Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра литейного производства

ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Специальные способы литья

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2000

УДК 621.74.002.6(075.8)+[621.74:669.2/8](075.8)+621.74.04(075.8)

Кулаков Б.А, Дубровин В.К., Ивочкина О.В. Производство отливок из сплавов цветных металлов. Специальные способы литья: Учебное пособие. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2000. – 105 с.

Учебное пособие является руководством к практическим занятиям по курсам «Технология литейного производства» (раздел «Специальные способы литья»), «Производство отливок из сплавов цветных металлов», содержит общие теоретические сведения, типовые задачи расчетов оптимального состава шихты, технологических параметров литья по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежного, а также литья под регулируемым перепадом газового давления, соответствующие варианты заданий и примеры их выполнения. Пособие предназначено для студентов дневного и заочного обучения при подготовке инженеров по специальности «Литейное производство черных и цветных металлов».

Ил. 2, табл. 61, список лит. – 13 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией физико-металлургического факультета.

Рецензенты: Ю.А. Кожевников, В.В. Береснев.

 Издательство ЮУрГУ, 2000.

Введение

Теория и практика литейного производства на современном этапе позволяет получать изделия с высокими служебными характеристиками. Дальнейшее повышение эффективности неразрывно связано с применением ресурсосберегающих технологий, увеличением производительности и улучшением условий труда.

Решение данных задач в значительной степени обусловлено внедрением в производство специальных способов литья, позволяющим максимально приблизить литую заготовку по форме и размерам к готовой детали, снизить массу отливки, расход энергии и материалов, объём механической обработки, повысить производительность и комфортность условий труда за счет комплексной механизации и автоматизации, уменьшить вредное воздействие на окружающую среду.

Современный инженер–литейщик должен знать теоретические и технологические основы специальных способов литья, уметь управлять данными процессами, производить необходимые расчеты технологических параметров получения отливок.

В учебном пособии представлены контрольные задания, которые могут быть использованы при изучении курсов «Основы технологии литейного производства», «Производство отливок из сплавов цветных металлов». Пособие содержит 6 разделов, включающих общие теоретические положения, варианты заданий и примеры расчетов оптимального состава шихты для выплавки цветных металлов, приготовления связующего раствора при литье по выплавляемым моделям, размеров элементов литниковых систем, а также расчетов других технологических параметров при литье в кокиль, под давлением, центробежном, литье под регулируемым перепадом газового давления.

Проведение технологических расчетов позволит студентам лучше понять сущность физико-химических, гидравлических, тепловых процессов, происходящих на подготовительных стадиях и непосредственно при получении отливок специальными способами, научит ориентироваться в справочных данных, использовать специальную литературу.

Представленные в пособии теоретические сведения, методики расчетов, в том числе имеющих и программное обеспечение на ЭВМ, а также справочные материалы, приведенные в соответствующих технологиях, могут быть использованы при определении оптимальных технологических параметров изготовления отливок из сплавов цветных металлов.

1. Расчет шихты аналитическим методом

1.1. Общие сведения

В общем случае шихта – смесь материалов (металлов и неметаллов); плавильная шихта – сумма основных компонентов, загружаемых в плавильный агрегат для получения сплава заданного состава.

В качестве шихтовых материалов при плавке цветных сплавов используются первичные металлы, марочные сплавы, вторичные металлы и сплавы, лигатуры, а также возвраты, отходы производства и лом, поступающий со стороны. Кроме металлической части в шихту могут входить флюсы. Для удешевления сплавов в шихте следует полнее использовать возвраты производства, применять вторичные сплавы, отходы, лом со стороны и стружку. Однако, во избежание увеличения количества вредных примесей низкокачественные, дешевые компоненты шихты необходимо ограничивать. Исходя из этого, сплавы, к которым предъявляются наиболее высокие требования по количеству примесей, готовят без использования вторичных металлов и с ограничением возвратов и отходов. К таким сплавам относятся все деформируемые сплавы, а также литейные на основе цинка, никеля, магния и др. [1].

Количество шихтовых материалов определяют путем расчета шихты. Шихтовкой (по расчету) и плавкой должен быть получен сплав заданного химического состава. Подшихтовка – корректирование состава шихты в процессе плавки для получения заданного сплава.

Для расчета шихты необходимо знать:

– химический состав выплавляемого сплава по ГОСТу или ТУ и требования к нему;

– химический состав, условия поставки, хранения и подготовки шихтовых материалов;

– возможности применяемых плавильных агрегатов;

– угар и другие безвозвратные потери сплава по элементам;

– количество сплава, потребное по сменам и одноразовое;

– порядок загрузки шихтовых материалов в плавильный агрегат и его подготовку, процесс плавки и разливки;

– процесс производства слитков или фасонных отливок из сплава.

Химический состав сплава для расчета принимается по оптимальному или среднему содержанию в нем элементов. Оптимальный состав отличается от среднего большим или меньшим количеством того или иного элемента, что способствует улучшению эксплуатационных или технологических свойств сплава. Например, при получении тонкостенных фасонных отливок увеличивают содержание элементов, повышающих жидкотекучесть сплава.

Химический состав шихтовых материалов согласно принятым маркам регламентируется ГОСТами, ТУ или сертификатами. Условия поставки и хранения определяют качество компонентов шихты и, следовательно, выплавляемого сплава. Перед плавкой все шихтовые материалы подвергают очистке и подготовке по размерам (дроблению) [1].

Возможности плавильных агрегатов, применяемых для производства сплавов заданного состава, характеризуются эксплуатационными показателями, режимом работы и экономичностью. Плавильные печи, как пламенные, так и электрические, делятся на две большие группы: тигельные и отражательные (подовые) печи. Футеровка выполняется из различных огнеупорных масс или фасонных огнеупорных кирпичей и может быть кислой (SiO₂), основной (MgO), нейтральной (3Al₂O₃2SiO₂, MgOCr₂O₃). Вид футеровки определяется сплавом, составом образующегося шлака процессом плавки и экономическими соображениями.

Угар и другие безвозвратные потери сплава сравнительно точно могут быть определены при выполнении балансовых плавок. Но из-за неоднородности шихтовых материалов, качества футеровки и прочих факторов неизбежны колебания угара и безвозвратных потерь по элементам. В приложении 1 представлен средний угар и другие безвозвратные потери по элементам.

Количество элемента в шихте

кг, (1.1)

где Э_С – количество элемента в сплаве, кг; У – угар и другие безвозвратные потери элемента при плавке, %.

Расчеты шихт могут производиться арифметически, аналитически и графически [1]. Наиболее распространен аналитический метод, позволяющий рассчитать шихту при большом количестве компонентов для сложных по составу сплавов.

Аналитический расчет многокомпонентных шихт может производиться на ЭВМ с применением симплексного метода линейного программирования, включающем минимизацию целевой функции стоимости шихты.