Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции_ТМПЗДМ_текст / Лекция3 / Лекция3ТМПЗДМ.docx
Скачиваний:
34
Добавлен:
07.06.2015
Размер:
2.15 Mб
Скачать

Лекция №3

Производство заготовок литьем

Общая характеристика литейного производства. Литейное производство является одной из основных заготовительных баз машиностроения. Литьем получают заготовки практически любой сложной конфигурации с минимальными припусками на обработку резанием и высокими служебными свойствами.

Способы изготовления отливок классифицируют: по количеству заливок расплавов в литейную форму (одноразовые и многоразовые); по конструкции литейных форм (разъемные и неразъемные); по материалам, из которых изготавливают формы (песчано-глинистые, песчаные, земляные, графитовые, керамические, металлические, шамотно-кирпичные и т.д.); по давлению, под которым находится жидкий металл в форме (атмосферное, низкое, высокое, вакуум); по способу подачи расплавленного металла в форму (свободное литье, вакуумное литье, литье с помощью вибрации, ультразвука, электромагнитных полей и т.д.).

Практически также используют комбинированные способы. Кроме этого, способы изготовления отливок можно разделить на обычные, то есть распространенные, и специальные, которые используются в конкретных ограниченных случаях.

Краткая характеристика способов изготовления отливок приведена в таблице 1.

Перед изучением различных способов изготовления отливок необходимо отметить, что их распространение определяется, прежде всего, технико-экономической целесообразностью изготовления заготовок. Как показывает практика, часто выбор более дорогой, но и более качественной заготовки за счет уменьшения объемов ее дальнейшей обработки обеспечивает более низкую стоимость изделия. Поэтому в процессе выбора способа изготовления заготовки необходим детальный и всесторонний анализ всех альтернативных вариантов.

Далее рассмотрим требования к материалам отливок, их основные свойства, основные способы изготовления отливок и краткую характеристику технологических процессов, их структуру, необходимое оборудование, а также анализ основных преимуществ и недостатков способов и сферы их распространения. Сфера распространения способа изготовления отливок определяется перечнем материалов, из которых можно изготавливать отливки, их массой и размерами, качеством поверхностей, плотностью литейного материала, серийностью или объемом производства, а также правилами техники безопасности.

Литейные материалы. Для изготовления отливок в подавляющем большинстве случаев используются металлы и сплавы на основе железа (чугуны и стали), меди (бронзы и латуни), алюминия, магния, титана, цинка, никеля, кобальта, свинца и олова. Качество отливок преимущественно зависит от свойств материалов, из которых они изготовлены. Основными из них являются жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации и газопоглощение.

Жидкотекучесть – это способность жидкого сплава заполнять мелкие полости литейной формы и четко отображать контуры отливки. Это свойство материала необходимо учитывать в процессе конструирования формы отливки, определения ее размеров, толщины стенок, выбора литниковой системы.

Усадка – это уменьшение объема материала и линейных размеров отливки в процессе его кристаллизации и охлаждения в твердом состоянии. Различают объемную и линейную усадку. Объемная усадка приводит к появлению газовых полостей (раковин) в утолщенных местах. Для их устранения в литых заготовках предусматривают прибыли, которые после застывания отрезают, или холодильники (металлические вставки) – их заливают металлом.

Таблица 1 – Характеристика способов изготовления отливок

Стойкость форм

Способ изготовления

Максимальная масса, кг

Минимальная толщина стенки, мм

Литейные материалы

Разовые

Ручная формовка

В грунте

300000

5-8

Чугун, сталь, цветные металлы и сплавы

По шаблону

100000

В опоках

Машинная формовка

2000

3-5

Оболочковые формы

Песчано-смоляные

150

1-1,5

Химически твердеющие

40000

Из жидкого стекла

100

Литье по выплавляемым, растворяемым и замороженным моделям

150

0,5-1

Сталь легированная, титан

Многоразовые

Гипсовые

100

2-3

Чугун, сталь, цветные металлы и сплавы

Песчано-цементные

70000

Кирпичные

200000

Шамотно-кварцевые

100000

Глиняные

50000

Графитовые и каменные

150

Металлокерамические

30

Металлические формы (кокиль)

7000

15

Чугун

4000

10

Сталь

500

3

Цветные металлы

Облицованный кокиль

250

10

Сталь

Под давлением

100

0,5

Цветные металлы

Центробежное литье

1000

3

Чугун, сталь, цветные металлы и сплавы

Штамповка жидких металлов

300

0,3

Цветные металлы

Линейная усадка вызывает внутренние напряжения и приводит к образованию трещин. Поэтому стержни литейных форм изготавливают из податливых материалов. Определяя размеры литейных форм и моделей, учитывают усадку чугуна 0,5…1,5%, сталей 1,5…2,0%, цветных металлов и сплавов 0,5…1,8%. Большие значения усадки относятся к меньшим по массе и более простым по форме отливкам.

Ликвация – это неоднородность химического состава материала в сечении отливки. Различают ликвацию зональную (по всему объему отливки) и дендритную (в пределах одного зерна – дендрита). Ликвация обусловливает неоднородность механических свойств отливки. Для ее уменьшения увеличивают скорость охлаждения.

Газопоглощение – это способность сплавов в жидком состоянии растворять кислород, азот и водород. В процессе охлаждения эти газы выделяются из сплава и обуславливают возникновение газовых раковин. Поэтому формовочная и стрежневая смеси должны быть газопроницаемыми. Лучшими литейными сплавами являются те, которые обладают наивысшей жидкотекучестью, наименьшей усадкой, не ликвируют и не поглощают газы.

Приведем классификацию литейных сплавов (рисунок 1) и цветных сплавов (рисунок 2).

Рисунок 1 – Классификация литейных сплавовРисунок 2 – Классификация цветных сплавов

Технологические возможности основных способов получения литых заготовок.

Литье в одноразовые и полустойкие формы.

Литье в песчано-глинистые формы.

Наиболее универсальный и распространенный способ изготовления отливок (Рисунок 3). Используется в единичном, серийном и даже в массовом производстве. Обычно изготавливают крупно- и среднегабаритные заготовки простой и сложной формы в единичном и мелкосерийном производстве.

Рисунок 3 – Песчано-глинистая форма для изготовления отливки втулки:

1, 2 – части формы; 3 – стержень; 4 – выпор; 5 – стояк с заливной чашей; 6 – шлакоуловитель; 7 – литник.

Для серийного и массового производства характерна механизированная и автоматизированная формовка опок смесью, ее уплотнение, извлечение моделей из формы, сборка, окраска, сушка и транспортировка форм. Использование роботизированных и автоматизированных линий с программным управлением.

Различают следующие способы изготовления форм для литья заготовок: в двух, трех и более опоках; по разъемным и неразъемным моделям; по моделям с отъемными частями; с перекидной колодой; по шаблонам; по скелетной модели; в грунте, в стержнях.

Формы в зависимости от их состояния перед заливкой металла бывают сухими, полусухими, химически твердеющими и самотвердеющими (для автоматизированного производства).

Используют также такой прогрессивный способ как литье по газифицируемым моделям. Суть его состоит в заливке жидкого металла через литниковую систему непосредственно на заформованную в наполнительной смеси пенополистирольную модель, которая под действием тепла жидкого металла сгорает (газифицируется), освобождая полость формы для заполнения ее металлом. Особенность способа – разовые модели, отсутствие стержней и площади разъема формы.

Различают следующие формовочные смеси: наполнительные, облицовочные и универсальные. Основные требования к ним: огнестойкость, пластичность, прочность, газопроницаемость, податливость, непригораемость, негигроскопичность, долговечность, дешевизна и недефицитность. Как наполнители используются глина и кварцевый порошок; как противопригарные эелементы – каменноугольная пыль, тальк и графит; как красители – маршалит, магнезит и цирконий. В стержневых смесях вместо глины используют оксоль, жидкое стекло, смолы, декстрин, патоку с добавлением деревянных опилок и торфа, которые, выгорая, повышают пористость и податливость смесей.

Для повышения качества отливок формовочные смеси в формах прессуют на гидравлических прессовых машинах или на машинах с резиновой диафрагмой под давлением 2…4 МПа.

Стержневые формы собирают из сухих стержней в специальных металлических опоках. В массовом производстве используют оболочковые стержни, изготовленные пескодувным способом в нагретой металлической форме. Часто большие стержни для экономии материала выполняют пустотелыми.

Литье в вакуумно-пленочные формы.

Суть способа заключается в том, что на газопроницаемый модельный комплект накладывают предварительно нагретую синтетическую пленку и при помощи вакуумного устройства создают вакуум между пленкой и модельным комплектом. За счет этого пленка плотно прилегает к поверхности модели. На такой модельный комплект накладывают опоку, засыпают сухим песком, трамбуют, покрывают пленкой и создают вакуум внутри опоки. После отключения вакуумного устройства из готовой полуформы вынимают модельный комплект. Таким способом изготавливают все составные части литейной формы. В процессе дальнейшей сборки литейной формы, заливки ее металлом и охлаждения отливки форма (или ее составные части) находится под действием вакуума. После охлаждения отливки отключают вакуумное устройство, вследствие чего снимается вакуум, и песок легко высыпается из формы. Отливка легко отделяется от формы, а песок после его очистки от пыли и грязи используется повторно.

Способ применим для отливок из любых материалов для любой серийности производства массой от 1 до 10000 кг и габаритами до нескольких метров. Материал пленок – сополимер этилена и винилацетата толщиной 0,05…0,10 мм, полиэтилен низкого давления, полипропилен, поливинилхлорид, иономерная синтетическая смола. Пленка покрывается безводными красками на основе графита, чтобы исключить прилипание пленки и песка к отливкам.

Автономные вакуумные устройства, быстрая заливка форм, открытая литниковая система, часто – из пенополистирола. Из него же изготавливают и модели. Количество формовочной смеси снижается примерно на 40%, потери песка – не более 3% за цикл литья.

Литье в полустойкие формы.

Выдерживают от нескольких десятков до нескольких сотен заливок. Используются преимущественно для получения отливок из химически активных тугоплавких материалов. Шероховатость поверхности – до 5 мкм по Ra, точность размеров – до 11-го квалитета. Изготавливают: графитовые – из брикетированного графита обработкой резанием; керамические – из жидкой химически твердеющей смеси, которую дополнительно обжигают, а также прессованием из пластических масс. Металлокерамические формы позволяют управлять скоростью охлаждения направлением затвердевания стенок отливки. Достоинства – широкие технологические возможности, высокая точность размеров и качество поверхности отливок. Недостатки – дефицитность, высокая стоимость материалов, токсичность компонентов.

Виды специальных способов литья.

К ним относятся: литье в металлические формы; литье под давлением; литье по выплавляемым, растворяемым, замороженным и выжигаемым моделям; литье в оболочковые формы; центробежное литье; электрошлаковое литье; литье штамповкой жидкого металла; литье выдавливанием.

Литье в металлические формы.

Представляет собой заполнение многократно используемой металлической формы расплавленным материалом под действием гравитационных сил. Формы (кокили) для изготовления отливок бывают полностью металлическими и комбинированными с использованием неметаллических стержней (рисунок 4).

Рисунок 5 – Металлические формы (кокили) для изготовления отливки корпуса (а) и диска (б):

1 – стержень; 2, 3 – составные части формы.

Основные операции технологического процесса: очистка и окраска рабочей поверхности кокиля перед каждой заливкой; установка стержней; сборка; нагрев; заливка расплава; раскрытие и извлечение отливки после охлаждения. Шероховатость поверхности – до 4 мкм по Ra, точность размеров – до 12-го квалитета.

Основные достоинства: повышение производительности и улучшение условий труда, высокая точность формы и ее размеров, мелкозернистая структура материала отливки, простота механизации и автоматизации.

Основные недостатки: высокая стоимость оборудования и ограниченная стойкость кокиля, невозможность получения тонкостенных отливок, отбеливание чугунных отливок, возникновение в отливках внутренних напряжений.

Рациональная область применения – серийное и массовое производство несложных по конфигурации отливок.

Используются разъемные и неразъемные (для простых отливок) кокили с вертикальными, горизонтальными и сложными поверхностями разъема. Основные элементы конструкции: формующие – половины, нижняя плита, вставки, стержни; конструктивные – выталкиватели, замки, системы нагрева и охлаждения, вентиляционная система. Половины кокиля – коробчатые с ребрами жесткости для ускорения охлаждения и приливами для крепления на плите. Стержни извлекаются гидравлическими или пневматическими механизмами. Вентиляционная система – выпоры, прибыли, зазоры по плоскостям разъема. Запорный механизм и центрирующие элементы – за счет привода плиты литейной машины. Система нагрева – электрическая или газовая, подогрев только перед первой заливкой. Температура нагрева кокиля, толщина слоя краски, температура заливки расплава и продолжительность выдержки – по рекомендациям специальной литературы. Охлаждение сжатым воздухом.

Материалы кокилей: чугуны марок СЧ18, СЧ20, ВЧ50 (стойкость для стального литья до 500 отливок, для чугунного литья до 8000 отливок, для цветных металлов и сплавов – до нескольких десятков тысяч оливок); стали марок 25, 35, У7, У10; легированные стали марок 30ХГС, 25ХНС12, 15ХМЛ; алюминиевые сплавы марок АЛ9 и АЛ11. Для повышения стойкости рабочую поверхность кокиля покрывают (облицовывают) огнестойкими материалами и окрашивают перед каждой заливкой. Оборудование для литья в кокиль – универсальное, карусельное и специальное. Поточные линии в массовом и серийном производстве.

Разработка чертежа кокильной отливки производится по чертежу детали. При этом определяют расположение отливки в форме, место подвода расплава, припуски на механообработку, технологические припуски и напуски, уклоны и допуски. Чертеж отливки в соответствии с ГОСТ26645-85.

Основным условием для направленного затвердевания расплава, удаления воздуха и газов, извлечения отливки из кокиля и установки минимального количества стержней является оптимальный выбор положения отливки в форме. При этом предпочтительно располагать цилиндрические отливки вертикально, плоские на ребро, чашеобразные днищем вверх.

Изготовление отливок под давлением. Различают литье под высоким давлением и низким давлением.

Соседние файлы в папке Лекция3