Раздел 1. Технология горячей обработки материалов.
Тема 1.1. Основы литейного производства.
Понятие о литейном производстве.
Литейное производство — это отрасль промышленности, производящая заготовки для различных деталей машин, механизмов, приборов. Продукцией являются отливки — заготовки простой и сложной геометрической формы.
Сущность получения заготовок заключается в том, что жидкий сплав заливают в подготовленную литейную форму, внутренняя полость которой имеет очертание детали. Отливка в форме застывает и остывает до определенной температуры, после чего ее извлекают из литейной формы. При этом форму либо разрушают (разовая форма), либо разбирают на части (многократная форма). Затем отливку механически обрабатывают. При этом точные способы литья дают возможность получить готовую деталь, при этом механическая обработка не требуется.
Около 80% литья – литье в одноразовые формы. Материалы для форм – песчано-глинистые смеси. При этом процесс изготовления отливок складывается из нескольких этапов, которые выполняются в соответствующих отделениях литейного цеха. Каждое отделение имеет соответствующее оборудование, оснастку, приспособления – для выполнения технологических операций: смесеприготовление, изготовление форм и стержней, заливка форм, выбивка отливок и т.д.
Способ литья в одноразовые формы универсален: можно изготовить отливки любой массы и конфигурации, но при этом точность и чистота поверхности не удовлетворяют требованиям современного машиностроения.
К литью в одноразовые формы относят:
В песчано-глинистые формы
По выплавляемым моделям
В оболочковые формы
Литье в многоразовые формы:
Литье в кокиль
Центробежное литье
Литье под давлением
Литейные сплавы и их свойства.
Имеют большое разнообразие: чугуны, стали, сплавы на основе меди, алюминия, магния, титана.
Доля чугунных отливок ~72 %, стали ~23 %.
При выборе сплава для отливки необходимо учитывать его эксплуатационные свойства, литейные свойства и стоимость.
Основные литейные свойства: жидкотекучесть, усадка, склонность к трещинообразованию, газопоглощению, ликвация.
Жидкотекучесть - способность сплава течь по литейной форме, заполнять все ее полости и давать четкий отпечаток граней.
Для оценки жидкотекучести чаще всего используют спиральную пробу: металл заливают в песчаную форму, выполненную в виде спирального канала сечением 0,56 см2. Величина жидкотекучести определяется длиной отлитой спирали в миллиметрах.
Жидкотекучесть зависит от состава сплава, температуры и свойств формы. Хорошую жидкотекучесть имеют серые чугуны, оловянные бронзы, силумины.
При повышении температуры жидкотекучесть увеличивается. Поэтому при заливке тонкостенных отливок температура должна быть выше, чем при заливке массивных. В сухой песчаной форме жидкотекучесть выше, чем в сырой.
Усадка — это свойство сплава уменьшаться в объеме при затвердевании и охлаждении. Бывает линейная и объемная. Измеряют в %. Из-за усадки в отливке образуется усадочные раковины, трещины, поры.
Главным условием предупреждения является непрерывный подвод жидкого металла к кристаллизующемуся сплаву. Для этого в форме применяют прибыли и обеспечивают поступления жидкого металла снизу вверх в форму. В результате усадка образуется в прибыли, которая которую затем отделяют от отливки.
Усадке мешают части формы, стержни. Но при этом в самой отливке возникают внутренние напряжения, которые могут привести к возникновению трещин, короблению. Для предотвращения этого, следует применять форму и стержни с хорошей податливостью.
Склонность сплавов поглощать газы приводит к образованию в отливках газовой пористости и раковин. Газы могут попадать из атмосферы. Образующиеся пузырьки стремятся всплыть на поверхность. При местном скоплении газовых пузырей образуются газовые раковины. Для предотвращения применяют ряд технологических мер. Формы и стержни должны иметь хорошую газопроницаемость.
Ликвация – это неоднородность химического состава сплава.
В чугунах и сталях ликвируют сера и фосфор, что приводит к разупрочнению сплава.
Формовочные и стержневые смеси.
Смеси должны обладать свойствами:
Прочность – способность не разрушаться под действием внешних усилий. Под собственным весом, при транспортировке, при заливке металла.
Пластичность – способность смеси давать четкий отпечаток модели.
Податливость – способность реагировать на усадку.
Газопроницаемость – способность пропускать газы.
Огнеупорность (непригораемость) – способность не оплавляться при соприкосновении с жидким металлом и не вступать с ним в химическое взаимодействие.
Выбиваемость – способность легко разрушаться при выбивке отливки.
Долговечность – способность смеси сохранять свойства при многократном применении.
Исходные формовочные материалы:
Основные: кварцевый песок, глина (связующие).
Вспомогательные: связующие и добавки.
Связующие улучшают качество глины: сульфитно-спиртовая барда, пылевидный кварц, мазут (противопригарные), опилки (податливость) и т.д. Жидкое стекло.
Припылы и краски – тонкие порошки серебристого графита, деревянного угля и др – наносят на поверхности форм. Краски- противопригарные.
Смеси изготавливают из свежих материалов и отработанных.
По использованию смеси делят на:
Единые – в массовом и серийном пр-ве
Облицовочные и наполнительные.
Облицовочная наносится на модель слоем 30-100мм – свежая. Наполнительная заполняет форму.
Модельные комплекты и опочная оснастка.
Служат для изготовления песчано-глинистых форм:
Модель – соответствует отливке со стержневыми знаками. Чаще всего раздельная, с формовочными уклонами для облегчения выемки. Модель больше отливки на усадку и последующую механическую обработку. Делают из дерева, пластмасс или металла.
Модельная плита – на ней собирают форму.
Опока – жесткая металлическая рама – для уплотнения формы смеси.
Модель литниковой системы – образует систему каналов, по которым жидкие металлы поступают в полость формы
1 - литниковая чаша
2 - стояк
3 - шлакоуловитель
4 - питатели
Прибыли и выпоры
Модели выпоров образуют в форме каналы, по которым при заливке удаляется воздух и газы.
Изготовление форм и стержней.
Изготовление форм называется формовкой. Формы изготавливают вручную и на машинах. Формовка ручная применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Наиболее распространена в парных опоках по разъемным моделям.
На модельную плиту устанавливают нижнюю часть модели, модель питателя и нижнюю опоку. Насыпают облицовочную смесь и засыпают наполнительную смесь. Утрамбовывают, Прокалывают форму иглой (душником), Поворачивают на 180°. Устанавливают верхнюю опоку. На нижнюю половину модели устанавливают верхнюю по контрольным штырям. На нижнюю половину опоки устанавливают верхнюю опоку, верхнюю п/модель, модели литниковой системы, модели выпора и питателей.
Припыляют, уплотняют смесь, делают вентиляционные наколы. Верхнюю полуформу снимают, переворачивают на 180°, извлекают модели стояка и выпоров. Внутреннюю полость формы отделывают специальными инструментами, сушат, красят. Затем форму собирают: в нижнюю устанавливают стержень, устанавливают верхнюю, скрепляют.
В
единичном производстве отливки больших
размеров, имеющие форму тел вращения,
изготавливают по шаблону.
При машинной формовке механизированной наиболее трудоемкие операции: утрамбовка и извлечение моделей
Встряхивающая машина с
допрессовкой (пневматич.)
1 – цилиндр с каналами
2 – стол-поршень
3 – прессовая колодка
4 – опока с моделями и форм
смесью
Пескометы применяют для подачи и утрамбовки форм смеси для изготовления средних и крупных форм и стержней.
Изготовление стержней такое же, как и форм. При этом для увеличения прочности в них устанавливают металлические каркасы проволочные или отлитые.
Заливка форм, выбивка и очистка литья.
Готовые формы по рольгангу 1 сталкиваются на движущийся транспортер 2, поступают к заливочной площадке 3. По монорельсу 4 в ковше подается жидкий металл, производят заливку. Залитые формы поступают в охладительное устройство 5, затем сталкиваются на выбивную решетку 6. Смесь проваливается через решетку и транспортируется на переработку. Отливки поступают в очистное отделение.
Ковши имеют несколько типов: носковые, чайниковые с перегородкой, стопорные и т.д.
После выбивки отливку обрубают: удаляют литниковую систему, прибыли, выпоры.
Для удаления пригоревшей смеси применяют:
- для мелких – галтовочные барабаны со звездочками из белого чугуна.
- для крупных – дробеметная очистка, гидропескоструйная очистка.
Литье в кокиль.
Кокиль – это многоразовая форма, изготовленная из стали, чугуна, алюминиевых сплавов.
Разъемные бывают с горизонтальной, вертикальной и более сложной конструкцией разъема.
Для облегчения удаления отливки в форме предусматривают толкатели.
Перед заливкой полость кокиля окрашивают огнеупорной краской, подогревают до 200-300° – во избежание выброса металла и потери жидкотекучести.
Формы установлены на кокильных машинах (карусельного плена) в котором предусмотрены закрывание и раскрывание, извлечение стержней, выталкивание.
Отливки получаются более плотные, мелкозернистые, с более высокой точностью размеров и чистотой поверхности.
Процесс высокопроизводительный, но формы дороже.
Литье под давлением.
Металлическая форма называется пресс-формой, изготавливают из стали.
Пресс форма состоит из неподвижной и подвижной матрицы. В подвижной полуформе крепят металлические стержни, толкатели. Форма имеет каналы для охлаждения водой.
Схема литья бывает 3 типов:
С холодной горизонтальной камерой
С холодной вертикальной камерой
С горизонтальной и вертикальной камерой.
Большинство машин работает в автоматическом режиме. Производительность достигает до 3000 отливок в час. Изготавливают в основном отливки из цветных металлов.
Получают сложные отливки высокой точности и чистоты поверхности. Можно получить отливки со стенками толщиной 1-1,5 мм, с высокой прочностью.
Центробежное литье.
Металл заливают во вращающуюся металлическую форму. Бывают с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Применяют для изготовления тел вращения. Под действием центробежных сил металл прижимается к стенкам формы.
Применяют для изготовления отливок небольшой высоты – втулок, колец, зубчатых колес, фланцев.
Применяют
для длинных отливок – труб (длиной о
т
2 до 5 м, диаметром от 50 до 1000 мм, толщиной
стенок от 7,5 до 30 мм)
При таком способе литья не требуются стержни. Металл отливок получается плотным. Недостаток – сильная ликвация.
Литье в оболочке формы.
Форма представляет собой раздельную разъемную тонкостенную оболочку, изготовленную из песчано-смоляных смесей по горячей металлической модели.
Смесь состоит из мелкозернистого кварцевого песка и смолы.
На модельные плиты крепят модели отливок, литник системы, выпоров.
Нагревают до 200-250°. Устанавливают моделями вниз на бункер с форм. смесью. Переворачивают бункер. Форм. смесь прилипает на нагретые поверхности за счет смолы. Повторяют несколько раз для увеличения толщины оболочки.
Оболочку вместе с модельной плитой помещают в печь, где при температуре 300—350° выдерживают 1—3 мин. Смола твердеет и оболочка приобретает необходимую прочность. Оболочку снимают с плиты толкателями. Обе части скрепляют и устанавливают в опоку с отработанной ф. смесью.
Получают тонкостенные отливки массой до 100 кг с точными размерами, с чистой поверхностью: ребристые цилиндры, коленчатые валы и т.д.
Литье по выплавляемым моделям.
Форма представляет собой неразъемную тонкостенную керамическую оболочку, изготовленную по разовым (выплавляемым моделям).
Модели изготавливают в пресс-формах из легкоплавких (парафиностеариновая смесь) или растворимых материалов (канифоль, карбамид – технич. мочевина). Металлический стержень – литн. систему окунают в парафиностеариновую жидкую смесь – получают оболочку.
К ним горячим ножом – паяльником припаивают модели вручную.
Полученный блок окунают в ванну с жидкой керамической обмазкой, затем обсыпают кварцевым песком (песчинки находятся во временном состоянии под действием сжатого воздуха). Сушат парами воздуха. Процесс повторяют, наносят 4-6 слоев.
Модели удаляют в ваннах с горячей водой. Затем форму прокаливают температурой 950°. Заливку металла производят сразу после прокалки, установив форму в опоку с наполнителем. Получают отливки сложной формы с высокой точностью поверхности. Но этот метод длительный и сложный.
