Материаловедение и технология конструкционных материалов

гут отливаться ребра, увеличивающие теплоотдачу в атмосферу, или изготавливаются полости 5 для жидкостного охлаждения. Литниковая система вытряхных кокилей выполняется внутри центровых стержней или делается дождевой, для чего сверху на кокиль 8 устанавливают заливочную чашу 6, одновременно об­ легчающую центрирование стержня 7. Поворот кокиля с целью удаления отливки осуществляется механически или вручную. Ось поворота совпадает с осями опорных цапф 9.

Разновидностью кокильного литья является литье в облицо­ ванный кокиль, или двухслойную форму. При этом сам кокиль изготавливают из стали или чугуна отливкой в разовую форму. Его рабочая полость, с небольшой степенью точности повторяющая конфигурацию отливки, облицовывается слоем плакированной песчаной смеси, отвердевающей при нагреве. Рабочий процесс изготовления двухслойной формы приведен на рис. 15.3. Рас­ крытая форма, состоящая из двух полуформ 1, и неподвижные центровые стержни 2 показаны на виде сверху. Форма предна­ значена для отливки полых цилиндров или втулок. После ввода модели 3 форма закрывается, и в зазоры между стержнями, мо­ делью и лолуформами задувается горячетвердеющая смесь. Так как кокиль и стержни предварительно нагревают до 250 °С, смесь отвердевает за несколько минут и после раскрытия формы

Рис. 15.3. Схема литья в облицованный кокиль:

а— раскрытая форма; б — ввод модели; в — сборка формы и задув смеси;

г— раскрытие формы; д — извлечение модели; е — сборка и заливка формы

собирается перед началом прессования. Стержень также метал­ лический. При перемещении поршня влево металл запрессовы­ вается в полость 4. Давление снимается только после завершения затвердевания, после чего стержень извлекают и раскрывают форму.

На машинах с горячей вертикальной камерой прессования

вмомент, когда прессующий поршень 6 находится в крайнем верхнем положении, камера прессования 7 соединяется с поло­ стью обогреваемого тигля 5, что позволяет расплаву затекать

внее. При движении поршня вниз расплав под давлением через канал и мундштук 8 поступает в форму 1. После затвердевания металла в форме поршень перемещается вверх в исходное поло­ жение, а форма разбирается для извлечения отливки.

Компрессорные машины работают на сжатом воздухе (см. рис. 15.5, г и <Э). Расплавленный металл находится в обогреваемом тигле 9, откуда он под постоянным или возрастающим (регули­ руемым) давлением через металлопровод 10 подается в разъёмную металлическую форму. Низкие величины давления в начале про­ цесса Обеспечивают спокойное поступление расплава в прессформу, а рост давления в процессе затвердевания исключает об­

разование усадочной пористости в отливках.

При заполнении пресс-формы сплав подается за 0,05...0,5 с со скоростью свыше 100 м/с. Только часть газа, находящегося в фор­ ме, удаляется из нее, а остальная образует воздушно-металличе­ скую эмульсию, обусловливающую газовую пористость и низкие механические свойства отливок. Для ее ликвидации полости пресс-форм вакуумируют или заполняют кислородом, вытесняя азот воздуха и препятствуя образованию газовых пузырьков.

Рабочий цикл машины с холодной вертикальной камерой прессования подробно представлен на рис. 15.6. Металлическая форма (пресс-форма) состоит из подвижной 4 и неподвижной 3 половинок. Она проектируется таким образом, чтобы при усад­ ке отливка фиксировалась на выступах подвижной половинки, в которой установлены выталкиватели 5 и рассекатель 6, вос­ принимающий удар струи жидкого металла. Через канал 7 ра­ бочая полость пресс-формы соединяется с камерой прессования 1. Когда прессующий поршень 2 находится в верхнем положении, запирающий поршень 8 перекрывает канал 7 и препятствует затеканию расплава в форму. При движении поршня 2 вниз

запирающий поршень опускается в гнездо и не препятствует поступлению металла в форму. После затвердевания металла подвижная полуформа отходит вправо, вследствие чего выталки­ ватели упираются в упоры 9 и снимают отливки 1 0 с выступаю­ щих частей полуформы. В то же время запирающий поршень, отрезав пресс-остаток 11 от литника, поднимает его до верхнего уровня камеры прессования, облегчая удаление с целью утили­ зации.

Литье под давлением применяется для изготовления отли­ вок из сплавов на основе алюминия, магния и цинка и лишь в отдельных случаях применяется для сплавов железа. Отливки, полученные литьем под давлением, отличаются высокой чисто­ той поверхности и точностью. Трудоемкость изготовления от-

Рис. 15.6. Литье под давлением на машине с холодной

вертикальной камерой прессования:

а — заливка расплава; б — прессование; в — удаление отливок

ливок снижается более чем в 10 раз, а объем их механической обработки — в 5...8 раз, но при этом трудоемкость изготовления самих форм возрастает в несколько раз. Срок службы форм со­ ставляет сотни тысяч заполнений для цинковых и магниевых сплавов и десятки тысяч для алюминиевых и медных.

15.2.3. Центробежное литье

При центробежном литье заполнение формы жидким ме­ таллом, его затвердевание и дальнейшее остывание до темпера­ туры удаления отливки из формы происходят в условиях воздей­ ствия центробежных сил. Эти силы возникают вследствие враще­ ния формы вокруг вертикальной, горизонтальной или наклонной оси. При этом внутренняя поверхность отливки формируется без контакта с формой, и ее называют свободной поверхностью. Естественно, что при этом способе литья в подавляющем числе случаев отпадает необходимость в стержнях для образования внутренних поверхностей.

При центробежном литье обычно используют металлические формы, которые предварительно подогревают до 250...350 °С, после чего на рабочую поверхность наносят огнеупорное покры­ тие. Применение покрытий повышает стойкость форм, снижает скорость охлаждения отливок, что весьма важно для борьбы с отбелом в чугунных отливках, и уменьшает вероятность образова­ ния спаев и трещин. В качестве покрытий используют краСки или облицовки из сыпучих материалов. Иногда в их состав вводят горячетвердеющие связующие, легирующие или модифицирую­ щие добавки, направленно изменяющие структуру поверхностных слоев отливки.

Скорость вращения формы оказывает большое влияние на процесс кристаллизации и охлаждения отливки, а также на формирование в ней специфических дефектов — спаев, тре­ щин, ликвации. Существуют различные формулы для расчета частоты вращения изложницы п (об/мин), но для литья на ма­ шинах с горизонтальной осью вращения наиболее часто исполь­ зуют формулу

где р — плотность сплава отливки, г/см3; >----внутренний ради­ ус отливки, см.

Центробежное литье обеспечивает получение плотных отли­ вок с дисперсной структурой и облегчает выход на свободную поверхность шлаковых и газовых включений. В процессе осты­ вания расплава в нем зарождаются и растут кристаллы твердой фазы. Так как плотность металла в твердом состоянии выше, чем в жидком, образовавшиеся кристаллы под действием центро­ бежных сил перемещаются на внешнюю поверхность отливки, выжимая шлак и легкоплавкий ликват на внутреннюю поверх­ ность. Перемешивание расплава препятствует направленному росту кристаллов, способствуя образованию мелкой плотной структуры в отливке.

Вместе с тем центробежные силы оказывают и отрицатель­ ное влияние на формирование качественной отливки. Они при­ водят к химической неоднородности при производстве отливок из высоколегированных сплавов. В чугунных отливках наблю­ дается ликвация углерода, серы и фосфора и велика вероятность «отбела» в связи с тем, что центробежные силы препятствуют усадке отливки и образованию зазора между ней и формой, в ре­ зультате чего теплоотвод от отливки ускоряется.

Для производства отливок типа коротких втулок и колец подшипников, у которых отношение длины к диаметру меньше трех, обычно применяют машины с вертикальной осью враще­ ния (рйс. 15.7, а). Расплав из ковша I заливается с помощью наклонного желоба или непосредственно через отверстие в крыш­ ке 2 в изложницу 3, вращающуюся вокруг вертикальной оси. Так как помимо центробежных сил на жидкий металл оказыва­ ют влияние силы гравитации, внутренняя поверхность получа­ ется искривленной, а отливка разностенной.

Для отливок типа чугунных труб диаметром 200...300 мм и длиной до 6000 мм, а также для гильз двигателей широко применяю тся маш ины с горизонтальной осью вращ ения (рис. 15.7, б). Расплав поступает по подвижному желобу 6 в из­ ложницу 5. Торцевой раструб отливки формируется вставкой 4 или разовым стержнем. Для опоры и привода изложницы ис­ пользуют ролики 7.

В отдельных случаях применяют центробежную заливку разовых форм 8, для чего их закрепляют на специальных плат­ формах (рис. 15.7, в). Применение разовых форм сопряжено

72J./2 г /У./ЛУ. //V/ л

/тпггуг; гг.'.! i :

/ / / > > / ? / ;

Рис. 15.7. Центробежное литье:

а — вертикальная ось вращения формы; б — горизонтальная ось вращения; в — литье в разовые формы

с опасностью их раздутия под действием центробежных сил, возникающих при заливке металла, и увеличения пригара на поверхности отливок.

15,2.4. Непрерывное литье

Непрерывное питье — это способ получения протяженных отливок постоянного поперечного сечения путем непрерывной подачи расплава в форму и вытягивания из нее затвердевшей части отливки. В зависимости от направления вытягивания раз­ личают вертикальное и горизонтальное непрерывное литье. Вер­ тикальное литье обычно применяется для получения слитков и труб. Схема его рассмотрена ранее для слитков (см. рис. 11.7, в). При производстве труб в кристаллизатор устанавливают водо­ охлаждаемый стержень, который формирует внутреннюю поверх­ ность трубы.

Схема горизонтального литья приведена на рис. 15.8. Кри­ сталлизатор 2, установленный в металлоприемник 1, изготав­

ливается из меди, графита и, реже, стали. Он имеет внутреннюю полость, профиль которой соответствует поперечному сечению отливки. На выходной части кристаллизатора устанавливает­ ся рубашка водяного охлаждения 3. Слиток 6 вытягивается из кристаллизатора тянущими роликами 5 и разделяется на мерные куски с помощью пилы 7 или ломателей. Центральная часть слитка после его выхода из кристаллизатора остается жидкой, поэтому чтобы ускорить затвердевание и исключить прорыв рас­ плава через оболочку твердого металла, устанавливается душирующее устройство 4 для охлаждения водой.

Рис. 15.8. Непрерывное горизонтальное литье

Высокий градиент температур по сечению отливки в процессе ее затвердевания и подача расплава из металлоприемника в зону кристаллизации создают предпосылки для получения плотных отливок.

Непрерывным литьем получают заготовки постоянного сече­ ния в виде круга, полосы или более сложного профиля, как, напри­ мер, направляющие станин металлорежущих станков. Недостат­ ком этого метода литья является ограниченность номенклатуры отливок, связанная с невозможностью получения сложных по форме заготовок.

15.2.5. Литье вакуумным всасыванием

Этим методом получают отливки типа втулок, колец, загото­ вок зубчатых колес, гильз и т.д. Схема процесса приведена на рис. 15.9. На поверхности расплава, находящегося в металлоприемнике 3, помещают плоское кольцо из огнеупорного материала 2, на которое сверху опускается металлическая водоохлаждаемая

2

3

Рис. 15.9. Литье вакуумным всасыванием

форма — кристаллизатор 1. Внутри формы насосом создается раз­ режение, и расплавленный металл 4 втягивается в форму. Снимая разрежение в форме, можно удалять из нее расплав и получать полые отливки. За счет направленной кристаллизации от поверх­ ности к центру и подпитки затвердевающей отливки из металлоприемника удается получить плотную отливку без усадочных дефектов и газовой пористости.

Особенностью этого процесса является высокий выход годно­ го металла, так как отсутствует необходимость в литниковой си­ стеме и прибылях.

15.2.6. Литье выжиманием

Литье выжиманием применяют для получения тонкостенных панельных отливок толщиной 2...5 мм с большими габаритными размерами (до 2500 мм) в основном из алюминиевых, магниевых

имедных сплавов. Различают установки с угловым и плоскопаралл'елъны^м перемещением подвижной полуформы. В установках

сугловым перемещением полуформы (рис. 15.10) перед нача­ лом цикла подвижная полуформа 2 отводится от неподвижной 1

ив металлоприемник 3 заливают расплавленный металл. Боковые щеки 4 препятствуют вытеканию расплава через торцы установки

ислужат направляющими при повороте подвижной полуформы. Сближение полуформ приводит к подъему расплава вверх с одно-