книги из ГПНТБ / Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов

Литниковые системы. При разработке конструкции литниковой системы для получения отливок из различных сплавов следует ру­ ководствоваться известными, изложенными ранее особенностями построения литниковых систем для данного сплава. Однако вслед­ ствие быстрого охлаждения жидкого сплава в кокиле литниковые системы делают с большим сечением каналов, чем при литье в песча­ ные формы. Площадь сечения питателей берут на 25—33% больше, чем для песчаных форм. Длина литниковых каналов должна быть по возможности минимальной, и в них не допускается острых углов, поворотов или резких изменений сечений. Для легких сплавов рекомендуется следующее соотношение площадей элементов литни­ ковой системы (стояка, коллектора, питателя):

jFct : кол ■' F„ = 1 : 2 : 3 или 1: 2: 6 .

Сплав подводят в кокиль сверху, снизу и сбоку (рис. 233). Для алюминиевых и магниевых сплавов часто применяют вертикаль­ но-щелевой питатель и зигзагообразные стояки.

Литниковые системы для литья в кокиль можно рассчитывать по тем же формулам, что и для песчаных форм.

§ 3. ОСОБЕННОСТИ ЛИТЬЯ РАЗЛИЧНЫХ СПЛАВОВ

Литье чугуна. Перед заливкой рабочие полости кокиля покры­ вают краской и облицовками. Облицовку кокиля возобновляют через каждые 100—200 заливок после очистки кокиля от старой облицовки. Перед началом работы кокиль подогревают до 200—250° С. Нельзя заливать металл в холодный кокиль, так как это приводит к быстрому растрескиванию его поверхности. Для устранения отбела при литье чугуна рабочие поверхности кокиля перед каждой заливкой обяза­ тельно покрывают копотью ацетиленового пламени. Во время работы кокиль не должен нагреваться более 400° С, так как это вызывает растрескивание поверхности. Поэтому кокиль охлаждают обычно воздухом. При хорошем уходе кокиль выдерживает 3000—5000 за­ ливок чугуном.

Взависимости от массы и толщины стенок отливки температура заливки чугуна колеблется от 1280 до 1300° С. Химический состав чугуна: 3,5—3,6% С; 2,4—2,6% Si; 0,6—0,7% Мп; 0,3—0,4% Р; до 0,12% S.

Вшихте желательно иметь не менее 50% чушкового чугуна, 20—30% возврата производства, 20—30% лома. Опыт показывает, что чугунные отливки массой до 10 кг и сечением до 12 мм без отбела получить очень трудно. Поэтому такие отливки подвергают отжигу, за исключением толстостенных несложной конфигурации и несоот­ ветственных отливок.

Термическая обработка чугунных отливок необходима не только для устранения отбела, но и для снятия внутренних напряжений. При содержании 2,4% Si в отливках цементит при отжиге (850—

870° С) распадается в течение 1 ч. Для снятия внутренних напряже­

н о

ний в отливках с отбеленным слоем без снижения твердости отжиг можно проводить при нагреве до 600° С, выдерживать при этой тем­ пературе 4—8 ч и медленно охлаждать вместе с печыо.

Литье алюминиевых сплавов. Температура заливки алюминиевых сплавов 710—720° С, поэтому кокиль не нагревается расплавом так сильно, как при литье чугуна. Стойкость кокиля в этом случае достигает 50 000 заливок. Алюминиевые сплавы имеют большую усадку, поэтому необходимо ставить прибыли, иногда превышающие массу отливок, а также обеспечивать направленное затвердевание соответствующим подводом сплава к отливке. Алюминиевые сплавы необходимо обязательно рафинировать.

Высокая стойкость кокилей, хорошая чистота поверхности, точ­ ность размеров и высокие механические свойства отливок создают широкие перспективы использования этого способа для литья алю­ миниевых сплавов. При проектировании технологии изготовления отливок из алюминиевого сплава в условиях серийного и массового производства необходимо предусматривать в основном изготовление их в кокилях. ,

Кокили начали применять и для литья стали, например катки для трактора изготовляют из стали 50Г. Сборку кокилей и заливку их жидкой сталью осуществляют на тележечном конвейере. На каж­ дую тележку устанавливают два кокиля, которые заливают из ков­ шей емкостью 260 кг. Через 8—10 мин после заливки кокиль подают на специальный'стол и затем к месту выбивки. После выбивки отлив­ ки кокиль с помощью вращающейся металлической щетки автомати­ чески очищается от остатков песка, гари и старой краски. Затем кокиль охлаждается в камере, где он обрызгивается струйками горячей воды. Температура кокиля снижается до 200—250° С. После этого специальным пульверизатором кокиль покрывается маршалитовой краской на сульфитной барде и устанавливается клещами на площадку конвейера.§

§ 4. МЕХАНИЗАЦИЯ ЛИТЬЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ

При литье в металлические формы обязательно механизируют операции раскрытия и закрытия форм, установки и извлечения стержней, удаления отливок из формы, покрытия форм облицо­ вочным составом, охлаждения и нагрева формы, заливки. Это осу­ ществляется на специальных кокильных установках: индивидуаль­ ных станках; универсальных машинах, позволяющих осуществить раскрытие формы как в горизонтальной, так и в вертикальной пло­ скости; полуавтоматических карусельных машинах; конвейерных кокильных линиях.

Для крупных отливок сложной конфигурации, требующих при­ менения кокилей с несколькими поверхностями разъема и большого числа металлических стержней, удаляемых в различных направле­ ниях, применяют механизированные кокили с программным управ­ лением.

Для отливок более простых по конструкции, небольших и сред­ них по размеру используют универсальные индивидуальные или карусельные машины, а также конвейерные автоматические линии. Обычно в качестве приводов механизмов раскрытия и закрытия кокилей, извлечения стержней и т. д. в машинах используют пневматические или гидравлические приводы.

Однопозиционные кокильные машины делят на механизированные кокили и универсальные машины. Механизированные кокили при­ меняют обычно в условиях крупносерийного и массового производ­ ства. Они предназначены для изготовления одной отливки или одно­ типных, близких по конструкции отливок, когда затраты на оснаще­ ние кокиля вспомогательными механизмами окупаются. Универ­ сальные кокильные машины применяют для изготовления различ­

ных отливок, размеры кокилей для которых соответствуют нормаль­ ному ряду по ГОСТ 9451—69. Эти машины располагают большими технологическими возможностями. На них можно устанавливать кокили с различными поверхностями разъема, а также использо­ вать металлические и песчаные стержни.

В НИИСЛе разработан нормализованный ряд однопозицион­ ных кокильных машин, насчитывающий 19 моделей. На машинах 1-го типа устанавливают кокили с двумя полуформами, из которых

3-го типа — кокили, нижняя часть у которых неподвижная, а верх­ няя перемещается, а затем поворачивается и т. д.

Наиболее широко применяют однопозиционные кокильные ма­ шины 1 и 2-го типов. Примером может быть машина с вертикальной плоскостью разъема кокилей (рис. 234). На раме 1 установлены две стойки 2 с пневмоцилиндрами 3, 12 и усилителем 13. Неподвиж­ ную полуформу 10 прикрепляют к плите стойки, а подвижную 8 — на стойке тележки 14, которая штоком 4 передвигается по направ­

412

гаемого по монорельсу 9. В конце конвейера крышка кокиля откры­ вается и отливки из кокиля падают по лотку 4 в ящик 5. В нижней

Рис. 236. Вертикально-замкнутый кокильный конвейер

части конвейера кокили охлаждаются сжатым воздухом из сопл 6

и покрываются краской из пульверизатора 7, соединенного с ба­ ком 8.

Г Л А В А I I

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Сущность способа. Центробежным литьем называется способ изготовления отливок, при котором залитый в форму металл в про­ цессе заполнения формы, затвердевания и охлаждения подвергается

Рис. 237. Схемы центробежной заливки с вертикальной и горизонтальной осями вращения

действию центробежных сил. Центробежные силы возникают в жид­ ком металле при заливке его во вращающуюся форму. Форма может вращаться вокруг вертикальной (рис. 237, а), горизонтальной (рис. 237, 6) или наклонной осей, а также одновременно вокруг горизонтальной и вертикальной осей.

414

Горизонтальную или слегка наклонную ось вращения формы применяют для большинства отливок (труб, втулок, колец, венцов), вертикальную ось вращения — при необходимости получения от­ ливки без центрального отверстия: фасонных изделий, заливаемых через центральный стояк, и при заливке в песчаные формы.

На рис. 238 представлена схема получения втулок на центробеж­ ной машине с вертикальной осью вращения. Предварительно подо­ гретую металлическую форму закрепляют на шпинделе. Затем днище формы покрывают графитовой краской кистью или пульвери­ затором (рис. 238, а), устанавливают крышку и форму приводят во вращение.

Рис. 238. Схема отливки втулок на центробежной машине с вертикаль­ ной осью вращения

Металл из ковша заливают через отверстие в крышке (рис. 238, б). Количество жидкого металла определяется мерным ковшом. Зали­ тый металл увлекается днищем во вращение, прижимается центро­ бежными силами к боковой поверхности формы и поднимается до соприкосновения с крышкой (рис. 238, в). Внутренний диаметр отливки определяется количеством залитого в форму металла. При­ жатый к стенкам формы центробежной силой металл затвердевает при вращении формы. Готовая втулка вынимается из формы кле­ щами или выталкивателем (рис. 238, г).

Наибольший технико-экономический эффект применения центро­ бежного способа литья достигается при изготовлении отливок, имею­ щих форму тела вращения, а в ряде случаев его целесообразно при­ менять и для фасонных отливок, таких как шестерни, турбинные диски с лопатками, детали арматуры и др. Наиболее эффективно применение центробежного литья для производства чугунных труб.

Заливка вращающейся формы и затвердевание отливки во вра­ щающейся форме под действием центробежных сил обусловливают главные преимущества этого способа литья.

415

1.При литье полых цилиндров не требуется стержней для обра­ зования отверстия, так как металл под действием центробежной силы распределяется у стенок формы.

2.Заливка производится свободнойструей, литниковые си­ стемы обычно отсутствуют.

3.Затвердевание металла под действием центробежных сил способствует получению плотных, без газовых, усадочных раковин

ирыхлот отливок.

и неметаллическими включениями и, вследствие этого, повышенный припуск на обработку внутренних поверхностей.

3. Неточность диаметра полости отливок со свободной поверх­ ностью.

Методы расчета угловой скорости вращения формы. От правиль­ ного выбора скорости формы зависят прочность, структура, распре­ деление шлаковых включений^ газовой и усадочной пористости, ликвации в отливке. Скорость формы зависит от расположения оси вращения, рода металла и диаметра отливки.

При определении угловой скорости вращения учитывают не только положение оси вращения формы, но и связанные с этим иска­ жения внутренней поверхности отливки. Установлено, что для отли­ вок из разных сплавов, в зависимости от размеров, температуры за­ ливки сплава и формы, оптимальная угловая скорость вращения, при которой качество отливки наивысшее, различная.

При определенном соотношении наружного гх и внутреннего л2

радиусов отливки ^ = 1,15^ для расчетов скорости формы можно пользоваться формулой

-— об/мин

Уri

где Ко — коэффициент, значения которого приведены в табл. 66. Согласно принципу эквивалентности, воздействие на какую-либо систему центробежных сил физически тождественно действию сил тяжести соответствующей величины. На этом основании действую­ щие на металл центробежные силы можно заменить силами тяжести равной величины и того же направления, а сам металл рассматри­

вать соответственно утяжелившимся.

Плотность вращающегося металла в отличие от обычной плот­ ности р называют эффективной плотностью:

(17)

g ’

где р — плотность металла, г/см3; со — угловая скорость вращения формы, с-1; g — ускорение свободного падения, см/с2.

416

Отношение называют гравитационным коэффициентом. Он

показывает, во сколько раз металл утяжеляется при данном режиме вращения.

Л. С. Константинов экспериментально установил, что для всех сплавов высокое качество отливки (хорошие механические свой­ ства и хорошая чистота поверхно­ сти) может быть достигнуто, если величина центробежной силы, дей­ ствующей на жидкий металл, будет такой, что эффективная плотность металла составит 340 г/см3.

ного значения, но для толстостенных отливок это важно, так как центробежная сила на наружной поверхности отливки достигает такой величины, что может произойти разрыв прилегающей к из­ ложнице поверхности металла, в отливке образуется трещина. По­ этому при большой толщине стенок отливки необходимо изменять скорость в процессе вращения формы. Вначале форму следует зали­ вать при минимальной скорости, затем по мере заливки формы и уве­ личения толщины стенки отливки скорость можно увеличивать до максимума, при котором поверхностный слой не будет поврежден.

При литье фасонных отливок скорость необходимо подбирать такой, чтобы было обеспечено заполнение формы и точное воспроиз­ ведение контуров отливки. Опытом установлено, что наилучшие ре-

417

зультаты достигаются, если скорость формы подбирается таким об­ разом, чтобы окружная скорость точки отливки, наиболее удален­ ной от оси вращения, составляла 3—5 м/с.

Окружная скорость v любой точки вращающегося тела опреде­ ляется по формуле

Например, требуется определить угловую скорость вращения формы на центробежной машине с вертикальной осью (рис. 239). Принимаем величину окружной скорости 5 м/с, а расстояние от оси вращения до наиболее удаленной от нее точки равным 0,35 м. Тогда после подстановки в формулу (19) получим

ТТТТТГчв = 137 об/мин.

§ 2. ФОРМЫ И МАШИНЫ

Формы для центробежного литья делят на м е т а л л и ч е с к и е и ф у т е р о в а н н ы е различными составами (песчаные). Форму выбирают в зависимости от геометрических размеров изготовляемой отливки, ее материала и производственной программы. Металличе­ ские формы целесообразно применять для изготовления большого числа одинаковых отливок без затрудненной усадки, когда наруж­ ный контур не мешает извлечению отливки из формы. Футерован­ ные песчаные формы целесообразно применять для отливок с затруд­ ненной усадкой, когда конфигурация их мешает извлечению из металлической формы, и для получения небольшой партии чугунных отливок без отбела.

Металлическую форму перед заливкой нагревают газовыми го­ релками или другим способом до 150—200 °С. После заливки их охлаждают до 150—200° С проточной водой в ванне либо обрызги­ ванием, для чего машины оборудуют специальной системой охлаж­ дения. Стойкость охлаждаемых металлических форм невелика. На­ пример, при литье труб массой до 50 кг форма выдерживает 400— 500 заливок, а при литье более крупных труб — только 200—300 за­ ливок. Это объясняется тем, что при интенсивном водяном охлаж­ дении в металлических формах (изложницах) возникают трещины, вследствие чего уменьшается их стойкость.

С у х и е т е п л о и з о л я ц и о н н ы е п о к р ы т и я при­ меняют для создания постоянного теплового режима формы, увеличе­ ния ее стойкости, а при литье чугуна — для получения отливок без отбела. В качестве сухих покрытий используют пылевидные огне­ упорные материалы, которые наносят на рабочую поверхность

418

формы. К таким материалам относятся кварцевый песок, фосфорит­ ная мука и др. Присыпка па поверхности формы удерживается цент­ робежной силой. Обычно присыпку вводят в форму по желобу при вращении формы с постоянной скоростью.

При пылевидном покрытии снижается скорость охлаждения отливки, но полностью избежать отбела чугуна не удается, кроме того, отливка получается несколько шероховатой, поэтому припуск на обработку должен быть не менее 4 мм. Применение присыпки увеличивает стойкость формы до 7 раз. При литье цилиндрических втулок со стенками толщиной 10—12 мм и диаметром до 100 мм стойкость формы может быть доведена до 3500 заливок чугуна. При литье цветных сплавов не рекомендуется присыпать формы.

Футерованные формы обычно изготовляют внемашины.Поэтому требуется несколько сменных форм. Песчаные формы можно футеро­ вать обычной формовочной смесью, стержневыми и специальными смесями. Сухие формы применяют для литья труб и фасонных деталей. Футерованные формы изготовляют несколькими способами: уплотнением на специальной пуансоно-шнековой машине, накат­ кой песчаной смеси на поверхность формы и пескодувным методом.

Машины для центробежного литья тел вращения бывают двух типов: шпиндельные и роликовые. Для литья коротких втулок, гильз, колец применяют шпиндельные машины с горизонтальной осью вращения, для литья длинных труб — роликовые машины с горизонтальной осью вращения, а для изготовления фасонных отливок — машины с вертикальной осью вращения.

На рис. 240 приведена шпиндельная центробежная машина для литья втулок, гильз, маслот. На этой машине можно изготовлять

419