Теория и технология литейного производства

Д.М. КУКУЙ
В.А. СКВОРЦОВ
Н.В. АНДРИАНОВ

ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ 
ЛИТЕЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА

ЧАСТЬ 2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК 
В РАЗОВЫХ ФОРМАХ

Допущено
Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебника для студентов высших учебных 
заведений по специальности «Машины и технология 
литейного производства»

Рекомендовано
Учебно-методическим центром
«Профессиональный учебник» в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности «Машины и технология
литейного производства»

2018

В 2 частях

 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»

УДК 621.74(075.8)
ББК 34.61я73
 
К89

Кукуй, Д.М.
Теория и технология литейного производства : учебник / 
Д.М. Кукуй, В.А. Скворцов, Н.В. Андрианов. В 2 ч. Ч. 2. 
Технология изготовления отливок в разовых формах. — Минск : 
Новое знание ; М. : ИНФРАМ, 2018. — 406 с. : ил. — (Высшее 
образование).

ISBN 9789854753294 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-004761-4 (ИНФРА-М, общий)
ISBN 978-5-16-004787-4 (ИНФРА-М, ч. 2)

Описаны различные технологии изготовления отливок в разовых 
формах. Рассмотрены ручные и машинные способы изготовления 
форм и стержней, способы заливки литейных форм, применяемые 
заливочные устройства и автоматические формовочные линии. 
Описаны варианты организации производства в формовочных и 
стержневых отделениях литейных цехов. Изложены основы конструирования литых деталей, проектирования и расчета литниковых систем 
и технологической оснастки для разовых форм и стержней.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Машины и технология литейного производства», магистрантов и аспирантов. Может быть полезен инженернотехническим 
работникам литейного производства.

УДК 621.74(075.8)
ББК 34.61я73

К89

 
© Кукуй Д.М., Скворцов А.В., 
Андрианов Н.В., 2011
 
© ООО «Новое знание», 2011

ISBN 9789854753294 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-004761-4 (ИНФРА-М, общий)
ISBN 978-5-16-004787-4 (ИНФРА-М, ч. 2)

Рецензенты:
кафедра «Технология и оборудование машиностроительного производства 
Витебского государственного технологического университета»;
заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства» 
Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого, кандидат технических наук, доцент Л.Е. Ровин

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Предисловие

Во второй части учебника «Теория и технология литейного
производства» описываются различные методы использования
формовочных и стержневых смесей, противопригарных покрытий в технологиях изготовления отливок в разовых формах.
Материал излагается в той же последовательности, как на практике происходит изготовление отливок: формовка и стержнеобразование, подготовка, ремонт, сборка форм, заливка их расплавом, кристаллизация и охлаждение отливок, их очистка, обрубка,
контроль качества. Описание этих процессов начинается с ознакомления с классическими способами ручной формовки в одной,
двух и более опоках. Особое внимание уделено таким нетрадиционным методам изготовления форм, как формовка с подрезкой, по вращающимся шаблонам, по скелетным моделям, кессонная формовка и др.
Изучение так называемых ручных методов формообразования
позволяет логически подвести читателя к технологиям изготовления форм с помощью современных машинных методов. Рассмотрены практически все известные современные способы формообразования, включая прессовые, динамические и комбинированные. Особое внимание уделено составам формовочных смесей,
применяемых при том или ином способе формовки. Наряду с этими
способами представлены новые возможности изготовления форм
с помощью вакуумнопленочной технологии и использования
сильных электромагнитных полей (магнитная формовка). Даны
примеры современных автоматических формовочных линий,
базирующихся на использовании различных методов формообразования. Описаны варианты организации производства в формовочных отделениях литейных цехов.
При изучении технологий изготовления стержней представлены конструкции стержневой оснастки для различных способов
изготовления стержней, процессы окраски, отделки, контроля качества и хранения стержней. Описаны технологические процессы
изготовления стержней с помощью ручных способов и с использованием пескодувных и пескострельных машин. Приведены примеры организации труда в стержневых отделениях как с индивидуальным, так и с массовым характером производства.

В учебнике достаточно подробно представлены сведения о способах заливки литейных форм и применяемых для этих целей
ручных, механизированных и автоматизированных заливочных
устройств. Особое внимание уделено технологическим процессам
обрубки, очистки и выбивки отливок с последующим контролем их качества и исправлением дефектов. Даны сведения о современном оборудовании, применяемом в этих технологических
процессах.
Отдельные главы посвящены основам конструирования литых
деталей, проектированию и расчету литниковых систем и технологической оснастки для разовых форм и стержней. При этом
представлены различные методы расчета литниковых систем для
отливок из цветных сплавов, чугунных и стальных отливок, изготавливаемых как в индивидуальном, так и в массовом производстве. Показаны особенности конструирования литниковых
систем, прибылей, дросселей для различных отливок и сплавов.
Изложение учебного материала завершается главой, посвященной экологическим проблемам, возникающим в литейном цехе
и за его пределами. В этой главе представлено много сведений
по номенклатуре и токсикологическим характеристикам основных вредных веществ, выделяющихся из стержневых и формовочных смесей в период изготовления форм и стержней и во время
заливки форм расплавом. Даны практические рекомендации по
улучшению экологической обстановки.
Учебный материал изложен в соответствии с программой дисциплины «Теория и технология литейного производства» для студентов вузов, обучающихся по специальности I36 02 01 «Машины
и технология литейного производства». Учебник предназначен
не только для студентов. Он будет полезен магистрантам и аспирантам, а также инженернотехническим работникам литейного
производства.

4
Предисловие

ТЕХНОЛОГИЯ РУЧНЫХ СПОСОБОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

Формовочная оснастка и инструмент

Формовка — это технологический процесс изготовления литейных форм, в основном определяющий качество будущей отливки.
В зависимости от типа производства, а также сложности отливки
существует экономическая и техническая целесообразность использования ручных, машинных или автоматизированных методов формовки. Как правило, в условиях единичного и мелкосерийного производства применяют различные виды ручной формовки,
отличающейся многообразием способов и приемов, позволяющих
получать разнообразные по сложности, массе и размерам отливки.
Различают следующие разновидности ручной формовки: в опоках, в почве, комбинированная (сочетающая элементы формовки
в опоках и в почве).
При ручном изготовлении литейных форм используются различные приспособления и вспомогательные устройства, называемые формовочной оснасткой: опоки, штыри, подопочные
плиты (щитки) и др.
Опоки — жесткие (прямоугольные, круглые или фасонные)
рамки (рис. 1.1), ограничивающие наружные очертания формы
и обеспечивающие выполнение различных технологических и
транспортных операций. В зависимости от массы опоки подразделяют на три категории:
1) ручные опоки массой без смеси до 30 кг;
2) опоки массой до 60 кг с устройствами для ручного и кранового подъема;
3) крановые опоки массой более 60 кг.
Для удобства транспортировки опоки имеют наружную отбортовку, необходимую, так же как и ребра (крестовины), для
увеличения жесткости, которая к тому же, наряду с внутренней
отбортовкой, предотвращает выпадение заформованной смеси
из опоки. Отверстия служат для облегчения опоки и удаления

11

1.1.

из формы газов в период заливки. Соединение опок при формовке и сборке обеспечивается штырями, которые вставляют в отверстия специальных приливов, куда запрессовывают стальные
втулки. Скобы, надеваемые на приливы, предотвращают подъем
верхней полуформы при заливке расплавом.

Изготавливают опоки обычно либо в литом (из чугуна, стали
или вторичных алюминиевых сплавов), либо в сварном (из литых стальных нормализованных элементов или из стандартного
проката), либо в сборном (из чугуна и стали) варианте.
Парные опоки должны плотно, без зазоров прилегать друг
к другу, для чего плоскости их разъема (лад опоки) необходимо
механически обрабатывать и не допускать наличия на нем остатков формовочной смеси, металла.
При выборе размеров опок следует учитывать, что чрезмерно
большие опоки приводят к бесцельной затрате труда на операции формовки и нецелесообразному расходу смеси. Малые же
размеры опок могут привести к уходу металла по разъему, продавливанию расплавом низа формы. В связи с этим при выборе
размеров опок для ручной формовки целесообразно пользоваться данными, приведенными в табл. 1.1.
Элементы центрирования опок включают штыри и втулки,
изготавливаемые, как правило, из сталей марок сталь 40–45, тщательно обработанные и закаленные до твердости НRС 40...45.
При этом втулки в зависимости от выполняемых функций подразделяются: на центрирующие, имеющие круглые отверстия,
и направляющие с прямоугольным или эллиптическим отвер6
1. Технология ручных способов изготовления литейных форм

Рис. 1.1. Опоки:
а — прямоугольная; б — круглая; в — фасонная

стием. При ручной формовке и сборке обычно применяют одни
и те же штыри, свободно вставляемые в приливы опок, или закрепляют штыри в верхней либо нижней опоке.

Таблица 1.1
Толщина слоя формовочной смеси на различных участках формы

Вид формы

Расстояние, мм

от модели
до стенки
опоки

от модели
до низа
формы

от модели
до верха

между отдельными
моделями

для нижней
полуформы
для верхней
полуформы

Сухие песчаноглинистые:
0,3 от высоты модели
полуформы

0,5 от высоты модели
полуформы
мелкие
20...30
50...75
35...60

средние
50...75
100...125
75...100

Сырыепесчаноглинистые:

средние
75...125
100...150 100...150
75...125
75...125

крупные
125...200
150...250 150...250
75...125
75...125

Подопочные плиты (щитки) — металлические или деревянные гладкие плиты, на которые устанавливаются транспортируемые к месту заливки собранные формы.
Металлические крючки (рис. 1.2), изготавливаемые из стальной проволоки диаметром 5...8 мм, служат для укрепления больших выступающих или свисающих частей («болванов») формы.
Один конец крючка обычно навешивают на крестовину, а другой располагают параллельно поверхности модели или разъему
формы. При этом крючки устанавливают не вертикально, а с наклоном в разные стороны. Высота крючков должна соответствовать размерам опоки и укрепляемого места с таким расчетом,
чтобы крючок не доходил до модели на 10...20 мм.
Деревянные колышки («солдатики») 4 (рис. 1.2) служат для
укрепления небольших выступающих частей формы. Обычно
их ставят в форму вертикально или с наклоном на расстоянии
10...20 мм от поверхности модели.

1.1. Формовочная оснастка и инструмент
7

Жеребейки (рис. 1.3) — различные по размерам и конфигурации металлические подставки, применяемые для фиксации необходимого положения стержней в форме. При изготовлении чугунных и стальных отливок используют жеребейки, изготовленные
из мягкой стали и подвергнутые лужению для предотвращения
ржавчины. При изготовлении бронзовых отливок применяют медные жеребейки, а алюминиевых отливок — алюминиевые. После
заливки формы жеребейки свариваются со сплавом и остаются
в теле отливки.
Литейные шпильки и гвозди служат для упрочнения отдельных частей формы в процессе ее отделки и ремонта. В случае
технологической необходимости их используют для повышения
теплопроводности смеси и ускорения процесса охлаждения отдельных частей отливки.
Холодильники (рис. 1.4) — это металлические приспособления, устанавливаемые при формовке на модель или после формовки в полость литейной формы. Они служат для ускорения
процесса охлаждения массивных частей отливки и ее более равномерной кристаллизации. Существует многообразие холодильников по конфигурации и размерам, функциональному назна8
1. Технология ручных способов изготовления литейных форм

Рис. 1.2. Установка крючков и «солдатиков» в форме:
1 — крестовины опоки; 2 — крючки; 3 — модель; 4 — «солдатики»

чению и расположению в форме. Их разделяют на две группы:
наружные (рис. 1.4, а) и внутренние (рис. 1.4, б). Внутренние
холодильники перед установкой в форму рекомендуется лудить
(или пескоструить) с целью лучшего сваривания с заливаемым
расплавом, а наружные — окрашивать и сушить для предотвращения сваривания с телом отливки.

1.1. Формовочная оснастка и инструмент
9

Рис. 1.3. Типы жеребеек

Рис. 1.4. Литейные холодильники:
а — наружные; б — внутренние; 1 — дисковый; 2 — пластинчатый; 3 —
фасонный; 4 — гвозди; 5 — металлическая стружка; 6 — стальной пруток

При изготовлении форм и стержней, их отделке и ремонте
применяют разнообразный инструмент (рис. 1.5), наиболее полный набор которого используется в процессах ручной формовки. Так, уплотнение смеси осуществляется ручными трамбовками (рис. 1.5, а), а в случае уплотнения крупногабаритных форм

10
1. Технология ручных способов изготовления литейных форм

Рис. 1.5. Формовочный инструмент и приспособления