Технология изготовления оболочковых форм заключается в следующем.Односторонняя модельная плита нагревается до температуры 200—300°. Нагретая плита опрыскивается разделительной смазкой. Песчано-смоляная смесь засыпается на горячую плиту сверху и выдерживается в течение 15—20 сек. Смесь, не приставшая к модели, ссыпается. Плита с налипшей на ней смесью помещается в печь спекания оболочки. Затвердевшая оболочка снимается с плиты с помощью толкателей. Готовые оболочковые полуформы соответственно спариваются — скрепляются или засыпаются опорными материалами в виде песка или металлической дроби, заливка производится обычным способом.

При литье в оболочковые формы возможно:

• получение более частой и гладкой поверхности
• повышение точности отливки,
• уменьшение брака по засорам,
• качественное заполнение более тонких сечений.

Применение этого способа литья позволяет:

• Значительно сократить расход формовочных и стержневых материалов.
• Использовать простую оснастку и значительно уменьшить затраты на оборудование.
• Упростить механизацию и автоматизацию процесса изготовления формы.

Формовочные материалы

Смесь для оболочковых форм представляет собой сухую сыпучую массу, состоящую из песка и термореактивной смолы. Песок для оболочковых форм должен обладать текучестью и огнеупорностью; газопроницаемость является второстепенным свойством. Наилучшую текучесть имеют сухие кварцевые пески с низким содержанием глины; влага, глина и мелкая таль снижают текучесть песка. По степени огнеупорности применяются пески в зависимости от температуры заливаемого металла (стали 1450—1550°; легких сплавов 700— 800°). Зернистость песка определяет чистоту поверхности отливок. Для оболочковых форм следует применять пески с размером зерен 0,25 — 0,050 мм. Желательно иметь песок с возможно более равномерным распределением фракций.

В качестве связующих материалов применяют искусственные термореактиные смолы, которые при нагреве сначала размягчаются, затем твердеют и необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Эти смолы должны отличаться термостойкостью, иметь высокую скорость отвердевания, высокую температуру разложения, малую газотворную способность и низкую токсичность.

Распространенным связующим материалом является «пульвербакелит» представляющий собой мелкий порошок из смеси новолачной фенольно-формальдегидной смолы с уротропином. Пульвербакелит легко смешивается с песком в обычных бегунах и в смесителях различных конструкций Смесь может храниться в течение длительного времени, при этом свойства ее не изменяются. Также используются и другие феноло-формальдегидные смолы: жидкий бакелит, анилино-феноло-формальдегидные, феноло-крезоло-формальдегидная, и т.д

Формовочные смеси

Качество приготовления формовочной смеси определяется степенью равномерного распределения связующего, по поверхности зерен песка. Для достижения этого просушенный и просеянный песок (сушка при температуре 150—220° в течение 2—3 час.) сначала перемешивается с увлажнителем, затем вводится сухая смола Песок смешивается со смолой в лопаточных, шнековых и других смесителях в течение 5—8 мин. В качестве увлажнителей применяются керосино-машинное масло, жидкий бакелит, фурфурол и другие вещества. Применение увлажнителей дает возможность предотвратить или уменьшить разделение смеси по удельному весу во время обсыпки модели.

Модели

При изготовлении оболочковой формы модель не только создает нужную конфигурацию, но и непосредственно участвует в процессе формирования оболочки.Большое значение имеет теплоемкость модели, которая в основном определяет толщину оболочки. Модель должна быть массивна, чтобы сохранять запас тепла, необходимый для образования оболочки. Наилучшими для моделей являются чугун (особенно для сложных отливок) и среднеуглеродистая сталь; употребляются также бронза и алюминиевые сплавы.Точность и чистота поверхности отливки во многом зависят от точности и чистоты поверхности модели, поэтому модели изготовляют на два класса выше .точности отливок. Чистота оформляющих поверхностей модели должна быть 8—10-го класса; для повышения чистоты поверхности и качества стальных моделей их подвергают хромированию а также чтобы увеличить площадь толкания, иногда целые участки моделей делают подвижными и используют как толкатели.

Для точного фиксирования полуформ во время сборки применяют фиксаторы. Наибольшее распространение получили фиксаторы типа выступ — впадина. В механизированных установках в работе находится одновременно несколько модельных плит.

Оболочковые формы

Процесс изготовления оболочковых форм состоит из следующих операций: нагрев плиты, опрыскивание плиты разделительным составом, обсыпка, спекание оболочки и съем оболочки с модели. В соответствии с этим оборудование для изготовления оболочковых форм состоит из нагревательной печи, пульверизатора, опрокидывающегося бункера и съемного станка.

Для нагрева модельных плит и спекания оболочек применяются нагревательные печи — электрические или газовые. Постоянство температуры печи обеспечивается автоматически терморегуляторами. Температурный режим печи может быть в пределах 250—500°. Разогрев подмодельных плит в той же печи, в которой происходит спекание оболочки, не удобен. Интенсивное охлаждение плиты при образовании оболочки приводит часто к необходимости повторных ее нагревов, что вызывает трату времени. Поэтому чаще применяют плиты с постоянным электронагревом.В качестве разделительных смазок применяют раствор мазута в керосине в соотношении 1 к 3, суспензию из алюминиевого порошка в смазочном мыле, горный воск, графитовую эмульсию в керосине и др.

Для изготовления оболочковых полуформ приняты два .способа обсыпки — бункерный и рамочный. При бункерном способе нагретая плита накладывается на бункер моделями вниз, закрепляется и поворачивается вместе с бункером на 180° Смесь, находящаяся в бункере, падает на модель и давит на нее своим весом. После выдержки (15—20 сек.) бункер поворачивают обратно, и не прилипшая смесь падает на дно бункера. При рамочном способе смесь засыпают из верхнего бункера на горячую плиту, на которой укреплена рамка. После выдержки плиту вместе с рамкой поворачивают на 180° для ссыпания излишней неприставшей смеси в ящик подплитой. Толщина оболочки зависит от температуры плиты и времени выдержки плиты под смесью. Окончательное отвердение (спекание) оболочки осуществляется в нагревательной печи. Максимальная прочность и возможность хорошего съема оболочек достигаются правильным температурным режимом спекания. Для отвердения оболочки толщиной 4—.6 мм при температуре 300° достаточна выдержка в печи в течение 40—60 сек.

Готовая оболочка снимается с модельной плиты на съемном столе, все операции производятся вручную. Более рациональная организация труда возможна при работе на сдвоенной установке. Сборка и заливка форм готовые полуформы склеиваются или скрепляются механическим способом. Оболочки, смазанные клеем, должны плотно прижиматься друг к другу; Для того чтобы уменьшить возможное коробление оболочки, устранить зазор по плоскости разъема и обеспечить прочную и плотную склейку полуформ..

В массовом производстве для склейки применяются многопозиционные прессовые машины конвейерного типа. Представляет интерес вакуумная склейка: при разряжении между резиновыми диафрагмами наружное давление воздуха равномерно обжимает форму по всей поверхности. Для заливки форм без засыпки опорным материалом применяются приспособления, прижимающие оболочки друг к другу. Засыпка форм опорными материалами производится с помощью специальных контейнеров — металлических ящиков на две и более формы. При применении формовочной смеси вместо контейнеров используются обычные опоки.

Особенности литья в оболочки

Отливки из алюминиевых сплавов типа силуминов получаются весьма высокой чистоты, без следов пригара, но они очень чувствительны к изменению величины зерен песка. Небольшое содержание в смеси песка более грубых фракций приводит к появлению ряби и раковинок, хорошо заметных на белой блестящей поверхности. Отливки, быстро очищенные от оболочки, имеют светлую поверхность. Если же отливки длительное время не выбиваются из форм, на их поверхности образуются темные пятна и полосы. Такие же пятна появляются на отливках, залитых чрезмерно горячим металлом. При заливке алюминиевых сплавов, формы мало разрушаются, смола разлагается не очень интенсивно, и газообразные продукты распада не воспламеняются. Отливки из медных сплавов (кремнистой латуни и алюминиевой бронзы) получаются гладкими, без пригара, и менее чувствительны к зерновому составу песка, чем алюминиевые сплавы. На поверхности отливок почти всегда бывает темный налет.Высокая жидкотекучесть медных сплавов дает облои толщиной до 0,5 мм в местах разъема формы и в зазорах знаковых частей. Склейка полуформ приводит к уменьшению облоев. При заливке разложение смолы идет более интенсивно.

Чугун является весьма удобным материалом для литья в оболочковые формы, так как к зерновому составу песка он не так чувствителен, как медные сплавы. Отливки получаются чистыми, гладкими, без облоя. Лишь на очень массивных сечениях высоких отливок бывает пригар. Отливки не получают отбела даже в тонких сечениях. Связующее интенсивно выгорает и формы теряют механическую прочность.

При литье стали предъявляются повышенные требования к огнеупорности оболочковой формы. Необходимо применять только мелкие кварцевые пески с низким содержанием глины, примеси щелочей и окислов. Количество флюсующих примесей окислов натрия и калия, а также магния и кальция не должно быть в сумме не более 2%. Вследствие высокой температуры заливки стали смола интенсивно выгорает с поверхности оболочки, и металл затекает в образовавшиеся поры между зернами песка. Кроме того, верхний слой формы начинает разрушаться раньше, чем образуется достаточно твердая корка отливки, в связи, с чем образуется механический пригар. У тонких и мелких стальных отливок пригар не наблюдается. Применение мелкого песка позволяет получить более плотные оболочки и исключить проникновение в них жидкого металла, что повышает чистоту поверхности отливок. Хорошие результаты дают смеси из хромомагнезита, однако он является дорогим материалом. Применяют также цирконовый песок, состоящий из 67% окиси циркония и 33% двуокиси кремния.

Отливки из магниевых сплавов, залитые в обычные оболочковые формы, имеют сильно окисленную темную, шероховатую поверхность со следами горения магния и значительным пригаром. После заливки оболочка целиком сохраняется и не теряет своей прочности. В связи с этим, а также из-за пригара выбивка отливок затруднена. Для устранения указанных недостатков в формовочную смесь вносят защитные присадки или на оболочковые формы наносят защитные покрытия. В качестве покрытия применяется спиртовой раствор борной кислоты, который наносится на холодную оболочку во избежание ее коробления.