Аксенов А. А. Технология конструкционных материалов

40

(пресс-формах) заполнением расплавом под давлением внешних сил, превосходящих силы гравитации. Затвердевание отливки протекает под избыточным давлением. После охлаждения отливку извлекают из пресс-формы.

Для изготовления отливок литьем под давлением применяются специальные машины литья под давлением с холодной (горизонтальной или вертикальной) и горячей камерами прессования.

На машинах с горизонтальной холодной камерой прессования (рис. 2.5) порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования 4 (рис. 2.5, а), которую плунжером 5 под давлением 40…100 МПа подают в полость прессформы (рис. 2.5, б), состоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 полуформ. Внутреннюю полость в отливке получают стержнем 2. После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается (рис. 2.5, в), стержень 2 извлекается и отливка 7 выталкивателями 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс-форму нагревают до температуры 120…320 0С. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают воздухом и смазывают специальными материалами для предупреждения приваривания отливки к пресс-форме.

Рис. 2.5. Схема процесса изготовления отливок на машинах литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования

На машинах с горячей камерой прессования получают отливки из сплавов с температурой до 450 0С (рис. 2.6). Камера расположена в обогреваемом тигле 1 с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера 3 расплавленный металл через отверстие 4 заполняет камеру прессования. При движении

41

плунжера вниз отверстие перекрывается, сплав под давлением 10…30 МПа заполняет полость пресс-формы 5. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного металла из канала сливаются в камеру прессования, а отливка удаляется из пресс-формы выталкивателями 6. Такие машины используют при изготовлении отливок из цинковых

ватостью поверхности, без механической обработки или с минимальными припусками и с высокой производительностью процесса.

Недостатками литья под давлением являются: высокая стоимость прессформ и оборудования; ограниченность габаритных размеров и массы отливок; наличие воздушной пористости в массивных частях отливок, снижающей прочность деталей.

В настоящее время кроме литья под давлением применяют литье под низким давлением и литье вакуумным всасыванием.

Изготовление отливок центробежным литьем. При центробежном ли-

тье сплав заливают во вращающиеся формы (металлические, песчаные, оболочковые); формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.

42

Металлические формы изложницы изготовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы обычно в 1,5…2 раза больше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом. На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные покрытия для увеличения срока службы.

При получении водопроводных труб на машинах с горизонтальной осью вращения (рис. 2.7) изложницу 2 устанавливают на опорные ролики 7 и закрывают кожухом 6. Изложница 2 приводится во вращение электродвигателем 1. Расплавленный сплав из ковша 4 заливают через желоб 3, который в процессе заливки перемещается в направлении, показанном стрелкой, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования раструба трубы используют либо песчаный, либо оболочковый стержень 8. После затвердевания залитого сплава трубу извлекают из изложницы. На этих машинах, кроме труб, изготавливают втулки, кольца и т.п.

Рис. 2.7. Схема процесса получения труб на машинах с горизонтальной осью вращения

При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси (рис. 2.8, 2.9) расплавленный металл из разливочного ковша 4 заливают в литейную форму 2, укрепленную на шпинделе 1, который вращается от электродвигателя. Расплавленный металл центробежными силами прижимается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного за-

43

твердевания. После остановки формы отливка 3 извлекается. На этих машинах изготовляют отливки сравнительно больших диаметров высотой не более 500 мм.

Рис. 2.8. Схема получения отливок на машинах с вращением вокруг вертикальной оси

Рис. 2.9. Схема литья сложных тонкостенных рабочих колес на машинах с вертикальной осью вращения:

1, 6 – половины кокиля; 2 – стержень, который формирует канал рабочего колеса и его лопасти; 3 – стол машины; 4 – стержень, воспринимающий удар струи заливаемого металла; 5 – шпиндель центробежной машины.

Частота вращения изложницы при центробежном литье составляет 150…1200 об/мин. Перед работой изложницы подогревают до температуры 150…200 0С. Температуру заливки сплава назначают на 100…150 0С выше температуры ликвидуса.

Преимущества центробежного литья: получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных загото-

44

вок, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь

ичугун, чугун и бронза и т.д.).

Кнедостаткам центробежного литья можно отнести высокую стоимость машин, склонность к ликвации под действием центробежных сил в отливке, повышенный припуск на механическую обработку внутренних поверхностей.

Изготовление отливок непрерывным литьем. Сущность непрерывного литья заключается в изготовлении протяженных отливок свободной непрерывной заливкой расплавленного металла в водоохлаждаемый графитовый или металлический кристаллизатор и вытягиванием из него сформированной части отливки. Процесс непрерывного литья осуществляется либо на горизонтальных, либо на вертикальных литейных установках. Вертикальное непрерывное литье используется для изготовления полых отливок (например, труб). Горизонтальное непрерывное литье используется для изготовления сплошных круглых , прямоугольных и фасонных заготовок простой и сложной конфигураций.

При непрерывном литье (рис. 2.10, а) расплавленный металл из металлоприемника 1 через графитовую насадку 2 поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор 3 и затвердевает в виде отливки 4, которая вытягивается специальным устройством 5. Длинные отливки разрезают на заготовки требуемой длины.

Рис. 2.10. Схема горизонтального непрерывного литья (а) и образцы отливок (б)

Этим способом получают различные отливки (рис. 2.10, б) с параллельными образующими из чугуна, медных, алюминиевых и других сплавов. От-

45

ливки, полученные этим способом, не имеют неметаллических включений, усадочных раковин и пористости благодаря созданию направленного затвердевания сплава, а также обеспечивается однородность физико-механических свойств отливки по длине, отсутствует литниковая система, не требуется выбивка отливок из форм, обрубка и очистка отливок.

К недостаткам данного способа литья можно отнести следующие: трудно получить достаточную толщину беспузыристой корки (можно использовать только спокойную сталь); наличие осевой пористости в отливке из-за наличия глубокой и узкой лунки жидкого металла при затвердевании; возможно появление продольных поверхностных трещин при деформации стенок кристаллизатора.

46

3.СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

3.1ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями (при их нагреве и пластическом деформировании). Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоя-

нием (порядка 4 10-4 мкм) в свариваемых заготовках.

Эти условия реализуются различными способами сварки путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки. Энергия вводится в виде теплоты, упругопластической деформации, электронного, ионного, электромагнитного и других видов воздействия. В связи с этим различают: термические (дуговая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, электрошлаковая, газовая),

термомеханические (контактная, шовная, диффузионная) и механические

(сварка трением и взрывом, холодная сварка, ультразвуковая) виды сварки.

К достоинствам сварки относятся: высокая производительность и ресурсосбережение (экономия материалов и энергоресурсов достигает 20 % и более); высокая прочность и надежность сварных соединений; уменьшение трудоемкости изготовления изделий на 15…25 % и себестоимости продукции.

Недостатками сварки необходимо назвать возникновение напряжений и деформаций в сварных изделиях, необходимость проверки дефектов в сварных

47

соединениях и проверки на непроницаемость при сваривании емкостей и трубопроводов.

Прочность и другие свойства сварных соединений определяются свариваемостью материалов. Свариваемость – свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки сварные соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. В зависимости от того, насколько сварное соединение удовлетворяет предъявляемым требованиям, свариваемость может быть достаточной или недостаточной.

Свариваемость материалов в основном определяется типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая структуре соединяемых заготовок. Прочность соединения определяется внутрикристаллическими связями, и свариваемость оценивается как хорошая или удовлетворительная.

Характеристика сварных конструкций. По назначению сварные конст-

рукции можно разделить на 3 группы: строительные (мосты, железобетонные сооружения и др.); технологические (химическое, металлургическое, газовое и ремонтное производства); машиностроительные (детали и узлы машин, турбин, приборов и др.). По конструктивным формам сварные конструкции быва-

ют сплошные, решетчатые, плоские и объемные.

Технологическая схема изготовления сварной конструкции:

–подготовительные операции (правка, разрезка исходных материалов, изготовление фасок);

–слесарно-сборочные работы (сборка соединяемых заготовок);

–сварочные работы;

–окончательные операции (контроль качества и устранение возникших дефектов).

48

Способы сварки. По способу подачи присадочного материала и флюсов в зону сварки различают: ручную, полуавтоматическую и автоматическую

сварки.

Классификация сварных соединений и швов.

Сварное соединение – это участок конструкции, где отдельные ее элементы соединены с помощью сварки. По форме сопряжения сварные соединения подразделяют на: стыковые, тавровые, нахлесточные и угловые (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Типы сварных соединений, применяемых при основных способах сварки пламенем и давлением

Сварной шов – это закристаллизовавшийся металл, находившийся в процессе сварки в жидком состоянии. По расположению швов в пространстве различают: нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные.

49

3.2 ТЕРМИЧЕСКИЕ ВИДЫ СВАРКИ

Ручная дуговая сварка. Она относится к термическому классу сварки плавлением. В 1802 г. впервые в мире была зажжена электрическая дуга и произведена электроплавка металла. Практическое использование электрической дуги для целей сварки было предложено в 1882 г. Н.Н. Бенардосом, который в качестве электрода использовал неплавящийся угольный стержень. В 1888 г. другой русский инженер Н.Г. Славянов предложил выполнять дуговую сварку плавящимся электродом. Этот способ в настоящее время является самым распространенным, в том числе и в автомобильном хозяйстве для ремонта кузовов,

и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 3. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 2, которая в обязательном порядке подлежит удалению.

Стандарт на стальную сварочную проволоку предусматривает 77 марок проволоки диаметром 0,2…12 мм. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистую (Св-08А, Св08ГС и др.), легированную (Св-18ХМА, Св-10Х5М и др.) и высоколегирован-