Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в технологию литейного производства. Учебное пособие по курсу лекций
.pdf
Жидкий сплав проделывает длинный путь от плавильной печи 1
стопорный
ковш
Н
р
F
min
1
2
3
4
полость
отливки
до формы 5. При этом необходимо стремиться к спокойному (ламинарному) течению расплава при всех переливах.
Проблема: Загрязнение расплава газами и неметаллическими
включениями.
Наиболее ответственный участок пути – заливка (попадание)
расплава в форму (рис. 20).
Рис. 20. Схема заливки из стопорного ковша12
в литейную форму
Как заполнить полость в форме?
Нужны специальные каналы:
1, 2, 3, 4 – литниково-питающая система (стояк, шлаковик, литник, прибыль).
Как правильно заполнить форму?
По законам гидравлики (классические уравнения Торичелли,
Бернулли) для заполнения емкости (формы) нужно рассчитать мини-
12
Стопорный ковш (от англ. stopper – пробка) – ковш, расплав из которого выливают в фор-
му через отверстие в днище, закрываемое пробкой с помощью стопорного устройства.
51
мальную площадь (F
p
gH
G
F
2τρμ
min
) сечения канала для протекания заданного
min
расхода расплава в единицу времени:
, (1)
где G – масса твердого сплава, необходимого для получения отливки;
ρ – плотность расплава;
μ – коэффициент расхода;
g – ускорение свободного падения;
Н
– металлостатический напор.
р
Возникающие проблемы:
– незаполнение всех частей полости формы;
– разрушение формы;
– захват воздуха;
– загрязнение расплава и отливки.
Тепловые процессы. К данным процессам относят кристаллизационные и усадочные процессы. Залитый в форму сплав должен затвердеть и, желательно, как можно быстрее.
Для этого тепло Q, содержащееся в расплаве, должно перейти в
форму и атмосферу. При этом учитываются теплофизические свойства сплава и материала формы; теплоемкость, теплота кристаллизации,
теплопроводность.
Эти свойства определяют очень важный параметр для литейщиков – скорость охлаждения сплавов в разных формах (υ
может из-
охл
меняться от 0,01 до 103 °С/с).
На этом этапе сплав претерпевает агрегатное (фазовое) превращение – переход из жидкого состояния в твердое. Этот переход называется кристаллизацией. Что это? – Образование центров или зародышей кристаллизации и рост кристаллов из расплавов. Процесс сопровождается выделением теплоты кристаллизации.
Итак, для перехода жидкого сплава в твердое состояние нужны
зародыши (центры кристаллизации).
52
Термодинамическая теория кристаллизации позволяет опреде-
ТL
Т
r
0
кр
σ2
лить в расплаве радиус критического зародыша кристаллизации (rкр):
, нм, (2)
где σ – удельная поверхностная энергия на границе «зародыш – расплав»;
Т
– равновесная Т
0
крист
;
L – теплота кристаллизации;
ΔТ – переохлаждение.
Какие проблемы возникают при кристаллизации? Образование
крупной и неоднородной структуры отливок (рис. 21).
Из физики известно, что при кристаллизации металлов происходит уменьшение их объемов на 4-10 %. Следовательно, при затвердевании отливок происходит сокращение размеров и объема.
Такое физическое изменение в литье называется «усадочные
процессы».
а б
Рис. 21. Виды структур в отливках и слитках:
а – крупная неоднородная структура (малая υ
б – мелкая однородная структура (высокая υ
охл
охл
);
)
При этом оцениваются коэффициенты линейной (αl) и объемной
(αV) усадок (рис. 22):
αl = (l0 – l1)/l0; (3)
αV = (V0 – V1)/V0. (4)
Объемная усадка сильно изменяется от типа сплавов (диаграммы
состояния) и υ
– от 1,5 до 7,5 %.
охл
Какие проблемы возникают при затвердевании?
– образование усадочных дефектов;
– необходимость установки массивных прибылей;
– формирование остаточных напряжений; образование трещин.
53
Рис. 22. Схема получения отливок без усадочной раковины
l
0
расплав
V
0
литейная
форма
l
1
V1 V
ус.р
отливка
Прибыль
(дополнительный
объем Ме для
компенсации
объемной усадки
αV)
V
ус.р
отливка
Литейное производство – это основа машиностроения. Самарская
область обладает большим потенциалом для развития литейного производства и машиностроения (автомобилестроение, аэрокосмическая
техника).
Продукция литейщиков – отливки, слитки, сплавы. Литейщики
должны знать хорошо металлургические процессы, особенности технологии литейной формы и необходимое оборудование («сердце литейщика»). Известны и применяются огромное число литейных сплавов (чугуны, стали, бронзы, латуни, силумины).
Литейщики должны владеть (управлять) процессами при взаимодействии жидких сплавов с окружающей средой.
1. Назовите основные этапы при изготовлении машин.
2. Назовите основные критерии (свойства) металлопродукта (отливки,
слитки, детали).
3. Что должен знать и уметь литейщик?
4. Что должен уметь технолог?
5. Приведите 2-3 примера, демонстрирующих роль литья в промышленности.
6. Назовите 2-3 фамилии известных в мире людей, когда-либо связанных с
литейными технологиями.
7. Назовите 3-4 крупных предприятий в Самарской области, имеющих
мощные металлургические и литейные производства.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
54
8. Назовите все виды литейной продукции.
9. Что такое «литейные технологии»?
10. Что такое плавильная печь?
11. Что такое литейная форма?
12. Объясните понятие «сердце литейщика».
13. Что такое литейный сплав?
14. Как сплавить чугун? Бронзу?
15. Что такое плавление?
16. Что такое температура плавления?
17. Укажите температуру плавления какого-либо металла.
18. С чем взаимодействуют жидкие сплавы?
19. Как заполнить (залить) литейную форму?
20. Что такое кристаллизация?
55
ТЕМА 3.3. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК
Ф
П
З
ОО
В
ФМ
ШМ
форма
расплав
Q
Q
возврат смеси
II
I
возврат металла
пыль
газы
ЛПС
брак
стружка
брак
литые
детали
ПОО
ТО
МО
машина
В РАЗОВЫХ ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ
Повторим контрольные вопросы по темам 3.1. и 3.2.
3.3.1. РАЗОВАЯ ПЕСЧАНАЯ ФОРМА
Литье в песчаную форму (ПФ) – это самый древний способ литья
(существует >>10 тыс. лет). Основные достоинства песчаной формы:
1. Дешевизна.
2. Возможность получения отливок из разных сплавов.
3. Невысокие затраты на оснастку.
Что такое песчаная форма? Это разовая литейная форма, изготов-
ленная уплотнением песчано-глинистой формовочной смеси [11, 12].
В зависимости от метода упрочнения различают: сухие, сырые,
подсушенные ПФ.
Общий вид ПФ представлен на рис. 15.
Рассмотрим технологическую схему и основные операции при
литье в ПФ (рис. 23).
Технология включает 2 цикла:
I – цикл оборота отходов металла;
II – цикл оборота отходов формовочной смеси.
Основные материалы:
– формовочные материалы (ФМ);
– шихтовые материалы (ШМ).
Рис. 23. Технологическая схема получения отливок литьем в ПГФ:
ЛПС – литниково-питающая система; Q – отвод тепла
56
Основные технологические операции:
Плотность
смеси
δ, г/см
3
Р
– плавка (П);
– формовка (Ф);
– заливка (З);
– охлаждение отливки (ОО);
– выбивка (В);
– предварительная обработка отливок (ПОО);
– термическая обработка (ТО);
– механическая обработка (МО).
Литые детали идут на сборку узлов, машин.
Основные процессы при изготовлении ПФ:
– уплотнение формовочных смесей (ФС);
– упрочнение ФС;
– процессы газообразования.
Уплотнение ФС достигается различными способами ручной
формовки и прессованием (рис. 24, 25). ФС рассматривается как сыпучевязкое тело.
Рис. 24. Зависимость δ от давления прессования (Р)
щее уравнение:
где с – коэффициент уплотняемости.
Для достижения необходимого уплотнения применяют следую-
δ = 1+cP
57
0,25
, (5)
зерна песка
пленка
связующего
а
б
ФС до уплотнения
опока
модель
ФС после уплотнения
Р
Рис. 25. Схема уплотнения ФС
Проблемы:
– разрушение формы;
– образование песчаных раковин (засоры).
В ПФ заливают десятки-сотни тонн расплава. Форма должна
быть прочной.
Упрочнение ФС достигается физико-химическими силами взаимодействия между основой смеси (песок) и связующим материалом
(глина, цемент, жидкое стекло) (рис. 26).
В общем виде суммарная прочность ФС определяется по формуле
Σσ = knσ1, (6)
где k – коэффициент пропорциональности;
n – число контактов между зернами песка;
σ1 – прочность одного контакта.
Рис. 26. Схема упрочнения ФС:
а – без связующего; б – со связующим материалом
58
Формула (6) отражает:
– состав зерен;
– химическую природу составляющих смеси;
– давление прессования.
Проблемы: засоры, пригар, затрудненная выбивка.
Процессы газообразования. Формовочные материалы загрязнены
органическими и неорганическими примесями.
При заливке расплавов под влиянием высоких температур в ПФ
протекают сложные физико-химические реакции и взаимодействия.
Что находится в полости ПФ? Практически все существующие
газы (N2, O2, H2, H2O, CH4 и др.).
В результате химического взаимодействия в системе [Материалы
и примеси ПФ]+[Газы в полости]+[Высокая Т°С] происходит мощное
газообразование и газовыделение.
Проблемы: газовые раковины в отливках; окисленность поверхности отливок; загрязнение атмосферы.
3.3.2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПФ.
МОДЕЛЬНАЯ ОСНАСТКА
Что нужно для изготовления ПФ?
1. Основные и вспомогательные формовочные материалы (ФМ).
2. Модельная оснастка.
3. Машины для уплотнения ФС (вариант машинной формовки).
Рассмотрим формовочные материалы. К ним относят все материа-
лы, применяемые для изготовления разовых форм и стержней (рис. 27).
Пески – горные породы в виде россыпей, образованные зернами
тугоплавких и прочных минералов.
Для ПФ – основой является кварц SiO2 (оксид кремния, кремнезем):
– огнеупорность до 1713 °С;
– низкая химическая активность;
– прочность;
– широкая распространенность в природе;
– размеры зерен 0,05-2,5 мм.
59
Формовочные материалы
(ФМ)
Исходные ФМ
Смеси
Пески
Глины
Формовочные
Стержневые
Вспомогательные
Вспомогательные
Рис. 27. Классификация ФМ
Глины – тонкодисперсные горные породы, состоящие из водных
алюмосиликатов со слоистой структурой.
При увлажнении приобретают пластичность и разбухают, а после
сушки – твердеют.
Различают формовочные глины:
– бентонитовые (Б) – Al2O3·4SiO2·H2O+nH2O;
– каолиновые (К) – Al2O3·2SiO2·2H2O;
– полиминеральные.
Глины увеличивают пластичность, формуемость и прочность ФС.
Вспомогательные материалы – вещества для улучшения свойств
ФС (связующие, противопригарные, для выбиваемости и др.):
– жидкое стекло (Na2O·nSiO2·mH2O;
– синтетические смолы;
– графит;
– опилки и др.
Формовочные смеси (ФС)
Состав выбирается в зависимости от следующих параметров:
– марка литейного сплава;
– размер и масса получаемой отливки;
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]