Порядок виконання роботи
Вивчити теоретичні відомості.
2. Розробити процес виготовлення відливки за моделями, що виплавляються.
3. Розробити процес виготовлення відливки методом лиття у металеві форми.
Зміст звіту
Найменування роботи, мета й устаткування.
Основні положення теоретичних відомостей.
Описання процесу виготовлення відливки за моделями, що виплавляються.
Описання процесу виготовлення відливки методом лиття у металеві форми.
Контрольні питання
З яких операцій складається процес отримання відливок за моделями, що виплавляються?
З яких операцій складається процес отримання відливок у металеві форми?
Переваги та недоліки методів машинного лиття.
Література: [3, 6 – 8].
Практична робота № 5
Тема. Спеціальні способи лиття
Мета роботи: вивчити конструкції для спеціальних способів лиття.
Устаткування: ливарний комплект.
Короткі теоретичні відомості
Литтям під тиском отримують відливки у металевих формах (прес-формах), при цьому заливку металу у форму і формування відливки здійснюють під тиском.
Відливки отримують на машини для лиття під тиском з холодною або гарячою камерою пресування. У машинах з холодною камерою пресування камери пресування розташовуються горизонтально, або вертикально.
На машинах з горизонтальною холодною камерою пресування (рис. 5.1) розплавлений метал заливають у камеру пресування 4 (рис. 5.1 а). Потім метал плунжером 5, під тиском 40–100 МПа, подається у порожнину прес-форми (ріс.5.1 б), що складається з нерухомої 3 і рухомий 1 напівформ. Внутрішню порожнину у відливці отримують стрижнем 2. Після затвердіння відливки прес-форма розкривається, стрижень 2 витягується (рис. 5.1 в) і відливка 7 виштовхувачами 6 видаляється з робочої порожнини прес-форми.
Рисунок 5.1 – Технологічні операції виготовлення відливок на машинах з горизонтальною холодною камерою пресування
Перед заливанням прес-форму нагрівають до 120–320 °C. Після видалення відливки робочу поверхню прес-форми обдувають повітрям і змащують спеціальними матеріалами для попередження приварювання відливки. Повітря і гази видаляються через канали, розташовані у площині роз'єму прес-форми або вакуумуванням робочої порожнини перед заливанням металу. Такі машини застосовують для виготовлення відливок з мідних, алюмінієвих, магнієвих та цинкових сплавів масою до 45 кг.
На машинах з гарячою камерою пресування (рис. 5.2) камера пресування 2 розташована у тиглі 1 з розплавленим металом, який обігрівається. При верхньому положенні плунжера 3 метал через отвір 4 заповнює камеру пресування. При русі плунжера униз отвір перекривається, сплав під тиском 10–30 МПа заповнює порожнину прес-форми 5. Після затвердіння відливки плунжер повертається у вихідне положення, залишки розплавленого металу зливаються у камеру пресування, а відливка видаляється з прес-форми виштовхувачами 6.
Рисунок 5.2 – Схема виготовлення відливки на машинах з гарячою камерою пресування
Отримують відливки з цинкових та магнієвих сплавів масою від декількох грамів до 25 кг.
При литті під тиском температура заливання сплаву призначається на 10–20 °C вище температури плавлення.
Лиття під тиском використовують у масовому та великосерійному виробництвах відливок з мінімальною товщиною стінок 0,8 мм, з високою точністю розмірів і малої шорсткістю поверхні, за рахунок ретельного полірування робочої порожнини прес-форми, без механічної обробки або з мінімальними припусками, з високою продуктивністю процесу.
Недоліки: висока вартість прес-форми та устаткування, обмеженість габаритних розмірів і маси відливок, наявність повітряної пористості у масивних частинах відливки.
Виготовлення відливок електрошлаковим литтям. Сутність процесу електрошлакового лиття полягає у переплаві витраченого електрода у водоохолоджувальній металевій формі (кристалізаторі).
При цьому операції розплавлення металу, його заливання і витримка відливки у формі поєднані за місцем і часом.
Схема виготовлення відливок електрошлаковим литтям представлена на рис. 5.3.
Рисунок 5.3 – Схема виготовлення відливок електрошлаковим литтям
В якості витраченого електрода використовується прокат. У кристалізатор 6 заливають розплавлений шлак 4 (фторид кальцію або суміш на його основі), що має високий електроопір. При пропущенні струму через електрод 7 і затравку 1 виділяється значна кількість теплоти, і шлакова ванна нагрівається до 1700 °C, відбувається розплавлення електрода. Краплі розплавленого металу проходять через розплавлений шлак і утворюють під ним металеву ванну 3. Вона у водоохолоджувальній формі твердне послідовно, утворюючи щільну без усадкових дефектів відливку 2. Внутрішня порожнина утворюється металевою вставкою 5.
Розплавлений шлак сприяє видаленню кисню, зниженню вмісту сірки і неметалевих включень, тому отримують відливки з високими механічними та експлуатаційними властивостями.
Виготовляються відливки відповідального призначення масою до 300 тонн: корпуси клапанів й засувок атомних та теплових електростанцій, колінчасті вали суднових двигунів, корпуси ємностей надвисокого тиску, ротори турбогенераторів.
Виготовлення відливок безперервним литтям. При безперервному литті (рис. 5.4) розплавлений метал з металоприймача 1 через графітову насадку 2 надходить у водоохолоджуваний кристалізатор 3 і твердне у вигляді відливки 4, яка витягується спеціальним пристроєм 5. Довгі відливки розрізають на заготовки необхідної довжини.
Рисунок 5.4 – Схема безперервного лиття і різновиди одержуваних відливок
Використовують при отриманні відливок з чавуну, мідних, алюмінієвих сплавів. Відливки не мають неметалічних включень, усадкових раковин і пористості завдяки створенню спрямованого затвердіння відливок.
Особливості виготовлення відливок з різних сплавів.
Чавун. Переважну кількість відливок з сірого чавуну виготовляють у піщаних формах. Відливки отримують, як правило, без застосування прибутків.
При виготовленні відливок з сірого чавуну у кокілях, у зв'язку з підвищеною швидкістю охолодження при затвердінні, починає виділятися цементит – поява відбілювання. Для попередження відбілювання на робочу поверхню кокіля наносять малотеплопровідні покриття. Кокілі перед роботою нагрівають, а чавун піддають модифікації. Для усунення відбілювання відливки піддають відпалу.
Відливки типу тіл обертання (труби, гільзи, втулки) отримують відцентровим литтям.
Відливки з високоміцного чавуну переважно виготовляють у піщаних формах, у оболонкових формах, литтям у кокіль, відцентровим литтям. Досить висока усадка чавуну викликає необхідність створення умов спрямованого затвердіння відливок для попередження утворення усадкових дефектів у масивних частинах відливки шляхом встановлення прибутків та використання холодильників.
Розплавлений чавун у порожнину форми підводять через ливникову систему, яка звужується і, як правило, через прибуток.
Особливістю отримання відливок з ковкого чавуну є те, що вихідний матеріал – білий чавун має знижену рідкотекучість, що вимагає підвищеної температури заливання при виготовленні тонкостінних відливок. Для скорочення тривалості відпалу чавун модифікують алюмінієм, бором, вісмутом. Відливки виготовляють у піщаних формах, а також у оболонкових формах і кокілях.
Порядок виконання роботи
Вивчити теоретичні відомості.
Розробити процес виготовлення відливки спеціальним методом лиття, запропонованим викладачем.
Зміст звіту
Найменування роботи, мета й устаткування.
Основні положення теоретичних відомостей.
Описання спеціального методу лиття.
Контрольні питання
Технологія лиття під тиском.
Схема виготовлення відливки на машинах з гарячою камерою пресування.
Схема виготовлення відливок електрошлаковим литтям.
Схема безперервного лиття.
Література: [1, 4, 7, 8].
Практична робота № 6
Тема. Технологічність конструкцій литих деталей Мета роботи: вивчити технологічність конструкцій литих деталей
Устаткування: ливарний комплект, вимірювальні прилади.
Короткі теоретичні відомості
Конструкція литої деталі повинна забезпечувати високий рівень механічних та експлуатаційних характеристик при заданій масі, конфігурації, точності розмірів і шорсткості поверхні.
При проектуванні відливки повинні враховуватися ливарні властивості сплавів, а також технології виготовлення модельного комплекту, ливарної форми, стрижнів, очищення та обрубування відливок, а також їх подальша обробка. Необхідно прагнути до зменшення маси і спрощення конфігурації.
Мінімальну товщину необроблюваних стінок відливки визначають за діаграмою (рис.6.1) залежно від габаритного розміру.
Рисунок 6.1 – Діаграми для визначення мінімальної товщини стінок відливок з різних сплавів: 1 – сталі; 2 – сірого чавуну; 3 – бронзи, 4 – алюмінієвих сплавів
Товщина внутрішніх стінок і ребер приймається на 20 % меншою товщини зовнішніх стінок.
Отримання відливок без усадкових дефектів досягається при рівномірній товщині стінок, тобто якщо відсутні термічні вузли – великі скупчення металу у окремих місцях. Рівномірність товщини стінки і скупчення металу визначають діаметром вписаних кіл (рис. 6.2 а, б).
Рисунок 6.2 – Усунення місцевого скупчення металу у стінках відливки
Бажано, щоб співвідношення діаметрів вписаних кіл у близько розташованих перетинах не перевищувало 1,5. Це досягається зменшенням радіусу галтелі за допомогою заглиблень у стінках відливки (ріс.6.2 в), зсувом однієї стінки (рис. 6.2 г), при можливості передбачається отвір (рис. 6.2 д). Відливки, які затвердівають одночасно, повинні мати рівномірну товщину стінок з плавними переходами (рис. 6.3 а). Принцип застосовується для дрібних і середніх тонкостінних відливок з чавуну та інших сплавів.
При направленому затвердінні (рис. 6.3 б) верхні перетини відливок живляться від прибутків 1. Верхні перетини служать прибутком для нижніх перетинів. Принцип спрямованого затвердіння застосовується для деталей з підвищеними вимогами до герметичності відливок.
Рисунок 6.3 – Конструкції литих деталей, що забезпечують одночасне (а) і спрямоване (б) затвердіння відливок.
Для зниження ливарних напруг необхідно забезпечити вільну усадку елементів відливки.
Корпусна деталь, показана на рис. 6.4 а, має перегородки, які ускладнюють процес усадки, у результаті чого виникають значні ливарні напруги. Конструкція, зображена на рис. 6.4 б, забезпечує вільну усадку. Додавання перегородкам конічної форми (рис. 6.4 в) також знижує усадкові напруги.
Рисунок 6.4 – Конструкції литих деталей, які знижують усадкові напруги у відливках
Викривлення відливок, що виникає через недостатню жорсткість конструкції, можна усунути шляхом установки ребер жорсткості. Кромки стінок великої протяжності посилюють буртиками (товщина стінки).
Відливки, виготовлені литтям у піщані форми
Зовнішні контури відливок повинні представляти собою поєднання простих геометричних тіл з переважанням плоских прямолінійних поверхонь з плавними переходами (рис. 6.5).
Прагнуть до зменшення габаритних розмірів і особливо висоти литої деталі. Це полегшує виготовлення модельного комплекту, а також процеси формування, складання форм та очищення відливок. При цьому відливка повинна мати один плоский роз'єм і розташовуватися по можливості в одній напівформи.
Контури литих деталей повинні забезпечувати формовання без додаткових стрижнів. На рис. 6.6 а показана конструкція відливки, при формуванні якої потрібно три стрижня. При зміні конструкції деталі (рис. 6.6 б) потрібен тільки один стрижень, процес формування спростився.
Необроблювані поверхні, перпендикулярні до площини роз'єму, повинні
мати конструктивні ухили.
Бобишки, припливи й інші частини, що виступають, необхідно конструювати так, щоб не ускладнювати витягування моделі із форми (рис. 6.7). При виготовленні нетехнологічних відливок потрібне застосування у моделях окремих частин або стрижнів, що ускладнює процес формування.
Рисунок 6.5 – Рекомендовані переходи від стінки до стінки у литих деталях
Рисунок 6.6 – Конструкція литої деталі
а – нетехнологічна; б – технологічна
Рисунок 6.7– Конструкції литої деталі
а, б – нетехнологічні; в, г – технологічні
Внутрішні порожнини складних відливок необхідно виготовляти з мінімальним числом стрижнів. На рис. 6.8 показані варіанти конструкції литої деталі: технологічна (б) і нетехнологічна (а).
Рисунок 6.8 – Конструкція литої деталі
а – нетехнологічна; б – технологічна
У конструкції має бути достатня кількість вікон для міцного кріплення стрижнів у формі, видалення газів зі стрижня та зручності вибивання стрижнів із відливки.
У конструкції деталі слід уникати пазів та вузьких порожнин, при виконанні яких можливе утворення піщаних раковин, через руйнування стрижнів потоком розплавленого металу (рис. 6.9).
Рисунок 6.9 – Усунення пазів у конструкції литої деталі
Мінімальні діаметри отворів у виливках вибираються в залежності від матеріалу і товщини стінки.
Вибір способу лиття
При виборі способу лиття для одержання заготовки у першу чергу має бути розглянуте питання економії металу. Металоємність можна знизити конструктивними і технологічними заходами. Часто закладається невиправдано великий запас міцності деталей, які працюють при незначних навантаженнях. За рахунок зміни конструкції, утворення виїмок, зміни товщини стінок, застосування коробчастих або таврових перетинів можна досягти значної економії металу. При аналізі вимог, що висуваються у процесі експлуатації, можлива заміна дорогих матеріалів.
При виборі способу отримання відливки необхідно оцінити всі позитивні та негативні сторони можливих технологічних процесів, провести порівняльний аналіз.
При порівнянні різних способів лиття необхідно враховувати різні фактори.
Технологічні властивості сплаву. При зниженій рідкотекучості та високій схильності до усадки небажано застосовувати лиття у металеві форми, так як можливе утворення тріщин через низьку податливість форми, а також лиття під тиском через складність прес-форми.
Необхідно враховувати і можливості способів для отримання відливок без дефектів ливарного походження і для забезпечення рівномірної дрібнозернистої структури, високих механічних властивостей, технологічність конструкції деталі стосовно кожного розглянутого способу. Складні за конфігурацією відливки отримують литтям під тиском, за моделями, що виплавляються, у піщаних формах. Литтям у кокіль отримують відливки з простою зовнішньою конфігурацією, а відцентровим литтям – відливки типу тіл обертання. Тонкостінні відливки отримують литтям за моделями, що виплавляються, і литтям під тиском. Спеціальні способи лиття застосовують для отримання дрібних і середніх відливок, при литті у піщані форми габарити і маса відливок не обмежені.
Слід вибирати спосіб, що забезпечує задану точність розмірів і шорсткість поверхні. Висока якість поверхні дає можливість зберегти при механічній обробці ливарну кірку, що має підвищену твердість і зносостійкість, знизити собівартість готових деталей за рахунок економії металу.
Спеціальні способи лиття доцільно застосовувати у великосерійному і масовому виробництвах.
Необхідно враховувати можливості наявного устаткування, рівень ливарної технології та технології механічної обробки.
Найбільш точним показником, який визначає ефективність застосування того чи іншого способу, є собівартість.