габаритными размерами.
Реле времени 10 должно иметь интервал регулировки до 3 мин ,
а реле времени Г2 — до 5 сек. с ценой деления, равной 1 сек.
Промежуточные реле стандартного типа, например ЭП41-Б
(трехцепное). Соединение электросхемы с блоком пневматики
осуществляется посредством штепсельных разъемов. Конструк
тивное оформление электросхемы целесообразно сделать в виде
независимого блока подобно блоку пневматики.
5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УДАЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ
Применение металлических стержней позволит резко снизить
трудоемкость изготовления и повысить качество деталей, полу
чаемых способом литья под низким давлением. При обычном
литье в кокиль относительно толстостенных деталей (5 мм и
выше) выдержка стержня в отливке, зависящая помимо техно-
логических условий и от внимания рабочего, не имеет жестких
допусков по времени и колеблется в достаточно широких пре-
делах Исключением являются отливки из магниевых сплавов,
при изготовлении которых чрезмерная задержка металлическо-
го стержня неизбежно вызовет брак отливок по трещинам уса-
дочного происхождения. Наоборот, преждевременное удаление
металлического стержня из еще незатвердевшей отливки вызы
вает брак литья по горячим трещинам.
Момент удаления металлических стержней является слабым
местом литейной технологии.
При получении литых деталей крупных габаритов с незна-
чительной (2—4 мм) толщиной стенок и особенно из широко
интервальных сплавов, вопрос своевременного удаления стерж
ней приобретает особое значение. Не вызывает сомнения, что
ручные приемы работы даже квалифицированного оператора не
в состоянии обеспечить должных результатов тогда, когда дли
тельность технологической выдержки исчисляется секундами, а
допуск на эту операцию даже долями секунды. Незначительная
задержка стержня неизбежно вызовет появление трещин в от-
ливке. Применение автоматически действующих устройств по-
зволит заменить внимание рабочего мгновенной реакцией ис-
полнительного механизма. С применением автоматики начало
разъема и удаления металлического стержня может осуществ-
ляться даже тогда, когда на отливке закристаллизуется доста-
точно прочная поверхностная корочка, в средней же зоне сече-
ния металл может быть еще полужидким.
Принципиальная схема автоматики для удаления стержней
Автоматическое устройство, возможная схема которого по-
казана на фиг. 112, предназначено для удаления из отливки
крупногабаритных металлических стержней как монолитных,
157
так и состоящих из нескольких элементов с последовательным
их движением. В качестве силового агрегата применен гидрав-
лический привод, обладающий при малых размерах наибольшим
тяговым усилием и, что очень важно, свободный от мертвого
хода (за счет сжимания воздуха), что является существенным
недосз атком пневматических цилиндров.
Цилиндр гидропривода можег конструктивно вписывайся в
механизм металлического стержня, как это показано на фиг. 80,
но также может быть выполнен в виде независимого узла.
Фиг 112 Схема автоматического управления металлическим стержнем
Схема состоит из следующих основных приборов: электронного
реле времени 6 с интервалом времени выдержки до 5 мин., трех-
позиционного золотника 9 с толкающими соленоидами 8 и И
типовой конструкции по каталогу ЭНИМСа; промежуточных ре-
ле 5 и 7; рабочего цилиндра 10; электрических контактных дат-
чиков, устанавливаемых в одну из половинок металлической
матрицы и насосной станции стандратного типа (на схеме нс
показана).
Работа системы автоматики
После включения сети питания рубильником 1 и перевода
переключателя 2 в положение а схема готова к рабочему циклу.
Жидкий сплав, поднимаясь в полости формы, замкнет собой дат-
чики 3 и 4 и заставит сработать промежуточное реле 5, которое,
в свою очередь, встав на самопитание и замкнув контакты б
приведет в действие реле времени 6. После срабатывания реле
времени включит на самопитание промежуточное реле 7 и, зам-
кнув контакты в, подаст напряжение в обмотку толкающего со-
158
леноида 8, который, переместив золотник распределительного
крана 9 в крайнее правое положение, сообщит полость г рабо-
чего цилиндра 10 с гидравлическим насосом. Поршень цилиндра
переместится в верхнее положение, освобождая стержень из от-
ливки. Удалив металлический стержень вместе с гидравлическим
цилиндром за пределы литейной формы, раскрыв матрицы и
освободив отлитую деталь, можно приступить к сборке.
Предварительно устанавливается металлический стержень
на центрирующие опоры закрытых матриц, а затем переключа
тель 2 переводится в положение д. При этом промежуточные
реле 5 и 7 отключаются от сети питания, а соленоид 11 пере-
местит золотник крана 9 в крайнее левое положение, сообщив
полость е цилиндра с давлением, а полость г со сливом. Пор
шень опустится в нижнее положение, доведя металлический
стержень до упора. После этого переключатель 2 переводится в
исходное положение, и цикл повторяется. Кнопка 12 предназна
чена для опробования и регулировки механизма в холостом со-
стоянии, т. е без подачи в полость формы жидкого сплава, за
мыкающего контактные датчики. При наличии нескольких стер-
жней, удаляемых в разной последовательности и через (различ-
ные интервалы технологической выдержки, схема дополняется
соответствующими реле и механизмами блокировки. Примене-
ние автоматического удаления стержней открывает большие
перспективы и при обычном литье в кокиль
6. ПУТИ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ
Недостатком схем как лабораторного, так и промышленного
типа является необходимость корректировки давления при кри-
сталлизации сплава в полости формы. Эта величина изменяется
соответственно понижению уровня сплава в тигле и практиче-
ски корректировалась через три-четыре отливки. Отсутствие ав-
томатической регулировки давления газовой среды, естественно,
г какой-те степени отражается на качестве структуры отливок,
а следовательно, и на стабт льпости их механических свойств
Особенно это заметно при отливке деталей с большой металло-
емкостью, когда после каждой отливки уровень сплава в тигле
будет опускаться на большую величину Внимание конструкто-
ра должно быть обращено на создание автоматической коррек-
тировки, при которой пропорционально понижению уровня спла-
ва в титле будет автоматически возрастать величина давления,
необходимого дтя кристаллизации сплава. Один из возможных
способов заключается в применении гамма-лучей, которые в со-
четании со счетчиком, усилителем л исполнительным механиз-
мом позволят установить прямую связь ме/кду уровнем сплава
и величиной давления.
В 1959 г. Машгизом была издана книга «Датчики системы
автоматического управления и регулирования». Авторы книги
Д А. Агейкин, Е. Н. Костина, Н. Н. Кузнецов В книге приве
15f
дены основы программирования и дано описание различных
датчиков, основанных на изменении параметров контролируе-
мой среды. В числе их имеются датчики, предназначенные для
контроля изменяющегося уровня среды, находящейся в закры-
том сосуде. Возможно, что некоторые из рекомендуемых схем
или их комбинации помогут решить вопрос и с автоматической
стабилизацией величины давления при кристаллизации и сде-
лать схему автоматики более универсальной.
Ниже приводится краткое описание некоторых схем, заимст-
вованных автором из указанной книги.
1)	РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ТИПА РУ-2
(Разработан ЦНИИЧМ—Москва)
В качестве системы управления применена система Леонар-
да. Чувствительный орган системы — датчик радиоактивного
гамма-излучения, состоит из 10 источников и 10 счетчиков
(фиг. 113, а). Каждый счетчик включен в один из 10 каналов
тиратронно-релейной схемы, управляющей током возбуждения
Фиг 113 Схемы автоматического регулирования уровня сплава в
типе
генератора системы Леонарда. В каждый канал схемы вклю-
чена сигнальная лампочка. Имеется указание, что эта схема
применяется для контроля за опусканием слитка из кристалли-
затора.
2)	ДАТЧИК УРОВНЯ ТИПА УР-2
(Разработан в НИИТеплоприборе—Москва)
Действие датчика (фиг. 113,6) основано на неодинаковом по-
глощении гамма-излучений в пустом и заполненном сосуде. / —
источник гамма-излучений; 2 — приемник; 3 — двигатель; 4 —
160
индукционный датчик. Приемник и источник излучения, укреп-
ленные на разных концах трубчатого кронштейна, охватываю-
щего сосуд, перемещаются с помощью следящей системы син-
хронно с изменением уровня жидкости. Во вторичной схеме при-
менены индукционный датчик типа ДР-2, вторичный прибор
ЭВП-716-ШС и электронный блок БЭ-2. В качестве источника
гамма-лучей применен препарат Со60. Приемник излучения —
счетчик АММ-4. Схема применяется при диаметре сосуда до
800 мм со стальными стенками толщиной до 100 мм. Приборы
электронного блока могут быть вынесены от датчика на рас-
стояние до 60 м.
3)	ДАТЧИК УРОВНЯ ТИПА ИУ-4
(Разработан в ЦНИИЧМ—Москва)
Схема устройства показана на фиг. 113, в: 1 — истоник гам-
ма-излучений (Со60); 2 — галогенный счетчик типа СТС-1; <3 —
башмак; 4 — направляющая; 5 — электромагнитный тормоз;
6 — каретка; 7 — пружина, прижимающая якорь тормоза к на-
правляющей.
Источник излучений и счетчик укреплены на кронштейнах
с противоположных сторон сосуда с ^контролируемой средой
и связаны с кареткой, перемещающейся при падении уровня.
Управление движением каретки осуществляется электромагнит-
ным тормозом.
Питание обмотки тормоза в зависимости от изменения уров-
ня производится через 'реле, включенное в анодную цепь ти-
ратрона.
Предусматривается световая и звуковая сигнализация при
опускании контролируемого уровня за нижний предел. Приме-
нение следящих систем, основанных на использовании лучевой
энергии, осложняется тем, что тигель с жидким металлом уста-
навливается в нагревательное устройство, внутреннее простран-
ство которого имеет высокую температуру.
Следовательно, источник гамма-излучения, имеющий свин-
цовую экранировку, а также и приемные устройства, придется
выносить за пределы горячей зоны, что связано с известными
трудностями. Несколько лучшие условия для применения гам-
ма-лучевых датчиков обеспечат печи, работающие на токах вы-
сокой и промышленной частоты (например, печь системы Яков-
лева), где высокотемпературное поле создается внутри прост-
ранства, ограниченного охлаждаемым индуктором. Лучевые им-
пульсы, преобразуемые в приемных устройствах в электриче-
скую энергию и затем усиленные, следует подать в механизм,
регулирующий величину давления подаваемой в тигель газовой
среды.
Чем ниже уровень сплава в тигле, тем больше должна быть
величина давления.
11 В К Бед ель	161
Автоматический контроль за уровнем сплава в закрытом
сосуде (тигле) позволит осуществить литейную установку, в ко-
торой периодическая доливка рабочего сплава, осуществляемая
сейчас вручную, может быть заменена механизированным до-
затором, автоматически пополняющим тигель жидким сплавом
из встроенного в агрегат плавильного устройства. Механизм до-
затора может быть различным: можно применить и игольчатый
стопор (И вакуумное переливное устройство и дозатор, основан-
ный на перемещении жидкого сплава под действием бегущего
магнитного поля, и др.
Другим не менее перспективным применением автоматиче-
ской дозировки будет бесковшовая заливка литейных форм на
конвейере, например при отливке радиаторов парового отоп-
ления.
Несомненно, что при разработке и освоении автоматических
регуляторов давления и дозирующих устройств встретятся зна-
чительные трудности как теоретического, так и практического
характера. Это неизбежно, но это и не должно служить расхо-
лаживающим фактором. Полное устранение ручного ковша и
зависимости качества литья от квалификации и внимания рабо-
чего должно стать задачей ближайших лет, так как это является
препятствием на пути дальнейшего развития литейного произ-
водства.
ГЛАВА VII
СПЕЦИАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
1.	ЛИТЕЙНАЯ УСТАНОВКА ЛНД-1
Литейная установка ЛНД-1 (низкого давления, первая мо-
дель) 1 предназначена для производства отливок цилиндрической
или другой симметричной формы из алюминиевых и магниевых
сплавов. Конструкция установки допускает также выполнение
отливок панельного типа и отливок, состоящих из двух панелей
с внутренним конструктивным набором. Лицевая, наружная по-
верхность отливаемых деталей оформляется разъемными метал-
лическими матрицами с электрообогревом, а внутренние полости
в отливках—песчаными стержнями разового действия (сухи-
ми, сырыми и оболочковыми). Возможно применение и метал-
лических стержней, однако этот вариант надлежит в каждом
отдельном случае тщательно взвесить, учитывая, что кристал-
лизация тонкостенных отливок протекает очень быстро и в слу-
чае несвоевременного удаления стержня в материале отливки
возникают напряжения, деформирующие ее и вызывающие по-
явление трещин. Механизмы установки ЛНД-1 автоматизируют
процесс подачи сплава в полость литейной формы в соответст-
вии с заданным режимом скоростей, регулируют тепловые па-
раметры, обспечивают технологическую выдержку, необходи-
мую для затвердевания сплава в форме, сбрасывают давление
в тигле после окончания выдержки, механизируют операции при
разъеме и сборке металлических матриц, а также облегчают
удаление полученной отливки.
Установка ЛНД-1, как и всякая другая литейная машина,
имеет свои возможности как в отношении веса, так и в отно-
шении габаритных размеров отливаемых на ней деталей. В ча-
стности, размеры отливок не должны превышать следующих
значений:
а)	отливки объемного типа наружным диаметром не выше
500 мм и высотой до 1000 мм,
б)	отливки панельного типа размером по длине не выше
1100 мм, а по высоте не более 500—600 мм.
1 Конструктор установки инж. Л. М. Кузнецов.
11*	163
Габаритные размеры цилиндрических матриц, зависящие от
размеров отливаемых деталей, также имеют размерные ограни-
чения:
а)	для отливок объемного типа длина матриц по плоскости
разъема не более 700 мм, ширина матриц (обеих половинок)
также 700 мм и высота их (включая и высоту тормозящего
фильтра) 1100 мм.
Основная плита, по которой перемещаются подвижные мат-
рицы, имеет длину 4200 мм, ширину 700 мм и высоту 100 мм;
б)	для отливок панельного типа длина матриц по плоскости
разъема 1200 мм, ширина обеих половинок 350 мм й высота
650 мм.
Основная плита имеет те же размеры, чю и при отливке
объемных деталей.
Производительность установки ЛНД-1 15 отливок в час
при условии бесперебойной подачи песчаных стержней на ра-
бочее место. Стержни должны быть окончательно подготовле-
ны и не требовать дополнительных операций.
Конструкция установки ЛНД-1 1
Чертеж общего вида литейной установки показан на фиг. 114.
В правой части чертежа (фиг. 114, а) дан продольный разрез
установки, а в левой — фронтальный вид с частичным разрезом
по оси симметрии тигля.
На фиг. 114,6 в левой час^ти чертежа показан вид установки
в плане, а в правой части — разрез ее в горизонтальной плос-
кости.
Основные конструктивные узлы установки: 1 — каркас; 2 —
печь сопротивления; 3 — тигель с герметически закрывающейся
крышкой и с металлопроводами; 4 — механизм для разъема и
сборки металлических матриц; 5 — поворотный подъемник; 6 —
ресивер для газовой среды; 7 — влагоотделитель; 8 — пульт уп-
равления установкой; 9 — щитки ограждения; 10 — силовой, по-
нижающий трансформатор.
Каркас 1 служит основной- базой, на которой крепятся все
узлы установки. Выполнен каркас из двух сварных рам, верхней
и нижней, соединенных между собой вертикальными стойками
из швеллерного проката. Внутренняя часть каркаса, обшитая
стальными листами, служит кожухом для нагревательной печи,
а внешняя обшивка имеет смотровые дверки и вентиляционные
жалюзи. На верхней раме каркаса, над печью, укреплена чу-
гунная литая плита Ис отверстием, через которое проходит
тигель, в свою очередь, соединенный с плитой фланцевыми бол-
тами.
1 В процессе эксплуатации литейной установки в конструкцию ее несом-
ненно будут внесены изменения и дополнения.
#64
Печь сопротивления 2 футерована ультралегковесным и
обычным шамотным кирпичом, причем кладка изолируется от
кожуха печи прокладкой из листового асбеста. Внутреннее про-
странство прямоугольной футеровки печи имеет длину 1760 мм,
ширину 1440 мм и высоту 950 мм. Спирали печи в количестве
6 шт. (по две спирали на фазу) изготовлены из нихромовой
проволоки диаметром 6 мм. При напряжении тока 380 в
спирали развивают мощность около 50 кет, обеспечивающую
разогрев печи от начальной температуры до рабочей в течение
5 час.
Тигель с крышкой 3 выполнен из легированного чугуна,
имеет овальную форму с размерами внутренней полости 660 X
ХЗОО мм и высоту 700 мм. Для лучшей теплоизоляции крышка
футерована зонолитом с заливкой короксом. Герметизация
фланцевого соединения обеспечивается асбестовой прокладкой,
помещаемой в пазы, имеющиеся на фланце тигля. Крышка
тигля соединяется с его фланцем при помощи анкерных бол-
тов, заводимых в прорези и равномерно затягиваемых в пере-
крестном направлении.
Полезная емкость тигля при заполнении его алюминиевым
сплавом 200 кг, а при магниевом сплаве 150 кг. В отверстия
крышки, снабженные резьбой, устанавливаются три отъемных
металлопровода 12, сделанных из стальных, бесшовных, али-
тированных труб. Головки металлопроводов снабжены заглуш-
ками, которые применяются при опрессовке тигля и при на-
стройке приборов автоматики на необходимое давление газовой
среды, после чего они удаляются.
Для контроля за тепловым режимом печи и для регулиро-
вания его в стенку тигля установлена термопара, соединенная
с прибором, показания которого корректируются по таблице,
вносящей поправку на разницу температуры между стенкой
тигля и находящимся в нем жидком сплавом. Если используют-
ся одновременно не все три металлопровода, то лишние выни-
маются, а отверстия для них в крышке тигля закрываются резь-
бовыми заглушками с асбестовыми прокладками для гермети-
зации. Правильное взаимное положение плиты литейной фор-
мы по отношению к фланцу тигля обеспечивается установочны-
ми шпонками 13 и болтами 14 и 15. Совмещение литниковой
втулки, имеющейся в плите кокиля, с головкой металлопровода
показано на фиг. 115. Между торцом втулки 1 и опорной поверх-
ностью головки 2 помещается асбестовая уплотнительная про-
кладка 3. Убедившись, что литниковые втулки входят в углуб-
ления головок металлопроводов и зазоры между ними отсут-
ствуют, производят затяжку шпилек 4. Такой способ крепления
продиктован необходимостью, так как при свободной посадке
плиты и при недостаточно внимательной сборке были случаи
прорыва жидкого сплава через зазор между литниковой втул-
кой и головкой металлопровода.
165
у V
1850
23 78
3193

Фиг 114 Литеиная установка ЛНД 1
а — поисречныи	продольныи разрез б — гид в тане
Механизм разъема и сборки матриц 4 (см. фиг. 114) состоит
из двух пневматических цилиндров с внутренним диаметром
1800 мм и ходом поршня 260 мм, Штоки цилиндров шарнирно
соединены с кулисным механизмом 16, обеспечивающим поворот
каждой половинки матриц на угол 40° по отношению к продоль-
ной оси установки. Рычаги кулисного механизма имеки муф-
ты 17, посредством которых можно регулировать величину угла
разворота матриц. Специальное буферное устройство, имею-
Плита
Фиг 115 Монтаж литеиной формы ка установке ЛНД-1
щееся в цилиндре, позволяет замедлять движение поршня в на
чале и в конце рабочего хода, что существенно, так как устра-
няется удар матриц по ограничителям.
Усилие, развиваемое цилиндром и приложенное к матрице
в начале рабочего хода, равно 580 кГ (при давлении в сети
5 ат).
Поворотный подъемник 5 (см. фиг. 114) предназначен для
установки металлических матриц, песчаных стержней и для уда-
ления отливок. Подъемник имеет сварную стойку, пята котором
крепится болтами к каркасу установки. Стойка служит осью,
вокруг которой может вращаться колонна с приваренной стре-
лой, на которой установлен стандартный тельфер грузоподъем-
ностью 0,75 т. Колонна вращается на подшипниках качения и
снабжена убирающейся рукояткой для облегчения поворота.
Ресивер газовой среды 6 (см. фиг. 114) представляет собой
сварной резервуар цилиндрической формы диаметром 690 мл
168
и длиной 960 мм, В нижней части ресивера имеекя патрубок с
пробкой для слива конденсируемой влаги. Наибольшее" допу-
скаемое давление в ресивере 1 кГ^м2.
Влагоотделитель 7 (см. фиг. 114) сделан из газовой трубы
с приваренным днищем и фланцевой крышкой. Полость трубы
заполняется силикагелем, который для удобства замены насы-
пается в сетку, укрепленную на подвижном каркасе. Влагоотде-
лители работают поочередно, что позволяет перезаряжать и\,
не нарушая работы установки
Пульт управления 8 (см. фиг. 114) выполнен на сварном
каркасе с листовой обшивкой, несущем следующую аппаратур\’
а) программный автоматический регулятор давления с кон-
трольными манометрами;
б)	пакетный выключатель напряжения питающей сети;
в)	потенциометры, регулирующие температуру нагрева тиг-
ля и матрицы;
г)	реле времени, управляющие длительностью технологиче
ских пауз;
д)	сигнальные лампочки системы блокировки и электриче-
ских датчиков;
. е) электроаппаратура* промежуточные реле, трансформато-
ры, магнитные контакторы, плавкие предохранители и пр
Установка ЛНД-1 (см фиг 114) укомплектована дополни-
тельным агрегатным узлом (фиг 116), предназначенным для
механизации разъема и сборки металлических матриц, приме-
няемых для получения отливок панельного типа. Механизм со-
стоит из пневматического цилиндра внутренним диаметром
180 мм и ходом поршня 440 мм
Цилиндр 1 посредством кронштейна 2 крепится к задней
верхней балке каркаса 5. Усилие на штоке цилиндра при дав-
лении в сети 5 ат равно 1200 кГ. Литеиная форма для полу-
чения деталей панельного типа обычно выполняется в виде
плиты и двух матриц, одна из которых 4 неподвижна и жестко
укреплена на плите, а другая 5 может поворачиваться вокруг
горизонтальной оси на угол 40—50°.
Шток цилиндра шарнирно соединяется с верхней частью
подвижной матрицы, как это показано на фиг. 116
Возможны случаи, когда ширина литниковой системы, вы-
полненной в неподвижной плите литейной формы, будет боль-
шей, чем расстояние между матрицами в раскрытом положе
нии Удаление отливки движением снизу вверх при этом не-
возможно, так как более широкий коллектор не пройдет через
более узкий раствор матриц Выходом из этого положения яв-
ляется конструкция, показанная на фиг. 117. Подвижная мат-
рица 1 соединяется с плитой 2 не обыкновенным петлевидным
шарниром, а через двухсторонние промежуточные серьги 3,
нижний конец которых имеет шарнирное соединение с плитой,
а верхний — жесткое с матрицей В начальный момент разъема
подвижная матрица приподнимется вверх, освобождая литни-
169

b
15 30
Фиг. 116. Механизм разъема литейных форм для отливки панельных деталей
новую систему, а при дальнейшем движении опишет дугу ок-
ружности и займет положение, показанное тонкой линией. Такой
конструктивный вариант позволяет раскрывать матрицы на
значительно большую величину, определяемую расстоянием S и
облегчает простановку стержней, а также и удаление отливок.
Если высота матриц при отливке корпусных деталей пре-
вышает 600—700 мм, то между механизмом разъема и опорной
рамой каркаса устанавливается промежуточный постамент 1
{фиг. 118) высотой 200 мм, что позволяет совместить точку при-
ложения усилия, развиваемого цилиндром, с центром сопротив-
ления матрицы.
Пути усовершенствования установки
Возможное в дальнейшем усовершенствование литейной ус-
тановки должно идти по пути увеличения емкости тигля, за-
мены малоэффективных спиралей электрообогрева на индук-
ционный с применением токов промышленной частоты и, что
очень важно, соединения тигля установки с плавильным агре-
гатом посредством обогреваемого металлопровода с автомати-
ческой дозировкой подачи жидкого сплава. При этом отпадает
необходимость периодического пополнения тигля установки, что
еще больше повысит качество литых деталей.
Применение гидравлического привода для управления меха-
низмом разъема матриц позволит значительно увеличить его
мощность, обеспечить плавность движения и уменьшить раз-
меры.
Очень существенно, если сжатый воздух или инертный газ,
поступающий из распределительной системы в тигель литейной
остановки, предварительно подогреть до температуры 300—400°.
171
д-д
При этом устраняется
или принимает незначи-
тельную величину повы-
шение давления в тигле,
наблюдаемое после пере-
крывания газоподводя-
щей магистрали и полу-
чающееся вследствие рас-
ширения газа, находяще-
гося в нагретом и герме-
тически закрытом сосуде.
Настройка системы
автоматического управ-
ления на реальную вели-
чину давления газовой
среды при этом сущест-
венно упрощается. Пред-
варительный нагрев га-»
зовой среды позволяет
также освободиться от
влаги, которая конденси-
руется в системе трубо-
проводов и, увлекаемая в
тигель, может быть ис-
точником неприятностей,
особенно при работе с
магниевыми сплавами.
Конструктивно подогре-
ватель воздуха можно вы-
полнить в виде спирали
из двух-трех витков бес-
шовной трубы, установ-
ленной под фланцем тиг-
ля в зоне высокой тем-
пературы.
К числу возможных
усовершенствований ли-
тейной установки, на-
правленных на улучше-
ние ее технологических
параметров и условий
эксплуатации, следует от-
нести также и изменение
конструкции металло-
приемного устройства.
Существующие конструк-
ции, в которых тигель и
крышка образуют герме-
172
тично закрытый резервуар, имеют ряд недостатков, к числу
которых следует отнести.
1.	Одностороннее избыточное давление на стенки разогре-
того тигля, вынуждающее применять толстостенные литые тиг-
ли, обладающие, как известно, высокой тепловой инерцией и
требующие значительно большего времени для первоначального
разогрева до рабочей температуры. Превышение величины ра-
бочего давления свыше 0,7 кГ1см2, в свою очередь, требует со-
блюдения специальных правил эксплуатации тигля, предъявля-
емых инспекцией Котлонадзора. Вполне очевидно, что примене-
ние литых тиглей с механически обработанными фланцами и
плотной структурой материала, определяемой требованиями
Котлонадзора, будет экономически невыгодным по сравнению с
тонкостенными сварными тиглями.
2.	Повышенная опасность в случае прогорания тигля с одно-
сторонним избыточным давлением, так как в этом случае струя
жидкого сплава может устремиться на элементы обогревающей
системы, находящиеся под высоким напряжением, вызвать ко-
роткое замыкание, а в случае некачественного заземления ме-
таллических конструкций и к более тяжелым последствиям.
3.	Затрудненная замена тиглей при переходе с алюминиевого
сплава на магниевый или при замене тигля в случае износа.
Лучшим, хотя и более сложным, конструктивным решением
будет установка тигля в независимую, обогреваемую герметич-
ную камеру, как это показано на фиг. 119, а, где: 1 — тонкостен-
ный сварной тигель, 2 — нагревательные элементы, 3 — футе-
ровка, 4 — герметичная камера, 5— фланец герметизации, 6 —
крышка камеры герметизации, 7 — теплоизоляция, 3- внеш-
ний кожух, 9 — газоподогреватель.
При этой конструкции внутреннее и внешнее давление на
стенки тигля уравновешено, а сам тигель не находится в за-
висимости от системы герметизации, следовательно, и недостат-
ки, о которых упоминалось выше, будут отсутствовать.
К числу конструктивных недостатков, допускающих усовер-
шенствование, следует отнести также и болтовое крепление
крышки и фланца тигля. В конце смены из тигля удаляются
остатки сплава и очищается его внутренняя поверхность. Отвин-
чивание и завинчивание многочисленных накидных болтов яв-
ляется трудоемкой и утомительной операцией. (В случае недоста-
точной герметизации для выявления и устранения дефекта все
болты приходится вновь развинчивать.
В одном из Ленинградских научно-исследовательских инсти-
тутов для герметизации вакуумной камеры диаметром около
1,5 м был применен быстродействующий затвор байонетного
типа. Схема этого затвора применительно к камере герметиза-
ции показана на фиг. 119,6.
Фланец 1 герметичной камеры 2 несет подвижное разъемное
кольцо 5. Верхняя полка кольца, имеющего П-образное сечение,
173
Фиг 119. Конструктивное
а — обогреваемая герметичная на
тичной камеры в — механизирован
подводом
174
п
усовершенствование узлов литейнои установки
мера с тиглем б — быстродействующий затвор герме
ное открывание крышки тигля г — металлопровод с
инертного газа
образует выступы 4. Откидная на шарнире крышка 5 снабжена
такими же выступами 6. При повороте кольца по направлению
стрелки выступы на кольце и крышке совместятся, а так как
плоскость их совмещения имеет уклон, показанный на сечении
А—А, произойдет натяг, обеспечивающий равномерный и плот-
ный прижим крышки к фланцу камеры. Поворот кольца на
необходимый угол может осуществляться при помощи гидрав-
лического цилиндра с электромагнитным пилотом и кнопочным
управлением. Шарнирное соединение крышки с камерой можно
выполнить по схеме, показанной на фиг. 119, в. При этом ис-
ключается вывинчивание металлопровода для очистки, так как
горизонтальное положение его очень удобно как для очистки,
так и для нанесения изолирующего покрытия.
В заключение следует обратить внимание еще на одно воз-
можное конструктивное усовершенствование.
В случае невнимательной установки литейной формы, в за-
зор между литниковой втулкой и головкой металлопровода про-
никал жидкий став, что затрудняло очистку. Герметизация
головки металлопровода в крышке тигля, осуществляемая про-
кладкой из асбеста, в этой конструкции не отличалась надеж-
ностью. При установке металлопровода прокладка часто дефор-
мировалась в результате трения между ней и вращающейся го-
ловкой. Конструктивный вариант, устраняющий отмеченные не-
достатки, показан на фиг. 119, г.
Головка металлопровода являющаяся одновременно и ли1-
ннковой втулкой, снабжена выступающим конусом, на котором
центруется плита 2 литейной формы. Укрепление металлопрово-
да в крышке камеры герметизации достигается прижимным
кольцом 5, которое в целях более легкого удаления снабжено
конусом и отжимными болтами 4. Подача инертного газа, пре-
дохраняющего магниевый сплав от окисления и загорания, про-
изводится не в трубу металлопровода, а в выступающий конус,
что существенно облегчает очистку щелевидных прорезей 5, че-
рез которые поступает газ с небольшим избыточным давле-
нием (5—10 мм. рт ст.).
Ценным преимуществом будет также меньшая теплоемкость
и теплопроводность головки металлопровода при выполнении
соединения по указанному варианту.
2. МАШИНЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ СТЕРЖНЕЙ
Количество машин для изготовления оболочковых стержней
весьма незначительно. Объяснить это можно, с одной стороны,
использованием обычных стержней, устанавливаемых в гнезда
оболочковой формы и, с другой стороны, меньшими требования-
ми, предъявляемыми к чистоте и точности внутренних поверх-
ностей в отливках. Положительный опыт внедрения оболочко-
вых стержней при литье под низким давлением тонкостенных
деталей из легких сплавов и очевидные полученные при этом
176
результаты позволяют более смело проектировать стержневые
машины, начиная, конечно, с наиболее простых конструкций
На фиг. 120 показана достаточно типичная машина для из-
готовления малогабаритных оболочковых стержней. Одна поло-
винка стержневого ящика 1 укреплена неподвижно к опорному
кронштейну 2, а другая половинка 3 может перемещаться по
направляющим посредством пневматическою устройства 4. Под
стержневым ящиком находится бункер 5, который посредством
пневматического устройства 6 может перемещаться в верти-
кальном направлении. Поворот всей системы на 18'0° осуществ-
Фиг 120 Машина для изготовления оболочковых
стержней
ляется вручную посредством рукоятки 7. Стержневой ящик
имеет систему электрообогрева. Недостатком этой и ряда других
подобных конструкций является подвижность только одной по-
ловинки стержневого ящика, в то время 1как из другой половин-
ки готовый стержень удаляется с большим трудом или посред-
ством специального толкающего механизма.
Вторым существенным недостатком следует считать разъем
стержневого ящика только в одном горизонтальном направле-
нии, тогда как значительное количество стержней для отливок
даже средней сложности нуждается в разъеме формообразую-
щих частей ящика по двум, а иногда и трем взаимно перпенди-
кулярным направлениям.
Третьим недостатком является ограниченная технологическая
маневренность, при которой формообразующие вставки, удаляе-
мые из стержневого ящика еще до его разъема, можно выпол-
нять только по плоскостям стыка половинок п частично сверху,
12 В К Ведель	177
ltto в целом ряде случаев является недостаточным. Проект стер
жневой машины, разработанный автором, показан, на фиг. 121
Машина предназначена для изготовления оболочковых стерж-
ней диаметром до 350 мм и высотой до 500 мм, конструкция ко-
торых допускает створчатый разъем стержневого ящика, но
также может найти применение и для стержней другой конфи-
гурации. На сварной опорной раме 1 имеются подшипники 2, в
которых посредством цапф 3 и 4 может поворачиваться чугун-
ный литой стол 5 (отдельно показанные на фиг. 122). Цапфа 4
несет неподвижно закрепленную шестерню 6, входящую в за-
178
Гцепление с зубчатой рейкой механизма поворота 7. К нижней
|ллоскости стола укреплены направляющие параллели 8, выпол-
i ненные из швеллерного проката и соединенные в нижней части
стальным диском 9. По направляющим перемещается цилиндри-
ческий бункер 10, сделанный из отрезка тонкостенной бесшов
Ной трубы с приваренными к нему в нижней части днищем И
и в верхней части горловиной 12. В нижней части бункера
имеется также механизм 13, снабженный шариковым обратным
клапаном и предназначенный для подачи в бункер сжатого воз-
духа в момент его поворота.
12*
179
Сжатый воздух, оказывая давление на термореактивную
смесь, способствует большей ее подвижности и лучшему запол-
нению глубоких поднутрённых полостей в стержневом ящике.
Подъем бункера в верхнее положение (на 40—50 мм) осуществ-
ляется пневматической мембраной 14 одностороннего действия,
укрепленной на диске 9. Надежная система центровки бункера
обеспечивает ему строго вертикальное движение и равномерный
поджим к плоскости основания стержневого ящика. На столе 5
установлены колонки /5, несущие двухсторонний мембранный
Согласовать с деталью
Фиг. 122. Стол стержневой машины.
механизм 16, предназначенный для перемещения в вертикальном
направлении формообразующей части стержневого ящика. Од-
новременно одна из колонн служит осью для створок корпуса
стержневого ящика, а другая является ограничителем движения
и принимает на себя усилие, возникающее при перевертывании.
Конструкцию шарнирного соединения половинок стержнево-
го ящика лучше делать такой, которая позволила бы избежать
демонтажа верхнего мембранного механизма при замене стерж-
невого ящика. Одна из возможных конструкций с применением
подвижной разрезной втулки показана на фиг. 123. На столе
также имеется конический выступ 17, препятствующий стержне-
вому ящику смещаться в осевом направлении при его опроки-
дывании. Подача сжатого воздуха к верхнему мембранному уст-
ройству производится через каналы, просверленные в колонках,
18С
Фиг. 123 Быстроразъемное соеди-
нен створок стержневого ящика-
—ьтулкэ центрирующая (деталь ма
шины), 2 -«втулка прорезная, 3 — ко
лонка опорная, 4 — сухарь центрирую
щий
а к нижнему посредством гибкого дюритового шланга. Поворот
 всей системы, состоящей из стола, бункера и стержневого ящи-
ка, выполняется при помощи пневматического механизма 7,
конструкции инж. Сабельникова В. М., отдельно показанного
на фиг. 1Й4.
Механизм состоит из двух цилиндров 1 и 2, поршни которых
соединены между собой зуб-
чатой рейкой 3, входящей в за-
цепление с шестерней, укреп-
ленной на цапфе поворотного
стола.
Полость А цилиндра 2 за-
полнена веретенным маслом,
которое при перемещении пор-
шня в левое положение будет
вытесняться в другой цилиндр
через зазоры в зубчатом за-
цеплении, а также через пе-
репускной канал 5, сечение
которого может изменяться по-
средством винтового штиф-
та 4.
Такая система, во-первых,
обеспечивает плавность пово-
рота и, во-вторых, замедляет
движение поршней в начале и
в конце их хода. Следователь-
но, в начальный момент по-
ворот системы происходит за-
медленно, затем, когда масло
начинает проходить через за-
зоры в зацеплении, несколько
ускоряется, и, наконец, опять
замедляется. Величину замед-
ления можно регулировать по-
воротом штифта 4. Качество
оболочкового стержня в значи-
тельной степени зависит от
скорости заполнения стержне-
вого ящика термореактивной
смесью. При очень быстром
заполнении может случиться
захват воздуха под горизон-
тально расположенными ребрами и в углубленных карманах,
которые почти всегда имеются в стержневых ящиках. При очень
медленном заполнении частицы песка не будут О’бладать долж-
ным ускорением, что также отрицательно скажется на формо-
образовании стержня и на четкости его переходов. В каждом
181
отдельном случае оптимальная скорость заполнения стержне-
вого ящика устанавливается опытным путем в процессе техно-
логического освоения.
Работа машины. При переводе рукоятки воздухораспредели-
тельного крана 18 (фиг. 121) в первое положение сжатый воз-
дух поступает в нижнее и верхнее мембранные устройства, под-
жимая бункер и формообразующую часть к корпусу стержне-
вого ящика. При дальнейшем перемещении рукоятки во второе
Фиг. 124. Пневматический
механизм для поворота подвижной системы.
положение осуществляется поворот всей системы на 180° и од-
новременно включается подача в бункер сжатого воздуха. После
технологической выдержки рукоятка переводится в третье по-
ложение, стол с ящиком и бункером поворачиваются обратно
на 180° и начинается процесс полимеризации. После затверде-
вания оболочки рукоятка воздухораспределителя переводится
в четвертое, последнее положение, при котором происходит
подъем верхней формообразующей части и опускание бункера.
Половинки стержневого ящика разнимаются вручную, и гото-
вый оболочковый стержень удаляется за пределы машины. Все
операции, кроме разъема половинок стержневого ящика, мо-
гут быть легко автоматизированы, для чего воздухораспредели-
тельный кран надлежит заменить блоком, состоящим из двух
портативных реле времени и проходных электромагнитных пнев-
моклапанов. Начало рабочего цикла в автоматизированном ва-
рианте будет осуществляться нажимом кнопки магнитного пу-
182
скателя, замыкающего цепи» питания через промежуточное реле.
Ручной разъем стержневого ящика, если ящик не очень тя-
желый, не представляет значительных затруднений и не отни-
мает много времени. В то же время ручной разъем облегчает
всесторонний доступ к стержневому ящику и существенно повы-
шает технологическую маневренность в части расположения и
количества отъемных частей, устройства толкателей, крепления
холодильников и нанесения разделительной эмульсии на ра-
бочие поверхности.
Фиг. 125 Вариант конструкции стержневого ящи-
ка для изготовления оболочковых стержней.
Стержневой ящик. К горловине подвижного бункера 1
(фиг. 125) укрепляют фланец 11. сделанный из теплоизоляцион-
ного материала. Фланец своей конической поверхностью входит
в центрующий кольцевой выступ 3, неподвижно укрепленный на
поворотном столе 2 стержневой машины. Выступ 3, кроме ос-
новного назначения — центровки подвижных половинок стерж-
невого ящика 4, является формообразующим элементом, оформ-
ляющим в оболочковом стержне поверхности А, предназначен-
ные для стыковки стержня с другим стержнем или для уста-
183
новей дисковой заглушки, предохраняющей стержень от проник-
новения в него жидкого сплава. Корпус стержневого ящика со-
стоит из двух половинок, в которых укрепляются формообразу-
ющие вставки 13 и устанавливаются металлические холодиль-
ники 14.
Для удобства перемещения створчатых половинок ящика
имеются рукоятки 5. Вставка 10 сделана в целях повышения
механической прочности и большей износоустойчивости фланца
стержневого ящика, который претерпевает значительное усилие
при перевертывании его в нижнее положение.
Формообразующая часть 6 укрепляется к фланцу 7, верх-
него мембранного механизма машины и оформляет собой кони-
ческий знак стержня, рассекатель и литниковую систему, состоя-
щую из коллектора и металлоподводящих каналов.
Обогрев стержневого ящика, верхней формообразующей ча-
сти и фиксирующего выступа 3 производится трубчатыми элек-
тронагревателями (ТЭН) 8 и 9, которые укладываются в спе-
циальные пазы.
Нагреватели для обогрева створчатых корпусов установлены
в приливах 12, выполненных по окружности створок.
Общая мощность всех электронагревателей, обеспечивающая
температуру нагрева рабочих поверхностей в пределах от 300
до 350° и зависящая от размера ящика, колеблется от 6 до 8 кет.
Удаление воздуха из полости стержневого ящика происхо-
дит через зазоры в стыках его частей и через специальные воз-
духоотводные каналы (венты), выполняемые в наиболее от-
даленных и наиболее глубоких полостях.
Для лучшего использования тепла и более равномерного рас-
пределения его по рабочей поверхности ящика подвижные по-
ловинки его следует снабдить теплоизолирующей рубашкой из
листового асбеста, укрепляемого на металлическом кожухе.
Необходимо иметь в виду, что при нагреве стержневого ящи-
ка до указанной выше температуры возможно коробление его
и искажение профиля рабочей полости.
Поэтому, конструируя ящик, нужно обращать особое внима-
ние на равномерность его сечений, на правильное расположение,
количество и размеры ребер жесткости, на отсутствие местных
перегревов и на режим термической обработки литых заготовок.
В настоящее время еще нет единого мнения о материале
для изготовления стержневого ящика, однако большее пред-
почтение, повидимому, будет уделено чугуну как материалу,
более хорошо воспринимающему тепловые нагрузки и менее
склонному к деформации. Для облегчения разъема и сборки
основных половинок стержневого ящика также целесообразно
применение опор на шарикоподшипниках.
При конструировании ящика следует учитывать величину
теплового расширения его материала.
ГЛАВА VIII
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Принятая в настоящее время система проектирования тех-
нологических процессов еще обладает рядом существенных не-
достатков, к которым можно отнести следующие.
1. Каждый технолог определяет параметры технологического
процесса по своему, субъективно, опираясь в большинстве слу-
чаев только на свой личный опыт и знания. При этом техноло-
гическая разработка очередной детали обычно рассматривается
как новая, только что возникшая задача.
2. Каждый завод по своему решает вопросы оформления до-
кументации и ее содержания, что при частой заменяемости из-
делий приводит к тому, что время технологов уходит в значи-
тельной части не на создание и внедрение прогрессивной техно-
логии, а на заполнение и переработку всевозможных бумаг.
Значительный рост уровня подготовки кадров в промышлен-
ности позволяет коренным образом пересмотреть существующую
систему проектирования технологических процессов и прежде
всего резко сократить объем документации. Возросшая квали-
фикация исполнителей позволяет отказаться от излишнего де-
тализирования технологических процессов и передать мастерам
и рабочим право самостоятельно решать многие технологиче-
ские вопросы.
Таким образом, изменяется роль мастера на производстве^
он выступает в роли мастера и технолога.
Сокращение сроков освоения технологической оснастки и
получение качественных отливок зависят в равной степени от
квалификации исполнителя и от уменья его наметить правиль-
ную методику отработки технологических параметров. Нерецки
случаи, когда даже опытный технолог, но не умеющий напра-
вить свою работу по определенной, логически обоснованной си-
стеме, терпел неудачу и, будучи отвлечен в сторону второсте-
пенными факторами, отклонялся от главного.
Уменье ориентироваться в противоречивых фактах и путем
их сопоставления, найти правильное решение определяет спо-
собность технолога и зависит, видимо, от его практического
опыта, теоретической подготовки и от уменья учитывать и ис-
185
пользовать в своей работе все ценное, что подскажут ему не-
посредственные исполнители-рабочие.
В задачи раздела «Практические рекомендации» входит
попытка сообщить некоторые сведения о подготовке литейной
установки, о доводке технологической оснастки,об учете ре-
зультатов опытных работ и о ведении технологической доку-
ментации. Совершенно очевидно, что эти рекомендации пре-
терпят коренные изменения в зависимости от характера произ-
водства, его номенклатуры и от принятой системы организации
труда.
В то же время какая-то часть сведений окажет несомненную
пользу и, безусловно, поможет избежать ряда вопросов, возни-
кающих обычно при освоении новой технологии.
1.	ДОВОДКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ
Доводка размеров рабочей полости формы
Размерные отклонения внешних контуров отливаемой дета-
ли зависят ог следующих факторов:
1)	от сокращения линейных размеров при усадке сплава;
2)	от величины теплового расширения металлических мат-
риц;
3)	от точности механической обработки матриц и отъемных
частей;
4)	от внутренних напряжений, вызывающих деформацию
матриц (коробление);
5)	от точности сборки матриц;
6)	от толщины слоя теплоизоляционного покрытия;
7)	от деформации отливок в процессе их термообработки.
•В	свою очередь, величина линейной усадки зависит от вида
сплава, от материала и качества изготовления песчаных стерж-
ней, определяющих степень их податливости, от конструктив-
ных особенностей отливаемой детали и, наконец, от теплофи-
зических параметров технологического процесса. При проекти-
ровании оснастки трудно определить действительные величины
этих слагаемых, поэтому рабочие поверхности матриц, форми-
рующие точные, обусловленные допуском очертания отливки,
следует выполнять с технологическим припуском, допускающим
их последующую размерную доводку.
Принято считать, что величина линейной усадки при отлив-
ке из алюминиевых сплавов деталей средних габаритов, т. е. до
500 мм, составляет 1%. При отливке более крупных деталей
часто принимают линейную усадку разных значений, в частно-
сти, по высоте и ширине считают 1%, а по длине, если она пре-
вышает 600—700 мм, 0J—0,8%.
Практически, при отливке из алюминиевых сплавов тонко-
стенных деталей цилиндрической формы диаметром до 250 мм
с применением сырых стержней, линейная усадка по диаметру
была равна 4,3%, а по высоте при размере до 700 мм — 1,2%.
186
Увеличение усадки по диаметру можно объяснить быстро про-
текающим процессом кристаллизации и, с другой стороны, вы-
сокой податливостью применяемых сырых стержней, приготов-
ленных из формовочной смеси. При отливке этих же деталей с
оболочковыми стержнями, содержащими 5% пульвербакелита,
линейная усадка по диаметру составляла 1%, что объясняется
большим сопротивлением оболочковых стержней. Величина теп-
лового расширения металлических матриц при нагреве их до
300° составляла 0,4% от линейного размера, что при диаметре
После допуска ± 0,6 мм
Фиг. 126. График размерных отклонений.
рабочей полости 220 мм составляет 0,9 мм. При определении
размера внутренней полости металлической формы можно поль-
зоваться следующей формулой:
D -=- d + (/ус — lpactu) — S,
где D — размер внутренней полости формы в холодном со-
стоянии;
d — размер отливки по чертежу;
1ус — величина линейной усадки в мм\
1расш. — величина теплового расширения в мм\
S —припуск на доводку размера, обычно принимаемый*
0,5 мм на сторону.
Опытные отливки в процессе доводки полости формы сле-
дует подвергать контрольным промерам в нескольких противо-
положных точках, например по диаметру и между необрабаты-
ваемыми поверхностями верхнего и нижнего фланцев. Резуль-
таты промеров целесообразно наносить на график, одна из форм
которого показана на фиг. 126. Три горизонтальные линии гра-
фика имеют следующее назначение: линия А—соответствует
номинальному размеру по чертежу, линия Б — определяет верх-
нее предельное отклонение размера в соответствии с заданным
допуском, линия В — то же для нижнего предельного отклоне-
ния размера.
1 «7
Расстояние между линиями определяется выбранным мас-
штабом: например 0,1 лии = 5 мм. Результаты промера позво-
ляют наглядно установить, вписываются или не вписываются
фактические размеры в заданное поле допуска и на какую ве-
личину и где следует увеличить размер полости формы. Также
следует учитывать и толщину слоя теплоизоляционного покры-
тия,, равную в среднем 0,2 мм на сторону. Равномерность тол-
щины стенок отливки и отсутствие разностенности по всей ее
длине или высоте всецело зависят от точности фиксирующих
устройств.
В случае применения оболочковых стержней следует учи-
тывать величину теплового расширения стержневого ящика и
вносить соответствующую поправку в расчет размеров знаков-
фиксаторов.
Доводка тепловых зазоров
При неравномерном тепловом расширении отдельных дета-
лей металлических матриц возможно коробление их, отражаю-
Фиг. 127. Деформация
формообразующего
набора в результате теплового
расширения.
щееся на размерной точности отливаемых деталей. В виде при-
мера можно привести случай из практики, когда отсутствие теп-
лового зазора вызвало поломку сопрягаемых деталей.
На фиг. 127 показан элемент матрицы, состоящий из кор-
пуса /, электронагревателя 2, формообразующих колец 3 и при-
жимных планок 4. При сборке их не были предусмотрены теп-
188
ловые зазоры между торцами полуколец и прижимными план-
ками.
В результате при нагреве кольцевого набора до 300° прои-
зошло расширение колец, но так как степень свободы их была
ограничена жесткими упорами корпуса в точках а, б, и в, то вся
нагрузка при удлинении колец была направлена на прижим-
ные планки 4. Давление торцов колец на прижимные планки
было настолько большим, что винты, крепящие планки к кор-
пусу, были вытянуты и изогнуты одновременно с контрольными
Фиг. 128. Конструкция матриц без учета тепло-
вого расширения.
шпильками. При этом планки приняли положение, указанное
пунктиром, а в стыке корпусов образовался зазор до 2 мм.
После того как между торцами колец и планками был выполнен
зазор S, равный 0,5—0,6 мм, недостаток был устранен.
В одной из первых конструкций шарнирное соединение мат-
риц было выполнено в виде жесткой системы, как это пока-
зано на фиг. 128.
При этом опорная колонна /, запрессованная в плиту, про-
ходила через проушины матриц на скользящей посадке, матри-
цы центрировались на цилиндрическом выступе 2 плиты 3. В ре-
зультате разной степени нагрева, когда матрицы нагревались
до 250—300°, а плита до 100—150°, происходило заклинивание
матриц на центрирующем выступе плиты и колонне в направле-
нии, показанном стрелками А. Раскрывание и закрывание мат-
риц в этом случае производилось с большим трудом и только с
применением значительных усилий.
Усовершенствованная конструкция шарнирного соединения
показана на фиг. 129. Шарнирное сочленение матриц выполне-.
но с применением промежуточной втулки 4, проходящей через
проушины на скользящей посадке. Втулка в оборке с матрица-
189
ми надевается на колонну 1 с зазором S, равным 0,75 лш на
сторону. При этом варианте матрицы имеют возможность сво-
бодно изменять свой межосевой размер по отношению к плите
без какого-либо заклинивания и заедания.
Разница в расширении компенсируется зазором между ко-
лонной и втулкой.
Вторым существенным преимуществом этого варианта яв-
ляется легкая взаимозаменяемость подвижных матриц и плиты.
В первом случае снять тяжелые матрицы с колонны было очень
трудно, так как малейший перекос подвешенных на кране мат-
риц вызывал их заклинивание на колонне.
129. Конструкция матриц с
учетом теплового расширения
Фиг
.Во втором случае демонтаж матриц не вызывал ни малей-
шего затруднения. Следует сказать также о конструкции цент-
рирующего выступа на плите.
В первом случае он был выполнен как одно целое с плитой
(см. фиг. 128). В результате различного расширения центриру-
ющего выступа и охватывающего его пояска подвижных матоиц
наблюдался зазор около 0,4 мм на диаметр. Учитывая, что
песчаный стержень, образующий внутреннюю поверхность в от-
ливке, центрировался на плите, возникла разностенность в
отливке до 0,8 мм. При номинальной толщине стенки, равной
3 мм, практически получаемая стенка с одной стороны имела
размер 2,6 мм, а с противоположной — 3,4 мм.
Для устранения этого очень существенного недостатка цент-
рирующий выступ был выполнен в виде отдельного вкладыша
(см. фиг 129) с кольцевым зазором S, равным 0,25 мм, между
вкладышем и гнездом для него в плите. Центрирующий выступ
одновременно оформляет и литниковую систему и, естественно,
что при контакте с металлом он нагревался примерно до той же
температуры, что и подвижные матрицы.
190
Этим мероприятием была ликвидирована разностенность в
отливке и обеспечена легкая замена центрирующего вкладыша.
При установке в корпус матрицы комплекта формообразующих
колец следует предусматривать тепловой зазор 3 (фиг. 130)
между верхним кольцом и кор-
пусом. Величина зазора равняет-
ся 0,15% от высоты кольцевого
набора. Отсутствие зазора вызы-
вает значительные напряжения
в корпусе, что может быть при-
чиной трещин.
Наличие зазора облегчает
также и демонтаж колец для
их очистки и замены на другой
комплект. Только тогда, когда
все взаимосопрягаемые элементы
металлической матрицы и песча-
ных стержней в нагретом состоя-
нии будут свободно перемещать-
ся один в другом, а фиксирую-
щие части стержней не будут
иметь люфта, можно приступить
К освоению технологических при- фиг 130 Тепловой зазор по вы-
емов получения отливки. Время, соте формообразующего набора
затраченное на предварительную
доводку, с избытком окупается при последующей работе.
Доводка чистоты поверхности отливок
Чистота поверхности отливаемых деталей зависит, в первую
очередь, от скорости заполнения полости формы, во вторую оче-
редь, от чистоты механической обработки матриц и, в третью
очередь, от состояния поверхности теплоизоляционного покры-
тия. Скорость заполнения формы и зависимое от нее конечное
статическое давление в сплаве влияют на четкость формообра-
зования отливки, повторяющей все переходы формы.
Как уже говорилось, слой теплоизоляционного покрытия не
должен быть очень гладким, так как при этом резко снижается
его капиллярность, в свою очередь, способствующая возникно-
вению газовых дефектов. Пережженный асбест, применяемый
для изготовления покрытия, следует протирать через си го
№ 100, в крайнем случае через сито № 70.
Нанесение покрытия выполняется в несколько приемов
Первый равномерный и тонкий слой покрытия подсушивается
и затем обметается волосяной сметкой. Дальше наносится вто-
рой слой, излишек его также счищается сметкой. Через три-
четыре приема толщина слоя покрытия будет иметь толщину
0,2—0,25 мм. Нанесенное таким образом покрытие обладает
191
высокой прочностью, достаточно гладкой поверхностью и хоро-
шей капиллярностью.
Чистота внутренней поверхности в отливке зависит от ка-
чества песчаных стержней. Стержни с несоответствующим со-
ставом формовочной смеси и с малым содержанием влаги в по-
верхностном слое не способствуют чистой поверхности, так как
и стержни с неравномерной плотностью набивки.
Наилучшие результаты по чистоте внутренней поверхности
в отливке позволяют получить оболочковые стержни, поверх-
ность которых дополнительно натирается прокаленным тальком,
заполняющим незначительные углубления и шероховатости.
Натирка стержней может быть заменена пульверизацион-
ной обдувкой сухим тальком в специальной камере.
Доводка питающей системы
Каждая отливка, какой бы конструкции она ни была, имеет,
в зависимости от ее положения в форме, верхнюю, среднюю и
нижнюю зоны. Верхняя зона отливки примыкает к полости про-
мывника, имеющего достаточный запас жидкого металла, необ-
ходимого для питания кристаллизирующихся слоев в массив-
ных сечениях. Для питания усадки достаточно очень незначи-
тельного количества жидкого металла, но при этом важно, что-
бы температура этого небольшого количества металла была
выше, чем в питаемом сечении.
Для уменьшения теплоотдачи от металла, заполняющего по-
лость промывника, часть поверхности матрицы, образующей эту
полость, изолируют толстым (до 0.5 мм) слоем асбестового по-
крытия более густой консистенции. Также существенно, чтобы
площадь основания промывника не была меньше площади пи-
таемого сечения. Оптимальным считается, когда эти сечения
равны между собой.
В отличие от литья в землю и в кокиль объем промывника
делается меньше, чем обычно применяемые прибыли. Высота
промывника может относиться «к высоте отливаемой детали, как
1 : 5. Для питания усадочных образований в кристаллизирую-
щихся слоях, расположенных в средней зоне отливки, прихо-
дится осуществлять отводные прибыли, холодильники и другие
общетехнологические мероприятия. Возможность осуществле-
ния этих мероприятий следует предусматривать еще при проек-
тировании технологической оснастки. Бывают случаи, когда не-
достаточно опытный конструктор, не уделив своевременно долж-
ного внимания вопросам питания кристаллизирующихся слоев,
тщетно пытается найти решение, но конструкция оснастки уже
не позволяет этого. Не были своевременно учтены фиксаторы
для холодильников, приливы для размещения в них отводных
прибылей, конструкция стержневого ящика не позволяет заве-
сти в него холодильник и равномерно обжать его формовочной
192
смесью. В этом случае .приходится вносить изменения в чертежи
и дорабатывать оснастку.
В отличие от обычного литья в песчаные формы и в кокиль
нижний фланец отливки, даже имеющий значительные утол-
щения, надежно обеспечивается жидким металлом, поступаю-
щим под избыточным давлением из кольцевого коллектора, до
полного затвердевания массивных сечений. При этом необходи-
мо, чтобы участок коллектора, над которым расположено мас-
сивное сечение, например бо-
бышки, приливы и пр., имел
соответствующее расширение,
сообщающее массивный учас-
ток с полостью коллектора.
Следует обратить внимание
на особенности применения
холодильников в оболочковых
стержнях. Здесь возникают
специфические трудности. Де-
Фиг. 131. Схема простановки хо-
лодильника в оболочковый стер-
жень.
ло в том, что теплосодержание
в очень тонкой стенке отлив-
ки незначительно и соприкаса-
ющийся с ней холодильник
нагреется значительно меньше чем при обычных толстостенных
отливках, особенно имеющих массивные утолщения.
В то же время необходимо, чтобы прилегающая к холо-
дильнику поверхность оболочкового стержня выгорела настоль-
ко, сколько это нужно для перемещения холодильника под дей-
ствием сжимающих усилий, возникающих при сокращении раз-
меров отливки.
Достаточного опыта в этом направлении не имеется. Воз-
можное конструктивное решение показано на фиг. 131.
Холодильник А, образующий массивное утолщение и встав-
ляемый <в гнездо оболочкового стержня Б, имеет соприкоснове-
ние со стержнем только в точках В. Между остальной поверх-
ностью холодильника и гнездом для него в стержне выполняется
зазор 5 от 1 до 2 мм. При этом участок Б, соприкасающийся с
жидким сплавом, выгорит быстрее, и холодильник получит воз-
можность беспрепятственного смещения в направлении усадки.
Доводка вентиляционной системы
Необходимость в доводке вентиляционной системы обычно
выявляется на первых же отливках. При внимательном осмотре
можно обнаружить газовые дефекты, встречающиеся на одних
и тех же местах поверхности отливаемых деталей. Такими ме-
стами обычно являются бобышки в зоне нижнего фланца, го-
ризонтально расположенные поверхности и ребра, утолщенные
участки, формируемые с помощью холодильников, углубленные
13 В К Ведель	193
и выступающие поверхности и т. л. Газовые дефекты в виде
открытых и закрытых раковин или недоливов, а также в виде
концентрированной газовой пористости, образуются в результате
захвата воздуха металлическим потоком, быстро протекающим
по сечениям формы. При недостаточной газопроницаемости
формовочной смеси и недостаточным количестве воздухоотвод-
ных каналов в металлических матрицах газы и воздух не имеют
возможности удалиться из полости формы и остаются в ней,
вызывая дефекты на отливках. Склонность к поверхностным
газовым дефектам при литье под низким давлением обычно
больше, чем при литье в кокиль, где металл с значительно
меньшей скоростью поступает в полость формы, вытесняя из
нее воздух, для которого имеется свободный выход через ши-
рокие открытые прибыли. В процессе освоения литья под низ-
ким давлением пришлось встретиться с газовыми дефектами в
виде наружных раковин и окисленных следов, встречающихся
на внешней поверхности отливаемой детали. Причиной их по-
служил воздух, захватываемый металлом в литниковом коллек-
торе, который в первых конструкциях оформлялся металличе-
скими матрицами.
Захваченный воздушный пузырь при нагреве увеличивался
в объеме, проникал в поток металла и перемещался вместе с
ним в полость формы, оставляя на своем пути окисленный след.
Доводка вентиляционной системы в этом случае ограничива-
лась устройством вентиляционных пробок обычного типа, уста-
навливаемых в местах возможного захвата и скопления воздуха.
2.	УЧЕТ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТНЫХ РАБОТ ПРИ ОСВОЕНИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Внедрению в серийное производство новой литой детали
всегда предшесгвуег кропотливый и трудоемкий этап ее освое-
ния, или, как говорят, наладки. Период освоения, зависящий о г
технологической и конструктивной сложности детали и квали-
фикации наладчика, может продолжаться от нескольких дней
до нескольких месяцев.
Нередко приходится быть свидетелем, когда эта ответствен-
ная и кропотливая работа производится без какого-либо плана,
причем одновременно изменяется несколько технологических
факторов, что совершенно недопустимо. Действительно, можно
ли сделать правильный вывод, когда нет уверенности в том,
какой же из измен51вмых факторов оказал существенное влия-
ние на возникновение или, наоборот, устранение опреде-
ленного литейного дефекта. Можно ли говорить о
сокращении сроков освоения литья, когда технологи-
ческая документация либо отсутствует вообще, либо
оформляется только в конце освоения и то по
памяти. Касаясь квалификации технологов-наладчиков, следует
194
сказать, что не все еще представляют процесс получения литой
детали как результат взаимодействия гидродинамических и
теплофизических факторов. Опубликованные за последнее время
работы о теории кристаллизации сплавов и о тепловом режиме
литейной формы позволяют более сознательно подходить к явле-
ниям, происходящим в сплаве при его переходе из жидкого со-
стояния в твердое.
В свете этого немаловажным условием является продуман-
ная организация технологической работы, тщательная подго-
товка, проведение и учет результатов опытных работ и оформле-
ние технологической документации.
Учетно-технологическая карта
(дневник)
При определении влияния на качество отливки одного из
технологических факторов при (постоянном значении других
очень важно, чтобы величины последних укладывались в за-
данный размерный диапазон. Для этой цели учетно-технологиче-
ская карта, одна из форм которых показана на фиг. 132, имеет
перечень основных параметров, каждый из,которых решающим
образом влияет на качество отливки. Установить закономер-
ность явлений, происходящих при изменении величины одного
из факторов, можно только на ряде последовательно выполнен-
ных отливок. Для этого карта предусматривает запись фактиче-
ского значения технологических величин, полученных при десяти
последовательно сделанных заливск.
Имея в графе «Задано» размерный диапазон каждого фак-
тора, наладчик имеет возможность отмечать его фактическое
значение, при котором была получена каждая из десяти отли-
вок.
При этом, если фактические величины выходят за пределы
заданного диапазона, производится соответствующая регули-
ровка. Изменяя, например, температуру металлических матриц,
но выдерживая в заданном диапазоне все остальные параметры,
наладчик имеет полную возможность проследить за измене-
ниями, происходящими на поверхности отливок в зависимости
от интенсивности теплообмена.
Определив оптимальные значения этого фактора, таким же
способом отрабатывают и другой.
Приступая к производству очередной группы опытных дета-
лей, в первую очередь ставится задача эксперимента. Например:
«определить влияние температуры матриц на формообразование
отливки». После этого определяется исходный режим темпе-
ратур, давлений и скоростей по способам, о которых говорилось
выше. Указываются условия подготовки формы, как-то: состав
стержневой и формовочной смесей, их физико-механические
свойства, состав и толщина слоя теплоизоляционного покры-
13*	195
s СП	КАРТА УЧЕТА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ																		Задача эксперимента		
																					
				Изделие		Деталь			Экспери- мент №			Дата			Плавча			Сплав			
	Технологический фактор				Задано		№ отливки											Результат внешнего осмотра			
							1 I2 I3 1				4 1	51	6	7	8 1 9 1		10				
		1 2	Температура сплава Температура кокиля			—								—								
	3	Давление рабочее					—					—	—								
		4 	5	Давление при кристалли- зации Время до заполнения коллек- тора																			
	6	Время заполнения формы																			
		7 	8	Выдержка до сброса Выдержка до разъема									—		—		—						
	9	Длительность сброса																			
	Условия подготовки формы																	Мероприятия для последующего эксперимента			
	1 ; сырой стер- жень i			Состав																		
																					
	X &х X й» I		Состав																		
																					
	Теплоизо- ляционные покрытия		Состав																		
																		Технолог			
тия и пр. Также следует указать поверхностную влажность сы-
рого стержня на промежуточных отливках и отметить на от-
дельном эскизе участки поверхности матриц и вставок, где про-
изводилась зачистка слоя теплоизоляционного покрытия в це-
лях увеличения теплопроводности. Каждая полученная отливка
клеймится порядковым номером и по окончании эксперимента
тщательно и всесторонне осматривается. Осмотр повторяется
и после пескообдувки, которая позволяет выявить ранее заме-
ченные дефекты.
При отливке деталей из магниевых сплавов еще один осмотр
следует производить после травки и термической обработки, при
этом осмотр следует завершить изломом одной-двух деталей
по характерным сечениям. Результаты внешнего осмотра за
носятся в соответствующую графу карты эксперимента, а отме-
ченные на отливке недостатки — на координатную сегку дефек1-
но-контрольной карты, описание которой приводится ниже.
Путем тщательного анализа и сопоставления полученных ре-
зультатов определяются технологические и конструктивные
мероприятия, которые кладутся в основу последующего опыта
Иногда бывает, что полученные результаты не дают основания
для конкретных выводов ввиду их противоречивого характера
Также бывает, что у технологов, обрабатывающих результаты
эксперимента, могут быть различные мнения. Смущаться в этих
случаях не следует, а лучше всего назначить повторную заливку
при том же режиме, которая обычно вносит ясность в спорный
вопрос.
К карте следует прикладывать эскизы и схемы, необходимые
для доработки оснастки с тем, чтобы иметь возможность в
дальнейшем уточнить рабочие чертежи. Также следует прикла-
дывать и соответствующие документы с результатами дальней-
ших испытаний отливок, как, например, заключение рентгеноло-
га, заключение контрольного мастера группы разметки, прото-
колы лабораторных исследований и испытаний и т. п. Посте-
пенно накапливаемый технологический материал представляет
широкую возможность для дальнейшего изучения и усовершеч
ствования любого процесса литья и, в частности, литья под низ
ким давлением, а также будет полезным при постановке теоре
тических исследований в том или ином направлении.
Контрольно-дефектная карта
На период отработки технологического процесса литья целе-
сообразно иметь контрольные карты, позволяющие регистри-
ровать встречающиеся литейные дефекты, систематизировать их
и относить к тому или иному звену технологического цикла.
Такая карта позволяет установить повторяемость дефектов по
видам их и расположению на отливке.
197
Одна из возможных форм карты показана на фиг. 133.
Она представляет собой схематичный чертеж основных проек-
ций детали и развертку ее с координатной сеткой. На карте по-
мещается перечень основных литейных дефектов с присвоением
каждому из них цифрового обозначения.
/и
Фиг. 133 Контрольно-дефектная карта.
Наименование дефекта	Шифр	Наименование дефекта		Шифр
Незалив Неспай Оледы газовые Раковина усадочная Утяжина усадочная Трещина усадочная Пористость усадочная Ракозина газовая Утя кина газовая Пористость газовая	01 02 03 04 05 05 07 03 (9 010	Вскип от холодильника Окисные включения Песчаный засор Разностенность Пригар механический Струичатость Прорыв гата		011 012 013 014 015 016 017
		К учетной карте № Отливка М Дата эксперимента		
Технолог, производящий освоение литья, осматривая отлив-
ку, устанавливает присутствие того или иного литейного дефек-
та и наносит его на карту. Например, технолог заметил усадоч-
ную трещину в квадрате Д-9. Он отмечает расположение ее
на схеме и указывает шифр 06. В квадрате В-7 на участке по-
верхности встретилась усадочная пористость. Пораженный ею
Г98
участок отмечается точками и указывается шифр 07. На нижнем
фланце отливки, в зоне бобышек встретился механический
пригар, отмечаемый шифром 015. Если на некотором количестве
отливок, полученных при постоянном режиме в отношении тем-
ператур и скоростей заливки, дефекты повторяются, то это дае'1
основание наметить соответствующие технологические меро-
приятия, направленные на устранение дефектов. Повторяющаяся
усадочная пористость на участке В-7 устраняется повышением
теплообмена на соответствующем участке металлической мат-
рицы путем уменьшения слоя теплоизоляционного покрытия.
Если, несмотря на эго, пористость встретится и на последую-
щих отливках, то придется применить металлические холодиль-
ники на песчаных стержнях. Трещина усадочная в квадрате Д-9,
если она повторяется на ряде отливок, устраняется более плав-
ным переходом сечений, а если это не поможет, то установкой
холодильника.
Применение контрольно-дефектных карт в значительной сте-
пени организует процесс технологической наладки и сокращает
сроки освоения ее перед запуском в серийное производство.
Сводная технологическая карта
Когда отработан каждый параметр технологического про-
цесса, определены его оптимальные величины, подобраны со-
ставы стержневой и формовочной смесей, установлена последо-
вательность операций всего производственного цикла, можно
приступить к оформлению технологического процесса. Этому
обычно предшествует отливка контрольной партии деталей в
количестве 20—30 нп., подвергаемых всесторонним испытаниям,
включая контроль механических свойств и полную механическую
обработку в соответствии с чертежом. Одним из документов,
входящих в технологический процесс, является сводная техноло-
гическая карта (фиг. 134).
В графе «Технические данные» приводятся сведения,
характеризующие отливаемую деталь, и дается перечень доку-
ментов, по которым производится приемка литья отделом тех-
нического контроля. Здесь же указывается количество сплава,
заливаемого в тигель, и количество отливок, получаемых за одно
наполнение. В графе «Технологические данные» перечисляются
основные звенья технологического процесса и их величины, по-
лученные в результате экспериментальных работ, с корректиров-
кой этих величин в случае необходимости по результатам конт-
рольной партии отливок, прошедших все необходимые испыта-
ния, включая и механическую обработку.
По этим данным в дальнейшем и производится настройка
литейной установки при серийном производстве отливок. В со-
ответствующих графах приводятся необходимые сведения о со-
ставе и физико-механических свойствах стержневых и формовоч-
ных смесей, применяемых для изготовления стержней.
199
СВОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА НА ЛИТЬЕ ПОД НИЗКИМ ДАВЛЕНИЕМ						Изделие		№ детали	Наименование детали	Материал	
Технические данные			Технологические данные			Стержень № 1		Стержень № 2	Стержень № 3	Стержень № 4	
№ пп.	Наименование	Сведе- ния	№ пп.	Наименование	Сведе- ния				1	1	
						Материалы:	(Рецептура)					
1 | Материал о*гливки			1	Температура матриц							
						Формовочная смесь №		Стержневая смесь №	Т еплоизоляцион- ная краска №	Оболочковая смесь №	
2 1 Термическая обработ- | ка			2	Температура сплава							
3 | Приготовление сплава			3	Давление рабочее							
											
4|	Механические свойст- ва		4	Давление кристалли- зации							
						№ |	_	|№ инст-1 № пп. |	Технологическая документация	|рукций 1 карты					Обору- дование
II	Приемка литья	1	5	Время заполнения коллектора							
						»|	Приготовление формовочной смеси	|	|				
и	Допуски на размеры		16	Время заполнения формы							
						2 | Приготовление стержневой смеси	|	|	|					
7 1			17	Регулировка ускоре ’ НИЯ							
	| одну отливку					3 | Приготовление оболочковой смеси	|	[	|					
8	Вес обработанной от- ливки		18	Интенсивность тор- можения		4 | Приготовление теплоизоляционной краски |	|	|					
9	Вес литниковои си- стемы		19	Технологическая вы- держка		5 1 Подготовка холодильников	|	|	|					
						6 | Изготовление сырого стержня	|	|	|					
10	I Количество сплава в | тигле		I10	Длительность сброса давления		7 | Изготовление оболочкового стержня	|	|	|					
1 1	Количество отливок |		11	Подправка окраски		8 | Подготовка литейной установки	]	|	|					
						9 [ Подготовка и сборка формы	|	|	|					
12			112								
						10	Процесс получения отливки	|	|	|				
13		1	1 13			1 1	Выбивка отливки	|	1	|				
Эскиз литейной формы						12	Обрезка и очистка отливки	|	|	|				
						13	Термообработка отливки	|	|	|				
						Технолог	Нач. Т. Б	Дата						
В графе «Технологическая документация» дается перечень-
операционных карт и производственных инструкций, содержа-
щих исчерпывающие сведения, необходимые для подготовки и
настройки литейной установки, а также подготовки к эксплуа-
тации технологической оснастки.
Сводная карта иллюстрируется чертежами и фотоснимком
собранной литейной формы и фотоснимками песчаных стрежней.
Операционно-технологическая карта
Операционно-технологическая карта (фиг. 135) является опе-
ративным документом, находящимся на рабочем месте. Карта
содержит исчерпывающие сведения об организации рабочего
места, укомплектовании его необходимыми для работы приспо-
соблениями, инструментом и материалами. Карта содержит пе-
речень всех операций, необходимых для подготовки установки,
изготовлении песчаных стержней и получения отливки. Все-
операции излагаются в строго последовательном порядке. При
составлении карт руководствуются материалом и сведениями,
полученными в период освоения того или иного звена техноло-
гического процесса. Чем тщательней были проведены наблюде-
ния, тем полнее будут сведения операционно-технологической
карты и тем скорее и легче будут овладевать необходимыми на-
выками технологи и производственные рабочие цехов серийного-
производства.
Как и всякий технологический документ, операционная кар-
та будет изменяться и дополняться новыми сведениями, являю-
щимися результатом рационализаторской мысли, направленной'
на снижение трудоемкости и повышение качества литья. Неиз-
бежна замена одних операций другими, применение более со-
вершенных приемов, более дешевых материалов, более удобного-
инструмента и т. п. Часть этих изменений может быть отражена
в соответствующей графе карты, но также может случиться, что-
ее придется составлять заново.
Иллюстрировать карту рекомендуется эскизами оснастки,,
на отдельные элементы которой дается ссылка в описании тех-
нологических переходов, а также эскизами приспособлений шаб-
лонов и специального инструмента.
3.	ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СВЕДЕНИЯ
1. Приготовление теплоизоляционной краски
Для приготовления краски необходимы следующие мате-
риалы:
1) асбест листовой толщиной 3—6 л/.,и;
2) жидкое стекло содовое класса А, удельного веса 1,4—1,5,
ГОСТ 4419-48.' Цвет стекла светло-желтый. Если стекло содер-
жит посторонние примеси, его необходимо фильтровать;
20 Г
ОПЕРАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА		Изделие		№ детали	Наименование детали		Листов	Лист		
Операция										
										
№ п/п	Содержание переходов									
		Эскизы технологической оснастки								Картон
—	—									
		*								
		Изменения и дополнения								
										
—	►									
		Инструмент и приспособления	Материалы								
		№ пп	Наименование		Шифр	№ п/п	Наименование		Марка	гост
		—					—	—					-			
				—									
—	—										
		Руководи- тель работ				Начальник	д цеха	м				
3,) окись цинка люминофорная, ТУ МХП 2980-51;
4) вода.
Листовой асбест разрезают на пластинки размером около
150Xil50 мм и, загрузив в железный ящик, прокаливают в тер-
мической печи при темпера1уре 1100° в течение 3 час. Нормаль-
но прокаленный асбест имеет коричневатый цвет. При прокалке
асбеста железный яшик следует футеровать шамотным порош-
ком с огнеупорной глиной или обложить листовым асбестом.
При несоблюдении этого окись железа может попасть в ас-
бест.
Дальше .производится размол асбеста в лабораторных бегу-
нах, растирание его в ступке и просеивание через сито № 100
Окись цинка прокаливается на железном противне в терми-
ческой печи при температуре 800—900° в течение 20—30 мин ,
после чего также просеивается через сито № 100.
На 1 л воды следует отвесить 60—70 г порошкового асбесга
и 20—30 г окиси цинка, высыпать их в чистую посуду, содержа-
щую 0,5 л воды и, тщательно перемешав полученную взвесь,
процедить через марлю.
Отвесить 40—45 г жидкого стекла и растворить его в остав-
шемся объеме воды, .предварительно подогрев ее до 60—70°.
Влить раствор жидкого стекла в асбесто-цинковую водную
взвесь и тщательно перемешать. Густая краска для утепления
литниковой системы приготовляется так же, только воды бе-
рется в 3 раза меньше.
При получении отливок из магниевых сплавов в краску до-
бавляется 1,5—2,0% борной кислоты, растворенной в теплой
воде.
2.	Приготовление формовочной смеси для сырых стержней
Удовлетворительное качество стержней обеспечивает формо-
вочная смесь, приготовляемая из следующих материалов.
а)	отработанная формовочная смесь,
б)	кварцевый песок марки ПО25А ГОСТ 2138-56;
в)	формовочная глина марки ФОЗС ГОСТ 3226-57.
Свежая смесь содержит*
а)	кварцевого песка ПО25А 65—70%,
б)	формовочной глины 30—35%.
Состав рабочей смеси:
а)	отработанная смесь 90%,
б)	свежая формовочная смесь 10%
Если стержни поступают на сборку в течение 1 часа после
изготовления, то влажность их не должна превышать 6—6,5%
Если же выдержка стержня на воздухе продолжается более
1 часа, то влажность следует увеличивать из расчета 1% влаж-
ности на 1 час выдержки в летних условиях и вдвое меньше
в зимних.
203
Повышение влажности свыше 8—8,5% *не рекомендуется, так
как при это-м существенно снижаются пластические свойства
смеси и она делается липкой. Обычно формсивочная смесь имеет
сырую (прочность 0,55—0,60 кГ1см2\ газопроницаемость 45—
60 см^мин и влажность 6—6,5%.
Подготовка формочных материалов заключается в просеи-
вании и подсушивании песка, если исходная влажность пре-
вышает 8—10%. Формовочная оборотная смесь также просеи-
вается и слегка увлажняется. Приготовление формовочной смеси
производится <в бегунах, где возврат и свежий песок перемеши-
ваются в течение 4—5 мин., после чего добавляется необходимое
количество воды и перемешивание продолжается еще 6—7 мин.
После перемешивания смесь пропускается через разрыхли-
тель и загружается в бункер. В целях более равномерного рас-
пределения влаги готовая смесь должна вылежаться в бун-
кере 2—3 часа. При отливке магниевых сплавов содержание све-
жей составляющей увеличивается до 20% и в смесь добавляется
5—5,5% противоокислительной присадки ВМ.
смеси следующего
100%,
5%,
3%,
0,3%.
3.	Приготовление термореактивной смеси
При освоении оболочковых стержней были опробованы раз-
личные пески с различным содержанием пульвербакелита и раз-
личные температурные режимы.
Лучшие сра;внительные результаты при отливке тонкостен-
ных деталей были получены с применением
состава:
1)	песок кварцевый 1КО1Б ГОСТ 2138-56
2)	пульвербакелит ГОСТ 3552-47
3)	флотационный колчедан ГОСТ 444-51
4)	уайт-спирит ГОСТ 3134-52
Подготовка песка заключается в просушке его при темпера-
туре 350° в течение 2—3 час., охлаждении и просеивании через
сито № 40. Если песок содержит более 0,5% глины, его следует
предварительно промыть в проточной воде.
Флотационный серный колчедан измельчается в шаровой
мельнице, просушивается при температуре 150—200° в течение
6—8 час., охлаждается и просеивается через сито № 40.
Песок и серный колчедан загружаются в смеситель и пере-
мешиваются в течение 3—5 мин., после чего вводится уайт-
спирит и перемешивание продолжается еще 10—15 мин. Общее
время перемешивания около 20 мин.
4.	Приготовление разделительной эмульсии
Измельченную навеску мыла хозяйственного в количестве 3%
по весу растирают в ступке с водой, подогретой до 50—60°, ди
получения сметанообразной массы, затем небольшими порциями
204
добавляют к мылу полисилоксановую жидкость № 5 в количест-
ве 5% по весу.
Полученная смесь растирается до получения однородной
массы, после чего ее разбавляют водой до заданного объема
и тщательно перемешивают. Если смесь после интенсивного
встряхивания будет расслаиваться, перемешивание следует про-
должать.
Эмульсию посредством пульверизатора наносят равномер-
ным слоем на рабочую поверхность стержневого ящика, после
чего производится установка холодильников. Разделительная
эмульсия может храниться не более 5 дней, после чего она де-
лается более густой и плохо проходит через сопло пульвериза-
тора.
5.	Изготовление оболочковых стержней
В металлической стержневой ящик, нагретый до 250—300°,
насыпается стержневой состав, состоящий из кварцевого песка,
смолистого термореактивного вещества (бакелит) и специаль-
ного растворителя (уайт-спирит или керосин).
Под действием тепла слой смеси прогревается на глубину
4—8 мм до температуры, при которой бакелит размягчается и
склеивает песчинки в достаточно прочную сплошную оболочку,
точно соответствующую рабочей поверхности стержневого
ящика.
После выдержки, которая обычно колеблется в пределах
15—30 сек., стержневой ящик перевертывают, и излишек стер-
жневого состава высыпается из ящика в бункер. Толщина обо-
лочки зависит от температуры стержневого ящика и времени
выдержки его до переворачивания.
После высыпания излишков смеси оболочка еще не обладает
необходимой прочностью, которая, однако, обеспечивается по-
следующим процессом полимеризации при температуре 300—
350° в течение 1,5—4 мин. При этом бакелит переходит из вяз-
кого состояния в твердое — необратимое. Следует иметь в ви-
ду, что оболочковые стержни склонны к короблению в резуль-
тате неравномерного распределения температуры по поверх-
ности оболочки в процессе полимеризации, поэтому следует уде-
лять особое внимание вопросу равномерного нагрева рабочей
полости стержневого ящика.
Для получения отливок из магниевых сплавов с применением
песчаных сухих или сырых стержней в состав смесей вводят
противоокислительные присадки: фторприсадку, серный цвет
и присадку ВМ. Высокая температура полимеризации оболочко-
вого стержня вызывает разложение этих присадок с потерей
ими защитных свойств. Добавка в состав смеси одной борной
кислоты приводит к прилипанию смеси и снижает механическую
прочность оболочек. Иным средством, предохраняющим магние-
205
вый сплав от окисления, является добавка в состав смеси для
оболочковых стержней 3% флотационного серного колчедана
с последующим опрыскиванием поверхности стержня раствором
борной кислоты в эфирно-альдегидной фракции. Разложение
серного колчедана, содержащего до 40% связанной серы, начи-
нается (при 270° и сопровождается выделением паров серы. Мак-
симальное выделение серы происходит при температуре 370—
470°. Следовательно, выделение серы из смеси происходит пре-
имущественно при контакте оболочки со сплавом. Борная кисло-
та способствует образованию на поверхности отливки защитной
пленки, предохраняющей отливку от последующего окисления
Изготовление оболочковых стержней диаметром 250 мм и
высотой 500 мм производилось с соблюдением следующего ре-
жима:
1)	нагрев стержневого ящика до 220—230° в нагреватель-
ном устройстве в течение 1—4,5 часа;
2)	опрыскивание рабочей полости ящика разделительной
эмульсией при помощи пульверизатора КР-10*;
3)	наполнение стержневого ящика термореактивной смесью;
4)	выдержка для затвердевания оболочки в течение 10—
20 сек;
5)	перевертывание стержневого ящика и высыпание излиш-
ков смеси;
6)	полимеризация оболочки в нагревательном устройстве
при температуре 300—320° в течение 3—5 мин;
7)	зачистка фланца стержневого ящика от приставшем
смеси;
8)	разборка стержневого ящика и удаление стержня;
9)	удаление заусенцев на стержне, охлаждение его и оп
рыскивание 3%-ным раствором борной кислоты в эфирно альце
гидной фракции.
6.	Испытание физико-механических свойств оболочковых
стержней
Несмотря на широкое распространение оболочковых форм,
до настоящего времени еще нет единой стандартной методики
исследования и контроля качества песчано-смоляных смесей
Обычно применяемые методы испытания образцов показывают
значительные расхождения, что объясняется различными спосо-
бами изготовления их и непостоянной температурой полимери-
зации. Кроме того, получение различных образцов методом
свободной засыпки в нагретую до 250—300° оснастку связано
с известными трудностями и зависит от индивидуальных спо-
собностей рабочего.
Для характеристики физико-механических свойств смесей об
Опрыскивание возобновлялось через 5—6 циклов
206
разцы испытываются на разрыв, на изгиб, на осыпаемость и
на газопроницаемость
На фиг. 136, а показан стержневой ящик для образцов, ис-
пытываемых на осыпаемость
На фиг. 136, б тоже для образцов, испытываемых на газо-
проницаемость.
На фиг. 136, в и г показаны стержневые ящики для образ-
цов, испытываемых на изгиб и на разрыв.
Время выдержки образцов при полимеризации зависит о г
сечения образца*
Фиг
136
Стержневые ящики для испытываемых образцов
образец на осыпаемость с площадью сечения 7 см2 выдержи-
вался 5—6 мин ;
образец на газопроницаемость с площадью 20 см2 выдер-
живался 15—20 мин ;
образец па изгиб, с площадью 1 см2, выдерживается 3 мин ;
образец на разрыв с площадью 2,5 см2 выдерживался 4—
5 мин.
Испытание образцов производилось по общепринятой мето-
дике.
Лучшие результаты были получены с применением песка
1КО1Б Клинского месторождения Прочность на разрыв образ-
цов была равна 35—45 кГ1см2, прочность на изгиб 100—
105 кГ1см2, осыпаемость 0,04% и газопроницаемость 120—
150 см5!мин.
7.	Подготовка проволочных каркасов
Проволочные каркасы придают жесткость сырому стержню
и в значительной степени уменьшают деформацию сухих
стержней, часто возникающую в процессе их сушки.
207
Отжиг каркасной проволоки производится в термических
печах при температуре 680—720° в течение 10—16 мин. с по-
следующим охлаждением в печи до 400°. Дальнейшее охлажде-
ние производится на воздухе вне печи. Из отожженной прово-
локи нарезаются заготовки нужной длины, выпрямляются на
плите и связываются в пучки отдельно по каждому размеру.
Изготовление каркасов производится по эталонному образ-
цу, форма и размеры которого соответствуют эскизу, составляе-
мому технологом.
При пользовании эталонными образцами каркасов следует
соблюдать осторожность, чтобы не вызвать их деформации и
периодически проверять эталоны по контрольному щитку.
Каркасы, бывшие в употреблении, необходимо освободить
ют кусков стержня, подвергнуть пескообдувке и выправить на
плите по эталону. При изготовлении сухих стержней каркас
перед формовкой следует смазать маслам.
8.	Подготовка холодильников
Холодильники применяются для выравнивания скорости ох-
лаждения тонких и толстых сечений в отливке.
Холодильники лучше изготовлять путем механической обра-
ботки, так как литые холодильники не всегда обеспечивают тре-
буемую размерную точность.
Удаленные из отливки холодильники очищаются от заливов
и пригара, выпрямляются проволочные крючки и запиливаются
заусенцы.
Новые холодильники после их доводки по стержневому ящи-
ку должны быть прокалены при температуре 250° в течение
1 часа и затем обдуты песком для удаления масла и эмульсии.
Для нанесения покрытия холодильники укладываются на
специальную плиту рабочей поверхностью вверх. Масляный кре-
питель наносится на рабочую поверхность тонким и равномер-
ным слоем посредством пульверизатора или мягкой волосяной
кисти. Излишек крепителя удаляется струей сжатого воздуха.
Смазанная маслом поверхность холодильника через сито обсы-
пается сухим просеянным песком марки 4КО25А до толщины
слоя 0,5 мм.
Плитки, на которых находятся холодильники, загружаются
в камерное сушило и подсушиваются при температуре 250—
280° в течение 30—40 мин.
Контроль качества покрытия.
1.	На рабочей поверхности холодильника не должно быть
оголенных участков
2	Поверхность песчано-масляного покрытия должна иметь
равномерный темно-коричневый цвет.
3.	Слой покрытия должен быть прочным и не осыпаться при
нажатии на него твердым предметом
208
Холодильники, не соответствующие указанным требованиям,
подлежат вторичной обработке.
Холодильники должны храниться в металлическом ящике,
разделенном на ячейки по номерам холодильников. Срок хра-
нения холодильников одни сутки, после чего их необходимо под-
сушивать при t-150° в течение 30 мин.
9.	Выбивка и обрезка отливок
Тонкостенную отливку очень легко повредить при неосто-
рожном обращении с ней во время выбивки, обрезки и за-
чистки.
Незначительная вмятина, глубокая царапина,, след режуще-
го инструмента бывают причиной брака.
При выбивке отливок цилиндрической или другой симмет-
ричной формы можно рекомендовать следующую последователь-
ность технологических переходов:
1)	вывернуть трубку каркаса, и, придерживая отливку в
вертикальном положении, расшатать трубку и вынуть ее;
2)	поставить отливку литником вверх и через промежутки
между литниковыми ходами разрыхлить землю металлическим
прутиком;
3)	подняв отливку за литник, стучать молотком сверху вниз
по литниковым ходам;
4)	продолжать операции 2 и 3 до тех пор, пока вся земля
из отливки не удалится; дополнительно можно несильно уда-
рять деревянным молотком в горизонтальном направлении по
коллектору и промывнику;
б)	холодильники, оставшиеся в отливке, удаляются легки-
ми ударами молотка по деревянному бруску, конец которого
упирается в холодильник; все холодильники принимаются! по
счету и укладываются в ящик с ячейками;
6)	трубчатые каркасы и заглушки каркасов очищаются про-
волочной щеткой и обдуваются песком. Обрезку литниковой си-
стемы и промывников необходимо производить в специальном
приспособлении с мягкими прокладками, предохраняющими от-
ливку от вмятин и царапин.
Зачистку отливки также следует производить в приспособ-
лении, позволяющем закреплять отливку в тисках.
10.	Типовые технологические переходы при подготовке
литейной формы и получении литой детали
Технологический процесс, предназначенный для получения
высокоточных литых тонкостенных деталей, содержит спе-
циальные мероприятия, с которыми следует ознакомиться.
В виде примера взяты выборки из операционно-технологи-
ческих карт и производственных инструкций, на основании ко-
торых производилась отливка детали, показанной на фиг. 25.
14 В, К« Ведель	209
>3	Ч н	г г г *	'
А, Очисгцка. металлических матриц и подогрев их
1.	Разобрать кольцевой формообразующий набор, очистить
1 щабером от заливов и собрать в соответствии с маркировкой,
Сборку проверять лекальной линейкой, обращая внимание на
отсутствие выступов отдельных полуколец.
2.	Тщательно очистить от заливов и загрязнений все поса-
дочные и направляющие поверхности матриц, тормозящего
фильтра и вставок, натерёть их графитом и собрать.
3.	Напреть матрицы до 300°, проверить плотность стыка
между ними и работу винтовых зажимов Зазор по плоскости
разъема матриц^при затянутых замках допускается не свыше
0,2 мм.
3.	Тщательно заделать асбесто-шамотной пастой все зазоры
и углубления, куда может проникнуть жидкий металл. В част-
ности заделать углубления с головками болтов, крепящих
кольцевой набор, расположенные по плоскости разъема
5.	После высыхания зачистить наждачной бумагой излишки
пасты, особенно на рабочей поверхности матриц.
Б Окраска матриц
V -fc
6.	Перед окраской убедиться в безотказной работе пульве-
ризатора, налить в него хорошо (перемешанную теплоизоляцией*
ную -краску и отрегулировать сопло на необходимый характер
струи.	Л	Л-
7.	Краску наносить на рабочие поверхности матриц и отъем-
ных вставок при температуре их не свыше 200°. Участки по-
верхности матриц, где требуется более интенсивный теплоотвод, V
окрашивать с применением трафаретов. •	- -
8.	Сопло пульверизатора направлять перпендикулярно к ок- *
рашиваемой поверхности на расстоянии 250—-300 мм от нее.
После нднесения первого слоя дать ему подсохнуть и обмести	k
волосяной щеткй
9.	Процесс нанесения слоя покрытия толщиной 0,2—0,25 мм *
следует производить в три-четыре приема с подсушкой и обме-
танием щеткой каждого промежуточного слоя Толщина слоя
покрытия под трафаретом обычно 0,1 мм, по всей рабочей по-
верхности матриц и фильтра 0,2 мм, на поверхностях, образую-
щих полость промывника — 0,3 мм.
Толщину слоя целесообразно замерять щупом, снабженным
индикаторной головкой.
10.	(Внутренняя поверхность литниковой втулки, литниковые'
ходы, выполненные в плите, и кольцевой поясок, образующий
коллектор, окрашивать посредством кисти более толстым слоем,
порядка 0,4—0,6 мм и более густой краской.	, -
11.	Очистить наждачной бумагой неокрашиваемые поверх-
ности от попавшей на них краски и обдуть сжатым воздухом.
210	Г
'Чу*' • .
К '12. Вторично проверить плотность стыка и легкость лереме-
е'-.едения подвижных .частей матриц, а также убедиться в безот-
» казной работе электрических контактов-датчиков.
В. Сборка
13	. Подогреть матрицы до 250—300°.
14	Установить на подставку сырой песчаный или оболочко-
вый стержень Сколы, трещины и осыпавшиеся участки на по-
верхности стержня не допускаются. Холодильники не должны
иметь качки и оголенных мест
15	Обдуть стержень слабой струей сжатого воздуха и уста-
новить его в углубление плиты матриц на центрирующие
шпильки.
16	Закрыть матрицы, запереть винтовые замки и довести
до упора подвижные металлические вставки.
17	Закрыть половинки тормозящего фильтра и запереть
винтовым замком.
18	. Установить ступенчатую, отъемную часть фильтра и,
надавив на нее сверху, утопить кольцевой выступ в торец сыро-
го стержня или в уплотнительную засыпку на заглушке оболоч-
кового стержня Запереть накидные скобы фильтра.
Г. Получение литой детали
г.	19 Настроить приборы управления заливкой на необходимый
г	технологический режим в соответствии	со сводной технологиче-
£	ской картой.
f 20. Проверить подготовленность транспортных средств, при-
	способлений и инструмента.
£	21. Поднять температуру металла и матриц до необходимой
22. Подать металл в форму, нажав кнопку «Заливка». Обра-
J щать внимание на плавность подъема давления в тигле и на
i интервал между включениями сигнальных ламп на щите уп-
*	равления.
; При наличии отклонений от заданного режима отрегулиро-
£ вать соответствующий прибор.
s 23. После технологической выдержки и сброса давления в
; тигле подорвать и вынести до упора подвижные вставки мат-
риц и отпереть замки.
!.*	24. Ломиком или эксцентриковым механизмом подорвать
* центральную часть фильтра и удалить ее за пределы формы.
*	25 Последовательно раскрыть половинки корпуса фильтра
Г и матриц, заводя ломик в специальный паз и, включив меха-
г низм разъема, развести матрицы до упора »
26. Удалить отливку из плиты, опираясь съемником в спе-

циальные приливы.
IV
211
®* fcJH 4*/^	-*	%	;* ” /	,4'<s	'	\	’
к1 г ► . v x . v	(	'
27. За проушину каркаса поднять отливку в вертикальном
направлении, удалить за пределы формы и уложить на песча-
ную постель.
28. При наличии зазоров очистить головку металлопровода
и литниковую ©тулку стальным скребком.
29 Закрыть отверстие литниковой втулки металлической
Фиг. 137. Подготовка металлопровода и
тигля к работе:
/ — пробка, 2—асбестовая прркладка, 3 —
головка металлопровода, 4 — металлопровод
5 — установочный винт, 6 — прокладка герме-
тизации.
/ — очистить щекой, протереть концами, //—
очистить шабером /// — резьбу очистить щет
кой, IV — окрасить асбестовой окраской, слой
толщиной 0 2—0 3 мм, V — очистить шабером
VI — резьбу очистить щеткой, VII — прове
рить чистоту, VIII — проверить прокладку
пробкой и очистить по-
лость формы от засоров,
сплесков и заливов, после
чего тщательно обдуть
сжатым воздухом.
30. Проверить чисто-
ту электрических контак-
тов и состояние слоя по-
крытия.
При отсутствии заме-
чаний приступить к
сборке формы для про-
изводства следующей от-
ливки.
Д. Заключительные
операции,
1. Выключить рубиль-'
цик силового питания,
закрыть вентиль сжатого
воздуха или инертного
газа, сбросить давление в
ресивере, запереть и по-
средством крана снять с
крышки тигля литейную
форму
2. Выполнить опера-
ции по очистке металло-
провода и тигл!я, показан-
ные на фиг. 137.
3. Отвернуть болты
крышки тигля, поднять
ее и отвести в сторону.
4. Слить остаток спла-
ва в изложницы и очи-
стить поверхность тигля
скребком.
Примечания а) нанесение слоя защитного покрытия на внутреннюю
поверхность тигля производить при температуре тигля не свыше 200°,
б) при отливке деталей из магниевых сплавов необходимо не реже 2 раз
в месяц очищать от окиси магния трубопроводы и клапанную систему сброса
давления.
212
11.	Оснащение рабочего места
При организации участка литья тонкостенных деталей не-
маловажное значение имеет укомплектование рабочего места
необходимым оборудованием, оснасткой, приспособлениями и
материалом
Нужно стремиться к тому, чтобы под рукой рабочего было
все, что нужно ему для выполнения производственных операций,
чтобы ему не приходилось в поисках нужного инструмента бе-
гать по цеху и часто, как это встречается в цеховых условиях,
применять явно несоответстующий инструмент или самодельные
приспособления
Условия охраны труда и техники безопасности определяют
целый ояд мероприятий, направленных к предупреждению про-
изводственного травматизма и облегчению труда рабочих Одна-
ко часто приходится быть свидетелем игнорирования этих
разумных мероприятий как со стороны технического персонала,
так и самими рабочими
Приступая к организации участка литья под низким давле-
нием, желательно ориентироваться на следующий, элементарно
необходимый перечень комплектности, который может видоиз
меняться в зависимости от местных условии и характера произ-
водства.
Оборудование
1	Литейная установка
2	Баллоны с инертным газом (для магниевых сплавов)
3	Установка для вакуумной дегазации сплава
4	. Установка для изготовления оболочковых стержней
Оснастка
1	Сменные полуметаллические и металлические литейные
формы
2	Металлические стержневые ящики
3	Каркасы для сырых стержней
4	Металлические холодильники в необходимом количестве
Приспособления
1	Приспособление для захвата литеиной формы при транс-
портировке
2	Приспособление для склейки и подсушки оболочковых
стержней
3	Приспособления для калибровки сухих стержней
4	Приспособления для обрезки литниковой системы
5.	Приспособления для зачистки отливок.
6	Трафареты для нанесения теплоизоляционного покрытия
15 В К Бедеть	213
7.	Изложницы для слива остатков сплава.
8.	Воронка для заливки сплава в тигель.
9.	Пульверизатор для окраски матриц.
10.	Пульверизатор для разделительной эмульсии.
11.	Ящик металлический с ячейками для холодильников.
Инструмент
1.	Съемник для удаления металлопроводов.
2.	Съемник для подрыва отливки из плиты формы.
3.	Съемник для удаления отливки за пределы формы
4.	Захват для установки стержней.
5.	Ключ накидной для головок металлопроводов.
6.	Ключ для заглушек металлопроводов.
7.	Ключ торцовый для крепления формообразующего набора.
8.	Ключ накидной для гаек крышки тигля.
9.	Ключ торцовый для контрольных пробок блока клапанов
системы автоматики.
10.	Ключ разводной для соединения трубопроводов.
11.	Скребок для чистки металлопроводов.
12.	Скребок для чистки тигля.
13.	Молоток слесарный.
14.	Зубила удлиненные для удаления заливов.
15.	Молоток деревянный.
16.	Кисть щетинная для окраски литниковой системы.
17.	Щетка проволочная.
18.	Щетка-сметка.
19.	Щуп плоский для контроля зазоров.
20.	Ломики для подрыва матриц.
21.	Ковш для остатков сплава.
Материалы
1.	Сплав рабочий.
2.	Материалы для изготовления стержней
3.	Краска теплоизоляционная жидкая.
4.	Краска теплоизоляционная густая.
5.	Графит порошковый.
6.	Эмульсия разделительная.
7.	Краска для тигля.
8.	Бумага наждачная.
12.	Условия техники безопасности
1.	Проверять надежность заземляющего устройства каркаса
установки и заземляющей шинки на плите кокиля.
2.	Периодически, не реже одного раза в 2 месяца, вынимать
тигель и удалять окалину.
214
Одновременно проверять состояние спиралей и футеровки
Утонение стенки тигля меньше 20 мм не допускается.
3.	Следить за состоянием проводов и контактов, соединяю-
щих электронагреватели кокиля с понижающим трансформато-
ром, перегибы провода, нарушение изоляции, искрение и чрез-
мерный нагрев не допускаются.
4.	Не повышать давление в разогретом тигле и в ресивере
свыше 0,6 кГ/см2. Не реже двух раз в месяц проверять исправ-
ность предохранительных устройств.
5.	Во время подачи сплава в форму отойти от установки на
1,5—2,0 м во избежание ожога при случайном выплеске метал-
ла через неплотности стыка матриц и через лабиринтный
фильтр.
6.	Во время заполнения тигля сплавом открыть кран, сооб-
щающий полость тигля с атмосферой.
7.	Не производить работы под поднятым над уровнем пола
кокилем. В случае необходимости такой работы под плиту сле-
дует установить прочные козлы.
8.	Тщательно следить за креплением троса при демонтаже
матриц с плиты.
9.	При производстве отливок из магниевых сплавов ежеднев-
но до начала работы продувать клапанную систему и трубо-
проводы сжатым воздухом для удаления конденсированной
влаги.
10.	До подачи давления в тигель с жидким сплавом убе-
диться, что все замки матриц заперты, а подвижные вставки
доведены до упора и также заперты.
11.	По окончании работы выключить электропитание и сооб-
щить ресивер с атмосферой.
12.	Все остальные операции производить на основе общих
правил техники безопасности для литейных цехов i(заливка и
вычерпывание металла, очистка горячего тигля, замер темпе-
ратуры металла и т. п.).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Перспективы дальнейшего развития литья под низким
давлением
Каждый новый технологический процесс, в том числе и литье
под низким давлением, следует рассматривать в состоянии по-
стоянного совершенствования. Поэтому, давая описание процес-
са в том виде, как он выглядит сегодня, необходимо заглянугь
в завтра и постараться найти для него еще более широкую об-
ласть применения.
15*	215
Получение оболочковых отливок*
Одним из реальных направлений дальнейшего развития
литья под низким давлением будет получение оболочковых от-
ливок.
Оболочковая отливка представляет собой очень тонкие стен-
ки, пространство между которыми в дальнейшем может быть
заполнено другим материалом, (например пенопластом.
На фиг. 138 схематически показана металлическая охлажда-
Фиг 138 Схема установки для получения
оболочковых отливок
емая форма — кристалли-
затор с рабочей полостью
в виде щели прямоуголь-
ного сечения.
По металлопроводу /,
через коллектор 2 в по-
лость формы 3 поступает
жидкий сплав. Сплав мо-
жет перемещаться под
действием избыточного
газового давления на
зеркало сплава, находя-
щегося в герметически
закрытом тигле, а также
и за счет вакуума, созда-
ваемого в камере 4. За-
полнив форму, сплав на-
чнет переливаться из нее
через стержневую ил!и
керамическую насадку 5
в резервуар 6*. Во время
движения сплава на по-
верхности кристаллизато-
ра будет формироваться
тонкая металлическая ко-
рочка — оболочка. Тол-
щина этой корочки зави-
сит от управляемых фак-
торов:
1) от интенсивности
теплоотвода металличе-
ской формы кристаллиза-г
2)
тора;
от теплосодержания
в сплаве, в свою очередь зависимого
от температуры перегрева
и от количества сплава, протекаю-
щего через кристаллизатор;
3) от температурного интервала кристаллизации сплава.
Следует отметить, что заполнение полости кристаллизатора
* Авторское свидетельство № 129305 класс 31с 25oi
216
сплошным потоком большого сечения исключает такие литей-
ные дефекты, как незаливы, неспаи, трещины, ужимины и по-
ристость.
Следовательно, можно ожидать, что литая оболочка будет
однородной, очень плотной и равномерной по толщине. Устано-
вив электрический контакт — датчик 7 на определенную высоту,
ограничивающую уровень переливаемого сплава, включается
исполнительный механизм, который сообщит канал 8 с ресиве-
ром избыточного давления, а полость тигля с атмосферой. При
этом в металлопровод через пористый стержень 9 поступит под
избыточным давлением инертный газ. При совместном дейст-
вии вакуума и давления инертного газа жидкий сплав, за-
полнивший полость кристаллизатора, переместится в резер-
вуар 6, оставив на поверхности кристаллизатора отформованную
оболочку. Процесс получения оболочковых отливок допускает
автоматическую последовательность технологических операций.
Оболочковые отливки с пенопластическим наполнителем
найдут широкое применение в изделиях, где требуется малый
объемный вес и высокая тепло- и звукоизоляция.
К таким изделиям можно отнести корпусы холодильников,
спасательные средства, буйки, понтоны, лодки, детали строи-
тельных конструкций, изотермические контейнеры и т. д.
Получение конструкций с пенометаллическим
наполнителем*
Другим направлением, имеющим также большие возмож-
ности практического применения, будет получение пенометал-
лических конструкций, состоящих из тонкостенных оболочек (ли-
тых или изготовленных из листового проката), внутреннее про-
странство которых заполнено пенометаллом удельным весом
меньше единицы.
Пенометаллический наполнитель должен молекулярно сое-
диняться с оболочкой и составлять с ней одно целое. Известны
способы получения пенометалла, когда в жидкий сплав в опре-
деленном температурном интервале вводится специальное газо-
образующее вещество (гидрид). Будучи равномерно распреде-
лены в массе металла, частички гидрида при повышении тем-
пературы разлагаются с выделением большого количества газа.
В то же время сведения о получении пенометалла не как ма-
териала, а как составной части монолитной пенометаллической
конструкции, — отсутствуют.
На фиг. 139 показана одна из возможных схем установки
для приготовления пенометалла и заполнения им тонкостенной
оболочки с использованием принципов литья.под низким давле-
нием.
Рабочий сплав из плавильной печи заливается в металло-
* Авторская заявка № 705756
217
to
00
л-д
Фиг. 139. Схема установ-
ки для получения тонко-
стенных отливок с пеио-
металлическим .наполни-
телем:
а —душирующая охлаждаю-
щая система, б — слой спе-
циального припоя, в — обо-
лочка из теплопрочного
сплава. г— зона формообра-
зования и охлаждения, д —
индуктор с бегущи м м а г -
нитным полем, е — зона пе-
нообразования, ж—меха-
низм подачи гидрида, з —
рабочий сплав, и — подача
инертного газа (при отвер
нутом штуцере заливка ра-
бочего сплава), к— зонолпг.
л— верхний уровень сплава.
приемник установки через канал, закрываемый штуцером. Ме-
таллоприемник 1 имеет прямоугольную форму, снабжен пере-
городкой 2, не доходящей до откидного дна, и помещен в обо-
гревающее устройство 4 с нагревательными элементами 3.
Металлоприемник герметично соединен с смесительно-дози-
рующим устройством 5, несущем крыльчатки 6, вращающиеся
навстречу друг другу. Смесительное устройство соединено с пли
той 7, служащей крышкой нагревательного устройства. Гидрид
засыпается в прямоугольный магазин В и при вращении эксцен-
триков 14, приводящих в действие дозирующее устройство б,
поступает в канал металлоприемника через щель а. Равномер-
ность подачи гидрида обеспечивается тем, что щель а выпол-
нена по всей длине смесителя. Над плитой 7, являясь продол-
жением смесителя, установлен пенообразователь 8, снабженный
расширяющимся вниз прямоугольным каналом и заключенный
в индукционный нагреватель 9.
В основании смесителя установлен электроконтактный дат-
чик 15 На пенообразователь устанавливается заранее изготов-
ленная оболочка /2, сделанная из требуемого материала, при-
чем внутреняя поверхность оболочки покрывается слоем спе-
циального припоя.
Оболочка нагревается индукционным нагревателем //, сов-
мещенным с охладительным душирующим приспособлением.
Для стока охлаждающей жидкости предназначен лоток 10.
Вся система укрепляется поворотной скобой 17, вращающей-
ся на шарнире 21 и несущей прижимное устройство 13. На по-
воротной скобе также находится датчик 19, электрически изо-
лированный от скобы и имеющий приспособление 20 для под-
рыва конической иглы датчика из пенометалла, заполнившего
оболочку. Пружинный контакт датчика оканчивается клем-
мой 18 для включения датчика в электросхему. Замена крыль-
чаток смесителя и очистка его после работы осуществляются
при удалении торцовых крышек 16, после чего крыльчатки сво-
бодно могут быть вынуты.
Последователъность технологических операций
Под действием давления газа сплав начнет вытесняться из
металлоприемника в рабочую полость установки, где, замкнув
собой электрический датчик 15, приведет »в действие дозирую-
щий и смесительный механизмы. Количество гидрида, скорость
подъема сплава и интенсивность перемешивания регулируются
в значительном диапазоне, обеспечивая заданное соотношение
сплав — гидрид, а отсюда и необходимую величину пористости.
Смесь сплава с гидридом вытесняется в полость пенообразо-
вателя, где под действием индукционных токов происходит ее
нагревание до температуры распада гидрида, а выделившийся
при этом газ осуществляет вспенивание сплава. При дальней-
шем движении пенометалл поступает в полость оболочки и по
220
мере его подъема включаются последовательно витки индуктора,
осуществляя расплавление припоя и соединяя пограничные слои
пенометалла с оболочкой.
Пенометалл, заполнив оболочку, замкнет собой верхний дат-
чик 19, который осуществит следующие операции:
1)	отключит индукционный нагреватель 11;
2)	откроет подачу охлаждающей жидкости;
3)	выключит механизмы смесителя и дозировки гидрида;
4)	сбросит давление в металлоприемнике.
После снятия давления остатки сплава в смесителе и пено-
образователе сливаются обратно в металлоприемник, а газ из
металла, находящегося в пенообразователе, удаляется в атмос-
феру.
Освободив прижимную скобу, удаляют готовую конструкцию
и вставляют следующую оболочку.
Автор предупреждает, что оба технологические процесса и
конструкция установок являются только проектом, реализация
которых возможна в ближайшие годы.
2.	Зарубежный опыт литья под низким давлением
Пример первый. В английском журнале «Machinery» в ян-
варском и февральском номерах за 1955 г. опубликована статья-
Loxv pressure die casting of large cask (литье больших резер-
вуаров методом низкого давления), а в сентябрьском номере
того же журнала статья: The lowpressure process (процесс
литья под низким давлением) с описанием практики литья под
низким давлением на специализированном заводе компании
«Алумаск», на котором этот вид литья является основным про-
изводством *.
Авторы статей подчеркивают, что новый метод литья имеет
большие перспективы в силу своей экономичности при малых
капитальных затратах. В то же время возможности его очень
значительны, что иллюстрируется большой номенклатурой раз-
личных деталей, производство которых фирмой освоено.
Фирма «Алумаск» производит отливки из алюминиевых
сплавов весом от 14 унций до 45 фунтов (от 393, г до 20 кг).
При производстве крупных отливок тигель печи пополняется
сплавом после четырех циклов. Отливки, полученные под низ-
ким давлением, имеют незначительную литниковую систему, что
существенно упрощает и удешевляет процесс.
Металлические матрицы и стержни обогреваются газовыми
горелками, а рабочая поверхность их покрывается специальной
теплоизолирующей краской «Дукоте-140». На фиг. 140 показана
литейная установка, предназначенная для отливки резервуаров
диаметром 700 мм и высотой 950 мм, собираемых из двух по-
* Гидродинамические и теплофизические параметры процесса и способы
управления ими в статьях не приводятся
221
ловинок 'И соединяемых посредством аргоно-дуговой сварки.
Для удобства обслуживания установки ее нагревательное уст-
ройство с тиглем установлено в приямке и немного выступает
над уровнем пола цеха. Заполнение тигля 'рабочим сплавом
производится через отверстие А, закрываемое резьбовой проб-
кой. Металлическая матрица В имеет отъемные части С, укреп-
Фиг 140 Установки фирмы «Алумаск» для получения
крупногабаритных отливок
ляемые зажимами D Охлаждение отливки ускоряется сжатым
воздухом, поступающим в центральный металлический стержень
через штуцер G, На фиг. 141 показан момент удаления из фор-
мы отлитой половинки резервуара. Поднятая вверх кольцевая
часть матрицы дошла до упора на направляющих колонках, а
металлический стержень, продолжая свой подъем, вышел из
отливки.
На фиг. 142 представлены образцы разнообразных отливок,
222
получаемых фирмой «Алумаск» литьем под низким давлением
из алюминиевых сплавов. Отливки имеют тонкие стенки и чи-
стую внешнюю [поверхность.
Пример второй. Английский журнал «Machinery» в но-
ябрьском номере за 1958 г. т. 93 № 2402 (стр. 1245—54) по-
местил статью «Die casting Elektrical Components», в которой
описывается опыт фирмы «Метрополитен Виккерс Электрикал
Компани» (Манчестер), применившей литье под низким давле-
нием для получения из алюминиевых сплавов и бронзы деталей
электрических машин. Подачу сплава в полость литейной фор-
мы фирма осуществила с применением поршневого давления.
На фиг. 143 показана литейная установка, состоящая из
опорной конструкции, несущей плиту, в
стакан, предназначенный для жид-
кого сплава. Дном стакана являет-
ся подвижной плунжер пневматиче-
ского цилиндра, укрепленного под
плитой. Перед началом работы в
приемный стакан для уменьшения
юплоотдачи сплава помещается ас-
бестовая прокладка (Z), после чего
заливается порция жидкого сплава,
устанавливается литейная форма и
подается давление в цилиндр. Под-
нимающийся поршень вытесняет
сплав в полость формы Прижим
формы к стакану производится по-
воротным рычагом А, имеющим
эксцентрик. На фиг. 144 показаны
образцы бронзовых отбивок разме-
ром около 150 мм, полученные лигь-
центре которой имеется
141 Удаление отлитэи
детали
ем под низким давлением.
Пример третий. Источник «Ме- Фиг
chanical Engineering» 1954 г. т. 76,
№ 2. В связи с резким повышением
требований железнодорожного транспорта фирма «Гриф-
фин Уил Ко» (США) разработала способ отливки
стальных колес для товарных вагонов литьем под
низким давлением в постоянные графитовые формы.
Графит может противостоять термическому удару от действия
расплавленной стали без образования трещин, он обладает низ-
ким коэффициентом теплового расширения и не склонен к ко-
роблению даже при значительном изменении температуры. Схе-
ма установки фирмы показана на фиг. 445 Ковип с жидкой
сталью емкостью 8 т, рассчитанный на отливку 20 колес, поме-
щен в герметичную камеру с крышкой, через которую проходит
огнеупорный металлопровод. В камеру подается сухой сжатый
воздух под давлением 2 кГ/см?. Вытесняемый сжатым воздухом
223
металл поднимается по металлопроводу и заполняет полость
формы. Верхняя часть формы имеет три открытых прибыли диа-
метром 100 мм с установленными в них электрическими контак-
тами. При заполнении прибыли металлом срабатывает реле и
приводит в действие механизм, закрывающий литниковую втул-
Фиг. 142. Образцы отливок фирмы «Алумаск».
ку металлопровода и прекращающий подачу давления в камеру.
После окончания выдержки, необходимой для затвердевания
отливки, литейная форма отводится в сторону, а на ее место
устанавливается другая. Процесс подачи давления в камеру
224
Фиг 144 Образцы отливок из бронзы
Фиг 143
Установка фирмы «Метропо-
литен Виккерс» 
регулируется автоматически посредством программного регу-
лятора.
Материал для металлопровода еще окончательно не подоб-
ран.
В настоящее время применяют стальную трубку, заполнен-
ную «тулками, отформованными из смеси глины и графита.
Втулки укрепляются в трубе специальным цементом, которым
Фиг. 145. Схема установки фирмы «Гриффин Уил Ко».
/ — винт для подъема и опускания формы, 2 -g- цилиндр для зажима формы, 3 — шь
линдр для управления пробкой, 4 — передаточная тележка, 5 — контуры ступичного от
верстия, вырезаемого автогеном, 6 — пробка, 7 — прибыль диаметром 100 мм, 8 — гильза
из песчано-смоляной смеси, 9 —графитовая форма, 10 — гидравлические зажимы крыш
ки, // — уровень пола литейной, 12 — изоляция, 13 — крышка, 14 — герметически закры
ваемая камера, 15 — ковш с жидкой сталью, 16 — огнеупорная трубка, 17 — разделитель
ная пластина, 18 — подача сжатого воздуха
также предохраняется от разъедания и наружная поверхность
трубы. Колеса отливают из стали, содержащей 0,65—0,75% С,
0,60—0,85% Мп, не менее 0,15% Si, до 0,05% Р и до 0,05% S.
Температура стали в ковше 1730°. Для предотвращения излишне
быстрого остывания стали в ковше на ее поверхность насыпают
слой песка. Процесс получения 20 колес занимает около 20 мин.,
включая сюда и время, необходимое для замены литейных форм.
Давление в камере повышается со скоростью 0,46 кГ!см2 в
секунду до того момента, когда металл поступит в форму, после
чего давление уменьшается до скорости 0,23 кГ/см? в секунду.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие....................... ......................
Глава I. Сущность процесса литья под низким давлением .
Глава II. Особенности и параметры технологического процесса
1.	Величина рабочего давления ........................
2.	Скорость движения сплава в металлопроводящей системе
3.	Торможение потока сплава после заполнения им полости
4.	Кристаллизация сплава в полости формы ....
5.	Вентиляция литейной формы.........................
6.	Вакуумная дегазация сплава........................
7.	Сокращение размеров отливки при усадке
8.	Размерная точность отливок........................
9.	Чистота поверхности отливок.......................
10.	Контроль механических свойств материала отливки
Глава III. Специфические виды литейного брака ....
1.	Разобщенный поток..................................
2.	Пригар механический...............................
3.	Следы и раковины газовые .	.................
4.	Пористость усадочная........................ .
5.	Загорание отливки........................... ....
6.	Газовый барботаж..............................  .
Глава IV. Экспериментальная литейная установка ....
1.	Металлоприемное устройство ........................
2.	Конструкция металлопровода........................
3.	Расчет диаметра металлопровода.................
4	Конструкция литниковой системы.....................
5.	Типовая конструкция литейной формы .....
6	Конструкция тормозящего фильтра....................
7.	Стержни песчаные сырые......................
8	Стержни оболочковые ............................
Г лава Конструирование технологической оснастки
1.	Конструктор или технолог .	.	....
2.	Выбор технологического процесса...................
3.	Технологичность литых деталей .	.	...
4.	Составление чертежа отливки .	.....
5.	Основы конструирования............................
6.	Типовые конструктивные элементы технологической осщ
7.	Контроль рабочих чертежей.....................
Глава VI. Автоматизация технологических переходов
1. Экспериментальная схема системы автоматики
2 Недостатки экспериментальной схемы..................
3.	Величины регулируемых параметров.........................142
4.	Схема автоматики промышленного типа......................143
5.	Автоматическое удаление металлических стержней .... 157
6.	Пути усовершенствования системы автоматики...............159
Глава VII, Специальное оборудование...............................163
1	Литейная установка ЛНД-1..................................163
2	. Машины для изготовления оболочковых	стержней .	.	.176
Г лава VIII. Практические рекомендации............................185
1.	Доводка технологической оснастки.........................186
2.	Учет результатов опытных работ при освоении технологичес-
кого процесса...............................................194
3.	Производственные сведения................................201
Заключение........................................................215
1. Перспективы дальнейшего развития литья под низким давлением 215
2. Зарубежный опыт литья под низким	давлением .... 221
Владимир Константинович Ведель
ЛИТЬЕ ПОД НИЗКИМ ДАВЛЕНИЕМ
Редактор издательства инж. А‘ И. Сиротин
Техн редактор Л. П. Гордеева	Корректор А. М, Усачева
Сдано в набор 3/VIII 1930 г. Подписано в печать 23/1 1961 г. Формат бумаги 60x927i,
Печ. л. 14,25	Бум. л. 7,13 Уч.-изд. л. 13,8 Тираж 10000 экз. Т-01837
Заказ № 486
Московская типография Госгортехиздата. Москва, Ж-88, Южно-портовый 1-й пр., 17.