книги из ГПНТБ / Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов
.pdf
Н. Д. ТИТОВ', Ю. А. СТЕПАНОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
ЛИТЕЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СС С Р
в качестве учебника
для машиностроительных техникумов
М о с к в а
«МАШИНОСТРОЕНИЕ-»
1974
|
шгал!.'.' |
. г |
Т 45 |
I *" W:; : : |
. |
УДК 621.74.002(075.3) |
I «ЯПГЛЛЬАЮГО ЗАДА |
|
|
■! |
|
4 ч
Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. М., «Машиностроение», ' 1974, 472 с.
В учебнике описаны процессы производства модель ных комплектов, приготовления формовочных и стерж невых смесей, изготовления литейных форм и стержней, плавки, заливки, выбивки и очистки отливок. Приведены конструкции и методы расчета литниковых систем для отливок из различных сплавов.
Изложены основы теории литейных процессов, воп росы приготовления жидких сплавов, а также особен ности производства отливок из ковкого чугуна, стали, цветных сплавов. Приведены общие сведения по спе циальным способам литья.
Учебник написан в соответствии с учебной програм мой для техникумов по специальности «Литейное про изводство черных металлов» и предназначен для уча щихся машиностроительных техникумов.
Р е ц е н з е н т ы : Цикловая комиссия литейного производства Ленинградского машиностроительного техникума
(инж. Н. М. Гудков) и инж. Д. Т. Карасева
Т31204-С43 43-74 038(01)-74
© |
Издательство «Машиностроение», 1974 г, |
ВВЕДЕНИЕ
Партией и Правительством поставлены грандиозные задачи по созданию материально-технической базы коммунизма. Особенно большое внимание обращено на развитие машиностроения, опре деляющего прогресс в экономике страны. Большие задачи стоят и перед литейным производством. Значение литейного производства в народном хозяйстве чрезвычайно велико: почти все машины и приборы имеют литые детали. Нет такой отрасли машиностроения, приборостроения, строительства, где не применялись бы отливки.
Литье является одним из старейших способов, которым еще в древности пользовались для производства металлических изде лий — вначале из меди и бронзы, затем из чугуна, а позже из стали и других сплавов.
Первым литейным заводом в России по производству бронзовых отливок был пушечно-литейный завод (Пушечная изба), построен ный в Москве в 1479 г.
В России были изготовлены самые крупные в мире отливки, такие, как «Царь-колокол» (Иваном Моториным), «Царь-пушка» (Андреем Чоховым), замечательные произведения искусства: памят ник Минину и Пожарскому, «Медный всадник» и т. д. Первые чу гунные отливки изготовлялись на металлургических заводах непо средственно из жидкого металла, выплавленного в доменных печах. Позже на машиностроительных заводах стали строить самостоя тельные чугунолитейные цехи, где в специальных печах перепла вляли чушковый, доменный чугун с металлическим ломом. Цех такого типа впервые был построен в 1774 г. на Гусевском заводе, где были установлены опрокидывающиеся шахтные печи — про тотип современных вагранок. В 1868 г. на Мальцевских заводах впервые были получены стальные фасонные отливки.
После Великой Октябрьской революции начался рост промыш ленности и соответственно литейного производства. За годы Совет ской власти построено много крупных литейных цехов и заводов, оснащенных современным оборудованием, освоены новейшие спо собы производства отливок.
СССР занимает по выпуску отливок одно из ведущих мест в мире. Бурный рост народного хозяйства поставил перед литейным производством задачу: удовлетворить потребности различных от
1* |
3 |
раслей промышленности в отливках при постоянном росте их вы пуска.
Основными процессами литейного производства являются плавка металла, изготовление форм, заливка металла и охлаждение, вы бивка, очистка, обрубка отливок, термическая обработка и конт роль качества отливок.
В зависимости от металлов, из которых изготовляют отливки, различают отливки из черных металлов и сплавов (стали, серого и ковкого чугуна), а также отливки из цветных металлов и сплавов (медных, алюминиевых, магниевых).
Основным способом изготовления отливок до настоящего вре мени остается литье в песчаные формы, в которых получают около 80% отливок от общего количества. Однако точность и чистота поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяют требованиям современного машинострое ния. В связи с этим в последнее время бурно развиваются специаль ные способы литья: в металлические формы (кокнли), под давле нием, по выплавляемым моделям, центробежное, в оболочковые формы, позволяющие получить отливки повышенной точности, с чистой поверхностью и минимальным объемом механической обработки.
По сравнению с другими способами изготовления заготовок для деталей машин (прокатка, ковка, сварка) литейное производство обладает значительными преимуществами. Литьем можно изготов лять заготовки любой конфигурации с минимальными припусками на механическую обработку, хорошими механическими свойствами. Технологический процесс изготовления отливок механизирован и автоматизирован, что снижает стоимость литых заготовок по срав нению с поковками, сварными конструкциями, деталями из про ката. Дальнейшее совершенствование технологии, механизация и автоматизация изготовления отливок, повышение их качества осу ществляются на базе научных исследований. Достижения совре менной науки во многих случаях позволяют коренным образом изменить технологический процесс, резко увеличить производи тельность труда, создать новые высокопроизводительные литейные машины и автоматы.
Раздел первый
ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
,ГЛАВА /
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ
Отливка получается в результате заполнения полости л и т е й - н о й ф о р м ы расплавленным жидким металлом. После заливки жидкий металл охлаждается в форме и затвердевает, образуя от
ливку.
Последовательность технологического процесса изготовления отливки рассмотрим на примере отливки чугунной втулки 1 (рис. 1). По чертежу втулки изготовляют деревянную модель 2:
М о д е л ь — это приспособление для получения в форме отпе чатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Мо дели делают из дерева, металла, гипса, пластмассы и других мате риалов.
Модель втулки состоит из двух половин, которые взаимно цент рируются с помощью шипов и гнезд.
Отверстие втулки 1 выполняется стержнем 5. С т е р ж е н ь -
это часть литейной формы. |
Его изготовляют из с т е р ж н е в о й |
с м е с и , уплотняемой в |
ящике 4. После извлечения из ящика |
стержень подвергают сушке в печи. При сборке формы сухой стер жень устанавливают с т е р ж н е в ы м и з н а к а м и в соот ветствующие гнезда формы, полученные с помощью -знаков 5 мо дели 2. Длина стержня больше длины полости отливки на величину знаков.
Литейную форму для втулки собирают из двух полуформ: верхней 6 и нижней 7. Полуформы изготовляют из ф о р м о в о ч н о й с м е с и, уплотняемой в чугунных или стальных рамках 8,
которые |
называют о п о к а м и . |
п о д о п о ч н ы й |
Изготовление литейной формы втулки. На |
||
щ и т о к |
9 устанавливают половину модели 2, |
по которой необхо |
димо получить отпечаток в нижней полуформе, а также опоку 8 (рис. 1, а). Поверхность модели 2 и щитка 9 посыпают сухим раз делительным песком или опрыскивают разделительной жидкостью (керосином), после чего в опоку насыпают формовочную смесь и уплотняют ее..Излишек формовочной смеси счищают с поверхности уплотненной полуформы, опоку перевертывают на 180° и устанав-
Ь
ливаютна подопочный щиток 9. Затем на нижшою половину модели устанавливают верхнюю половину модели, на нижнюю опоку — верхнюю (рис. 1, б). Вновь посыпают поверхность модели разде-
Рис. 1. Последовательность процесса изготовления чугунной отливки втулки
лительным песком, ставят модели литниковой системы, засыпают формовочную смесь в верхнюю опоку и уплотняют ее.
Снимают верхнюю полуформу, извлекают половины моделей, устанавливают стержень (рис. 1, в) и собирают форму. Для точной сборки формы опоки имеют специальные втулки 10, в которые
б
входят центрирующие штыри 11. Жидкий металл при заполнении формы давит на стенки формы, в результате чего верхняя опока может подняться, и тогда по плоскости разъема образуется зазор, через который металл может вытекать из формы. Для предупрежде ния этого верхнюю полуформу крепят к нижней скобами 12, а иногда ставят на верхнюю опоку груз (рис. 1, г).
При заливке жидкий металл поступает в полость 13 формы по литниковым каналам. Систему каналов, подводящих металл в форму, называют л и т и и к о в о й. Литниковая система состоит из стояка 14 (вертикального канала), шлакоуловителя 15 и пита теля 16, через который металл поступает в полость формы. К лит никовой системе относится также выпор 17 (рис. 1, д). Выпор слу жит для выхода из формы воздуха и газов, а также для контроля заполнения формы металлом.
После затвердевания и охлаждения металла форму разрушаки
иосвобождают отливку от формовочной смеси, отрезают литники
иповерхность отливки очищают от формовочной смеси.
Описанную выше литейную форму называют р а з о в о й , так как ее используют однократно. Обычно разовые литейные формы изготовляют из ф о р м о в о ч н ы х с м е с е й , основной соста вляющей которых является кварцевый песок. В качестве связующей добавки, придающей прочность смеси, используют глину. Прочность таких смесей относительно невысока, а давление жидкого металла на стенки формы достаточно велико, поэтому формы из песчано глинистых смесей приходится делать т о л с т о с т е н н ы м и . Однако, если в качестве связующего использовать специальные материалы, придающие высокую прочность формовочной смеси, то разовую литейную форму можно сделать о б о л о ч к о в о й (тонкостенной). Это позволяет резко сократить расход формовоч ной смеси, а также благодаря ее особым свойствам повысить точ ность и чистоту поверхности отливок.
В разовых толстостенных формах из песчано-глинистых смесей можно получать отливки весьма сложной конфигурации массой от нескольких граммов до десятков тонн из различных сплавов как в условиях единичного, так и серийного и массового производства. Это объясняется относительной простотой технологического про цесса, дешевизной используемых материалов, достаточной точ ностью отливок, хорошей чистотой поверхности, возможностями механизации и автоматизации процесса их изготовления.
В литейном производстве применяют также формы, изготовляе мые из специальных высокоогнеупорных масс, например на основе графита. В таких формах можно получать до нескольких десятков отливок без существенного износа формы. Эти формы называются п о л у п о с т о я н н ы м и. Их применяют при мелкосерийном производстве отливок из чугуна и цветных сплавов (алюминиевых, магниевых, медных). Для массового и крупносерийного производ ства стойкость этих форм недостаточна, а для единичного производ ства высока стоимость их изготовления.
7
Широкое применение находят м е т а л л н ч е с к не ф о р м ы, называемые также п о с т о я н н ы м н. В этих формах можно полу чать от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок из стали, чугуна и цветных сплавов. Отливки могут иметь сложную' конфи гурацию и массу несколько тонн. Наиболее часто в металлических формах изготовляют отливки малой и средней (до нескольких десятков килограммов) массы из легких цветных сплавов.
Отливки, полученные в металлических формах, имеют чистую поверхность и повышенную точность размеров. Применение по стоянных форм позволяет исключить формовочную смесь, улучшить условия труда, механизировать и автоматизировать производство. Однако стоимость металлических форм достаточно высокая, поэтому их применяют в условиях крупносерийного и массового производ ства отливок.
Технологический процесс изготовления отливок в разовых формах широко распространен в литейном производстве. Он скла дывается из различных процессов, которые осуществляются в
специальных |
цехах |
пли |
о т д е л е н и я х |
л и т е |
й и о г о |
ц е х а (рис. |
2). |
|
|
|
|
Технологический |
процесс |
изготовления отливки начинается |
|||
с подготовки |
м о д е л ь н о г о |
к о м п л е к т а : |
моделей |
или мо |
|
дельных плит, модельных щитков, стержневых ящиков, сушильных плит, шаблонов для проверки размеров формы и стержней, кондук торов и шаблонов для контроля правильности установки стержней в форме, опок, штырей и т. д.
Модельный комплект изготовляют |
в м о д е |
л ь и о м ц е х е |
или м о д е л ь н о м о т д е л е н и и |
литейного |
цеха. |
Не менее важным звеном технологической цепи является под готовка материалов для изготовления'литейной формы. -Ф о р м о - в о ч н ы м и м а т е р и а л а м и называют материалы, приме няемые для изготовления разовых и полупостояниых форм. Это пески, связующие и специальные добавки. Исходные формовочные
материалы |
хранят на с к л а д е ф о р м о в о |
ч н ы х м а т е |
р и а л о в |
в специальных емкостях и бункерах. |
При поступлении |
на склад обязательно проверяют соответствие их качества сертифи
кату. Контроль качества формовочных |
материалов |
производят |
в специальных лабораториях. |
|
|
Формовочные материалы поступают в с м е с е п р и г о т о в и |
||
г е л ь н о е о т д е л е н и е , где приготовляют в |
специальных |
|
машинах формовочные и стержневые смеси, |
контролируют их каче |
|
ство и транспортируют в ф |
о р м о в о ч н ы е и с т е р ж н е в ы е |
о т д е л е н и я литейного |
цеха. |
Процесс изготовления литейных форм называют ф о р м о в к о й. В литейном производстве используют ручную и машинную фор мовку: в единичном и мелкосерийном производстве — ручную фор мовку (формы изготовляют обычно по деревянным моделям), в по точно-массовом и серийном производстве — машинную (формы изготовляют на машинах по металлическим моделям).
8
Стержни получают с помощью ящиков или шаблонов. Готовые стержни сушат в специальных печах (сушилах) для увеличения их прочности, газопроницаемости, а также уменьшения газотворной способности. Стержни перед установкой в форму окрашивают красками, состоящими из огнеупорных материалов: графита, пыле-
Модельный |
цех |
Склад формовочных |
Ск/шд ш ихты |
||
Изготовление |
моде- |
материалов |
Хранение |
||
лей, стержневых |
Хранение |
шихтовых |
|||
ящиков |
|
материалов |
материалов |
||
|
|
Смесеприготовительное |
Плавильное отделение |
||
|
|
отделение |
|||
|
|
|
|||
|
|
Приготовление , |
Приготовление |
||
|
|
формовочных и стерж |
|||
|
|
жидкого металла |
|||
|
|
невых |
смесей |
||
|
|
|
|
* - — |
|
Стержневое отделение |
|
Формовочное отделение |
|||
Изготовление стержней |
|
Изготовление формы |
|||
|
|
Формовочное отделение |
|
||
|
|
Сворка и заливка |
|
||
|
|
формы |
|
||
|
|
|
г |
~ |
|
|
|
Отделение |
Выбивки |
|
|
|
|
Выбивка отливок из |
|
||
|
|
форм |
|
||
|
|
...... |
f .... |
Термическое |
|
|
|
Отделение очистки |
|||
|
|
отделение |
|||
|
|
Выбивка стержней и |
|||
|
|
Термообработка |
|||
Рис. 2. Схема тех |
очистка |
|
отливок |
отливок |
|
|
|
|
|
||
нологического про |
ОТК |
|
|||
цесса изготовления |
|
||||
отливки в песчаной |
Контроль |
отливок |
О т л и в к а |
||
форме |
|
|
|||
видного кварца, циркона обезжелезненного и др., что необходимо для повышения чистоты поверхности отливки.
Перед сборкой сырые полуформы припыливают (графитом, таль ком, древесным углем и др.) и окрашивают для получения чистой поверхности отливки. При формовке по-сухому формы окрашивают и сушат. Если отливка имеет полость, то в форму перед сборкой устанавливают стержень. Затем форму собирают, скрепляют опоки болтами или скобами и подают на заливку жидким металлом.
В качестве исходных материалов для получения жидкого чу гуна и стали применяют чушковые литейные и передельные чугуны,
9