1769

10

заливкой жидким металлом. После заливки эти вещества выгорают, обеспечивая податливость и газопроницаемость формы.

5) Спецдобавки. Они делятся на 2 группы: а) добавки для предотвращения пригара; б) добавки, увеличивающие податливость и газопроницаемость форм и стержней.

К первой группе относятся каменноугольная пыль, графит, мазут. При их нагреве углерод окисляется. Выделяющиеся газы СО и СО2 образуют прослойку между стенками формы и жидким металлом, препятствуя появлению пригара. Эти добавки применяют в основном для чугунного литья.

Для стального литья используют добавки, обладающие большей непригораемостью, чем кварцевый песок (например: маргалит – молотый кварц) – в основном в виде противопригарных красок.

В зависимости от назначения различают следующие виды смесей: а) стержневые (для изготовления стержней); б) формовочные (для из-

готовления форм).

1.3. Литье в разовые песчаные формы

Это самый распространенный способ изготовления отливок. Литейная форма (рис. 1.3) обычно состоит из нижней 1 и верхней 2 полуформ, которые изготовляют (формуют) в металлических опоках 4 – приспособлениях для удержания формовочной смеси.

Нижнюю и верхнюю полуформы взаимно ориентируют с помощью металлических штырей 3, которые вставляют в отверстия приливов у опок. Литниковая система 5 – это совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы. I и II – литейные стержни.

Полость в литейной форме, которая соответствует конфигурации получаемой отливки, образуется вдавливанием в полуформы деревянной модели, копирующей получаемую отливку, а также установкой литейных стержней (I и II на рис. 1.3).

Форма при этом методе получения отливок заливается жидким металлом только один раз, после чего она разрушается.

Литье в разовые песчаные формы – это весьма технологичный и универсальный процесс изготовления отливок, но ему свойственны следующие недостатки:

11

–повышенный процент брака;

–значительная шероховатость поверхности отливок;

–низкая точность размеров отливок;

–повышенные припуски на обработку резанием;

–значительная запыленность производственных помещений. Указанные недостатки отсутствуют у специальных методов литья,

таких как литье в кокиль (кокильное литье), центробежное литье, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям и литье в оболочковые формы.

1.4. Кокильное литье

Сущность метода: отливки получают путем свободной заливки жидкого металла в постоянную металлическую форму (кокиль).

Особенности метода:

интенсивность теплообмена между формой и остывающей отливкой (в 3...5 раз выше, чем при остывании отливки в песчаной форме);

форма неподатлива и негазопроницаема;

стержни могут применяться как металлические, так и песчаные;

перед заливкой формы жидким металлом на рабочую поверхность кокиля наносится покрытие.

Рис. 1.4. Кокиль для отливки поршня с разъемным металлическим стержнем

12

Для получения сложной полости отливки используют разъемные металлические стержни, состоящие из нескольких частей. Например, внутреннюю полость автомобильного поршня из алюминиевого сплава получают металлическим стержнем, состоящим из трех частей: центрового стержня 2 и двух боковых 1 и 3 (рис. 1.4, а). После заливки кокиля сплавом и образования достаточно прочной корки в отливке извлекают центровой – клинообразный – стержень 2 (рис. 1.4, б), затем боковые 1 и 3, а потом стержни 4 и 5, с помощью которых в поршне получают отверстия.

Основные операции технологического процесса:

–очистка рабочей поверхности кокиля от загрязнений и окислов;

–подогрев кокиля перед окраской;

–нанесение покрытия на кокиль;

–подогрев кокиля перед заливкой;

–установка стержней и сборка кокиля под заливку;

–заливка кокиля;

–охлаждение отливки;

–удаление отливки из кокиля.

Достоинства метода по сравнению с литьем в разовые песчаные формы:

1.Повышение производительности труда (нет операции изготовления формы, так как форма постоянна).

2.Повышение качества отливок: а) высокая чистота поверхности отливок; б) повышенная точность размеров; в) уменьшение припуска на обработку резанием; г) улучшение санитарно-гигиенических условий труда (уменьшение запыленности помещения).

Недостатки метода:

более высокая стоимость технологической оснастки (кокиль стоит дороже, чем деревянная модель);

трудность получения тонкостенных отливок (тоньше 3 мм), а также отливок, сложных по конфигурации;

так называемый «отбел» поверхности чугунных отливок (образует-

ся структура белого чугуна). Поэтому чугунные отливки подвергают специальному отжигу (850...950 0С в течение 2...4 часов для уменьшения твердости);

ограниченная стойкость кокиля.

Область применения кокильного литья. Получение отливок из стали,

чугуна и цветных сплавов, имеющих толщину стенок 3...100 мм.

1.5. Центробежное литье

Это способ литья, при котором заполнение формы расплавом и кристаллизация отливки происходят в поле действия центробежных сил.

13

Сплав заливают во вращающиеся формы. Металлические формы (изложницы) изготовляют из чугуна и стали.

Главные особенности метода

Используются 3 основных варианта:

1)При горизонтальной оси вращения формы получают тела вращения (полые цилиндры) большой длины (рис. 1.5, а).

2)При вертикальной оси вращения формы получают также тела вращения большого диаметра, но небольшой длины (рис. 1.5, б).

3)Так называемое центрифугирование (литье на центрифуге) получают любые фасонные отливки при вертикальной оси вращения центрифуги.

Рис. 1.5. Схемы процессов изготовления отливок центробежным литьем

В машинах с горизонтальной осью вращения (см. рис. 1.5, а) расплавленный металл из ковша 1 заливают по специальному желобу 2 во вращающуюся с частотой 200...1400 мин –1 форму 3. Попадая на внутренние стенки формы, жидкий металл образует полую цилиндрическую отливку 4, которую после затвердевания извлекают из формы. На таких машинах получают детали и заготовки типа труб, втулок, гильз.

При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси (см. рис. 1.5, б) расплавленный металл из разливочного ковша 4 заливают в литейную форму 2, укрепленную на шпинделе 1, который вращается от электродвигателя. Расплавленный металл центробежными силами прижимается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного затвердевания. После остановки формы отливка 3 извлекается. На этих машинах изготовляют кольца большого диаметра высотой не более 500 мм.

Достоинства метода центробежного литья:

– все преимущества, связанные с заменой песчаной формы на металлическую;

14

–за счет центробежных сил происходит: а) измельчение зерна металла; б) повышение плотности металла; в) улучшение заполняемости формы; г) уменьшение пористости металла (газовой и усадочной);

–отсутствие стержней при заливке полых цилиндров;

–большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы;

–возможность получения 2-слойных отливок (поочередной заливкой разных металлов).

Недостатки метода:

–дорогое оборудование и оснастка;

–ликвация компонентов сплава (неоднородность химического состава в различных частях отливки за счет центробежных сил);

–точность внутреннего размера цилиндрических полых заготовок зависит от точности дозировки.

Область применения метода. Получение полых отливок в форме тел вращения. Например, в машинах с горизонтальной осью вращения получают чугунные водопроводные и канализационные трубы диаметром до 300 и до 1800 мм соответственно. В формах с вертикальной осью вращения получают короткие тела вращения – кольца высотой до 500 мм (например, гильзы автомобильных и тракторных двигателей).

1.6. Литье под давлением

Сущность метода: заливка металла в металлическую форму (прессформу) и формирование отливки происходят под избыточным давлением Р = 30...100 МПа).

Изготовляют отливки на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. Камеры прессования располагаются либо горизонтально, либо вертикально.

Рис. 1.6. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горизонтальной камерой прессования

15

В качестве примера на машинах с горизонтальной камерой прессования (рис. 1.6.1) порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования 4 (рис. 1.6, а). Металл плунжером 5 под давлением 30...100 МПа подается в полость пресс-формы (рис. 1.6, б), состоящую из неподвижной 3 и подвижной 1 полуформ. Внутреннюю полость в отливке получают стержнем 2. После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается (рис. 1.6, в), извлекается стержень 2 и отливка 7 выталкивателями 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120...320 0С. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают воздухом и смазывают специальными материалами для предупреждения приваривания отливки к пресс-форме. Воздух и газы удаляют через каналы глубиной 0,05...0,15 мм и шириной 15 мм, расположенные в плоскости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости перед заливкой расплавленного металла. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг.

Особенности метода:

заполнение формы почти мгновенное (десятые и сотые доли секун-

ды);

скорость движения жидкого металла: 0,5...120 м/с;

толщина стенки отливок может достигать минимальных значений

0,8...1 мм;

часть воздуха и газов не успевает выйти из формы. Они остаются в отливке в виде газовоздушной пористости (так как происходит быстрое закупоривание вентиляционных каналов).

Достоинства метода:

– высокая производительность, низкая трудоемкость и полная автоматизация процесса;

– возможность получения тонкостенных отливок (толщина стенки

= 0,8...1 мм);

–повышенное качество отливок: а) высокая точность размеров; б) высокая чистота и качество поверхности;

–припуски на обработку резанием либо отсутствуют, либо снижены до минимума;

–хорошие санитарно-гигиенические условия труда;

–процесс экологически чистый.

Недостатки метода:

–высокая стоимость оборудования и литейных пресс-форм;

–ограниченная область применения по массе, размерам и сплавам (в основном сплавы цветных металлов при массе отливки до 45 кг);

–нельзя проводить термообработку отливок из-за коробления.

17

3)Сборка партии моделей на общем станке в блок моделей 3 (рис. 1.7, в) с общей литниковой системой. В один блок объединяют 2...100 моделей.

4)Погружение блока моделей 3 в емкость 4 с жидкой формовочной смесью – суспензией 5 (суспензия представляет собой пылевидный кварц в связующем растворе этилсиликата, рис. 1.7, г). При этом на модели образуется слой (менее 1 мм) суспензии. Этот слой обсыпают мелким кварцевым песком 7 в специальной установке 6 (рис. 1.7, д). Затем модельные блоки сушат на воздухе или в парах аммиака (режим сушки: воздух 2...4 часа, в парах аммиака 50...60 минут). Операция с погружением, обсыпкой и сушкой повторяется от 3 до 10 раз, пока толщина стенки формы не достиг-

нет значения = 5...8 мм.

5)Удаление парафиностеариновой модели из полученной формы производится расплавлением в горячей воде (Т = 80...90 0С, рис. 1.7, е). Для этого модельный блок погружают на несколько минут в бак 8 с водой 9, которая нагревается устройством 10.

6)Сборка оболочек 12 в контейнере 13 с опорным наполнителем 14 (песок, шамот, просеянные через сито не более 2 мм, рис. 1.7, ж).

7)Прокалка в электрической печи 11 (происходит упрочнение форм

иудаление газов, температура Т = 900...1000 0С, время прокаливания = 6...8 часов, нагрев осуществляется со скоростью не более 100 0С в час).

8)Эжектирование (продувка форм сжатым воздухом).

9)Заливка жидкого металла 16 в нагретую форму из ковша 15 (рис.

1.7, з).

После охлаждения отливки форма разрушается.

Достоинства метода:

– возможность получения тонкостенных отливок сложной конфигу-

рации (с толщиной стенки = 1...3 мм);

–качество поверхности отливок высокое;

–точность размеров высокая (8...11 квалитет);

–припуски на обработку резанием минимальны (0,2...0,7 мм) или вовсе отсутствуют.

Недостатки метода:

–большая трудоемкость техпроцесса;

–процесс материалоемкий – требуется большая номенклатура мате-

риалов.

Область применения метода. Производство мелких (от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов) сложных отливок из сплавов, труднообрабатываемых резанием (жаропрочных, коррозионностойких сталей).

18

1.8. Литье в оболочковые формы

Способ основан на получении полуформ в виде оболочек толщиной 5...20 мм. Их изготовляют путем отверждения смеси на нагретой металлической оснастке (модели). Применяют смесь, в которой связующее вещество вначале расплавляется, а потом необратимо затвердевает, образуя оболочку.

В качестве связующего используется термореактивная смола пульвербакелит (4...7 %), остальное – мелкозернистый кварцевый песок.

Процесс изготовления оболочек:

1. Подогрев модели и модельной плиты 1 (рис. 1.8, а) до 200..250 0С.

Рис. 1.8. Последовательность операций формовки при литье в оболочковые формы

2.Опрыскивание модели и модельной плиты разделительным составом, чтобы оболочка отставала от модели (используется силиконовая жидкость).

3.Опрокидывание бункера 2 с формовочной смесью 3 и выдержка в течении 10...30 с (формовочная смесь 3 при этом покрывает форму, рис. 1.8, б). От теплоты модельной плиты термореактивная смола в пограничном слое переходит в жидкое состояние, склеивает песчинки с образованием песчано-смоляной оболочки 4 толщиной 5...20 мм в зависимости от времени выдержки.

4.Обратный поворот бункера на 1800 (происходит ссыпание остатков смеси на дно бункера, рис. 1.8, в).

19

5.Модельная плита с полутвердой оболочкой 4 снимается с бункера

ипомещается в печь с температурой 300...350 0С. Выдержка составляет 50...90 сек (смесь необратимо затвердевает, так как термореактивная смола переходит в твердое необратимое состояние).

6.Твердая оболочка снимается с модели специальными толкателями 5 (рис. 1.8, г). Аналогично изготовляют и вторую полуформу. Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротвердеющим клеем на специальных прессах, предварительно установив в них литейные стержни, или скрепляют скобами.

7.Сборка литейных форм 6 под заливку в контейнере 7 с опорным наполнителем 8 (в качестве наполнителя используют кварцевый песок или металлическую дробь с целью предохранения оболочки от преждевременного разрушения, рис. 1.8, д).

Особенностью данного метода литья является тот факт, что упрочнение формы происходит на модели (в отличие от литья в разовые песчаные формы), поэтому точность размеров – повышенная.

Достоинства метода:

– высокая производительность, причем получают не сырую, а сухую форму;

– высокая точность размеров;

– благодаря мелкому кварцевому песку достигается высокое качество поверхности отливок;

– припуски на механическую обработку снижаются;

– снижается расход формовочных материалов.

Недостаток метода. Пульвербакелит – дорогостоящий связующий материал.

Область применения метода. Получение отливок из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов в массовом производстве (детали автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин) с толщиной стенки 3...15 мм и массой 0,25...100 кг.

1.9. Особенности изготовления отливок из различных сплавов

Для стальных отливок формовочную смесь приготовляют из высокоогнеупорных материалов с низкой влажностью. Поверхности литейных форм и стержней покрывают огнеупорными красками. Для уменьшения напряжений в отливках при охлаждении увеличивают податливость форм и стержней. Литниковая система должна обеспечивать плавное заполнение формы, отделение неметаллических включений и не должна препятствовать усадке. Для предупреждения усадочных раковин устанавливают прибыли, в которых металл затвердевает в последнюю очередь, что позволяет получать отливки без усадочных раковин.