Литьё в оболочковые формы
Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).
Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300 °C, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 600-700 °C) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.
Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.
Вопрос №34
Физические основы обработки металлов давлением.
Обработка металлов давлением основана на их способности при определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил,
Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.
Для начала перехода атомов в новые положения равновесия необходима определенная величина действующих напряжений, зависящая от межатомных сил и характера взаимного расположения атомов (типа кристаллической решетки, наличия и расположения примесей, формы и размеров зерен поликристалла и т. п.).
Так как сопротивление смещению атомов в новые положения изменяется не пропорционально смещению, то при пластических деформациях линейная связь между напряжениями и деформациями обычно отсутствует.
Напряжения, вызывающие смещение атомов в новые положения равновесия, могут уравновешиваться только силами межатомных взаимодействий. Поэтому под нагрузкой при пластическом деформировании деформация состоит из упругой и пластической составляющих, причем упругая составляющая исчезает при разгрузке (при снятии деформирующих сил), а пластическая составляющая приводит к остаточному изменению формы и размеров тела. В новые положения равновесия атомы могут переходить в результате смещения в определенных параллельных плоскостях, без существенного изменения расстояний между этими плоскостями. При этом атомы не выходят из зоны силового взаимодействия и деформация происходит без нарушения сплошности металла, плотность которого практически не изменяется. Скольжение одной части кристаллической решетки относительно другой происходит по плоскостям наиболее плотного размещения атомов (плоскостям скольжения). В реальных металлах кристаллическая решетка имеет линейные дефекты (дислокации), перемещение которых облегчает скольжение.
Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начаться разрушение металла.
На величину пластической деформации, которую можно достичь без разрушения (предельная деформация), оказывают влияние многие факторы, основные из которых - механические свойства металла (сплава), температурно-скоростные условия деформирования и схема напряженного состояния. Последний фактор оказывает большое влияние на значение предельной деформации. Наибольшая предельная деформация достигается при отсутствии растягивающих напряжений и увеличении сжимающих. В этих условиях (схема неравномерного всестороннего сжатия) даже хрупкие материалы-типа мрамора могут получать пластические деформации. Схемы напряженного состояния в различных процессах и операциях обработки давлением различны, вследствие чего для каждой операции, металла и температурно-скоростных условий существуют свои определенные предельные деформации.
Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с обработкой резанием - возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе. Эти и другие преимущества обработки металлов давлением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке. Совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением, а также применяемого оборудования позволяет расширять номенклатуру деталей, изготовляемых обработкой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и размерам, а также повышать точность размеров полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением.
Если обработка металлов давлением выполняется при температуре ниже температуры рекристаллизации, то такая обработка называется холодной.
Если обработка металлов давлением происходит при нагреве металлического тела выше температуры рекристаллизации, то она называется горячей.
Основными законами обработки металлов давлением являются:
Закон постоянства объемов - объем металла до деформации практически равен объему металла после деформации.
Закон наименьшего сопротивления - частицы деформируемого металла всегда перемещаются в направлении наименьшего сопротивления.
Ниже рассмотрены методы холодной обработки давлением, а также приведён пример.
Холодная объёмная штамповка.
Штамповка без предварительного нагрева заготовки – для металлов и сплавов такой процесс деформирования соответствует условиям холодной деформации. Отсутствие окисленного слоя на заготовках (окалины) при холодной штамповке обеспечивает хорошее качество поверхности детали и достаточно высокую точность размеров, это уменьшает объём обработки резанием или даже исключает её. Основные разновидности холодной объёмной штамповки – холодное выдавливание, холодная высадка, холодная штамповка в открытом штампе.
Холодное выдавливание.
Заготовку помещают в полость, из которой металл выдавливают в отверстия, имеющиеся в рабочем инструменте. Выдавливание обычно выполняют на кривошипных или гидравлических прессах в штампах, рабочими частями которых являются пуансон и матрица.
При прямом выдавливании металл вытекает в отверстие, расположенное в донной части матрицы в направлении, совпадающем с направлением движения пуансона относительно матрицы. Если на торце пуансона имеется стержень, перекрывающий отверстие матрицы до начала выдавливания, то металл выдавливается в кольцевую щель между стержнем и отверстием матрицы.
При обратном выдавливании направление направление течения металла противоположно направлению движения пуансона относительно матрицы. Наиболее часто встречающейся схемой обратного выдавливания является схема, при которой металл может выдавливаться в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей .Реже применяют схему обратного выдавливания, при которой металл выдавливается в отверстие в пуансоне, для получения деталей типа стержень с фланцем
При боковом выдавливании металл вытекает в отверстие в боковой части матрицы в направлении, не совпадающем с движением пуансона
Комбинированное выдавливание характеризуется одновременным течением металла по нескольким направлениям и может быть осуществленно по нескольким из рассмотренных ранее схем холодного выдавливания.: схема комбинированного выдавливания для изготовления обратным выдавливанием полой, чашеобразной части детали, а прямым выдавливанием - стержня, отходящего от её донной части.
Основной положительной особенностью выдавливания является возможность получения без разрушения заготовки весьма больших степеней деформации, которые можно характеризовать показателем k=F0/F1 (F0 и F1 - площади поперечного сечения исходной заготовки и выдавленной части детали). Для весьма мягких, пластичных металлов k>100 (алюминиевые трубы со стенкой толщиной 0,1-0,2 мм при диаметре трубы 20-40 мм). Пластическое деформирование при выдавливании происходит в условиях всестороннего неравномерного сжатия.
Всестороннее сжатие приводит и к отрицательным явлениям. Чем больше степень деформации, тем больше усилие деформирования, и удельные усилия могут достичь значений, превышающих в несколько раз предел текучести деформируемого металла и превышающих значения, допустимые для инструмента по условиям его прочности или стойкости. Высокие удельные усилия выдавливания изменяются в ходе деформирования и зависят от высоты подвергающейся деформированию части заготовки. При выдавливании пластическая деформация охватывает обычно не весь объём заготовки, а лишь часть его. Для уменьшения удельных усилий выдавливания при проектировании штампуемой детали необходимо стремиться к такой её конфигурации, при которой отсутствовали бы застойные зоны под торцом пуансона или у рабочей поверхности матрицы. Основное технологическое мероприятие, направленное на снижение удельных усилий выдавливания, - применение различных смазывающих материалов или покрытий заготовок для уменьшения сил трения. В обычных условиях выдавливания силы трения препятствуют пластическому истечению металла и существенно увеличивают усилия деформирования.
Холодная высадка.
Высадка – уменьшение длины части заготовки с получением местного увеличения поперечных размеров. Штамповкой на холодновысадочных автоматах обеспечиваются достаточно высокая точность размеров и хорошее качество поверхности, вследствие чего некоторые детали не требуют последующей обработки резанием. Штамповка на холодновысадочных автоматах высокопроизводительна: 20-400 деталей в минуту. Штамповка на холодновысадочных автоматах характеризуется высоким коэффициентом использования металла. Средний коэффициент использования металла 95% (только 5% идёт в отход).
На холодновысадочных автоматах штампуют заготовки диаметром 0,5 - 40 мм из чёрных и цветных металлов, а также детали с местными утолщениями сплошные и с отверстиями.
Холодная штамповка в открытых штампах.
Холодная штамповка в открытых штампах заключается в придании заготовке формы детали путём заполнения полости штампа металлом заготовки Холодная объёмная штамповка требует значительных удельных усилий вследствие высокого сопротивления металла деформированию в условиях холодной деформации и упрочнения металла в процессе деформирования. Упрочнение сопровождается и уменьшением пластичности. Для уменьшения вредного влияния упрочнения и облегчения процесса деформирования при холодной штамповке оформление детали обычно расчленяют на переходы, между которыми заготовку подвергают рекристаллизационному отжигу. В закрытых штампах в условиях холодной деформации штампуют реже и главным образом из цветных металлов. Холодной штамповкой можно изготовлять пространственные детали сложных форм (сплошные и с отверстиями). Холодная объёмная штамповка обеспечивает получение деталей со сравнительно большой точностью размеров и качеством поверхности. Это уменьшает объём обработки резанием или даже исключает её. Однако, учитывая, что изготовление штампов трудоёмко и дороже изготовления инструмента, используемого при обработке резанием, холодную штамповку следует применять лишь при достаточно большой серийности производства.