книги из ГПНТБ / Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие
.pdfЛитье в металлические формы (кокильное литье). Литье в ме таллические формы обладает рядом технических и технологических преимуществ по сравнению с литьем в земляные формы.
1. Отливки, затвердевающие в металлической форме, имеют более мелкозернистую плотную структуру металла, лучшие меха нические свойства и большую точность размеров с минимальным припуском на механическую^обработку.
2.Использование формовочной площади повышается в не сколько раз, что дает возможность без расширения литейных цехов повысить выпуск литья.
3.Значительно возрастает производительность труда, причем рабочие быстрее приобретают необходимые навыки.
'4. Повышается выход годного литья за счет уменьшения при пуска на механическую обработку и прибыли.
5.Снижается себестоимость литья.
Вместе с тем производство литья в металлические формы имеет свои трудности.
1.Изготовление металлических форм требует значительных затрат и продолжительного времени освоения.
2.Высокая теплопроводность металлических форм затрудняет получение сложных тонкостенных отливок большого габарита.
3.Невозможно получать отливки, имеющие сложные внут ренние и наружные очертания.
4.Требуется выделение специализированного участка или це ха литья в металлические формы.
5.Необходимо внесение в конструкцию литых деталей изме нений, вытекающих из особенностей технологии литья.
Особенно сдерживает литье в металлические формы относи тельно малая стойкость кокилей и неподатливость их, что приво дит к образованию трещин в отливках. Поэтому литье в кокили применяется в основном при изготовлении деталей из цветных сплавов, обладающих меньшей температурой плавления и мень шей склонностью к образованию трещин. Стойкость металлических форм при заливке алюминиевых сплавов доходит до 300 тыс. за
ливок, а при отливке чугунных деталей — всего 150—300 заливок. По положению плоскости разъема металлические формы клас
сифицируются следующим образом: без разъема |
(вытряхные) |
||
(рис. 92, а), с горизонтальной плоскостью разъема |
(рис. 92, в), |
||
с комбинированной |
плоскостью разъема (рис. 92, б), с наклонной |
||
плоскостью разъема |
(рис. 92, г), с вертикальной плоскостью |
раз- |
|
ема (рис. 92, б). Каждый из этих типов может быть с одним |
или |
||
несколькими разъемами. |
|
|
|
Выбор типа конструкции металлической формы в основном зависит от технических условий получения качественной отливки, ее конфигурации, веса и точности размеров. При этом следует учи тывать возможность механизации, удобство и безопасность обслу живания форм, себестоимость отливок.
Формы без разъема (рис. 92, а) имеют большую жесткость, меньше коробятся и чаще применяются для отливок простой кон
160
фигурации. Верхняя часть формы обычно перекрывается знаком стержня. После охлаждения отливки форма на цапфах переверты вается на 90—180° и отливка выбивается.
В формах с горизонтальной плоскостью разъема (рис. 92, в)
одна половина обычно крепится неподвижно, другая закрывает и открывает ее. Литниковая система в таких формах чаще изготов ляется в песчаном стержне. После заливки и остывания верхняя половина формы поднимается и отливка выбивается. В таких фор мах проще и более точно можно поставить и закрепить песчаные
Рис. 92. Конструкции металлических форм
стержни, но затруднена выбивка отливок. Механизировать их труднее, чем другие типы металлических форм.
Формы с вертикальной плоскостью разъема (рис. 92, д) при меняются для простых и средних по сложности отливок. В плоско сти формы располагаются полости для отливок и литниковая систе ма. После заливки форма раскрывается и отливка выбивается.
Чаще всего в металлических формах применяют прямолиней ный разъем. Криволинейный и ломаный разъемы (рис. 92, б, г) применяют в тех случаях, когда невозможно получить качествен ную отливку другими способами.
Отливки сложной конфигурации и большого габарита отли ваются в формы с несколькими разъемами. В форме можно рас положить гнезда для одной или нескольких отливок. В формах с вертикальной плоскостью разъема небольшие отливки можно рас полагать в несколько ярусов.
Для металлических форм применяются металлические (чу гунные или стальные) и песчаные стержни. При литье из цветных сплавов используют металлические стержни сложной конфигура ции (цельные или разрезные), а для чугунного литья — стержни простой конфигурации с большими уклонами в сторону выемки.
Для получения сложных по конфигурации полостей пользуют ся металлическими стержнями в сочетании с песчаными. При этом предусматривается отвод газа из песчаного стержня.
6 З а к, 207 |
Піі |
|
Для соблюдения нормального теплового режима формы перед заливкой должны быть нагреты до рабочей температуры. В про межутке между заливками все тепло, полученное от предыдущей отливки, должно быть отдано формой в окружающее пространство. Охлаждают формы раскрытыми. Для ускорения охлаждения их обдувают воздухом или пропускают воздух через полость формы и стержня.
При необходимости очень быстрого отвода тепла охлаждение производится с помощью проточно-водяной системы внутри стенок формы или путем опрыскивания. При получении тонкостенных от ливок формы в промежутке между заливками могут терять тепла больше, чем получают при заливке в них металла. В этих случаях для поддержания рабочей температуры формы необходимо подо гревать с помощью газовых горелок или системы электронагрева телей.
При необходимости замедленного отвода тепла от тонкого ме ста отливки применяются песчаные вставки или местные электро нагреватели. Рабочая температура формы зависит от заливаемого сплава и находится в пределах 100—300°.
Для предохранения рабочей поверхности кокиля от воздействия жидкого металла применяются облицовки, изготавливаемые из талька, молотого шамота, магнезита, огнеупорной глины, мела и различных связующих материалов (жидкое стекло, патока, суль фитный щелок-и т. д.). Формы покрываются облицовочным слоем в 0,1—2,0 мм один-два раза в смену. Перед заливкой кокили покры ваются краской, приготовленной на основе угля, графита, кокса и копоти ацетиленового пламеци. Краски применяются в основном при литье черных сплавов, так как в этом случае облицовка подвер гается большим температурным воздействиям.
В массовом и серийном производстве применяют специальные машины для литья в металлические формы. На машинах механизи руются операции по открыванию и закрыванию форм, выемке отливки, установке и выемке стержней.
Литье под давлением. Литьем под давлением называется спо соб получения фасонных отливок в металлических формах, при котором заполнение формы и кристаллизация металла производят ся под принудительным давлением. Этот способ применяется в мас совом производстве для изготовления тонкостенных отливок из сплавов цветных металлов. Он обеспечивает высокую точность раз меров отливок (до 5-го класса), большинство которых не требует дальнейшей механической обработки. Шероховатость поверхности отливки может достигать 3—5-го классов чистоты по ГОСТ 2789—59.
При литье под давлением формы (пресс-формы) и стержни делаются стальными. Применение песчаных стержней исключается, так как заполняющий форму жидкий металл под высоким давле нием может разрушить их.
Литье под давлением производится на специальных машинах.
Машины поршневого действия с горячей камерой сжатия
162
(рис. 93, а) применяются для сплавов, имеющих температуру плав ления до 450° (оловянных, цинковых, свинцовых), и бывают ручные, полуавтоматического и автоматического действия. В чугунную подогреваемую ванну 1 заливают металл, который через отверстия 2 заполняет полость цилиндра 3 и подводящий канал 4. При пово роте пусковой рукоятки обе половины пресс-формы закрываются. Одновременно конец мундштука 6 прижимается к устью канала пресс-формы 5.
В следующий момент автоматически, включается пневматиче ский цилиндр 7, под действием которого поршень 8 вытесняет рас-
Рис. 93. Машины для литья под давлением
6* |
163 |
плавленный металл в форму. После затвердевания металла поршень поднимается, а пресс-форма раскрывается, освобождая отливку, затем очищается (обдувается) и вновь заливается.
Производительность полуавтоматических и ручных машин — около 250 заливок в час, автоматических — около 1000. Давление на металл достигает 6—75 ати.
Компрессорные |
машины с неподвижной камерой сжатия и |
с закрытой ванной |
(рис. 93, б) работают по следующему принципу. |
Через отверстие 1 подается сжатый воздух, который давит на всю поверхность металлической ванны и гонит металл через патрубок 2 в мундштук 4 и форму 3. Производительность машины — 60—300 заливок в час. Недостатком ее является окисление большой поверх ности металла воздухом, поступающим для создания давления.
Компрессорные машины с подвижной камерой сжатия
(рис. 93, в) работают также при помощи сжатого воздуха, однако здесь воздух подается не в ванну, а в специальный канал, называе мый подвижной камерой сжатия. В чугунной ванне 1 расположена подвижная камера сжатия 2, на конце которой прикреплен мунд штук 3. С другой стороны камеры сделано отверстие 5 для подвода сжатого воздуха. После включения пускового механизма подвижная камера поднимается тягами из ванны, причем мундштук подходит к устью канала пресс-формы 4. В то же время отверстие 5 вплотную подходит к втулке 6. Затем включается сжатый воздух, который вгоняет расплавленный металл в закрытую пресс-форму. Давление на металл составляет 10—100 ати. Производительность машины — 50—300 отливок в час.
Машины поршневого действия с холодной камерой сжатия
(рис. 93, г) работают по принципу впрессовывания порции жидкого металла, предварительно залитого в поршневую камеру. Металл заливают дозировочным ковшом в цилиндр 1, после чего поршнем 2 впрессовывают в форму 3. При этом избыток металла остается на нижнем поршне 4. В следующий момент поршень 2 отходит в верх нее положение, остаток металла 5 ходом нижнего поршня 4 отреза ется от литника и удаляется из цилиндра. Затем пресс-форму рас крывают и удаляют отливку 6.
Давление на жидкий металл составляет 100—1000 ати. Произ водительность машины — до 300 отливок в час. Эти машины приме няют чаще всего для литья из алюминиевых сплавов, но можно отливать детали и из других цветных сплавов.
Центробежное литье. Центробежным литьем называется способ получения отливок, при котором жидкий металл заливается во вращающуюся форму. Формирование поверхности отливки и процесс кристаллизации металла протекают под действием центро бежных сил. Наиболее широко центробежное литье применяется для получения отливок, имеющих форму тел вращения (кольца, втулки, гильзы, трубы и т. д.).
Центробежное литье имеет ряд преимуществ.
1. Отпадает необходимость применения стержней для получ ния внутренней полости цилиндрических отливок.
2.Отпадает или в отдельных случаях резко снижается расход металла на литниковую систему.
3.Металл отливки получается плотным, мелкокристаллическо го строения, с высокими механическими качествами.
4.Резко снижается себестоимость литья.
Кнедостаткам центробежного литья относятся: 1) трудность получения качественных отливок из ликвирующих сплавов и невоз можность получения отверстий точного размера в отливке; 2) полу чение отбела на чугунных отливках, вследствие чего отливки необходимо отжигать.
Для центробежного литья применяются машины с вертикаль
ной (рис. 94, а), горизонтальной (рис. |
94,6) и реже |
с наклонной |
осью вращения. Металл заливается во |
вращающиеся |
металличе |
ские изложницы, которые могут иметь вставные формы из шамота, стержни, а также земляные облицовки. К центробежному литыо относится также способ центрифугирования (рис. 94, в). Он состоит в том, что в форме, имеющей нижнюю 1 и верхнюю 2 половины, рав номерно располагаются вокруг оси рабочие полости 3. При необхо димости могут применяться стержни 4. Форма устанавливается на вращающийся стол 5. Металл заливается в центральный стояк, откуда по радиальным питателям поступает в рабочие полости и в них кристаллизуется под действием центробежных сил,
Литье по выплавляемым моделям. Это способ получения отли вок в оболочковых формах, изготовляемых методом нанесения огнеупорного покрытия на легкоплавкие модели, которые затем выплавляются, образуя в форме полости-, соответствующие конту рам будущей отливки.
Для получения высокой чистоты поверхности отливок формы прокаливаются при температуре 900—950°. При этой же темпера туре форма заливается металлом. Для предотвращения деформаций
и разрушения тонкой оболочковой формы последняя перед обжигом засыпается песком или другим наполнителем.
Литьем по выплавляемым моделям можно получать отливки любой сложности с различной толщиной стенок, весом от несколь
ких граммов до сотен килограммов из любых |
литейных сплавов, |
|
с размерами по 4—7-му классам точности и |
с шероховатостью |
|
поверхности по 5—7-му классам чистоты. |
|
|
Недостатком |
этого способа является высокая себестоимость |
|
отливок. Поэтому |
в условиях массового производства его следует |
|
Рис. 95. Легкоплавкие модели
применять для таких деталей, которые невозможно получить други ми методами литья (мелкие тонкостенные детали со сложной конфи гурацией и из труднообрабатываемых сплавов).
Материалом для изготовления легкоплавких моделей может служить смесь парафина и стеарина в соотношении 1:1. Эта смесь готовится в специальных агрегатах, где происходит расплавление составляющих, очистка и перемешивание их до мазеобразного состояния при температуре 42—43°. Кроме того, применяются и.дру гие составляющие модельных составов (буроугольный воск, цере зин, торфяной воск и др.).
Легкоплавкие модели получают методом запрессовки модель ного состава при температуре 42—43° в металлические пресс-формы. Изготовленные модели (рис. 95, а) собирают на общем стояке (рис. 95,6), образуя «елку» (блок). Модели в блоки собирают припаиванием подогретым ножом или электропаяльником с нако нечником в виде лезвия ножа. Чтобы упростить сборку, модели изготавливают в многогнездных пресс-формах звеньями (или целой елкой).
166
Огнеупорное покрытие наносится методом окунания «елки» в ванну с обмазкой (смесь маршалита — тонкомолотого кварцевого песка — с гидролизованным раствором этилеиликата), после чего мокрая «елка» обсыпается сухим кварцевым песком. Покрытие состоит из трех-четырех слоев. После нанесения каждого слоя «елка» сушится в течение двух часов на воздухе.
Модельный состав выплавляют при температуре 80—85° горя чим воздухом, горячей водой или паром в специальных камерах.
Обжиг «елки» производят в -специальных печах при темпера туре 900—950°. Перед обжигом «елки» помещают в специальные опоки и засыпают песком. Заливка фо'рм производится сразу же после обжига «елок» при температуре 850—900° из обычных литей ных ковшей. Выбивка форм заключается в высыпании из опок песка' вместе с «елкой», для чего используются поворотные выбивные устройства.
Обрубка и очистка литья производится на специальных обрез ных прессах или виброустановках. Под действием вибрации отлив ки отваливаются от стояка. Затем их зачищают на наждаках, а остатки огнеупорного покрытия удаляются путем выщелачивания в специальных ваннах.
Литье в оболочковые формы. Этот способ применяется для изго товления сложных тонкостенных отливок из черных и цветных сплавов. Ѳболочковые формы и стержни представляют собой сухие тонкостенные оболочки толщиной 8—15 мм, изготавливаемые из термореактивных смесей, которые затвердевают от тепла нагретых металлических моделей и стержневых ящиков.
Термореактивная смесь состоит из чистого кварцевого песка и крепителя. Крепителями служат различные термореактивные смолы. Наибольшее распространение получил пульвербакелит (измельченная смесь новолачной фенолоформальдегидной смолы — бакелита — с уротропином).
Термореактивные смолы при нагревании претерпевают ряд необратимых изменений. Так, при комнатной температуре бакелит представляет собой твердый порошок (стадия А — резол). При нагревании до 70—100° происходит расплавление бакелита (стадия Б — резитол). При дальнейшем нагревании до 120—150° смола затвердевает, а при 160—180° переходит в необратимую твердую фазу (стадия С — резит). Эта особенность термореактивных смол используется для получения оболочковых форм.
В оболочковых формах отливают ответственные детали из чугуна, стали, цветных и специальных сплавов (блоки цилиндров двигателей, коленчатые и распределительные валы, шестерни
идр.).
Втехнологический процесс изготовления оболочковых форм
входят следующие операции.
Приготовление смеси. Смесь готовится путем перемешивания песка и порошка пульвербакелита в стадии А в количестве 4—7%. Чтобы смесь была однородной и не расслаивалась при формовке, в смеситель вводят 1 % фурфурола (органическая жидкость, раство
167
ряющая пульвербакелит; химическая формула С5Н;Ог). Фурфурол растворяет бакелит, вследствие чего последний обволакивает (пла кирует) зерна песка. В результате получается плакированная смесь, не расслаивающаяся при работе.
Подготовка модельной плиты. Модельные плиты выполняются чугунными. Подготовка заключается в нагреве плиты до 200—250° и нанесении разделительного слоя, который необходим для предо твращения прилипания смеси к моделям. Наилучшими раздели тельными смазками являются силиконовые эмульсии.
о
Рис. 96. Получение -оболочки
Формирование корки. Применяются два способа получения обо лочки — способ свободной засыпки и пескодувный (рис. 96). Маши на для изготовления корок свободной засыпкой (рис. 96, а) имеет резервуар с термореактивной смесью, который может поворачивать ся на 180°. На резервуар сверху накладывается и закрепляется разогретая модельная шіита. После этого резервуар поворачивается на 180°, вся смесь падает на горячую модельную плиту и нагревает ся от нее, бакелит плавится и склеивает зерна песка. При этом прогретый слой смеси обладает высокой подвижностью и под давлением вышележащего слоя дает четкий отпечаток всех конту ров модели. Толщина корки зависит от времени выдержки. Обычно оно составляет 10—20 сек.
После переворачивания резервуара в первоначальное положе ние образовавшаяся корка остается на модели, а оставшаяся смесь ссыпается на дно. Модельная плита с коркой*снимается с резервуа ра и помещается в обжигательную печь, где в течение 1,5—2 мин выдерживается при температуре 300—400° для окончательного упрочнения. Готовая корка снимается штифтами с мРдельной плиты и направляется на сборку формы.
J68
При получении корки пескодувным способом (рис. 96, б) смесь подается на модель или в стержневой ящик под давлением воздуха.
Сборка формы (рис. 97, а). Литейная форма собирается из двух корок. Половины центрируются по специальным фиксаторам, вы полненным в корках, и скрепляются струбцинами, скобами или склейкой. В случае горизонтального разъема формы могут просто нагружаться перед заливкой.
Заливка формы (рис. 97, б). При заливке мелких форм не тре буется обычно специальных мер. Средние формы (металлоемкость
Рис. 97. Сборка и заливка оболоч новой формы
свыше 10 кг) для заливки устанавливают в специальные опоки и промежутки заполняют опорным материалом, чаще чугунной дробью.
Литье в оболочковые формы имеет ряд преимуществ.
1.Чистота поверхности отливок — порядка 3—4-го классов для стали и 5—6-го для чугуна.
2.Точность размеров отливок — порядка 4—6-го класса по нормам для механически обработанных деталей.
3.Значительно снижается расход формовочных материалов и грузооборот в литейном цехе.
Недостатками литья являются: 1) необходимость усиленной вентиляции в цехе, вызываемая тем, что в пульвербакелите содер жится до 5,5% фенола (токсичного вещества), который выделяете? при заливке и спекании корок; 2) дефицитность и дороговизна пульвербакелита.
§ 17. Дефекты отливок и способы их исправления
Виды дефектов. Все дефекты отливок можно подразделить на следующие виды.
1. Нарушение целостности металла в отливке: усадочные рако
169