Методика проведения работы
1. Подготовить модели отливок и элементов литниковой системы, опоки, подмодельные и подопочные плиты, формовочный инструмент и рабочее место.
2. Подготовить формовочную смесь и разделительный состав.
3. Изготовить полуформы из формовочной смеси.
4. Замерить твердость рабочих поверхностей полуформ.
5. Собрать формы.
6. Приготовить жидкий металл и залить его в формы.
7. Выдержать отливки в форме.
8. Выбить отливки из форм.
9. Оценить качество поверхности отливок, выявить поверхностные дефекты.
10. Результаты опытов внести в отчет.
11. Сделать вывод по работе.
Контрольные вопросы
1. Сущность древнейшего способа литья – литье в песчаноглинистые формы.
2. Первые центры для отливки предметов на Руси, когда они возникли и их продукция.
3. Чем объясняется подъем литейного производства с середины XIV века до начала XVIII века?
4. Когда появились первые стальные отливки и особенности их получения?
5. Дайте определение литья, как технологического процесса получения заготовок или готовых деталей.
6. Какие материалы и оснастка используются при изготовлении форм?
7. Как классифицируют литейные модели?
8. Какие технологические операции необходимо выполнить при формовке?
9. В какой последовательности выполняют технологические операции при формовке по неразъемной модели в опоках?
10. Что такое формовочная смесь, для каких целей ее применяют?
11. Назовите составляющие формовочной смеси.
Лабораторная работа № 8
Изготовление отливок в металлических
ФОРМАХ
История литья в металлические формы
Наряду с литьем в земляные формы существуют и рождаются специальные способы литья.
Сейчас существует очень много способов литья в металлические формы. Один из них – литье в стационарные металлические формы с использованием сил гравитационного поля земного притяжения – получил название кокильного литья. В простейшем виде этот способ литейщики Востока и Северного Причерноморья использовали задолго до нашей эры. Позже о кокилях Скифии забыли. Кокильное литье «открыли» вновь в России в XVI–XVII вв.
Оно стало известно как русский способ изготовления пушечных ядер. И снова забыли. Лишь в 30-х и 40-х годах нашего столетия кокильное литье возродилось вновь как один из прогрессивных способов изготовления отливок; возродилось на совершенно новых, научных основах.
Какие же преимущества имеет кокильное литье? Прежде всего, кокили можно использовать многократно и тем самым избежать такой трудоемкой операции, как формовка. Кроме того сокращается расход металла, отливки получаются более точными, металлу отливок можно придать особо высокие свойства облегчаются условия для автоматизации процесса. Эти достоинства кокилей обеспечивают им прочное место в литейных цехах сегодняшнего и завтрашнего дня.
Краткие теоретические сведения
Сущность метода и область применения. Сущность заключается в том, что вместо разовой песчано-глинистой используют металлическую форму, называемую кокилем (рис. 8.1). Обладая по сравнению с песчано-глинистыми формами приблизительно в 60 раз более высокой теплопроводностью, кокили обеспечивают мелкозерниструю структуру отливок, что повышает их прочность. При кокильном литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, в формовочных и стержневых смесях, что не только дает большую экономию, но и снижает количество пыли и улучшает санитарные условия труда; повышается точность и чистота поверхности отливки; обслуживание кокилей не требует рабочих высокой квалификации; значительно повышается производительность и уменьшаются необходимые производственные площади. Технологический процесс кокильного литья можно легко механизировать. Механизированные кокили имеют устройство, позволяющее закрывать и раскрывать их от пневматического или гидравлического привода. При массовом производстве несколько кокильных машин устанавливают на вращающиеся карусели, поворачивающиеся на необходимый угол через определенное время, за которое производится заливка кокиля.
Рис. 8.1. Металлические формы (кокили)
Наряду с преимуществами у кокильного литья есть и недостатки: высокая стоимость кокилей позволяет использовать их только в серийном и массовом производствах; опасность образования трещин в отливках из-за неподатливости металлического кокиля; чугунные отливки в кокиле получают отбеленными и требуют длительного отжига, что удорожает их производство.
Кокильное литье применяют в условиях крупносерийного и массового производств при изготовлении несложных по конфигурации отливок с толщиной стенок от 3 до 100 мм из чугуна, стали и цветных металлов.
Конструкция кокиля. По конструкции кокили различают неразъемные вытряхные(рис. 6.1, а) и разъемные с горизонтальным (рис. 8.1, б) и вертикальным (рис. 8.1, в) разъемами. Разъемные кокили (б, в) состоят из двух половин 6, центрирующихся направляющими штырями 10. Чтобы избежать коробления, кокиль снабжают ребрами жесткости 6 (б) либо делают коробчатой формы (в). На наружной стенке кокиля для его ускоренного охлаждения иногда отливают пальцы 8 (в). Отверстие или внутреннюю полость в отливке образует песчаный стержень 1 (а) либо металлический – 9(в). Металл заливают в литниковую чашу 3, и по стояку 4и питателям 7 он заполняет полость формы 2. Так как металлические стержни неподатливы, то во избежание образования в отливке трещин их удаляют из формы до начала усадки металла. Если внутренняя конфигурация отливки очень сложна, то металлические стержни делают из нескольких частей или заменяют песчаными. Литниковая система размещается в плоскости разъема кокиля. Для выхода воздуха из формы во время ее заливки, кроме выпоров 11 (в), в плоскости разъема по всей высоте кокиля прорезают щели глубиной 0,3–0,5 мм (на рисунке не показаны).
Изготавливают кокили из серого чугуна, стали, а также из цветных сплавов литьем с последующей механической обработкой.
Особенности технологии изготовления отливок в кокилях. Изготовление отливок в кокиле состоит из таких операций: очистка кокиля от старой облицовки; нанесение огнеупорного защитного покрытия или покраска рабочей поверхности кокиля; сборка формы с установкой стержней; заливка кокиля; выдержка отливки в форме; раскрытие кокиля и удаление из него отливки.
Стойкость кокиля зависит от трех основных факторов: материала отливки и температуры заливки сплава; материала кокиля; конструкции кокиля.
Окрашивание кокиля. Для увеличения стойкости кокиля, т.е. для предохранения его от термического удара и эрозионного воздействия во время заливки расплава, для управления условиями кристаллизации отливки, для создания в форме определенной газовой атмосферы и обеспечения в некоторых случаях поверхностного легирования и модифицирования отливки, производят окрашивание или облицовку кокилей огнеупорными покрытиями.
Тепловой режим кокиля. При заливке горячего расплава металл кокиля резко нагревается. В результате возникает так называемый термический удар, вызывающий деформации, которые приводят к значительным напряжениям в металле кокиля и выходу кокиля из строя. Нагрев кокиля также полезен и для заливаемого металла. При соприкосновении с холодным кокилем расплав быстро теряет жидкотекучесть и получается недолив тонкостенных отливок. Поэтому очень важно соблюдать тепловой режим кокиля, позволяющий получать отливки высокого качества и заключающийся в правильном подборе температуры подогрева и охлаждения кокиля. Температура нагрева кокиля зависит от типа расплава, материала кокиля, геометрии отливок и ряда других факторов и в среднем составляет 200–250 °С.
Подготовка кокиля. Кокиль перед заливкой металла подогревают до заданной температуры и наносят защитное покрытие. В полость кокиля устанавливают песчаные стержни, и кокиль собирают, затем заливают расплавленный металл. После затвердевания кокиль раскрывают, извлекают отливку и отделяют от нее литниковую систему. Как правило, кокильные отливки проходят термическую обработку для снятия внутренних напряжений, возникающих из-за неподатливости металлической формы и для исправления микроструктуры. Завершающей операцией является окрашивание отливки.
Оборудование, инструмент и материалы. Набор кокилей (разъемных, неразъемных); плавильная печь, литейные ковши, набор плавильных инструментов, шихтовые материалы для выплавки алюминиевых сплавов, противопригарное покрытие для окрашивания кокиля.