2.12 Прокаливание гипсовых форм

Содержание воды после сушки в гипсовых формах при литье алюминиевых и медных сплавов не должно превышать 5%.

Существенным недостатком эстрих-процесса является большая длительность (50-60 часов) что обусловливается проведением операций сушки и прокалки гипсовых форм для их обезвоживания.

В не обработанных паром гипсовых формах толщиной 50-70 мм для отливок из свинцовых и цинковых сплавов на освобождение форм от влаги затрачивается 24 часа при температуре 300 С.

Рисунок 6 – Режим прокаливания форм

Для отливок с толщиной стенок до 10 мм из медных сплавов (латунь и бронза) удаление влаги из форм весом 25-30 кг осуществляется при нагреве литейных форм вместе с печью до 720-750 С и выдержке при этой температуре в течение 2-3 часа с последующим их охлаждением вместе с печью до 300-350 С.

2.13 Плавка металла и заливка форм

Плавка бронзы происходит в индукционных тигельных печах [24]. Тигель с расплавляемым металлом находится внутри индуктора. Индуктор представляет собой спираль из медной водоохлаждаемой трубки. Для выплавки металла используют индукционную тигельную печь ИСТ–0,06. Основными достоинствами этой печи является простота перехода с плавки одного металла на другой, высокая скорость нагрева, хорошая перемешивание металла, небольшой угар [6].

Таблица 8 – Техническая характеристика печи ИСТ–0,06

Параметры	Значения
Мощность, кВт;	132
Напряжение силовой цепи, В;	1500
Напряжение цепей управления, В;	220
Число фаз	1
Частота, Гц;	2500
Емкость печи, кг;	60
Рабочая температура, ºС;	1600
Удельный расход электроэнергии, кВт/ч;	940
Время расплавления, мин;	75
Расход воды на печь, м3/г;	1,8
Рабочие размеры тигля: Диаметр, мм;	300
Высота, мм.	510

Плавку медных сплавов ведут в индукционных печах без стального сердечника (тигельные индукционные). Внутри индуктора помещается тигель с расплавляемым металлом. Индуктор представляет собой спираль из медной водоохлаждаемой трубки.

Для плавки сплавов тяжелых металлов применяют тигли графитовые, которые вставляют в индуктор, или набивные, изготовляемые на месте из молотого кварца, магнезита, цирконового песка со связующими добавками. Тигли также на месте делают из фасонного огнеупорного кирпича.

В разогретую печь загружают часть вторичных сплавов и возврата, покрывают слоем сухого древесного угля, который после расплавления шихты должен покрыть ровным слоем всю поверхность жидкого сплава. По мере расплавления первоначальной порции шихты в печь вводится частями или полностью остаток шихты. Свежий металл – медь применяемый для подшихтовки, загружают в печь одновременно с первой порцией шихты, а цинк, свинец и олово вводятся в ванну в конце плавки.

После расплавления всей шихты и достижения требуемой температуры сплав раскисляют фосфористой медью в количестве 0,2% от массы шихты и покрывают хорошо просушенным флюсом, состоящим из 60% кальцинированной соды, 33% плавикового шпата и 7% буры. Расход флюса составляет 2-3 % от массы шихты. После загрузки флюса сплав нагревают до 1150-1200 °С, выдерживают под флюсом 20-30 минут, периодически перемешивая, затем при температуре 1150-1170 С счищают образовавшийся шлак. Печь не оборудована индивидуальным поворотным механизмом, вылив жидкого металла должен проводиться с помощью цехового крана. Сплав выпускают из печи в ковш для разливки по формам.

2.14 Выбор разливочного ковша

Для транспортировки и заливки жидкого металла в форму применяем ручной ковш, с двумя сливными носками.

Заливку металла производим в четыре формы металлоёмкостью 8 кг, следовательно, выбираем ковш номинальной ёмкостью 40 кг.

Кожух ковша стальной сварной, для футеровки применяют смесь следующего состава 65 частей формовочного кварцевого песка и 35 частей формовочной глины. Толщина футеровки 25мм.

Сушка ковшей производится в сушильных камерах при температуре 300-350 С в течение 4ч. Перед разливкой металла ковш подогревают до температуры 500–750 °С.

2.15 Расчет шихты для плавки сплава бро3ц12с3

Подготовка шихтовых материалов. Крупные шихтовые материалы (катоды, чушки, бракованные отливки и пр.) разрезают или разбивают на более мелкие куски, удобные для загрузки их в печь. Катодные листы (пластины) тщательно очищаются от остатков электролита, бракованные отливки и литники от формовочной смеси. Сыпучую и витую стружку после ее дробления подвергают центрифугированию для удаления влаги, масла, эмульсии. Обрезки листового материала, проволоки, высечки и т. п. после тщательной сортировки и удаления влаги, смазки, пакетируют в пакеты, удобные для загрузки в печь.

В процессе подготовки шихты необходимо следить за тем, чтобы отходы металлов и сплавов, различных марок не смешивались между собой. Отходы неизвестного химического состава обязательно предварительно переплавляют в чушки, которые после получения результатов химического анализа используют в качестве шихтового материала.

Расчет шихты заключается в определении весовых соотношений различных видов шихтовых материалов, загружаемых в печь, для получения сплава заданного химического состава. Расчет шихты производят на 100 кг сплава. По заданному химическому составу определяют содержание основных компонентов в 100 кг сплава, а затем содержание их в шихте с учетом угара.

Выход годного литья Г, %, определяется по формуле

ВГ = (2.6)

где М_отл – масса отливки, кг (М_отл = 5 кг);

М_ж.м. – масса жидкого металла в форме, кг (М_ж.м.=8 кг);

n – количество отливок в форме, шт (n = 1 шт).

Проведём расчет по формуле (2.6):

ВГ= %.

Баланс металла приведен в таблице 9.

Таблица 9 - Баланс металла

Выход годного литья, %	Возврат собственного производства, %	Угар и безвозвратные потери, %	Итого, %
65	28,5	6,5	100

При расплавлении металла в состав шихты входят чистые металлы и возврат собственного производства.

Используем плавку в индукционной печи. Выбираем угар элементов по таблице 9.

Таблица 10 - Угар элементов

Элемент, %	Cu	Sn	Zn	Pb
Значение угара, %	1-2	1-2	2-3	2-4

Расчёт ведём на 100 кг сплава. Для компенсации угара указанных элементов масса шихтовых материалов должна быть увеличена на процент угара, следовательно, расчётное содержание искомого компонента в шихте определяют по формуле

К_ш = , (2.7)

где К_ж – содержание элемента в сплаве, %;

У – угар в процессе плавки, %;

Количество компонента в шихте рассчитаем по формуле (2.7):

К_{ш Sn} = = 3,03%;

К_{ш Pb} = = 3,09%;

К_{ш Zn} = = 12,24%;

К_{ш Cu} = = 82,82%.

С возвратом собственного производства вносят:

B_Sn = = 0,85%;

B_Pb = = 0,85%;

B_Zn = = 3,42%;

B_Cu = = 23,37%.

Таблица 11 - Состав материалов шихты

Материал шихты	Содержание элементов, %
	Cu	Sn	Pb	Zn	Sb	Fe	As	S
Лигатура медь-олово	50	50	-	-	0,4	0,4	0,01	0,05
Свинец С3 ГОСТ 3778-98	0,002	0,002	99,9	0,005	0,005	0,005	0,005	-
Цинк Ц3 ГОСТ 3640-94	0,001	0,001	0,005	99,99	0,003	-	0,005	-
Медь М3 ГОСТ 859-2001	99,5	0,05	0,05	-	0,05	0,05	0,01	0,01
Возврат	82	3	3	12	0,4	0,3	-	-

Расход компонента, К, кг, с учётом его содержания в шихте, рассчитывается по формуле

К= (2.8)

где К_о – содержание основного элемента в компоненте, %.

Проведем расчёт по формуле (2.8):

К_Sn= %;

К_Pb= %;

К_Zn= %;

К_Cu= %.

Расчёт по примесям.

Sb вносят:

- возврат Sb = 0,4*28,5/100 = 0,114%;

- свинец Sb = 0,005*2,24/100 = 0,000112%;

-цинк Sb = 0,003*8,82/100 = 0,000264%;

- медь Sb = 0,05*59,75/100 = 0,029%;

Sb = 0,144 не превышает допустимое значение.

Fe вносят:

- возврат Fe = 0,4*28,5/100 = 0,114%;

- свинец Fe = 0,005*2,24/100 = 0,000112%;

- медь Fe = 0,05*59,75/100 = 0,029%;

Fe = 0,144 не превышает допустимое значение.

As вносят:

- возврат As = 0,01*28,5/100 = 0,00285%;

- свинец As = 0,005*2,24/100 = 0,000112%;

- цинк As = 0,005*8,82/100 = 0,000441%;

- медь As = 0,01*59,75/100 = 0,005975%;

As = 0,0094 не превышает допустимое значение.

S вносят:

- возврат S = 0,05*28,5/100 = 0,01425%;

- медь S = 0,01*59,75/100 = 0,005975%;

S = 0,0202 не превышает допустимое значение.

Результат расчёта шихты приведен в таблице 11.

Таблица 12 – Состав шихты

Компонент шихты	Массовая доля
	кг	%
Возврат	28,5	27,49
Медь катодная М3 ГОСТ 859-2001	59,75	57,64
Цинк Ц3 ГОСТ 3640-94	8,82	8,51
Свинец С3 ГОСТ 3778-98	2,24	2,16
Лигатура медь-олово	4,36	4,2
Всего	103,67	100

2.16 Заливка и финишные операции

Следующей операцией является заливка металла в форму. Температура формы во время заливки должна составлять 130 – 150 ^оС. Перед заливкой тщательно заделывается глиной и асбестом отверстие для выхода модельной массы. Если заливку производят традиционным сплавом – бронзой марки БрО5Ц5С5, то температура заливки составляет 1140 ^оС.

Залитая металлом форма охлаждается на заливочной площадке. Отливка после достаточного остывания в форме проходит следующие операции: выбивка из формы, отделение литников, предварительная очистка и окончательная доводка.

После выбивки из формы на отливке остается часть огнеупорного покрытия, которая отбивается вручную ударами молотком по литниковой воронке и стояку.

Отделение литниковой системы можно производить на металлорежущих станках, вручную, ножовками и отрезными абразивными кругами.

Очистку отливок производят механическими способами. К ним относятся очистка металлическими щетками и пескоструйная очистка мелким кварцевым или металлическим песком (диаметром до 0,3мм). Более крупный металлический песок, также как и мелкий песок (при длительной очистке), может ухудшить качество поверхности отливки.

2.16.1 Доводка литья. Доводка является завершающим этапом изготовления художественной отливки. Под доводкой подразумевают комплекс технологических процессов, которые придают изделию законченный вид. Она включает в себя крацевание.

2.16.2 Крацевание. Крацеванием - называют обработку художественного литья вращающимися металлическими щетками. Крацевание жесткими щетками придает отливке законченный вид, поверхность отливки становится матовой. При обработке мягкими щетками поверхность приобретает блеск. При крацевании изделия смачивают слабым водным раствором поташа (3%).

Отливку слабо прижимают к щетке, так как при сильном нажиме на поверхности могут образоваться полосы и штрихи (особенно при недостаточном смачивании).

2.17 Контроль качества отливок

Контроль качества отливок внешним осмотром следует производить в два приема.

Первый предварительный контроль отливок производят в блоках, сразу же после первичной очистки блоков от оболочки. Он позволяет выявить причины литейных дефектов и наметить меры борьбы с браком.

Второй контроль производят после окончательной очистки отливок, осматривая каждую отливку.

Чистоту поверхности отливок оценивают визуально сравнением отливок с эталоном. Отливки, имеющие дефекты, сравнивают с допустимыми дефектами утвержденных эталонов или описанными в технических условиях. Безусловно, годные отливки или с допустимыми дефектами направляют на дальнейшие операции, а отливки с дефектами бракуют или направляют на исправление; забракованные — забивают или ломают, чтобы они случайно не попали в годные.

Контроль химического состава сплава контролируют по данным лабораторного анализа. В случае приготовления сплава в на участке непосредственно перед заливкой форм следует проверять 100% плавок на основные элементы сплава и вредные примеси. Если имеются сертификаты на исходные материалы повторяющегося производственного процесса, то заменяют выборочным, например, контролем каждой 10-й плавки и по результатам ее химического анализа судят о составе сплава этих плавок. В случае, когда резуль­таты выборочного анализа неудовлетворительны, выпуск деталей производится по результатам проверки каждой плавки.

В цеховой лаборатории проверка состава сплава производится методами химического или спектрального анализа.

Химический анализ позволяет после растворения сплава выделить в чистом виде или в виде соединений отдельные элементы сплава и определить их процентное содержание (концентрацию) в сплаве. Химический анализ дает точные сведения о содержании элементов в сплаве, но он занимает много времени, так как химическое растворение и осаждение иногда длится в течение нескольких часов.

Спектральный анализ основан на рассмотрении спектра лучей, излучаемых при воздействии дугового разряда на поверхность анализируемого материала. По спектру определяют качественный и количественный состав сплава. Преимущества спектрального метода перед химическим состоят в быстроте, высокой точности его при малой концентрации в сплаве определяемого элемента, универсальности и возможности определять химический состав практически без повреждения отливок.