29 Лекция №28. Литье: основные технологические свойства материалов, виды литья, типы литейных форм

Продолжительность: 2 часа (90 мин.)

29.1 Основные вопросы

- сущность процесса литья;

- литейные свойства материалов;

- достоинства и недостатки литья;

- виды литья.

29.2 Текст лекции

29.2.1 Сущность процесса литья, литейные формы – до 20 мин

Литьепредставляет собой процесс изготовления металлических заготовок (отливок) путем заполнения жидким металлом полой формы, воспроизводящей конфигурацию будущей детали.

Литье применяют для получения заготовок с последующей их обработкой резанием и иногда сваркой.

Основным преимуществом литья как способа формообразования является возможность получения заготовки практически любой сложной конфигурации непосредственно из жидкого металла, т.е. с наименьшими затратами. При этом масса отливки может быть от нескольких грамм до сотен тонн. Литье — наиболее простой и дешевый метод формообразования заготовок. Одним из преимуществ методов литья является возможность получения изделий очень сложной формы из малопластичных металлов и сплавов.

Однако метод литья имеет и недостатки. Литые заготовки обладают пониженной плотностью, неоднородностью состава и крупнокристаллическим строением. Эти недостатки отливок, как правило, исправимы и устраняются термической обработкой.

Литьем изготавливают отдельные детали несущих конструкций, направляющие, корпуса магнитных головок, приводы накопителей на магнитных дисках и др.

Способы получения отливок разнообразны, однако сущность их едина. Она заключается в том, что жидкий сплав заливают в подготовленную литейную форму, внутренняя рабочая полость которой имеет очертание детали. После затвердевания сплав сохраняет конфигурацию рабочей полости формы, образуя отливку.

Основным инструментом литейного производства является форма, от качества изготовления формы и материала, из которого она изготовлена, зависит качество заготовки (отливки). Формы делятся на разовые, полупостоянные и постоянные. Разовые — на одну отливку, полупостоянные — на несколько, постоянные позволяют получить до нескольких тысяч отливок.

29.2.2 Литейные свойства сплавов – до 35 мин

Основными литейными свойствами, которым принадлежит решающая роль при оценке сплава как литейного материала, являются: жидкотекучесть, усадка, склонность к трещинообразованию, склонность к газопоглощению и ликвация.

Жидкотекучестьхарактеризует способность сплава течь по литейной форме, заполнять все ее полости и давать четкий отпечаток граней.

Жидкотекучесть зависит от состава сплава, температуры заливки и свойств формы. Так, например, хорошую жидкотекучесть имеют серые чугуны, оловянные бронзы, силумины (сплавы алюминия и кремния). С повышением температуры сплава жидкотекучесть его увеличивается. Поэтому для тонкостенного литья температура сплава при заливке должна быть выше, чем для массивных отливок. На жидкотекучесть оказывает влияние теплопроводность формы.

Усадка— это свойство сплава уменьшаться в объеме при затвердевании и охлаждении. Характеризуется она изменением объемных и линейных размеров отливки, в соответствии с чем различают усадку линейную и объемную. Выражают обычно в процентах. С явлением усадки связаны основные технологические трудности производства фасонных отливок из-за образования в них усадочных раковин, пористости и трещин.

Усадочная раковина в отливках образуется в результате уменьшения объема жидкого металла при кристаллизации. На рис. 29.1, а показан процесс последовательного затвердевания отливки в разные моменты времени. У стенок формы начинает образовываться корка затвердевшего металла, которая постепенно нарастает. При затвердевании объем металла уменьшается, а питание отливки жидким металлом не происходит, т. е. не поступает дополнительной порции металла, которая компенсировала бы усадку. В результате в отливке образуется усадочная раковина.

Рисунок 29.1 – Образование усадочной раковины: а – в отливке, б – в прибыли (1 – жидкий металл, 2 – твердый металл, 3 – усадочная раковина, 4 – прибыль, 5 – отливка).

Усадочная пористость в отливках является следствием рассмотренных усадочных явлений, происходящих главным образом при затвердевании сплавов в интервале кристаллизации. Усадочные поры — мелкие пустоты неправильной формы — образуются при объемном затвердевании сплава.

Главным условием предупреждения в отливках усадочных раковин и пористости является непрерывный подвод жидкого металла к кристаллизующемуся сплаву. Для этого в форме применяют прибыли (рис. 29.1, б) и обеспечивают направленное затвердевание отливки — снизу вверх в направлении к прибыли. Жидкий металл из прибыли питает отливку, а усадочная раковина образуется в прибыли, которую затем отделяют от отливки.

В результате затрудненной усадки — механического, термического или совместного торможения, в отливке возникают внутренние напряжения. Эти напряжения могут быть значительными и вызывать искривление (коробление) отливки. Если величина напряжений превысит предел прочности сплава при данной температуре, в отливке возникнут трещины.

Склонность сплавов поглощать газыприводит к образованию в отливках газовой пористости и раковин. Газы попадают в сплав с шихтой, из атмосферы и растворяются в нем. При понижении температуры растворимость газов в жидком металле уменьшается и они выделяются из металла. Газовые пузырьки, оставшиеся в сплаве, образуют газовую пористость. При меснком скоплении газовых пузырей образуются газовые раковины. Для сплавов, склонных к газопоглощению, применяют ряд технологических мер при их приготовлении и заливке (тщательная подготовка шихты, применение флюсов, вакуума, рафинирования и т. д.). Литейные формы и стержни должны иметь минимальную газотворную способность и хорошую газопроницаемость.

Ликвациейназывают неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Ликвацию разделяют на дендритную и зональную. Дендритная ликвация характеризуется химической неоднородностью внутри зерна (дендрита), а при зональной ликвации неоднородность обнаруживается в отдельных частях объема отливки. Наиболее опасной для большинства сплавов является зональная ликвация, так как она не устраняется термической обработкой. При производстве отливок ликвация определяется двумя факторами: химическим составом сплава и условиями кристаллизации. Зональная ликвация усиливается при увеличении объема отливки и медленном затвердевании. Ликвация снижает прочностные свойства, и общую работоспособность детали.

29.2.3 Виды литья – до 35 мин

В табл. 29.1 приведены способы литья и их технологические характеристики.

Таблица 29.1 – Виды литья

№ п/п	Способ литья	Материал литьевой формы	Область применения	Тип производства	Точность, шерохова-тость
1	В землю	Песчано-глинистая смесь, полимер (выжигаемая модель)	Корпусные детали	Единичное, мелкосерийное	IT 16 Rz = 80
2	В оболоч-ковую форму	Песчано-смоля-ная химически твердеющая смесь	Плоские детали несложной конфигурации	Серийное, крупно-серийное	IT 12 Rz = 20
3	По выплавляемым моделям	Керамика (песок, силикатный клей)	Небольшие детали сложной конфигурации	Массовое	IT 13 Rz = 20
4	В полу-постоян-ные формы	Гипс, графит, металлокерамика	Детали простой формы из жаропрочных материалов	Мелкосерийное	IT 14 Rz=80
5	Центробежное	Металл	Тела вращения (втулки, шкивы)	Серийное	IT 14 Rz = 40

Продолжение таблицы 29.1

6	В кокиль	Металл	Детали несложной конфигурации	Серийное, крупно-серийное	IT 14 Rz = 40
7	Под давле-нием	Металл	Тонкостенные корпусные детали	Серийное, крупно-серийное, массовое	IT 12 Ra = 2,5 Форма: IT 6 — IT 7
8	Вакуум-ным всасыва-нием	Металл	Детали сложной конфигурации	Крупно-серийное	IT 12 Ra = 2,5

Способ литья в песчаные формы отличается универсальностью. Этим способом можно изготовить отливки любой массы и конфигурации. Однако точность и чистота поверхности отливок во многих случаях не удовлетворяют требованиям производства.

В производстве деталей ЭВМ более широко применяют специальные методы литья: по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в металлические формы (кокили), литье под давлением, центробежное литье и др. Специальные методы литья позволяют получать точные отливки с чистой поверхностью и небольшими припусками на механическую обработку. Кроме того, технологический процесс изготовления отливки этими способами в значительной степени механизирован и автоматизирован, что повышает его производительность.

Имея одинаковую сущность, эти способы отличаются материалом, используемым для формы, и технологией ее изготовления; условиями заливки формы (свободная заливка и заливка под давлением); условиями формирования отливки (например, кристаллизация металла отливки под действием центробежных сил) и другими особенностями. Все это в конечном итоге определяет технологические возможности способа и влияет на качество получаемой отливки.

В производстве ЭВМ широкое распространение получил способ литья под давлением.

Литье под давлением — самый производительный и экономичный способ изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации в серийном производстве. Формы изготавливают из металла высокой прочности, с точностью на 2—3 квалитета выше получаемого квалитета у отливки. Наиболее распространено литье под давлением сплавов на основе цинка, алюминия, магния и меди (латуни). В качестве основного оборудования используют литьевые машины, с горячей камерой прессования, с холодной вертикальной и горизонтальной камерой прессования.