Основы технологии литейного производства. Ручное и машинное изготовление форм и стержней

УДК 669.1/.8.01/.09:658.51(075.32)
ББК 34.61я723
 
Н48

Р е ц е н з е н т ы : цикловая комиссия металлургического производства, охраны труда 
и окружающей среды учреждения образования «Гомельский государственный машиностроительный колледж» (директор – В.П. Кочко); директор государственного научного учреждения 
«Институт технологии металлов НАН Беларуси» доктор технических наук, профессор 
Е.И. Марукович

Выпуск издания осуществляется по заказу Республиканского института профессионального образования и при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части 
не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Некрасов, Г. Б.
Н48 
Основы технологии литейного производства. Ручное и машинное
 
изготовление форм и стержней : учеб. пособие / Г. Б. Некрасов,
 
И. Б. Одарченко. – Минск : Вышэйшая школа, 2015. – 223 с. : ил.
ISBN 978-985-06-2558-8.

Изложены общие сведения о технологии изготовления литейных форм 
и стержней. Дана информация о формовочных материалах и смесях, технологической оснастке, инструментах и приспособлениях для формовки. Рассмотрены 
вопросы безопасности при ручном и машинном производстве форм и стержней.
Для учащихся учреждений профессионально-технического и среднего специального образования. Может быть полезно рабочим и мастерам литейного производства.

УДК 669.1/.8.01/.09:658.51(075.32)
ББК 34.61я723

ISBN 978-985-06-2558-8 
© Некрасов Г.Б., Одарченко И.Б., 2015
 
© Оформление. УП «Издательство
 
“Вышэйшая школа”», 2015

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основной задачей развития литейной промышленности Республики 
Беларусь на данном этапе является повышение технического уровня 
производства на инновационной основе, обеспечивающее рост качества и конкурентоспособности продукции предприятий машиностроения, автомобилестроения, приборостроения и др. 
В условиях модернизации и совершенствования технологических 
процессов производства все большее значение приобретают вопросы, 
связанные с повышением квалификационного уровня кадров. Учебное 
пособие, предназначенное для учащихся учреждений профессионально-технического образования по специальности «Технология металлургического производства и материалообработки» (квалификации 
«Формовщик ручной формовки», «Формовщик машинной формовки», 
«Стерженщик ручной формовки», «Стерженщик машинной формовки») и учреждений среднего специального образования по специальности «Металлургическое производство и материалообработка» (квалификация «Техник-технолог»), раскрывает базовые технологические основы и современный уровень технологических процессов и оборудования в области формовки и изготовления стержней.
В учебном пособии последовательно изложены общие сведения о 
технологии изготовления литейных форм и стержней, приведена классификация формовочных материалов, рассмотрены структура и свойства формовочных и стержневых смесей во взаимосвязи с процессами 
смесеприготовления. 
Подробно описаны конструкция и технологические особенности 
модельной и стержневой оснастки, формовочного инструмента, приспособлений для изготовления форм. Раскрыты технологические процессы подготовки производства литейных форм, представлены систематизированные сведения о способах ручного изготовления форм 
в опоках, почве и специальных способах формовки.
Изложены материалы о технологии, разновидностях, оборудовании, 
теоретических и практических аспектах механизированного и автоматизированного изготовления форм. Рассмотрены особенности изготов

ления форм из песчаных и химически твердеющих смесей на автоматических формовочных линиях различных модификаций.
Описаны технологические процессы и способы ручного механизированного и автоматизированного изготовления литейных стержней, 
особое внимание уделено современным, широко применяемым в мировой практике технологиям.
Последовательно рассмотрены технологические приемы сборки литейных форм, подготовки их под заливку. Приведены требования безопасности при выполнении основных технологических операций.
Учебное пособие может быть полезно рабочим и инженерно-техническим работникам литейного производства.
Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Доля отливок в современных машинах и технологическом оборудовании в среднем составляет 50% всех деталей (по массе), при этом 
на долю отливок приходится 20–25% себестоимости трудоемкости изготовления всех машин в целом. Столь широкое использование литых 
заготовок и деталей обусловлено тем, что литье является самым универсальным способом получения заготовок для деталей машин. Литьем 
получают отливки из черных сплавов (чугун и сталь), цветных сплавов 
на основе алюминия, меди, цинка, олова, а также из тугоплавких металлов и сплавов на основе молибдена, вольфрама, ниобия, тантала. 
Масса отливок составляет от нескольких граммов до 600 т и более. 
В настоящее время известно свыше 100 различных способов литья, обеспечивающих требуемое качество отливок и экономическую эффективность их производства. Наиболее широкое применение нашли такие 
способы производства отливок, как классические технологии литья 
в разовые песчаные формы. По прогнозам развития литейного производства, именно такие технологии сохранят свое доминирующее положение и в ХХI в. Это наиболее универсальный и дешевый способ изготовления отливок.
Для получения качественных отливок в песчано-глинистых формах 
большое значение имеют материал, из которого изготовлена сама форма, технология приготовления формовочных и стержневых смесей, 
способы и методы формовки. Заданные свойства формовочных смесей 
и форм обеспечивают прежде всего выбор соответствующих формовочных материалов-наполнителей (песков), связующих материалов 
и различных добавок, оптимальным подбором смесеприготовительного 
оборудования. В свою очередь, требуемые свойства литейных форм гарантируются при выборе правильного сочетания свойств формовочных 
и стержневых смесей, технологии формообразования и изготовления 
стержней.
В последние годы основным направлением развития технологии изготовления литейных форм и стержней стали разработки с использованием высокопрочных смесей, затвердевающих без нагрева в условиях 
минимально необходимого уплотнения. Применение таких технологий 

обусловлено минимальным потреблением энергоресурсов при уплотнении или упрочнении смесей, высокой производительностью процессов, универсальностью и широкими возможностями управления технологическими свойствами литейных форм для повышения качества 
отливок. 
Главными аспектами дальнейшего развития литейных технологий 
с использованием разовых песчаных форм являются:
 
качество – как средство обеспечения всех технических требований 
заказчика, достигаемое применением оптимальных технологических 
процессов, точностью выполнения операций и высокой квалификацией 
исполнителей;
 
гибкость процессов – как возможность способствовать быстрой 
перестройке производственного процесса на выпуск новой продукции, 
обеспечивать оптимальное использование производственных мощностей, технологических материалов, знаний и умений всех сотрудников;
 
производительность – как показатель не только количества изделий, но и рациональности формообразования, расхода сырья и энергоносителей;
 
охрана окружающей среды – как один из главных приоритетов литейного предприятия, обеспечивающих здоровые условия труда и экологическую безопасность.

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ 
ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

Литые детали, или отливки, производят в литейных цехах путем заливки расплавленного металла в разовые и многоразовые (постоянные) 
литейные формы. В мировой практике литейного производства наиболее распространены песчаные формы, изготовленные из различных составов и различными способами и предназначенные для заливки свободно падающей под действием гравитационных сил струей расплава. 
Разовые литейные формы изготавливают из формовочных смесей, 
а при изготовлении многоразовых литейных форм используются сталь, 
чугун, высокоогнеупорные формомассы, позволяющие эксплуатировать такие формы многократно. 

1.1. Процесс и способы получения отливок

Процесс изготовления отливок в разовых песчаных формах складывается из нескольких этапов (рис. 1.1), начиная с проектирования 
технологии и заканчивая финишными операциями обработки отливки. 
Практическая реализация технологии выполняется в соответствующих 
отделениях литейного цеха, имеющих необходимое оборудование, оснастку и приспособления для выполнения технологических операций. 
В современных литейных цехах большинство процессов (смесеприготовление, изготовление форм и стержней, заливка форм, выбивка отливок и др.) механизированы и автоматизированы.
Способы получения отливок разнообразны, однако сущность 
их едина. Она заключается в том, что жидкий расплав заливают в подготовленную литейную форму, внутренняя рабочая полость которой 
имеет очертания детали. После затвердевания сплав воспроизводит 
конфигурацию рабочей полости формы, образуя отливку. Далее отливка охлаждается до определенной температуры, после чего ее извлекают 
из литейной формы. При этом форму либо разрушают (разовая форма), 
либо разбирают на части (многоразовая форма). Затем отливку подвергают 

Рис. 1.1. Этапы технологического процесса получения отливок

отделочным операциям и передают как заготовку для последующей механической обработки. Таким образом, полный цикл получения литой 
заготовки состоит из следующих основных операций:
 
плавка металла, приготовление расплава;
 
изготовление форм;
 
заливка расплава в форму и охлаждение отливок;
 
выбивка, очистка и обрубка отливок;
 
термическая обработка и контроль качества отливок.
В ряде случаев точными способами литья получают готовую литую деталь, для которой механическая обработка практически не применяется. Трудоемкость основных операций распределяется следующим образом: изготовление форм – 60%; плавка металла и заливка 
расплава – 10%; обработка (выбивка, обрубка, термическая обработка) отливок – 30%.

Способом литья в песчано-глинистые формы изготавливают отливки любой массы и конфигурации. Однако при этом способе литья 
точность и чистота поверхности отливок не всегда отвечает требованиям современного машиностроения. В таких случаях применяются специальные методы литья – литье по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в металлические формы (кокиля), литье под давлением, центробежное литье и др. Имея одинаковую сущность, данные способы отличаются материалом, используемым для формы; технологией 
изготовления формы; условиями заливки формы (свободная заливка 
и заливка под давлением); условиями формирования отливки (например, кристаллизация металла отливки под действием центробежных 
сил) и другими особенностями. Все это в конечном итоге определяет 
технологические возможности способа литья и влияет на качество получаемой отливки.

1.2. Понятие о литейной форме 

Назначение литейной формы состоит в том, чтобы обеспечить необходимую конфигурацию и размеры отливок, заданную точность и качество поверхности, определенную скорость охлаждения залитого металла, способствующую формированию нужной структуры и качества 
отливки. Для изготовления литейной формы используется литейная 
формовочная и стержневая оснастка, в которой получают элементы литейной формы.
Литейная форма детали (рис. 1.2, а) по классической технологии 
изготавливается в двух металлических опоках, нижней 10 и верхней 
11, в которых уплотняется песчано-глинистая смесь. Для образования в форме рабочей полости 9 применяют специальное приспособление – деревянную разъемную модель (рис. 1.2, в). Для формирования внутренних полостей и отверстий в теле отливки в форму при 
сборке устанавливают стержень 2, изготовленный отдельно от формы в стержневом ящике 3 (рис. 1.2, б). Для правильной установки 
и надежной фиксации стержня в форме выполняют гнезда 8, называемые знаками, которые образуются выступами-знаками 5 модели 4 
(рис. 1.2, в). 
Полость формы заполняют расплавом через каналы 12 (рис. 1.2, г), 
называемые литниковой системой. Во время сборки формы верхнюю 
и нижнюю полуформы соединяют с помощью цилиндрических 
стальных штырей, которые вставляют в калиброванные отверстия 
(втулки) приливов опок. Для исключения подъема верхней полуформы 

Рис. 1.2. Элементы литейной формы и технологической оснастки, задействованной при 
ее изготовлении:
а – деталь; б – стержень и стержневой ящик; в – модель; г – собранная литейная форма; 1 – отливка; 2 – 
стержень; 3 – стержневой ящик; 4 – половинки модели; 5 – знаковые части модели; 6 – верхняя полуформа; 7 – нижняя полуформа; 8 – знаки формы; 9 – полость формы; 10, 11 – опоки; 12 – литниковая 
система

под действием расплава во время заливки на собранную форму устанавливают груз или скрепляют опоки между собой скобами, струбцинами, болтами, специальными механическими замками.

1.3. Разновидности литейных форм

Все литейные формы подразделяются на разовые и постоянные. Разовые формы нашли наиболее широкое применение в литейном производстве, что объясняется простотой их изготовления. Для получения 
отливок высокого качества разовые литейные формы должны удовлетворять следующим требованиям: